Αξιολόγηση της μορφολογίας ποταμών και οικοτόπων με την χρήση μη επανδρωμένων εναέριων μηχανημάτων στο Μεσογειακό περιβάλλον

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 11:29, 15 Φεβρουαρίου 2021

Αξιολόγηση της μορφολογίας ποταμών και οικοτόπων με την χρήση μη επανδρωμένων εναέριων μηχανημάτων στο Μεσογειακό περιβάλλον

ΠΡΩΤΟΤΥΠΟΣ ΤΙΤΛΟΣ : Assessment of Riverine Morphology and Habitat Regime Using Unmanned Aerial Vehicles in a Mediterranean Environment

ΣΥΓΓΡΑΦΕΙΣ : ELIAS DIMITRIOU and ELENI STAVROULAKI

ΠΗΓΗ : [1] ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ : μορφολιγία, ποταμός, οικότοπος, Μεσόγειος, μη επανδρωμένα

Εικόνα 1: Η λεκάνη του ποταμού Σπερχιού, Στερεά Ελλάδα

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η χρήση μη επανδρωμένων εναέριων μηχανών (UAV) για την παρακολούθηση περιβαλλοντικών παραμέτρων παρουσιάζει μια αυξανόμενη τάση τα τελευταία χρόνια, αφού έχει χαμηλό οικονομικό κόστος, με πολύ γρήγορα και υψηλής ανάλυσης αποτελέσματα χωρικής ανάλυσης.. Μία από τις πιο κοινές εφαρμογές των UAV σήμερα είναι η ανάπτυξη ψηφιακών μοντέλων εδάφους μέσω φωτογραμμετρικών διαδικασιών, που μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν στην γεωμορφολογική αποτύπωση ποταμών και ολόκληρων οικοτόπων. Ο στόχος της συγκεκριμένης μελέτης είναι να εκτιμηθεί η χωροχρονική διάβρωση ενός ποταμού, στη Μεσόγειο χρησιμοποιώντας UAV για τις μετρήσεις στην κοίτη του ποταμού και την χαρτογράφηση της, ώστε να καταλήξουμε σε ένα αποτέλεσμα ποσοτικοποίηση της καταλληλότητας των οικοϋδρολογικών συνθηκών της περιοχής, για την αναπαραγωγή και επιβίωση σε αυτή ενός τυπικού είδους ψαριών. Τα αποτελέσματα αυτής της μελέτης έδειξαν, ότι η χρήση UAVs για την απόκτηση πληροφοριών για τον οικοϋδρολογικό χώρο και τα ιζήματα σε αυτών, συνιστά μια πολύ λεπτομερή τεχνική ανάλυσης και προσέγγισης τηςαποτύπωσης και της σωστής διαχείριση ευπαθών υδρόβιων οικοσυστημάτων.

ΓΕΝΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΗΣ ΜΕΛΕΤΗΣ Οι ποταμοί αποτελούν σύνθετα οικοσυστήματα, γιατί σε αυτά επιδρούν πολλές παράμετροι. Απαιτείται η παρακολούθηση όλων των αλλαγών, χρονικά και χωρικά των ποταμών για να κατανοήσουμε σε ποια κατεύθυνση, θα βελτιωθεί η ποιότητα του οικοτόπου και η παραμονή σε αυτών όλων των ζωντανών του οργανισμών. Για αυτό το λόγω, υπάρχει και μια συνεχή παρατήρηση και συλλογή στοιχείων δεδομένα σχετικά με τις γεωμορφολογικών και υδρολογικών, όσον αφορά τα ποτάμια. Δειγματοληψίες μεγάλης κλίμακας, χωρίς και σε απόσταση μεγάλων χρονικών διαστημάτων δεν ενδείκνυται για τέτοιους βιοτόπους. Οι μέθοδοι τηλεπισκόπησης χρησιμοποιούνται εκτενώς στην έρευνα και παρακολούθηση των φυσικών οικοτόπων των ποταμών και γίνονται επίσης, πολλές ερευνητικές προσπάθειες με στόχο την ανάδειξη της χρήσης ψηφιακής φωτογεωμετρίας και συσχετίσεις φάσματος για τον προσδιορισμό τοπογραφικών στοχείων, ιδιοτήτων του υποστρώματος και την ακριβή χαρτογράφιση υδρογεωμορφικών στοιχείων. Πολλές μελέτες το υποστηρίζουν την χρήση στερεοσκοπικών εικόνων UAV, για την κατασκευή 3D τοπογραφικών μοντέλων για την παρακολούθηση μετατοπίσεων εδαφών και διαδικασίες διάβρωσης. Αυτή η προσέγγιση προσφέρει ταχύτητα στην απόκτηση δεδομένων, μειωμένο κόστος και υψηλή ποιότητα χωρικών αναλύσεων, που φτάνουν συχνά σε λεπτομέρεια εκατοστού. Ο τομέας των μη επανδρωμένων εναέριων συστημάτων (UAS) προσφέρει τη δυνατότητα μελέτης περιβαλλοντικών διαδικασιών σε χωροχρονικές συνθήκες, που δεν θα μπορούσαν να επιτευχθούν χρησιμοποιώντας παλαιότερες τεχνικές τηλεπισκόπισης. Ο σκοπός αυτής της μελέτης είναι να χρησιμοποιήσει αυτή την τεχνολογία (UAV) για τη διερεύνηση της κοίτης ένος ποταμού στη Μεσόγειο, του οποίου η μορφολογία αλλάζει, μέσα σε ένα χρόνο και να αξιολογήσει την καταλληλότηα ενός τέτοιου βιότοπου για ένα τυπικό είδος ψαριού.

ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Η λεκάνη απορροής του ποταμού Σπερχειού βρίσκεται στην Περιφέρεια Στερεάς Ελλάδας και καλύπτει μια περιοχή 1660 χιλιομέτρων. Η κύρια κάλυψη γης είναι από δάση και φυσικά εδάφη(65%), ακολουθούμενη από τη γεωργική γη (32%) και αστικές εκτάσεις / γυμνά εδάφη (3%, Mentzafou et al. 2017). Η παραποτάμια ζώνη και το δέλτα του ποταμού Σπερχειού αποτελούν προστατευόμενη περιοχή (τοποθεσία Natura 2000), ενώ δεν υπάρχουν φράγματα στην κύρια πορεία του. Το τμήμα που επιλέχθηκε για μελέτη, πρόκειται για ανοιχτή περιοχή χωρίς πυκνή βλάστηση και, ως εκ τούτου, κατάλληλη για εναέρια παρακολούθηση. Το μήκος του τμήματος ποταμού για παρακολούθηση (κοντά στα Λουτρά Υπάτης) ήταν περίπου 500 μέτρα, ενώ η ενεργή κοίτη του ποταμού ήταν περίπου 70 μέτρα πλάτος. Η γύρω κάλυψη γης είναι κυρίως γεωργική με περιορισμένες οικιστικές χρήσεις συμπεριλαμβανομένων των δρόμων. Οι επιτόπιες έρευνες στην περιοχή μελέτης πραγματοποιήθηκαν τον Ιούνιο του 2016 και τον Αύγουστου του 2017.

Η περίοδος συλλογής δεδομένων επιλέχθηκε να είναι το καλοκαίρι όταν η ροή του ποταμού είναι πολύ χαμηλή (λίγα εκατοστά μόνο σε περιορισμένο μέρος της κοίτης του ποταμού) έτσι η φωτογραμμετρική διαδικασία θα ήταν ικανή για να καταγράψει τα περισσότερα από τα τοπογραφικά χαρακτηριστικά της κοίτης του ποταμού.

Εικόνα 2: Κατηγοριοποιήση γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών

Εικόνα 3: Οπτική βαθυμετρική μοντελοποίηση, μέσω εναέριων φωτογραφιών

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Το λογισμικό Pix4D που χρησιμοποιήθηκε είναι επίσης σε θέση να εκτιμήσει το βάθος και τα χαρακτηριστικά της κοίτης του ποταμού (λιθόστρωτα, χαλίκια και πέτρες). Άλλες μελέτες έχουν επίσης αναφέρει ότι υπάρχει η δυνατότητα να συμπεριληφθούν βυθισμένα τμήματα της περιοχής μέσω της οπτικής βαθυμετρικής μοντελοποίησης, η οποία μπορεί να γίνει από εναέριες φωτογραφίες. Συζητήσεις και συμπεράσματα Τις τελευταίες δεκαετίες, οι δορυφορικές εικόνες χρησιμοποιούνται ευρέως για την χαρτογράφηση και την παρακολούθηση περιβαλλοντικών δυναμικών και διαδικασιών. Ωστόσο, οι δορυφορικές εικόνες υψηλής χωρικής ανάλυσης έχουν μεγάλο κόστος και είναι δυσεύρετες για την επιστημονική κοινότητα. Για το σκοπό αυτό, η χρήση εναέριων μηχανημάτων UAV επεκτείνονται όλο και περισσότερο, αφού προσφέρουν λύση χαμηλού κόστους και υψηλής χωρικής ανάλυσης έναντι στα δορυφορικά δεδομένα. Σε αυτήν την ερευνητική προσπάθεια, φωτογραμμετρικά δεδομένα που αποκτήθηκαν από ένα UAV χρησιμοποιήθηκαν για την εκτίμηση του DTM μιας κοίτης του ποταμού σε διαφορετικές χρονικές περιόδους, για την αξιολόγηση των χωροχρονικών αλλαγών στη γεωμορφολογία της και τη διαθεσιμότητα ενδιαιτημάτων ψαριών.

Εικόνα 4: Παρατήρηση υδρομορφολογικών αλλοιώσεων

Τέτοιες μετρήσεις μπορούν να επαναληφθούν σε μηνιαία ή/και εποχική βάση και παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες για τις δυνατές υδρομορφολογικές αλλοιώσεις και οικολογικές διαταραχές ροής, που αποτελούν σημαντικά στοιχεία για την αξιολόγηση της οικολογικής κατάστασης ενός ποταμού. Διευρύνοντας την πρόσβαση στα ψηφιακά τοπογραφικά δεδομένα τις τελευταίες δεκαετίες έχουν διευκολυνθεί οι εφαρμογές γεωμορφομετρίας. Κάποιες κοινές περιβαλλοντικές εφαρμογές των συστημάτων UAV περιλαμβάνουν την χαρτογράφηση της βλάστησης καθώς και τη δημιουργία χαρτών ταχύτητας ροής των ποταμών. Καταλήγοντας, το αποτέλεσμα αυτής της μελέτης παρουσίασε ικανοποιητικά αποτελέσματα, που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε διάφορους σκοπούς, συμπεριλαμβανομένων μελετών εκτίμησης περιβαλλοντικών επιπτώσεων και οικολογικών εκτιμήσεων των απαιτήσεων ροής των ποταμών αλλά και υδραυλικών έργων.