Αξιολόγηση φυσικών κινδύνων και θεματική χαρτογράφηση στην Κεφαλονιά με χρήση δορυφορικών εικόνων Aster

'''1.	Αντικείμενο Εφαρμογής''' 

Με τον όρο κατολίσθηση αναφερόμαστε στο φυσικό φαινόμενο που εκφράζεται σε κινήσεις τμημάτων βραχομάζας, αποσαθρωμάτων ή χαλαρών εδαφικών σχηματισμών γενικότερα, πάνω σε μια επιφάνεια πρανούς προς τα κατάντη.
Οι κατολισθήσεις είναι σύνθετα και απρόβλεπτα φαινόμενα τα οποία επηρεάζονται από διάφορους παράγοντες που συμβάλλουν από κοινού, με διαφορετικό βαθμό συμμετοχής ο κάθε ένας ξεχωριστά και κατά περίπτωση στην εκδήλωση του φαινομένου.
Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η αξιολόγηση της επικινδυνότητας εμφάνισης κατολίσθησης στο Νότιο - Ανατολικό τμήμα της Νήσου Κεφαλληνίας μέσω θεματικής χαρτογράφησης από ψηφιακά γεωγραφικά δεδομένα.
[[ Εικόνα: mm2012020.jpg | thumb | center | Εικόνα 1. Τοπογραφικός χάρτης και τα όρια του νησιού. ]]

'''2.	Στόχος της Εφαρμογής'''

Το φυσικό φαινόμενο των κατολισθήσεων είναι μαζί με τους σεισμούς, τις πλημμύρες και τις πυρκαγιές οι σπουδαιότερες φυσικές καταστροφές στον Ελλαδικό χώρο, οι οποίες κοστίζουν σε ανθρώπινες ζωές και περιουσίες επιφέροντας σημαντικές οικονομικές και κοινωνικές επιπτώσεις. Ο προσδιορισμός των πιθανών θέσεων εμφάνισης κατολισθητικών φαινομένων είναι σημαντικό να διερευνηθεί, έτσι ώστε με την λήψη κατάλληλων προληπτικών μέτρων από τους κρατικούς φορείς να αποφευχθεί κατά το δυνατόν πρωταρχικά η εκδήλωση των φαινομένων και δευτερευόντως με την εκδήλωση της φυσικής καταστροφής, οι απώλειες σε ανθρώπινες ζωές και περιουσίες.
Σκοπός της εργασίας είναι να μελετηθεί το ΝΑ τμήμα στο νησί της Κεφαλονιάς (Εικόνα 1) για τον προσδιορισμό των περιοχών που μπορεί να εκδηλωθούν κατολισθητικά φαινόμενα με σκοπό, μέσω περαιτέρω λεπτομερούς μελέτης που θα περιλαμβάνει χρήση γεωλογικών και τοπογραφικών απεικονίσεων, υδρολογικά και υδρογεωλογικά στοιχεία αλλά και μετρήσεις πεδίου να εντοπισθούν πιθανές θέσεις επικείμενων κατολισθήσεων.



'''3.	Πως γινόταν παλαιότερα '''

Η θεματική χαρτογράφηση της περιοχής μελέτης και στη συνέχεια η εκτίμηση περιοχών αυξημένης επικινδυνότητας για εμφάνιση κατολισθητικών φαινομένων, μέχρι πρόσφατα γινόταν με την χρήση αεροφωτογραφιών και τοπογραφικών χαρτών. Η μέθοδος αυτή είχε το μειονέκτημα,  να εξετάζει στον ίδιο χρόνο σημαντικά μικρότερο της περιοχής μελέτης.


'''4.	Δορυφόρος Aster'''

Τα καταγραφικά συστήματα του ASTER είναι τρία VNIR (Ορατό-εγγύς υπέρυθρο), SWIR (μέσο υπέρυθρο), TIR (θερμικό υπέρυθρο) με διαφορετική φασματική διακριτική ικανότητα (15, 30 και 90 m, αντίστοιχα), τα οποία συνθέτουν ένα υπερφασματικό καταγραφικό σύστημα στο θερμικό με στέρεο-δυνατότητα στο εγγύς υπέρυθρο (Aster,2001).
Η χρονική διακριτική ικανότητά του είναι 16 ημέρες (revisit time) και καλύπτει τις περιοχές της γης από 81.2ο Ν μέχρι 81.2ο Β.

'''5.	Είδη δεκτών και καναλιών'''

Η λήψη στερεοζευγαριών (along-track stereo data) γίνεται από το καταγραφικό σύστημα VNIR (Visible and Near Infrared) που αποτελείται από τρεις διανυσματικούς σαρωτές (pushbroom scanner), έναν για κάθε φασματικό κανάλι. Το εστιακό επίπεδο κάθε σαρωτή αποτελείται από 5000 στοιχειώδεις ανιχνευτές, διατεταγμένους σε ευθεία γραμμή. Ο τρίτος σαρωτής μπορεί να στραφεί κατά +/-24ο και να επιτύχει λήψεις υπό - γωνία (πλάγιες λήψεις) δημιουργώντας στερεοζευγάρια. Κάθε εικόνα καλύπτει περίπου έκταση 75 km * 75 km ενώ η περιοχή επικάλυψης των δύο εικόνων αντιστοιχεί / καλύπτει περιοχή έκτασης τουλάχιστον από 60 km * 60 km.
[[ Εικόνα: mm2012021.jpg | thumb | right | Εικόνα 2. Διαβάθμιση με χρώμα του υψομέτρου. ]]
'''6.	Χρησιμότητα των δεκτών / καναλιών'''

Τα δεδομένα του ASTER δίνουν νέες δυνατότητες λόγω της αρκετά καλής χωρικής διακριτικής ικανότητας του συστήματος, σε συνδυασμό με την μεγάλη φασματική διακριτική ικανότητά του (ύπαρξη 14 καναλιών) με την πλειοψηφία των καναλιών να είναι στο υπέρυθρο. Η ύπαρξη τόσο πολλών καναλιών στο υπέρυθρο είναι πολύ σημαντική στην γεωλογία αλλά και στον αστικό σχεδιασμό για τον εντοπισμό βιομηχανικών εγκαταστάσεων, σταθμών ηλεκτρικής ενέργειας, μηχανοκίνητων μονάδων κ.α.
Επιπλέον, με κατάλληλες ραδιομετρικές διορθώσεις και μετασχηματισμούς είναι δυνατή η μετατροπή των τιμών φωτεινότητας που καταγράφει ο σαρωτής, σε φυσικές ποσότητες (π.χ. τιμές θερμοκρασίας) στην επιφάνεια της γης. Η δυνατότητα αυτή, ιδιαίτερα στο εγγύς, μέσο και θερμικό υπέρυθρο δίνει νέες δυνατότητες στην μελέτη και προστασία του γήινου περιβάλλοντος.

[[ Εικόνα: mm201222.jpg | thumb |right| Εικόνα 3. Δορυφορική εικόνα , ορθοφωτοχάρτης του 2000. ]]


'''7. Προγράμματα που χρησιμοποιήθηκαν'''

1. Idrisi 3.2.exe

2. Paint Shop Pro 7

3. ΑrcVIEW 3.2.exe


'''7.1. Σύνθεση ψηφιακού μοντέλου εδάφους'''

Η σύνθεση ψηφιακού μοντέλου εδάφους από ισοϋψείς καμπύλες (Εικόνα 2)


'''8. Δορυφορικές εικόνες'''
 
Η δορυφορική εικόνα ASTER που χρησιμοποιήθηκε ονομάζεται pg-PR1A0000-2001092201_019_057.met. Καταγράφηκε στις 26 Δεκεμβρίου του 2000 και έχει 4200 γραμμές και 4100 στήλες (Εικόνα 3).



[[ Εικόνα: mm201223.jpg | thumb | right| Εικόνα 4. Έγχρωμο σύνθετο (RGB, κανάλια 1,2,3) ]]



Δημιουργία έγχρωμου σύνθετου (RGB στα κανάλια 01,02,03) και απεικόνιση της κάλυψης στην επιφάνεια της γης στο κανάλι 01(Εικόνες 4,5).

[[ Εικόνα: mm201224.jpg | thumb | right | Εικόνα 5. Κάλυψη στην επιφάνεια της γης στο κανάλι 1]]


Στη συνέχεια δημιουργείται ένα έγχρωμο σύνθετο των καναλιών 1, 2 και 3 με αντιστοίχισή τους στο χρώμα μπλε, πράσινο, κόκκινο της οθόνης (Εικόνα 6).

[[ Εικόνα: mm2012123.jpg | thumb | right | Εικόνα 6. Το έγχρωμο σύνθετο των καναλιών 1 ( μπλε ),2 (πράσινο), 3(κόκκινο) του SWIR στην οποία φαίνεται το φαινόμενο της ζωνοποίησης.]]

Σχήμα 16. Το έγχρωμο σύνθετο των καναλιών 1 ( μπλε ),2 (πράσινο), 3(κόκκινο) του SWIR στην οποία φαίνεται το φαινόμενο της ζωνοποίησης.

Επειδή μας ενδιαφέρει το κομμάτι της εικόνας που περιλαμβάνει την ΝΑ Κεφαλονιά, αποκόπτεται ένα τμήμα της αρχικής εικόνας.

[[ Εικόνα: mm201225.jpg | thumb | right | Εικόνα 7. Το τμήμα που αποκόπηκε]]

Σχήμα 17. Το τμήμα που αποκόπηκε

'''9. Ραδιομετρικές διορθώσεις'''

Η ένταση της ακτινοβολίας σε ένα καταγραφικό σύστημα εξαρτάται από τις ατμοσφαιρικές συνθήκες, το ύψος του ηλίου, την θέση του καταγραφικού συστήματος, τα χαρακτηριστικά της γήινης επιφάνειας (τοπογραφία- ανάγλυφο), τα χαρακτηριστικά του καταγραφικού συστήματος κ.α. Πολλές φορές η περιοχή μελέτης μπορεί να καλύπτεται με περισσότερες από μία δορυφορικές εικόνες που έχουν ληφθεί σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, εποχές, άλλες ατμοσφαιρικές συνθήκες, διαφορετικό ύψος ηλίου κ.α. Σε άλλες περιπτώσεις το ζητούμενο είναι ο εντοπισμός των αλλαγών με χρήση δορυφορικών εικόνων που έχουν καταγραφεί σε διαφορετικές χρονικές στιγμές, πιθανά και από διαφορετικά καταγραφικά συστήματα. Η ραδιομετρική διόρθωση πρέπει να γίνει πριν την εφαρμογή τεχνικών επεξεργασίας εικόνας, όπως οι λόγοι φασματικών καναλιών και πριν την εφαρμογή των γεωμετρικών διορθώσεων και των διαδικασιών αναδόμησης της ψηφιακής εικόνας. Οι ραδιομετρικές διορθώσεις που εφαρμόζονται σε δορυφορικές πολυφασματικές τηλεπισκοπικές απεικονίσεις διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες.
1. Η πρώτη συμπεριλαμβάνει τις ραδιομετρικές διορθώσεις που γίνονται για να περιοριστούν στο ελάχιστο δυνατό τα σφάλματα λειτουργίας των αισθητήρων του σαρωτή και να βελτιστοποιηθεί το δυναμικό εύρος λειτουργίας του. Η διόρθωση επηρεάζει την βασική στάθμη και τις ενισχυτικές διατάξεις των αισθητήρων.
2. Η δεύτερη κατηγορία αφορά διορθώσεις που εφαρμόζονται προκειμένου να περιοριστεί η ραδιομετρική επίδραση εξωγενών παραγόντων (επίδραση της γήινης ατμόσφαιρας) στο λαμβανόμενο σήμα, κατά την διαδρομή της ακτινοβολίας μέχρι τον σαρωτή. Για παράδειγμα, η επίδραση της διάχυσης της ακτινοβολίας από την ατμόσφαιρα έχει ως συνέπεια την αύξηση των τιμών φωτεινότητας των εικονοστοιχείων σε κάθε κανάλι εκτός ίσως των υπέρυθρων καναλιών.
3. Η τρίτη κατηγορία είναι η ζωνοποίηση πολυφασματικών εικόνων.

'''9.1. Ζωνοποίηση (striping ή banding) πολυφασματικών εικόνων'''

Ζωνοποίηση ψηφιακής εικόνας ονομάζεται το φαινόμενο του συστηματικού θορύβου που παρατηρείται σε κάποιες γραμμές ή στήλες της εικόνας λόγω της απορύθμισης κάποιων από τους στοιχειώδεις ανιχνευτές που χρησιμοποιούνται για την καταγραφή ενός φασματικού καναλιού. Η διόρθωση ζωνοποίησης / αποζωνοποίησης (destriping) είναι η πρώτη ραδιομετρική διόρθωση που πρέπει να εφαρμοσθεί σε μία πολυφασματική εικόνα ενώ το φαινόμενο μπορεί να διαφέρει σε ένταση ανά φασματικό κανάλι.
Το ραδιομετρικό πρόβλημα προκύπτει επειδή παρόλο που κάθε ανιχνευτής  θεωρητικά καταγράφει στο ίδιο μήκος κύματος και με ίδιο τρόπο με τους άλλους, στην πράξη διαφοροποιούνται. Έτσι εμφανίζονται φαινόμενα ζωνοποίησης, ιδιαίτερα έντονα σε περιοχές της εικόνας που αντιστοιχούν σε εκτεταμένες επιφάνειες με ομοιόμορφη ανάκλαση π.χ. θάλασσα, λόγω της διαφοροποίησης των ανιχνευτών ή ακόμη μπορεί να εμφανισθεί το φαινόμενο γραμμών ή στηλών που λείπουν επειδή κάποιος ανιχνευτής έχει σταματήσει να λειτουργεί. Η διαδικασία διόρθωσης ονομάζεται αποζωνοποίηση (destriping) και περιλαμβάνει τον υπολογισμό της μέσης τιμής φωτεινότητας και της τυπικής απόκλισης για όλη την εικόνα, αλλά και για την οικογένεια γραμμών ή στηλών που έχει καταγράψει κάθε στοιχειώδης ανιχνευτής.
Στην συνέχεια τα δεδομένα που έχει καταγράψει κάθε ανιχνευτής μετασχηματίζονται έτσι ώστε η μέση τιμή και η τυπική τους απόκλιση να είναι αντίστοιχη των αντίστοιχων τιμών που έχει υπολογισθεί για όλη την εικόνα. Με αυτό τον τρόπο επηρεάζονται όλα τα εικονοστοιχεία της εικόνας.  Μια εναλλακτική περίπτωση είναι να μετασχηματισθούν μόνο οι προβληματικοί ανιχνευτές. Δηλαδή εντοπίζουμε ποιοι ανιχνευτές έχουν διαφορετική μέση τιμή και τυπική απόκλιση από τους άλλους και τυποποιούμε μόνο τους προβληματικούς στην μέση τιμή και την τυπική απόκλιση των σωστών ανιχνευτών.


Σχήμα 18. Ζωνοποίηση σε τμήμα της περιοχής μελέτης

Στην δορυφορική εικόνα ASTER στο κανάλι 08 του ASTER (τρίτο κανάλι του SWIR), η ζωνοποίηση έγινε ορατή (ενισχύθηκε) με την επιλογή κατάλληλου look-up-table (αντιστοιχία χρωμάτων) πού για  μικρή αλλαγή της τιμής φωτεινότητας γίνεται δραματική αλλαγή του χρώματος στην εικόνα (προηγούμενο σχήμα).



'''9.2. Αποζωνοποίηση'''

Η αποζωνοποίηση των εικόνων έγινε, με το πρόγραμμα idrisi 32.
Η εφαρμογή της αποζωνοποίησης έγινε στα κανάλια 01, 02, 03 του VNIR, παρουσιάζεται εδώ μόνο για το κανάλι 01 (Εικόνα 8):


[[ Εικόνα: imm2012kt1.jpg | thumb |right| Εικόνα 8. Αποζωνοποιημένη εικόνα στο κανάλι 01]]



'''9.3. Απόλυτες τιμές ακτινοβολίας στον σαρωτή'''

Οι τιμές φωτεινότητας που καταγράφονται σε κάθε εικονοστοιχείο από τους χαρτογραφικούς δορυφόρους, αντιστοιχούν στην τιμή της ακτινοβολίας που καταγράφεται σε ψηφιακούς αριθμούς συνήθως στο διάστημα [0, 255]. Εάν θέλουμε να συγκρίνουμε εικόνες, πρέπει να μετασχηματίσουμε τις τιμές φωτεινότητας (brightness values) σε απόλυτες τιμές ακτινοβολίας (radiance). Αυτό γίνεται γιατί κάθε καταγραφικό σύστημα έχει την δική του τυποποίηση - ευαισθησία με την οποία μετατρέπει την εισερχόμενη ακτινοβολία ανά εικονοστοιχείο σε τιμή φωτεινότητας.

'''9.4. Μετατροπή από τιμές φωτεινότητας σε τιμές ενέργειας'''

Η μετατροπή από τιμές φωτεινότητας σε τιμές ενέργειας, γίνεται με πολλαπλασιασμό της τιμής φωτεινότητας με μια σταθερά που εξαρτάται από τις ραδιομετρικές συνθήκες λειτουργίας (High, Normal, Low Gain),αφού πρώτα αφαιρεθεί η μονάδα (Εικόνα 9). 

[[ Εικόνα: mm2012kt2.jpg | thumb | right| Εικόνα 9. Το κανάλι 01 σε τιμές ενέργειας]]



'''9.5. Ακτινοβολία ατμοσφαιρικής διαδρομής (path radiance)'''

Η ηλιακή ακτινοβολία κατά το πέρασμα της μέσα από την ατμόσφαιρα εξασθενεί λόγω απορρόφησης, ενώ τμήμα της σκεδάζεται και εκτρέπεται προς διάφορες κατευθύνσεις. Κάποια ενέργεια προστίθεται λόγω θέρμανσης της ατμόσφαιρας (εκπομπή ακτινοβολίας από την ίδια την ατμόσφαιρα σε μεγαλύτερα μήκη κύματος) και λόγω σκέδασης. Η σκεδαζόμενη και η θερμική ακτινοβολία προστίθενται στην ανακλώμενη από την επιφάνεια της γης ακτινοβολία που φθάνει στο καταγραφικό σύστημα.
Για να διορθωθεί η εικόνα για την επίδραση της ακτινοβολίας ατμοσφαιρικής διαδρομής γίνονται στατιστικές εκτιμήσεις σε περιοχές ραδιομετρικού ελέγχου, σε περιοχές της εικόνας που θεωρητικά πρέπει να έχουν σχεδόν μηδενική φωτεινότητα (οι σκιές, η θάλασσα στο υπέρυθρο, κ.α.). Οι στατιστικές εκτιμήσεις γίνονται με υπολογισμό μέσων τιμών και ιστογραμμάτων ή με παλινδρομικές ρυθμίσεις προκειμένου να υπολογιστεί η μέση αύξηση της τιμής φωτεινότητας που οφείλεται στην ακτινοβολία ατμοσφαιρικής διαδρομής. Η τιμή αυτή αφαιρείται από το αντίστοιχο φασματικό κανάλι.
Πρέπει να σημειωθεί ότι η διάχυση σε μήκη κύματος > 0.7 μm (υπέρυθρο) είναι πρακτικά μηδέν, σε αντίθεση με το ορατό τμήμα του φάσματος. Αυτό έχει σαν συνέπεια τα ιστογράμματα φωτεινότητας σε φασματικά κανάλια στο ορατό να είναι μετατοπισμένα κατά μια τιμή (offset διάχυσης) σε σχέση με τα υπέρυθρα κανάλια.
Στο πρόγραμμα idrisi, η ακτινοβολία ατμοσφαιρικής διαδρομής ή σκέδαση διορθώνεται με γραμμική παλινδρόμηση.

'''9.6. Χαρτογράφηση των καλύψεων γης'''

Η χαρτογράφηση των χρήσεων γης (landuse) και των καλύψεων γης (landcover) είναι ένα από τα πιο σημαντικά πεδία εφαρμογών της φωτοερμηνείας-τηλεπισκόπησης. Η χρήση γης αναφέρεται στις ανθρώπινες δραστηριότητες σε συγκεκριμένο τύπο εδαφικής μονάδας και περιλαμβάνει μια σειρά από τύπους δραστηριοτήτων όπως βιομηχανική, αγροτική, εμπορική, κατασκευαστική, μεταφορική, αναψυχή, κ.α. Όλες αυτές οι δραστηριότητες δεν είναι αναγνωρίσιμες σε δορυφορικές εικόνες. Από την άλλη πλευρά η κάλυψη γης αναφέρεται στις φυσικές και τεχνητές οντότητες που αναγνωρίζονται - ερμηνεύονται από μια τηλεσκοπική εικόνα να καλύπτουν μια εδαφική μονάδα. Φυσικές οντότητες είναι για παράδειγμα η βλάστηση, το νερό, ενώ στις τεχνητές οντότητες περιλαμβάνονται οι καλλιέργειες, τα κτίσματα, οι δρόμοι. Οι καλύψεις γης σε μία δορυφορική εικόνα απεικονίζονται με διαφορετική ανακλαστικότητα στα κανάλια της εικόνας ανάλογα με τη φασματική τους υπογραφή. Κάθε κάλυψη γης ορίζει μια θεματική τάξη ενώ η αναπαράστασή της μέσω των καναλιών μίας συγκεκριμένης δορυφορικής εικόνας σε ένα πολυδιάστατο σύστημα αξόνων ονομάζεται φασματική τάξη.
Ο όρος θεματική τάξη εκφράζει ένα ομοιογενές χωρικά σύνολο από εικονοστοιχεία των οποίων οι φασματικές αποκρίσεις διαφέρουν ελάχιστα μεταξύ τους όχι τόσο επειδή διαφέρει η φασματική τους υπογραφή αλλά κύρια λόγω εξωγενών παραγόντων όπως η διάχυση της ηλιακής ακτινοβολίας, η επίδραση της τοπογραφίας κ.α.
[[ Εικόνα: mm2012kt3.jpg | thumb |right | Εικόνα 9. Έγχρωμο σύνθετο 3-2-1 ]][[ Εικόνα: mm2012kt5.jpg | thumb |right | Εικόνα 10. Έγχρωμο σύνθετο 3-2-1, με 256 χρώματα ]]
Μια εικόνα μπορεί να αναπαρασταθεί σε ένα ν-διάστατο χώρο, όπου ν είναι ο αριθμός των φασματικών καναλιών. Σε αυτή την αναπαράσταση κάθε εικονοστοιχείο της προβάλλεται σε μια θέση ανάλογα με την φασματική απόκριση που καταγράφεται στα ν κανάλια. Κατά αυτό τον τρόπο προκύπτει ένα νέφος σημείων συνθέτοντας την φασματική αναπαράσταση της εικόνας στο ν-διάστατο χώρο. Σε αυτό τον χώρο παρατηρούνται επιμέρους ομαδοποιήσεις που ονομάζονται φασματικές τάξεις. Ανατρέχοντας στις φασματικές υπογραφές των θεματικών τάξεων του νερού, της βλάστησης και του εδάφους, τότε θα διαπιστώσουμε ότι ένα νέφος σημείων θα δημιουργηθεί κοντά στην αρχή των αξόνων και θα αντιστοιχεί στην φασματική τάξη νερό.
Μέσα σε μία φασματική τάξη (πχ νερό) ή στα όρια της μπορεί να συμπεριλαμβάνονται εικονοστοιχεία που ανήκουν σε άλλες θεματικές τάξεις όπως για παράδειγμα σκιάσεις (cast shadows). Η αιτία μίξης των φασματικών τάξεων σε αυτή την περίπτωση είναι οι εξωγενείς επιδράσεις / παράγοντες και οι παραπλήσιες ή ίδιες φασματικές υπογραφές με δεδομένη την φασματική δειγματοληψία του δορυφορικού συστήματος. Επιπλέον η χωρική διακριτική ικανότητα του καταγραφικού συστήματος έχει σαν αποτέλεσμα μερικές φορές σε ένα εικονοστοιχείο να συνυπάρχουν περισσότερες των μία θεματικών τάξεων δηλαδή καταγράφεται μια μέση τιμή φασματικής απόκρισης που σε συνδυασμό με την φασματική δειγματοληψία δεν μην επιτρέπει τον (φασματικό) διαχωρισμό.
Η ταξινόμηση δορυφορικών εικόνων αναφέρεται στον προσδιορισμό θεματικών τάξεων με βάση κριτήρια απόφασης που βασίζονται στην φασματική ταυτότητα των τάξεων. Προκειμένου να διακριθεί μια θεματική τάξη με ταξινόμηση πρέπει να πληρούνται οι παρακάτω προϋποθέσεις: α) να διαφέρει φασματικά από τις άλλες τάξεις σε σχέση με την φασματική δειγματοληψία του καταγραφικού συστήματος και β) να έχει μια στοιχειώδη (ελάχιστη) επιφανειακή εμφάνιση σε σχέση με την χωρική διακριτική ικανότητα του καταγραφικού συστήματος. 

'''10. Ταξινομήσεις'''

'''10.1. Μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση'''

Η μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση αποβλέπει στην εξαγωγή των κυρίων φασματικών τάξεων οι οποίες εμφανίζονται σε μια ψηφιακή εικόνα και την εκ των υστέρων αναγνώριση και αναφορά τους σε πραγματικές (θεματικές) τάξεις αντικειμένων / εμφανίσεων της γήινης επιφάνειας. 

'''10.2. Αλγόριθμος των K-Μέσων (Κ-Μeans)'''

Στον αλγόριθμο των Κ-Μέσων (εξερευνητική μεθοδολογία ανάλυσης συσσωρεύσεων), η απόσταση ενός εικονοστοιχείου από τα κέντρα των τάξεων είναι το κριτήριο που καθορίζει την ένταξη του σε μία από τις τάξεις. Θα γίνει επιλογή στο σύνολο της περιοχής μελέτης που καλύπτει η εικόνα και θα δημιουργηθεί ένα έγχρωμο σύνθετο πραγματικού χρώματος (rgb>3,2,1)(Εικόνα 9).

Στη συνέχεια ακολουθεί ένα έγχρωμο Σύνθετο (index color) που περιλαμβάνει μόνο 256 χρώματα (Εικόνα 10).

Το έγχρωμο σύνθετο από τα κανάλια 01, 02 ,03 του σαρωτή VNIR θα χρησιμοποιηθεί για την χαρτογράφηση των καλύψεων γης χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο ISODATA (μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης). Κατά την υλοποίηση της χαρτογράφησης υποθέτουμε ότι στην περιοχή υπάρχουν 14 κατηγορίες επιφανειακών αντικειμένων.
Ο τελικός χάρτης που δημιουργεί το πρόγραμμα εμπεριέχει 14 κατηγορίες (Εικόνα 11). 


[[ Εικόνα: mm201231.jpg | thumb | center | Εικόνα 11. Θεματικός χάρτης με 14 κατηγορίες καλύψεων γης]]

Σχήμα 25. Θεματικός χάρτης με 14 κατηγορίες καλύψεων γης

'''11. Σύνθεση υψομετρικής πληροφορίας και καλύψεων γης για την αξιολόγηση της επικινδυνότητας''''''

Υπάρχει ένα ΨΥΜΕ (Ψηφιακό Υψομετρικό Μοντέλο Εδάφους) που καλύπτει την περιοχή μελέτης και ένας χάρτης που παρουσιάζει τις καλύψεις γης όπως φαίνεται στους χάρτες που ακολουθούν. Το ζητούμενο είναι να εξεταστούν επιλεγμένες κατηγορίες καλύψεων γης ως προς την επικινδυνότητα.


Σχήμα 26. Ψηφιακό Υψομετρικό Μοντέλο Εδάφους


Σχήμα 27. Ο θεματικός χάρτης


Σχήμα 28. Υπέρθεση Θεματικού Χάρτη και ΨΥΜΕ

Συνεπώς από τα προηγούμενα χαρτογραφούνται οι εξής θεματικές κατηγορίες και παραθέτονται σύμφωνα με το Σύστημα Ταξινόμησης Χρήσεων Γης-Καλύψεων Γης της US Geological Survey.

Πίνακας 1. Σύστημα Ταξινόμησης Χρήσεων Γης-Καλύψεων Γης της US Geological Survey με την χρήση δεδομένων τηλεπισκόπησης.

Κατηγορία Θεματικού Χάρτη	Επίπεδο Ταξινόμησης 
Ι	Επίπεδο Ταξινόμησης
ΙΙ
01	Δάσος (4)	Φυλλοβόλα (42)
02	Άγονη γη (7)	Ακτές (72)
03	Άγονη γη (7)	Ακτές (72)
04	Άγονη γη (7)	Ακτές (72)
05	Αστική γη (1)	Μεικτή (16)
06	Δάσος (4)	Αειθαλή (42)
07	Νερό (5)	Ρέματα (52)
08	Βοσκότοποι (3)	Θάμνοι & χαμόδενδρα (32)
09	Γεωργική γη (2)	Καλλιέργειες - βοσκότοποι (21)
10	Άγονη γη (7)	Ακτές (72)
11	Δάσος (4)	Φυλλοβόλα (41)
12	Δάσος (4)	Μεικτά (43)
13	Γεωργική γη (2)	Οπωροφόρα (22)
14	Άγονη γη (7)	Ακτές (72)

'''11.1. Εφαρμογή για δύο τύπους καλύψεων γης'''

Η πρώτη κάλυψη γης που θα μελετηθεί αντιστοιχεί στην κατηγορία με κωδικό 06 και η φωτοερμηνεία της υποδηλώνει τα δάση.


Σχήμα 29. Θεματικός χάρτης κατηγορίας κάλυψης 06

Το επόμενο στάδιο είναι να προσδιορισθεί η γεωμορφομετρική υπογραφή της κατηγορίας καλύψεων γης με κωδικό 06. Πρώτα, θα μετατραπεί η raster εικόνα σε vector και μετά θα γίνει υπέρθεση αυτής στο ΨΥΜΕ για να προσδιοριστεί η γεωμορφομετρική της αναπαράσταση.
Το αποτέλεσμα δίνεται παρακάτω.


Σχήμα 30. Η κατηγορία κάλυψης 06 εκφρασμένη σε πολύγωνα

Σε υπέρθεση το πολύγωνο στο ΨΥΜΕ:


Σε υπέρθεση το περίγραμμα των πολυγώνων σε δορυφορική εικόνα:



Θα δημιουργηθεί ένα raster χάρτη που θα έχει τη διαμέριση του ΨΥΜΕ (όρια, ΧΔΙ) με την παρακάτω εντολή που δημιουργεί ένα κενό (class06new) αρχείο (μηδέν σε όλα τα pixel) με διαμέριση ίδια με του dem1. Με την εντολή raster to vector γίνεται ενημέρωση του αρχείου class06new έτσι ώστε τα πολύγωνα του αρχείου να βρίσκονται εντός του πολύγωνου class06_pol.
Πλέον υπάρχουν δύο raster αρχεία, με την ίδια διαμέριση, το ένα αντιστοιχεί στο ΨΥΜΕ (dem1) και το άλλο στο class06new που είναι η raster αναπαράσταση της τάξης 06 ως προς τη διαμέριση του dem1. Στη συνέχεια, προσδιορίζονται τα στατιστικά του ανάγλυφου μέσα στα πολύγωνα του δάσους.
Όμοια διαδικασία ακολουθείται και για την κάλυψη γης με κωδικό κατηγορίας 08 (Βοσκότοποι) και η φωτοερμηνεία της υποδηλώνει το γυμνό έδαφος - ποώδης βλάστηση. Στη συνέχεια, με τις κατάλληλες εντολές, διαχωρίζεται από τις άλλες κατηγορίες (δημιουργείται ένας θεματικός χάρτης που το 01 υποδηλώνει ότι ανήκει το pixel σε αυτή την κατηγορία και το 0 ότι δεν ανήκει). Το επόμενο στάδιο είναι να προσδιοριστεί η γεωμορφομετρική υπογραφή της κατηγορίας καλύψεων γης με κωδικό 08.

Σχήμα 31. Θεματικός χάρτης κατηγορίας κάλυψης 08

Πρώτα, θα μετατραπεί η raster εικόνα σε vector και μετά θα υπερτεθεί στο ΨΥΜΕ για να προσδιοριστεί η γεωμορφομετρική της αναπαράσταση.

Σχήμα 32. Η κατηγορία κάλυψης 08 εκφρασμένη σε πολύγωνα

Σε υπέρθεση το περίγραμμα των πολυγώνων στο ΨΥΜΕ:



Σε υπέρθεση το περίγραμμα των πολυγώνων σε δορυφορική εικόνα:


Θα δημιουργηθεί ένα raster χάρτη που θα έχει την διαμέριση του ΨΥΜΕ (όρια, ΧΔΙ) με την παρακάτω εντολή που δημιουργεί ένα κενό (class08new) αρχείο (μηδέν σε όλα τα pixel) με διαμέριση ίδια με του dem1.
Με την εντολή raster to vector ενημερώνεται το αρχείο class08new έτσι ώστε όσα πολύγωνά του βρίσκονται εντός του πολύγωνου class08_pol.
Πλέον υπάρχουν δύο raster αρχεία, με την ίδια διαμέριση που το ένα αντιστοιχεί στο ΨΥΜΕ (dem1) και το άλλο στο class08new που είναι η raster αναπαράσταση της τάξης 08 ως προς τη διαμέριση του dem1.



Στη συνέχεια προσδιορίζονται τα στατιστικά του ανάγλυφου μέσα στα πολύγωνα του γυμνού εδάφους - ποώδους βλάστησης.
Από τα στατιστικά του υψομέτρου και της κλίσης, παρατηρείται ότι οι δύο καλύψεις γης παρουσιάζουν διαφορετική οριζοντιογραφική και υψομετρική χωρική κατανομή.
Σε σχέση με το υψόμετρο η κλάση 06 αναπτύσσεται σε μέσο υψόμετρο 514μ ± 439μ ενώ η κλάση 08 έχει μέσο υψόμετρο 232 ± 222μ.
Είναι σαφές ότι στην κλάση 06 αναμένεται μεγαλύτερο ύψος βροχής σε σχέση με την άλλη κλάση. Σε σχέση με την κλίση, η κλάση 06 αναπτύσσεται σε μέση κλίση 21,2ο± 12ο ενώ η κλάση 08 έχει μέση κλίση 13,7ο ± 11ο . Επομένως τα φαινόμενα διάβρωσης του εδάφους με μεγάλη ταχύτητα απορροής νερού και η πιθανότητα εκδήλωσης κατολισθήσεων είναι μεγαλύτερη για την κλάση 06.
Επειδή η κάλυψη γης είναι εντελώς διαφορετική για τις δύο κλάσεις (δάσος-γυμνό έδαφος, ποώδης βλάστηση) σε περίπτωση πυρκαγιάς, η καταστροφή του δάσους θα έχει ως συνέπεια να απολεσθεί ο συνεκτικός παράγοντας που συγκρατεί το έδαφος και μειώνει την ταχύτητα απορροής έτσι, λόγω και του μεγαλύτερου ύψους βροχής και λόγω των μεγαλύτερων κλίσεων, είναι πολύ πιθανότερο να εμφανιστούν φαινόμενα λασπορροών και κατολισθήσεων.



'''12. Στατιστική Ανάλυση της Παραμετρικής Αναπαράστασης των πολυγώνων των καλύψεων Γης'''

Η στατιστική ανάλυση έγινε στο Excel στο οποίο εισήχθηκαν τα δεδομένα για τα πολύγωνα που ανιχνεύθηκαν στην περιοχή με την μορφή διανύσματος. Η επεξεργασία έγινε με γραμμική παλινδρόμηση.

'''12.1. Επικινδυνότητα Κατολισθήσεων'''

Από τη στατιστική ανάλυση και γνωρίζοντας ότι οι κατολισθήσεις δεν εκδηλώνονται σε περιοχές με πολύ υψηλό, αλλά ούτε και σε περιοχές με πολύ μικρό υψόμετρο μπορεί να προσδιορισθεί ότι η πιθανότητα για την εμφάνιση κατολισθητικών φαινομένων θα είναι αυξημένη σε περιοχές με μέσο υψόμετρο από 450 έως 550 μέτρα και με κλίσεις από 18 έως 22ο. Άρα μπορούν να προσδιοριστούν τα πολύγωνα που αντιπροσωπεύουν καλύψεις γης που είναι επικίνδυνες για την εμφάνιση κατολισθητικών φαινομένων.

'''13. Συμπεράσματα και αξιολόγηση της μεθόδου'''

Ακολουθώντας την διαδικασία που περιγράφηκε, με χρήση περισσότερων καναλιών για την επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων, χρήση γεωλογικών και τοπογραφικών απεικονίσεων, με υδρολογικά και υδρογεωλογικά στοιχεία αλλά και τις πάντα απαραίτητες μετρήσεις πεδίου είναι δυνατή η εξέταση μεγάλων περιοχών για μια πλήρη εκτίμηση των θέσεων που αναμένεται εκδήλωση κατολισθητικών φαινομένων. Κάτι τέτοιο είναι πολύ σημαντικό στην διαδικασία μελετών για την λήψη μέτρων προστασίας για αποφυγή της εκδήλωσης των φαινομένων γιατί μπορεί το ενδιαφέρον του μελετητή να επικεντρωθεί εξ’ αρχής στις περιοχές που πραγματικά υπάρχει αυξημένη επικινδυνότητα, χωρίς να χάνεται χρόνος και να αυξάνεται το συνολικό κόστος λόγω της ανάγκης για εξέτασης όλης της περιοχής εκτενώς. Μετά τον εντοπισμό των επικίνδυνων περιοχών, για την τελική αξιολόγηση της επικινδυνότητας που εμφανίζουν θα πρέπει να ακολουθήσουν μετρήσεις πεδίου και να πραγματοποιηθούν μελέτες ευστάθειας πρανών.
Άλλο πλεονέκτημα της μεθόδου αφορά τον καθορισμό των καλύψεων γης. Η μελέτη και η επεξεργασία εκτεταμένων περιοχών για τον καθορισμό των διαφόρων τύπων καλύψεων γης με τρόπο τέτοιο για τον οποίο απαιτείται μικρός σχετικά χρόνος επεξεργασίας όπως και μικρό κόστος είναι ένα ακόμη σημαντικό στοιχείο. Κατ’ αυτόν τον τρόπο η μεθοδολογία μπορεί να εφαρμοσθεί σε πολλές κατηγορίες μελετών και όπου αλλού απαιτείται ο καθορισμός τύπων καλύψεων γης.
Ένα πιθανό σημείο όπου η μέθοδος δεν δίνει αποτελέσματα, είναι περιπτώσεις όπου οι δυσμενείς τοπικές γεωλογικές συνθήκες να είναι τέτοιες που δεν είναι δυνατόν να γίνουν αντιληπτές μέσω της τηλεπισκοπικής διαδικασίας. Τέτοιες περιπτώσεις είναι η πιθανότητα ύπαρξης εσωτερικών ασυνεχειών που δεν κάνουν επιφανειακή εμφάνιση, η περίπτωση της πτώσης τεμαχών ή ογκολίθων από τμήματα της βραχομάζας ή εξαιρετικά μικρές περιοχές όπως επίσης και λασπορροές περιορισμένης κλίμακας. Οι περιπτώσεις αυτές με την διαδικασία που ακολουθήθηκε δεν ήταν δυνατόν να ανιχνευθούν και ήταν επόμενο να μην συμπεριληφθούν στις περιοχές που χαρακτηρίζονται από αυξημένη επικινδυνότητα.
Η μέθοδος επεξεργασίας που βασίζεται στα δεδομένα που αναφέρθηκαν κατά την ανάλυση της διαδικασίας, πιθανά να οδήγησε ώστε να εκτιμηθούν ως περιοχές αυξημένης επικινδυνότητας κάποιες περιοχές που ο πραγματικός βαθμός επικινδυνότητας που παρουσιάζουν να είναι σημαντικά μικρότερος από τον αναμενόμενο. Ο βαθμός επικινδυνότητας πρέπει να εξετάζεται και να υπολογίζεται παράλληλα με εξέταση των τοπικών γεωλογικών συνθηκών οι οποίες μπορεί να είναι τέτοιες ώστε να δρουν ευμενώς και να μειώνουν την πιθανότητα εκδήλωσης κατολίσθησης.
Το σημαντικό πλεονέκτημα του μικρού απαιτούμενου χρόνου και κόστους για την εξέταση εκτεταμένων περιοχών χωρίς κατ’ αρχήν εργασία πεδίου, είναι ένα πολύ σημαντικό στοιχείο που πρέπει να συνυπολογιστεί μιας και παρόμοιες εφαρμογές απαιτούνται πολύ συχνά σε περιπτώσεις στις οποίες φορείς οφείλουν να λάβουν μέτρα για την αποφυγή εκδήλωσης καταστροφικών φαινομένων, για την προστασία των ανθρώπινων δραστηριοτήτων, είτε την αντιμετώπιση των αποτελεσμάτων τους όταν αυτά συμβούν.

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΦΥΣΙΚΩΝ ΚΙΝΔΥΝΩΝ & ΘΕΜΑΤΙΚΗ ΧΑΡΤΟΓΡΑΦΗΣΗ ΣΤΟ ΝΗΣΙ ΚΕΦΑΛΛΗΝΙΑΣ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ ASTER

ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ, Βερόνα Γ. Πεντόγαλου

'''Πηγή:''' nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/.../388...
 

 [[category:Ταξινόμηση, ερμηνεία και χαρτογράφηση τοπογραφικών και γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών του τοπίου]]
'''