Παρακολούθηση κατολισθήσεων από τηλεσκοπικές οπτικές εικόνες : η περίπτωση της πόλης Tessina της Ιταλίας

Από RemoteSensing Wiki

Παρακολούθηση κατολισθήσεων από τηλεσκοπικές οπτικές εικόνες : η περίπτωση της πόλης Tessina της Ιταλίας

Monitoring landslides from optical remotely sensed imagery: the case history of Tessina landslide, Italy

Javier Herva´sa, Jose´ I. Barredoa, Paul L. Rosinb, Alessandro Pasutoc, Franco Mantovanid, Sandro Silvanoc

Πηγή: Science Direct

1. Εισαγωγή

Η συλλογή πληροφοριών για την παρουσία και την ενεργητικότητα των κατολισθήσεων είναι σημαντική για την εκτίμηση των κινδύνων. Οι επι τόπου μετρήσεις, παρόλη την ακρίβειά τους, παρέχουν μόνο σημειακές μετρήσεις. Η τηλεπισκόπηση λόγω της συνοπτικής εικόνας που παρέχει, της δυνατότητας για επαναληπτικές μετρήσεις σε διαφορετικές ημερομηνίες και της υψηλής χωρικής ανάλυσης σε κάποιες περιπτώσεις, είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για την μελέτη των κατολισθήσεων.

2. Μεθοδολογία

Μία μέθοδος που βασίζεται σε επεξεργασία πολύ-χρονικών εικόνων, χρησιμοποιείται για την χαρτογράφηση και παρακαλούθηση κατολισθήσεων. Η χρήση διαδοχικών εικόνων για τον εντοπισμό αλλαγών στην επιφάνεια του εδάφους, απαιτεί εικόνες γεωμετρικά και κυματικά συγκρίσιμες σε επίπεδο pixel. Είναι σημαντικό επομένως πριν από τον εντοπισμό των αλλαγών να αφαιρεθούν από τις εικόνες στο μέγιστο δυνατό βαθμό, τα ανεπιθύμητα αποτελέσματα, όπως γεωμετρικές διαφορές και διαφορές λόγω ηλιακού φωτισμού. Η μέθοδος που θα ακολουθήσουμε εμπεριέχει τα εξής στάδια :

• Επιδιόρθωση των εικόνων
• Κυματική κανονικοποίηση
• Εντοπισμός των εδαφικών αλλαγών

3. Μελέτη της περίπτωσης

Η μέθοδος αυτή εφαρμόστηκε στην πολύπλοκη περίπτωση της κατολίσθησης στην πόλη Tessina. Λόγω έλλειψης δορυφορικών εικόνων υψηλής ανάλυσης, οι ψηφιακές εικόνες προήλθαν από σάρωση υπαρχόντων αεροφωτογραφιών, με χρήση pixel μεγέθους 1 μέτρου.

3.1 Φυσικός καθορισμός και δυναμική της κατολίσθησης

Η κατολίσθηση εντοπίζεται στην λεκάνη Alpago, στις Ανατολικές Ιταλικές Αλπεις, της επαρχίας Belluno, 85 χιλ. βόρεια της Βενετίας ( εικόνα 1 ). Η κατολίσθηση ενεργοποιήθηκε για πρώτη φορά τον Οκτώβριο του 1960, ύστερα από ένα μήνα συνεχούς υψηλής βροχόπτωσης. Η λάσπη από την κατολίσθηση πέρασε από το χωριό Fune και έφτασε μέχρι το χωριό Lamosano ( εικόνα 2 ). Η μεθοδολογία εφαρμόζεται για την καταγραφή των αλλαγών του εδάφους, μετά από μεγάλη επανενεργοποίηση του φαινομένου αυτού τον Απρίλιο του 1992. Το ανατολικότερο κομμάτι της περιοχής κατέρρευσε λόγω της βροχόπτωσης και του λιωσίματος των πάγων. Επηρεάστηκε έτσι ο ανατολικός τομέας του γκρεμού, που προηγουμένως δεν είχε υποστεί σημαντικές μετακινήσεις. Η περιοχή αυτή των 40.000 τ.μ. και όγκου 1.000.000 κ.μ. υπέστη μία περιστροφική ολίσθηση και ρήξη σε βάθος 20 – 30 μέτρων. Οι κινήσεις στην περιοχή συνεχίστηκαν μέχρι τον Ιούνιο του 1992, επηρεάζοντας έτσι ακόμα μία περιοχή 30.000 τ.μ. και όγκου 2.000.000 κ.μ.

3.2 Οι εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν και η προεπεξεργασία τους

Για την εφαρμογή της μεθόδου χρησιμοποιήθηκαν ψηφιακές πανχρωματικές εικόνες, με προσομοίωση της χωρικής ανάλυσης ενός μέτρου του δορυφορικού δέκτη IKONOS. Οι εικόνες ήταν ασπρόμαυρες αεροφωτογραφίες μεγάλου υψομέτρου με ημερομηνίες 28/9/1988 και 7/10/1994 και κλίμακα 1:75000. Οι εικόνες σαρώθηκαν στα 8 bit και 14 Am ώστε να προκύψουν pixel του 1 μέτρου. Εικόνες της 31/8/1989, χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των ψηφιακών μοντέλων ανόρθωσης ( DEM ), εξαιτίας των χαμηλότερων επιπέδων σκιάς σε σχέση με τις φωτογραφίες των άλλων ημερών. Η ακρίβεια που επιτεύχθηκε ήταν σε αποδεκτά επίπεδα, για παράδειγμα RMS:3,3 m για Χ, 3,6 m για Υ και 3,6 m για Ζ. Από τη διαδικασία αυτή προέκυψε ένα ψηφιακό αρχείο DEM με ανάλυση 20 μέτρα. Επιδιόρθωση εφαρμόστηκε αρχικά σε μία εικόνα της 31/8/1989 ( που χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία του DEM ), με εφαρμογή γεωμετρικού μετασχηματισμού, χρησιμοποιώντας τις τιμές και τα pixel του πλέγματος των 20 μέτρων του DEM που προέκυψε από τη διαδικασία της τριγωνοποίησης. Έτσι δημιουργήθηκαν κατάλληλες εικόνες από τις φωτογραφίες της 28/9/1988 και 7/10/1994. Εν συνεχεία οι τιμές ένταξης των pixel, της φωτογραφίας της 7/10/1994, κανονικοποιήθηκαν σε σχέση με αυτές της 28/9/1988 ( εικόνα 3a,b ). Οι βασικές στατιστικές παράμετροι φαίνονται στον πίνακα 1. Ως αποτέλεσμα της κανονικοποίησης η μέση τιμή των επεξεργασμένων εικόνων έγινε σχεδόν ίση και οι εικόνες μπορούν να συγκριθούν έτσι ψηφιακά, ώστε να εντοπισθούν οι εδαφικές αλλαγές που οφείλονται στην κατολίσθηση.

3.3 Εντοπισμός των εδαφικών αλλαγών που σχετίζονται με την κατολίσθηση

Η μέθοδος που αναφέρθηκε προηγουμένως, εφαρμόστηκε στις κανονικοποιημένες απεικονίσεις των δύο διαφορετικών ημερών, στην Tessina, ώστε να εντοπισθούν αλλαγές που συνέβησαν μεταξύ του 1988 και του 1994. Αρχικά δημιουργήθηκε μία εικόνα που περιείχε τις διαφορές στην φωτεινότητα των pixel μεταξύ των δύο εικόνων ( εικόνα 3c ). Εν συνεχεία έγινε πρωταρχικό «thresholding» αυτής της απεικόνισης με χρήση του γωνιακού ιστογράμματος του αλγόριθμου ( εικόνα 3d ). Επίσης η εικόνα αυτή χωρίστηκε σε θετικές και αρνητικές μεταβολές ( εικόνα 3e ) ενώ αφαιρέθηκαν από αυτή κάποιοι ορθογώνιοι ανεπιθύμητοι σχηματισμοί ( εικόνα 3f ).

3.4 Συζήτηση των αποτελεσμάτων

Το τελικό αποτέλεσμα της επεξεργασμένης εικόνας φαίνεται στην εικόνα 4. Εδώ οι θετικές μεταβολές της έντασης των pixel, έχουν χρωματιστεί με κόκκινο χρώμα. Αυτές οι περιοχές είναι άμεσα συνδεδεμένες με το γεγονός του 1992. Ενδεικτικά αναφέρεται ότι η ζώνη Α, είναι το υλικό που αποσυνδέθηκε το 1992 και δημιούργησε την κατολίσθηση. Η ζώνη Β δείχνει τις νέες εδαφολογικές επανθίσεις από το φρέσκο υλικό. Η ζώνη C έχει επηρεασθεί από μικρές ροές λάσπης, αλλά και από την επαναμετακίνηση παλαιότερων τέτοιων ροών, ενώ η ζώνη D περιέχει μία ροή λάσπης που διατρέχει το πλευρό της κατολίσθησης.

4. Συμπεράσματα

Η μέθοδος που παρουσιάστηκε μπορεί να εφαρμοσθεί για την μελέτης της εμφάνισης και της δραστηριότητας κατολισθήσεων σε εκτεταμένες περιοχές με χρήση κλίμακας 1:10000, όταν χρησιμοποιούνται δορυφορικές εικόνες νέας γενιάς. Αυτή η μέθοδος δεν απαιτεί την ύπαρξη πολλών εικόνων για να παραχθεί ένα χρήσιμο αποτέλεσμα. Επίσης εφόσον τα αποτελέσματα είναι οπτικά, μπορούν εύκολα να χρησιμοποιηθούν από γεωμορφολόγους και άλλους αναλυτές κατολισθήσεων, αλλά και μηχανικούς. Τέλος παρόλο που στο παράδειγμά μας χρησιμοποιήθηκαν εικόνες με μεγάλη χρονική απόσταση μεταξύ τους, τυπικά απαιτούνται συχνότερες λήψεις για μεγαλύτερη ακρίβεια στην αποτύπωση της δυναμικής του εδάφους. Σε αυτό βοηθούν τα νέα δορυφορικά συστήματα υψηλής ευκρίνειας IKONOS και Quickbird.