ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΩΝ ΜΕ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 09:00, 2 Μαρτίου 2012

Oil spill detection by satellite remote sensing satellite Camilla Brekkea,b,*, Anne H.S. Solbergb

Πηγή: http://optics.marine.usf.edu/~hu/scratch/gower/pdf/Oil_spill_review_RSE2005.pdf

ΑΝΙΧΝΕΥΣΗ ΠΕΤΡΕΛΑΙΟΚΗΛΙΔΩΝ ΜΕ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΗ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ

1. Εισαγωγή
Οι πετρελαιοκηλίδες στην επιφάνεια της θάλασσας είναι ένα συχνό φαινόμενο. Οι παρατηρούμενες πετρελαιοκηλίδες σχετίζονται με τους βασικούς εμπορικούς δρόμους (π.χ. τις νοτιοανατολικές θάλασσες και την Κίτρινη θάλασσα) και συνήθως εμφανίζονται σε συνδυασμό με παράκτιες εγκαταστάσεις. Ετησίως το 48% της πετρελαϊκής ρύπανσης στους ωκεανούς είναι καύσιμα και το 29% αργό πετρέλαιο. Τα ατυχήματα από τάνκερ συνεισφέρουν μόνο στο 5% της συνολικής ρύπανσης που καταλήγει στη θάλασσα. Μετά από ανάλυση 190 ERS-11 SAR εικόνων στη Μεσόγειο θάλασσα βρέθηκε ότι οι εσκεμμένες πετρελαιοκηλίδες απαντώνται με μεγαλύτερη συχνότητα σε σχέση με τα αναφερόμενα ατυχήματα πλοίων. Σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή εταιρεία διαστήματος το 45% της πετρελαϊκής ρύπανσης προέρχεται από ενεργές απαλλαγές από πλοία. Λαμβάνοντας υπόψη πόσο συχνά τέτοιες πετρελαιοκηλίδες συμβαίνουν, συμπεραίνεται ότι η εσκεμμένη πετρελαϊκή ρύπανση είναι πολύ μεγαλύτερη απειλή για το θαλάσσιο περιβάλλον και το οικοσύστημα συγκριτικά με τη ρύπανση από πετρελαιοκηλίδες λόγω μεγάλων ατυχημάτων. Οι συνέπειες του μη εντοπισμού των πετρελαιοκηλίδων είναι προς το παρόν άγνωστες, σίγουρο είναι πάντως, ότι πλήττουν τα θαλασσοπούλια που προσγειώνονται κατά λάθος πάνω τους, και προκαλούν διαταραχές στο παράκτιο περιβάλλον. Οι ενεργοί αισθητήρες μικροκυμάτων όπως το SAR (Synthetic Aperture Radar) μπορούν να εντοπίσουν δισδιάστατες εικόνες. Η φωτεινότητα της εικόνας οφείλεται στην αντανάκλαση των μικροκυμάτων στην προσπίπτουσα επιφάνεια. Το SAR με τη βοήθεια δορυφόρων αποτελεί στις μέρες μας ένα χρήσιμο εργαλείο για τον έλεγχο διαρροών πετρελαίου εξαιτίας της ευρείας περιοχής κάλυψης που διαθέτει, και της χρήσης του μέρα και νύχτα, παντός καιρού.

Με τη χρήση εικόνων από τον ERS-1 δορυφόρο στις αρχές της δεκαετίας του 1990 παρατηρήθηκε η πετρελαϊκή ρύπανση στα Νορβηγικά νερά. Σήμερα, οι RADARSAT-1 και ENVISAT είναι οι δορυφόροι που παρέχουν τις εικόνες για τον έλεγχο της πετρελαϊκής ρύπανσης.

Η πρόσβαση σε ένα μεγάλο αριθμό εικόνων σημαίνει και αυξανόμενο φόρτο εργασίας στους χειριστές στα κέντρα ανάλυσής τους. Επιπροσθέτως, πρόσφατη έρευνα δείχνει ότι ακόμα και αν οι χειριστές μέσω εκτενούς εκπαίδευσης μάθουν να εντοπίζουν τις πετρελαιοκηλίδες , εντοπίζουν διαφορετικές διαρροές και διαφορετικά τους δίνουν διαφορετικά επίπεδα εμπιστοσύνης. Η δημιουργία αλγορίθμων για την αυτόματη ανίχνευση που μπορεί να βοηθήσει στη διαλογή των εικόνων και να δώσει προτεραιότητα στις περιπτώσεις συναγερμού, είναι ιδιαίτερα χρήσιμη, γι’ αυτό και η έρευνα σε αυτό το πεδίο βρίσκεται σε εξέλιξη πάνω από μία δεκαετία.

Δεδομένου ότι ο SAR είναι απλώς ένας από τους πολλούς αισθητήρες τηλεπισκόπησης που διατίθενται, συμπεριλαμβάνεται και μια αξιολόγηση της δυνατότητας αξιοποίησης ενός άλλου δορυφόρου για τον έλεγχο της πετρελαϊκής ρύπανσης. Οι περισσότερες μελέτες που γίνονται για τις αερομεταφερόμενες τεχνικές τηλεπισκόπησης αποκλείονται. Η ανιχνευσιμότητα των διαρροών πετρελαίου μέσω των εικόνων SAR εξετάζονται λαμβάνοντας υπόψη κριτήρια όπως οι συνθήκες ανέμου, τα χαρακτηριστικά των αισθητήρων και ασάφειες, οι οποίες προκαλούνται από άλλα φαινόμενα. Τέλος δίνεται έμφαση στη μεθοδολογία και στους αλγορίθμους για τον εντοπισμό πετρελαιοκηλίδων μέσω διαστημικών εικόνων SAR.

2.Δορυφορικοί αισθητήρες για των εντοπισμό πετρελαιοκηλίδων

Τα μικροκύματα χρησιμοποιούνται συχνά για την παρακολούθηση της πετρελαϊκής ρύπανσης μέσω της τηλεπισκόπησης. Προτιμώνται συχνά, συγκριτικά με τους οπτικούς αισθητήρες εξαιτίας των δυνατοτήτων τους παντός καιρού και καθ’ όλη τη διάρκεια της μέρας. Παραδείγματα δορυφόρων εξοπλισμένων με SAR παρουσιάζονται στον πίνακα 1. Στο παρόν άρθρο, δίνεται έμφαση στα διαστημικά όργανα, ωστόσο η χρήση SLAR (Side-Looking Airborne Radar ) αποτελεί μια παλαιότερη, με μικρότερη ανάλυση, αλλά φθηνότερη τεχνολογία σε σχέση με το SAR. Η επιτήρηση μέσω αεροσκαφών είναι περιορισμένη εξαιτίας του υψηλού κόστους και λιγότερο αποτελεσματική για την παρατήρηση μεγάλων εκτάσεων εξαιτίας της περιορισμένης κάλυψης. Ενώ το διαστημικό SAR μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν πρώτο προειδοποιητικό σήμα κινδύνου, τα αεροσκάφη είναι καταλληλότερα για τον εντοπισμό του ρυπαντή, της έκτασης και του τύπου της κηλίδας. Ένα παράδειγμα αποτελεί η γερμανική εναέρια επιτήρηση, η οποία: εντοπίζει τις διαρροές πετρελαίου με χρήση SLAR, με τη βοήθεια ενός υπέρυθρου/υπεριώδους (IR/UV) ανιχνευτή εκτιμάται η έκταση της κηλίδας, το πάχος του στρώματος της κηλίδας υπολογίζεται με τη ένα ραδιόμετρο μικροκυμάτων (ΜWR) , και ένας λέιζερ φθοροαισθητήρας χρησιμοποιείται για την ταξινόμηση των τύπων του πετρελαίου (LFS).

Επιπροσθέτως, εκτός από το SAR υπάρχουν και άλλες διαστημικές συσκευές τηλεπισκόπησης που μπορούν να βοηθήσουν στον εντοπισμό πετρελαιοκηλίδων. Οι Friedman et al. (2002) συγκρίνουν τις εικόνες του RADARSAT-1 SAR με τις αντίστοιχες από SeaWiFS, ο οποίος μετρά τα υψηλά επίπεδα χλωροφύλλης στις περιοχές με άνθηση φυκιών, ενώ οι εικόνες από SAR έχουν χαμηλή ανακλώμενη ακτινοβολία σε αυτές τις περιοχές. Συμπεραίνεται ότι πολλαπλά σύνολα πληροφοριών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να γίνει διάκριση, για παράδειγμα, μεταξύ φυκιών και των προκαλούμενων από τον άνθρωπο πετρελαιοκηλίδων. Οι Indregard et al. (2004) επισημαίνουν ότι πρόσθετες πληροφορίες (εκτός από αυτές του SAR αναφορικά με την άνθηση των φυκιών είναι επιθυμητές, ιδιαιτέρως στη Βαλτική Θάλασσα. Αυτές θα μπορούσαν να ληφθούν από τα οπτικά στοιχεία, τους χάρτες αλγών και άλλες σχετικές πληροφορίες. Η εικόνα 1 δείχνει δύο παραδείγματα άνθησης φυκιών που λήφθηκαν με τη βοήθεια SAR.