Τεχνικές δορυφορικής τηλεπισκόπησης για την ανίχνευση και την ανάλυση των ανεξέλεγκτων πυρκαγιών στη φλέβα άνθρακα στη Βόρεια Κίνα

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 13:15, 15 Φεβρουαρίου 2010

TAN Ke-long,WAN Yu-qing, SUN Sun-xin, BAO Gui-bao, KUANG Jing-shui

Η Κίνα είναι ο μεγαλύτερος παραγωγός άνθρακα στον κόσμο και εξορύσσει περίπου 1000 εκατ. τόνους ακατέργαστου άνθρακα ανά έτος. Περίπου το 70% της ενεργειακής κατανάλωσης της Κίνας καλύπτεται από τον άνθρακα. Την ίδια στιγμή, εκτιμάται ότι περίπου 20 εκατομμύρια τόνοι άνθρακα καταστρέφονται από ανεξέλεγκτες πυρκαγιές στην Κίνα κάθε χρόνο. Επιπλέον οι πυρκαγιές ξεσπούν σε όλο το βόρειο τμήμα της χώρας, που εκτείνεται από την επαρχία Xinjiang στη Δύση μέχρι την ακτή του Ειρηνικού, στην Ανατολή.

Εικόνα 1:Η θέση των περιοχών μελέτης στην Κίνα

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση προσφέρει ένα ισχυρό εργαλείο για την παρατήρηση και παρακολούθηση αυτών των μεγάλων περιοχών. Ωστόσο, ειδικές μέθοδοι και τεχνικές χρησιμοποιούνται για τον ακριβή εντοπισμό και την παρακολούθηση των πυρκαγιών του άνθρακα. Μια ολοκληρωμένη δορυφορική τηλεπισκοπική προσέγγιση περιγράφεται που να επιτρέπει την ανίχνευση και την παρακολούθηση των πυρκαγιών κοντά στην επιφάνεια των ανθρακικών πετρωμάτων παρατηρώντας λεπτές αλλοιώσεις της επιφάνειας της γης που προκαλούνται από τις πυρκαγιές. Τα πρώτα αποτελέσματα δείχνουν την επιτυχή εφαρμογή των μεθόδων και επιπλέον γίνεται σύγκριση με τις μετρήσεις του εδάφους. Ενώ θερμική και οπτική ανάλυση των πυρκαγιών μπορεί να θεωρηθεί ισχυρή μέθοδος, η εκτίμηση των πυρκαγιών του άνθρακα με ραντάρ πρέπει ακόμη να αναπτυχθεί περαιτέρω, προκειμένου να χρησιμεύσει ως αξιόπιστη ανάλυση και εργαλείο παρακολούθησης. Μέσα σε αυτό το έργο, ιδιαίτερη έμφαση δίνεται σε πτυχές της αυτοματοποίησης της πυρανίχνευσης άνθρακα και ανάλυσης μέσω δορυφόρου, τηλεπισκόπησης προκειμένου να καταστεί δυνατή χαρτογράφηση φωτιάς σε μεγάλες περιοχές.

Τα επόμενα χρόνια, είναι προφανές ότι ο άνθρακας θα διαδραματίσει ακόμη πιο σημαντικό ρόλο στην οικονομική ανάπτυξη της Κίνας. Υπολογίζεται όμως ότι περίπου 20 εκατομμύρια τόνοι άνθρακα καίγεται σε ανεξέλεγκτες πυρκαγιές στην Κίνα κάθε χρόνο, που αντιστοιχεί σε περίπου δύο τρίτα της ετήσιας παραγωγής άνθρακα στη Γερμανία (περίπου 30 εκατ. τόνους). Πέρα από τις τεράστιες οικονομικές ζημίες που προκύπτουν από την ανεξέλεγκτη καύση του άνθρακα υψηλής ποιότητας σε αποθέσεις, ένα άλλο πρόβλημα είναι οι τεράστιες περιβαλλοντικές επιπτώσεις.

Μεγάλα ποσά των τοξικών και των αερίων του θερμοκηπίου, όπως SO2, NO, CO, CH4 και CO2, εκπέμπονται από πυρκαγιές που ρυπαίνουν την ατμόσφαιρα. Οι πυρκαγιές στην Κίνα μόνο όπου καίγεται άνθρακας εκτιμάται, ότι εκπέμπουν ένα ποσό περίπου 66 εκατ. τόνοι ισοδυνάμου CO2, η οποία ισούται με περίπου 0,3% των παγκόσμιων ανθρωπογενών εκπομπών CO2. Μέσα σε αυτή τη μελέτη, φαίνεται με ποιες τεχνικές τηλεπισκόπησης μπορούν να αναλύσουν και να παρακολουθήσουν επιτυχώς από κοντά στην επιφάνεια τις πυρκαγιές και την καύση του άνθρακα όπου συχνά συμβαίνουν σε πολύ απομακρυσμένες περιοχές της βόρεια Κίνα, όπου η πρόσβαση είναι πολύ δύσκολη.

Εικόνα 2: Ψηφιακό μοντέλο (DEM) που προέρχονται από την καύση και ένα παγκόσμιο ψηφιακό μοντέλο

Εικόνα 3: 4-3-2 για το μεταλλείο άνθρακα Wuda Μαύρο το μεταλλείο, μπλε το νερό, πράσινο η βλάστηση (όπου βλάστηση είναι κόκκινη) και είναι 30-40 χμ. κίτρινο οι αμμώδεις επιφάνειες.

Για την καλύτερη ερμηνεία και την επαλήθευση των δεδομένων τηλεπισκόπησης, θα πρέπει να συγκρίνονται τα αποτελέσματα της εναέριας έρευνας με των επίγειων μεθόδων. Στην περίπτωση της DEMs, η σύγκριση αυτή έγινε με τοπικούς διαθέσιμους τοπογραφικούς χάρτες, GPS μετρήσεις, και μια βάση αναφοράς DEM. Η σύγκριση έδειξε ικανοποιητικά αποτελέσματα.

Εικόνα 4: Πυρανίχνευσης άνθρακα και ποσοτικός χαρακτηρισμός των εικόνων Bird που λήφθηκαν στις 21 Σεπτεμβρίου 2002 στη διάρκεια της ημέρας (αριστερά) και στις 16 Ιανουαρίου 2003 το βράδυ (δεξιά). (α) εικόνα ημέρας MIR (β) εικόνα νύχτας MIR (γ) πραγματική θερμοκρασία πυρκαγιάς που διαπιστώθηκε κατά τη διάρκεια της ημέρας (δ) πραγματική θερμοκρασία της φωτιάς που ανιχνεύθηκε τη νύχτα (ε) απελευθέρωση ενέργειας ακτινοβολίας που διαπιστώθηκε κατά τη διάρκεια της ημέρας (στ) απελευθέρωση της ενέργειας ακτινοβολίας που ανιχνεύτηκε τη νύχτα. Μπλε περίγραμμα δείχνει σημεία της φωτιάς στη φλέβα άνθρακα που επαληθεύτηκε το Σεπτέμβριο του 2002, ενώ τα μωβ τρίγωνα δείχνουν τη θέση των βιομηχανικών περιοχών.

Εικόνα 5: ΕΤΜ τη νύχτα με θερμικές ανωμαλίες (κόκκινο) του Wuda πεδίου Άνθρακα ETM (το άσπρο είναι τα όρια του), 2002/10/04, Νυχτερινό εικόνας: ΕΤΜ, 2002/09/25.

Εικόνα 6: «Ανίχνευση θερμού τόπου» και ποσοτικός χαρακτηρισμός των ΕΤΜ εικόνων που λαμβάνονται στις 21 Σεπτεμβρίου 2002 στη διάρκεια της ημέρας (αριστερά) και στις 28 Σεπτεμβρίου 2002 το βράδυ (δεξιά). (α) Ημερήσια εικόνας TIR (β) εικόνας TIR, τη νύχτα (γ) διαφορά θερμοκρασίας σύμφωνα με νανο-pixels (11 π.μ., τοπική ώρα) (δ) διαφορά θερμοκρασίας σύμφωνα με νανο-εικονοστοιχεία (11: 00 μ.μ., τοπική ώρα). Μπλε περίγραμμα δείχνει την τοποθεσία της καταστροφής του άνθρακα από φωτιά το Σεπτέμβριο του 2002, ενώ τα μωβ τρίγωνα δείχνουν τη θέση των βιομηχανικών μονάδων.

Συμπεράσματα

Στη μελέτη αυτή, αποδεικνύεται πως διαφορετικές τεχνικές τηλεπισκόπησης θα μπορούσαν να εφαρμοστούν για την ανίχνευση, χαρτογράφηση και ανάλυση των πυρκαγιών του άνθρακα και του περιβάλλοντος τους στη βόρεια Κίνα. Ενώ ορισμένες από τις μεθόδους που μπορούν να θεωρηθούν ότι είναι σε προχωρημένο στάδιο, όπως είναι η διαμόρφωση των DEMs για παράδειγμα, άλλες μέθοδοι, όπως ημιαυτόματη ανίχνευση πυρκαγιάς άνθρακα που χρησιμοποιεί οπτικά ή θερμικά δορυφορικά δεδομένα, ή η χαρτογράφηση των καθιζήσεων στην επιφάνεια της γης πρέπει να θεωρούνται πειραματικές. Οι μέθοδοι που χρησιμοποιήθηκαν για την συγκεκριμένη έρευνα, θα πρέπει να αποτελέσουν αντικείμενο περαιτέρω εργασιών και βελτίωσης. Έτσι θα μπορούσε να επιτευχθεί ένα σύστημα ανίχνευσης πυρκαγιάς και σύστημα παρακολούθησης, επιτρέποντας την πιο συστηματική παρακολούθηση, καταπολέμηση και αποφυγή τέτοιων πυρκαγιών καθώς και την πιο έγκαιρη προειδοποίηση. Μια περαιτέρω πρόκληση είναι η εφαρμογή αυτών των μεθόδων υπό άλλες κλιματικές, περιβαλλοντικές και γεωλογικές συνθήκες. Ειδικά σε περιοχές πολύ δυσπρόσιτες και απομακρυσμένες μέθοδοι όπως η τηλεπισκόπιση μπορεί να αναπτύξει πλήρως τις δυνατότητές της.