H χρήση των τηλεπισκοπικών απεικονίσεων στη μελέτη των ρεμάτων
Από RemoteSensing Wiki
Συγγραφείς: Μ. Τσακίρη-Στρατή1 , Σ. Τσιούρης2 , Σ. Σιάχαλου3 , Γ. Δοξάνη3
1. Αγρ. Τοπογράφος Μηχ., Αν. Καθηγήτρια ΑΠΘ, Tμήμα Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών(ΤΑΤΜ), Τομέας Κτηματολογίου, Φωτογραμμετρίας και Χαρτογραφίας, martsaki@topo.auth.gr
2. Γεωπόνος, Καθηγητής ΑΠΘ, Γεωπονική Σχολή, Εργαστήριο Οικολογίας και Προστασίας Περιβάλλοντος, stsiouri@agro.auth.gr
3. Αγρ. Τοπογράφος Μηχ., M.T.E., Υπ. Δρ. ΤΑΤΜ-ΑΠΘ, ssiacha@auth.gr,gdoxani@topo.auth.gr
Πηγή: Α.Π.Θ. ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ - ΤΜΗΜΑ ΑΤΜ ΥΔΡΟΓΑΙΑ. Τιμητικός Τόμος στον Καθηγητή Χρήστο Τζιμόπουλο
1) Αντικείμενο Εφαρμογής
Αντικείμενο της παρούσας εφαρμογής είναι η διαχείριση υδατικών οικοσυστημάτων και ειδικότερα των ρεμάτων. Ο βασικός ρόλος των ρεμάτων είναι η προστασία από την καταστροφική δράση των πλημμυρών αποθηκεύοντας το νερό επιφανειακά ή υπόγεια ή οδηγώντας το σε αποδέκτες νερού μεγάλης χωρητικότητας. Κατά την κατακράτηση και ροή του νερού δημιουργούνται στην κοίτη των ρεμάτων χώροι πρασίνου με χαρακτηριστική βλάστηση χερσαίων ή υγροτοπικών οικοσυστημάτων και την αντίστοιχη πανίδα. Η κάλυψη αυτών των περιοχών με βλάστηση έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της ταχύτητας των πλημμυρικών νερών, τη μείωση της ατμοσφαιρικής ρύπανσης και τη βελτίωση του μικροκλίματος της περιοχής. Παρά το γεγονός ότι έχει αναγνωριστεί ο πολλαπλός ρόλος των ρεμάτων (Καρανικάρη και Τσιούρης, 2005) και έχει θεσμοθετηθεί νομοθετικά η προστασία αυτών, παρατηρείται το φαινόμενο της κακής διαχείρισης των ρεμάτων τόσο από την πλευρά των πολιτών όσο και από την πλευρά της Πολιτείας. Η συνεχώς αυξανόμενη συσσώρευση πληθυσμού στα αστικά και περιαστικά κέντρα ενίσχυσε την ανάγκη αναζήτησης οικοδομήσιμης γης σε βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων. Στις περισσότερες περιπτώσεις τα ρέματα καταπατούνται τόσο στα όρια των όχθων τους όσο και μέσα στον πυθμένα τους και η συρρίκνωσή τους είναι συνήθως σταδιακή μέχρι την ολοκληρωτική εξαφάνισή τους κάτω από νέες κατασκευές (Καρανικάρη και Τσιούρης, 2005). Οι πιο συνηθισμένες μορφές κακής διαχείρισης των ρεμάτων είναι οι εξής:
1. Ο κάτοικοι επιχωματώνουν συστηματικά τις κοίτες των ρεμάτων και καταπατούν τα όρια των οχθών των ρεμάτων προσπαθώντας να αυξήσουν παράνομα την έκταση των ιδιοκτησιών τους. Σε ορισμένες περιπτώσεις έχουν οικοπεδοποιηθεί και ανοικοδομηθεί οι κοίτες των ρεμάτων αυθαίρετα.
2. Πολλοί θεωρούν τα ρέματα χώρους απόρριψης μπαζών και σκουπιδιών μετατρέποντάς τα σε παράνομες χωματερές, καταστρέφοντας την οικολογική τους αξία και δημιουργώντας εστίες μόλυνσης του περιβάλλοντος (Κωτούλας, 1978).
3. Η μετατροπή των ρεμάτων σε οδικές αρτηρίες. Σύνηθες φαινόμενο στις πόλεις, όπως έγινε στη περίπτωση του Δενδροπόταμου Θεσσαλονίκης, ενέργεια που δυστυχώς αντιγράφεται και στα χωριά της χώρας μας.
Η λύση της επένδυσης της κοίτης των ρεμάτων με σκυρόδεμα και η κατασκευή κλειστών αγωγών αποκλείει τις φυσικές λειτουργίες των ρεμάτων. Συγκεκριμένα αποτρέπεται η δημιουργία χώρων πρασίνου, κατακράτησης μεγάλων ποσοτήτων υδάτων σε περίπτωση πλημμύρων και περιορίζεται ο ρόλος τους στην ροή και απόθεση των νερών προς τη θάλασσα (Γκανούλης, 1994). Πρόκειται λοιπόν για παρεμβάσεις των κατοίκων οι οποίες συντελούνται ανεξέλεγκτα. Η Πολιτεία εξυπηρετώντας πολιτικές σκοπιμότητες είτε ανέχεται αυτές τις καταπατήσεις είτε συναινεί και αντιμετωπίζει τα ρέματα ως εμπόδια για την «ανάπτυξη» του αστικού ιστού. Αποτέλεσμα αυτών των αλλοιώσεων είναι η συρρίκνωση ή και εξαφάνιση των ρεμάτων και η απειλή των αστικών και περιαστικών περιοχών από καταστροφικές πλημμύρες.
2) Σκοπός Εφαρμογής
Στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας παρουσιάζεται η συμβολή της τηλεπισκοπικής δορυφορικής εικόνας στη διαχείριση και προστασία του φυσικού συστήματος επιφανειακής απορροής. Παρουσιάζεται επίσης η νομοθεσία προστασίας των περιαστικών ρεμάτων. Συγκεκριμένα μελετήθηκε μία μικρή περιοχή στη δυτική περιαστική Θεσσαλονίκη (Δ.Δ. Νεοχωρούδας του Δήμου Καλλιθέας). Για τη χαρτογράφηση και ποσοτική και ποιοτική εκτίμηση των ρεμάτων της περιοχής μελέτης χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία από εργασίες πεδίου, χαρτογραφικά δεδομένα και εικόνες του δορυφόρου QuickBird. Η επιστήμη της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών (GIS) εισήγαγαν νέες μεθόδους στη διαχείριση των φυσικών οικοσυστημάτων. Η δυνατότητα διαχρονικής παρακολούθησης της γήινης επιφάνειας σε ελάχιστο χρόνο και με μικρό σχετικά κόστος παρέχει τη δυνατότητα καταγραφής όλων των μεταβολών που συμβαίνουν στο φυσικό περιβάλλον και επομένως διευκολύνουν την αντιμετώπιση ή την πρόβλεψη πιθανών προβλημάτων που απορρέουν από αυτές τις μεταβολές.
3) Υλικά και Μέθοδος που ακολουθήθηκε
3.1) Δεδομένα
Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία είναι: α) η συνθετική ορθοεικόνα του δορυφόρου QuickBird, με χωρική ανάλυση 0,6m, η οποία είναι προϊόν εφαρμογής της τεχνικής της συγχώνευσης μεταξύ της παγχρωματικής και της πολυφασματικής εικόνας, β) το Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους της περιοχής, με βήμα καννάβου 25m και γ) φωτογραφίες από επίγειες επισκέψεις.
3.2) Χαρτογράφηση των ρεμάτων
Αρχικά πραγματοποιήθηκε η ψηφιοποίηση των ρεμάτων στη δορυφορική εικόνα, με σκοπό τον όσο το δυνατό πιο σαφή προσδιορισμό τους. Έτσι εντοπίστηκαν και χαρτογραφήθηκαν τα ρέματα της περιοχής και έγινε πιο εύκολη η μελέτη των γειτονικών χρήσεων γης. Στην Εικόνα 1 διακρίνεται ένα ψηφιοποιημένο τμήμα ρέματος στην περιοχή της Νεοχωρούδας, όπου διακρίνεται όχι μόνο η κοίτη αλλά και οι όχθες του. Γίνεται έτσι σαφής η παραβίαση των νόμων προστασίας των ρεμάτων καθώς διαπιστώνεται η ύπαρξη μιας βιοτεχνικής μονάδας πολύ κοντά στις όχθες του.
3.3) Επεξεργασία της συνθετικής εικόνας
Με την κατάλληλη επεξεργασία της συνθετικής εικόνας είναι δυνατός ο εντοπισμός των περιοχών με βλάστηση είτε με εφαρμογή του δείκτη βλάστησης NDVI (Normalized Vegetation Index) ή με το μετασχηματισμό Natural Color. Ο δείκτης NDVI είναι ο κανονικοποιημένος δείκτης βλάστησης, ο οποίος συνδυάζει δύο διαύλους πολυφασματικής εικόνας, οι οποίοι βρίσκονται στην κόκκινη (R) και στην εγγύς υπέρυθρη (IR) περιοχή του φάσματος και εκφράζεται από τη σχέση: ΝDVI = IR – R / IR + R Ο δείκτης NDVI εφαρμόστηκε στη συνθετική εικόνα και δημιουργήθηκε μια εικόνα στην οποία οι ανοιχτόχρωμες ψηφίδες αντιπροσωπεύουν τις περιοχές φυτικής κάλυψης (Εικόνα 2). Με αυτόν τον τρόπο μπορούν να τονιστούν οι περιοχές πρασίνου οι οποίες υφίστανται εξαιτίας των ρεμάτων και να εκτιμηθεί η οικολογική τους σημασία. Επίσης εφαρμόστηκε ο αλγόριθμος Natural Color ο οποίος μετατρέπει μια πολυφασματική εικόνα με διαύλους B, G, R, IR σε μια εικόνα R,G,B στην οποία τα χρώματα εμφανίζονται πιο φυσικά. Αυτή η τεχνική έχει σαν αποτέλεσμα τα ρέματα να είναι εύκολα αναγνωρίσιμα στην εικόνα γιατί εμφανίζονται λόγω της βλάστησης με πράσινο χρώμα.
3.4) Τρισδιάστατη οπτικοποίηση της συνθετικής εικόνας
Ένας άλλος τρόπος ρεαλιστικής απόδοσης της επιφάνειας του εδάφους είναι η τρισδιάστατη απεικόνιση του. Λαμβάνοντας υπόψη ότι στις περιοχές των ρεμάτων υπάρχει μια ιδιαίτερη μορφολογία λόγω υψομετρικών διαφορών μεταξύ πυθμένα-όχθης, η τρισδιάστατη απεικόνισή τους αποτελεί δυνατό εργαλείο εντοπισμού και παρακολούθησης τους. Για το σκοπό αυτό πραγματοποιήθηκε υπέρθεση της εικόνας Natural Color στο Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους και εντοπίστηκαν οι αντίστοιχες περιοχές με έντονες κλίσεις (Εικόνα 3).
4) Συμπεράσματα και αξιολόγηση μεθόδου
Οι λειτουργίες και αξίες των ρεμάτων επιβάλλεται να κατανοηθούν τόσο από την Πολιτεία όσο και από τους πολίτες και κυρίως από εκείνους των οποίων οι ιδιοκτησίες είναι όμορες των ρεμάτων. Η τηλεπισκόπηση επέφερε σημαντικές αλλαγές στο χώρο της Χαρτογραφίας, αφού εισήγαγε την παρατήρηση και την παρακολούθηση του γήινου περιβάλλοντος στο σύνολό του και σε συχνή περιοδική χρονική κλίμακα (Τσακίρη- Στρατή, 1998). Η δυνατότητα λήψης εικόνων διαφορετικών ημερομηνιών διευκολύνει την παρατήρηση των μεταβολών που συντελούνται στο φυσικό περιβάλλον, ενώ παράλληλα παρέχονται πολύτιμες πληροφορίες σχετικές με τους τύπους χρήσεων γης (Vupalla et al.,2004). Η λήψη των πολυφασματικών τηλεπισκοπικών δεδομένων, ευαίσθητων σε πολλές περιοχές του φάσματος καθιστά δυνατή την ταξινόμηση της εικόνας με βάση τα φασματικά χαρακτηριστικά της. Έτσι επιτυγχάνεται ο ακριβής καθορισμός των χρήσεων γης της περιοχής των ρεμάτων και ο εντοπισμός πιθανών πηγών ρύπανσης και καταπάτησής τους από γειτονικές χρήσεις γης (Σιάχαλου κ.ά. 2004, Karanjit 2002). Επιπλέον η δυνατότητα των δορυφορικών εικόνων στερεοσκοπικής κάλυψης μιας περιοχής καθιστά εφικτή τη δημιουργία του ψηφιακού μοντέλου εδάφους (ΨΜΕ). Με το ΨΜΕ είναι δυνατή η παρατήρηση των κλίσεων και των υψομετρικών διαφορών του εδάφους. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με τη δυνατότητα διαχρονικής συλλογής δεδομένων έχει ως αποτέλεσμα τον εντοπισμό πιθανής μεταβολής στην κοίτη του ρέματος (Betts and DeRose 1999, Martinez- Casasnovas 2002). Με τα τηλεπισκοπικά δεδομένα και το ΨΜΕ υπάρχει και η δυνατότητα της τρισδιάστατης απεικόνισης μιας περιοχής. Μπορεί δηλαδή να αποδοθεί μια περιοχή σε μορφή τρισδιάτατου χάρτη, γεγονός που επιτρέπει τον πιο εύκολο εντοπισμό των υψομετρικών διαφορών και συνεπώς των ρεμάτων. Ένας άμεσος τρόπος καταγραφής των ρεμάτων είναι η ψηφιοποίησή τους στη δορυφορική εικόνα. Στην περίπτωση αυτή τα ρέματα αναγνωρίζονται στην εικόνα και με τη χρήση του ΨΜΕ μπορούν να αποδοθούν με μεγαλύτερη ακρίβεια οι όχθες τους. Επίσης με την εφαρμογή φίλτρων και αλγορίθμων για τη βελτίωση της εικόνας είναι εφικτή η εξαγωγή πληροφορίας σχετικής με τη βλάστηση, το νερό ή ακόμα και την πιθανή ρύπανση των ρεμάτων. Όλα τα προϊόντα των παραπάνω εφαρμογών λόγω της ψηφιακής τους μορφής μπορούν να εισαχθούν σε κάποιο Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIS), όπου η μελέτη και διαχείρισή τους θα είναι εύκολη, γρήγορη και αποτελεσματική. Τα διαχρονικά, φασματικά, χωρικά και άλλα χαρακτηριστικά των δορυφορικών εικόνων μέσα σε ένα GIS σύστημα παρέχουν ένα πλήθος πληροφοριών που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε όλες τις φάσεις ενός προγράμματος διαχείρισης ρεμάτων (Καρτέρης, 1998).
