Έρευνα μέσω της τηλεπισκόπησης για τα πλαστικά σε θαλάσσια και εσωτερικά ύδατα: Εξέλιξη, ευκαιρίες και προκλήσεις
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Remote sensing research on plastics in marine and inland water: Development, opportunities and challenges
Μεταφρασμένος τίτλος Έρευνα μέσω της τηλεπισκόπησης για τα πλαστικά σε θαλάσσια και εσωτερικά ύδατα: Εξέλιξη, ευκαιρίες και προκλήσεις
Συγγραφείς: Zhixiong Chen, Wei Si, Verner Carl Johnson, Saheed Adeyinka Oke, Shuting Wang, Xinlin Lv, Mou Leong Tan, Fei Zhang
Δημοσιεύθηκε: Journal of Environmental Management 373 (2025) 123815
Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]
Λέξεις-Κλειδιά: Τηλεπισκόπηση, Πλαστικά, Υδάτινοι πόροι, Ρύπανση Υδάτινων Πόρων
1. Εισαγωγή
Η ευρεία χρήση του πλαστικού, σε συνδυασμό με τη μεγάλη ανθεκτικότητά του στη φυσική αποδόμηση, έχει οδηγήσει στη συσσώρευση μακροπλαστικών, μικροπλαστικών και νανοπλαστικών σε ωκεανούς, θάλασσες, λίμνες και ποτάμια. Οι επιπτώσεις αφορούν τόσο τα υδάτινα οικοσυστήματα όσο και την ανθρώπινη υγεία, καθώς τα πλαστικά εισέρχονται στην τροφική αλυσίδα και μεταφέρονται σε μεγάλες αποστάσεις μέσω υδρολογικών και ατμοσφαιρικών διεργασιών. Παραδοσιακά, η παρακολούθηση της πλαστικής ρύπανσης βασιζόταν σε επιτόπια δειγματοληψία και εργαστηριακές αναλύσεις (π.χ. FTIR), οι οποίες παρέχουν υψηλή ακρίβεια αλλά περιορισμένη χωρική κάλυψη. Η εμφάνιση της τηλεπισκόπησης προσέφερε νέες δυνατότητες, επιτρέποντας συγχρονισμένες παρατηρήσεις μεγάλης κλίμακας με χαμηλότερο κόστος και αυξημένη συχνότητα. Η παρούσα μελέτη συνοψίζει την εξέλιξη της εφαρμογής της τηλεπισκόπησης στην παρακολούθηση της ρύπανσης πλαστικών σε θαλάσσια και εσωτερικά ύδατα (Marine and Inland Water Plastics Remote Sensing – MIWPRS).
Σκοπός της παρούσας ανάλυσης είναι η παρουσίαση της μεθοδολογικής προσέγγισης και των βασικών αποτελεσμάτων της σύγχρονης έρευνας στον τομέα αυτό.
2. Μεθοδολογία
Η ερευνητική προσέγγιση βασίζεται σε βιβλιομετρική και τεχνολογική ανάλυση της επιστημονικής παραγωγής της τελευταίας δεκαετίας. Τα δεδομένα αντλήθηκαν από τη βάση Web of Science για την περίοδο 2014–2023, με θεματική αναζήτηση που συνδύαζε όρους σχετικούς με πλαστικά, υδάτινα περιβάλλοντα και τηλεπισκόπηση. Συνολικά αναλύθηκαν 415–429 δημοσιεύσεις, αποτυπώνοντας τη ραγδαία αύξηση του ενδιαφέροντος μετά το 2018.
Για τη βιβλιομετρική χαρτογράφηση χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό CiteSpace, το οποίο επιτρέπει την ανάλυση συν-εμφάνισης λέξεων-κλειδιών (keywords), δικτύων συνεργασίας χωρών και χρονικής εξέλιξης θεματικών πεδίων. Μέσω ανάλυσης συστάδων (cluster analysis) και χρονογραμμών (timeline analysis), εντοπίστηκαν οι βασικές ερευνητικές κατευθύνσεις, όπως τα μικροπλαστικά, η θαλάσσια ρύπανση και οι τεχνικές μηχανικής μάθησης (machine learning).
Όσον αφορά τις τεχνικές ανίχνευσης, αξιοποιούνται πολυφασματικά και υπερφασματικά δεδομένα από δορυφόρους όπως οι Landsat 8 και Sentinel-2, καθώς και δεδομένα από μη επανδρωμένα αεροσκάφη (UAVs) και επίγειους αισθητήρες. Οι μέθοδοι επεξεργασίας περιλαμβάνουν φασματικούς δείκτες (π.χ. Plastic Index), παλινδρομικά μοντέλα, καθώς και αλγορίθμους/μέθοδοι μηχανικής μάθησης όπως είναι οι Random Forest, Support Vector Machines και Συνελικτικά Νευρωνικά Δίκτυα (CNN).
Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη συγχώνευση πολυπηγών δεδομένων (space–air–ground integration), η οποία ενισχύει την ακρίβεια ανίχνευσης και επιτρέπει τη μοντελοποίηση της χωρικής και χρονικής μετακίνησης των πλαστικών. Παράλληλα, αναπτύσσονται υδροδυναμικά μοντέλα για την προσομοίωση της μεταφοράς πλαστικών μέσω ρευμάτων και ποτάμιων ροών.
3. Αποτελέσματα
Τα αποτελέσματα ανέδειξαν ότι οι επιλογές τηλεπισκόπησης μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την ερμηνεία της επιτυχίας μιας παρέμβασης αποκατάστασης. Η ενδοετήσια επιλογή εικόνων (μέγιστες vs ελάχιστες τιμές δείκτη) είχε τον ισχυρότερο αντίκτυπο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, η χρήση μέγιστων ετήσιων τιμών υποδείκνυε μηδενική ή περιορισμένη επίδραση της αποκατάστασης, ενώ η χρήση ελάχιστων τιμών έδειχνε θετικό αποτέλεσμα. Σε έως και 50% των περιπτώσεων παρατηρήθηκαν αντίθετα συμπεράσματα ανάλογα με την επιλογή αυτή. Η περίοδος αναφοράς επίσης επηρέασε σημαντικά τα αποτελέσματα. Η σύγκριση μιας μακρινής ιστορικής περιόδου (1989–1990) με μια πιο πρόσφατη (2009–2011) οδήγησε σε διαφορετικές εκτιμήσεις της επίδρασης, καταδεικνύοντας τη σημασία της χρονικής βάσης σύγκρισης. Αντίθετα, ο αριθμός και η κατανομή σημείων ελέγχου επηρέασαν λιγότερο τα τελικά αποτελέσματα, αν και μεγαλύτερος αριθμός σημείων αύξανε τη στατιστική σταθερότητα. Όσον αφορά τη σύγκριση αισθητήρων, οι Landsat-8 και Sentinel-2 παρήγαγαν παρόμοιες χρονικές τάσεις στην εκτίμηση της πρόληψης διάβρωσης, αν και οι απόλυτες τιμές διέφεραν ελαφρώς λόγω διαφορετικής χωρικής και φασματικής ανάλυσης. Σημαντικό εύρημα ήταν ότι οι λιγότερο υποβαθμισμένες περιοχές παρουσίαζαν μεγαλύτερη ευαισθησία στις μεθοδολογικές επιλογές, ενώ οι έντονα υποβαθμισμένες περιοχές εμφάνιζαν πιο σταθερά αποτελέσματα.
Εν κατακλείδι, η μελέτη καταδεικνύει ότι οι μεθοδολογικές επιλογές τηλεπισκόπησης μπορούν να οδηγήσουν ακόμη και σε αντικρουόμενα συμπεράσματα σχετικά με την επιτυχία μιας αποκατάστασης. Επομένως, η διαφάνεια, η τεκμηρίωση και η αιτιολόγηση των επιλογών δεδομένων και ανάλυσης είναι κρίσιμης σημασίας για την ορθή αξιολόγηση των παρεμβάσεων οικολογικής αποκατάστασης.
