Χρήση Τηλεσκοπικών Μεθόδων για την Εκτίμηση Καταστροφών από Σεισμούς: Αποτίμηση Γνώσης και Μελλοντικές Δυνατότητες.

Από RemoteSensing Wiki

Χρήση τηλεσκοπικών μεθόδων για την εκτίμηση καταστροφών από σεισμούς: αποτίμηση γνώσης από πρόσφατα συμβάντα και μελλοντικές δυνατότητες.

Πρωτότυπος τίτλος: The use of remote sensing for post-earthquake damage assessment: lessons from recent events, and future prospects assessment: lessons from recent events, and future prospects

Συγγραφείς: R. Foulser-Piggott, R. Spence, K. Saito, D.M.Brown, R. Eguchi

Δημοσιεύθηκε: Proceedings of the 15th World Conference on Earthquake Engineering Lisbon, Portugal, 2012

Εισαγωγή

Ήδη από την αρχή της διαθεσιμότητάς τους εδώ και μια δεκαετία, δορυφορικές εικόνες υψηλής ανάλυσης καθώς και αεροφωτογραφίες χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο για πρώιμες εκτιμήσης καταστροφών από σεισμούς, με εξαιρετικά δυνητικά πλεονεκτήματα: μεγάλες εκτάσεις που έχουν υποστεί ζημιές μπορούν να εξεταστούν με ταχύτητα χωρίς παρεμπόδιση από τις επιτόπου δραστηριότητες αντιμετώπισης της κρίσης, οι ομάδες διάσωσης μπορούν να κατευθυνθούν σε περιοχές ή κτίρια με τη μεγαλύτερη ανάγκη και παράλληλα είναι δυνατή η αποτίμηση των καταστροφών, με περαιτέρω εκτίμηση του κόστους ανοικοδόμησης. Η πρόσφατη ανάπτυξη διαδικτυακών τεχικών έχει ωθήσει ακόμα περισσότερο τις δυνατότητες τέτοιων μεθόδων, δίνοντας τη δυνατότητα σε μεγάλες ομάδες έμπειρων ατόμων να μοιραστούν το έργο της κτίριο-προς-κτίριο εκτίμησης των καταστροφών σε μεγάλη κλίμακα, ώστε μια συνολική εκτίμηση να είναι δυνατή σε πολύ λιγότερο χρόνο, με χαρακτηριστικό παράδειγμα αυτό του σεισμού στην Αϊτή το 2010. Ωστόσο, γίνεται εμφανές από τις υπάρχουσες μελέτες πως ένα μεγάλο ποσοστό των ζημιών στα κτίρια και τις υποδομές πληγέντων περιοχών δεν είναι δυνατό να εκτιμηθεί. Παρόλα αυτά θεωρείται πως με περαιτέρω μελέτες, είναι δυνατόν να βρεθούν τρόποι παρεκβολής των ορατών ζημιών ώστε να είναι δυνατή μια πρώιμη αλλά ταυτόχρονα χρήσιμη εκτίμηση της συνολικής καταστροφής με βάση το ανιχνεύσιμο τμήμα των ζημιών. Ο σεισμός στο Christchurch της Νέας Ζηλανδίας το 2011, λόγω και του εκτεταμένου όγκου δεδομένων που συλλέχθησαν, παρήχε την ευκαιρία να ελεγχθεί η ανωτέρω υπόθεση. Τόσο τα δορυφορικά και εναέρια δεδομένα που συλλέχθησαν, καθώς και οι επιτόπιες εκτιμήσεις από την τοπική αυτοδιοίκηση και από διάφορες άλλες επιστημονικές ομάδες συλλέχθησαν μέσα σε λίγες μέρες μετά τον βασικό σεισμό. Το γεγονός αυτό παρήχε τη δυνατότητα για μια GEO-CAN τύπου ανάλυση και επιβεβαίωση μέσω μιας μελέτης πάνω σε ένα πολύ μεγαλύτερο σύνολο δεδομένων.

Μελέτη επιβεβαίωσης GEO-CAN ανάλυσης

(Σ.Σ.: Η GEO-CAN είναι μια κοινοπραξία που δημιουργήθηκε μετά το σεισμό της Αϊτής από το Earthquake Engineering Research Institute με σκοπό την άμεση συγκέντρωση πληροφορίας για τις επιπτώσεις φυσικών καταστροφών, αξιοποιώντας τη συλλογική γνώση μηχανικών, επαγγελματιών και άλλων εθελοντών ανά τον κόσμο, οι οποίοι μπορούν να εργαστούν συλλογικά από απόσταση μέσω του διαδικτύου.)

Ο σκοπός της παρούσας μελέτης ήταν να εκτιμηθεί η απόδοση των τεχνολογιών τηλεπισκόπησης (όπως χρησιμοποιήθηκαν κατά την GEO-CAN ανάλυση) στον εντοπισμό κτιρίων που είχαν υποστεί ζημιές από το σεισμό με τρείς βασικούς στόχους. Αρχικά να εκτιμηθούν οι περιπτώσεις κατά τις οποίες η GEO-CAN ομάδα αναγνώρισε κάποιο κτίριο που έχει υποστεί ζημιά. Στη συνέχεια να βρεθεί σε τι βαθμό η διαδικασία παρήγαγε εκτιμήσεις σε συμφωνία με τις πραγματικές ζημιές ενός κτιρίου και τέλος να ταυτοποιηθούν οι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την τηλεπισκοπική εκτίμηση ζημιών, κάνοντας χρήση δορυφορικών εικόνων και αεροφωτογραφιών του Christchurch πριν και μετά το σεισμό. Συνολικά 200 εθελοντές εργάστηκαν στην GEO-CΑΝ ομάδα με την πλειοψηφία των εθελοντών να εργάζονται πάνω σε αεροφωτογραφίες κάνοντας εκτίμηση των ζημιών των δομικών στοιχείων των κτιρίων. Για κάθε εθελοντή ορίστηκε μια συγκεκριμένη περιοχή της πόλης και του/της ζητήθηκε να ταυτοποιήσει κτίρια τα οποία έχουν υποστεί ζημιές, να σχεδιάσει ένα πολύγωνο γύρο από το κτίριο και να εκτιμήσει το εύρος των ζημιών του κάθε κτιρίου βάσει οδηγιών που υπάρχουν στην ιστοσελίδα της GEO-CAN. Συνολικά έγινε ανάλυση 1623 πολυγώνων από την GEO-CAN ομάδα σε περιβάλλον GIS. Επιτόπιες έρευνες πραγματοποιήθηκαν σε 8201 οικιστικά και εμπορικά κτίρια. Για την επικύρωση της διαδικασίας έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων για τα κτίρια στα οποία έγινε επιτόπια και τηλεπισκοπική ανάλυση.

Συνδυασμός και σύγκριση δεδομένων

Η περιοχή στην οποία έγινε σύγκριση των δύο μεθόδων αποτυπώνεται στην εικόνα 2 όπου με μπλε χρώμα εμφανίζονται τα κτίρια που ελέγχθησαν από την GEO-CAN ομάδα και με κόκκινο τα κτίρια στα οποία έγινε επιτόπου εκτίμηση των ζημιών. Αρχικά έγινε αντιστοίχηση των επιτόπιων δεδομένων με αυτά της GEO-CAN για κάθε κτίριο κάνοντας χρήση της εντολής “Intersect” στο λογισμικό ArcGIS και δημιουργήθηκαν δύο σύνολα δεδομένων, ένα σύνολο χωρικής συνένωσης μεταξύ των GEO-CAN πολυγώνων και των σημείων επιτόπιας έρευνας καθώς και ένα ίδιο σύνολο με buffer 5 μέτρων. Και τα 2 σύνολα παρουσιάζουν κάποια εγγενή σφάλματα. Το πρώτο σύνολο θα «χάσει» κάποια κτίρια αν η ανάθεση του σημείου ή πολυγώνου δεν είναι ακριβής. Το εκτεταμένο σύνολο δύναται να αποδώσει σημεία σε λάθος πολύγωνα. Και τα δύο σύνολα επίσης θα χάσουν κάποιες τοποθεσίες. Για παράδειγμα για ένα μεγάλο κτίριο όπως ο καθεδρικός ναός της πόλης, το buffer των 5 μέτρων είναι πολύ μικρό για να συμπεριλάβει το κεντρικό κτίριο και το καμπαναριό, με αποτέλεσμα ένα σημείο που βρίσκεται στο κεντρικό τμήμα του ναού να μην συνδεθεί με το πολύγωνο που σκιαγραφεί μόνο το καμπαναριό. Η παρούσα εργασία βασίζεται στο πρώτο σύνολο. Κατά το δεύτερο βήμα πραγματοποιείται μια σύγκριση των δεδομένων των δύο πηγών.

Ανάλυση

Η ανάλυση των δεδομένων υποδεικνύει πως η GEO-CAN μεθοδολογία μπορεί να εκτιμήσει το κατά πόσο ένα κτίριο έχει υποστεί ζημιές αλλά δεν αναθέτει με ακρίβεια το εύρος των καταστροφών. Τρείς βασικοί παράγοντες εξετάστηκαν για την πιθανή συνεισφορά τους στην επίδοση της GEO-CAN ανάλυσης: η εμπειρία των εθελοντών πάνω σε θέματα τηλεπισκόπησης, το κατά πόσο η ανάλυση βασίστηκε σε αεροφωτογραφίες ή δορυφορικές εικόνες και η δυνατότητα των τηλεπισκοπικών μεθόδων στην αναγνώριση ζημιών σε διαφορετικούς τύπους κτιρίων. Τα βασικά ευρήματα είναι τα εξής: οι πιο έμπειροι εθελοντές τείνουν να αποδίδουν σε λιγότερα κτίρια ολοκληρωτικές ζημιές που προκάλεσαν κατάρρευση, οι ομάδες που χρησιμοποίησαν δορυφορικές εικόνες τείνουν να εντοπίζουν χαμηλότερα επίπεδα ζημιών από ότι οι ομάδες που χρησιμοποίησαν αεροφωτογραφίες και οι διαφορετικοί τύποι κτιρίων έχουν πολύ διαφορετικά πρότυπα εκτίμησης ζημιών καθώς σε συγκριτικά περισσότερα κτίρια κατασκευασμένα με λιθοδομή αποδόθηκε ο χαρακτήρισμός ID-2, πολύ σοβαρές ζημιές, σε σχέση με κτίρια κατασκευασμένα από οπλισμένο σκυρόδεμα ή ξυλοδομή.

Αποτελέσματα και συμπεράσματα

Η περιοχή μελέτης αποτελείται από ένα πλέγμα 500 χ 500 μέτρα, επιλέχθηκε ως αντιπροσωπευτικό δείγμα της κεντρικής εμπορικής περιοχής και περιέχει 254 σημεία από την επιτόπια έρευνα και 87 GEO-CAN πολύγωνα. Εντοπίστηκαν μια σειρά αναντιστοιχιών κυρίως λόγω λανθασμένης ταξινόμησης των ζημιών των κτιρίων από την GEO-CAN ανάλυση, σε ποσοστό περίπου 15%, γεγονός που αποδίδεται σε δύο από τους παράγοντες που προαναφέρθηκαν: το επίπεδο εμπειρίας των αναλυτών και οι διαφορετικές τυπολογίες των κτιρίων. Σχετικά με τη χρήση μεθόδων τηλεπισκόπησης για την εκτίμηση ζημιών έως σήμερα, οι συγγραφείς της παρούσας μελέτης συνοψίζουν την κατάσταση ως εξής. Ένα μεγάλο ποσοστό της ζημιάς γίνεται εμφανές από την ανάλυση των δορυφορικών εικόνων και των αεροφωτογραφιών με ανάλυση 1 μέτρου και κάτω. Η καταγραφή ζημιών μέσω μεθόδων τηλεπισκόπησης κατά κύριο λόγο επιβεβαιώνεται από επιτόπιες έρευνες, ωστόσο πολλές φορές το εύρος των ζημιών υποτιμάται. Αντίθετα, σε μεγάλο βαθμό κατά την επιτόπια έρευνα καταγράφονται κτίρια τα οποία έχουν υποστεί ζημιές εν.ω δεν έχουν χαρακτηριστεί ως τέτοια μέσω των μεθόδων τηλεπισκόπησης (μεγάλο σφάλμα παράλειψης), με κάποια συγκεκριμένα ήδη ζημιών να καταγράφονται λιγότερο, όπως για παράδειγμα ζημιές σε χαμηλότερους ορόφους. Το εύρος των σφαλμάτων παράλειψης και συμπερίληψης επηρεάζεται από μια σειρά παραγόντων, συμπεριλαμβανομένης της ποιότητας και ανάλυσης της εικόνας που χρησιμοποιείται, την εμπειρία του αναλυτή, τον τύπο της κατασκευής και τους τύπους ζημιάς. Χωρίς πρόσφατες έρευνες πεδίου μεγάλων δειγμάτων των περιοχών που έχουν πληγεί χρησιμοποιώντας την ίδια κλίμακα ζημιών είναι αδύνατη η ποσοτικοποίηση των σφαλμάτων παράλειψης. Περαιτέρω έρευνες πάνω σε μελλοντικούς σεισμούς είναι αναγκαίες με σκοπό την ανάπτυξη μεθόδων ώστε να είναι δυνατή η αναγωγή του εύρους των μη ορατών ζημιών μέσω αυτών που μπορούν να εντοπιστούν με μεθόδους τηλεπισκόπησης. Η χρήση τηλεπισκοπικών μεθόδων πρόκειται να έχει αυξανόμενα σημαντικό ρόλο στην πρώιμη εκτίμηση των ζημιών από σεισμούς.

Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]