Σύντηξη εικόνων Landsat-5/TΜ και σκιασμένων χαρτών ανακούφισης για τεκτονική και γεωμορφολογική χαρτογράφηση: Νήσος Λέσβος, Ελλάδα

Από RemoteSensing Wiki

Σύντηξη εικόνων Landsat-5/TΜ και σκιασμένων χαρτών ανακούφισης για τεκτονική και γεωμορφολογική χαρτογράφηση: Νήσος Λέσβος, Ελλάδα

Πρωτότυπος τίτλος: Fusing Landsat-5/TM Imagery and Shaded Relief Maps in Tectonic and Geomorphic Mapping: Lesvos Island, Greece

Συγγραφείς: Nikolaos A. Soulakellis, Irwin D. Novak, Nikolaos Zouros, Paul Lowman and Jacob Yates

Δημοσιεύθηκε: Photogrammetric Engineering & Remote Sensing, 2006, Vol.72, 6, 693-700

Η σύντηξη δεδομένων έχει ως στόχο των συνδυασμό δεδομένων και πληροφοριών ώστε να υπάρξει η βέλτιστη πληροφορία για τη λήψη μίας απόφασης (Hall, 1992). Στην τηλεπισκόπηση η σύντηξη γίνεται σε τρία διαφορετικά επίπεδα ανάλογα με το είδος των δεδομένων. Για τις πολυφασματικές εικόνες όπως είναι αυτές του δορυφόρου Landsat 5 προτείνονται 2 κατηγορίες σύντηξης από τους Pohl και Van Genderen (1998), η πρώτη αφορά τεχνικές χρώματος ώστε να τονιστούν διάφορα χαρακτηριστικά της εικόνας και η δεύτερη στατιστικές ή αριθμητικές μεθόδους οι οποίες προβλέπουν νέα δεδομένα τα οποία προκύπτουν από μαθηματικούς συνδυασμούς των καναλιών της εικόνας.

Στο συγκεκριμένο paper πραγματοποιείται σύντηξη δορυφορικών εικόνων Landsat 5 και σκιασμένων χαρτών ανακούφισης (shaded relief maps) για την ενίσχυση των χρωμάτων στην εικόνα με στόχο την τεκτονική και γεωμορφολογική χαρτογράφηση της Νήσου Λέσβου. Η Λέσβος βρίσκεται στο Βορειοανατολικό τμήμα του Αιγαίου πελάγους και είναι το τρίτο μεγαλύτερο νησί της χώρας. Το νησί βρίσκεται σε μία ιδιαίτερα σεισμογενή περιοχή, στο σημείο όπου συγκλίνει η Ασιατική με την Ευρασιατική πλάκα και περιτριγυρίζεται από πλήθος ενεργών σεισμικών ρηγμάτων, όπως αυτό της Ανατολίας. Αυτό αποδεικνύεται και από τους δύο κόλπους του νησιού, Καλλονής και Γέρας, οι οποίοι προήλθαν από σεισμική δραστηριότητα.

Εκτός από τη θέση του νησιού ιδιαίτερο ενδιαφέρον έχει και η γεωλογία του καθώς στο νησί αντικατοπτρίζονται 3 νεοτεκτονικές φάσεις. Η γεωλογική δομή του νησιού χωρίζεται σε 6 κύριες ενότητες πετρωμάτων, σε μία αυτόχθονα πέρμια τριασική ζώνη, η οποία περιλαμβάνει μεταμορφωμένα πετρώματα όπως ο φυλλίτης, σε 2 αλλόχθονες ηφαιστειακές και οφειολιθικές ζώνες, σε νεογενή ηφαιστειακά πετρώματα, σε ηφαιστειογενή πετρώματα διαφόρων ηλικιών, σε νεογενή ιζήματα και σε ιζήματα του πλειστόκαινου και του ολόκαινου.

Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν ήταν μία δορυφορική εικόνα Landsat 5 ημερομηνίας 16 Αυγούστου του 1999, το ψηφιακό μοντέλο εδάφους (DEM) με χωρική διακριτική ικανότητα 30x30 μέτρα ώστε να ταιριάζει με αυτή της δορυφορικής εικόνας, γεωλογικοί και τεκτονικοί χάρτες ψηφιοποιημένοι από δεδομένα του ΙΓΜΕ (Ίδρυμα Γεωλογικών Μελετών Ελλάδος). Το πρώτο στάδιο της επεξεργασίας των δεδομένων προβλέπει τη γεωμετρική διόρθωση της δορυφορικής εικόνας με σύστημα αναφοράς τις συντεταγμένες της Λέσβου. Τα γεωμετρικά διορθωμένα κανάλια συνδυάστηκαν ώστε να προκύψει το έγχρωμο σύνθετο πραγματικού χρώματος (RGB – 3,2,1) για μία πρώτη οπτική ανάλυση της εικόνας.

Το δεύτερο στάδιο περιλαμβάνει τη δημιουργία μίας σειράς 16 χαρτών ανακούφισης σκίασης εφαρμόζοντας διάφορες παραμέτρους φωτισμού στο DEM. Οι μεταβαλλόμενοι παράμετροι είναι το αζιμούθιο και η γωνία φωτισμού. Χρησιμοποιήθηκαν 8 διαφορετικά αζιμούθια (Β, ΒΑ, Α,ΝΑ, Ν, ΝΔ, Δ και ΒΔ) και δύο διαφορετικές γωνίες φωτισμού μία στις 15 μοίρες και μία στις 35. Τέλος, έγινε η σύντηξη (fusion) των εικόνων εφαρμόζοντας την ακόλουθη εξίσωση: Fused Image = [True Color Composite – image] * [Shaded relief map].

Οι ραδιομετρικές τιμές κάθε έγχρωμου σύνθετου τροποποιήθηκαν με τις αντίστοιχες τιμές του κάθε χάρτη ανακούφισης σκίασης. Η παραπάνω διαδικασία οδήγησε σε μία σειρά εικόνων σύντηξης, στις οποίες οι πιο φωτεινές περιοχές είναι αυτές που ήταν καλά φωτισμένες και οι σκοτεινές, αυτές που είχαν το χαμηλότερο φωτισμό.

Η ερμηνεία των εικόνων έγινε σε 2 στάδια, πρώτα με την προκαταρκτική οριοθέτηση και χαρτογράφηση των γεωλογικών γραμμώσεων που φαίνονται σε κάθε μία από αυτές τις 16 εικόνας και στη συνέχεια στη σύνθεση προκαταρκτικών χαρτών πριν προκύψει ο τελικός χάρτης γραμμώσεων. Ο τελικός χάρτης δημιουργήθηκε συνθέτοντας όλους τους προκαταρκτικούς χάρτες και περιλαμβάνει γραμμώσεις σημαντική παρουσία σε έναν ή παραπάνω χάρτες και γραμμώσεις που εμφανίζονται έστω και λίγο σε τουλάχιστον έναν χάρτη.

Η επαλήθευση των αποτελεσμάτων του χάρτη έγινε με χρήση του ψηφιακού γεωλογικού και τεκτονικού χάρτη της Λέσβου, του ψηφιακού τεκτονικού χάρτη που προέκυψε από επεξεργασία της δορυφορικής εικόνας και με μετρήσεις πεδίου σε 4 σημεία με καταγεγραμμένη σεισμική δραστηριότητα, στη Λάρσο, στη Στύψη, στην καλδέρα της Βατούσας και στη λεκάνη του ποταμού Τσιχλιώτα.

Στη ζώνη της Στύψης τα αποτελέσματα φαίνονται πιο καθαρά στα δεδομένα που έχουν δημιουργηθεί με τον σκιασμένο χάρτη ανακούφισης που με αζιμούθιο 135 μοίρες και γωνία φωτισμού 15 μοίρες. Εκεί φαίνεται μία σύνθετη ζώνη ρηγμάτων που αποτελείται από πολλά ρήγματα τα οποία ποικίλλουν σε μήκος και προσανατολισμό. Στη Λάρσο απεικονίζεται τα αποτελέσματα πιο καθαρά στη συντηγμένη εικόνα - χάρτη με αζιμούθιο 45 μοίρες και γωνίας φωτισμού 15 μοίρες. Επιπλέον, εμφανίζονται δύο προηγουμένως άγνωστες γραμμικές σχεδόν παράλληλα και νότια του ήδη υπάρχοντος ρήγματος της περιοχής. Η καλδέρα της Βατούσας είναι η πιο ξεκάθαρη αναγνωρίσιμη γεωμορφή με σαφώς καθορισμένο σχήμα για αυτό και έχει χαρτογραφηθεί με ακρίβεια μέσα από όλες τις χαμηλές φωτισμένες γωνίες. Η λεκάνη του ποταμού Τσιχλιώτα διαδραματίζει σημαντικό ρόλο διότι αποστραγγίζει τα ηφαιστειακά πετρώματα της περιοχής, και εκφράζεται καθαρά σε όλες τις χαμηλής φωτεινότητας φωτισμένες εικόνες.

Συμπερασματικά, προκύπτει ότι η σύντηξη των εικόνων είναι μια συμπληρωματική μέθοδος τεκτονικής και γεωμορφολογικής χαρτογράφησης. Συγκεκριμένα τοπογραφικά χαρακτηριστικά, όπως μία λεκάνη ποταμού, διακρίνονται εύκολα, αλλά οι πολλαπλές προσεγγίσεις και η επιτόπια έρευνα είναι απαραίτητες ώστε να είναι σωστή η απόδοση του κάθε γεωλογικού χαρακτηριστικού. Η προτεινόμενη μεθοδολογία είναι καινούρια και οδηγεί σε ελάχιστα ποσοστά αβεβαιότητας για την εγκυρότητα των δεδομένων.

Βιβλιογραφία

• Hall D. (1992), Mathematical Techniques in Multisensor Data Fusion, Artech House, Massachusetts, USA
• Pohl C. and Van Genderen J.L. (1998), Multisensor Image Fusion in Remote Sensing Concepts, Methods and Applications (Review Article), International Journal of Remote Sensing, 19, 823-854

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]