Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 00:22, 16 Μαρτίου 2015

Πρωτότυπος Τίτλος: Landfill monitoring using remote sensing: a case study of Glina, Romania.

Συγγραφείς: Iacoboaea Cristina, Petrescu Florian

Λέξεις Κλειδιά: Παρακολούθηση Χώρων Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων, Διαχείριση Αποβλήτων, Τηλεπισκόπηση, Πολυχρονικά Δεδομένα, Θερμικά Υπέρυθρα Δεδομένα, Landsat

Πηγή: Waste Management and Research, 2013, 31(10):1075–1080

Εισαγωγή

Στη Ρουμανία η κύρια μέθοδος διαχείρισης αστικών αποβλήτων είναι η διάθεση, με αποτέλεσμα το 97% των αποβλήτων να καταλήγουν σε χώρους υγειονομικής ταφής. Στο πλαίσιο της παρακολούθησης των χώρων αυτών, η Τηλεπισκόπηση αποτελεί ένα χρήσιμο εργαλείο προσφέροντας δεδομένα για τη διαχείριση αποβλήτων και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις που προκύπτουν από τη διάθεση αυτών.

Μέθοδοι

Η μελέτη βασίστηκε κυρίως στην επεξεργασία δεδομένων θερμικών/ υπέρυθρων καταγραφών (TIR) του δορυφόρου Landsat, χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο του Landsat 7, όπως αυτός παρουσιάζεται στο Εγχειρίδιο Χρηστών Επιστημονικών Δεδομένων.

Περιοχή Μελέτης

Εικόνα 1 Η Περιοχή Μελέτης (ΧΥΤΑ Glina), Landsat 7 EMT+ (2/10/1999). Απεικόνιση του τοπίου με φυσικά χρώματα, όπως τα αντιλαμβάνεται το ανθρώπινο μάτι.

Ο Χώρος Υγειονομικής Ταφής Απορριμμάτων (ΧΥΤΑ) της Glina, που αποτελεί την περιοχή μελέτης, είναι ο μεγαλύτερος χώρος διάθεσης στο Βουκουρέστι και λειτουργεί πάνω από 30 χρόνια (Εικόνα 1). Στο ΧΥΤΑ της Glina κάθε μήνα θάβονται περίπου 30.000 τόνοι αστικά μη επικίνδυνα απόβλητα.

Εικόνα 2 Ο ΧΥΤΑ της Glina από το 1984. Κλίμακα 1:60.000. Ίδιες Ατμοσφαιρικές συνθήκες σε κάθε χρονική απεικόνιση. Οι αλλαγές στις ζώνες Διάθεσης Αποβλήτων (ΔΑ) κατά την πάροδο των χρόνων. Επέκταση ΧΥΤΑ προς τη Νότια Ζώνη από το 1986. Ν: Βόρεια Ζώνη ΔΑ, S: Νότια Ζώνη ΔΑ, C: Κεντρική Ζώνη ΔΑ, R: Ζώνη Αναφοράς Εδάφους (ΑΕ).

Στη συγκεκριμένη μελέτη μελετήθηκαν 2 τύποι περιοχών:

• Διάθεσης Αποβλήτων (ΔΑ): Περιοχές που χρησιμοποιήθηκαν για τη διερεύνηση της διαδικασίας αποσύνθεσης εντός του ΧΥΤΑ.
• Αναφοράς Εδάφους (ΑΕ): Περιοχές πλησίον του ΧΥΤΑ που δεν εντοπίζονται ανθρώπινες δραστηριότητες.

Σύμφωνα λοιπόν με τη χρονική και χωρική εξέλιξη του ΧΥΤΑ της Glina διαπιστώθηκαν και καθορίστηκαν τρεις ζώνες Διάθεσης Αποβλήτων (Εικόνα 2):

• η Βόρεια, που αποτελεί τον παλαιότερο χώρο διάθεσης και πλέον έχει κλείσει λόγω πλήρης κάλυψης,
• η Κεντρική, που από το 2001 άρχισε να λειτουργεί με λειτουργούσε με οικολογικά κύτταρα, συμμορφόμενη με την Ευρωπαϊκή Οδηγία 99/31/ΕΚ,
• η Νότια, που μετά το 2001 καλύφθηκε πλήρως και έκλεισε.

Εκτός από τις τρεις ζώνες Διάθεσης Αποβλήτων, στη μελέτη λήφθηκε υπόψη και μια ζώνη Αναφοράς Εδάφους, η οποία καλύπτεται από αυτοφυή βλάστηση. Στην ευρύτερη περιοχή του ΧΥΤΑ εντοπίζονται γεωργικές εκτάσεις, η δορυφορική αποτύπωση των οποίων παρουσιάζει ποικιλομορφία, λόγω των διαφορετικών καλλιεργειών και των μεταβολών τους μέσα στο χρόνο (Εικόνα 3). Ως εκ τούτου, δεν είναι δυνατόν να προσδιοριστεί ευκρινώς ζώνη Αναφοράς Εδάφους έξω από τον χώρο της διάθεσης αποβλήτων.

Ειδική αναφορά πρέπει να γίνει στις γραφικές αναπαραστάσεις εικόνων Landsat TM και ETM+ που έχουν χωρική ανάλυση 30 μέτρα. Η βέλτιστη γραφική αναπαράσταση τέτοιων εικόνων επιτυγχάνεται σε κλίμακα 1:100.000. Δυστυχώς, αυτή η κλίμακα δεν είναι κατάλληλη για τη λεπτομερή γραφική απεικόνιση του ΧΥΤΑ της Glina, καθώς το ανθρώπινο μάτι δεν αντιλαμβάνεται τόσο μικρές διαστάσεις. Από την άλλη, η γραφική αναπαράσταση του ΧΥΤΑ υπό κλίμακα 1:25.000, ενώ θα έκανε πιο ευδιάκριτα τα εικονοστοιχεία, η ποιότητα της αναπαράστασης θα γινόταν χειρότερη. Για αυτούς τους λόγους, επιλέχθηκε η γραφική αναπαράσταση σε κλίμακα 1:60.000, που συνεπάγεται χαμηλή ποιότητα εικόνας, αλλά εύκολη αναγνωσιμότητα λεπτομερειών με γυμνό μάτι.

Δεδομένα Τηλεπισκόπησης

Η συγκεκριμένη μελέτη βασίστηκε κυρίως σε θερμικά υπέρυθρα δεδομένα, της φασματικής ζώνης 6, των αισθητήρων Landsat 4 TM, Landsat 5 TM και Landsat 7 ETM+. Κατά τη διάρκεια της επεξεργασίας των δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν και οι φασματικές ζώνες 1, 2 και 3. Οι εικόνες Landsat λήφθηκαν από τις ιστοσελίδες της Γεωλογικής Υπηρεσίας των Ηνωμένων Πολιτειών.

Τα θερμικά υπέρυθρα δεδομένα καταγράφουν την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που εκπέμπεται, ενώ τα υπόλοιπα φασματικά δεδομένα καταγράφουν την ανακλώμενη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία. Έτσι, στο πλαίσιο της διαχείρισης των αποβλήτων, μπορούν να καταγραφούν φαινόμενα που παράγουν θερμότητα, όπως είναι αυτά της καύσης και της ζύμωσης.

Πρέπει να τονιστεί πως ο προσδιορισμός της ακριβούς θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης αποτελεί δύσκολη και πολλές φορές ακατόρθωτη διαδικασία. Για τον λόγο αυτό, στη συγκεκριμένη μελέτη δεν απαιτείται ο ακριβής υπολογισμός της, αλλά χρησιμοποιείται η σχετική διαφορά μεταξύ της θερμοκρασίας των ζωνών Διάθεσης Αποβλήτων και της ζώνης Αναφοράς Εδάφους.

Επεξεργασία Δεδομένων

Η διαδικασία της επεξεργασίας των δεδομένων αποτελείται από 3 στάδια:

1. Ορισμός περιοχών σχετικές με τη μελέτη με χρήση πολυγώνων: Σε κάθε δορυφορική απεικόνιση ορίστηκαν πολύγωνα έχοντας ως φόντο τα "φυσικά χρώματα", όπως αυτά αποτυπώνονται στις φασματικές ζώνες 3, 2 και 1 (πράσινο, μπλε και κόκκινο).

2. Μετατροπή ψηφιακών αριθμών (DNs) σε βαθμούς Kelvin: Επεξεργασία της φασματικής ζώνης 6 με χρήση αλγορίθμου (Κεφάλαιο 11 Εγχειρίδιο Χρήσης Επιστημονικών Δεδομένων Landsat). 3. Υπολογισμός βασικών στατιστικών δεικτών: Χρησιμοποιώντας τα αποτελέσματα των προηγούμενων σταδίων, παρουσιάζονται στον Πίνακα 1 οι διαφορές της θερμοκρασίας μεταξύ των 3 ζωνών Διάθεσης Αποβλήτων (Βόρεια, Κεντρική και Νότια).

Αποτελέσματα

Στα διαγράμματα 1 και 2 αποτυπώνονται τα αποτελέσματα των παραπάνω επεξεργασιών.

Συμπεράσματα

Τα αποτελέσματα της έρευνας επιβεβαιώνουν ότι τα πολυχρονικά δεδομένα αποτελούν συμπληρωματική πηγή των δεδομένων, που συλλέγονται απευθείας από τους ΧΥΤΑ, με σκοπό την παρακολούθηση και διαχείριση τους. Επιπλέον, όπου η απευθείας συλλογή δεδομένων δεν είναι δυνατή, τα πολυχρονικά δεδομένα αποτελούν ένα από τα εργαλεία παρακολούθησης των ΧΥΤΑ και των ευρύτερων περιοχών τους.

Όσον αφορά το σύνολο των δορυφορικών εικόνων που καλύπτουν την Ρουμανία, δύο μόνο δορυφόροι παρουσιάζουν την κατάλληλη χωρική διακριτική ικανότητα για την παρακολούθηση των ΧΥΤΑ, ο Landsat με χωρική ανάλυση 30 μέτρα και ο OrbView-3 με χωρική ανάλυση 1 μέτρο. Ωστόσο, μόνο τα δεδομένα του Landsat περιλαμβάνουν θερμική υπέρυθρη φασματική ζώνη που απαιτείται στην διαδικασία παρακολούθησης των ΧΥΤΑ.

Πλεονεκτήματα χρήσης διαθέσιμων στο κοινό δορυφορικών εικόνων:

• Δωρεάν δεδομένα.
• Δωρεάν πρόσβαση στα δεδομένα μέσω ιστοσελίδων.
• Δεδομένα από το 1972.
• Παγκόσμια κάλυψη.
• Ελεύθερη πρόσβαση στα περιγραφικά δεδομένα.
• Πλήθος αλγορίθμων για την ανάλυση και ερμηνεία δεδομένων.

Μειονεκτήματα χρήσης διαθέσιμων στο κοινό δορυφορικών εικόνων:

• Η χωρική διακριτική ικανότητα της θερμικής υπέρυθρης ζώνης του Landsat, που είναι 120 μέτρα στον Landsat TM και 150 μέτρα στον Landsat ETM+, επιτρέπει τη χρήση μόνο των γενικών δεικτών της στατιστικής.
• Η έλλειψη πλήρους σειράς δεδομένων.
• Η πραγματική χωρική ανάλυση θα μπορούσε να βελτιωθεί.

Πλεονεκτήματα παρακολούθησης ΧΥΤΑ με τεχνικές τηλεπισκόπησης και πολυχρονικά δεδομένα Landsat:

• Απλή διαδικασία που έχει επαληθευθεί.
• Ελεύθερα δεδομένα και πρόσβαση.
• Γενίκευση μεθόδου και αναδρομική εφαρμογή.
• Χρήση μεθόδου όπου δεν υπάρχουν διαθέσιμα άλλα δεδομένα.

Μειονεκτήματα παρακολούθησης ΧΥΤΑ με τεχνικές τηλεπισκόπησης και πολυχρονικά δεδομένα Landsat:

• Διαμόρφωση μόνο μιας γενικής εκτίμησης, που αφορά στην ένταση της διαδικασίας αποσύνθεσης των απόβλητων στους ΧΥΤΑ.
• Η ανάγκη ορισμού μιας περιοχής αναφοράς εδάφους, που θα έχει τις ίδιες ατμοσφαιρικές συνθήκες με αυτές του ΧΥΤΑ.

Η έρευνα αυτή πρέπει να θεωρηθεί ως ένα πρώτο βήμα προς μια πιο ολοκληρωμένη προσέγγιση για την παρακολούθηση των ΧΥΤΑ. Σημαντικές παρατηρήσεις θα μπορούσαν να πραγματοποιηθούν μέσω του συνδυασμού θερμικών υπέρυθρων δεδομένων και δεδομένων από επίγειες μετρήσεις. Περαιτέρω έρευνες θα μπορούσαν να περιλαμβάνουν την εφαρμογή της συγκεκριμένης διαδικασίας και σε άλλους ΧΥΤΑ και τη μελέτη χρηστικότητας άλλων τύπων τηλεπισκοπικών δεδομένων.