Συνδυασμένη χρήση τηλεπισκόπησης και γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών για την υποστήριξη της ενιαίας διαχείρισης υδατικών πόρων...

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 07:38, 16 Μαρτίου 2010

Συνδυασμένη χρήση τηλεπισκόπησης και γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών για την υποστήριξη της ενιαίας διαχείρισης υδατικών πόρων: το έργο Realdems

Αντικείμενο: Το αντικείμενο της συγκεκριμένης εφαρμογής αφορά στη διαχείριση υδατικών πόρων. Παρουσιάζονται η μεθοδολογία και τα αποτελέσματα του έργου REALDEMS (REmote sensing Application for Land cover and Digital Elevation Models Service), στα πλαίσια του οποίου παρήχθησαν ψηφιακά μοντέλα εδάφους και θεματικοί χάρτες κάλυψης γης για τις περιοχές της Κρήτης και της Λέσβου, με τη συνδυασμένη χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών.

Στόχος: Στόχος της παρούσας εφαρμογής είναι τα προϊόντα του έργου REALDEMS να αποτελέσουν εργαλείο για την υποστήριξη της διαχείρισης των υδάτινων πόρων στις περιοχές εφαρμογής, μέσα από τη χρήση τους για το χαρακτηρισμό των λεκανών απορροής στις περιοχές αυτές με τη βοήθεια GIS.

Είδη δορυφορικών ή αερομεταφερόμενων συστημάτων / Δορυφόροι - κανάλια: Στην εφαρμογή αυτή έγινε χρήση στερεοσκοπικών και πολυφασματικών τηλεπισκοπικών δεδομένων του ραδιομέτρου ASTER (Advance Spaceborn Thermal Emission and Reflection Radiometer) για τις περιοχές της Κρήτης και της Λέσβου.

9 φασματικά κανάλια: ορατού, εγγύς υπερύθρου και υπερύθρου μικρού μήκους κύματος

Μεθοδολογία - Προεπεξεργασίες / Ψηφιακές επεξεργασίες / αλγόριθμοι και αποτελέσματα: Για τη δημιουργία των DEM από στερεοζεύγη εικόνων ASTER χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις φωτοσταθερών σημείων στο πεδίο (GCPs: Ground Control Points) με τη βοήθεια διαφορικού GPS (Global Positioning System). Η εξαγωγή του DEM βασίστηκε στην αρχή του υπολογισμού του υψομέτρου μέσω της στερεοσκοπικής παράλλαξης. Για τον έλεγχο αξιοπιστίας του παραγόμενου DEM χρησιμοποιήθηκαν τριγωνομετρικά σημεία και το λογισμικό Orthoengine της PCI Geomatics (PCI, 2003), το οποίο διαθέτει φυσικό μοντέλο για το σύστημα ASTER. Το μοντέλο αυτό είναι ένα αυστηρό τροχιακό μοντέλο για την εξισορρόπηση και διόρθωση παραμορφώσεων της εικόνας που οφείλονται στη γεωμετρία των αισθητήρων, στην τροχιά του δορυφόρου, και στις μεταβολές του ύψους, του σχήματος της γης, της στροφής και του ανάγλυφου. Το μοντέλο επιλύθηκε αριθμητικά.

Στη συνέχεια, με τη βοήθεια της τεχνικής συνόρθωσης κατά δέσμες το μοντέλο , που χρησιμοποιείται για την αντιστοίχηση των εικονοστοιχείων της εικόνας με σημεία στο έδαφος, υπολογίζει την καλύτερη δυνατή θέση κάθε εικονοστοιχείου σε μία εικόνα. Έπειτα, με τη βοήθεια παραθύρων συσχέτισης, πραγματοποιήθηκε η ανίχνευση ομοειδών αντικειμένων (εικόνα και έδαφος) για την επαναπροβολή του αρχικού στερεοζεύγους, ώστε οι δύο εικόνες να έχουν κοινό προσανατολισμό. Έτσι προέκυψαν επιπολικές εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό της στερεοσκοπικής παράλλαξης.

Το παραχθέν DEM κάθε επιμέρους σκηνής ASTER χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια, σε συνδυασμό με τα διαθέσιμα GCPs, για την ορθοκανονικοποίηση των εικόνων των καναλιών του ορατού, του εγγύς υπερύθρου και του υπερύθρου μικρού μήκους κύματος της σκηνής (9 φασματικά κανάλια). Οι πολυφασματικές ορθοεικόνες που δημιουργήθηκαν από τις επιμέρους σκηνές, συνενώθηκαν κατόπιν σε μωσαικό ορθοεικόνων για τις περιοχές της Κρήτης και της Λέσβου και οι αντίστοιχοι χάρτες κάλυψης γης παρήχθησαν με φασματική ταξινόμηση στα μωσαϊκά αυτά. Κατόπιν εφαρμόστηκε στα μωσαϊκά των εικόνων η μέθοδος της επιβλεπόμενης ταξινόμησης, με βάση την ικανότητα αναγνώρισης πεδίων και την a priori γνώση των στοιχείων, ώστε ο αλγόριθμος ταξινόμησης να καθορίσει τα στατιστικά κριτήρια (φασματικές υπογραφές) για την ταξινόμηση των εικονοστοιχείων. Χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος της μέγιστης πιθανοφάνειας.

Χρήση επιπρόσθετων χαρτών, βάσεων δεδομένων, GIS / Ειδικές επεξεργασίες και αποτελέσματα: Για την αξιολόγηση των παραγόμενων DEM χρησιμοποιήθηκαν τριγωνομετρικά σημεία της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού από χάρτες 1:5000, καθώς και σημεία ελέγχου που συλλέχθηκαν στο πεδίο και δεν χρησιμοποιήθηκαν ως GCPs. Επιπλέον, για την εκτίμηση της ακρίβειας της ταξινόμησης χρησιμοποιήθηκε χάρτης κάλυψης γης της Λέσβου σε κλίμακα 1:10000 που είχε παραχθεί από το Πανεπιστήμιο Αιγαίου με βάση δορυφορικές εικόνες πολύ υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας.

Σημαντικά αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων: Αποτελέσματα της μελέτης είναι:

 Το παραγόμενο DEM για την περιοχή της Κρήτης, του οποίου η μέθοδος παραγωγής αποδείχτηκε αξιόπιστη (±15 - 20 m ακρίβεια σε οριζόντιο και κατακόρυφο επίπεδο) με αποτέλεσμα τα τελικά προϊόντα να κρίνονται κατάλληλα για εφαρμογές τοπικού χαρακτήρα, όπως ο χαρακτηρισμός λεκανών απορροής.

*Τα DEM προέκυψαν με εφαρμογή φωτογραμμετρικών μεθόδων σε στερεοζεύγη εικόνων ASTER που καλύπτουν τις περιοχές ενδιαφέροντος.

Εικόνα 1: Αποτέλεσμα της συνένωσης των παραγομένων DEM από κάθε σκηνή ASTER (12 στον αριθμό) για την περιοχή της Κρήτης (άνω). Ψευδόχρωμη κωδικοποίηση. Το λευκό και τα σκούρα χρώματα να αντιστοιχούν σε μεγάλα υψόμετρα (κάτω).

 Ορθοκανονικές πολυφασματικές εικόνες ASTER (9 κανάλια) με χωρική διακριτική ικανότητα 15 m και ακρίβεια ± 15 m.

 Ο θεματικός χάρτης κάλυψης γης για την περιοχή της Λέσβου (Εικόνα 2).

* Οι θεματικοί χάρτες κάλυψης γης παρήχθηκαν με εφαρμογή μεθόδων επιβλεπόμενης ταξινόμησης σε πολυφασματικά δεδομένα ASTER.

Εικόνα 2: Χάρτης κάλυψης γης για την περιοχή της Λέσβου.

Παρατηρείται ότι το ανατολικό τμήμα της Λέσβου καλύπτεται κυρίως από δασικές εκτάσεις και ελαιώνες, ενώ το δυτικό τμήμα έχει χαμηλή ή καθόλου βλάστηση. Το μεγαλύτερο μέρος του νησιού καλύπτεται από ελαιώνες. Σημαντική έκταση κωνοφόρου δάσους εμφανίζεται στην κεντρική νήσο, ενώ στα νότιο-ανατολικά καταλήγει σε δάσος πλατύφυλλων. Το βόρειο τμήμα της νήσου περιλαμβάνει όλα τα είδη κάλυψης σε σχετικά ίδιες εκτάσεις.

Πηγή: Χρυσουλάκης Ν., Φείδας Χ., Βελιανίτης Δ. (2007). Συνδυασμένη χρήση τηλεπισκόπησης και γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών για την υποστήριξη της ενιαίας διαχείρισης υδατικών πόρων: το έργο Realdems.