Παρακολούθηση πετρελαιοκηλίδας

Από RemoteSensing Wiki

Παρούσα αναθεώρηση της 17:15, 20 Ιανουαρίου 2009

Η αρχική εικόνα και τα διαφορετικά στάδια της εξέλιξης των ενεργών καμπυλών. Από μια αρχική αυθαίρετη ελλειπτική καμπύλη καταλήγουμε στα τελικά όρια της πετρελαιοκηλίδας. Η σειρά τον εικόνων είναι από τα αριστερά προς τα δεξιά

Σήμερα, η ρύπανση των θαλασσών με πετρέλαιο (και με τα παράγωγά του){πετρελαιοκηλίδα}, από την εμπορική και ποντοπόρο ναυτιλία, αποτελεί μια βασική περιβαλλοντική ανησυχία, για την οποία πολλές διεθνής συνεργασίες και νόμοι έχουν πραγματοποιηθεί, ιδιαιτέρως υπό την αιγίδα του Διεθνούς Θαλάσσιου Οργανισμού (International Maritime Organisation, ΗΜΟ). Το πετρέλαιο έχει, άμεσα και έμμεσα, καταστροφικές επιπτώσεις σε ζώα και φυτά, που κατοικούν στο θαλάσσιο και παράκτιο περιβάλλον (Delilah, 2002).

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 πρόσβαση σε ένα αυξανόμενο όγκο δεδομένων SAR, οδηγεί και σε ένα αυξανόμενο φόρτο εργασίας στους χειριστές των κέντρων ελέγχου, παρακολούθησης και επεξεργασίας εικόνων για τον εντοπισμό πετρελαιοκηλίδων. Προς την κατεύθυνση αυτή, αλγόριθμοι για την αυτόματη ανίχνευση πετρελαιοκηλίδων και την ενεργοποίηση συστήματος συναγερμού για την διαχείρισή τους, είναι σημαντικού οφέλους (Brekke and Solberg, 2005; Karantzalos and Argialas, 2008).

Σε γενικές γραμμές ο αυτόματος εντοπισμός των πετρελαιοκηλίδων σε εικόνες SAR δεν είναι μια τετριμμένη διαδικασία, λόγω των (με παρόμοιο φασματικό τρόπο απεικόνισης) χαρακτηριστικών, που μοιάζουν με πετρελαιοκηλίδες (παρομοίως-απεικονιζόμενα χαρακτηριστικά, look-alikes). Δεν είναι πετρελαιοκηλίδες όλες οι σκουρόχρωμα απεικονιζόμενες περιοχές μια θαλάσσιας περιοχής σε μια απεικόνιση SAR.

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

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.

Οι παράμετροι του συναρτησιακού κατάτμησης μπορούν να ρυθμιστούν, έπειτα από διαδικασία επαναλβανόμενων δοκιμών, με σκοπό την τυποποίησή τους) βελτιώνοντας το αποτέλεσμά της, εφόσον είναι γνωστή η ένταση του ανέμου κατά τη διάρκεια της λήψης, όπως όταν : i) είναι a priori γνωστή ή όταν ii) υπολογίζεται στην SAR απεικόνιση με την εφαρμογή κάποιου μοντέλου όπως το CMOD45 των Salvatori et al. (2003). Τέλος, προκύπτουν οι ανιχνευμένες κηλίδες, με βάση τον υπολογισμό διάφορων στατιστικών μεγεθών -παρόμοιων με αυτών στην βιβλιογραφία (Brekke and Solberg, 2005; Frate et al., 2000) - για κάθε μια από τις κατατμημένες περιοχές όπως είναι: το εμβαδόν, η περίμετρος,η πολυπλοκότητα του σχήματος, η εκκεντρικότητα, ο προσανατολισμός, η κλίση των τιμών φωτεινότητας και η τυπική απόκλιση τους στο εσωτερικό εξωτερικό του.

Για την ταξινόμηση, υιοθετήθηκαν αντίστοιχα συμπεράσματα της εργασίας των Frate et al. του 2000, που προέκυψαν από την ανάλυση των στατιστικών μεγεθών ενός μεγάλου πλήθους κηλίδων (139 κηλίδες από τις οποίες οι 71 ήταν πετρελαιοκηλίδες και οι 68 όχι). Προέκυψε ότι οι πετρελαιοκηλίδες έχουν λιγότερο σύνθετη μορφή και παρουσιάζονται σε λεπτότερο σχηματισμό, ενώ τα παρομοίως-απεικονιζόμενα χαρακτηριστικά (τόσο στο εσωτερικό τους όσο και στο εξωτερικό τους) παρουσιάζουν μια μεγαλύτερη διασπορά στις τιμές φωτεινότητας. Επίσης, οι πετρελαιοκηλίδες παρουσιάζουν υψηλότερες τιμές στην μέση τιμή της κλίσης των τιμών φωτεινότητάς τους και τα παρομοίως- απεικονιζόμενα χαρακτηριστικά μεγαλύτερο εμβαδόν (Frate et al., 2000).

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ

Στην εικόνα παρουσιάζεται τα 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. 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.

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