Παρακολούθηση διαρροών C02 από σημεία αποθήκευσής του με εφαρμογή τεχνικών τηλεπισκόπησης

Από RemoteSensing Wiki

Συγγραφείς: L. Bateson , M. Vellico , S.E. Beaubien , J.M. Pearce , A. Annunziatellis, G. Ciotoli , F. Coren, S. Lombardi, S. Marsh

Πηγή: www.sciencedirect.com

Εικόνα 1. Περιοχή μελέτης (1) συνολική περιοχή όπου διεξήχθη η έρευνα (2) υπό περιοχή όπου διεξήχθη το τεστ (3) υπό περιοχή γνωστά σημεία διαφυγής αερίων, με βάση τα οποία έγινε και ο έλεγχος από τα συστήματα ανίχνευσης (4) υπό περιοχή για την οποία εξήχθησαν αποτελέσματα

Εικόνα 2. CASI NVDI αποτελέσματα για την υπό περιοχή 3 (Εικόνα 1). Οι διαβαθμίσεις του γκρι ξεκινούν από +1 (άσπρο) για την υγιή βλάστηση μέχρι S1 (μαύρο) για την άρρωστη βλάστηση. Τα γνωστά σημεία διαφυγής αερίου είναι κυκλωμένα. Τα τρία πιο έντονα φαίνονται με τα ονόματα GVA, GVB, GVC

Εικόνα 3. ΑΤΜ θερμικά δεδομένα για την υπό περιοχή 3 (Εικόνα 1). Οι διαβαθμίσεις του γκρι ποικίλουν από θερμότερο (άσπρο) σε ψυχρότερο (μαύρο) έδαφος. ΤΑ γνωστά σημεία διαφυγής είναι κυκλωμένα και τα τρία πιο έντονα φαίνονται με τα ονόματα GVA, GVB, GVC.

Εικόνα 4. (α) LIDAR δεδομένα έντασης για την υπό περιοχή 3 για τον μήνα Οκτώβρη (Εικόνα 1). Η ένταση απεικονίζεται ως ανύψωση : σκούρο μπλε για δεδομένα χωρίς ένταση ( εκεί που δεν υπάρχουν δέντρα και κτίρια ) , κόκκινο για υψηλότερη ένταση (β) LIDAR δεδομένα έντασης για την υπό περιοχή 3 για τον μήνα Μάιο. ΤΑ γνωστά σημεία διαφυγής είναι κυκλωμένα και τα τρία πιο έντονα φαίνονται με τα ονόματα GVA, GVB, GVC

Εικόνα 5. Ορθοφωτογραφία για την υπό περιοχή 3 (Εικόνα 1), στην οποία φαίνεται καθαρά το σχήμα και η έκταση του σημείου διαφυγής VGA, από το αποτέλεσμα που έχει στην κάλυψη της βλάστησης και στο χρώμα

Εικόνα 6. (a) NVDI Οκτώβρης (b) NVDI Μάιος (c) CASI κανάλι 12 (d) Eagle κανάλι 41 (e) ATM Θερμικό και (f) ορθοφωτογραφία

Εικόνα 7. Ομαδοποιημένες ερμηνείες για την υπό περιοχή 2. Οι έξι διαβαθμίσεις αντιστοιχούν στον αριθμό των μεθόδων που έδειξαν κάποια ανωμαλία για το συγκεκριμένο πολύγωνο (1-6, σύμφωνα με τα αντίστοιχα συστήματα ανίχνευσης των οποίων τα δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν Εικόνα 6)

Εικόνα 8. Χάρτης με τα επιβεβαιωμένα σημεία διαφυγής βασισμένα σε μετρήσεις στο έδαφος

Περιβαλλοντικός έλεγχος, εντοπισμός διαρροής CO2

2.Στόχος Εφαρμογής

Δύο εναέριες πτήσεις ανίχνευσης διενεργήθηκαν πάνω από ένα γεωθερμικό πεδίο στην κεντρική Ιταλία ( Latera) όπου φυσικά παραχθέν CO2 μετακινείται προς την επιφάνεια από μεγάλα βάθη μέσω σχισμών και διαφεύγει στην ατμόσφαιρα. Ο στόχος αυτής της έρευνας είναι να καταλάβει εάν είναι δυνατό να εντοπιστεί έμμεσα η διαρροή CO2 από την περιοχή αποθήκευσής του μέσω τηλεπισκοπικών μεθόδων που μετρούν σε πρώτη φάση το στρες στα φυτά της περιοχής και στη συνέχεια γίνεται επαλήθευση στο εδάφος χρησιμοποιώντας γεωχημικές τεχνικές ανίχνευσης αερίων.

3.Περιοχή Μελέτης

Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στην Latera (κεντρική Ιταλία, Εικόνα 1), πρόκειται για μια ηφαιστειακή δομή που δεν είναι ενεργός εδώ και 0.16 Ma αλλά που διατηρεί ακόμα πολύ υψηλό γεωθερμικό δυναμικό (Bertrami et al., 1984).

4.Μεθοδολογία

Πολυφασματικά (ATM , CASI) και LIDAR δεδομένα συλλέχθηκαν κατά τη διάρκεια της πτήσης που πραγματοποιήθηκε από την εταιρεία British Geological Survey το Μάιο του 2005. Υπερφασματικά δεδομένα (Eagle), ψηφιακές φωτογραφίες και δεδομένα LIDAR αποκτήθηκαν κατά τη διάρκεια της έρευνας της OGS (Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale) τον Οκτώβρη του 2005. Ταυτόχρονα πραγματοποιήθηκαν επίγειες μετρήσεις με GPS κατά τη διάρκεια κα των δύο ερευνών από το IGM (Istituto Geografico Militare ) κοντά στην πόλη Farnese. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε είναι η εξής:

• Συλλογή δεδομένων από τους δέκτες

• Προεπεξεργασία δεδομένων

• Συνδυασμός των εικόνων που παράχθηκαν από τα διάφορα συστήματα

• Μετρήσεις αερίων στην περιοχή μελέτης (soil gas, CO2 )

• Επεξεργασία των μετρήσεων μέσω του προγράμματος Statistica6 (Stasoft, Tulsa, USA)

• Αποτελέσματα και εξαγωγή συμπερασμάτων

5.Είδη δορυφορικών ή αερομεταφερόμενων συστημάτων

Αερομεταφερόμενα συστήματα : Daedalus 1268 ATM, CASI 2, Eagle, LIDAR, αεροφωτογραφίες.

6.Χρησιμότητα δεκτών/καναλιών

Το Daedalus 1268 ATM είναι ένα παθητικό πολυφασματικό σύστημα. Έχει 11 μπάντες που καλύπτουν την ορατή περιοχή, την περιοχή του εγγύς υπέρυθρου (NIR), την περιοχή του μικροκυματικού και του θερμικού υπέρυθρου. Ο αισθητήρας CASI 2 έχει 18 προγραμματιζόμενες μπάντες. Για το σκοπό της μελέτης καθορίστηκαν 15 μπάντες στο ορατό και στο υπέρυθρο, για τον υπολογισμό του στρες της βλάστησης. Από τον δέκτη αυτό χρησιμοποιήθηκαν τα κανάλια 12,6, 3 και 1 για παραγωγή εικόνων σχετικές με το δείκτη βλάστησης. Το υπερφασματικό σύστημα σάρωσης AISA Eagle 1K χρησιμοποιήθηκε για την απόκτηση δεδομένων σε 63 μπάντες μεταξύ 402.35 και 989.09 nm (ορατή περιοχή και περιοχή εγγύς υπερύθρου). Τα κανάλια 41(775.9nm) και 31(680.1nm) χρησιμοποιήθηκαν ως τα NIR και R αντίστοιχα για τον υπολογισμό του NVDI. Τέλος το LIDAR είναι ένας σαρωτής που εκπέμπει παλμούς laser προς το έδαφος και δέχεται τους ανακλώμενους, παράγοντας έτσι δεδομένα για υψομετρικές διαφορές αντικειμένων, όπως ύψος δέντρων ή κτιρίων.

7.Προεπεξεργασίες

Τα δεδομένα από ATM και CASI υπέστησαν διορθώσεις ραδιομετρικές, έγινε γεωαναφορά καθώς και ατμοσφαιρικές διορθώσεις. Τα δεδομένα από το θερμικό κανάλι του ATM υπέστησαν και αυτά ατμοσφαιρικές διορθώσεις(IARR). Τα υπερφασματικά δεδομένα από τον Eagle διορθώθηκαν πρώτα ραδιομετρικά. Έπειτα διορθώθηκαν γεωμετρικά (SBET) και έγινε γεωαναφορά με την χρήση ορθοφωτογραφιών και επιγείων σημείων ελέγχου (GCP). Τέλος υπέστησαν ατμοσφαιρικές διορθώσεις. Τα δεδομένα από το LIDAR κατηγοριοποιήθηκαν και μετατράπηκαν σε τριγωνικές οντότητες για να παράγουν μοντέλα όπου θα είναι εύκολο να εντοπιστούν γραμμικότητες.

Στις ορθοφωτογραφίες έγινε επεξεργασία εξισορρόπησης του χρώματος και μετά γεωαναφορά.

8.Ψηφιακές επεξεργασίες/αλγόριθμοι και αποτελέσματα

Τα πολύ/υπερφασματικά δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν για να υπολογιστούν μια σειρά από δείκτες που σχετίζονται με την υγεία της βλάστησης, μεταξύ των οποίων και ο δείκτης NVDI , ο οποίος έδωσε τα καλύτερα αποτελέσματα.

9.Μεθοδολογία και συμπεράσματα

Η εξέταση των τηλεπισκοπικών δεδομένων έγινε πρώτα σε περιοχή όπου υπήρχαν γνωστά σημεία διαφυγής CO2 έτσι ώστε να γίνει αντιληπτή η απόκριση κάθε συστήματος ανίχνευσης στην επίδραση του CO2 στα φυτά, ξεχωριστά. Η περιοχή αυτή απεικονίζεται στην Εικόνα 1 και περιλαμβάνει ένα καλά ορισμένο σημείο διαφυγής CO2 από το έδαφος το οποίο έχει εξεταστεί ενδελεχώς χρησιμοποιώντας γεωχημικές και γεωφυσικές μεθόδους.

Αφού ολοκληρώθηκε η διαδικασία για κάθε σύστημα ανίχνευσης, οι τεχνικές από τα διαφορετικά συστήματα συνδυάστηκαν για να δώσουν μια μέθοδο που εφαρμόστηκε σε μεγαλύτερη περιοχή με άγνωστες ανωμαλίες.