Η εφαρμογή της τηλεπισκόπησης στη διαχείριση των φυσικών καταστροφών. Η περίπτωση κατολίσθησης στο βουνό Μangart

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 11:03, 21 Απριλίου 2010

Πρωτότυπος Τίτλος: Application of satellite remote sensing in natural hazard management: The mount Mangart landslide case study

Συγγραφείς: Oštir Κ. (Scientific Research Centre of the Slovenian Academy of Sciences and Arts, Ljubljana (Slovenia)), Veljanovski Τ. (Scientific Research Centre of the Slovenian Academy of Sciences and Arts, Ljubljana (Slovenia))

Πηγή: International Cartographic Association, http://www.mountaincartography.org/publications/papers/papers_bohinj_06/index.php

1. Εισαγωγή

Ενώ τις δεκαετίες του 1970 και 1980 οι τηλεπισκοπικές απεικονίσεις χρησίμευαν στις περιβαλλοντικές μελέτες ως χάρτες ή ως απλά ερμηνευτικά εργαλεία, σήμερα αποτελούν πρωταρχική μέθοδο για την πρόβλεψη περιβαλλοντικών κινδύνων, την εκτίμηση καταστροφών και τη διαχείριση φυσικών πόρων. Ένα παράδειγμα τέτοιας εφαρμογής της τηλεπισκόπησης αποτελεί η μελέτη της κατολίσθησης τις 17ης Νοεμβρίου 2000 που συνέβη στο βουνό Mangart στη βόρεια περιοχή Posočje της Σλοβενίας (εικόνα 1). Η επί βδομάδες ασταμάτητη βροχή, σε συνδυασμό με την γεωλογική σύνθεση του εδάφους και τη σεισμική δραστηριότητα της περιοχής, οδήγησαν στην αποκόλληση ενός μεγάλου μέρους του βουνού, το οποίο στη συνέχεια υγροποιήθηκε, παρασύρθηκε από τον εγγύς ποταμό και τελικά έπληξε το χωριό Log pod Mangartom, προκαλώντας ανυπολόγιστες ζημιές και το θάνατο επτά ατόμων. Με τη βοήθεια τηλεπισκοπικών δεδομένων (αεροφωτογραφίες, δορυφορικές εικόνες), επιτόπιων παρατηρήσεων, ψηφιακών μοντέλων εδάφους (DEM) και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών, οι επιστήμονες προσπάθησαν να ερμηνεύσουν τις πιθανές αιτίες της κατολίσθησης και να παρατηρήσουν τις συνέπειες της.

Εικόνα 1: Η περιοχή μελέτης.

2. Δεδομένα και ερμηνεία των εικόνων

Η άμεση ερμηνεία των αιτιών κατολίσθησης και οι προτάσεις σταθεροποίησής της επέβαλαν την έναρξη της μελέτης μόλις μερικές μέρες μετά το ατύχημα. Επειδή όμως η κατάσταση ήταν ακόμα επικίνδυνη, εξαιτίας των συνεχιζόμενων κατολισθήσεων, οι τεχνικές της τηλεπισκόπησης αποτελούσαν τον καλύτερο τρόπο ερμηνείας των γεγονότων. Τα δορυφορικά τηλεπισκοπικά δεδομένα αποκτήθηκαν από το “Space and Major Disaster” Charter και αποτελούσαν ένα σύνολο 13 φωτογραφιών της περιοχής, από το 1992 έως το 2000 (5 εικόνες από τους δορυφόρους ERS 1-2, δυο εικόνες από τον RADARSAT, δυο παγχρωματικές και δυο πολυσφασματικές από τον SPOT και δυο εικόνες από τον LANDSAT).

Πέρα των τηλεπισκοπικών απεικονίσεων, κατά τη διεξαγωγή του έργου έγινε χρήση και ενός ψηφιακού μοντέλου εδάφους. Το μοντέλο αυτό είχε κατασκευαστεί από τις αρχές του 2000 με σκοπό να εξετάσει τη χρησιμότητα των ERS δεδομένων στο τραχύ έδαφος και να παρακολουθήσει τη μετασεισμική δραστηριότητα της περιοχής μετά το σεισμό της 12ης Απριλίου 1998. Το ψηφιακό μοντέλο InSAR DEM 25 που κατασκευάστηκε είχε ανάλυση κυψέλης 25m και συνολική ακρίβεια 8m (λιγότερο από 2m για τις πεδιάδες και περισσότερο από 10m για τα βουνά).

Την πρώτη εβδομάδα μετά την κατολίσθηση ελήφθησαν σκηνές από το Ραντάρ Συνθετικού Ανοίγµατος (SAR) ERS-2 (24/11/200), ενώ τη δεύτερη από τους SPOT (29/11/2000) και RADARSAT (1/12/2000). Στη συνέχεια, ακολούθησαν επιτόπιες παρατηρήσεις και η γεωκωδικοποίηση των εικόνων. Η γεωαναφορά των εικόνων έγινε στο εθνικό σύστημα, όπου χρησιμοποιείται η προβολή Grauss-Kreuger και το ελλειψοειδές Bessel.

Οι εικόνες του δορυφόρου RADARSAT παρείχαν καθαρότερα αποτελέσματα σε σχέση με αυτά του ERS, παρόλο που το ανάγλυφο του βουνού Mangart ήταν απότομο και αυτό εν γένει δημιουργεί προβλήματα στη χρήση των radar (σκιές και αποκλίσεις). Ακόμα, η υγρασία που παρατηρήθηκε στις εικόνες του RADARSAT δεν ήταν τόσο εκτενής όσο στην περίπτωση των ERS δεδομένων, γεγονός που πηγάζει από τη χρονική απόσταση λήψης της κάθε εικόνας.

Παράλληλα, η ερμηνεία των εικόνων του SPOT έδειξαν με μεγαλύτερη λεπτομέρεια τις συνέπειες της καταστροφής. Η σύγκριση των δυο παγχρωματικών εικόνων (21/8/2000 και 29/11/2000) και των δύο πολυφασματικών εικόνων (19/8/2000 και 29/11/2000) βοήθησε στην μελέτη της επίδρασης της κατολίσθησης στο φυσικό περιβάλλον. Στην εικόνα 2 απεικονίζεται το περιβάλλον μετά την κατολίσθηση, ενώ διακρίνεται η αλλαγή που έχει επιφέρει αυτή στην κοιλάδα του χωριού Log pod Mangartom. Η λήψη της εικόνας το Νοέμβριο είχε ως αποτέλεσμα τη δημιουργία αρκετών σκιών, λόγω της χαμηλής θέσης του ήλιου εκείνη την εποχή, και την ύπαρξη χιονιού, ενώ στην αυγουστιάτικη λήψη διακρίνεται η ύπαρξη σύννεφων.

Εικόνα 2: Φωτογραφία δορυφόρου SPOT (29/11/2000) που απεικονίζει την περιοχή μελέτης μετά την κατολίσθηση.

3. Περαιτέρω ανάλυση

Εκτός από την οπτική ερμηνεία των δεδομένων, οι εικόνες χρησιμοποιήθηκαν για την εξαγωγή συμπερασμάτων από το ψηφιακό μοντέλο εδάφους και τη δημιουργία θεματικών χαρτών καλύψεως γης. Η υψηλή χωρική και φασματική ανάλυση των δορυφορικών τηλεπισκοπικών απεικονίσεων του SPOT βοήθησε στην απομόνωση των δυο περιοχών ενδιαφέροντος: της ακριβούς περιοχής κατολίσθησης και της περιοχής άμεσης επίδρασης της κατολίσθησης. Η συνολική έκταση κατολίσθησης υπολογίστηκε σε 25,7 εκτάρια, ενώ η έκταση επίδρασης σε 50,1 εκτάρια.

Στον πίνακα 1 φαίνονται οι μέσες τιμές και οι τυπικές αποκλίσεις του υψομέτρου, της κλίσης του εδάφους και του προσανατολισμού της κατολίσθησης και της περιοχής επίδρασης, έτσι όπως υπολογίστηκαν με το ψηφιακό μοντέλο εδάφους. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων έδειξαν πως η κατολίσθηση έγινε σε υψόμετρο περίπου 1400m, σε πολύ απότομη κλίση (24%) και με κατεύθυνση νοτιοανατολική (161ο), ενώ οι μικρές τυπικές αποκλίσεις της κλίσης και του προσανατολισμού αναδεικνύουν την ομοιογένεια της περιοχής κατολίσθησης. Αντίθετα, οι υψηλές τιμές της τυπικής απόκλισης (2-3 φορές μεγαλύτερες συγκριτικά με την περιοχή κατολίσθησης) στα μεγέθη της περιοχής επίδρασης αποδεικνύουν την υψηλή ετερογένεια της συγκεκριμένης έκτασης.

Πίνακας 1: Οι μέσες τιμές και οι τυπικές αποκλίσεις του υψομέτρου, της κλίσης του εδάφους και του προσανατολισμού της κατολίσθησης και της περιοχής επίδρασης.

Από την άλλη, ο θεματικός χάρτης κάλυψης γης δημιουργήθηκε από τον συνδυασμό των εικόνων LANDSAT και SPOT και την μετέπειτα επιβλεπόμενη ταξινόμηση στην παραγόμενη εικόνα. Η περιοχή διαιρέθηκε σε 10 τάξεις: αστική, ελαφρώς δομημένη, ανεξάρτητες κατοικίες, κωνοφόρο δάσος, φυλλοβόλο δάσος, μικτό δάσος, θάμνοι, ύδατα, καλλιέργειες και ελεύθερη. Μετά την πρώτη ταξινόμηση, εφαρμόστηκε και επόμενη ταξινόμηση με χρήση άλλων τεχνικών, όπως μοντελοποίηση υψομέτρου (elevation modeling) και συγχώνευση δασών (forest mixing). Η ακρίβεια του τελικού θεματικού χάρτη κάλυψης γης υπολογίστηκε 90%. Στη συνέχεια, διεξήχθη μια λεπτομερής ανάλυση των αλλαγών που έχει υποστεί κάθε περιοχή του χάρτη κάλυψης γης από την κατολίσθηση. Από τον πίνακα 2 και την εικόνα 3 φαίνεται πως την μεγαλύτερη καταστροφή έχουν υποστεί τα δάση και ένα μέρος της ελεύθερης ζώνης. Αντίθετα, η περιοχή επίδρασης εμφανίζει μεγαλύτερη ομοιογένεια, αφού έχει καταστραφεί μέρος από όλες τις κλάσεις κάλυψης γης σε παρόμοιο ποσοστό.

Πίνακας 2: Κατηγορίες χρήσεων γης που καταστράφηκαν από την κατολίσθηση (Landslide area) και κατηγορίες χρήσεων γης που επηρέασε η κατολίσθηση (Impact area).

Εικόνα 3: Κατηγορίες χρήσεων γης που επλήγησαν από την κατολίσθηση.

4. Συμπεράσματα

Η συγκεκριμένη μελέτη κατάφερε να δείξει πως η τηλεπισκόπηση είναι δυνατόν να δώσει ασφαλή και ακριβή αποτελέσματα σε περιπτώσεις εκτίμησης καταστροφών. Η εφαρμογή της έχει αποδείξει πως ο εντοπισμός και η ανάλυση των τοπογραφικών αλλαγών μιας περιοχής είναι εφικτά μέσα σε σύντομο χρονικό διάστημα, ενώ ο συνδυασμός της με εξελιγμένες τεχνικές προσομοίωσης μπορεί να οδηγήσει στην καθορισμό τον επικίνδυνων περιοχών και στον προσδιορισμό των συνθηκών πυροδότησης επικίνδυνων φαινόμενων.