Εφαρμογές τηλεπισκόπησης για καταστροφές από τσουνάμι

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 16:20, 13 Ιανουαρίου 2021

Πρωτότυπος Τίτλος: Application of Remote Sensing for Tsunami Disaster

Συγγραφέας: Συγγραφείς: Anawat Suppasri, Shunichi Koshimura, Masashi Matsuoka, Hideomi Gokon, Daroonwan Kamthonkiat.

Πηγή: IntechOpen, DOI: 10.5772/32136

URL: https://www.intechopen.com/books/remote-sensing-of-planet-earth/application-of-remote- sensing-for-tsunami-disaster

Εισαγωγή:

Το φαινόμενο του τσουνάμι, μπορεί να προκαλέσει τεράστιες υλικές καταστροφές και να αποτελέσει κίνδυνο ακόμη και για τη δημόσια υγεία. Χαρακτηριστικά παραδείγματα του φαινομένου και των επιπτώσεων του μπορούν εύκολα να παρατηρηθούν σε περιπτώσεις όπως αυτών της πόλης Sumatra της Ινδονησίας και των Νησιών Solomon. Με σκοπό να αξιολογηθεί το μέγεθος των καταστροφών, αλλά και να εκτιμηθεί ο χρόνος της ανάκαμψης μιας πόλης, τα τσουνάμι μέχρι πρόσφατος μπορούσαν να μελετηθούν κατά κύριο λόγο με επιτόπιες έρευνες στις περιοχές που επλήγησαν. Τα τελευταία χρόνια ωστόσο, η τηλεπισκόπηση εφαρμόστηκε σε αρκετές περιπτώσεις, εξετάζοντας περιοχές μετά το τσουνάμι, ακόμη και πριν από αυτό, δίνοντας δυνατότητες σύγκρισης, ώστε να εκτιμηθούν καλύτερα οι επιπτώσεις του φαινομένου, αλλά και οι μέθοδοι ανάκαμψης των περιοχών που επλήγησαν. Εκτός των άλλων με τη χρήση εφαρμογών τηλεπισκόπησης, δίνεται η δυνατότητα παρατήρησης του φαινομένου και των επιπτώσεων του απομακρυσμένα, ώστε να μην είναι απαραίτητη η παρουσία των μελετητών στα σημεία ενδιαφέροντος.

Μεθοδολογία:

Οι τεχνικές μελέτης των τσουνάμι από ψιλά, εμπεριέχουν φωτογραφικά όργανα σε δορυφόρους, με συστήματα λήψεις στο ορατό φάσμα (RGB) και στο υπέρυθρο (IR). Συγκεκριμένα οι παρατηρήσεις στο υπέρυθρο (όπως και στις περισσότερες τηλεσκοπικές εφαρμογές) είναι ιδιαίτερα χρήσιμες για τον καθορισμό της έκτασης που έχει πλημμυριστεί από το τσουνάμι, εκμεταλλεύοντας τoυς δείκτες βλάστησης, λόγω της διείσδυσης του νερού στην ξηρά. Για τη συγκεκριμένη μελέτη χρησιμοποιείται η τεχνική NDVI (Normalised Difference Vegetation Index), όπου πραγματοποιούνται μετρήσεις στο ορατό φάσμα, και στο υπέρυθρο, μέσω του βαθμού ανάκλασης της βλάστησης στα παραπάνω μήκη κύματος, μπορεί να υπολογιστεί το NDVI. Μια αραιή βλάστηση ανακλά περισσότερο σήμα στο ορατό φως και λιγότερο στο υπέρυθρο, ενώ μια έντονη και υγιής βλάστηση, απορροφά μεγάλο μέρος του ορατού φωτός και ανακλά περισσότερο στο υπέρυθρο. Για να βρούμε το δείκτη βλάστησης NDVI πρέπει να θέσουμε τα επίπεδα ανάκλασης της περιοχής ενδιαφέροντος για το υπέρυθρο και το κόκκινο (ορατός φως) στην παρακάτω διαίρεση.

NDVI=NIR-RED/NIR+RED

Σχήμα 1., Αριστερά, η περιοχή πριν το τσουνάμι. Δεξιά, τα εκτιμώμενα σημεία που θα παρουσιάσουν βλάστηση μετά το τσουνάμι. IntechOpen, DOI: 10.5772/32136

Σημαντικό ενδιαφέρον έχει επίσης ο βαθμός καταστροφής που μπορεί να προκαλέσει ένα τσουνάμι, και μπορεί να αξιολογηθεί μέσω φωτογραφιών στο ορατό φως, πριν και μετά το φαινόμενο όπως έγινε και στην περίπτωση των Νησιών Solomon το 2007, με καταγραφές του δορυφόρου υψηλής χορειακής ανάλυσης Quick Bird.

Σχήμα 2., Πάνω, περιοχές Πριν το τσουνάμι. Κάτω, περιοχές Μετά το τσουνάμι. IntechOpen, DOI: 10.5772/32136

Στο σχήμα 2. απεικονίζονται 4 περιοχές Πριν και Μετά το τσουνάμι, οι οποίες αξιολογούνται εντελώς διαφορετικά βάση του βαθμού καταστροφής που φαίνεται να έχουν υποστεί. Αναλυτικότερα, (από αριστερά προς δεξιά) η πρώτη περιοχή, φαίνεται ότι έχει υποστεί υποστεί ελάχιστες έως και καθόλου ζημίες (no damage). Στη δεύτερη περιοχή φαίνεται να έχουν σχεδόν εξαφανιστεί κάποια οικήματα που σημαίνει ότι η περιοχή έχει επηρεαστεί σε σοβαρό βαθμό από το τσουνάμι (substantial damage). Στην τρίτη περιοχή φαίνεται να έχουν εξαφανιστεί εντελώς τα οικήματα (collapsion), και αντίστοιχα η τέταρτη περιοχή έχει καταστραφεί πλήρως (washed away). Μεγάλο ενδιαφέρον έχουν και οι παρατήρησης που γίνονται με τη χρήση radar όπως αυτές του δορυφόρου TerraSAR-X. Ένα μεγάλο πλεονέκτημα που διαθέτουν τα συστήματα radar έναντι των οπτικών, είναι ότι μπορούν να παρατηρήσουν μια περιοχή μέρα και νύχτα αλλά και υπό συνθήκες συννεφιάς, μιας και δεν επηρεάζονται ούτε από ατμοσφαιρικές διαταραχές. Η τεχνική στην οποία βασίζονται τα radar είναι αυτή της ανάκλασης των κυμάτων, ενώ τα οπτικά συστήματα που αλλιώς ονομάζονται παθητικά και λαμβάνουν το ανακλώμενο φως, τα radar στέλνουν κύματα προς την επιφάνεια ενδιαφέροντος, γίνεται ανάκλαση από αυτήν, και τα κύματα που φτάνουν στο σύστημα λήψης του radar δίνουν τα χαρακτηριστικά του σήματος. Βασικό ρόλο για να γίνει ανάκλαση φυσικά παίζει η τραχύτητα της επιφάνειας της περιοχής ενδιαφέροντος, όσο πιο λεία είναι τόσο μεγαλύτερο σήμα θα φτάσει στο radar μέσω της ανάκλασης, όσο λιγότερο λεία είναι, τα κύματα θα ανακλαστούν σε αυτά τα σημεία και θα κατευθυνθούν διαφορετικά, οπότε θα φτάσουν λιγότερα η και καθόλου κύματα στο σύστημα λήψης. Οι τεχνητές κατασκευές και τα κτήρια παρουσιάζουν συγκριτικά υψηλή ανάκλαση λόγω των λείων επιφανειών που προκύπτει από τις οροφές τους, ενώ οι ανοιχτοί χώροι και τα κατεστραμμένα κτίρια έχουν συγκριτικά χαμηλή ανακλαστικότητα επειδή δημιουργούν μια μεγάλη τραχειά επιφάνεια.

Σχήμα 3., Στην εικόνα A) απεικόνιση radar περιοχής πριν το τσουνάμι. Στην εικόνα B) απεικόνιση radar της ίδιας περιοχής μετά το τσουνάμι. Στην εικόνα C) οπτική απεικόνιση της περιοχής μετά το τσουνάμι. IntechOpen, DOI: 10.5772/32136

Όπως φαίνεται στο Σχήμα 3, στην εικόνα B (radar) μπορούμε να δούμε πιο ξεκάθαρα την καταστροφή που προκλήθηκε από το τσουνάμι συγκριτικά με την εικόνα C (οπτική). Η περιοχή που επλήγη παρουσιάζεται αρκετά σκοτεινότερη, λόγο της τραχειάς επιφάνειας που δημιουργήθηκε από τις καταστροφές, με αποτέλεσμα τα κύματα εκεί να ανακλαστούν σε άλλες κατεύθυνσης και το σήμα που έφτασε στο σύστημα λήψης του ραντάρ να είναι ασθενές.

Σχήμα 4., Καμπύλες ευθραυστότητας του τσουνάμι στο Banda Aceh. IntechOpen, DOI: 10.5772/32136

Λόγο των τεράστιων καταστροφών που μπορούν να δημιουργηθούν από ένα τσουνάμι προκύπτει και μια ανάλογη οικονομική καταστροφή για την περιοχή που επλήγη. Mε την ενσωμάτωση ορισμένων συντελεστών σε μια στατιστική ανάλυση μπορεί να προσδιοριστεί ενδεικτικά ένας βαθμός της καταστροφής. Οι καμπύλες ευθραυστότητας στο Σχηήμα 4, ορίζουν μια σχέση πιθανότητας μεταξύ των ζημιών και των υδροδυναμικών χαρακτηριστικών για το τσουναμι στο Banda Ατσέχ. Σοβαρή περίπτωση καταστροφής χαρακτηρίζεται όταν το βάθος πλημμύρας είναι μεγαλύτερο από 3m, η ταχύτητα ρεύματος είναι μεγαλύτερη από 4m/s και η υδροδυναμική δύναμη είναι μεγαλύτερη από 25 kN /m. Σε αυτά τα πλαίσια μπορούν να βασιστούν μελέτες που εστιάζουν στην εκτίμηση μιας καταστροφής βάση της έκτασης και του βάθους της πλημμύρας που μπορεί να προκαλέσει ένα τσουνάμι.

Σχήμα 5., Στον οριζόντιο άξονα το βάθος της πλημμύρας (σε μέτρα). Στον κάθετο άξονα ο αριθμός των κτιρίων της περιοχής ενδιαφέροντος. Με μπλε χρώμα σημειώνονται τα κτίρια που δεν καταστράφηκαν. Με κόκκινο χρώμα σημειώνονται τα κτίρια που καταστράφηκαν. IntechOpen, DOI: 10.5772/32136

Συμπεράσματα:

Οι καταστροφές που μπορούν να προκαλέσουν τα τσουνάμι φαίνεται να έχουν πολύπλευρα αντίκτυπα σε μια περιοχή (πέραν της επικινδυνότητας και της θνησιμότητας), τόσο στους οικονομικούς τομείς όσο και σε αυτούς της βλάστησης και κατ’ επέκταση και σε αυτούς των οικοσυστημάτων. Με τις εφαρμογές τηλεπισκόπησης δίνεται η δυνατότητα στους παρατηρητές του φαινομένου να μπορούν να εκτιμήσουν τι επιπτώσεις θα μπορούσε να επιφέρει ένα τσουνάμι σε μια περιοχή ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του, και φυσικά να μελετήσουν την εξέλιξη των πιθανών καταστροφών. Επίσης δεδομένου ότι οι παρατηρήσεις που καταγράφονται σε περιοχές ενδιαφέροντος μπορούν να εφαρμοστούν σε λογισμικά GIS, τα όρια μιας πλημμύρας μπορούν να εξεταστούν αμέσως χρησιμοποιώντας παλιότερα δεδομένα που βασίζονται σε πληροφορίες εδάφους της περιοχής, με απομακρυσμένη παρακολούθηση σε πολύ γρήγορο χρόνο. Παρόλο που σε ορισμένες συνθήκες είναι δύσκολο τα εναέρια μέσα να αποτυπώσουν όλες τις χρήσιμες πληροφορίες όπως την επιθεώρηση ζημιών ενός δομικού μέλους, οι δορυφόροι υψηλής χορειακής ανάλυσης όπως οι οπτικοί QuickBird και IKONOS, ή ακόμα και δορυφόροι ραντάρ όπως ο TerraSAR-X, μπορούν να προσφέρουν σημαντικές πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος των καταστροφών, βάση των διατηρημένων οικημάτων που μπορεί να απεικονισθούν σε μια περιοχή, και να γίνει ταξινόμηση κτιρίων ως κατεστραμμένων ή διατηρημένων, ώστε να προσδιοριστεί η κοινωνικοοικονομική καταστροφή μιας περιοχής.