ΧΡΗΣΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ ΚΑΙ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΩΝ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΓΡΑΦΗ ΤΩΝ ΠΛΗΜΜΥΡΩΝ ΤΗΣ ΛΙΜΝΗΣ ΒΟΛΒΗΣ

Από RemoteSensing Wiki

Η παρούσα μελέτη πραγματοποιήθηκε με αφορμή τις πλημμύρες που έπληξαν τον Νομό Θεσσαλονίκης στις αρχές Οκτωβρίου 2006, προκαλώντας πολυάριθμες καταστροφές. Η περιοχή μελέτης εντοπίζεται στο Βόρειο Ελλαδικό χώρο στην περιφέρεια Κεντρικής Μακεδονίας, νότια της λίμνης Βόλβης, σε ένα ευρύτερο μορφολογικό βύθισμα γνωστό ως Μυγδονία λεκάνη.

Ο κύριος σκοπός της μελέτη ήταν η αξιολόγηση της συνεισφοράς της τεχνολογίας της Τηλεπισκόπησης (δεδομένων ανιχνευτών ραντάρ συνθετικής (διαμέτρου) κεραίας (SAR), σε συνδυασμό με δεδομένα πολυφασματικών (multispectral) ανιχνευτών) και της τεχνολογίας Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS), στην εκτίμηση της τρωτότητας της περιοχής σε πλημμυρικά φαινόμενα και στην ανίχνευση πλημμυρισμένων περιοχών.

Αρχικά δημιουργήθηκαν ΓΣΠ επίπεδα. Για τη δημιουργία αυτών των επιπέδων, ψηφιοποιήθηκαν στοιχεία από τους διαθέσιμους θεματικούς χάρτες (γεωλογικούς, τοπογραφικούς).

Τα επίπεδα πληροφοριών που τελικά αξιοποιήθηκαν ήταν τα εξής: 1.Ισοϋψείς καμπύλες 2. Υδρογραφικό δίκτυο 3. Λίμνη Βόλβη 4. Τριγωνομετρικά σημεία 5. Υδροκρίτης 6. Λιθολογικοί σχηματισμοί 7. Οικισμοί 8. Συντεταγμένες σημείων λήψης φωτογραφιών 9.Κάλυψη γης (από τα διαθέσιμα δεδομένα του προγράμματος CORINE LC 2000).

Στη συνέχεια κατασκευάστηκε ψηφιακό μοντέλο αναγλύφου (digital elevation model) της περιοχής μελέτης και τα παράγωγα αυτού, όπως κατεύθυνση ροής (flow direction), συσσώρευση ροής (flow accumulation), χάρτης σκιασμένου αναγλύφου (shaded relief map), χάρτης κλίσεων (slope map), χάρτης προσανατολισμού (aspect). Τέλος υπολογίστηκε ο τοπογραφικός δείκτης υγρασίας (topographic wetness index). Όλα τα παραπάνω δεδομένα ενσωματώθηκαν σε περιβάλλον ΓΣΠ με τη βοήθεια του λογισμικού ArcMap.

Έπειτα ακολούθησε η ψηφιακή επεξεργασία της εικόνας Landsat. Πιο συγκεκριμένα πραγματοποιήθηκε η ορθοαναγωγή της εικόνας και εφαρμόστηκε η τεχνική του Δείκτη Βλάστησης Κανονικοποιημένης Διαφοράς (NDVI) με τη βοήθεια του λογισμικού Τηλεπισκόπησης ERDAS (σχήμα 1). Έτσι προέκυψε το επίπεδο πληροφορίας για την βλάστηση στην περιοχή μελέτης, το οποίο ενσωματώθηκε στο περιβάλλον ΓΣΠ.

Σχήμα 1: Εικόνα που προέκυψε από την εφαρμογή του Δείκτη Βλάστησης Κανονικοποιημένης Διαφοράς» (Normalized Difference Vegetation Index / NDVI), με το λογισμικό ERDAS.

Τα παραπάνω επίπεδα πληροφοριών συνδυάστηκαν κατάλληλα μεταξύ τους προκειμένου να δημιουργηθούν διάφοροι θεματικοί χάρτες. Στη συνέχεια αξιοποιήθηκαν για τη δημιουργία χάρτη επιδεκτικότητας της περιοχής στα πλημμυρικά επεισόδια.

Ακολούθησε η ψηφιακή επεξεργασία των 3 εικόνων ραντάρ ((ASAR) του δορυφόρου ENVISAT, χωρικής διακριτικής ικανότητας 28m, μέγεθος εικονοστοιχείου (pixel size) 12,5m και ημερομηνιών λήψης 5/10/2004, 25/10/2005 και 10/10/2006). Οι εικόνες ΑSAR προεπεξεργάστηκαν κατάλληλα ώστε να αποσπαστούν όσο το δυνατόν περισσότερες ποιοτικά και ποσοτικά πληροφορίες. Στη συνέχεια εφαρμόστηκε μία σειρά τεχνικών ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας με τη βοήθεια του λογισμικού ENVI, με σκοπό την εξαγωγή των πλημμυρισμένων περιοχών, οι οποίες περιλαμβάνουν την τεχνική της κατάτμησης (Segmentation technique), καθώς επίσης και τεχνικές ανίχνευσης αλλαγών όπως, δημιουργία ψευδοχρωματικής εικόνας (false color composition) και εφαρμογή αριθμητικών πράξεων μεταξύ των φασματικών τιμών των εικονοστοιχείων.

Ψηφιακή επεξεργασία εικόνας LANDSAT

Από τις 7 φασματικές ζώνες της εικόνας Landsat-7/ΕTM+ εξαιρέθηκε η ζώνη 6 (θερμικό υπέρυθρο), εξαιτίας της μειωμένης διακριτικής ικανότητας που παρέχει (60m έναντι των 30m των υπολοίπων 6 φασματικών ζωνών) (1, 2, 3, 4, 5, 7)). Με τη χρήση του λογισμικού ENVI οριοθετήθηκε η περιοχή ενδιαφέροντος (Region of Interest/ ROI) στην εικόνα LANDSAT-7/ΕΤΜ+.

Γεωμετρική διόρθωση-ορθοαναγωγή

Η γεωμετρική διόρθωση (geometric correction) μιας εικόνας περιλαμβάνει τα εξής στάδια:

• Επιλογή των παραμέτρων του γεωμετρικού μοντέλου και της προβολής που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν.

• Αναγνώριση των επίγειων σημείων ελέγχου (Ground Control Points/ GCPs) στην εικόνα, οι συντεταγμένες των οποίων είναι γνωστές.

• Επαναδειγματοληψία (resampling) της εικόνας, μετά το γεωμετρικό μετασχηματισμό, ώστε να υπολογισθούν οι τιμές έντασης των ψηφίδων (pixels) στις νέες θέσεις, χρησιμοποιώντας κάποια μέθοδο παρεμβολής (interpolation).

Ως γεωδαιτικό Datum, επιλέχθηκε το νέο Ελληνικό Datum, το οποίο βασίζεται στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς 1987 (ΕΓΣΑ’87) και χρησιμοποιεί το ελλειψοειδές αναφοράς GRS 80, καθώς και την Εγκάρσια Mερκατορική προβολή (Transverse Mercator projection). Για την ορθοαναγωγή της εικόνας απαραίτητη είναι η ύπαρξη ενός ψηφιακού μοντέλου αναγλύφου (Digital Elevation Model/DEM). Στην προκειμένη περίπτωση χρησιμοποιήθηκε DEM από δεδομένα της αποστολής SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) με διάσταση ψηφίδας 70x90 περίπου.

Σχετικά με τα επίγεια σημεία ελέγχου, για ολόκληρη την εικόνα Landsat συνιστάται να χρησιμοποιούνται 100-120 σημεία.

Για την επαναδειγματοληψία της εικόνας, χρησιμοποιούνται συνήθως τρεις μέθοδοι παρεμβολής (Richards & Jia 1999, Gupta, 2003, Τσακίρη-Στρατή 2004):

1. Η μέθοδος του πλησιέστερου γειτονικού σημείου (nearest neighbor).

2. Διγραμμική παρεμβολή (bilinear interpolation).

3. Δικυβική παρεμβολή (bicubic interpolation/cubic convolution interpolation).

Λαμβάνοντας υπόψη τα παραπάνω, επιλέχθηκε η μέθοδος της δικυβικής παρεμβολής, για την επαναδειγματοληψία της εικόνας ΕTM+, κατά τη διαδικασία της γεωμετρικής διόρθωσης. Η εικόνα, η οποία προέκυψε μετά την ορθοαναγωγή, παρουσιάζεται παρακάτω (σχήμα 2).

Σχήμα 2: Εικόνα που προέκυψε μετά την διαδικασία ορθοαναγωγής της Landsat (πανχρωματική).

Στην συνέχεια επαναλήφθηκε η παραπάνω διαδικασία προκειμένου να γίνει η εγγραφή της πολυφασματικής εικόνας πάνω στην πανχρωματική. Για τον σκοπό αυτό επιλέχθηκαν 45 σημεία ελέγχου. Για την επαναδειγματοληψία της εικόνας επιλέχθηκε και πάλι η μέθοδος της δικυμβικής παρεμβολής. Έπειτα ακολούθησε η συγχώνευση των δύο εικόνων (πανχρωματική και πολυφασματική) (σχήμα 3).

Σχήμα 3: Εικόνα που προέκυψε έπειτα από την συγχώνευση εικόνων πολυφασματική και πανχρωματική (ζώνες 5,4,2: RGB).

Οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή των πλημμυρισμένων περιοχών μέσω των διαθέσιμων εικόνων ραντάρ είναι οι εξής:

• Τεχνική κατάτμησης (Segmentation technique) στην εικόνα ραντάρ 10/10/2006 (μέρες μετά την πλημμύρα, σχήμα 3).

Τεχνικές ανίχνευσης αλλαγών (Change detection techniques):

• Τεχνική ανίχνευσης αλλαγών μέσω ψευδοχρωματικής απεικόνισης και μελέτης των φασματικών προφίλ των εικονοστοιχείων.

• Τεχνική ανίχνευσης αλλαγών μέσω μαθηματικών πράξεων μεταξύ των τιμών έντασης των ψηφίδων των εικόνων (συνδυασμοί εικόνων).

Οι τεχνικές επομένως της κατάτμησης (segmentation), της ψευδοχρωματικής διαχρονικής απεικόνισης και των φασματικών πράξεων μεταξύ ζεύγους εικόνων, αποδεικνύονται εξαιρετικά χρήσιμες στον εντοπισμό και καταγραφή πλημμυρικών γεγονότων, με την προϋπόθεση ότι τα δεδομένα έχουν ληφθεί κάτω από τις καταλληλότερες το δυνατόν συνθήκες.

Πηγή: ΝΙΚΟΛΑΙΔΟΥ Μ., ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΕΙΔΙΚΕΥΣΗΣ, ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ, ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ-ΤΟΜΕΑΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΓΕΩΓΡΑΦΙΑΣ, ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2009.