Διαχείριση ατμοσφαιρικής ποιότητας χρησιμοποιώντας τη σύγχρονη τηλεπισκόπηση και τις χωροταξικές τεχνολογίες

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 12:38, 21 Απριλίου 2010

Πλήρης τίτλος: Διαχείριση ατμοσφαιρικής ποιότητας χρησιμοποιώντας τη σύγχρονη τηλεπισκόπηση και τις χωροταξικές τεχνολογίες και τις σχετικές κοινωνικές δαπάνες.

Waheed Uddin

1. Πρότυπο ατμοσφαιρικής ποιότητας και μεθοδολογία ανάλυσης

Μοντέλο ανάπτυξης AQMAN

Ο αντικειμενοστρεφής κώδικας προγράμματος AQMAN για τη συγκέντρωση του αέρα και το μοντέλο διασποράς των ρύπων, που παρουσιάζεται στο παρόν έγγραφο, είναι με βάση τα δεδομένα που ρυπαίνουν τον ατμοσφαιρικό αέρα (Ο3, ΝΟ2) που συγκεντρώνονται συνεχώς από την ΥΠΠ των σταθμών παρακολούθησης στο Tupelo και το Hernando από το 1996 μέχρι 2000. Οι καθημερινές μέγιστες τιμές των μετρημένων O3 συγκεντρώσεων σε Tupelo και Hernando από το 1996 ως το 2000 πέρα από ένα έτος παρουσιάζουν εποχιακό σχέδιο. Οι πλοκές των εκπομπών θερμοκρασίας αέρα και οχημάτων δείχνουν επίσης τις παρόμοιες εποχιακές τάσεις. Το πρότυπο AQMAN περιλαμβάνει τις ακόλουθες επεξηγηματικές μεταβλητές και διάφορους όρους αλληλεπίδρασης βασισμένους σε έναν τομέα μελέτης ακτίνας 32km.

•Κλιματολογικά στοιχεία (θερμοκρασία αέρα, άνεμος, καθίζηση, ηλιακή ακτινοβολία, κάλυψη σύννεφων)

• Καθημερινά στοιχεία κυκλοφορίας (όγκος, μίγμα κυκλοφορίας, μέση ταχύτητα των αυτοκινήτων και των φορτηγών)

• Καθημερινές εκπομπές οχημάτων των VOC και των NOX (λειτουργία του πρότυπου έτους οχημάτων στο μίγμα κυκλοφορίας)

• Καθημερινές εκτιμήσεις καταλόγων εκπομπής των VOC και των NOX από τις βιομηχανικές πηγές

• Καθημερινές εκτιμήσεις των διαδικασιών αεροσκαφών στους αερολιμένες στην περιοχή μελέτης

• Καθημερινή θερμοκρασία επιφάνειας (σταθμισμένος μέσος όρος από την ταξινόμηση των τύπων επιφάνειας)

Τα plots που παρατηρήθηκαν έναντι των προβλεπόμενων τιμών των ρύπων Ο3 από το νέο μοντέλο της επιστήμης είναι λογικά αποδεκτές για τα έτη 1996-2000 για το Tupelo και το Hernando. Η τιμή του συντελεστή συσχέτισης (R = 0,74) είναι λογική, σε σύγκριση με το εύρος των τιμών που έχουν αναφερθεί σε άλλες μελέτες, όπου οι τιμές Ο3 των προηγούμενων ημερών χρησιμοποιήθηκαν. Ως εκ τούτου, το μοντέλο AQMAN μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τις περιοχές όπου δεν υπάρχει πρόγραμμα παρακολούθησης. Λεπτομέρειες σχετικά με την ποιότητα του αέρα του μοντέλου ανάπτυξης και επικύρωσης περιγράφονται από τον Boriboonsomsin.

2. Εφαρμογή της τηλεπισκόπησης και των γεωχωρικών τεχνολογιών

Οι μεταβλητές της θερμοκρασίας της επιφάνειας στα μοντέλα O3 και NO2 βοηθούν να αξιολογήσουν το δυσμενή αντίκτυπο των οικιστικών περιοχών στις επιδράσεις της ‘θερμικής νησίδας’. Η σταθμισμένη θερμοκρασία της επιφάνειας είναι η μέση τιμή της θερμοκρασίας στην επιφάνεια που σταθμίζεται από το ποσοστό κάθε κατηγορίας επιφάνειας στην περιοχή μελέτης. Μια μεθοδολογία έχει αναπτυχθεί και έχει εφαρμοστεί χρησιμοποιώντας τη γεωχωρική ανάλυση των πολυφασματικών δορυφορικών στοιχείων τηλεπισκόπησης υψηλής ανάλυσης. Τα 1m ανάλυσης IKONOS πολυφασματικά στοιχεία που αποκτήθηκαν από τον IKONOS για την Οξφόρδη, το Μισισιπή, στις 27 Μαρτίου 2000, χρησιμοποιήθηκαν για να κάνουν διακρίσεις τους διαφορετικούς τύπους επιφάνειας και χρήσης του εδάφους. Αυτοί οι τύποι επιφάνειας περιλαμβάνουν: την άσφαλτο, το σκυρόδεμα, τα κτήρια, τα χώματα, τη χλόη, δέντρα και δασώδεις περιοχές, και υδάτινα σώματα. Τρεις γνωστές επιβλεπόμενες μέθοδοι ταξινόμησης (ελάχιστη απόσταση, απόσταση mahalanobis, και κανόνες απόφασης μέγιστης πιθανοφάνειας) έδωσαν χαμηλή ακρίβεια (36-44%) για την ταξινόμηση κατηγορίας επιφάνειας δέντρου.

Επομένως, μια νέα μεθοδολογία έχει αναπτυχθεί σε αυτήν την έρευνα βασισμένη στις τιμές φασματικής ανάκλασης σε κάθε ζώνη για να βελτιώσει την ακρίβεια των κατηγοριών της επιφάνειας. Η έννοια αυτής της μεθοδολογίας είναι να βρεθεί το εύρος μιας φασματικής ζώνης που αντιπροσωπεύει μεμονωμένα την επιθυμητή κατηγορία επιφάνειας που εδρεύει στις διαθέσιμες πληροφορίες από τις εικόνες των επιλεγμένων περιοχών με γνωστό groundtruth. Η μεθοδολογία της ταξινόμησης των εικονοστοιχείων της εικόνας στην αντίστοιχη κατηγορία επιφάνειας έχει εφαρμοστεί σε ένα πρόγραμμα υπολογιστών που ονομάζεται (IMAGES).

Τα αποτελέσματα χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τη θερμοκρασία της επιφάνειας και παρουσιάζονται χρησιμοποιώντας τη γεωχωρική χαρτογράφηση. Οι λεπτομέρειες αυτών των μοντέλων περιγράφονται από τον Boriboonsomsin [24]. Το σχήμα 1 παρουσιάζει δορυφορικά στοιχεία της διατομής της εθνικής οδού 6 και της Jackson Ave στην Οξφόρδη που χρησιμοποιήθηκε για μια από τις μελέτες groundtruth. Ο αυτόματα ταξινομημένος χάρτης κατηγορίας επιφάνειας της ίδιας περιοχής παρουσιάζεται στο σχήμα 2.

Σχ.1:Δορυφορική εικόνα τομής του ΙKONOS 1m

Σχ.2:Ο αυτόματα ταξινομημένος χάρτης επιφάνειας της περιοχής τομής

Τα στοιχεία κατηγορίας της επιφάνειας χρησιμοποιούνται για να προβλέψουν τη θερμοκρασία της επιφάνειας χρησιμοποιώντας τα κλιματολογικά στοιχεία για την περιοχή μελέτης. Τα αποτελέσματα των 8km Χ 8km της περιοχής μελέτης της Οξφόρδης δείχνουν ότι μια καυτή θερινή ημέρα η μέση θερμοκρασία επιφάνειας στην οικιστική περιοχή μέσα στην πόλη έχει μια μέση θερμοκρασία επιφάνειας 9o C υψηλότερη από την θερμοκρασία αέρα του περιβάλλοντος. Αυτό παρουσιάζει την επίδραση της ‘θερμικής νησίδας’ για αυτήν την μικρή αγροτική πόλη.

3.Συζητήσεις και τελικές παρατηρήσεις

Οι δαπάνες που συνδέονται με τα μοιραία περιστατικά και τους τραυματισμούς της κυκλοφορίας είναι σημαντικά υψηλότερες από τις δαπάνες για την ατμοσφαιρική ρύπανση και άλλες δαπάνες οδικών χρηστών και πρέπει να αντιμετωπιστούν ως ζήτημα δημόσιας υγείας. Ένα σημαντικό ποσό των ατμοσφαιρικών ρύπων προέρχεται από τις κινητές πηγές, τις σχετικές με τη μεταφορά, συμπεριλαμβανομένων των μηχανοκίνητων οχημάτων εθνικών οδών και των δραστηριοτήτων αεροπορίας. Οι δαπάνες της ατμοσφαιρικής ρύπανσης συσχετίζονται γενικά με τα μίλια των οχημάτων που ταξιδεύουν με κάποια κατ' εκτίμηση μέση ταχύτητα. Αυτό υπονοεί ότι οι αστικές περιοχές με τον υψηλότερο όγκο κυκλοφορίας θα συνδεθούν με τα πιο υψηλά επίπεδα ρύπανσης, ειδικά κατά τη διάρκεια των συνθηκών συμφόρησης. Εάν οποιαδήποτε από αυτές τις περιοχές που ελέγχονται από το EPA υπερβαίνει τα καθιερωμένα πρότυπα κατώτατων ορίων ρύπανσης, μπορεί να χάσει την ομοσπονδιακή χρηματοδότηση για την κατασκευή των νέων προγραμμάτων μεταφορών.

Ο συνυπολογισμός των κοινωνικών δαπανών σε μια συγκεντρωτική ανάλυση κύκλου της ζωής θα οδηγήσει σε μια σημαντικότερη και ακριβή ανάλυση των δαπανών και των κερδών. Έχει αποδειχθεί ότι το κοινωνικό κόστος είναι το 33% των πλήρων δαπανών των μεταφορών, το οποίο είναι σημαντικό. Μια περιεκτική μέθοδος πρέπει να υιοθετηθεί για να αναλύσει και να λύσει αυτά τα προβλήματα ασφάλειας και υγείας, και οι σχετικές δαπάνες πρέπει να χρησιμοποιηθούν στις αναλύσεις του κύκλου της ζωής.

Οι βιώσιμες πολιτικές των μεταφορών πρέπει να εξετάσουν το περιβάλλον, τις επιδράσεις στην υγεία, τα βελτιωμένα οχήματα και τα ασφαλή και βελτιωμένα οδοστρώματα. Αυτό μπορεί να ολοκληρωθεί επικερδώς μέσω των αποτελεσματικών συστημάτων διαχείρισης υποδομών και της χρήσης της σύγχρονης τηλεπισκόπησης και των γεωχωρικών τεχνολογιών.