Ταχεία χαρτογράφηση πλημμυρών διαχωρίζοντας τους δείκτες νερού με εικόνες Landsat πριν και μετά την πλημμύρα
Από RemoteSensing Wiki
Πηγή: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2020FrES..tmp...32S/abstract
Το άρθρο αφορά την δημιουργία πλημμυρικών χαρτών στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής και έχει τίτλο: Rapid flood inundation mapping by differencing water indices from pre- and post-flood Landsat images. Γράφτηκε από τους Sivanpillai Ramesh, Jacobs Kevin, Mattilio Chloe και Piskorski Ela V. στο Πανεπιστήμιο του Ουαϊόμινγκ το 2020. Η τοποθεσία της μελέτης επικεντρώνεται στις πολιτείες Αρκάνσας, Κολοράντο, Ιντιάνα, Κεντάκι και Λουϊζιάνα. Σε αυτό το άρθρο, περιγράφεται μια τεχνική που προσδιορίζει πρόσφατα πλημμυρισμένες περιοχές με βάση τις διαφορές στο NDWI και MNDWI πριν και μετά τις πλημμύρες. Όπου NDWI είναι Normalized Difference Water Index και υπολογίζεται σαν την κανονικοποιημένη διαφορά του πράσινου με του εγγύς υπέρυθρου καναλιού και Modified Normalized Difference Water Index (MNDWI) να είναι η κανονικοποιημένη διαφορά του πράσινου με το μέσο υπέρυθρο κανάλι. Αυτή η τεχνική απαιτεί από έναν αναλυτή να προσαρμόσει τις τιμές επαναληπτικά και να φτάσει σε μία τιμή κατωφλίου που θα καταγράφει επαρκώς τις νέες πλημμυρισμένες περιοχές με βάση τις αλλαγές σε αυτές τις δύο εικόνες. Μερικά από τα βήματα που απαιτούνται για τη δημιουργία του πλημμυρικού χάρτη μπορούν να αυτοματοποιηθούν μειώνοντας έτσι το συνολικό χρόνο επεξεργασίας έτσι οι χάρτες μπορούν να παραδοθούν γρήγορα σε καταστάσεις έκτακτης ανάγκης και υπηρεσίες ανταπόκρισης. Για να συμβεί αυτό χρησιμοποιούνται πολλά ζεύγη πολυφασματικών εικόνων πριν και μετά την πλημμύρα. Εικόνες που αντιπροσωπεύουν μια σειρά από γεγονότα πλημμύρας σε αστικές περιοχές, αγροτικές περιοχές, άγονες περιοχές, έλη και γεωργικές περιοχές περιλαμβάνονται σε αυτήν τη μελέτη. Οι πλημμύρες εντοπίστηκαν από το διαδικτυακό τόπο του Συστήματος Διανομής Δεδομένων Κινδύνων (HDDS). Το HDDS περιέχει λίστα εικόνων και δεδομένων που παρέχονται για πολλές καταστροφές που έχουν εμφανιστεί σε ολόκληρο τον κόσμο. Οι δορυφορικές εικόνες που χρησιμοποιούνται για την μελέτη λήφθηκαν από το Earth Explorer (USGS) και είναι εικόνες Landsat 5 Thematic mapper (TM5) και Landsat 8 Operational Land Imager (OLI8). Οι πλημμυρισμένες περιοχές στις επιλεγμένες εικόνες περιλάμβαναν τόσο καθαρό όσο και θολό νερό, από βροχοπτώσεις που συνέβησαν τόσο σε άγονες όσο και σε γεωργικές περιοχές. Χρησιμοποιώντας το πριν και το μετά της πλημμύρας στις τιμές NDWI, MNDWI των εικόνων, υπολογίστηκε η διαφορά τους ως το τοις εκατό αύξηση στις τιμές τους για μια δεδομένη τιμή κατωφλίου (TV).
ΔNDWI TV = [ NDWI(post - flood) - NDWI (pre – flood) ] TV,
ΔMNDWI TV = [ MNDWI (post – flood) - MNDWI (pre - flood) ] TV
Στην εικόνα μελέτης μετά την πλημμύρα με τιμές ΔNDWI ή ΔMNDW πάνω από την καθορισμένη τιμή κατωφλίου, ταξινομήθηκαν ως πλημμυρισμένες περιοχές, δηλαδή η τιμή υγρασίας αυξήθηκε μεταξύ της εικόνας πριν από την πλημμύρα και μετά την πλημμύρα. Η τιμή κατωφλίου ορίστηκε στο 50% ή μικρότερη της εικόνας σε νερό από την μη πλημμυρισμένη εικόνα. Η έκταση των πλημμυρισμένων περιοχών ήταν υψηλότερη στο ΔNDWI, αν η τιμή κατωφλίου ξεπερνιόταν μία νέα τιμή κατωφλίου έπαιρνε την θέση της (TVF) που θα ταιριάζει απόλυτα με την έκταση μετά την πλημμύρα. Η TVF ανατέθηκε σε πλημμυρισμένες περιοχές (κλάση 1) ενώ οι υπόλοιπες τιμές ανατέθηκαν σε μη πλημμυρισμένες περιοχές (κλάση 2). Αυτά τα βήματα επαναλήφθηκαν με τις εικόνες MNDWI πριν και μετά την πλημμύρα και δημιουργήθηκε ο δεύτερος χάρτης πλημμύρας χρησιμοποιώντας δείκτες και εργαλεία διαφοράς εικόνας στο ERDAS Imagine. Τα δεδομένα αναφοράς (σημεία) τοποθετήθηκαν τυχαία και μετά την φωτογραφία πλημμύρας ερμηνεύονται ως WATER ή LAND μετά προβάλλονται στις εικόνες Landsat πριν και μετά την πλημμύρα. Αυτές οι εικόνες εμφανίστηκαν σε υπέρυθρες ακτίνες χρώματος ή φυσικών συνδυασμών χρωμάτων . Εάν ένα σημείο δεδομένων αναφοράς ερμηνεύτηκε ως LAND στην εικόνα πριν από την πλημμύρα αλλά ως WATER μετά την πλημμύρα, χαρακτηρίστηκε ως πλημμυρισμένο (κλάση 1). Τα σημεία επισημάνθηκαν ως μη πλημμυρισμένα (κλάση 2) εάν ερμηνευόντουσαν ως WATER ή LAND και στις δύο περιπτώσεις, δηλαδή προ-πλημμύρας και μετά την πλημμύρα, ή ως WATER στην εικόνα προ-πλημμύρας και LAND στην εικόνα μετά την πλημμύρα. Οι εικόνες πλημμύρας που προέρχονται από το ΔMNDWI ερμήνευσαν τις πλημμυρισμένες περιοχές πιο σωστά από τις εικόνες που προήλθαν από το ΔNDWI. Οι εικόνες που προέρχονται από το NDWI εσφαλμένα ταξινόμησαν αρκετές μη πλημμυρισμένες περιοχές ως πλημμυρισμένες κάτι που μειώνει την ακρίβεια του χάρτη. Από την άλλη, οι εικόνες που προέρχονται από το ΔMNDWI είχαν λιγότερες εμφανίσεις των μη πλημμυρισμένων περιοχών που ταξινομήθηκαν εσφαλμένα ως πλημμύρες. Οι εικόνες που προέρχονται από το NDWI, ερμήνευσαν εσφαλμένα ορισμένες οικιστικές εκτάσεις ως υδάτινα σώματα, επίσης πολλές πρόσφατα συγκομισμένες γεωργικές περιοχές ερμηνεύθηκαν εσφαλμένα ως πρόσφατα πλημμυρισμένα πεδία, κάτι που οι εικόνες προερχόμενες από MNDWI δεν είχαν πρόβλημα στο να αναγνωρίσουν σωστά. Οι πλημμυρισμένες περιοχές που καλύπτονται από βλάστηση δεν μπορούν να χαρτογραφηθούν με ακρίβεια, δεδομένου ότι η προτεινόμενη τεχνική αναγνώρισης βασίζεται σε πολυφασματικά δεδομένα ενώ προτείνονται επιπρόσθετα δεδομένα από αισθητήρες RADAR για πιο ακριβή ερμηνεία.
