Εντοπισμός της δυνατότητας για πράσινες στέγες με χρήση τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS)

'''Πρωτότυπος τίτλος:''' ''Identification of the potential for roof greening using remote sensing and GIS''

'''Μεταφρασμένος τίτλος''' ''Εντοπισμός της δυνατότητας για πράσινες στέγες με χρήση τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS)''
 
'''Συγγραφείς:''' Qingyu Li, Hannes Taubenbock, Xiao Xiang Zhu

'''Δημοσιεύθηκε:''' Cities 159 (2025) 105782

'''Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου:''' [https://doi.org/10.1016/j.cities.2025.105782]

'''Λέξεις-Κλειδιά:''' ''Τηλεπισκόπηση, Πράσινες στέγες, βαθιά μάθηση, αστική θερμική νησίδα''



===1. Εισαγωγή===

Η ταχεία αστικοποίηση των τελευταίων δεκαετιών έχει οδηγήσει σε σημαντικές περιβαλλοντικές προκλήσεις, όπως η αύξηση της θερμοκρασίας και η ένταση της θερμικής νησίδας, η μείωση των χώρων πρασίνου και η επιβάρυνση των συστημάτων απορροής όμβριων υδάτων. Οι πράσινες στέγες (green roofs) προτείνονται ως μια βιώσιμη λύση για την ενίσχυση του αστικού πρασίνου χωρίς την ανάγκη επιπλέον ελεύθερου εδάφους. Συμβάλλουν στη βελτίωση του μικροκλίματος, στη μείωση της ενεργειακής κατανάλωσης των κτιρίων, στην απορρόφηση διοξειδίου του άνθρακα και στη διαχείριση των όμβριων υδάτων.

Το άρθρο εξετάζει τη δυνατότητα εντοπισμού κατάλληλων στεγών ως πράσινες στέγες μέσω της αξιοποίησης τεχνολογιών τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS). Στόχος της μελέτης είναι η ανάπτυξη μιας μεθοδολογίας που επιτρέπει τον εντοπισμό και την αξιολόγηση του δυναμικού «πρασίνισης» στεγών σε αστικές περιοχές με συστηματικό, αξιόπιστο και επαναλήψιμο τρόπο. Η καινοτομία της έρευνας έγκειται στη συνδυαστική χρήση δορυφορικών δεδομένων, ψηφιακών μοντέλων επιφάνειας και χωρικής ανάλυσης, ώστε να ξεπεραστούν οι περιορισμοί των παραδοσιακών μεθόδων επιτόπιας καταγραφής.



===2. Μεθοδολογία===


Η μεθοδολογία της έρευνας βασίζεται στη συστηματική συλλογή, επεξεργασία και ανάλυση γεωχωρικών δεδομένων, με στόχο τον εντοπισμό και την ποσοτική εκτίμηση της δυνατότητας εγκατάστασης πράσινων στεγών σε αστικό περιβάλλον. Η προσέγγιση ακολουθεί μια πολυεπίπεδη διαδικασία που συνδυάζει τεχνικές τηλεπισκόπησης, ανάλυση ψηφιακών μοντέλων επιφάνειας και προηγμένα εργαλεία Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS).



====Συλλογή και προεπεξεργασία γεωχωρικών δεδομένων====

Αρχικά, συλλέγονται δεδομένα τηλεπισκόπησης υψηλής χωρικής ανάλυσης, όπως δορυφορικές εικόνες ή αεροφωτογραφίες, καθώς και δεδομένα LiDAR όπου είναι διαθέσιμα. Τα δεδομένα αυτά χρησιμοποιούνται για την ακριβή αποτύπωση του αστικού ιστού και την εξαγωγή των κτιριακών περιγραμμάτων.

Η προεπεξεργασία περιλαμβάνει:
<blockquote>-Γεωαναφορά και ορθοαναγωγή εικόνων</blockquote>
<blockquote>-Ατμοσφαιρική διόρθωση (όπου απαιτείται)</blockquote>
<blockquote>-Φιλτράρισμα θορύβου</blockquote>
<blockquote>-Ενοποίηση (mosaicking) και περικοπή στην περιοχή μελέτης</blockquote>

Στη συνέχεια, δημιουργούνται Ψηφιακά Μοντέλα Επιφάνειας (DSM) και Ψηφιακά Μοντέλα Εδάφους (DTM). Από τη διαφορά DSM–DTM παράγεται το Ψηφιακό Μοντέλο Ύψους Κτιρίων (nDSM), το οποίο επιτρέπει τον υπολογισμό του πραγματικού ύψους των κατασκευών και τη σαφή διάκριση των στεγών από το έδαφος.

[[Αρχείο:4.bhta.png | right | thumb | Εικόνα 1: Γεωγραφική κατανομή τεσσάρων ευρωπαϊκών πόλεων στην βάση δεδομένων GreenRoof]]

====Εξαγωγή γεωμετρικών χαρακτηριστικών στεγών====

Με χρήση αλγορίθμων ταξινόμησης (object-based image analysis – OBIA ή supervised classification), εντοπίζονται και οριοθετούνται οι κτιριακές επιφάνειες.

Για κάθε στέγη υπολογίζονται:
<blockquote>-Κλίση (slope) μέσω ανάλυσης κλίσεων στο DSM
</blockquote>
<blockquote>-Προσανατολισμός (aspect)</blockquote>
<blockquote>-Εμβαδόν επιφάνειας</blockquote>
<blockquote>-Ύψος κτιρίου</blockquote>
<blockquote>-Τύπος στέγης (επίπεδη, δίρριχτη, πολύρριχτη)</blockquote>

Η κλίση υπολογίζεται σε μοίρες και ταξινομείται σε κατηγορίες καταλληλότητας, καθώς οι επίπεδες ή ελαφρώς κεκλιμένες στέγες (<15°–20°) θεωρούνται γενικά πιο κατάλληλες για εγκατάσταση πράσινων στεγών.

[[Αρχείο:4.gamma.png | right | thumb | Εικόνα 2: Παράδειγματα δεδομένων στεγών στην βάση GreenRoof. Η πρώτη σειρά αναφέρεται σε εικόνες τηλεπισκόπησης, ενώ η δεύτερη δημιουργεί "μάσκες" για τον προσδιορισμό της προοπτικής για πράσινες στέγες ]]

====Ανάλυση ηλιακής ακτινοβολίας και σκίασης====

Ακολουθεί ανάλυση ηλιακού δυναμικού με χρήση εργαλείων GIS (solar radiation models). Υπολογίζεται η ετήσια και εποχική ηλιακή ακτινοβολία, η διάρκεια ηλιοφάνειας και οι επιδράσεις σκίασης από γειτονικά κτίρια ή φυσικά εμπόδια.

Η σκίαση προσομοιώνεται βάσει του DSM και της τροχιάς του ήλιου, λαμβάνοντας υπόψη τη γεωγραφική θέση και την εποχικότητα. Οι επιφάνειες με ανεπαρκή ηλιακή έκθεση αποκλείονται ή κατατάσσονται σε χαμηλότερη κατηγορία καταλληλότητας.


====Πολυκριτηριακή ανάλυση καταλληλότητας====

Η αξιολόγηση της καταλληλότητας πραγματοποιείται μέσω πολυκριτηριακής ανάλυσης (Multi-Criteria Decision Analysis – MCDA). Τα βασικά κριτήρια περιλαμβάνουν (α) Κλίση στέγης, (β) Εμβαδόν διαθέσιμης επιφάνειας, (γ) Προσανατολισμό, (δ) Ηλιακή ακτινοβολία, (ε) Σκίαση, (στ) Στατική επάρκεια (όπου υπάρχουν διαθέσιμα δεδομένα)

Σε κάθε κριτήριο αποδίδεται συντελεστής βαρύτητας, είτε ισοβαρώς είτε μέσω μεθόδων όπως Analytic Hierarchy Process (AHP). Το τελικό αποτέλεσμα είναι ένας χάρτης καταλληλότητας με κατηγορίες (π.χ. υψηλή, μέτρια, χαμηλή καταλληλότητα).


====Υπολογισμός διαθέσιμου δυναμικού====

Μετά τον διαχωρισμό κατάλληλων και ακατάλληλων επιφανειών, υπολογίζεται το συνολικό διαθέσιμο εμβαδόν (m²), το ποσοστό κάλυψης επί του συνολικού αστικού ιστού και η χωρική κατανομή του δυναμικού ανά γειτονιά ή διοικητική ενότητα. Προαιρετικά, μπορεί να εκτιμηθεί το περιβαλλοντικό όφελος (μείωση αστικής θερμικής νησίδας, συγκράτηση όμβριων υδάτων, δέσμευση CO₂).


====Αυτοματοποιημένες διαδικασίες και επαναληψιμότητα====

Η μεθοδολογία βασίζεται σε αυτοματοποιημένες ροές εργασίας (geoprocessing workflows), οι οποίες υλοποιούνται σε περιβάλλον GIS (π.χ. Model Builder ή Python scripts). Η αυτοματοποίηση μειώνει το ανθρώπινο σφάλμα, αυξάνει την ακρίβεια και τη συνέπεια, επιτρέπει εφαρμογή σε μεγάλη κλίμακα και διασφαλίζει αναπαραγωγιμότητα. Η διαδικασία μπορεί να προσαρμοστεί σε διαφορετικές πόλεις, μεταβάλλοντας τα όρια κλίσης, τα κατώφλια εμβαδού ή τους συντελεστές βαρύτητας, ώστε να ανταποκρίνεται σε τοπικές κλιματικές, πολεοδομικές και τεχνικές συνθήκες.


====Έλεγχος ακρίβειας και επικύρωση====

Η αξιοπιστία των αποτελεσμάτων ελέγχεται μέσω επιτόπιων ελέγχων (ground truthing), σύγκρισης με διαθέσιμα αρχιτεκτονικά σχέδια και υπολογισμού δεικτών ακρίβειας ταξινόμησης (overall accuracy, kappa coefficient). Η διαδικασία αυτή διασφαλίζει ότι τα παραγόμενα χωρικά δεδομένα αντανακλούν με ακρίβεια την πραγματική κατάσταση του δομημένου περιβάλλοντος.



===3. Αποτελέσματα===

Τα αποτελέσματα της μελέτης καταδεικνύουν ότι σημαντικό ποσοστό των αστικών στεγών διαθέτει τεχνικά χαρακτηριστικά κατάλληλα για μετατροπή σε πράσινη στέγη. Μέσω της ανάλυσης GIS, προσδιορίστηκε με ακρίβεια το συνολικό εμβαδόν των επιφανειών που πληρούν τα κριτήρια κλίσης και μεγέθους. Διαπιστώθηκε ότι οι επίπεδες στέγες μεγάλου εμβαδού συγκεντρώνονται κυρίως σε εμπορικές και βιομηχανικές περιοχές, γεγονός που δημιουργεί σημαντικές δυνατότητες παρεμβάσεων μεγάλης κλίμακας.

Επιπλέον, η ανάλυση της ηλιακής ακτινοβολίας έδειξε ότι πολλές από τις επιλεγμένες στέγες δέχονται επαρκή ηλιακή ενέργεια, στοιχείο που ευνοεί την ανάπτυξη φυτικής βλάστησης. Ωστόσο, εντοπίστηκαν και περιοχές με αυξημένες σκιάσεις, όπου απαιτείται προσαρμογή του τύπου φυτεύσεων.

Η έρευνα επιβεβαιώνει ότι η αξιοποίηση της τηλεπισκόπησης και των GIS αποτελεί αποτελεσματικό εργαλείο για τον στρατηγικό σχεδιασμό αστικών πράσινων υποδομών. Τα αποτελέσματα μπορούν να υποστηρίξουν τη λήψη αποφάσεων από δημοτικές αρχές και πολεοδόμους, παρέχοντας ποσοτικά δεδομένα για τον σχεδιασμό πολιτικών βιώσιμης ανάπτυξης.

Συνολικά, η μελέτη αναδεικνύει τη σημασία της τεχνολογίας στη βιώσιμη αστική διαχείριση. Η εφαρμογή της προτεινόμενης μεθοδολογίας μπορεί να συμβάλει ουσιαστικά στη μείωση της θερμικής νησίδας, στη βελτίωση της ενεργειακής απόδοσης των κτιρίων και στην ενίσχυση της βιοποικιλότητας. Παράλληλα, δημιουργεί ένα πλαίσιο για μελλοντικές έρευνες που θα μπορούσαν να ενσωματώσουν οικονομικές και κοινωνικές παραμέτρους, προσφέροντας μια ολοκληρωμένη προσέγγιση στην αξιολόγηση του δυναμικού πράσινων στεγών.



[[Αρχείο:4.alfa.png | right | thumb | Εικόνα 3:Παραδείγματα και προοπτική στεγών για μετατροπή σε πράσινες στέγες ]]




 [[category:Εφαρμογές Φωτοερμηνείας - Τηλεπισκόπησης]]