Η Ανάλυση των Κύριων Συνιστωσών στην Οριοθέτηση Λιθολογικών Ενοτήτων και στην Αναγνώριση Γεωλογικών Δομών της Νήσου Νάξου...

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 07:57, 16 Μαρτίου 2010

Η Ανάλυση των Κύριων Συνιστωσών στην Οριοθέτηση Λιθολογικών Ενοτήτων και στην Αναγνώριση Γεωλογικών Δομών της Νήσου Νάξου με τη χρήση πολυφασματικών TM Εικόνων Landsat

Αντικείμενο: Το αντικείμενο της συγκεκριμένης εφαρμογής αφορά στη γεωλογική χαρτογράφηση και, πιο συγκεκριμένα, στην Οριοθέτηση Λιθολογικών Ενοτήτων και στην Αναγνώριση Γεωλογικών Δομών της Νήσου Νάξου.

Στόχος: Στόχος της παρούσας εφαρμογής είναι η οπτική ανάλυση και ερμηνεία κατάλληλων δορυφορικών εικόνων (Landsat5 TM) προς εξαγωγή γεωλογικής πληροφορίας. Τα δορυφορικά δεδομένα Landsat5 TM είναι δυνατό, με χρήση της κατάλληλης τεχνικής επεξεργασίας εικόνας, να αποτελέσουν πηγή γεωλογικής πληροφορίας.

Πως γινόταν παλαιότερα: Παλαιότερα η γεωλογική χαρτογράφηση των εκάστοτε περιοχών μελέτης λάμβανε χώρα μέσα από απλές γεωλογικές μελέτες που συμπεριλάμβαναν επιτόπια έρευνα της περιοχής.

Είδη δορυφορικών ή αερομεταφερόμενων συστημάτων: Στην εφαρμογή αυτή έγινε χρήση δορυφορικής ψηφιακής εικόνας TM, προϊόν δορυφόρου Landsat5 της 19.7.1989. Τα χαρακτηριστικά της εικόνας είναι:

 Το γεωγραφικό πλάτος και γεωγραφικό μήκος του κέντρου αυτής είναι 37ο 48΄ και 26ο 14΄, αντίστοιχα.

 Το ύψος του ήλιου και το αζιμούθιο κατά την ημερομηνία λήψης της είναι 58ο 86΄ και 113ο 76΄, αντίστοιχα.

 Χαρακτηρίζεται, επίσης, από path 181 και row 34.

 Έχει ληφθεί από τον σταθμό του Fucino (Ιταλία).

 Έχει διαστάσεις 840 στήλες και 1095 γραμμές (το τμήμα της Νάξου).

Είδη δορυφόρων, δεκτών και καναλιών: Η ψηφιακή τηλεπισκοπική απεικόνιση της εφαρμογής είναι προϊόν του θεματικού χαρτογράφου TM του δορυφόρου Landsat5, με ημερομηνία λήψης 19.7.1989 και αποτελείται από επτά κανάλια, στα οποία καταγράφεται η γήινη επιφάνεια σε ορισμένα μήκη κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας (ΗΜΑ). Τα κανάλια αυτά είναι τα 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 (band 1 έως 7).

Χρησιμότητα των δεκτών/καναλιών: Η χρησιμότητα των επτά προαναφερθέντων καναλιών έγκειται στο γεγονός ότι σε καθένα από αυτά καταγράφεται η γήινη επιφάνεια σε διαφορετικά μήκη κύματος της ΗΜΑ (διαφορετικές περιοχές φάσματος), με αποτέλεσμα την εξαγωγή της πληροφορίας.

Προεπεξεργασίες: Στην εφαρμογή πραγματοποιήθηκε γεωμετρική και ατμοσφαιρική διόρθωση της αρχικής ψηφιακής τηλεπισκοπικής απεικόνισης. Η γεωμετρική διόρθωση έγινε με τη μέθοδο της οριζοντιογραφικής αναγωγής με τη χρήση γραμμικού πολυωνυμικού μετασχηματισμού. Η ατμοσφαιρική διόρθωση από την άλλη έγινε με τη μέθοδο της ρύθμισης των ιστογραμμάτων.

Ψηφιακές επεξεργασίες/αλγόριθμοι και αποτελέσματα: Εφαρμόστηκε η τεχνική της ανάλυσης των κύριων συνιστωσών στα έξι κανάλια (1, 2, 3, 4, 5 και 7) καταγραφής της ανακλώμενης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από τον TM με αποτέλεσμα να προκύψουν έξι δευτερογενείς εικόνες (οι κύριες συνιστώσες). Αυτές είναι ασυσχέτιστες με συνέπεια η καθεμιά τους να μεταφέρει διαφορετική πληροφορία και, επιπλέον, η πρώτη συνιστώσα-εικόνα περιέχει όλη σχεδόν την πληροφορία. Πιο συγκεκριμένα:

 Η πρώτη εικόνα (PC1) περιέχει το 97,59% της συνολικής πληροφορίας και δε χρησιμοποιείται για γεωλογική ερμηνεία καθώς τα δεδομένα που περιέχει αφορούν κυρίως στο ανάγλυφο. Στη διαμόρφωσή της συμμετέχουν όλα τα αρχικά κανάλια με θετικό πρόσημο (κυρίως το 5).

 Η δεύτερη εικόνα (PC2) περιέχει πληροφορία για τη βλάστηση επειδή στη διαμόρφωσή της συμμετέχουν κυρίως τα κανάλια 4 και 3 με αντίθετα πρόσημα.

 Η τρίτη εικόνα (PC3) μεταφέρει κυρίως γεωλογική πληροφορία. Στη διαμόρφωσή της συμμετέχουν κυρίως τα κανάλια 4 και 5 με αντίθετα πρόσημα.

Εικόνα 1 : Λιθολογικές ενότητες της δυτικής Νάξου όπως προκύπτουν από την ερμηνεία της 3ης κύριας συνιστώσας

 Η τέταρτη εικόνα (PC4) μεταφέρει σχεδόν την ίδια πληροφορία, την οποία μεταφέρει και το κανάλι 7.

 Η πέμπτη εικόνα (PC5) μεταφέρει κυρίως γεωλογική πληροφορία. Στη διαμόρφωσή της συμμετέχει κυρίως το κανάλι 3 με αρνητικό πρόσημο και με θετικά πρόσημα τα κανάλια 1 και 2.

 Η έκτη εικόνα (PC6) μεταφέρει σχεδόν την ίδια γεωλογική πληροφορία με την PC5. Επειδή στη διαμόρφωσή της συμμετέχουν τα κανάλια 1 και 2 με διαφορετικά πρόσημα, τα οποία εμφανίζουν την υψηλότερη συσχέτιση, η PC6 περιέχει μεγάλο ποσοστό θορύβου.

Να σημειωθεί ότι παραπάνω αναφέρθηκαν το βασικό κανάλι ή τα κανάλια, τα οποία συμμετέχουν με μεγάλο βάρος στη διαμόρφωση της κάθε κύριας συνιστώσας, ώστε να ερμηνευθούν τα χαρακτηριστικά που αναδεικνύονται σε αυτές.

Στις εικόνες αυτές εφαρμόστηκαν διάφορες τεχνικές επέκτασης της διαβάθμισης του τόνου, ώστε να δημιουργηθούν οι πλέον κατάλληλες τελικές δευτερογενείς ψηφιακές εικόνες για ανάλυση και φωτοερμηνεία. Δύο από αυτές επιλέχτηκαν για γεωλογική φωτοερμηνεία. Εκτός από την τεχνική της ανάλυσης των κύριων συνιστωσών, εφαρμόστηκαν η αντικειμενοστραφής ανάλυση των κύριων συνιστωσών και η τεχνική της διαφοράς καταλλήλων καναλιών.

Χρήση επιπρόσθετων χαρτών, βάσεων δεδομένων, GIS / Ειδικές επεξεργασίες και αποτελέσματα: Η αρχική ψηφιακή τηλεπισκοπική απεικόνιση αποκτήθηκε από το Εργαστήριο Τηλεπισκόπισης του Ε.Μ.Π.. Οι υφιστάμενες γεωλογικές πληροφορίες συλλέχθηκαν και μελετήθηκαν μετά από αναζήτηση σε διάφορα ερευνητικά κέντρα, πανεπιστήμια και επιστημονικές εκδόσεις, έπειτα από μελέτη διδακτορικών διατριβών και μετά από προσωπική επικοινωνία με ερευνητές.

Οι επεξεργασίες της ψηφιακής τηλεπισκοπικής απεικόνισης πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση λογισμικών πακέτων (Idrisi for Windows v. 2 και ERMapper v. 5) με στόχο τη δημιουργία των προαναφερθέντων δευτερογενών εικόνων, οι οποίες ανέδειξαν τα φασματικά δεδομένα ούτως ώστε να διευκολυνθεί η οπτική ερμηνεία. Με το τέλος της οπτικής φωτοερμηνείας προέκυψαν οι πρώτες γεωλογικές πληροφορίες, που με τη σειρά τους τροφοδότησαν με νέα στοιχεία τις αρχικές πληροφορίες.

Σημαντικά αποτελέσματα και αξιολόγηση των μεθόδων: Η τεχνική της ανάλυσης των κύριων συνιστωσών οδήγησε στη δημιουργία των επιθυμητών κατάλληλων δευτερογενών βελτιωμένων εικόνων της περιοχής έρευνας, για οπτική ερμηνεία προς εξαγωγή γεωλογικής πληροφορίας. Η οπτική ερμηνεία στηρίχθηκε στη γνώση της φασματικής συμπεριφοράς διαφόρων σωματιδίων, τα οποία αποτελούν συστατικά λιθολογικών ενοτήτων. Οι γεωλογικές πληροφορίες αφορούν στη λιθολογία και τη γεωλογική δομή της περιοχής έρευνας. Αναγνωρίστηκαν αλλουβιακές αποθέσεις, λιθολογική ενότητα, η οποία συνίσταται από μάργες και ψαμμίτες, κρυσταλλικά ανθρακικά πετρώματα, σχιστόλιθοι, γνεύσιοι, ο μιγματίτης και ο γρανοδιορίτης. Επίσης, αναγνωρίστηκαν μικρά ρήγματα μικρής γωνίας, τα οποία έφεραν σε επαφή τα κρυσταλλικά πετρώματα με το αλλόχθονο σύστημα. Τέλος, αναδείχθηκε το φασματικό πρότυπο του τεκτονικού δόμου. Η χωρική κατανομή υλικού, που περιέχει υψηλό ποσοστό οξειδίων και υδροξειδίων του σιδήρου, τα οποία δημιουργήθηκαν είτε λόγω διάβρωσης και χημικής αποσάθρωσης κυανιτικών και σιλλιμανιτικών μεταπηλιτών υψηλού βαθμού μεταμόρφωσης ή λόγω υδροθερμικής δράσης, δημιουργεί ελλειψοειδή δακτύλιο, ο οποίος αναδεικνύεται στην 5η κύρια συνιστώσα. Ο δακτύλιος αυτός ενδεχομένως αποτελεί την επιφανειακή έκφραση τμήματος μεγάλης ζώνης διατμητικής ολίσθησης, η οποία περικλείει τον λιγότερο καταπονημένο μιγματιτικό πυρήνα οριοθετώντας τον με αυτόν τον τρόπο.

Ενδεικτικά δίνεται στην παρακάτω εικόνα ο γεωλογικός χάρτης της Κεντρικής Νάξου:

Εικόνα 2 : Γεωλογικός χάρτης της Κεντρικής Νάξου

Πηγή: Γαλανού Ε., Ρόκος Δ. (1999). Η Ανάλυση των Κύριων Συνιστωσών στην Οριοθέτηση Λιθολογικών Ενοτήτων και στην Αναγνώριση Γεωλογικών Δομών της Νήσου Νάξου με τη χρήση πολυφασματικών TM Εικόνων Landsat. Τεχν. Χρον. Επιστ. Έκδ. ΤΕΕ, τευχ.3, 1999