Δορυφορικά δεδομένα ανίχνευσης πετρελαιοκηλίδων

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 12:55, 11 Μαρτίου 2017

Δορυφορικά δεδομένα ανίχνευσης πετρελαιοκηλίδων

Αργιαλάς Δημήτρης, Καθηγητής Ε.Μ.Π. (argialas@central.ntua.gr) Καράντζαλος Κωνσταντίνος, Ερευνητής Ε.Μ.Π. (karank@central.ntua.gr) [[1]] Εργαστήριο Τηλεπισκόπησης, Σχολή Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο.

1. Εισαγωγή

Στην περίληψη που ακολουθεί παρουσιάζονται και περιγράφονται σύγχρονες μέθοδοι και τεχνικές Τηλεπισκόπησης, για την διαχείριση και παρακολούθηση του παράκτιου περιβάλλοντος και περιγράφεται μια αυτοματοποιημένη τεχνική για τον εντοπισμό πετρελαιοκηλίδων αλλά και άλλων ρυπαντικών αποβλήτων στο παράκτιο περιβάλλον Τα δεδομένα SAR είναι τα αποδοτικότερα δορυφορικά δεδομένα για την ανίχνευση πετρελαιοκηλίδων, αν και δεν δίνουν τη δυνατότητα εκτίμησης του πάχους των πετρελαιοκηλίδων και αναγνώρισης του είδους του πετρελαίου (Brekke and Solberg, 2005). Οι RADARSAT-1 και ENVISAT, είναι οι δύο κύριοι καθημερινοί προμηθευτές δορυφορικών εικόνων SAR για τον εντοπισμό και παρακολούθηση των πετρελαιοκηλίδων. Η χρήση των δεδομένων Ραντάρ Συνθετικού Ανοίγματος (SAR) σε εφαρμογές απομακρυσμένης παρακολούθησης της Γης έχει ήδη αρχίσει να πρωταγωνιστεί τις τελευταίες δεκαετίες. Τα συστήματα SAR με δυνατότητες μεταξύ άλλων συνεχούς λειτουργίας παντός καιρού, ημέρα και νύχτα, προσφέροντας μεγάλη κάλυψη εδάφους και με δυνατότητα λήψης απεικονίσεων πολλαπλών πολώσεων, έχουν αποτελέσει πηγή πολύτιμων πληροφοριών τηλεπισκόπησης. Έτσι, η χρήση των SAR δεδομένων για την ταξινόμηση κάλυψης γης προσελκύει όλο και περισσότερο την προσοχή των ερευνητών και φαίνεται να είναι πολλά υποσχόμενη.

Εικόνα 1 :Τα διαφορετικά στάδια εξέλιξης των ενεργών καμπυλών πετρελαιοκηλίδας, πηγή: Αργιαλάς Δ. κ.α. (2008). Εφαρμογές Τηλεπισκόπησης στην Διαχείριση και Παρακολούθηση του Παράκτιου Περιβάλλοντος.

2. Μεθοδολογία

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται μεθοδολογία για την αυτόματη ανίχνευση πετρελαιοκηλίδων, βασισμένη σε ενεργά περιγράμματα η οποία αποτελείται από τα εξής στάδια: Αρχικά, πραγματοποιείται η προεπεξεργασίας της εικόνας με σκοπό την αφαίρεση του θορύβου, την ενίσχυσή και ομαλοποίησή της. Η φιλτραρισμένη εικόνα, που είναι μια σημαντικά απλοποιημένη μορφή της αρχικής, ενσωματώνεται στο συναρτησιακό εξέλιξης καμπυλών και πραγματοποιείται η κατάτμηση και η προκαταρκτική ανίχνευση των πιθανών πετρελαιοκηλίδων. Η χρήση του φιλτραρίσματος εξομάλυνσης δεν αποτελεί ένα φίλτρο εξάλειψης πολλαπλασιαστικού θορύβου αλλά στοχεύει κυρίως στην απλοποίηση των εικόνων.

Εικόνα 2 :Ακολουθία επεξεργασίας εικόνων SAR, πηγή: Αργιαλάς Δ. κ.α. (2008). Εφαρμογές Τηλεπισκόπησης στην Διαχείριση και Παρακολούθηση του Παράκτιου Περιβάλλοντος.‎

3. Αποτελέσματα

Στην παρακάτω εικόνα παρουσιάζεται το αποτέλεσμα της υλοποιημένης μεθοδολογίας, στην ανίχνευση πετρελαιοκηλίδων. Σε όλες τις περιπτώσεις το συναρτησιακό των ενεργών περιγραμμάτων κατάφερε να εντοπίσει επιτυχώς τα όρια των πετρελαιοκηλίδων, χωρίς τη ρύθμιση κάποιων παραμέτρων. Παράλληλα, οι κηλίδες ανιχνεύονται σε πραγματικό χρόνο. Περίπου 10 δευτερόλεπτα είναι ο χρόνος που απαιτείται από ένα Pentium IV προσωπικό υπολογιστή. Επομένως, στην εικόνα απεικονίζεται η αρχική εικόνα και τα διαφορετικά στάδια της εξέλιξης των ενεργών καμπυλών. Από μια αρχική αυθαίρετη ελλειπτική καμπύλη καταλήγουμε στα τελικά ανιχνευμένα όρια της πετρελαιοκηλίδας. Η σειρά τον εικόνων είναι από τα αριστερά προς τα δεξιά. H αναπτυγμένη μεθοδολογία χρησιμοποιήθηκε και για τον εντοπισμό αντικειμένων σε σειρές εικόνων και βίντεο με απώτερο στόχο τον εντοπισμό και την παρακολούθηση πετρελαιοκηλίδων στο χρόνο. Για παράδειγμα, σε μια ακολουθία εικόνων SAR (με ή και χωρίς τη γεωαναφορά τους γνωστή) τα ανιχνευμένα τμήματα (καμπύλες) πετρελαιοκηλίδων στην πρώτη εικόνα SAR αποτελούν τις αρχικές καμπύλες για εξέλιξη στις υπόλοιπες εικόνες. Έτσι ο εντοπισμός και η παρακολούθησή τους να γίνει πιο γρήγορη και αποτελεσματική (Εικόνες 2). Εφαρμόζοντας τον ανεπτυγμένο αλγόριθμο σε μια σειρά (αλληλουχία) εικόνων ENVISAT με ημερομηνία λήψης στις 24, 28 και 29 Αυγούστου 2006 (Philippines) ©ESA. Πρώτη σειρά: αρχικές εικόνες. Δεύτερη σειρά: Δυαδική εικόνα αποτέλεσμα της κατάτμησης. Τρίτη σειρά: Τα όρια των ανιχνευμένων αντικειμένων σε υπέρθεση (με πράσινο χρώμα) στην αρχική εικόνα. Τέταρτη σειρά: Δυαδική εικόνα με τις ανιχνευμένες πετρελαιοκηλίδες μετά την ταξινόμηση. Πέμπτη σειρά: Τα όρια των εντοπισμένων πετρελαιοκηλίδων (με πράσινο χρώμα) σε υπέρθεση στην αρχική εικόνα.

4. Συμπεράσματα

Εκτός από τις παραπάνω δύο εφαρμογές της Τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση του παρακτίου περιβάλλοντος υπάρχουν πολυάριθμες άλλες. Αξίζει κανείς να σταθεί ενδεικτικά στις εξής δυο που παρουσιάζονται στις παρακάτω εικόνες. Στην εικόνα 3α απεικονίζεται το λιώσιμο παγετώνων και η μεταφορά τεράστιων μαζών στη θάλασσα και στην δορυφορική εικόνα 3β απεικονίζεται το φαινόμενο βάση τα οποίας είναι δυνατή η μελέτη, καταγραφή και συνεχή παρακολούθηση του φαινομένου.

Εικόνα 3 :3α λιώσιμο παγετώνων & 3β δορυφορική εικόνα απεικόνισης του φαινόμενου SAR, πηγή: Αργιαλάς Δ. κ.α. (2008). Εφαρμογές Τηλεπισκόπησης στην Διαχείριση και Παρακολούθηση του Παράκτιου Περιβάλλοντος.

Στην εικόνα 4α απεικονίζονται τα μεταφερόμενα ιζήματα στις όχθες και στις εκβολές ενός ποταμού (Ισλανδία) υπολογίζονται σε 50 χιλιάδες τόνους το χρόνο. Στην εικόνα 4β απεικονίζεται το φαινομένο της εναπόθεσης των ιζημάτων σε δορυφορική εικόνα.

Εικόνα 4 :4α Μεταφερόμενα ιζήματα & 4β δορυφορική εικόνα απεικόνισης του φαινόμενου ιζημάτων στις εκβολές ποταμού, πηγή: Αργιαλάς Δ. κ.α. (2008). Εφαρμογές Τηλεπισκόπησης στην Διαχείριση και Παρακολούθηση του Παράκτιου Περιβάλλοντος.