H Τηλεπισκόπηση στη διαχείριση ορυχείων και κοντινών οικοτόπων

Από RemoteSensing Wiki

Αντικείμενο Εφαρμογής: H χρήση της τηλεπισκόπησης στην παρακολούθηση της εξορυκτικής δραστηριότητας.

Πρωτότυπος Τίτλος: «Remote sensing in management of mining land and proximate habitat»

Συγγραφείς: Koruyan K., Deliormanli A.H., Karaca Z., Momayez M., Lu H., Yalçin E.

Πηγή:http://www.scielo.org.za/pdf/jsaimm/v112n7/11.pdf

Λέξεις Κλειδιά: τηλεπισκόπηση, ορυχείο, μάρμαρο, κάλυψη γης

1. Στόχος Εφαρμογής

Η εξέταση της επέκτασης λατομείων μαρμάρου στην περιοχή Mugla της Τουρκίας, για περίοδο 10 ετών, με τη χρήση γεωγραφικών πληροφοριακών συστημάτων (GIS) και τηλεπισκόπησης (RS).

2. Εισαγωγή

Τα κράτη με εξορυκτική δραστηριότητα, προχωρούν στη θέσπιση σχεδίου διαχείρισης, που πρέπει να περιλαμβάνει τρόπους για τη μείωση των περιβαλλοντικών ζητημάτων, συμπεριλαμβανομένης της αλλαγής κάλυψης γης, της απόρριψης των στείρων εξόρυξης, τη σκόνη και το θόρυβο, τη χρήση και επαναχρησιμοποίηση του νερού, και τη ρύπανση. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην περιβαλλοντική παρακολούθηση και την αποκατάσταση των περιοχών εξόρυξης. Το κύριο πλεονέκτημα είναι η ικανότητά της να καλύπτει μεγάλες εκτάσεις, υψηλή χρονική συχνότητα και χαμηλό κόστος σε σύγκριση με την επίγεια έρευνα και παρακολούθηση. Πρόσφατα αποδείχθηκε η χρησιμότητα της παρακολούθησης των επιπτώσεων της εξόρυξης χρησιμοποιώντας διάφορες μεθόδους τηλεπισκόπησης. Σε διαφορετικά πρότζεκτ χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες για τον εντοπισμό των ορυχείων, για τον προσδιορισμό της μείωσης της φυσικής βλάστησης, για την ανίχνευση της διαταραχής στην ποικιλομορφία των οικοτόπων και στην αλλαγή της έκτασης της γης, και αξιολογήθηκαν οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις των λατομείων μαρμάρου στη Θάσο. Εδώ παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της μελέτης για την επέκταση των εγκαταλελειμμένων και των εντατικών λατομείων μαρμάρου, και των επακόλουθων αλλαγών στη βλάστηση στη Mugla (Δ. Τουρκία). Πρόκειται για περιοχή που υπήρξε σημαντικό κέντρο παραγωγής μαρμάρων από την αρχαιότητα. Η περιοχή κατέχει μεγάλη παραγωγή μαρμάρου, εγκαταλελειμμένα λατομεία και ενεργά εργοστάσια επεξεργασίας μαρμάρου, και καλύπτεται από πυκνή βλάστηση. Η εξαγωγή μαρμάρου διεξάγεται με εξόρυξη. Η αρχική βλάστηση καταστρέφεται και το υπερκείμενο έδαφος απομακρύνεται, με αποτέλεσμα η εξόρυξη να έχει σοβαρό αντίκτυπο στην οικολογία και την επαναχρησιμοποίηση του εδάφους. Εδώ, χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές GIS και τηλεπισκόπησης για τον προσδιορισμό αυτών των περιβαλλοντικών επιπτώσεων, τυποποιημένες τεχνικές επεξεργασίας σε συνδυασμό με μια χρονική δομή αποφάσεων και χάρτες GIS των αδειών ορυχείων και των υγροτόπων για τη χαρτογράφηση ενεργών και αναγεννημένων ορυχείων, και την παρακολούθηση των αλλαγών μέσα στο χρόνο.

3.Υλικά και μέθοδοι

Χρησιμοποιήθηκαν οι άδειες των ορυχείων και εικόνες Landsat και ASTER. Στη συνέχεια εκτιμήθηκαν οι μετρήσεις τοπίου και ποσοτικοποιήθηκαν οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις και ειδικότερα οι μεταβολές της βλάστησης.

3.1. Δεδομένα εικόνας

Χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικές εικόνες ASTER και Landsat με ανάλυση 15m και 30m αντίστοιχα. Οι εικόνες ASTER VNIR μειώθηκαν σε ανάλυση 30m προκειμένου να υπάρχει ένα συνεκτικό σύνολο δεδομένων.

3.2. Περιοχή μελέτης

Δημιουργήθηκε για την περιοχή ένα μωσαϊκό δορυφορικής εικόνας και τα δεδομένα ενισχύθηκαν εφαρμόζοντας γεωμετρικές και ραδιομετρικές διορθώσεις. Η κύρια περιοχή μελέτης οριοθετείται από τα όρια των λατομείων μαρμάρου προς όλες τις κατευθύνσεις, παρέχοντας μια ζώνη ασφαλείας 800 μέτρων γύρω από κάθε λατομείο.

3.3. Επεξεργασία εικόνας

Εφαρμόστηκαν τυποποιημένες διαδικασίες επεξεργασίας σε κάθε εικόνα. Η γεωμετρική διόρθωση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας 20 σημεία ελέγχου. Στη συνέχεια, ενισχύθηκαν η αντίθεση και οι λεπτομέρειες στην εικόνα και χαρτογραφήθηκαν παρόμοια χρώματα σε μία μόνο τιμή χρησιμοποιώντας τεχνικές χωρικού φιλτραρίσματος.

3.4. Προσδιορισμός της επέκτασης των λατομείων μαρμάρου

Τα όρια των λατομείων μαρμάρου προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας την επεξεργασία εικόνων και το GIS, όμως αυτά δεν εμφανίζονται με σαφήνεια σε εικόνες ανάλυσης 30m. Ως εκ τούτου, έγινε επεξεργασία για να εμφανιστούν καλύτερα τα όρια. Πρώτα, εφαρμόστηκαν στατιστικά φίλτρα όπως φαίνεται στο σχήμα 1α. Τα φίλτρα όξυνσης εφαρμόστηκαν στα κανάλια 1, 2 και 3 του ASTER, και στα κανάλια 2, 3 και 4 του Landsat, που φαίνεται στο σχήμα 1β. Τέλος, βρέθηκε ότι το στατιστικό φίλτρο «διαμέσου» παρείχε την καλύτερη ποιότητα εικόνας (Εικόνα 1c). Οι ίδιες τεχνικές χρησιμοποιήθηκαν για την ομαδοποίηση RGB και μετατροπή των εικόνων από ράστερ σε διάνυσμα.

Μετά, εκτελέστηκε ομαδοποίηση RGB για συγχώνευση των 3 καναλιών σε 1. Η μέθοδος εκτελεί μια μη επιτηρούμενη ταξινόμηση. Αυτές οι τεχνικές επεξεργασίας αφαιρούν ανεπιθύμητα και περιττά pixel από τις εικόνες. Μετά την ομαδοποίηση, τα pixel ομαδοποιήθηκαν έτσι ώστε να διαχωριστούν τα μάρμαρα από τα μη μαρμάρινα πετρώματα (Eικόνα 2).

Η μετατροπή από ράστερ σε διάνυσμα επιτρέπει τον πολυγωνισμό των πετρωμάτων, κι έπειτα τον προσδιορισμό των αλλαγών στη βλάστηση και των ορίων των λατομείων. Τα δειγματοποιημένα δεδομένα που παρουσιάζονται στην Εικόνα 3 περιέχουν λίγα ανεπιθύμητα στοιχεία που προέρχονται από: i) Περιοχές στις δορυφορικές εικόνες που έχουν συντελεστή ανάκλασης παρόμοιο με τα λατομεία μαρμάρου ii) Δυσκολία διαχωρισμού ξεχωριστών εικονοστοιχείων πετρωμάτων από γειτονικά κατά τη διαδικασία ομαδοποίησης Οι λόγοι καναλιών που χρησιμοποιήθηκαν για τη διάκριση και την αναγνώριση σχηματισμών είναι οι 4/7, 4/1, (2/3)×(4/3) για εικόνες ASTER και 5/7, 5/2, (3/4)×(5/4) για Landsat. Τα πετρώματα, ειδικά ο σερπεντίνης, ο γρανίτης και το μάρμαρο μπορούν να αναγνωριστούν εύκολα. Στην Εικόνα 4, τα λατομεία μαρμάρου εμφανίζονται με ροζ χρώμα.

3.5. Εκτίμηση της αλλαγής της φυσικής βλάστησης

Οι δείκτες βλάστησης υπολογίζονται χρησιμοποιώντας τιμές φωτεινότητας, βιομάζα και μέτρηση της ενέργειας της βλάστησης. Ένας δείκτης βλάστησης υπολογίζεται με πράξεις των φασματικών τιμών, και αξιολογεί εάν ο παρατηρούμενος στόχος περιέχει ζωντανή βλάστηση ή όχι. Οι πιο συνηθισμένοι δείκτες είναι οι: •NDVI = (NIR-R) / (NIR + R) •TVI = (NDVI + 0,5) 0,5 •PVI = sin (a) NIR-cos (a) R •EVI = 2,5 [(NIR-R) / (NIR + 6R 7.5b + 1)] όπου a, η γωνία πρόσπτωσης των ακτινών του ήλιου στην επιφάνεια. Οι αλλαγές στην φυσική βλάστηση προσδιορίστηκαν χρησιμοποιώντας τον NDVI, που κυμαίνεται μεταξύ -1,0 και +1,0. Οι τιμές του υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας την αναλογία (4-3)/(4+3) για τις εικόνες Landsat και την αναλογία (3-2)/(3+2) για τις ASTER. Η επίδραση των δραστηριοτήτων εξόρυξης στη βλάστηση προσδιορίζεται χρησιμοποιώντας τον NDVI και δεδομένα διανυσμάτων από όρια λατομείων για κάθε έτος. Για να προσδιοριστεί η απώλεια της βλάστησης, οι εικόνες NDVI από το ένα έτος στο άλλο αφαιρέθηκαν από τις αρχικές.

4. Αποτελέσματα

Η σύγκριση των εκτάσεων εξόρυξης (2001-2009) αποκαλύπτει μια πενταπλάσια αύξηση των λατομείων. Η η μείωσή της βλάστησης σχετίζεται με την επέκταση των λατομείων μαρμάρου και εκτιμάται σε 33,17%. Τα λατομεία μαρμάρου ευθύνονται για το 6,30% της συνολικής μείωσης, καθώς έχουν σημειωθεί πολλές πυρκαγιές στην περιοχή. Παρόλο που πολλές προσπάθειες αναδάσωσης βρίσκονται σε εξέλιξη, η απώλεια βλάστησης έχει αυξηθεί δραματικά. Η φυσική αναζωογόνηση γίνεται πιο επισφαλής καθώς τα λατομεία καλύπτουν μεγαλύτερες περιοχές. Επομένως, δεν μπορεί κανείς να βασιστεί στη φυσική διαδικασία αναζωογόνησης όπως θα ήταν.

5. Συμπεράσματα

Η τηλεπισκόπηση είναι μια ευρέως αποδεκτή και χρησιμοποιούμενη τεχνική για την παρακολούθηση και την αξιολόγηση των επιπτώσεων των φυσικών διεργασιών και της ανθρώπινης δραστηριότητας στο περιβάλλον. Ωστόσο, έχουν πραγματοποιηθεί ελάχιστες μελέτες για την εκτίμηση των περιβαλλοντικών επιπτώσεων της εξόρυξης με τη χρήση τηλεπισκόπησης. Στην παρούσα η μεταβολή της φυσικής κάλυψης υπολογίστηκε χρησιμοποιώντας το δείκτη NDVI, και παρατηρήθηκε ότι σχετίζεται άμεσα με την εξόρυξη μαρμάρου. Οι σύγχρονες τεχνικές εξόρυξης χρησιμοποιούν βαρύ εξοπλισμό, με αποτέλεσμα να εντοπίζονται δραματικές αλλαγές στην κάλυψη γης σε πολύ σύντομο χρονικό διάστημα, και να επηρεάζεται ο γειτονικός βιότοπος. Οι χάρτες που παράγονται από δεδομένα τηλεπισκόπησης παρέχουν έγκαιρες και πολύτιμες πληροφορίες για την εκ των υστέρων αξιολόγηση της επίπτωσης της εξορυκτικής δραστηριότητας στην περιοχή. Η χρήση συστημάτων τηλεπισκόπησης και γεωγραφικών πληροφοριών διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη διαχείριση των ορυχείων. Μαζί, παρέχουν πληροφορίες και στατιστικά στοιχεία για την ποικιλομορφία των οικοτόπων και της αλλαγής κάλυψης γης, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διαμόρφωση πολιτικών και κατευθυντήριων γραμμών για τη διαχείριση της γης μετά το πέρας της εξόρυξης, την ποιοτική αποκατάσταση, παρακολούθηση και τον χαρακτηρισμό του τοπίου.