Μία ολοκληρωμένη μέθοδος χαρτογράφησης της ευπάθειας πρανών σε κατολισθήσεις με χρήση Τηλεπισκόπησης και Γ.Σ.Π.

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 21:17, 10 Φεβρουαρίου 2010

“An Integrated Approach for Landslide Susceptibility Mapping Using Remote Sensing and G.I.S “

S.Sarkar and D.P.Kanungo

Πηγή: www.asprs.org/publications/pers/2004journal/may/2004_may_617-625.pdf

1.Αντικείμενο Εφαρμογής

Τηλεπισκόπιση και παρακολούθηση κατολισθήσεων.

2.Στόχος Εφαρμογής

Η εύρεση μεθοδολογίας για την χαρτογράφηση ευπάθειας σε κατολισθήσεις με χρήση τηλεπισκόπισης και G.I.S.

3.Πως γινόταν παλιότερα

Οι μέχρι τώρα μέθοδοι βασίζονταν στην ανάλυση της χωρικής κατανομής των παραγόντων που επιδείκνυαν αστάθεια πρανών. Οι Carrara και Chung συνείσφεραν με την εισαγωγή στατιστικών μοντέλων που ανέλυαν την επικινδυνότητα σε κατολισθήσεις. Για να ληφθεί όμως υπόψη η αλληλεπίδραση διαφορετικών παραγόντων έγινε αναγκαία από διάφορους ερευνητές η χρήση του G.I.S με διαφορετικούς χάρτες παραμέτρων.

4.Η περιοχή μελέτης

Εικόνα1

Η περιοχή Darjeeling Himalaya, έχει έκταση περί τα 3000 τετραγωνικά χιλιόμετρα και το μέγιστο υψόμετρό της φτάνει τα 2600μ. Η περιοχή συνορεύει με το Sikkin στα βόρεια, με το Buthan στα ανατολικά και με το Nephal στα δυτικά. Η περιοχή χαρακτηρίζεται από πολλά υψώματα και κοιλάδες. Τα μεγαλύτερα αναχώματα βρίσκονται σε υψόμετρο μεταξύ των 2000μ και 2600μ, ενώ οι κοιλάδες απαντώνται σε υψόμετρα μεταξύ 500μ και 1000μ. Οι κυρίαρχες χρήσεις γης στην περιοχή είναι φυτείες τσαγιών. Ωστόσο οι τεκτονικές μονάδες στην περιοχή εμφανίζονται σε αντίστροφη σειρά από αυτή της στρωματογραφικής επαλληλίας.(Εικόνα 1)

Εικόνα2

5.Δεδομένα

Σε αυτήν την έρευνα χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικά δεδομένα IRS-1C LISS III και IRS-1D PAN, τοπογραφικοί χάρτες από την “Έρευνα για την Ινδία” κλίμακας 1:25.000 και 1:50.000, καθώς και πληροφορίες από δεδομένους γεωλογικούς και εδαφολογικούς χάρτες. Πληροφορίες για τα είδη των πετρωμάτων, τα εδάφη, τις κλίσεις και τις κατολισθήσεις συγκεντρώθηκαν και με επιτόπια έρευνα, η οποία εμπλούτισε τα υπάρχοντα στοιχεία. Τα δορυφορικά στοιχεία δέχτηκαν επεξεργασία με λογισμικό ERDAS Imagine (version 8.3.1). Η IRS-D PAN εικόνα καταχωρήθηκε με αναφορά στον τοπογραφικό χάρτη. Από την εικόνα καταχωρήθηκαν τα Ground Control Points (GCP) σε αναφορά με τον τοπογραφικό χάρτη. Για το μεγαλύτερο μέρος τομές από αποστραγγίσεις, δρόμους, αιχμηρά οφιοειδή σημεία ποταμών θεωρήθηκαν GCP. Πάνω από 15 GCPs επιλέχθηκαν για γεωαναφορά (georeferecing) και η επαναδειγματοληψία έγινε χρησιμοποιώντας την πιο έγγεια μέθοδο παρεμβολής. Με αυτήν τη διαδικασία απομακρύνθηκαν μερικά GCP με μεγάλα λάθη. Η Liss-III εικόνα καταχωρήθηκε στην PAN εικόνα με ένα ανεκτό RMS λάθος. Η εξακρίβωση της χαρακτηριστικής υπογραφής και των δύο εικόνων εξασφάλισε την ορθότητα της καταγραφής της εικόνας. Η πολυφασματική εικόνα εμπλουτίστηκε χωρικά για καλύτερη παρουσίαση χρησιμοποιώντας τεχνική συγχώνευσης εικόνων. Η συγχώνευση των εικόνων LISS III και PAN πραγματοποιήθηκε ώστε να συνδυαστεί σε μία εικόνα η υψηλή χωρική ανάλυση και η υψηλή φασματική ανάλυση. Χρησιμοποιήθηκε τεχνική μεταμόρφωσης HIS η οποία ξανακατέταξε την εικόνα PAN που ήταν στην σκάλα των γκρι σε αριθμητική γκάμα της Έντασης (Intensity, I). Τα συστατικά αποχρώσεων και κορεσμού πάρθηκαν από την εικόνα LISS III FCC (3:2:1). Χρησιμοποιήθηκε επίσης ο συλλέκτης δυνατότητας συγχώνευσης (sensor merge option) του δομοστοιχείου ραντάρ (module radar) για την βελτίωση (ERDAS Imagine 8.3.1). Η συγχωνευμένη εικόνα με εμπλουτισμένη ανάλυση της τάξεως των 5 μέτρων έδειξε μεγαλύτερη ευκρίνεια και καθαρότητα. Οι δορυφορικές εικόνες της μελέτης φαίνονται στην Εικόνα 2.

6.Μεθοδολογία

Εικόνα3

Καθότι οι κατολισθήσεις είναι φαινόμενο πολλών παραγόντων, η χωρική πρόβλεψη της ευπάθειας σε αυτές είναι ένα δύσκολο εγχείρημα. Υπάρχουν δύο βασικές μεθοδολογίες. Η μία αφορά στον ποιοτικό σχεδιασμό χαρτών, όπου σχετικές σταθμισμένες τιμές καταλογίζονται σε παράγοντες και στις κλάσεις τους στη βάση της γνώσης και της εμπειρίας πεδίου. Η άλλη προσέγγιση χρησιμοποιεί την στατιστική για να υπολογίσει τις σταθμισμένες τιμές βασιζόμενη στις σχέσεις των παραγόντων με υπάρχουσες κατολισθήσεις. Αν όμως τα δεδομένα δεν είναι επαρκή μπορεί το σφάλμα που θα προκύψει από την στατιστική μέθοδο να είναι ανεπίτρεπτο. Στην παρούσα έρευνα έχει υιοθετηθεί η μέθοδος ποιοτικού συνδυασμού χαρτών αναπτύσσοντας ένα σύστημα κατανομής που σχετίζεται με την σχετική σημασία των παραγόντων που επηρεάζουν την αστάθεια των πρανών στην περιοχή μελέτης. Για κάθε σύστημα γης είναι αναγκαίο ένα διαφορετικό μοντέλο που θα μπορεί να καλύπτει τις ιδιαιτερότητες κάθε περιοχής. Η συγκεκριμένη τεχνική της μελέτης είναι εφαρμόσιμη μόνο στη δεδομένη περιοχή των Ιμαλαϊων και δεν θα μπορούσε να εφαρμοστεί σε κάποια που διαφέρει γεωγραφικά, γεωμορφολογικά ή από άποψη χρήσεων γης. Η μεθοδολογία εμπεριέχει την επιλογή των παραγόντων, τη δημιουργία θεματικών επιπέδων σε GIS, την αριθμητική κατανομή των παραγόντων, την ολοκλήρωση των δεδομένων σε GIS, τον υπολογισμό του δείκτη πιθανής κατολίσθησης, την αρμόζουσα ταξινόμηση της ευπάθειας σε κατολισθήσεις και την ισχυροποίηση του παραγόμενου χάρτη. Έγινε επίσης μια προσπάθεια ισχυροποίησης του χάρτη με την υπάρχουσα διανομή κατολισθήσεων και εξετάζοντας την στατιστική σημαντικότητα. Αυτή φαίνεται στην Εικόνα 3.

7.Θεματικά επίπεδα Η διαλογή των παραγόντων και η προετοιμασία για την ανταπόκριση των θεματικών επιπέδων είναι κομβικά συστατικά για την χαρτογράφηση της ευπάθειας σε κατολισθήσεις. Οι βασικοί παράγοντες για την αστάθεια ενός πρανούς είναι η γεωλογία, η μορφολογία των πρανών, η απορροή, οι χρήσεις γης, η ανθρώπινη παρέμβαση, η σεισμικότητα και οι κλιματικές συνθήκες. Αυτοί οι παράγοντες μπορούν να υποδιαιρεθούν σε δύο υποκατηγορίες: στους προπαρασκευαστικούς παράγοντες που καθιστούν την κλιτύ ευπαθή σε κατολίσθηση και τους εναρκτήριους παράγοντες που εκκινούν την διαδικασία. Οι εναρκτήριοι παράγοντες όπως οι κατακρημνίσεις και οι σεισμοί δεν ήταν δυνατό να ληφθούν υπόψη σε αυτήν την μελέτη λόγω του ότι δεν υπήρχε πρόσβαση σε παλαιότερα αρχεία σχετικά με τη συχνότητα των κατολισθήσεων. Οι παράγοντες που λήφθηκαν υπόψη είναι προπαρασκευαστικοί, όπως οι κλιτύες, η όψη, η λιθολογία, ο τύπος του εδάφους, η πυκνότητα των απορροών, η παρουσία ρηγμάτων, οι χρήσεις γης και η ύπαρξη κοιλάδων. Η επιλογή των παραγόντων και των κλάσεων τους βασίστηκε στην έρευνα πεδίου των υπαρχουσών κατολισθήσεων και στη συσχέτιση τους με παράγοντες εδάφους. Τα θεματικά επίπεδα έγιναν βασισμένα σε πληροφορίες από τους παραγόμενους χάρτες, δορυφορικά δεδομένα και έρευνα πεδίου. Ετοιμάστηκε επίσης ένας χάρτης κατανομής των κατολισθήσεων σε κλίμακα 1:25000. Για τον προσδιορισμό υψομέτρων καθώς και της όψης και της κλίσης των πλαγιών χρησιμοποιήθηκε μοντέλο DEM (Digital Evaluation Model).

8.Σχήμα αριθμητικής κατανομής

Για την ταυτοποίηση των πιθανών περιοχών κατολίσθησης είναι αναγκαίο ο συνδυασμός των παραγόντων που λαμβάνονται υπόψη να λαμβάνει υπόψη τη σχετική σημασία του κάθε παράγοντα στην εμφάνιση κατολισθήσεων. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί αναπτύσσοντας ένα σχήμα κατανομής στο οποίο οι παράγοντες και οι τάξεις /κλάσεις τους θα αντιστοιχούνται με αριθμητικές τιμές. Το σχήμα που προέκυψε στηρίχθηκε στην συσχέτιση και αξιολόγηση των αιτιατών παραγόντων, όπως αυτή προέκυψε από την έρευνα πεδίου και από πρότερα δεδομένα. Σε αυτό οι παράγοντες αντιστοιχήθηκαν σε μία σκάλα από το 1 έως το 9, ανάλογα με το βαθμό σημασίας τους. Επίσης αποδόθηκαν στους παράγοντες και στις κλάσεις συντελεστές βαρύτητας ανάλογα με το πόσο επηρεάζουν στην συχνότητα εμφάνισης κατολισθήσεων. Το σχήμα τροποποιήθηκε κατάλληλα παίρνοντας διαφορετικούς συνδυασμούς συντελεστών συχνότητας εμφάνισης.

9.Ολοκλήρωση δεδομένων και χαρτογράφηση της ευπάθειας σε κατολισθήσεις.

Τα αριθμητικά επίπεδα δεδομένων που παρουσίασαν τις τιμές βαρύτητας των παραγοντικών κλάσεων από την ολοκλήρωση δεδομένων και την χωρική ανάλυση σε GIS. Τα εισαγόμενα επίπεδα δεδομένων πολλαπλασιάστηκαν με τους ομόλογους βαθμούς τους και προστέθηκαν για να σχηματιστεί ο δείκτης πιθανότητας κατολίσθησης (Landslide Potential Index). Η προσέγγιση αριθμητικής υπέρθεσης έγινε στο Arc Model Builder.

10.Ενίσχυση του χάρτη (Map Validation).

Μετά την ετοιμασία του χάρτη, έγινε έρευνα πεδίου και διαπιστώθηκε ότι οι ζώνες αυξημένες ευπάθειας όντως χαρακτηρίζονταν από αστάθεια πρανών, κατολισθήσεις, διάβρωση και καθιζήσεις. Ωστόσο, για να επιτευχθεί η ποιότητα ενός τέτοιου χάρτη είναι αναγκαίο να υπολογιστεί η συχνότητα κατολίσθησης για κάθε κλάση. Ως συχνότητα κατολίσθησης ορίζεται ο αριθμός των κατολισθήσεων ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο. Οι συχνότητες για ζώνες χαμηλής ευπάθειας κυμαίνονται από 0 έως 0,49 ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο, ενώ για αυξημένη ευπάθεια περί το 1,78 ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο. Επιπλέον, για να επιβεβαιωθεί η εγκυρότητα του χάρτη αυτός ελέγχθηκε στατιστικά με τον στατιστικό έλεγχο του Χ2.

11.Συμπεράσματα

Η μεθοδολογία για την χαρτογράφηση της ευπάθειας σε κατολισθήσεις που παρουσιάστηκε σε αυτό το επιστημονικό άρθρο περιλάμβανε τη δημιουργία θεματικών επιπέδων δεδομένων, την ανάπτυξη μιας κατάλληλης γραφικής αριθμητικής κατανομής, ολοκλήρωση των χωρικών δεδομένων και ενίσχυση- εξέταση των αποτελεσμάτων. Η χρήση της τηλεπισκόπισης και των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών ήταν ιδιαίτερα σημαντική για την εκπόνηση της έρευνας. Η συγχώνευση πολυφασματικών και πολυχρωματικών δορυφορικών δεδομένων βελτίωσε την ποιότητα των εδαφικών δεδομένων της εικόνας. Η χρήση του G.I.S ήταν απαραίτητη για τη δημιουργία των θεματικών επιπέδων καθώς και για την χωρική ανάλυση των δεδομένων. Οι παραγόμενοι χάρτες αποσκοπούν στη βοήθεια λήψης αποφάσεων ενός αναπτυξιακού προγράμματος. Σε περίπτωση που οι ζώνες αυξημένης ευπάθειας δεν μπορούν να αποφευχθούν θα πρέπει να ληφθούν όλα τα απαραίτητα προληπτικά μέτρα ελαχιστοποίησης της πιθανότητας εμφάνισης κατολισθήσεων.