Παρατήρηση της Γης για την Παγκόσμια Πολιτισμική και Φυσική Κληρονομιά

Από RemoteSensing Wiki

Earth Observation for the World Cultural and Natural Heritage

Iulia Dana, NegulaaRamiro Sofronie, Ana Virsta, Alexandru Badea a Romanian Space Agency, 21-25 Mendeleev Street, 010362, Bucharest, Romania b University of Agronomic Sciences and Veterinary Medicine Bucharest, 59 Marasti Blvd, 011464, Bucharest, Romania Available online 15 September 2015

πηγή: [[1]]

Μετάφραση και Περίληψη

1. Εισαγωγή

Η UNESCO (Ηνωμένα Έθνη για την Εκπαίδευση, την Επιστήμη και τον Πολιτισμό) έχοντας σαν κύριο στόχο την αναγνώριση, προστασία και διατήρηση της πολιτιστικής και φυσικής κληρονομιάς σε όλο τον κόσμο ξεκίνησε την παρακολούθηση περιοχών που περιλαμβάνονται στον Κατάλογο Παγκόσμιας Κληρονομιάς μέσω Προγράμματος Παρατήρησης της Γης (Earth Observation, EO). Η Σύμβαση για την Προστασία της Παγκόσμιας Πολιτιστικής και Φυσικής Κληρονομιάς υιοθετήθηκε από τη Γενική Διάσκεψη της UNESCO το 1972 σχετικά με έννοιες και κατευθυντήριες γραμμές για την ανάπτυξη αποτελεσματικών πρακτικών που κύριο στόχο έχουν τη διατήρηση, το σχεδιασμό και τη διαχείρηση της πολιτιστικής κληρονομιάς.Η UNESCO έχοντας εντοπίσει διάφορους πρωτογενείς παράγοντες/ απειλές που επηρεάζουν την Παγκόσμια Κληρονομιά: η αστική εξάπλωση, η ρύπανση, χρήση των φυσικών πόρων, τα σοβαρά καιρικά φαινόμενα και πολλοί άλλοι παράγοντες, έχει σα στόχο την έγκαιρη πληροφόρηση για την εφαρμογή μέτρων μέσω της ακριβής παρακολούθησης της κατάσταση, πριν συμβούν ανεπανόρθωτες καταστροφές. Οι δορυφόροι γεωσκόπησης (ΕΟ) επιτρέπουν στις αρμόδειες αρχές να προστατέψουν, να παρακολουθήσουν, να τεκμηριώσουν, να παρουσιάσουν και να μοιραστούν τα μνημεία Παγκόσμιας Κληρονομιάς, δεδομένου ότι μπορούν να εφαρμοστεί για χώρους φυσικής κληρονομιάς μεγάλης έκτασης ή ακόμα και σε επίπεδο λεπτομέρειας.

2. Παρατήρηση της Γης . Συλλογή και επεξεργασία δορυφορικών δεδομένων

2.1. Χωρικά δεδομένα

Η UNESCO ξεκίνησε την ανάπτυξη και εφαρμογή μιας ολοκληρωμένης βάσης δεδομένων Παγκόσμιας Κληρονομιάς που περιλαμβάνει δορυφορικές εικόνες και τα αποτελέσματα που προκύπτουν από την ανάλυση και επεξεργασία των εικόνων αυτών, η οποία αυτή βάση δεδομένων θα αποτελέσει ένα σημαντικό συστατικό ενός Συστήματος διατήρησης πληροφοριών (SOC) που θα επιτρέψει την καλύτερη κατανόηση και διατήρηση της Παγκόσμιας Κληρονομιάς.Λαμβάνοντας σαν παράδειγμα το Ιστορικό Κέντρο της Σιγκισοάρα, ενός χώρου πολιτιστικής κληρονομιάς, εγγεγραμμένο στον Κατάλογο Παγκόσμιας Κληρονομιάς 1999 και των κατολισθήσεων που είχαν προέλθει από πλημμύρες πριν από μερικά χρόνια και κατέστρεψαν το Ιστορικό Κέντρο, αξιοποιήθηκαν εικόνες από δορυφόρους ΕΟ για να αξιολογηθεί η κατάσταση διατήρησης του Κέντρου. Μια υποδομή χωρικών δεδομένων ορίστηκε για το Ιστορικό Κέντρο της Σιγκισοάρας δημιουργώντας ένα λεπτομερές ακριβές και ενημερωμένο Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIS), έχοντας διανυσματικά δεδομένα, αεροφωτογραφιες, δορυφορικές εικόνες και δορυφορικά δεδομένα. Το σύστημα ταξιμόμησης γίνεται από διοικητικά όρια, γειτονικές περιοχές, ποτάμια, δρόμους, το δίκτυο σιδηροδρόμων και τα δεδομένα χρήσης γης/ κάλυψης γης.

2.2. Μέθοδοι επεξεργασίας τηλεπισκόπησης

Σε γενικές γραμμές, η παρακολούθηση των μνημείων Παγκόσμιας κληρονομιάς μπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας διάφορες τεχνικές τηλεπισκόπησης. Μια κλασσική προσέγγιση ανίχνευσης αλλαγής βασίζεται σε τουλάχιστον δύο οπτικές δορυφορικές εικόνες που αποκτήθηκαν σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα πάνω από την ίδια περιοχή ενδιαφέροντος. Στην περίπτωση αυτή, η ανάλυση της κάλυψης της γης (LC) και η αλλαγή κάλυψης γης (LCC) στο χρόνο και το διάστημα είναι μία βολική τεχνική, ιδιαίτερα στην περίπτωση των φυσικών χώρων. Μια πολυ-χρονική σειρά εικόνων 18 TerraSAR-X (TSX) High Resolution SpotLight (ΕΣ) καλύπτει έκταση περίπου 5 km x 10 km στο ιστορικό κέντρο της Σιγκισοάρα και έχει 1 m χωρική ανάλυση και απλό VV πόλωσης. Οι εικόνες αποκτήθηκαν από φθίνουσα τροχιά με γωνία θέασης 350 σε χρονική επανεξέταση 11 ή 22 ημέρες. Για μια διεξοδική ανάλυση των πολιτισμικών χώρων, μια πολυ-χρονική σειρά εικόνων που αποκτήθηκε από οπτικούς διαστημικούς αισθητήρες μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση της κατάστασης διατήρησης του χώρου σε μια συγκεκριμένη χρονική στιγμή και εντοπίζει τις μεγάλες αλλαγές στην ίδια και τα περίχωρά της περιοχής. Αλλά ακόμη και σε αυτή την περίπτωση, τα αποτελέσματα δείχνουν μόνο τις αλλαγές στο τοπίο και όχι παραμόρφωση του εδάφους που θα μπορούσαν να θέσουν σε κίνδυνο τα μνημεία Παγκόσμιας Κληρονομιάς. Για μια εξαιρετικά λεπτομερή και ακριβή εκτίμηση μετατόπισης του εδάφους, καθίζησης, κατολισθήσεων ή στατικότητα κτιρίου, τεχνικές με νέο διαφορικό SAR (DInSAR) είναι σήμερα η καταλληλότερη λύση για την παρακολούθηση της πολιτιστικής κληρονομιάς. Ένα παράδειγμα μιας μεθόδου DInSAR που ισχύει για τις αστικές περιοχές εκπροσωπείται από τους ανθεκτικούς Φακούς Συμβολομετρίας (PS-InSAR). Αυτή η τεχνική είναι πολύ ευαίσθητη σε μικρές μετατοπίσεις και έχει το μεγάλο πλεονέκτημα της παρακολούθησης μεγάλων περιοχών, ενώ προσφέρει τη δυνατότητα να μετρήσει ανεξάρτητα χαρακτηριστικά, όπως κτίρια. Ένα άλλο παράδειγμα μιας τεχνικής DInSAR είναι Small Baseline Subset Interferometry (SB-InSAR) που παρακολουθεί επίσης την εξέλιξη της μετατόπισης του εδάφους με υψηλό βαθμό χρονικής και χωρικής κάλυψη. Και συνιστάται κυρίως για την παρακολούθηση των μνημείων πολιτιστικής κληρονομιάς που βρίσκονται σε μη αστικές περιοχές. Μια άλλη προσέγγιση είναι η συμβατική συμβολομετρία ραντάρ (InSAR) που συνίσταται στη χρήση της φάσης ενός σήματος ραντάρ με τη σύγκριση δύο εικόνων SAR που αποκτήθηκαν ταυτόχρονα ή σε ορισμένο χρονικό διάστημα. Παρομοίως, τα αποτελέσματα επηρεάζονται από την ποιότητα ορισμένων παραμέτρων, όπως τη γωνία και την κατεύθυνση της λήψης, η γεωμετρική και η χρονική έναρξη, η στιγμή, η γεωμετρία και η ατμοσφαιρικές συνθήκες. Από την άλλη, όμως, η ερμηνεία της τηλεπισκόπησης δορυφορικών δεδομένων μπορεί να οδηγήσει σε εσφαλμένα αποτελέσματα, εάν η επικύρωση με βάση τα αληθινά δεδομένα του εδάφους δεν εφαρμόσει τεχνικές DInSAR, και ιδίως το PS-InSAR.

3. Αποτελέσματα και συζήτηση

Στην παρούσα μελέτη, PS-InSAR εφαρμόστηκε για να διερευνήσει κατά πόσον τα αρχιτεκτονικά και αστικά μνημεία που βρίσκονται στο ιστορικό κέντρο της Σιγκισοάρα επηρεάζονται από μετατοπίσεις. Η επεξεργασία της σειράς TSX ΕΣ εικόνων πραγματοποιήθηκε με Interferogram Stacking module του λογισμικού ENVI SARscape. Η μέθοδος χρησιμοποιεί μια singlemaster λειτουργία εικόνας. Ο χάρτης μετατόπισης που δημιουργήθηκε χρησιμοποιώντας την τεχνική PS-InSAR περιέχει 14.673 persistent scatterers (PSs) μέσα στο Ιστορικό Κέντρο της Σιγκισοάρα. Ένα όριο των 0,85 ορίστηκε για τη συνοχή PSs προκειμένου να επιλέξει και να επεξεργαστεί το master-slave InSAR ζεύγη με interferometric φάση υψηλής ποιότητας. Η μέση ταχύτητα μετατόπισης υπολογίστηκε για κάθε PS. Τα συνολικά στατιστικά στοιχεία δείχνουν ότι η μέση τιμή της μέσης ταχύτητας μετατόπισης εξισώνει -0,73 mm / έτος (τυπική απόκλιση ± 2,97 χιλιοστά / έτος). Με βάση την πυκνότητα PSs και τις χρονικές και χωρικές γραμμές βάσης, η εκτίμηση ακρίβειας αντιστοιχεί σε ± 2,78 χιλιοστά / έτος. Τα τρία αυτά σχετικά παραδείγματα προέρχονται από το PS-InSAR χάρτη μετατόπιση για μια λεπτομερή ανάλυση. Μια σημαντική πτυχή που πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά την ερμηνεία ενός χάρτη μετατόπισης PS-InSAR είναι ότι η ταχύτητα μετράται στην κατεύθυνση με εύρος κλίσης, δηλαδή τη γραμμή όρασης (LOS). Έτσι, εάν η απόσταση πλάγιας εμβέλειας μεταξύ του αισθητήρα και του στόχου μειώνεται, το PSS εκπροσωπείται στο μπλε χρώμα και σημαίνει θετικές μετατοπίσεις. Ομοίως, η αυξημένη απόσταση υποδηλώνει ένα αρνητικό πρόσημο μετατόπιση συμβολισμένο από κόκκινο χρώμα. Επιπλέον, η PS-InSAR πληροφορίες μετατόπισης αντιστοιχούν μόνο στην απόκτηση φθίνουσας γεωμετριας. Μια εξαντλητική αξιολόγηση του προτύπου παραμόρφωσης απαιτεί την ενσωμάτωση των εξαγορών αύξουσας επίσης. Στην περίπτωση των τεχνικών DInSAR, η πιο βολική λύση είναι η επίγεια SAR συμβολομετρία (GB-InSAR). Ωστόσο, εκστρατείες εδάφους είναι συχνά δύσκολο να τεθούν σε εφαρμογή λόγω της έκτασης της περιοχής και τα επιχειρησιακα έξοδα.

4. Συμπεράσματα

Η παρακολούθηση της παγκόσμιας πολιτιστικής και φυσικής κληρονομιάς με τη χρήση γεωσκόπησης προσφέρει σαφή πλεονεκτήματα, δηλαδή η κάλυψη των πολύ μεγάλων περιοχών, η συστηματική έρευνα, και η πολυ-κλίμακα ανίχνευσης παραμόρφωσης. Με βάση την τεχνική PS-InSAR, η σταθερότητα του Ιστορικού Κέντρου της Σιγκισοάρα θα μπορούσε να καθοριστεί σε επίπεδο χιλιοστού. Οι εικόνες TerraSAR-X που αποκτήθηκαν προσφέρουν πολύ υψηλή ανάλυση και σύντομη επανεξέταση που επιτρέπει την παραγωγή ενός μεγάλου αριθμού PSs. Η επεξεργασία των δεδομένων πολλαπλών χρονικών X-band SAR επέτρεψε την ακριβή μέτρηση της ταχύτητας μετατόπισης για μεμονωμένα κτίρια. Το εξαιρετικό δυναμικό των δεδομένων TerraSAR-X για μελέτες παρακολούθησης αποδείχθηκαν εκ νέου, εκτός από την προηγούμενη έρευνα. Υψίστης σημασίας είναι η επικύρωση των αποτελεσμάτων. Αν και προβληματικό να τεθεί στην πράξη, ιδίως στο περίπτωση εκτεταμένων περιοχών, η συλλογή των δεδομένων συνιστάται σε πραγματικό χρόνο. Παρ 'όλα αυτά, το μειονέκτημα της παρακολούθησης έδαφους δίδεται από το γεγονός ότι, στις περισσότερες των περιπτώσεων, στοχεύει σε μεμονωμένα σημείά, ενώ η γύρω περιοχή παραβλέπεται. Με τη χρήση της πιο κατάλληλης και προσιτής διαστημικής τεχνολογίας, ώστε να ικανοποιήθουν οι διαφορετικές ανάγκες του κάθε τόπου, η παρακολούθηση των φυσικών και πολιτιστικών χώρων θα προσφέρει ακριβή αποτελέσματα που μπορούν να βοηθήσουν τις τοπικές αρχές για την καλύτερη κατανόηση χαρακτηριστικών του κάθε τόπου, προκειμένου να ληφθούν τα καλύτερα μέτρα προστασίας και διατήρησής τους.