Τεχνικές Τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για το βιοχημικό χαρακτηρισμό των εκβολών του ποταμού Τinto – Odiel, στην Ισπανία
Από RemoteSensing Wiki
| (Μία ενδιάμεση αναθεώρηση δεν εμφανίζονται.) | |||
| Γραμμή 5: | Γραμμή 5: | ||
Μία από τις ποιό γνωστές περιοχές εξόρυξης θείου, στην Ιβηρική πυριτική ζώνη, βρίσκεται στις εκβολές ποταμού Tinto – Odiel. Τα προϊόντα των εξορυκτικών δραστηριοτήτων επηρεάζονται από τα μετεωρολογικά φαινόμενα, με αποτέλεσμα τον εμπλουτισμό του ποταμού με μεγάλες ποσότητες βαρέων μετάλλων και θειικών καθώς και με την δημιουργία ισχυρά όξινου περιβάλλοντος, μέσω της διαδικασίας της έκπλυσης, Στην επιβάρυνση των εκβολών του ποταμού συμμετέχουν και οι βιομηχανίες που παράγουν χημικά, λιπάσματα, ρίχνοντας τα υποπροϊόντα της παραγωγικής τους διαδικασίας στον ποταμό. Μια μικρή συμμετοχή στην επιβάρυνση του ποταμού έχουν και οι αγροτικές δραστηριότητες λόγω της χρήσης νιτρικών λιπασμάτων, που επίσης μέσω της διαδικασίας της έκπλυσης έχουν ως τελικό αποδέκτη τον ποτάμι. | Μία από τις ποιό γνωστές περιοχές εξόρυξης θείου, στην Ιβηρική πυριτική ζώνη, βρίσκεται στις εκβολές ποταμού Tinto – Odiel. Τα προϊόντα των εξορυκτικών δραστηριοτήτων επηρεάζονται από τα μετεωρολογικά φαινόμενα, με αποτέλεσμα τον εμπλουτισμό του ποταμού με μεγάλες ποσότητες βαρέων μετάλλων και θειικών καθώς και με την δημιουργία ισχυρά όξινου περιβάλλοντος, μέσω της διαδικασίας της έκπλυσης, Στην επιβάρυνση των εκβολών του ποταμού συμμετέχουν και οι βιομηχανίες που παράγουν χημικά, λιπάσματα, ρίχνοντας τα υποπροϊόντα της παραγωγικής τους διαδικασίας στον ποταμό. Μια μικρή συμμετοχή στην επιβάρυνση του ποταμού έχουν και οι αγροτικές δραστηριότητες λόγω της χρήσης νιτρικών λιπασμάτων, που επίσης μέσω της διαδικασίας της έκπλυσης έχουν ως τελικό αποδέκτη τον ποτάμι. | ||
Στην έρευνα χρησιμοποιήθηκαν δώδεκα εικόνες από τον Landsat, αντιπροσωπευτικές για την υδροκλιματική και την υδροδυναμική κατάσταση, της υπό μελέτη, περιοχής, οι οποίες προήλθαν από τον Περιβαλλοντικό Οργανισμό της τοπικής διοίκησης της Ανδαλουσίας. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν εικόνες αερομεταφερόμενου δείκτη,( που προήλθαν από το Εθνικό Ινστιτούτο Αεροδιαστημικής Τεχνολογίας ), χρησιμοποιώντας τον Daedalus Sensor DS – 1268, διαμορφώσεως CZCS . Οι εικόνες απαρτιζόντουσαν από 11 κανάλια εύρους 0,4-13 mm και χωρικής διακριτικής ικανότητας 7 m. Όλες οι εικόνες από ατμοσφαιρικές και γεωμετρικές αλλοιώσεις χρησιμοποιώντας την τυπική διαδικασία ( Lillesand, Kiefer, 1999), και η γεωγραφική απεικόνιση τους, μαζί με τα άλλα πειραματικά δεδομένα πραγματοποιήθηκαν με το UTM σύστημα συντεταγμένων. | Στην έρευνα χρησιμοποιήθηκαν δώδεκα εικόνες από τον Landsat, αντιπροσωπευτικές για την υδροκλιματική και την υδροδυναμική κατάσταση, της υπό μελέτη, περιοχής, οι οποίες προήλθαν από τον Περιβαλλοντικό Οργανισμό της τοπικής διοίκησης της Ανδαλουσίας. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν εικόνες αερομεταφερόμενου δείκτη,( που προήλθαν από το Εθνικό Ινστιτούτο Αεροδιαστημικής Τεχνολογίας ), χρησιμοποιώντας τον Daedalus Sensor DS – 1268, διαμορφώσεως CZCS . Οι εικόνες απαρτιζόντουσαν από 11 κανάλια εύρους 0,4-13 mm και χωρικής διακριτικής ικανότητας 7 m. Όλες οι εικόνες από ατμοσφαιρικές και γεωμετρικές αλλοιώσεις χρησιμοποιώντας την τυπική διαδικασία ( Lillesand, Kiefer, 1999), και η γεωγραφική απεικόνιση τους, μαζί με τα άλλα πειραματικά δεδομένα πραγματοποιήθηκαν με το UTM σύστημα συντεταγμένων. | ||
| + | |||
Τα πειραματικά δεδομένα περιελάμβαναν την λήψη δειγμάτων στα οποία εξετάστηκαν τα ακόλουθα ποιοτικά υδάτινα χαρακτηριστικά : αγωγιμότητα, θερμοκρασία, παρουσία αιωρούμενων ιζημάτων, pΗ, θολότητα, οργανική ουσία, χλωροφύλλη (a, b, c), βάθος Secchi, βάθος και συγκέντρωση βαρέων μετάλλων όπως Cu, Fe, Ni, Zn, Mn, As, Hg, Zn, Cd. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν σε διαφορετική χρονική στιγμή από τρεις διαφορετικές ζώνες των εκβολών του. Οι δειγματοληψίες έγιναν τους μήνες Νοέμβριο, Ιούνιο, Απρίλιο, και Οκτώβριο του 1998 . Η λήψη των δειγμάτων έγινε από διαφορετικά βάθη και πραγματοποιήθηκε με ένα Νiskin bottle ένα 24 bottle General Oceanics rosette. | Τα πειραματικά δεδομένα περιελάμβαναν την λήψη δειγμάτων στα οποία εξετάστηκαν τα ακόλουθα ποιοτικά υδάτινα χαρακτηριστικά : αγωγιμότητα, θερμοκρασία, παρουσία αιωρούμενων ιζημάτων, pΗ, θολότητα, οργανική ουσία, χλωροφύλλη (a, b, c), βάθος Secchi, βάθος και συγκέντρωση βαρέων μετάλλων όπως Cu, Fe, Ni, Zn, Mn, As, Hg, Zn, Cd. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν σε διαφορετική χρονική στιγμή από τρεις διαφορετικές ζώνες των εκβολών του. Οι δειγματοληψίες έγιναν τους μήνες Νοέμβριο, Ιούνιο, Απρίλιο, και Οκτώβριο του 1998 . Η λήψη των δειγμάτων έγινε από διαφορετικά βάθη και πραγματοποιήθηκε με ένα Νiskin bottle ένα 24 bottle General Oceanics rosette. | ||
| + | |||
Μέσω της τηλεπισκόπισης μπορούν να αναλυθούν πολλοί παράγοντες που σχετίζονται με την ποιότητα του νερού όπως η συγκέντρωση χλωροφύλλης, η θολότητα του νερού, η συγκέντρωση των αιρούμενων ιζημάτων και η θερμοκρασία του νερού. Στην παρούσα έρευνα μέσω των εικόνων του Landsat παρουσιάστηκαν διαφορετικές υδροδυναμικές καταστάσεις λόγω διαφορετικής τάξης θολότητας σε συνδυασμό με τα φαινόμενα παλίρροιας. Συγκεκριμένα με του TM2 καναλιού, κάθε εικόνα διαχωρίστηκε σε τέσσερεις διαφορετικής τάξης θολότητας. Οι εικόνες επίσης διαχωρίστηκαν σε δύο ομάδες , με την ένταση των παλιρροιακών φαινομένων, ώστε στην συνέχεια να αναλυθεί η χρονική ομοιογένεια της θολότητας | Μέσω της τηλεπισκόπισης μπορούν να αναλυθούν πολλοί παράγοντες που σχετίζονται με την ποιότητα του νερού όπως η συγκέντρωση χλωροφύλλης, η θολότητα του νερού, η συγκέντρωση των αιρούμενων ιζημάτων και η θερμοκρασία του νερού. Στην παρούσα έρευνα μέσω των εικόνων του Landsat παρουσιάστηκαν διαφορετικές υδροδυναμικές καταστάσεις λόγω διαφορετικής τάξης θολότητας σε συνδυασμό με τα φαινόμενα παλίρροιας. Συγκεκριμένα με του TM2 καναλιού, κάθε εικόνα διαχωρίστηκε σε τέσσερεις διαφορετικής τάξης θολότητας. Οι εικόνες επίσης διαχωρίστηκαν σε δύο ομάδες , με την ένταση των παλιρροιακών φαινομένων, ώστε στην συνέχεια να αναλυθεί η χρονική ομοιογένεια της θολότητας | ||
Για την κατηγοριοποίηση των εικόνων ΤΜ2 χρησιμοποιήθηκε η στατιστική μέθοδος πολυμεταβλητής Κύριας Συνιστώσας (PC). | Για την κατηγοριοποίηση των εικόνων ΤΜ2 χρησιμοποιήθηκε η στατιστική μέθοδος πολυμεταβλητής Κύριας Συνιστώσας (PC). | ||
Μέσω της επεξεργασίας των αερομεταφερόμενων εικόνων προέκυψαν οι θεματικοί χάρτες για την χωρική κατανομή των αιρούμενων σωματιδίων, στην αναλογία καναλιών 6/3, καθώς και της χλωροφύλλης στην αναλογία καναλιών 4/2. Οι συνδυασμοί της αναλογίας ζωνών των ορατών καναλιών βοήθησε ώστε να απομακρυνθεί το “sunglint effect”. | Μέσω της επεξεργασίας των αερομεταφερόμενων εικόνων προέκυψαν οι θεματικοί χάρτες για την χωρική κατανομή των αιρούμενων σωματιδίων, στην αναλογία καναλιών 6/3, καθώς και της χλωροφύλλης στην αναλογία καναλιών 4/2. Οι συνδυασμοί της αναλογίας ζωνών των ορατών καναλιών βοήθησε ώστε να απομακρυνθεί το “sunglint effect”. | ||
Μέσω διαφόρων συνδυασμών ορατών καναλιών 1-6 καθώς και υπέρυθρων δημιουργήθηκαν χάρτες RGB σύνθεσης για το συμφέρον της μελέτης. Μέσω του θερμικού υπέρυθρου καναλιού (8,5-13 μm) αναλύθηκαν διαρθρώσεις που είχαν προέρθει από την παλιρροιακή κίνηση. Η θερμοκρασία προέκυψε από ένα ψηφιακό αριθμό (DN) των εικόνων χρησιμοποιώντας την παρακάτω εξίσωση : | Μέσω διαφόρων συνδυασμών ορατών καναλιών 1-6 καθώς και υπέρυθρων δημιουργήθηκαν χάρτες RGB σύνθεσης για το συμφέρον της μελέτης. Μέσω του θερμικού υπέρυθρου καναλιού (8,5-13 μm) αναλύθηκαν διαρθρώσεις που είχαν προέρθει από την παλιρροιακή κίνηση. Η θερμοκρασία προέκυψε από ένα ψηφιακό αριθμό (DN) των εικόνων χρησιμοποιώντας την παρακάτω εξίσωση : | ||
| + | |||
Τ (0C) = (0.9 DN +10.5)/5. | Τ (0C) = (0.9 DN +10.5)/5. | ||
| + | |||
Αυτή η μετατροπή προήλθε μέσω μιας βαθμονόμησης των μαύρων σωμάτων όπου 1DN= 0.180C | Αυτή η μετατροπή προήλθε μέσω μιας βαθμονόμησης των μαύρων σωμάτων όπου 1DN= 0.180C | ||
Η μεθοδολογία της πολλαπλής παλινδρόμησης χρησιμοποιήθηκε για να ενοποιήσει ψηφιακά δεδομένα των εικόνων με τα πειραματικά δεδομένα. Η εξίσωση που προκύπτει επιτρέπει ώστε να υπολογιστεί για κάθε pixel (χ) της εικόνας οι ποιοτικοί υδάτινοι παράμετροι, χρησιμοποιώντας μια πολυωνιμική συνάρτηση που περιέχει ψηφιακά δεδομένα από n ζώνες. Ο εκτιμητής των ποιοτικών παραμέτρων του ύδατος Ζ1 σε οποιοδήποτε σημείο ή pixel u στις εκτροπές του ποταμού υπολογίζεται ως εξής | Η μεθοδολογία της πολλαπλής παλινδρόμησης χρησιμοποιήθηκε για να ενοποιήσει ψηφιακά δεδομένα των εικόνων με τα πειραματικά δεδομένα. Η εξίσωση που προκύπτει επιτρέπει ώστε να υπολογιστεί για κάθε pixel (χ) της εικόνας οι ποιοτικοί υδάτινοι παράμετροι, χρησιμοποιώντας μια πολυωνιμική συνάρτηση που περιέχει ψηφιακά δεδομένα από n ζώνες. Ο εκτιμητής των ποιοτικών παραμέτρων του ύδατος Ζ1 σε οποιοδήποτε σημείο ή pixel u στις εκτροπές του ποταμού υπολογίζεται ως εξής | ||
| - | [[Εικόνα:eksisosi.JPG|thumb|εικόνα 1]] | + | [[Εικόνα:eksisosi.JPG|thumb|εικόνα 1. εξίσωση ποιωτικών παραμέτρων]] |
Όπου είναι ο βαθμός σημαντικότητας που προσδιορίζεται από τα πρωταρχικά δεδομένα , ), , u>1 είναι ο βαθμός σημαντικότητας που προσδιορίζεται από δευτερογενή δεδομένα , και οι εκτιμώμενες τιμές των πρωταρχικών δεδομένων { ), α1 = 1,…n1 } | Όπου είναι ο βαθμός σημαντικότητας που προσδιορίζεται από τα πρωταρχικά δεδομένα , ), , u>1 είναι ο βαθμός σημαντικότητας που προσδιορίζεται από δευτερογενή δεδομένα , και οι εκτιμώμενες τιμές των πρωταρχικών δεδομένων { ), α1 = 1,…n1 } | ||
| Γραμμή 20: | Γραμμή 24: | ||
Μέσω της ανάλυσης PCA και ΤΜ δεδομένων προέκυψε η δημιουργία 3 κλάσεων της κατάστασης θολότητας σε συνάρτηση με τα φαινόμενα παλίρροιας όπως φαίνεται και στην εικόνα 2 | Μέσω της ανάλυσης PCA και ΤΜ δεδομένων προέκυψε η δημιουργία 3 κλάσεων της κατάστασης θολότητας σε συνάρτηση με τα φαινόμενα παλίρροιας όπως φαίνεται και στην εικόνα 2 | ||
| - | [[Εικόνα:Integrated_remote_sensing_and_GIS.jpg|thumb|right|εικόνα 2]] | + | [[Εικόνα:Integrated_remote_sensing_and_GIS.jpg|thumb|right|εικόνα 2. Κλάσεις κατάστασης θολότητας]] |
[[category:Υδατικοί Πόροι]] | [[category:Υδατικοί Πόροι]] | ||
Παρούσα αναθεώρηση της 12:23, 21 Απριλίου 2010
Τεχνικές Τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για το βιοχημικό χαρακτηρισμό των εκβολών του ποταμού Τinto – Odiel, στην Ισπανία
Συγγραφείς : Μ. Chica, F. Rodriguez, F. Abarca, J.P. Rigol Sanchez, E.deMiguel, J.A. Gomez, A. Fernandez - Palacios
Μία από τις ποιό γνωστές περιοχές εξόρυξης θείου, στην Ιβηρική πυριτική ζώνη, βρίσκεται στις εκβολές ποταμού Tinto – Odiel. Τα προϊόντα των εξορυκτικών δραστηριοτήτων επηρεάζονται από τα μετεωρολογικά φαινόμενα, με αποτέλεσμα τον εμπλουτισμό του ποταμού με μεγάλες ποσότητες βαρέων μετάλλων και θειικών καθώς και με την δημιουργία ισχυρά όξινου περιβάλλοντος, μέσω της διαδικασίας της έκπλυσης, Στην επιβάρυνση των εκβολών του ποταμού συμμετέχουν και οι βιομηχανίες που παράγουν χημικά, λιπάσματα, ρίχνοντας τα υποπροϊόντα της παραγωγικής τους διαδικασίας στον ποταμό. Μια μικρή συμμετοχή στην επιβάρυνση του ποταμού έχουν και οι αγροτικές δραστηριότητες λόγω της χρήσης νιτρικών λιπασμάτων, που επίσης μέσω της διαδικασίας της έκπλυσης έχουν ως τελικό αποδέκτη τον ποτάμι. Στην έρευνα χρησιμοποιήθηκαν δώδεκα εικόνες από τον Landsat, αντιπροσωπευτικές για την υδροκλιματική και την υδροδυναμική κατάσταση, της υπό μελέτη, περιοχής, οι οποίες προήλθαν από τον Περιβαλλοντικό Οργανισμό της τοπικής διοίκησης της Ανδαλουσίας. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν εικόνες αερομεταφερόμενου δείκτη,( που προήλθαν από το Εθνικό Ινστιτούτο Αεροδιαστημικής Τεχνολογίας ), χρησιμοποιώντας τον Daedalus Sensor DS – 1268, διαμορφώσεως CZCS . Οι εικόνες απαρτιζόντουσαν από 11 κανάλια εύρους 0,4-13 mm και χωρικής διακριτικής ικανότητας 7 m. Όλες οι εικόνες από ατμοσφαιρικές και γεωμετρικές αλλοιώσεις χρησιμοποιώντας την τυπική διαδικασία ( Lillesand, Kiefer, 1999), και η γεωγραφική απεικόνιση τους, μαζί με τα άλλα πειραματικά δεδομένα πραγματοποιήθηκαν με το UTM σύστημα συντεταγμένων.
Τα πειραματικά δεδομένα περιελάμβαναν την λήψη δειγμάτων στα οποία εξετάστηκαν τα ακόλουθα ποιοτικά υδάτινα χαρακτηριστικά : αγωγιμότητα, θερμοκρασία, παρουσία αιωρούμενων ιζημάτων, pΗ, θολότητα, οργανική ουσία, χλωροφύλλη (a, b, c), βάθος Secchi, βάθος και συγκέντρωση βαρέων μετάλλων όπως Cu, Fe, Ni, Zn, Mn, As, Hg, Zn, Cd. Τα δεδομένα συλλέχθηκαν σε διαφορετική χρονική στιγμή από τρεις διαφορετικές ζώνες των εκβολών του. Οι δειγματοληψίες έγιναν τους μήνες Νοέμβριο, Ιούνιο, Απρίλιο, και Οκτώβριο του 1998 . Η λήψη των δειγμάτων έγινε από διαφορετικά βάθη και πραγματοποιήθηκε με ένα Νiskin bottle ένα 24 bottle General Oceanics rosette.
Μέσω της τηλεπισκόπισης μπορούν να αναλυθούν πολλοί παράγοντες που σχετίζονται με την ποιότητα του νερού όπως η συγκέντρωση χλωροφύλλης, η θολότητα του νερού, η συγκέντρωση των αιρούμενων ιζημάτων και η θερμοκρασία του νερού. Στην παρούσα έρευνα μέσω των εικόνων του Landsat παρουσιάστηκαν διαφορετικές υδροδυναμικές καταστάσεις λόγω διαφορετικής τάξης θολότητας σε συνδυασμό με τα φαινόμενα παλίρροιας. Συγκεκριμένα με του TM2 καναλιού, κάθε εικόνα διαχωρίστηκε σε τέσσερεις διαφορετικής τάξης θολότητας. Οι εικόνες επίσης διαχωρίστηκαν σε δύο ομάδες , με την ένταση των παλιρροιακών φαινομένων, ώστε στην συνέχεια να αναλυθεί η χρονική ομοιογένεια της θολότητας Για την κατηγοριοποίηση των εικόνων ΤΜ2 χρησιμοποιήθηκε η στατιστική μέθοδος πολυμεταβλητής Κύριας Συνιστώσας (PC). Μέσω της επεξεργασίας των αερομεταφερόμενων εικόνων προέκυψαν οι θεματικοί χάρτες για την χωρική κατανομή των αιρούμενων σωματιδίων, στην αναλογία καναλιών 6/3, καθώς και της χλωροφύλλης στην αναλογία καναλιών 4/2. Οι συνδυασμοί της αναλογίας ζωνών των ορατών καναλιών βοήθησε ώστε να απομακρυνθεί το “sunglint effect”. Μέσω διαφόρων συνδυασμών ορατών καναλιών 1-6 καθώς και υπέρυθρων δημιουργήθηκαν χάρτες RGB σύνθεσης για το συμφέρον της μελέτης. Μέσω του θερμικού υπέρυθρου καναλιού (8,5-13 μm) αναλύθηκαν διαρθρώσεις που είχαν προέρθει από την παλιρροιακή κίνηση. Η θερμοκρασία προέκυψε από ένα ψηφιακό αριθμό (DN) των εικόνων χρησιμοποιώντας την παρακάτω εξίσωση :
Τ (0C) = (0.9 DN +10.5)/5.
Αυτή η μετατροπή προήλθε μέσω μιας βαθμονόμησης των μαύρων σωμάτων όπου 1DN= 0.180C Η μεθοδολογία της πολλαπλής παλινδρόμησης χρησιμοποιήθηκε για να ενοποιήσει ψηφιακά δεδομένα των εικόνων με τα πειραματικά δεδομένα. Η εξίσωση που προκύπτει επιτρέπει ώστε να υπολογιστεί για κάθε pixel (χ) της εικόνας οι ποιοτικοί υδάτινοι παράμετροι, χρησιμοποιώντας μια πολυωνιμική συνάρτηση που περιέχει ψηφιακά δεδομένα από n ζώνες. Ο εκτιμητής των ποιοτικών παραμέτρων του ύδατος Ζ1 σε οποιοδήποτε σημείο ή pixel u στις εκτροπές του ποταμού υπολογίζεται ως εξής
Όπου είναι ο βαθμός σημαντικότητας που προσδιορίζεται από τα πρωταρχικά δεδομένα , ), , u>1 είναι ο βαθμός σημαντικότητας που προσδιορίζεται από δευτερογενή δεδομένα , και οι εκτιμώμενες τιμές των πρωταρχικών δεδομένων { ), α1 = 1,…n1 } Πολλά από τα βιογεωχημικά χαρακτηριστικά των εκτροπών του ποταμού Tinto – Odiel αλληλοσχετίζονται και σε πολλές περιπτώσεις παρουσιάζουν χωρική εξάρτηση. Στην παρούσα εργασία η εισαγωγή δεδομένων από αναλογικούς χάρτες πραγματοποιήθηκε μέσω ψηφιοποίησης χρησιμοποιώντας ένα επίπεδο scanner για την δημιουργία διανυσματικών στρωμάτων. Περαιτέρω προσοχή δόθηκε στην χωρική ανάλυση των βιογεωχημικών δεδομένων, τα οποία αναλύθηκαν ώστε να δημιουργηθούν πλεγματικά στρώματα των κύριων μεταβλητών από τον υπολογισμό kriging. Μέσω αυτού του τρόπου δημιουργήθηκαν βάσεις δεδομένων γεωχημικών στοιχείων που μπορεί να χρησιμοποιηθούν ως ένα χρήσιμο εργαλείο για την δημιουργία θεματικών χαρτών καθώς και σαν βάση δεδομένων για την αλληλεπίδραση των στοιχείων αυτών. Μέσω της ανάλυσης PCA και ΤΜ δεδομένων προέκυψε η δημιουργία 3 κλάσεων της κατάστασης θολότητας σε συνάρτηση με τα φαινόμενα παλίρροιας όπως φαίνεται και στην εικόνα 2
