Τεχνικές Τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την ανίχνευση ρυπασμένων περιοχών απο μεταλλευτικά απορριμμάτα κατά την επεξεργασία χαλκού

Από RemoteSensing Wiki

---

Αναθεώρηση της 14:28, 17 Φεβρουαρίου 2010

Τεχνικές Τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ για την ανίχνευση ρυπασμένων περιοχών απο μεταλλευτικά απορριμμάτα κατά την επεξεργασία χαλκού

Συγγραφείς : Russel Schimmer

 Σύμφωνα με τα δημοσιεύματα που σχετίζονται με τα ορυχεία χαλκού στην Αριζόνα, η μέθοδος NDTI και η αθροιστική μέθοδο κατάφεραν να ανιχνεύσουν εννιά από τα δέκα ενεργά ορυχεία και το μόνο που δεν ανιχνεύθηκε είναι το Johnson Camp. Επίσης κατάφεραν να ανιχνεύσουν και τέσσερα ανενεργά ορυχεία. Ωστόσο η μέθοδος NDTI ανίχνευσε και δύο περιοχές μη εξορυκτικών δραστηριοτήτων, μια χιονισμένη και μια αγροτική περιοχή. 
  H τεχνολογία της τηλεπισκόπησης σε συνδυασμό με τις εφαρμογές Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων μπορούν να αποτελέσουν ένα σημαντικό εργαλείο για τον έλεγχο και τη παρακολούθηση εξορυκτικών δραστηριοτήτων.
Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκαν 9 εικόνες του Landsat 7 ETM κατά την χρονική περίοδο Απριλίου και Σεπτεμβρίου το 2000 στην περιοχή της Αριζόνα. Η περιοχή αυτή χαρακτηρίζεται ως ημίξηρη με περιορισμένη βλάστηση. Για το 2000 το ορυχείο Phelps Dodge Bagdad, που βρίσκεται στην Αριζόνα, ήταν τρίτο σε παραγωγή χαλκού, σύμφωνα με τα στοιχεία του Arizona Department of Mines and Mineral Resources.
  Η συγκεκριμένη μέθοδος εστιάζεται σε τρία συγκεκριμένα χαρακτηρίστηκα των υποπροϊόντων εξόρυξης του χαλκού : με την απουσία οργανικού υλικού, την ομογένεια σχήματος των κόκκων, καθώς και τα υψηλά επίπεδα υγρασίας. Πάνω σε αυτά τα χαρακτηρίστηκα και μέσω Κοινωνικοποιημένου Δείκτη Βλάστησης NDVI (Normalized Difference Vegetation Index), έγιναν μετρήσεις τανάκλασης στην ζώνη του ορατού κόκκινου και τους εγγύς υπέρυθρου του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος στο εύρος 0,63-0,90 μm. Κάθε εικόνα του Landsat μετατράπηκε από ένα σύνολο ψηφίδων (pixels) με ψηφιακές τιμές (DNs) σε “top-of-the-atmosphere” τιμές ανάκλασης χρησιμοποιώντας την εφαρμογή μετατροπής που αναφέρεται στο εγχειρίδιο Landsat & users Handbook. Πρώτα απαιτείται να η ενίσχυση και αντιστάθμιση της κάθε ζώνης δεδομένων ώστε το κάθε pixel να ξαναβαθμονομηθεί, και να εκχωρηθούν οι ψηφιακές τιμές του (DNs) ανάλογα με την ακτινοβολία. Έπειτα η ακτινοβολία μετατρέπεται σε ανάκλαση μέσω του υπολογισμού της έντασης της ακτινοβολίας όπως επίσης και η απόσταση ήλιου –γης και την γωνία ηλιακού ζενίθ. 
  Το περιβάλλοντος των υποπροϊόντων εξόρυξης χαλκού χαρακτηρίζεται από την απουσία οργανικής ύλης λόγω της παρουσίας βαρέων μετάλλων που καθιστούν το υδάτινο και το εδαφικό περιβάλλον ιδιαίτερα όξινο με αποτέλεσμα να αποτελεί περιοριστικό παράγοντα ανάπτυξης για τα περισσότερα είδη των φυτών. Ο ΝDVI είναι μια εφαρμογή της τηλεπισκόπησης που μέσω αυτής διακρίνεται η υγιής βλάστηση και εκφράζεται ως [β4-β3/β4-β3] όπου τα κανάλια 3 και 4 εκφράζουν το ερυθρό και το εγγύς υπέρυθρο φάσμα. Το εύρος αποτελεσμάτων είναι από 1 ως -1, όπου οι θετικές τιμές των pixels αναφέρονται στην παρουσία βλάστησης. Προκύπτει έτσι, ότι μια πρώτη διάκριση, καθώς η λογική τιμή του NDVI σε περιβάλλον εξορυκτικών δραστηριοτήτων θα πρέπει να είναι αρνητικό.
  Κατά την εξόρυξη του χαλκού, τα υποπροϊόντα που παράγονται (ιλύς) χαρακτηρίζονται από την μικρή διάμετρο των κόκκων τους που δεν ξεπερνάει τα 0,075 nm. Έτσι προκύπτει πως οι κόκκοι των υποπροϊόντων κατά την εξόρυξη του χαλκού έχουν ισχυρή ανάκλαση στο ορατό και στο εγγύς υπέρυθρο φάσμα και συγκεκριμένα στα κανάλια 3 και 4 του Landsat.
  Τρίτο χαρακτηριστικό είναι η υγρασία καθώς τα ενεργά μεταλλευτικά απορρίμματα σε μορφή ιλύος περιέχουν μεγάλες ποσότητες ιζημάτων στην υδατική τους περιεκτικότητα. Επειδή το νερό έχει ελάχιστη απορρόφηση στα 0.63 - 0.90 μm το NDVI ταξινομεί εκτάσεις με νερό με μεγάλη περιεκτικότητα  ιζημάτων σαν εκτάσεις με έλλειψη οργανικού υλικού και εκχωρεί σε αυτές τις ψηφίδες αρνητικές τιμές. Αυτό συμβαίνει επειδή η ιλύς φέρει μεγάλη περιεκτικότητα σε ιζήματα και δημιουργεί αποχρώσεις αρκετά διακριτές και η ηλιακή ακτινοβολία να μην είναι πλήρως απορροφήσιμη, με αποτέλεσμα η ανάκλαση είναι σε μεγάλο βαθμό μετρήσιμη 
  Λόγω αυτών των χαρακτηριστικών η παρούσα έρευνα υποστηρίζει ότι η χαρακτηριστική ανάκλαση των μεταλλευτικών απορριμμάτων σε μορφή ιλύος ανιχνεύεται στην φασματική περιοχή που δημιουργείται από μια εφαρμογή NDVI και το εύρος τιμών που λαμβάνει είναι από - 0.39 έως -0.35. Η συγκεκριμένη έκφραση που ακολουθεί είναι η NDTI που δημιουργήθηκε από το λογισμικό ERDAS Imagine 9.0 για την ανίχνευση της φασματικής υπογραφής της ιλύος

“EITHER 0 IF (NDVI < -0.39) OR (NDVI > -0.35) OTHERWISE”

 Χρησιμοποιώντας μια σειρά στατιστικών αναλύσεων και επαναταξινομήσεων, το Αθροιστικό μοντέλο δημιουργήθηκε για να για να εξαλείφει την ανίχνευση χαρακτηριστικών που δεν σχετίζονται με την εξορυκτική δραστηριότητα και δημιουργήθηκε για την επεξεργασία των αποτελεσμάτων της εφαρμογής NDTI. To Αθροιστικό μοντέλο δημιουργήθηκε σε περιβάλλον ArcGIS 9.2 ( Arcinfo ). To συγκριμένο μοντέλο αποτελείται από δύο μέρη επεξεργασίας των εισαγόμενων δεδομένων. Το πρώτο ταξινομεί τα κελία ή τις ψηφίδες σαν συνάρτηση της πυκνότητας, και το δεύτερο μέρος ταξινομεί τα σχηματιζόμενα τεμάχια σε συνάρτηση της γειτνίασης. Τέλος, μια τελική εφαρμογή δημιουργεί πολύγωνα γύρω από τα αθροιστικά Kernels και δημιουργεί συντεταγμένες γεωγραφικού μήκους και πλάτους, για το κέντρο των πολυγωνικών σχημάτων που δημιουργήθηκαν από τα αθροιστικά Kernels. 

Σύμφωνα με τα δημοσιεύματα που σχετίζονται με τα ορυχεία χαλκού στην Αριζόνα, η μέθοδος NDTI και η αθροιστική μέθοδο κατάφεραν να ανιχνεύσουν εννιά από τα δέκα ενεργά ορυχεία και το μόνο που δεν ανιχνεύθηκε είναι το Johnson Camp. Επίσης κατάφεραν να ανιχνεύσουν και τέσσερα ανενεργά ορυχεία. Ωστόσο η μέθοδος NDTI ανίχνευσε και δύο περιοχές μη εξορυκτικών δραστηριοτήτων, μια χιονισμένη και μια αγροτική περιοχή.