RemoteSensing Wiki - Συνεισφορές χρήστη [el]

Εκτίμηση περιοχικής Δυνητικής Εξατμισοδιαπνοής με χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών

2010-03-03T21:59:57Z

Fraggakokkinidou:

<big>'''Περίληψη'''</big>

Η μελέτη της εξατμισοδιαπνοής και η αξιοποίησή της στην εκτίμηση ενός ακραίου μετεωρολογικού-υδρολογικού φαινομένου, όπως π.χ. η ξηρασία, διαδραματίζει ουσιαστικό ρόλο στην ορθολογική διαχείριση των υδατικών πόρων μιας περιοχής, και ιδιαίτερα σε μια αγροτική περιοχή, όπως η Θεσσαλία. Στόχος της συγκεκριμένης εργασίας ήταν η εκτίμηση της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής στο υδατικό διαμέρισμα της Θεσσαλίας.

Ο υπολογισμός της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής έγινε με την εμπειρική μέθοδο των Blaney- Criddle, η οποία έχει χρησιμοποιηθεί στις δυτικές ΗΠΑ, σε ξηροθερμικά κλίματα. Η χρονοσειρά που χρησιμοποιήθηκε αφορούσε θερμοκρασιακά δεδομένα από δορυφορικές εικόνες του δορυφόρου NOAA /AVHRR, για τη χρονική περίοδο από το 1981 έως και το 2001. Ο απώτερος σκοπός ήταν η δυνατότητα της χρήσης των αποτελεσμάτων της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής για την εκτίμηση της ξηρασίας στην περιοχή, με τη μέθοδο Palmer.

Μια εύχρηστη μέθοδος, όπως η Blaney- Criddle, σε συνδυασμό με την εφαρμογή σύγχρονων μεθοδολογιών (Τηλεπισκόπηση και Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών), έδωσε τη δυνατότητα μελέτης και ανάλυσης του φαινομένου τόσο χωρικά, παρουσιάζοντας τη μεταβολή του σε όλη την επιφάνεια της περιοχής μελέτης, όσο και χρονικά, κατά το πέρασμα των εικοσιένα ετών στην περιοχή. Τα αποτελέσματα της έρευνας αφορούσαν χάρτες δυνητικής εξατμισοδιαπνοής, για κάθε δεκαήμερο της χρονοσειράς των δεδομένων, και για συνολικά όλη την έκταση του υδατικού διαμερίσματος της περιοχής.

<big>'''Εισαγωγή '''</big>

Εξατμισοδιαπνοή ονομάζεται το σύνολο των πραγματικών απωλειών νερού μέσω της εξάτμισης των εδαφών και της διαπνοής της χλωρίδας. Η εξατμισοδιαπνοή από εδαφικές επιφάνειες εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα νερού στο έδαφος και κατά συνέπεια και στους ιστούς των φυτών.

Μέσα από έρευνες, έχει υπολογιστεί ότι ένα σημαντικό ποσοστό των κατακρημνισμάτων που πέφτουν στο χερσαίο τμήμα της γης, πάνω από το 60%, χάνεται με τους μηχανισμούς της εξάτμισης και της διαπνοής. Το μεγάλο αυτό ποσοστό των υδρολογικών απωλειών εξηγεί την ιδιαίτερη σημασία των αντίστοιχων φυσικών διεργασιών στο υδατικό ισοζύγιο και ιδιαίτερα στην υδατική οικονομία μιας περιοχής. Η ακριβής εκτίμηση των συνολικών απωλειών θα επέτρεπε τον έμμεσο αλλά ακριβή υπολογισμό του διαθέσιμου υδατικού δυναμικού, δηλαδή της συνολικής απορροής σε οποιαδήποτε χρονική κλίμακα.

Η μελέτη του φαινομένου της εξατμισοδιαπνοής, θεωρείται σημαντικό για μια περιοχή όπως η Θεσσαλία, λόγω της μεγάλης αγροτικής ανάπτυξης που εμφανίζεται εκεί. Η Θεσσαλία χαρακτηρίζεται ως μια από τις μεγαλύτερες αγροτικές περιοχές της Ελλάδας, με καλλιέργειες όπως βαμβάκι, σιτηρά, ελιές, ζαχαρότευτλα και οπωροκηπευτικά, καθώς και σημαντική κτηνοτροφική παραγωγή.

<big>'''Υλικά και μέθοδοι '''</big>

Για την εφαρμογή της μεθόδου στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιήθηκαν τα παρακάτω δεδομένα:

• '''Δορυφορικές εικόνες (θερμοκρασίας από τα θερμικά κανάλια και δείκτη βλάστησης NDVI) του δορυφόρου ΝΟΑΑ. '''

Οι δορυφορικές εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν στη συγκεκριμένη εφαρμογή προέρχονται από το δορυφόρο NOAA/ AVHRR με διακριτική χωρική ικανότητα 8 x 8 Km. Τα στοιχεία αφορούσαν μέσες τιμές θερμοκρασίας δεκαημέρου για μια σειρά ετών από το 1981 έως και το 2001 για την περιοχή όλης της Ελλάδας, και τιμές του δείκτη βλάστησης NDVI για το ίδιο χρονικό διάστημα και την ίδια περιοχή.

• '''Επίγειες παρατηρήσεις θερμοκρασίας. '''

Τα επίγεια δεδομένα αφορούσαν τα θερμοκρασιακά στοιχεία των μετεωρολογικών σταθμών Λάρισας, Αγχιάλου, Αγιάς, Ζαγοράς, Τσαριτσάνης, Καλαμπάκας, Καρδίτσας, Τυρνάβου και Βόλου στη Θεσσαλία. Τα στοιχεία ήταν ωριαίες τιμές θερμοκρασίας, για όλους τους μήνες και όλα τα έτη που παρέχονταν

• '''Πίνακες τιμών φυτικού συντελεστή για κάθε είδος καλλιέργειας και ποσοστών ωρών ημέρας, από βιβλιογραφία. '''

Χρησιμοποιήθηκαν πίνακες, με τις τιμές του φυτικού συντελεστή που λαμβάνει χώρα στην εξίσωση εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής της μεθόδου Blaney-Criddle. Τα στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν, αφορούσαν μηνιαίες τιμές των φυτικών συντελεστών αρδευομένων καλλιεργειών, οι οποίοι διαφοροποιούνται ανάλογα το είδος του φυτού και την περιοχή καλλιέργειας του.

• ''' Πληροφοριακά στοιχεία για τα είδη των καλλιεργειών και τις χρήσεις γης της Θεσσαλίας, μέσω του Corine 2000. '''

Χρησιμοποιήθηκε, το Corine, το οποίο εμφανίζει κατηγοριοποιημένη όλη την Ελλάδα, ανάλογα με τις χρήσεις γης που έχουν καταγραφεί έως και το έτος 2000. Κάθε κατηγορία εμφανίζεται με ένα κωδικό αριθμό, που αντιστοιχεί σε συγκεκριμένη χρήση και πληροφορία. Για τη συγκεκριμένη εργασία χρησιμοποιήθηκαν οι πληροφορίες που αφορούσαν τις λεκάνες απορροής της Θεσσαλίας.

[[εικόνα:efiproptixiako_1.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 1: '''Κατηγορίες χρήσεων γης με βάση το Corine 2000

• ''' Πληροφορίες της βάσης δεδομένων του προγράμματος Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) Arc-View, για τον καθορισμό των λεκανών απορροής της Θεσσαλίας. '''
Χρησιμοποιήθηκαν πληροφορίες της βάσης δεδομένων του προγράμματος Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) Arc-Map, για τον καθορισμό των λεκανών απορροής της Θεσσαλίας. Η ψηφιοποίηση (ο διαχωρισμός) των λεκανών απορροής της Θεσσαλίας, βασίστηκε σε πληροφορίες υψομέτρου μέσα από τα GIS.

H μεθοδολογία εκτίμησης της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής, όπως αναφέρθηκε στην εισαγωγή, βασίστηκε στη μέθοδο των Blaney- Criddle (1950). Τα στάδια της μεθοδολογίας αναλύονται παρακάτω και είναι τα εξής:

• '''Προ-επεξεργασία δορυφορικών εικόνων. '''
Οι εικόνες κάθε δεκαημέρου του ιδίου έτους, ενσωματώθηκαν σε μία εικόνα για κάθε έτος, η οποία περιείχε 36 διαφορετικά επίπεδα, για τα ολοκληρωμένα έτη, όσα δηλαδή και τα δεκαήμερα. Στο τελευταίο βήμα της προεπεξεργασίας των δορυφορικών εικόνων περιλαμβάνεται η γεωμετρική διόρθωσή τους. Δηλαδή η εισαγωγή σε αυτές προβολικού συστήματος και η προσαρμογή τους στο ελληνικό γεωγραφικό σύστημα συντεταγμένων (EGSA’ 87).

• '''Καθορισμός υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας. '''
Έγινε ψηφιοποίηση των λεκανών απορροής και υποπεριοχών αυτών, με βάση εικόνα της περιοχής από παλαιότερη ερευνητική εργασία, και με τη βοήθεια των ισοϋψών της Θεσσαλίας από τη βάση δεδομένων του προγράμματος καθορίστηκαν τα όρια του υδατικού διαμερίσματος (Εικόνα 1).

[[εικόνα:efiproptixiako_2.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1: ''' Όρια υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας (13.161Km2)

• '''Εξαγωγή θερμοκρασίας επιφανείας από τις δορυφορικές εικόνες.'''
Για την μετατροπή των αρχικών τιμών των εικόνων από τα δορυφορικά κανάλια 4 και 5 σε θερμοκρασία, εφαρμόστηκαν μια σειρά εξισώσεων ώστε να μετατραπεί η θερμοκρασία που αντιστοιχεί στο 1.5m από το έδαφος σε θερμοκρασία εδάφους.

[[εικόνα:efiproptixiako_3.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 2: ''' Χάρτης θερμοκρασίας επιφανείας της περιοχής της Ελλάδας, 1ο δεκαήμερο μηνός Ιουλίου

• '''Επεξεργασία δορυφορικών εικόνων θερμοκρασίας.'''

Οι δορυφορικές εικόνες αφορούσαν, όπως αναφέρθηκε, όλο τον Ελλαδικό χώρο, για τα έτη 1981- 2001. Στη συγκεκριμένη όμως εργασία, η μελέτη αφορούσε μόνο την περιοχή της Θεσσαλίας, και κυρίως το υδατικό διαμέρισμα αυτής (τις λεκάνες απορροής της περιοχής).

Για το λόγο αυτό, μέσα από τα εργαλεία του προγράμματος επεξεργασίας εικόνων Erdas Imagine, εφαρμόστηκε τεχνική με σκοπό το διαχωρισμό του υδατικού διαμερίσματος της Θεσσαλίας, ώστε οι υπόλοιπες εφαρμογές να πραγματοποιηθούν μόνο σε αυτή την περιοχή. Ο διαχωρισμός αυτός έγινε με τη βοήθεια της εικόνας 1, η οποία μετατράπηκε σε συγκεκριμένης μορφής αρχείο, μέσα στο πρόγραμμα Erdas Imagine, και εφαρμόστηκε στις εικόνες και των 21 ετών.

• '''Υπολογισμός φυτικών συντελεστών και των ποσοστών ωρών ημέρας.'''

Η εικόνα 1 χρησιμοποιήθηκε σε συνδυασμό με τη βάση δεδομένων του Corine Hellas 2000, και προέκυψε χάρτης του υδατικού διαμερίσματος της Θεσσαλίας, το οποίο περιείχε τις χρήσεις γης που εμφανίζονται στην περιοχή. Η εφαρμογή αυτή πραγματοποιήθηκε μέσω του προγράμματος Arc Map 9.1. O χάρτης αυτός χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό του φυτικού συντελεστή k σε κάθε σημείο των λεκανών απορροής της Θεσσαλίας.

[[εικόνα:efiproptixiako_4.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 3: ''' Φυτικοί συντελεστές για το μήνα Ιανουάριο, ανάλογα με το είδος βλάστησης και τις χρήσεις γης

[[εικόνα:efiproptixiako_5.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 4: ''' Φυτικοί συντελεστές για το μήνα Ιούλιο, ανάλογα με το είδος βλάστησης και τις χρήσεις γης

[[εικόνα:efiproptixiako_6.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 5: ''' Χάρτης υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας με ενιαίο φυτικό συντελεστή k = 0,68

• '''Επεξεργασία επίγειων θερμοκρασιακών στοιχείων'''

Χρησιμοποιήθηκαν ωριαίες τιμές θερμοκρασίας αέρα για τα έτη 1995 έως και 1997, προερχόμενες από τους επίγειους μετεωρολογικούς σταθμούς της Θεσσαλίας. Έγινε υπολογισμός των μέσων τιμών θερμοκρασίας δεκαημέρου, για τα τρία έτη και για το σύνολο εννέα σταθμών. Οι τιμές των δεκαημέρων θερμοκρασίας αέρα από τους επίγειους σταθμούς, συσχετίστηκαν στη συνέχεια με τις τιμές του pixel δεκαημέρου θερμοκρασίας επιφανείας που είχαν προκύψει από τις δορυφορικές εικόνες, πάνω από τον κάθε σταθμό, με χρήση γραμμικής σχέσης παλινδρόμησης. Από το διάγραμμα της συσχέτισης επίγειων και δορυφορικών δεδομένων προέκυψε μια εξίσωση που συνδέει τις δύο μεταβλητές του σχήματος 1 και χρησιμοποιήθηκε για την αναγωγή των τιμών θερμοκρασίας εδάφους των δορυφορικών εικόνων, σε εικόνες με θερμοκρασία αέρα.

[[εικόνα:efiproptixiako_7.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 6: ''' Θέση μετεωρολογικών επίγειων σταθμών στo υδατικό διαμέρισμα της Θεσσαλίας

[[εικόνα:efiproptixiako_8.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 1: ''' Διάγραμμα συσχέτισης επίγειων δεδομένων θερμοκρασίας αέρα και δορυφορικών στοιχείων θερμοκρασίας εδάφους για το μετεωρολογικό σταθμό της Λάρισας.

• '''Υπολογισμός εξατμισοδιαπνοής. '''

Για τον υπολογισμό της εξατμισοδιαπνοής, χρησιμοποιήθηκε η σχέση 1, η οποία εκτιμά τη δυνητική εξατμισοδιαπνοή με τη μέθοδο Blaney- Criddle. Η σχέση έχει ως εξής:
ΕΤp = k * (0.46 * Tα + 8.16) * p (1)

[[εικόνα:efiproptixiako_9.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 7: ''' Χάρτης θερμοκρασίας αέρα υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας.

<big>'''Αποτελέσματα - Συζήτηση'''</big>

Η συγκεκριμένη μέθοδος (Blaney- Criddle) παρουσιάστηκε ικανή να περιγράψει το φαινόμενο της εξατμισοδιαπνοής και να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής σε μια περιοχή με Μεσογειακό κλίμα. Φαίνεται καταλληλότερη για τις περιοχές αυτές, σε σχέση με τη μέχρι στιγμής ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδο του Thorthwaite. Οι ερευνητές εξάλλου, είχαν εφαρμόσει την αρχική μελέτη τους σε περιοχές των δυτικών ΗΠΑ, οι οποίες προσομοιάζουν κλιματικά με τις Μεσογειακές συνθήκες.

Επιπλέον, μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη διαδικασία υπολογισμού της ξηρασίας σε μια περιοχή, ως παράμετρος στις εξισώσεις υδατικού ισοζυγίου, στις οποίες αναφέρονται οι δείκτες ξηρασίας (π.χ. PDSI της μεθόδου Palmer), κατά την εκτίμηση του φαινομένου αυτού.

Σημαντικό, επίσης, είναι το γεγονός ότι η εκτίμηση της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής με αυτή τη μέθοδο, δεν παρουσιάζει ιδιαίτερη δυσκολία, διότι τα δεδομένα που χρειάζεται (θερμοκρασίες) είναι προσιτά και εύκολο να συγκεντρωθούν. Όσον αφορά τους φυτικούς συντελεστές που χρειάζονται, αυτοί είναι μεν διαθέσιμοι από πίνακες, αλλά για πιο ακριβή αποτελέσματα, θα ήταν καλό να τροποποιούνται και να μετρώνται συγκεκριμένα για την εκάστοτε υπό μελέτη περιοχή.

Ο υπολογισμός των διαφοροποιημένων φυτικών συντελεστών, με τη βοήθεια του Corine, προσέφεραν όσο το δυνατόν μεγαλύτερη λεπτομέρεια στην εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής, εφόσον εξαρτιόταν από το είδος της βλάστησης και των καλλιεργειών που εμφανίζονται στην περιοχή. Η χρήση ενιαίου φυτικού συντελεστή ίσο με 0,68, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία της υδρολογίας, δε λάμβανε υπόψη την επίδραση της καλλιέργειας, ούτε όσον αφορά το είδος αυτής ούτε το στάδιο ανάπτυξης των φυτών, με αποτέλεσμα να παρουσιάζεται μια πιο ομαλοποιημένη κατάσταση στις τελικές τιμές της εξατμισοδιαπνοής σε όλη την περιοχή (στην περίπτωση αυτή η διαφορά στις τιμές της εξατμισοδιαπνοής προέρχεται από τη διακύμανση της θερμοκρασίας και μόνο).

[[εικόνα:efiproptixiako_10.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 2: ''' Σύγκριση εξατμισοδιαπνοής επίγειων και δορυφορικών δεδομένων, για το έτος 1999, στην περιοχή της Ζαγοράς, (με χρήση ενιαίου φυτικού συντελεστή k=0.68).

[[εικόνα:efiproptixiako_11.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 3: ''' Σύγκριση εξατμισοδιαπνοής δορυφορικών δεδομένων ενιαίου φυτικού συντελεστή (k = 0,68) και διαφοροποιημένου συντελεστή (k Corine), για το έτος 1999, στην περιοχή της Ζαγοράς.

''' Πηγή: Κανέλλου Ε. (2006). Εκτίμηση περιοχικής Δυνητικής Εξατμισοδιαπνοής με χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών Αδημοσίευτη Μεταπτυχιακή Διατριβή. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, Βόλος '''

Εκτίμηση περιοχικής Δυνητικής Εξατμισοδιαπνοής με χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών

2010-03-03T21:59:27Z

Fraggakokkinidou:

Εκτίμηση περιοχικής Δυνητικής Εξατμισοδιαπνοής με χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών

2010-03-03T21:58:11Z

Fraggakokkinidou:

<big>'''Περίληψη'''</big>

Η μελέτη της εξατμισοδιαπνοής και η αξιοποίησή της στην εκτίμηση ενός ακραίου μετεωρολογικού-υδρολογικού φαινομένου, όπως π.χ. η ξηρασία, διαδραματίζει ουσιαστικό ρόλο στην ορθολογική διαχείριση των υδατικών πόρων μιας περιοχής, και ιδιαίτερα σε μια αγροτική περιοχή, όπως η Θεσσαλία. Στόχος της συγκεκριμένης εργασίας ήταν η εκτίμηση της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής στο υδατικό διαμέρισμα της Θεσσαλίας.

Ο υπολογισμός της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής έγινε με την εμπειρική μέθοδο των Blaney- Criddle, η οποία έχει χρησιμοποιηθεί στις δυτικές ΗΠΑ, σε ξηροθερμικά κλίματα. Η χρονοσειρά που χρησιμοποιήθηκε αφορούσε θερμοκρασιακά δεδομένα από δορυφορικές εικόνες του δορυφόρου NOAA /AVHRR, για τη χρονική περίοδο από το 1981 έως και το 2001. Ο απώτερος σκοπός ήταν η δυνατότητα της χρήσης των αποτελεσμάτων της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής για την εκτίμηση της ξηρασίας στην περιοχή, με τη μέθοδο Palmer.

Μια εύχρηστη μέθοδος, όπως η Blaney- Criddle, σε συνδυασμό με την εφαρμογή σύγχρονων μεθοδολογιών (Τηλεπισκόπηση και Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών), έδωσε τη δυνατότητα μελέτης και ανάλυσης του φαινομένου τόσο χωρικά, παρουσιάζοντας τη μεταβολή του σε όλη την επιφάνεια της περιοχής μελέτης, όσο και χρονικά, κατά το πέρασμα των εικοσιένα ετών στην περιοχή. Τα αποτελέσματα της έρευνας αφορούσαν χάρτες δυνητικής εξατμισοδιαπνοής, για κάθε δεκαήμερο της χρονοσειράς των δεδομένων, και για συνολικά όλη την έκταση του υδατικού διαμερίσματος της περιοχής.

<big>'''Εισαγωγή '''</big>

Εξατμισοδιαπνοή ονομάζεται το σύνολο των πραγματικών απωλειών νερού μέσω της εξάτμισης των εδαφών και της διαπνοής της χλωρίδας. Η εξατμισοδιαπνοή από εδαφικές επιφάνειες εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα νερού στο έδαφος και κατά συνέπεια και στους ιστούς των φυτών.

Μέσα από έρευνες, έχει υπολογιστεί ότι ένα σημαντικό ποσοστό των κατακρημνισμάτων που πέφτουν στο χερσαίο τμήμα της γης, πάνω από το 60%, χάνεται με τους μηχανισμούς της εξάτμισης και της διαπνοής. Το μεγάλο αυτό ποσοστό των υδρολογικών απωλειών εξηγεί την ιδιαίτερη σημασία των αντίστοιχων φυσικών διεργασιών στο υδατικό ισοζύγιο και ιδιαίτερα στην υδατική οικονομία μιας περιοχής. Η ακριβής εκτίμηση των συνολικών απωλειών θα επέτρεπε τον έμμεσο αλλά ακριβή υπολογισμό του διαθέσιμου υδατικού δυναμικού, δηλαδή της συνολικής απορροής σε οποιαδήποτε χρονική κλίμακα.

Η μελέτη του φαινομένου της εξατμισοδιαπνοής, θεωρείται σημαντικό για μια περιοχή όπως η Θεσσαλία, λόγω της μεγάλης αγροτικής ανάπτυξης που εμφανίζεται εκεί. Η Θεσσαλία χαρακτηρίζεται ως μια από τις μεγαλύτερες αγροτικές περιοχές της Ελλάδας, με καλλιέργειες όπως βαμβάκι, σιτηρά, ελιές, ζαχαρότευτλα και οπωροκηπευτικά, καθώς και σημαντική κτηνοτροφική παραγωγή.

<big>'''Υλικά και μέθοδοι '''</big>

Για την εφαρμογή της μεθόδου στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιήθηκαν τα παρακάτω δεδομένα:

• '''Δορυφορικές εικόνες (θερμοκρασίας από τα θερμικά κανάλια και δείκτη βλάστησης NDVI) του δορυφόρου ΝΟΑΑ. '''

Οι δορυφορικές εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν στη συγκεκριμένη εφαρμογή προέρχονται από το δορυφόρο NOAA/ AVHRR με διακριτική χωρική ικανότητα 8 x 8 Km. Τα στοιχεία αφορούσαν μέσες τιμές θερμοκρασίας δεκαημέρου για μια σειρά ετών από το 1981 έως και το 2001 για την περιοχή όλης της Ελλάδας, και τιμές του δείκτη βλάστησης NDVI για το ίδιο χρονικό διάστημα και την ίδια περιοχή.

• '''Επίγειες παρατηρήσεις θερμοκρασίας. '''

Τα επίγεια δεδομένα αφορούσαν τα θερμοκρασιακά στοιχεία των μετεωρολογικών σταθμών Λάρισας, Αγχιάλου, Αγιάς, Ζαγοράς, Τσαριτσάνης, Καλαμπάκας, Καρδίτσας, Τυρνάβου και Βόλου στη Θεσσαλία. Τα στοιχεία ήταν ωριαίες τιμές θερμοκρασίας, για όλους τους μήνες και όλα τα έτη που παρέχονταν

• '''Πίνακες τιμών φυτικού συντελεστή για κάθε είδος καλλιέργειας και ποσοστών ωρών ημέρας, από βιβλιογραφία. '''

Χρησιμοποιήθηκαν πίνακες, με τις τιμές του φυτικού συντελεστή που λαμβάνει χώρα στην εξίσωση εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής της μεθόδου Blaney-Criddle. Τα στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν, αφορούσαν μηνιαίες τιμές των φυτικών συντελεστών αρδευομένων καλλιεργειών, οι οποίοι διαφοροποιούνται ανάλογα το είδος του φυτού και την περιοχή καλλιέργειας του.

• ''' Πληροφοριακά στοιχεία για τα είδη των καλλιεργειών και τις χρήσεις γης της Θεσσαλίας, μέσω του Corine 2000. '''

Χρησιμοποιήθηκε, το Corine, το οποίο εμφανίζει κατηγοριοποιημένη όλη την Ελλάδα, ανάλογα με τις χρήσεις γης που έχουν καταγραφεί έως και το έτος 2000. Κάθε κατηγορία εμφανίζεται με ένα κωδικό αριθμό, που αντιστοιχεί σε συγκεκριμένη χρήση και πληροφορία. Για τη συγκεκριμένη εργασία χρησιμοποιήθηκαν οι πληροφορίες που αφορούσαν τις λεκάνες απορροής της Θεσσαλίας.

[[εικόνα:efiproptixiako_1.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 1: '''Κατηγορίες χρήσεων γης με βάση το Corine 2000

• ''' Πληροφορίες της βάσης δεδομένων του προγράμματος Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) Arc-View, για τον καθορισμό των λεκανών απορροής της Θεσσαλίας. '''
Χρησιμοποιήθηκαν πληροφορίες της βάσης δεδομένων του προγράμματος Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) Arc-Map, για τον καθορισμό των λεκανών απορροής της Θεσσαλίας. Η ψηφιοποίηση (ο διαχωρισμός) των λεκανών απορροής της Θεσσαλίας, βασίστηκε σε πληροφορίες υψομέτρου μέσα από τα GIS.

H μεθοδολογία εκτίμησης της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής, όπως αναφέρθηκε στην εισαγωγή, βασίστηκε στη μέθοδο των Blaney- Criddle (1950). Τα στάδια της μεθοδολογίας αναλύονται παρακάτω και είναι τα εξής:

• '''Προ-επεξεργασία δορυφορικών εικόνων. '''
Οι εικόνες κάθε δεκαημέρου του ιδίου έτους, ενσωματώθηκαν σε μία εικόνα για κάθε έτος, η οποία περιείχε 36 διαφορετικά επίπεδα, για τα ολοκληρωμένα έτη, όσα δηλαδή και τα δεκαήμερα. Στο τελευταίο βήμα της προεπεξεργασίας των δορυφορικών εικόνων περιλαμβάνεται η γεωμετρική διόρθωσή τους. Δηλαδή η εισαγωγή σε αυτές προβολικού συστήματος και η προσαρμογή τους στο ελληνικό γεωγραφικό σύστημα συντεταγμένων (EGSA’ 87).

• '''Καθορισμός υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας. '''
Έγινε ψηφιοποίηση των λεκανών απορροής και υποπεριοχών αυτών, με βάση εικόνα της περιοχής από παλαιότερη ερευνητική εργασία, και με τη βοήθεια των ισοϋψών της Θεσσαλίας από τη βάση δεδομένων του προγράμματος καθορίστηκαν τα όρια του υδατικού διαμερίσματος (Εικόνα 1).

[[εικόνα:efiproptixiako_2.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1: ''' Όρια υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας (13.161Km2)

• '''Εξαγωγή θερμοκρασίας επιφανείας από τις δορυφορικές εικόνες.'''
Για την μετατροπή των αρχικών τιμών των εικόνων από τα δορυφορικά κανάλια 4 και 5 σε θερμοκρασία, εφαρμόστηκαν μια σειρά εξισώσεων ώστε να μετατραπεί η θερμοκρασία που αντιστοιχεί στο 1.5m από το έδαφος σε θερμοκρασία εδάφους.

[[εικόνα:efiproptixiako_3.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 2: ''' Χάρτης θερμοκρασίας επιφανείας της περιοχής της Ελλάδας, 1ο δεκαήμερο μηνός Ιουλίου

• '''Επεξεργασία δορυφορικών εικόνων θερμοκρασίας.'''

Οι δορυφορικές εικόνες αφορούσαν, όπως αναφέρθηκε, όλο τον Ελλαδικό χώρο, για τα έτη 1981- 2001. Στη συγκεκριμένη όμως εργασία, η μελέτη αφορούσε μόνο την περιοχή της Θεσσαλίας, και κυρίως το υδατικό διαμέρισμα αυτής (τις λεκάνες απορροής της περιοχής).

Για το λόγο αυτό, μέσα από τα εργαλεία του προγράμματος επεξεργασίας εικόνων Erdas Imagine, εφαρμόστηκε τεχνική με σκοπό το διαχωρισμό του υδατικού διαμερίσματος της Θεσσαλίας, ώστε οι υπόλοιπες εφαρμογές να πραγματοποιηθούν μόνο σε αυτή την περιοχή. Ο διαχωρισμός αυτός έγινε με τη βοήθεια της εικόνας 1, η οποία μετατράπηκε σε συγκεκριμένης μορφής αρχείο, μέσα στο πρόγραμμα Erdas Imagine, και εφαρμόστηκε στις εικόνες και των 21 ετών.

• '''Υπολογισμός φυτικών συντελεστών και των ποσοστών ωρών ημέρας.'''

Η εικόνα 1 χρησιμοποιήθηκε σε συνδυασμό με τη βάση δεδομένων του Corine Hellas 2000, και προέκυψε χάρτης του υδατικού διαμερίσματος της Θεσσαλίας, το οποίο περιείχε τις χρήσεις γης που εμφανίζονται στην περιοχή. Η εφαρμογή αυτή πραγματοποιήθηκε μέσω του προγράμματος Arc Map 9.1. O χάρτης αυτός χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό του φυτικού συντελεστή k σε κάθε σημείο των λεκανών απορροής της Θεσσαλίας.

[[εικόνα:efiproptixiako_4.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 3: ''' Φυτικοί συντελεστές για το μήνα Ιανουάριο, ανάλογα με το είδος βλάστησης και τις χρήσεις γης

[[εικόνα:efiproptixiako_5.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 4: ''' Φυτικοί συντελεστές για το μήνα Ιούλιο, ανάλογα με το είδος βλάστησης και τις χρήσεις γης

[[εικόνα:efiproptixiako_6.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 5: ''' Χάρτης υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας με ενιαίο φυτικό συντελεστή k = 0,68

• '''Επεξεργασία επίγειων θερμοκρασιακών στοιχείων'''

Χρησιμοποιήθηκαν ωριαίες τιμές θερμοκρασίας αέρα για τα έτη 1995 έως και 1997, προερχόμενες από τους επίγειους μετεωρολογικούς σταθμούς της Θεσσαλίας. Έγινε υπολογισμός των μέσων τιμών θερμοκρασίας δεκαημέρου, για τα τρία έτη και για το σύνολο εννέα σταθμών. Οι τιμές των δεκαημέρων θερμοκρασίας αέρα από τους επίγειους σταθμούς, συσχετίστηκαν στη συνέχεια με τις τιμές του pixel δεκαημέρου θερμοκρασίας επιφανείας που είχαν προκύψει από τις δορυφορικές εικόνες, πάνω από τον κάθε σταθμό, με χρήση γραμμικής σχέσης παλινδρόμησης. Από το διάγραμμα της συσχέτισης επίγειων και δορυφορικών δεδομένων προέκυψε μια εξίσωση που συνδέει τις δύο μεταβλητές του σχήματος 1 και χρησιμοποιήθηκε για την αναγωγή των τιμών θερμοκρασίας εδάφους των δορυφορικών εικόνων, σε εικόνες με θερμοκρασία αέρα.

[[εικόνα:efiproptixiako_7.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 6: ''' Θέση μετεωρολογικών επίγειων σταθμών στo υδατικό διαμέρισμα της Θεσσαλίας

[[εικόνα:efiproptixiako_8.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 1: ''' Διάγραμμα συσχέτισης επίγειων δεδομένων θερμοκρασίας αέρα και δορυφορικών στοιχείων θερμοκρασίας εδάφους για το μετεωρολογικό σταθμό της Λάρισας.

• '''Υπολογισμός εξατμισοδιαπνοής. '''

Για τον υπολογισμό της εξατμισοδιαπνοής, χρησιμοποιήθηκε η σχέση 1, η οποία εκτιμά τη δυνητική εξατμισοδιαπνοή με τη μέθοδο Blaney- Criddle. Η σχέση έχει ως εξής:
ΕΤp = k * (0.46 * Tα + 8.16) * p (1)

[[εικόνα:efiproptixiako_9.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 7: ''' Χάρτης θερμοκρασίας αέρα υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας.

<big>'''Αποτελέσματα - Συζήτηση'''</big>

Η συγκεκριμένη μέθοδος (Blaney- Criddle) παρουσιάστηκε ικανή να περιγράψει το φαινόμενο της εξατμισοδιαπνοής και να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής σε μια περιοχή με Μεσογειακό κλίμα. Φαίνεται καταλληλότερη για τις περιοχές αυτές, σε σχέση με τη μέχρι στιγμής ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδο του Thorthwaite. Οι ερευνητές εξάλλου, είχαν εφαρμόσει την αρχική μελέτη τους σε περιοχές των δυτικών ΗΠΑ, οι οποίες προσομοιάζουν κλιματικά με τις Μεσογειακές συνθήκες.

Επιπλέον, μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη διαδικασία υπολογισμού της ξηρασίας σε μια περιοχή, ως παράμετρος στις εξισώσεις υδατικού ισοζυγίου, στις οποίες αναφέρονται οι δείκτες ξηρασίας (π.χ. PDSI της μεθόδου Palmer), κατά την εκτίμηση του φαινομένου αυτού.

Σημαντικό, επίσης, είναι το γεγονός ότι η εκτίμηση της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής με αυτή τη μέθοδο, δεν παρουσιάζει ιδιαίτερη δυσκολία, διότι τα δεδομένα που χρειάζεται (θερμοκρασίες) είναι προσιτά και εύκολο να συγκεντρωθούν. Όσον αφορά τους φυτικούς συντελεστές που χρειάζονται, αυτοί είναι μεν διαθέσιμοι από πίνακες, αλλά για πιο ακριβή αποτελέσματα, θα ήταν καλό να τροποποιούνται και να μετρώνται συγκεκριμένα για την εκάστοτε υπό μελέτη περιοχή.

Ο υπολογισμός των διαφοροποιημένων φυτικών συντελεστών, με τη βοήθεια του Corine, προσέφεραν όσο το δυνατόν μεγαλύτερη λεπτομέρεια στην εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής, εφόσον εξαρτιόταν από το είδος της βλάστησης και των καλλιεργειών που εμφανίζονται στην περιοχή. Η χρήση ενιαίου φυτικού συντελεστή ίσο με 0,68, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία της υδρολογίας, δε λάμβανε υπόψη την επίδραση της καλλιέργειας, ούτε όσον αφορά το είδος αυτής ούτε το στάδιο ανάπτυξης των φυτών, με αποτέλεσμα να παρουσιάζεται μια πιο ομαλοποιημένη κατάσταση στις τελικές τιμές της εξατμισοδιαπνοής σε όλη την περιοχή (στην περίπτωση αυτή η διαφορά στις τιμές της εξατμισοδιαπνοής προέρχεται από τη διακύμανση της θερμοκρασίας και μόνο).

[[εικόνα:efiproptixiako_10.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 2: ''' Σύγκριση εξατμισοδιαπνοής επίγειων και δορυφορικών δεδομένων, για το έτος 1999, στην περιοχή της Ζαγοράς, (με χρήση ενιαίου φυτικού συντελεστή k=0.68).

[[εικόνα:efiproptixiako_11.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 3: ''' Σύγκριση εξατμισοδιαπνοής δορυφορικών δεδομένων ενιαίου φυτικού συντελεστή (k = 0,68) και διαφοροποιημένου συντελεστή (k Corine), για το έτος 1999, στην περιοχή της Ζαγοράς.

''' Πηγή: Κανέλλου Ευφροσύνη (2006). Εκτίμηση περιοχικής Δυνητικής Εξατμισοδιαπνοής με χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών Αδημοσίευτη Μεταπτυχιακή Διατριβή. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, Βόλος '''

Εκτίμηση περιοχικής Δυνητικής Εξατμισοδιαπνοής με χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών

2010-03-03T21:52:58Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Efiproptixiako 11.jpg

2010-03-03T21:44:42Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Efiproptixiako 10.jpg

2010-03-03T21:44:08Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Efiproptixiako 9.jpg

2010-03-03T21:43:38Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Efiproptixiako 8.jpg

2010-03-03T21:42:26Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Efiproptixiako 7.jpg

2010-03-03T21:41:55Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Efiproptixiako 6.jpg

2010-03-03T21:39:58Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Efiproptixiako 5.jpg

2010-03-03T21:39:29Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Efiproptixiako 4.jpg

2010-03-03T21:38:53Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Efiproptixiako 3.jpg

2010-03-03T21:38:05Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Efiproptixiako 2.jpg

2010-03-03T21:37:33Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Efiproptixiako 1.jpg

2010-03-03T21:36:59Z

Fraggakokkinidou:

Εκτίμηση περιοχικής Δυνητικής Εξατμισοδιαπνοής με χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών

2010-03-03T21:36:24Z

Fraggakokkinidou: New page: <big>'''Περίληψη'''</big> Η μελέτη της εξατμισοδιαπνοής και η αξιοποίησή της στην εκτίμηση ενός ακραίου μετε...

<big>'''Περίληψη'''</big>

Η μελέτη της εξατμισοδιαπνοής και η αξιοποίησή της στην εκτίμηση ενός ακραίου μετεωρολογικού-υδρολογικού φαινομένου, όπως π.χ. η ξηρασία, διαδραματίζει ουσιαστικό ρόλο στην ορθολογική διαχείριση των υδατικών πόρων μιας περιοχής, και ιδιαίτερα σε μια αγροτική περιοχή, όπως η Θεσσαλία. Στόχος της συγκεκριμένης εργασίας ήταν η εκτίμηση της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής στο υδατικό διαμέρισμα της Θεσσαλίας.

Ο υπολογισμός της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής έγινε με την εμπειρική μέθοδο των Blaney- Criddle, η οποία έχει χρησιμοποιηθεί στις δυτικές ΗΠΑ, σε ξηροθερμικά κλίματα. Η χρονοσειρά που χρησιμοποιήθηκε αφορούσε θερμοκρασιακά δεδομένα από δορυφορικές εικόνες του δορυφόρου NOAA /AVHRR, για τη χρονική περίοδο από το 1981 έως και το 2001. Ο απώτερος σκοπός ήταν η δυνατότητα της χρήσης των αποτελεσμάτων της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής για την εκτίμηση της ξηρασίας στην περιοχή, με τη μέθοδο Palmer.

Μια εύχρηστη μέθοδος, όπως η Blaney- Criddle, σε συνδυασμό με την εφαρμογή σύγχρονων μεθοδολογιών (Τηλεπισκόπηση και Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών), έδωσε τη δυνατότητα μελέτης και ανάλυσης του φαινομένου τόσο χωρικά, παρουσιάζοντας τη μεταβολή του σε όλη την επιφάνεια της περιοχής μελέτης, όσο και χρονικά, κατά το πέρασμα των εικοσιένα ετών στην περιοχή. Τα αποτελέσματα της έρευνας αφορούσαν χάρτες δυνητικής εξατμισοδιαπνοής, για κάθε δεκαήμερο της χρονοσειράς των δεδομένων, και για συνολικά όλη την έκταση του υδατικού διαμερίσματος της περιοχής.

<big>'''Εισαγωγή '''</big>

Εξατμισοδιαπνοή ονομάζεται το σύνολο των πραγματικών απωλειών νερού μέσω της εξάτμισης των εδαφών και της διαπνοής της χλωρίδας. Η εξατμισοδιαπνοή από εδαφικές επιφάνειες εξαρτάται από τη διαθεσιμότητα νερού στο έδαφος και κατά συνέπεια και στους ιστούς των φυτών.

Μέσα από έρευνες, έχει υπολογιστεί ότι ένα σημαντικό ποσοστό των κατακρημνισμάτων που πέφτουν στο χερσαίο τμήμα της γης, πάνω από το 60%, χάνεται με τους μηχανισμούς της εξάτμισης και της διαπνοής. Το μεγάλο αυτό ποσοστό των υδρολογικών απωλειών εξηγεί την ιδιαίτερη σημασία των αντίστοιχων φυσικών διεργασιών στο υδατικό ισοζύγιο και ιδιαίτερα στην υδατική οικονομία μιας περιοχής. Η ακριβής εκτίμηση των συνολικών απωλειών θα επέτρεπε τον έμμεσο αλλά ακριβή υπολογισμό του διαθέσιμου υδατικού δυναμικού, δηλαδή της συνολικής απορροής σε οποιαδήποτε χρονική κλίμακα.

Η μελέτη του φαινομένου της εξατμισοδιαπνοής, θεωρείται σημαντικό για μια περιοχή όπως η Θεσσαλία, λόγω της μεγάλης αγροτικής ανάπτυξης που εμφανίζεται εκεί. Η Θεσσαλία χαρακτηρίζεται ως μια από τις μεγαλύτερες αγροτικές περιοχές της Ελλάδας, με καλλιέργειες όπως βαμβάκι, σιτηρά, ελιές, ζαχαρότευτλα και οπωροκηπευτικά, καθώς και σημαντική κτηνοτροφική παραγωγή.

<big>'''Υλικά και μέθοδοι '''</big>

Για την εφαρμογή της μεθόδου στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιήθηκαν τα παρακάτω δεδομένα:

• '''Δορυφορικές εικόνες (θερμοκρασίας από τα θερμικά κανάλια και δείκτη βλάστησης NDVI) του δορυφόρου ΝΟΑΑ. '''

Οι δορυφορικές εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν στη συγκεκριμένη εφαρμογή προέρχονται από το δορυφόρο NOAA/ AVHRR με διακριτική χωρική ικανότητα 8 x 8 Km. Τα στοιχεία αφορούσαν μέσες τιμές θερμοκρασίας δεκαημέρου για μια σειρά ετών από το 1981 έως και το 2001 για την περιοχή όλης της Ελλάδας, και τιμές του δείκτη βλάστησης NDVI για το ίδιο χρονικό διάστημα και την ίδια περιοχή.

• '''Επίγειες παρατηρήσεις θερμοκρασίας. '''

Τα επίγεια δεδομένα αφορούσαν τα θερμοκρασιακά στοιχεία των μετεωρολογικών σταθμών Λάρισας, Αγχιάλου, Αγιάς, Ζαγοράς, Τσαριτσάνης, Καλαμπάκας, Καρδίτσας, Τυρνάβου και Βόλου στη Θεσσαλία. Τα στοιχεία ήταν ωριαίες τιμές θερμοκρασίας, για όλους τους μήνες και όλα τα έτη που παρέχονταν

• '''Πίνακες τιμών φυτικού συντελεστή για κάθε είδος καλλιέργειας και ποσοστών ωρών ημέρας, από βιβλιογραφία. '''

Χρησιμοποιήθηκαν πίνακες, με τις τιμές του φυτικού συντελεστή που λαμβάνει χώρα στην εξίσωση εκτίμησης της εξατμισοδιαπνοής της μεθόδου Blaney-Criddle. Τα στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν, αφορούσαν μηνιαίες τιμές των φυτικών συντελεστών αρδευομένων καλλιεργειών, οι οποίοι διαφοροποιούνται ανάλογα το είδος του φυτού και την περιοχή καλλιέργειας του.

• ''' Πληροφοριακά στοιχεία για τα είδη των καλλιεργειών και τις χρήσεις γης της Θεσσαλίας, μέσω του Corine 2000. '''

Χρησιμοποιήθηκε, το Corine, το οποίο εμφανίζει κατηγοριοποιημένη όλη την Ελλάδα, ανάλογα με τις χρήσεις γης που έχουν καταγραφεί έως και το έτος 2000. Κάθε κατηγορία εμφανίζεται με ένα κωδικό αριθμό, που αντιστοιχεί σε συγκεκριμένη χρήση και πληροφορία. Για τη συγκεκριμένη εργασία χρησιμοποιήθηκαν οι πληροφορίες που αφορούσαν τις λεκάνες απορροής της Θεσσαλίας.

[[εικόνα:efiproptixiako_1.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 1: '''Κατηγορίες χρήσεων γης με βάση το Corine 2000

• ''' Πληροφορίες της βάσης δεδομένων του προγράμματος Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) Arc-View, για τον καθορισμό των λεκανών απορροής της Θεσσαλίας. '''
Χρησιμοποιήθηκαν πληροφορίες της βάσης δεδομένων του προγράμματος Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) Arc-Map, για τον καθορισμό των λεκανών απορροής της Θεσσαλίας. Η ψηφιοποίηση (ο διαχωρισμός) των λεκανών απορροής της Θεσσαλίας, βασίστηκε σε πληροφορίες υψομέτρου μέσα από τα GIS.

H μεθοδολογία εκτίμησης της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής, όπως αναφέρθηκε στην εισαγωγή, βασίστηκε στη μέθοδο των Blaney- Criddle (1950). Τα στάδια της μεθοδολογίας αναλύονται παρακάτω και είναι τα εξής:

• '''Προ-επεξεργασία δορυφορικών εικόνων. '''
Οι εικόνες κάθε δεκαημέρου του ιδίου έτους, ενσωματώθηκαν σε μία εικόνα για κάθε έτος, η οποία περιείχε 36 διαφορετικά επίπεδα, για τα ολοκληρωμένα έτη, όσα δηλαδή και τα δεκαήμερα. Στο τελευταίο βήμα της προεπεξεργασίας των δορυφορικών εικόνων περιλαμβάνεται η γεωμετρική διόρθωσή τους. Δηλαδή η εισαγωγή σε αυτές προβολικού συστήματος και η προσαρμογή τους στο ελληνικό γεωγραφικό σύστημα συντεταγμένων (EGSA’ 87).

• '''Καθορισμός υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας. '''
Έγινε ψηφιοποίηση των λεκανών απορροής και υποπεριοχών αυτών, με βάση εικόνα της περιοχής από παλαιότερη ερευνητική εργασία, και με τη βοήθεια των ισοϋψών της Θεσσαλίας από τη βάση δεδομένων του προγράμματος καθορίστηκαν τα όρια του υδατικού διαμερίσματος (Εικόνα 1).

[[εικόνα:efiproptixiako_2.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1: ''' Όρια υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας (13.161Km2)

• '''Εξαγωγή θερμοκρασίας επιφανείας από τις δορυφορικές εικόνες. ''
Για την μετατροπή των αρχικών τιμών των εικόνων από τα δορυφορικά κανάλια 4 και 5 σε θερμοκρασία, εφαρμόστηκαν μια σειρά εξισώσεων ώστε να μετατραπεί η θερμοκρασία που αντιστοιχεί στο 1.5m από το έδαφος σε θερμοκρασία εδάφους.

[[εικόνα:efiproptixiako_3.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 2: ''' Χάρτης θερμοκρασίας επιφανείας της περιοχής της Ελλάδας, 1ο δεκαήμερο μηνός Ιουλίου

• Επεξεργασία δορυφορικών εικόνων θερμοκρασίας.

Οι δορυφορικές εικόνες αφορούσαν, όπως αναφέρθηκε, όλο τον Ελλαδικό χώρο, για τα έτη 1981- 2001. Στη συγκεκριμένη όμως εργασία, η μελέτη αφορούσε μόνο την περιοχή της Θεσσαλίας, και κυρίως το υδατικό διαμέρισμα αυτής (τις λεκάνες απορροής της περιοχής).

Για το λόγο αυτό, μέσα από τα εργαλεία του προγράμματος επεξεργασίας εικόνων Erdas Imagine, εφαρμόστηκε τεχνική με σκοπό το διαχωρισμό του υδατικού διαμερίσματος της Θεσσαλίας, ώστε οι υπόλοιπες εφαρμογές να πραγματοποιηθούν μόνο σε αυτή την περιοχή. Ο διαχωρισμός αυτός έγινε με τη βοήθεια της εικόνας 1, η οποία μετατράπηκε σε συγκεκριμένης μορφής αρχείο, μέσα στο πρόγραμμα Erdas Imagine, και εφαρμόστηκε στις εικόνες και των 21 ετών.

• Υπολογισμός φυτικών συντελεστών και των ποσοστών ωρών ημέρας.

Η εικόνα 1 χρησιμοποιήθηκε σε συνδυασμό με τη βάση δεδομένων του Corine Hellas 2000, και προέκυψε χάρτης του υδατικού διαμερίσματος της Θεσσαλίας, το οποίο περιείχε τις χρήσεις γης που εμφανίζονται στην περιοχή. Η εφαρμογή αυτή πραγματοποιήθηκε μέσω του προγράμματος Arc Map 9.1. O χάρτης αυτός χρησιμοποιήθηκε για τον υπολογισμό του φυτικού συντελεστή k σε κάθε σημείο των λεκανών απορροής της Θεσσαλίας.

[[εικόνα:efiproptixiako_4.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 3: ''' Φυτικοί συντελεστές για το μήνα Ιανουάριο, ανάλογα με το είδος βλάστησης και τις χρήσεις γης

[[εικόνα:efiproptixiako_5.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 4: ''' Φυτικοί συντελεστές για το μήνα Ιούλιο, ανάλογα με το είδος βλάστησης και τις χρήσεις γης

[[εικόνα:efiproptixiako_6.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 5: ''' Χάρτης υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας με ενιαίο φυτικό συντελεστή k = 0,68

• Επεξεργασία επίγειων θερμοκρασιακών στοιχείων

Χρησιμοποιήθηκαν ωριαίες τιμές θερμοκρασίας αέρα για τα έτη 1995 έως και 1997, προερχόμενες από τους επίγειους μετεωρολογικούς σταθμούς της Θεσσαλίας. Έγινε υπολογισμός των μέσων τιμών θερμοκρασίας δεκαημέρου, για τα τρία έτη και για το σύνολο εννέα σταθμών. Οι τιμές των δεκαημέρων θερμοκρασίας αέρα από τους επίγειους σταθμούς, συσχετίστηκαν στη συνέχεια με τις τιμές του pixel δεκαημέρου θερμοκρασίας επιφανείας που είχαν προκύψει από τις δορυφορικές εικόνες, πάνω από τον κάθε σταθμό, με χρήση γραμμικής σχέσης παλινδρόμησης. Από το διάγραμμα της συσχέτισης επίγειων και δορυφορικών δεδομένων προέκυψε μια εξίσωση που συνδέει τις δύο μεταβλητές του σχήματος 1 και χρησιμοποιήθηκε για την αναγωγή των τιμών θερμοκρασίας εδάφους των δορυφορικών εικόνων, σε εικόνες με θερμοκρασία αέρα.

[[εικόνα:efiproptixiako_7.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 6: ''' Θέση μετεωρολογικών επίγειων σταθμών στo υδατικό διαμέρισμα της Θεσσαλίας

[[εικόνα:efiproptixiako_8.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 1: ''' Διάγραμμα συσχέτισης επίγειων δεδομένων θερμοκρασίας αέρα και δορυφορικών στοιχείων θερμοκρασίας εδάφους για το μετεωρολογικό σταθμό της Λάρισας.

• '''Υπολογισμός εξατμισοδιαπνοής. '''

Για τον υπολογισμό της εξατμισοδιαπνοής, χρησιμοποιήθηκε η σχέση 1, η οποία εκτιμά τη δυνητική εξατμισοδιαπνοή με τη μέθοδο Blaney- Criddle. Η σχέση έχει ως εξής:
ΕΤp = k * (0.46 * Tα + 8.16) * p (1)

[[εικόνα:efiproptixiako_9.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 7: ''' Χάρτης θερμοκρασίας αέρα υδατικού διαμερίσματος Θεσσαλίας.

<big>'''Αποτελέσματα - Συζήτηση'''</big>

Η συγκεκριμένη μέθοδος (Blaney- Criddle) παρουσιάστηκε ικανή να περιγράψει το φαινόμενο της εξατμισοδιαπνοής και να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής σε μια περιοχή με Μεσογειακό κλίμα. Φαίνεται καταλληλότερη για τις περιοχές αυτές, σε σχέση με τη μέχρι στιγμής ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδο του Thorthwaite. Οι ερευνητές εξάλλου, είχαν εφαρμόσει την αρχική μελέτη τους σε περιοχές των δυτικών ΗΠΑ, οι οποίες προσομοιάζουν κλιματικά με τις Μεσογειακές συνθήκες.

Επιπλέον, μπορεί να χρησιμοποιηθεί στη διαδικασία υπολογισμού της ξηρασίας σε μια περιοχή, ως παράμετρος στις εξισώσεις υδατικού ισοζυγίου, στις οποίες αναφέρονται οι δείκτες ξηρασίας (π.χ. PDSI της μεθόδου Palmer), κατά την εκτίμηση του φαινομένου αυτού.

Σημαντικό, επίσης, είναι το γεγονός ότι η εκτίμηση της δυνητικής εξατμισοδιαπνοής με αυτή τη μέθοδο, δεν παρουσιάζει ιδιαίτερη δυσκολία, διότι τα δεδομένα που χρειάζεται (θερμοκρασίες) είναι προσιτά και εύκολο να συγκεντρωθούν. Όσον αφορά τους φυτικούς συντελεστές που χρειάζονται, αυτοί είναι μεν διαθέσιμοι από πίνακες, αλλά για πιο ακριβή αποτελέσματα, θα ήταν καλό να τροποποιούνται και να μετρώνται συγκεκριμένα για την εκάστοτε υπό μελέτη περιοχή.

Ο υπολογισμός των διαφοροποιημένων φυτικών συντελεστών, με τη βοήθεια του Corine, προσέφεραν όσο το δυνατόν μεγαλύτερη λεπτομέρεια στην εκτίμηση της εξατμισοδιαπνοής, εφόσον εξαρτιόταν από το είδος της βλάστησης και των καλλιεργειών που εμφανίζονται στην περιοχή. Η χρήση ενιαίου φυτικού συντελεστή ίσο με 0,68, σύμφωνα με τη βιβλιογραφία της υδρολογίας, δε λάμβανε υπόψη την επίδραση της καλλιέργειας, ούτε όσον αφορά το είδος αυτής ούτε το στάδιο ανάπτυξης των φυτών, με αποτέλεσμα να παρουσιάζεται μια πιο ομαλοποιημένη κατάσταση στις τελικές τιμές της εξατμισοδιαπνοής σε όλη την περιοχή (στην περίπτωση αυτή η διαφορά στις τιμές της εξατμισοδιαπνοής προέρχεται από τη διακύμανση της θερμοκρασίας και μόνο).

[[εικόνα:efiproptixiako_10.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 2: ''' Σύγκριση εξατμισοδιαπνοής επίγειων και δορυφορικών δεδομένων, για το έτος 1999, στην περιοχή της Ζαγοράς, (με χρήση ενιαίου φυτικού συντελεστή k=0.68).

[[εικόνα:efiproptixiako_11.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 3: ''' Σύγκριση εξατμισοδιαπνοής δορυφορικών δεδομένων ενιαίου φυτικού συντελεστή (k = 0,68) και διαφοροποιημένου συντελεστή (k Corine), για το έτος 1999, στην περιοχή της Ζαγοράς.

Κοκκινίδου Φράγγα

2010-03-03T20:43:40Z

Fraggakokkinidou:

* [[Ανίχνευση Συμβάντων Βιομηχανικών Ατυχημάτων Στην Υπέρυθρη Περιοχή του Φάσματος]]

* [[Χωρική κατανομή δυνητικής εξατμισοδιαπνοής βασισμένη στα δορυφορικά στοιχεία του δορυφόρου NOAA/AVHRR και τα GIS]]

* [[Εκτίμηση περιοχικής Δυνητικής Εξατμισοδιαπνοής με χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών]]

* [[Χονδρική εκτίμηση καμένων εκτάσεων από τις μεγάλες πυρκαγιές της Πελοποννήσου μέσω δορυφορικών εικόνων AVHRR-18]]

* [[Χρήση Δορυφορικών Εικόνων Landsat – TM και AVHRR για τη Μελέτη του Θαλάσσιου Περιβάλλοντος]]

* [[Χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με τη χρήση δορυφορικών εικόνων χαμηλής, μέσης – υψηλής και πολύ υψηλής ευκρίνειας]]

* [[Εφαρμογή Τηλεπισκόπισης στην καταγραφή της κατανάλωσης του αρδευτικού νερού στον Κάμπο του Ν. Χανίων]]

* [[Χαρτογράφηση της σκόνης από τη Σαχάρα στην ατμόσφαιρα με τη χρήση δορυφορικών εικόνων και αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης]]

* [[Το χρονικό του Καύσωνα και της Δασικής Πυρκαγιάς Θεσσαλίας Ιουνίου 2007]]

* [[Ανάλυση και Επεξεργασία Εικόνων NOAA/ AVHRR για την Θερμική Ανίχνευση και Απεικόνιση Πλουμίων που Προκαλούνται από Βιομηχανικά Ατυχήματα]]

* [[Εφαρμογή του Δείκτη NOAA/AVHRR VCI για την Εκτίμηση της Ξηρασίας στην Περιοχή της Θεσσαλίας]]

* [[Περιοχική εκτίμηση βροχόπτωσης με την χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (Γ.Σ.Π)]]

* [[Παρακολούθηση Ξηρασίας και οι επιδράσεις στην βλάστηση]]

* [[Συνδυασμένη Χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για την Υποστήριξη της ενιαίας Διαχείρισης Υδατικών Πόρων]]

* [[Αξιολόγηση της θεματικής πληροφορίας των διαύλων του LANDSAT-5 ΤΜ για την εκτίμηση παραμέτρων των δασικών συστάδων]]

[[category:ΔΠΜΣ "Περιβάλλον & Ανάπτυξη" (Μέτσοβο)]]

Αξιολόγηση της θεματικής πληροφορίας των διαύλων του LANDSAT-5 ΤΜ για την εκτίμηση παραμέτρων των δασικών συστάδων

2010-03-03T20:39:26Z

Fraggakokkinidou:

<big>''' Περίληψη '''</big>

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση παρέχει νέες δυνατότητες και προοπτικές στους δασολόγους διαχειριστές για τον έλεγχο και την προστασία των δασικών οικοσυστημάτων. Αντικείμενο έρευνας της εργασίας αποτέλεσε η αξιολόγηση των μέσης-υψηλής ευκρίνειας δορυφορικών δεδομένων του Θεματικoύ Χαρτογράφου του LANDSAT-5 για τον υπολογισμό της πυκνότητας, της κυκλικής επιφάνειας, του ξυλώδες όγκου και της δασικής βιομάζας, ενός δασικού οικοσυστήματος υψηλού βαθμού ετερογένειας στη Βόρεια Ελλάδα. Η ψηφιακή ταξινόμηση με τη χρήση της γραμμικής διακριτικής συνάρτησης του Fisher έδωσε συνολική ακρίβεια ταξινόμησης 82%. Στα αρχικά δορυφορικά δεδομένα εφαρμόστηκαν διάφοροι πολυφασματικοί μετασχηματισμοί και τα παράγωγα συνθετικά κανάλια χρησιμοποιήθηκαν συνδυαστικά με τα αρχικά ως επεξηγηματικές μεταβλητές στα μοντέλα που αναπτύχθηκαν.

Οι παράμετροι των δασικών οικοσυστημάτων που εξετάστηκαν παρουσίασαν παρόμοιο, αλλά μικρό βαθμό συσχέτισης με τα αρχικά και συνθετικά δορυφορικά δεδομένα. Μεταξύ αυτών οι φασματικοί δίαυλοι TM4 και TM7 παρουσίασαν την υψηλότερη συσχέτιση με τις υπό εξέταση δασικές παραμέτρους. Η χρησιμοποίηση των συνθετικών δεδομένων συνετέλεσε στην αύξηση των συντελεστών συσχέτισης και βοήθησε στην ανάπτυξη στατιστικά σημαντικών μοντέλων.

<big>''' Εισαγωγή '''</big>

Η εισαγωγή της δορυφορικής τεχνολογίας σε επιχειρησιακό επίπεδο έδωσε νέες δυνατότητες στους δασολόγους για απογραφή, παρακολούθηση και διαχείριση των δασικών οικοσυστημάτων. Η επιτυχία της συνεισφοράς της δορυφορικής τηλεπισκόπησης, ως ένα σύγχρονο διαχειριστικό εργαλείο, στη δασοπονία επηρεάζεται από παράγοντες όπως είναι ο χρόνος λήψης των δεδομένων, η χωρική και φασματική διακριτική ικανότητα των δεδομένων, το είδος της καταγραφόμενης βλάστησης, η πυκνότητα, ηλικία, υγεία των συστάδων κ.λ.π.. Ως αποτέλεσμα, η χρήση των δορυφορικών δεδομένων έχει τοπική και όχι γενική αξία. Υπό συνθήκες περιβαλλοντικής ομοιομορφίας και ομοιογένειας, η τηλεπισκόπηση έχει αποδειχτεί ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση και απογραφή παραμέτρων των δασικών συστάδων. Σε αντίθεση, υπό συνθήκες ετερογένειας και υψηλής χωρικής μεταβλητότητας η συμβολή της είναι περιορισμένη.

Στα Μεσογειακού τύπου δασικά οικοσυστήματα συναντάται μεγαλύτερη ετερογένεια αναφορικά με τη σύνθεση και τη δομή τους. Αυτή η χωρική ετερογένεια είναι το αποτέλεσμα πολλών παραγόντων όπως η τοπογραφία, διαχειριστικές πρακτικές, κλιματικοί παράγοντες, κλπ. Ιστορικά, από χωρική και χρονική άποψη, η διαχείριση των Μεσογειακών δασών ήταν συχνά μεταβαλλόμενη. Υψηλό ποσοστό των δασών κατανέμονται σε μικρά τεμάχια ιδιοκτησίας τα οποία διαχειρίζονται από διαφορετικούς ιδιοκτήτες, οι οποίοι ακολουθούν διαφορετικές στρατηγικές. Τέλος, το Μεσογειακό κλίμα, με έντονη καλοκαιρινή ξηρασία, η οποία συχνά εμποδίζει την ανάπτυξη πλήρους κόμης και επιτρέπει τη δημιουργία ενός ετερογενούς υπόροφου, συμβάλει και αυτό στην προαναφερθείσα ετερογένεια.

Ερευνητικά η εργασία αυτή πραγματεύεται την αξιολόγηση των μέσης-υψηλής ευκρίνειας δορυφορικών δεδομένων του Θεματικoυ Χαρτογράφου του LANDSAT-5 για τη χαρτογράφηση των παραμέτρων των Μεσογειακών δασικών οικοσυστημάτων. Συγκεκριμένα, εξετάζεται η περίπτωση ανάπτυξης μοντέλων παλινδρόμησης για την εκτίμηση της πυκνότητας, της κυκλικής επιφάνειας, του ξυλώδες όγκου και της δασικής βιομάζας, ενός δασικού οικοσυστήματος υψηλού βαθμού ετερογένειας στη Βόρεια Ελλάδα.

<big>''' Υλικά και μέθοδοι'''</big>

Η Χερσόνησος της Κασσάνδρας αποτελεί την περιοχή μελέτης της παρούσας εργασίας. Ο κύριος κορμός της Χερσονήσου απαρτίζεται από μια βασική κορυφογραμμή, η οποία στο ύψος του χωριού Ν. Σκιώνη διχάζεται σε 2 μικρότερες. Στα τμήμα αυτό επικρατούν πολλές και απότομες χαραδρώσεις και μεγάλες εγκάρσιες κλίσεις. Η Χερσόνησος της Κασσάνδρας ανήκει στη φυτοκοινωνιολογική ένωση της Ευμεσογειακής ζώνης. Η δασική βλάστηση της περιοχής περιλαμβάνει ξηροθερμικά φρύγανα (θυμάρι, μέντα, ασφάκα), αριές, χαλέπιο πεύκη και κάποιες περιοχές με δρυ (Q.conferta .και Q.cerris).

[[εικόνα: kasandra_1.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 1:''' Δορυφορικές εικόνες της περιοχή μελέτης και κατανομή των δειγματοληπτικών επιφανειών

Τα δορυφορικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν προέρχονται από το Θεματικό Χαρτογράφο του LANDSAT-5 (Σχήμα 1), με ημερομηνία λήψης το Σεπτέμβριο του 1999. Η εικόνα αντιστοιχεί στο path 183 και row 32 της τροχιάς του δορυφόρου. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε μια δορυφορική εικόνα IKONOS με ημερομηνία λήψης τον Ιούνιο του 2000, και η οποία χρησιμοποιήθηκε κυρίως για τη γεωμετρική προσαρμογή της δορυφορικής εικόνας του LANDSAT όπως επίσης και για φωτοερμηνευτικούς σκοπούς.

Για τη δημιουργία του τρισδιάστατου μοντέλου εδάφους της περιοχής έρευνας, ψηφιοποιήθηκαν οι χωροσταθμικές καμπύλες ισοδιάστασης 20 μέτρων από αντίστοιχους τοπογραφικούς χάρτες της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού (ΓΥΣ), κλίμακας 1:5000. Το τρισδιάστατο μοντέλο εδάφους (DTM), χωρικής διακριτικής ανάλυσης 30 μέτρων προέκυψε με τη μέθοδο ψηφιδοποίησης TIN.

Συνολικά 34 δειγματοληπτικές επιφάνειες εγκαταστάθηκαν με στρωματωποιημένη τυχαία δειγματοληψία για τη μέτρηση των πρωτογενών δασικών παραμέτρων βάση των οποίων εκτιμήθηκαν και οι υπόλοιπες. Στις δειγματοληπτικές επιφάνειες μετρήθηκαν αρχικά ο αριθμός των κορμών, η στηθιαία διάμετρος και το ύψος των δένδρων και στη συνέχεια εκτιμήθηκαν ο ξυλώδης όγκος (με τη χρήση εμπειρικών εξισώσεων, καθώς δεν υπάρχουν μαζοπίνακες), η κυκλική επιφάνεια και η βιομάζα με τη χρήση αλλομετρικών εξισώσεων. Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται κάποια περιγραφικά στατιστικά μεγέθη των δασικών παραμέτρων.

[[εικόνα: kasandra_2.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 1:''' Δασικές παράμετροι που μετρήθηκαν και εκτιμήθηκαν στις δειγματοληπτικές επιφάνειες

Κατά το στάδιο της προεπεξεργασίας η δορυφορική εικόνα του LANDSAT διορθώθηκε ραδιομετρικά και γεωμετρικά. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε τοπογραφική ομαλοποίηση της εικόνας. Αξιολογήθηκαν δύο μέθοδοι: η διόρθωση του ημίτονου και η C-διόρθωση (ημι-εμπειρική μέθοδος) . Η διόρθωση του ημίτονου είναι μια αυστηρά τριγωνομετρική προσέγγιση, βασισμένη στην υπόθεση ότι τα αντικείμενα παρουσιάζουν φασματική συμπεριφορά σύμφωνα με το νόμο του Lambertian (δηλ. ομοιόμορφη αντανάκλαση τις προσπίπτουσας ακτινοβολίας προς όλες τις κατευθύνσεις), αδιαφορώντας για την επίδραση της ατμόσφαιρας.

Η ομαλοποιημένη εικόνα αξιολογήθηκε τόσο οπτικά όσο και στατιστικά, ενώ στη συνέχεια ταξινομήθηκαν η αρχική και η ομαλοποιημένη εικόνα για την επιπρόσθετη αξιολόγησή τους. Στη συνέχεια εφαρμόστηκαν διάφοροι πολυφασματικοί μετασχηματισμοί και δείκτες βλάστησης,. Τα μετασχηματισμένα συνθετικά κανάλια ενισχύουν χαρακτηριστικά που δεν είναι ευδιάκριτα στην αρχική εικόνα, διατηρούν σημαντικό ποσό της αρχικής πληροφορίας σε λιγότερες διαστάσεις, συσχετίζονται περισσότερο με ενδογενείς παράγοντες των οικοσυστημάτων και βελτιώνουν την ακρίβεια της ταξινόμησης Στη συγκεκριμένη εργασία χρησιμοποιήθηκαν οι μη τυποποιημένες κύριες συνιστώσες, η συνιστώσα Greeness του μετασχηματισμού Τasseled Cap και κάποιοι δείκτες βλάστησης (PVI, TSAVI, NDVI, RVI).

Στη συνέχεια, για την επιβλεπόμενη ταξινόμηση της ομαλοποιημένης εικόνας εφαρμόστηκαν δυο διαφορετικοί αλγόριθμοι. Ο αλγόριθμος της μεγίστης πιθανοφάνειας, και οι συντελεστές γραμμικής διακριτικής συνάρτησης του Fisher.

Τέλος δοκιμάστηκαν διάφοροι συνδυασμοί των αρχικών καναλιών της τοπογραφικά ομαλοποιημένης εικόνας καθώς και συνδυασμοί πολυφασματικών μετασχηματισμών των αρχικών διαύλων για την εκτίμηση των δασικών παραμέτρων. Επιλέχτηκε η ανάλυση της παλινδρόμησης αντί διαφόρων αλγορίθμων ταξινόμησης και δεικτών γειτνίασης διότι είναι μια τεχνική η οποία εκμεταλλεύεται το σύνολο της πληροφορίας η οποία παρέχεται από μια συνεχή μεταβλητή (όπως είναι συνήθως οι δασικές παράμετροι).

<big>''' Αποτελέσματα-Συζήτηση'''</big>

Η επιλογή των δειγματοληπτικών σημείων για την τοπογραφική ομαλοποίηση έγινε σε περιοχές που καλύπτονται από Pinus halepensis, καθώς αυτή η κατηγορία είναι η κυρίαρχη στην περιοχή μελέτης. Επίσης, δόθηκε ιδιαίτερη σημασία ώστε τα σημεία να βρίσκονται σε περιοχή με τοπογραφική μεταβλητότητα με τη κατάλληλη ζωνοποίηση της περιοχής. Τελικά επιλέχτηκαν 198 σημεία χρησιμοποιώντας τη δορυφορική εικόνα IKONOS, για τα οποία μετρήθηκαν οι ψηφιακές τιμές (DN) σε κάθε δίαυλο του θεματικού χαρτογράφου, και οι τιμές φωτεινότητας τους (cos(i)-illumination). Στη συνέχεια δημιουργήθηκαν γραμμικά μοντέλα παλινδρόμησης τα οποία παρουσιάζονται στον Πίνακα 2 ενώ προσδιορίσθηκαν οι συντελεστές c (Πίνακας 2), για κάθε δίαυλο, βάση της σταθεράς και του συντελεστή παλινδρόμησης για κάθε κανάλι.

[[εικόνα: kasandra_3.jpg|center|400px|]]
''' Πίνακας 2:''' Συντελεστές συσχέτισης μεταξύ των ψηφιακών τιμών και της φωτεινότητας πριν και μετά την τοπογραφική διόρθωση καθώς και οι υπολογισθείσες τιμές του παράγοντα c

Σε πρώτη φάση πραγματοποιήθηκε οπτική αξιολόγηση της τοπογραφικής ομαλοποίησης. Διαπιστώθηκε ότι η εφαρμογή της διόρθωσης του συνημίτονου προκάλεσε έντονη φασματική διαφοροποίηση των δεδομένων σε κορυφογραμμές και ανεπαρκή διόρθωση σε περιοχές έντονα σκιαζόμενες. Αυτό συνέβη διότι η μέθοδος θεωρεί ότι η μόνη ακτινοβολία που υπάρχει είναι η άμεση ακτινοβολία που αντανακλάται από την επιφάνεια του εδάφους. Παράλληλα, όπως παρατηρείται και από τον Πίνακα 2, ότι η διόρθωση με την ημιεμπειρική μέθοδο μείωσε πολύ αποτελεσματικότερα τις αρχικές συσχετίσεις Τέλος όπως παρατηρείται και στον Πίνακα 3, ο λόγος της διακύμανσης των ραδιομετρικών τιμών για τέσσερις αγροτικές περιοχές χωρίς βλάστηση, μετά και πριν την διόρθωση, κυμαίνεται κάτω του 0.5 για την ημιεμπειρική μέθοδο σε όλους τους διαύλους του θεματικού χαρτογράφου, το οποίο επιβεβαιώνει την αποτελεσματικότερη τοπογραφική ομαλοποίηση της εικόνας.

[[εικόνα: kasandra_4.jpg|center|400px|]]
''' Πίνακας 3:''' Επίδραση της τοπογραφικής ομαλοποίησης στις τιμές της εικόνας με την εμπειρική (γκρι κελιά) και τη μέθοδο του συνημίτονου (λευκά κελιά)

Για τον υπολογισμό του δείκτη PVI αλλά και του δείκτη TSAVI επιλέχτηκαν περιοχές στη δορυφορική εικόνα που αντιστοιχούν σε γυμνό έδαφος με διαφορετικές όμως τιμές αντανάκλασης (λόγω εδάφους). Για τις περιοχές αυτές εκτιμήθηκε η καλύτερη δυνατή γραμμή προσαρμογής (Σχήμα 2) των δεδομένων στο φασματικό χώρο που ορίζεται από τους διαύλους ΤΜ4 και ΤΜ3 (μέθοδος των ελαχίστων τετραγώνων).

[[εικόνα: kasandra_9.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 2:''' Υπολογισμός της γραμμής εδάφους, χρησιμοποιώντας περιοχές με γυμνό έδαφος

Για την αξιολόγηση των φασματικών υπογραφών χρησιμοποιήθηκαν ο στατιστικός δείκτης διακριτότητας Jeffries-Μatusitsa (J-M). Η εκτίμηση της ακρίβειας της ταξινόμησης, βασίστηκε σε 205, τυχαία επιλεγμένα σημεία, ενώ για τον προσδιορισμό της τάξης στην οποία ανήκουν, χρησιμοποιήθηκε η δορυφορική εικόνα IKONOS. Τα συνοπτικά αποτελέσματα ελέγχου της ακρίβειας ταξινόμησης παρουσιάζονται στον Πίνακα 4. Ο στατιστικός έλεγχος της σημαντικότητας πραγματοποιήθηκε με το συντελεστή συμφωνίας Kappa. Όπως παρατηρείται από τον Πίνακα 4 και τη σύγκριση της συνολικής αλλά και των άλλων μέτρων της ακρίβειας, η τοπογραφική ομαλοποίηση βελτίωσε την ακρίβεια ταξινόμησης το οποίο οφείλεται στις λιγότερες στατιστικές παραδοχές που απαιτεί η μέθοδος.

[[εικόνα: kasandra_5.jpg|center|400px|]]
''' Πίνακας 4:''' Μήτρα σημαντικότητας για την αρχική και την τοπογραφικά ομαλοποιημένη εικόνα με τη χρήση του αλγόριθμου της μέγιστης πιθανοφάνειας.και των συντελεστών του Fisher

Γενικά ο μικρός αριθμός των δειγματοληπτικών επιφανειών δεν επέτρεψε την ανάπτυξη μοντέλων με αυξημένο επίπεδο σημαντικότητας. Διαπιστώνεται ότι για την πολλαπλή γραμμική παλινδρόμηση τα καλύτερα αποτελέσματα αφορούν την κυκλική επιφάνεια, η οποία όμως αν και ιδιαίτερα για τον συνδυασμό ΤΜ2, ΤΜ3, ΤΜ4, κυμαίνεται σε επίπεδα σημαντικότητας 0.01, ο συντελεστής R2adj είναι σχετικά χαμηλός (0,242) δείχνοντας ότι μόνο 24.2% της μεταβολής των τιμών της κυκλικής επιφάνειας, μπορεί να ερμηνευτεί από τις μεταβολές των ανεξάρτητων μεταβλητών που συμμετέχουν στην εξίσωση παλινδρόμησης (Πίνακας 5).

[[εικόνα: kasandra_6.jpg|center|400px|]]
''' Πίνακας 5:''' Αποτελέσματα πολλαπλής γραμμικής παλινδρόμησης

Αναφορικά με τα μοντέλα της απλής γραμμικής παλινδρόμησης ο δίαυλος που ήταν καλύτερα συσχετισμένος από όλους τους υπόλοιπους, ήταν ο ΤΜ4. Αντίθετα περισσότερο θετικά ήταν τα αποτελέσματα για τους περισσότερους δείκτες βλάστησης και για τη δεύτερη κύρια συνιστώσα. Ιδιαίτερα για την εκτίμηση του ξυλώδους όγκου, η συσχέτιση μεταξύ του δείκτη PVI αλλά και της δεύτερης κύριας συνιστώσας, ήταν υψηλή σε επίπεδο στατιστικής σημαντικότητας 0.01 (Πίνακας 6).

[[εικόνα: kasandra_7.jpg|center|400px|]]
''' Πίνακας 6:''' Αποτελέσματα απλής γραμμικής παλινδρόμησης

<big>''' Συμπεράσματα '''</big>

Η τοπογραφική ομαλοποίηση που πραγματοποιήθηκε στη δορυφορική εικόνα LANDSAT-5, ήταν επιτυχημένη και αναγκαία, εξαιτίας του έντονου ανάγλυφου της περιοχής μελέτης. Επίσης η ταξινόμηση που πραγματοποιήθηκε με τη χρήση των συντελεστών διακριτικής συνάρτησης του Fisher, βελτίωσε τη συνολική ακρίβεια ταξινόμησης όπως διαπιστώθηκε με τα σχετικά στατιστικά μέτρα. Το γεγονός αυτό οφείλεται μάλλον στο ότι η μέθοδος αυτή της ταξινόμησης δεν προϋποθέτει, οι τάξεις τις οποίες προσπαθεί να διαχωρίσει, να ακολουθούν την κανονική κατανομή, κάτι που σπάνια άλλωστε συμβαίνει στην πραγματικότητα.

[[εικόνα: kasandra_8.jpg|center|400px|]]
''' Σχήμα 3:''' Εύρος των ψηφιακών τιμών των εικονοστοιχείων, τα οποία αντιστοιχούν σε περιοχές καλυπτόμενες από χαλέπιο πεύκη. Διακρίνονται οι μέγιστες και οι ελάχιστες τιμές, καθώς και οι μέσες τιμές

Παρά το γεγονός ότι σε κάποια μοντέλα (π.χ. κυκλική επιφάνεια), η συσχέτιση κυμάνθηκε σε ικανοποιητικά επίπεδα, ένα μεγάλο ποσό της διακύμανσης των εξαρτημένων μεταβλητών, έμεινε ανεξήγητο από τα μοντέλα της παλινδρόμησης. Όπως μπορεί να διαπιστωθεί σε όλους τους διαύλους πλην των ΤΜ4-5, το εύρος των τιμών είναι ιδιαίτερα μικρό.

Εντύπωση προκάλεσε το γεγονός, ότι ο δίαυλος ΤΜ5, δεν παρουσίασε αρνητική συσχέτιση, γεγονός όμως που ίσως εξηγείται από το στοιχείο ότι οι παράγοντες που ασκούν τη μεγαλύτερη επίδραση στις τιμές φωτεινότητας που καταγράφει ο φασματικός δίαυλος ΤΜ5, είναι οι σκιές και η περιεχόμενη στην κομοστέγη υγρασία (Horler and Ahern, 1986); ιδιαίτερα ο πρώτος παράγοντας στην περιοχή μελέτης παρουσίαζε πολύ μεγάλη μεταβλητότητα Παρόμοια προβλήματα εντοπίζονται και σε άλλες εργασίες (Danson and Curran, 1991; Trotter et al., 1997; Salvador and Pons, 1998), με διαφορετικά δασικά είδη. Επίσης το γεγονός ότι παρόμοιες ερευνητικές εργασίες που έχουν πραγματοποιηθεί σε ομοιόμορφα βόρεια δάση και σε φυτείες κωνοφόρων (Spanner et al.,1990; Ripple et al.,1991; Ardo, 1992; Duncan et al., 1993; Ekstrand, 1994; Trotter et al., 1997), είχαν μεγαλύτερους συντελεστές συσχέτισης επιβεβαιώνει την επίδραση της μέτριας χωρικής διακριτότητας σε συνδυασμό με την αυξημένη ετερογένεια.

Τέλος περιοριστικό παράγοντα για τη δημιουργία αξιόπιστων μοντέλων εκτίμησης των δασικών παραμέτρων, πιθανότατα αποτελεί και ο τρόπος που καταγράφεται η ραδιομετρική πληροφορία από τον δέκτη (Rees, 1990; Salvador and Pons, 1998), καθώς επηρεάζει το διαθέσιμο εύρος για την καταγραφή των δασικών εκτάσεων (Σχήμα 3), εκ των ψηφιακών τιμών του θεματικού χαρτογράφου (0-255).

 '''Πηγή: ''' Μαλλίνης Γ., Κούτσιας Ν., Μάκρας Α., Καρτέρης Μ. (2007). Αξιολόγηση της θεματικής πληροφορίας των διαύλων του LANDSAT-5 ΤΜ για την εκτίμηση παραμέτρων των δασικών συστάδων στη Χερσόνησο της Κασσάνδρας.

Συνδυασμένη Χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για την Υποστήριξη της ενιαίας Διαχείρισης Υδατικών Πόρων

2010-03-03T20:37:03Z

Fraggakokkinidou:

<big>''' Περίληψη '''</big>

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται η μεθοδολογία και τα αποτελέσματα του έργου REALDEMS, στα πλαίσια του οποίου παρήχθησαν ψηφιακά μοντέλα εδάφους και θεματικοί χάρτες κάλυψης γης για τις περιοχές της Κρήτης και της Λέσβου. Τα προϊόντα αυτά παρήχθησαν με χρήση δορυφορικής τεχνολογίας και συγκεκριμένα με τηλεπισκοπικά δεδομένα του ραδιομέτρου ASTER (Advance Spaceborn Thermal Emission and Reflection Radiometer), δεδομένα του παγκόσμιου συστήματος προσδιορισμού θέσης, καθώς και επιτόπιων παρατηρήσεων.

Τα ψηφιακά μοντέλα εδάφους προέκυψαν με εφαρμογή φωτογραμμετρικών μεθόδων σε στερεοζεύγη εικόνων ASTER. Η ακρίβεια των ψηφιακών μοντέλων εδάφους που παρήχθησαν είναι της τάξης των 15 – 20 m. Οι θεματικοί χάρτες κάλυψης του εδάφους παρήχθησαν με εφαρμογή μεθόδων επιβλεπόμενης ταξινόμησης σε πολυφασματικά δεδομένα ASTER. Επιτόπιες παρατηρήσεις καθόρισαν τις φασματικές υπογραφές σε δεδομένες περιοχές εκπαίδευσης για την πραγματοποίηση της επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Τα προϊόντα του έργου χρησιμοποιήθηκαν για το χαρακτηρισμό λεκανών απορροής στις παραπάνω περιοχές με χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών. Συνεπώς, αναμένεται να αποτελέσουν πολύτιμο εργαλείο για την υποστήριξη της διαχείρισης των υδάτινων πόρων στις περιοχές εφαρμογής.

<big>''' Εισαγωγή'''</big>

Η ορθολογική εκμετάλλευση και η ενιαία διαχείριση των υδατικών πόρων επιβάλλει την αντιμετώπιση του νερού συνολικά ως φυσικού πόρου και ως φυσικού αγαθού. Για το λόγο αυτό θεσπίστηκε πλαίσιο κοινοτικής δράσης στο πεδίο της πολιτικής υδάτων (Οδηγία 2000/60/EΚ). Η οδηγία αυτή καθιερώνει την διαχείριση σε επίπεδο λεκάνης απορροής ποταμού και ορίζει ότι εντός της λεκάνης θα εξασφαλίζεται έτσι η διοικητική διάρθρωση ώστε να διασφαλίζει τη συνολική διαχείριση των υδάτων που ανήκουν στο ίδιο οικολογικό και υδρογεωλογικό σύστημα.

Η δημιουργία βάσεων δεδομένων που είναι απαραίτητες για την εφαρμογή της Οδηγίας απαιτεί τη χρήση σύγχρονων τεχνικών για την εκτίμηση χωρικών κατανομών φυσικών παραμέτρων καθώς και εργαστηριακών αναλύσεων για τον εντοπισμό χημικών ουσιών σε νερό και έδαφος. Στην πρώτη κατεύθυνση έρχεται να συμβάλλει το έργο REALDEMS (REmote sensing Application for Land cover and Digital Elevation Models Service). Στόχος του έργου ήταν να εισάγει και να διαχύσει στην ελληνική επιστημονική κοινότητα τεχνογνωσία σχετική με την εφαρμογή σύγχρονων δορυφορικών τεχνικών για την παραγωγή ψηφιακών μοντέλων εδάφους (DEM: Digital Elevation Model) και θεματικών χαρτών κάλυψης γης σε τοπικό επίπεδο για την υποστήριξη τόσο του χαρακτηρισμού λεκανών απορροής, όσο και της εφαρμογής υδρολογικών μοντέλων, εφόσον για το χαρακτηρισμό, απαιτείται η γνώση της τοπογραφίας (DEM) και της κάλυψης του εδάφους (land cover), ενώ και τα δύο αυτά προϊόντα αποτελούν δεδομένα εισαγωγής για τα υδρολογικά μοντέλα.

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται η μεθοδολογία και τα αποτελέσματα του έργου REALDEMS και συγκεκριμένα τα DEM και οι θεματικοί χάρτες κάλυψης γης που δημιουργήθηκαν με βάση στερεοσκοπικά και πολυφασματικά δεδομένα του ραδιομέτρου ASTER για τις περιοχές της Κρήτης και της Λέσβου. Τα προϊόντα αυτά χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια για το χαρακτηρισμό λεκανών απορροής στις παραπάνω περιοχές με χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ).

<big>''' Υλικά και Μέθοδοι'''</big>

Για τη δημιουργία των DEM από στερεοζεύγη εικόνων ASTER χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις φωτοσταθερών σημείων στο πεδίο (GCPs: Ground Control Points) με τη βοήθεια διαφορικού GPS (Global Positioning System).

Η εξαγωγή του DEM βασίστηκε στην αρχή του υπολογισμού του υψομέτρου μέσω της στερεοσκοπικής παράλλαξης. Για τον έλεγχο αξιοπιστίας του παραγόμενου DEM χρησιμοποιήθηκαν τριγωνομετρικά σημεία. Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν το Orthoengine της PCI Geomatics (PCI, 2003) το οποίο διαθέτει φυσικό μοντέλο για το σύστημα ASTER. Το μοντέλο επιλύθηκε αριθμητικά για κάθε προβολικό κέντρο, κάθε σκηνής ASTER με τη χρήση οριακών συνθηκών που προέκυψαν από τα GCPs.

Σημαντικό τμήμα της διαδικασίας, μετά την συλλογή των GCPs ήταν η σαφής αναγνώριση του αντίστοιχου εικονοστοιχείου και ο προσδιορισμός των συντεταγμένων του. Κατά την προσθήκη των σημείων υπήρχε η δυνατότητα ταυτόχρονου υπολογισμού του μαθηματικού μοντέλου, οπότε μπορούσε να εκτιμηθεί η ποιότητα των σημείων που εισάγονταν κάθε φορά. Ο έλεγχος αυτός, πραγματοποιούνταν με βάση τα υπολειμματικά σφάλματα (residual errors). Η τεχνική αυτή αναζητεί την καλύτερη δυνατή θέση κάθε εικονοστοιχείου σε μια εικόνα, χρησιμοποιώντας όλα τα σημεία, καθώς και τα στοιχεία εσωτερικού και εξωτερικού προσανατολισμού. Το κριτήριο για την επίλυση αυτή είναι η ελαχιστοποίηση του αθροίσματος των τετραγώνων των υπολειμματικών σφαλμάτων. Όταν ο προσανατολισμός και η θέση του αισθητήρα έχουν αναγνωριστεί, η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ακριβή διόρθωση της εικόνας από γνωστές παραμορφώσεις. Με την προσθήκη νέων GCPs, επανακαθορίζεται η λύση του μαθηματικού μοντέλου με αποτέλεσμα να προκύπτουν περισσότερο ακριβή αποτελέσματα.

Στη συνέχεια, μετά τον καθορισμό των παραμέτρων του φυσικού μοντέλου για κάθε σκηνή ASTER, ο υπολογισμός της στερεοσκοπικής παράλλαξης επιτελέστηκε στο χώρο των επιπολικών εικόνων. Οι επιπολικές εικόνες είναι στερεοζεύγη εικόνων που προκύπτουν με την επαναπροβολή του αρχικού στερεοζεύγους, ώστε οι δύο εικόνες να έχουν κοινό προσανατολισμό. Σε κάποιες περιπτώσεις υπήρχαν περιοχές των εικόνων στις οποίες απέτυχε η συσχέτιση. Ως τιμή ασυσχέτιστου εικονοστοιχείου (εικονοστοιχείο για το οποίο απέτυχε η διαδικασία συσχέτισης) δόθηκε η τιμή -9999. Η αποτυχία συσχέτισης ενδεχομένως να οφειλόταν, ανάλογα με την περίπτωση, σε ατμοσφαιρικές παρεμβολές (σύννεφα), σκιές λόγω ανάγλυφου, υδάτινες μάζες (φράγματα, λίμνες), πυκνές αστικές περιοχές, λατομικές ζώνες, και στην ακτογραμμή. Για τις περιοχές αυτές το υψόμετρο στο τελικό DEM υπολογίστηκε με χωρική παρεμβολή.

Για την αξιολόγηση των παραγόμενων DEM χρησιμοποιήθηκαν τριγωνομετρικά σημεία της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού από χάρτες 1:5000, καθώς και σημεία ελέγχου που συλλέχθηκαν στο πεδίο και δεν χρησιμοποιήθηκαν ως GCPs. Η αξιολόγηση στηρίχθηκε στην σύγκριση των υψών των τριγωνομετρικών σημείων με τα ύψη των αντίστοιχων σημείων του DEM. Λόγω της μεθοδολογίας στερεοταύτισης (cross correlation) το σφάλμα ως προς το οριζόντιο επίπεδο ήταν της τάξης μεγέθους του ενός εικονοστοιχείου (15 m). Συνεπώς, για τη σύγκριση των υψών ήταν αναγκαίο εξαλειφθεί το οριζόντιο (plannimetric) σφάλμα. Αυτό πραγματοποιήθηκε με τη δημιουργία κυκλικών ζωνών επέκτασης (buffers) ακτίνας 15 m γύρω από κάθε τριγωνομετρικό σημείο. Σε κάθε ζώνη επέκτασης με τον τρόπο αυτό αντιστοιχήθηκε ένα πολύγωνο (κυκλικός δίσκος) ακτίνας 15 m. Παρήχθη ένα σύνολο ζωνών επέκτασης σε 1 - 1 αντιστοιχία με τα τριγωνομετρικά σημεία και υπολογίστηκε για καθένα η μέση τιμής του υψομέτρου των εικονοστοιχείων τα οποία περιλαμβάνονταν σε κάθε ζώνη επέκτασης. Κατόπιν, η τιμή αυτή συγκρίθηκε με την τιμή υψομέτρου του αντίστοιχου τριγωνομετρικού σημείου από το οποίο δημιουργήθηκε αρχικά το πολύγωνο ως ζώνη επέκτασης. Από τη σύγκριση αυτή προέκυψε το μέσο τετραγωνικό σφάλμα (RMSE: Root Mean Square Error) το οποίο αποτελεί μέτρο της διαφοράς των δύο πηγών υψομέτρων.

Το παραχθέν DEM κάθε επιμέρους σκηνής ASTER χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια, σε συνδυασμό με τα διαθέσιμα GCPs, για την ορθοκανονικοποίηση των εικόνων των καναλιών του ορατού, του εγγύς υπερύθρου και του υπερύθρου μικρού μήκους κύματος της σκηνής (9 φασματικά κανάλια). Οι πολυφασματικές ορθοεικόνες που δημιουργήθηκαν από τις επιμέρους σκηνές, συνενώθηκαν κατόπιν σε μωσαικό ορθοεικόνων για τις περιοχές της Κρήτρης και της Λέσβου και οι αντίστοιχοι χάρτεςκάλυψης γης παρήχθησαν με φασματική ταξινόμηση στα μωσαϊκά αυτά. Λόγω των διαφορετικών συνθηκών λήψης (π.χ θέση του ήλιου, ημερομηνία λήψης, κατάσταση ατμόσφαιρας) των επιμέρους σκηνών ASTER υπήρχαν διαφορές στα φασματικά χαρακτηριστικά τους, με συνέπεια να πραγματοποιηθεί κανονικοποίηση των φασματικών χαρακτηριστικών των εικόνων πριν τη συνένωσή τους σε μωσαϊκό.

Κατόπιν εφαρμόστηκε στα μωσαϊκά των εικόνων η μέθοδος της επιβλεπόμενης ταξινόμησης, με βάση την ικανότητα αναγνώρισης πεδίων και την a priori γνώση των στοιχείων ώστε ο αλγόριθμος ταξινόμησης να καθορίσει τα στατιστικά κριτήρια (φασματικές υπογραφές) για την ταξινόμηση των εικονοστοιχείων. Χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος της μέγιστης πιθανοφάνειας (Leica, 2002). Η επιλογή των περιοχών εκπαίδευσης για την επιβλεπόμενη ταξινόμηση έγινε με βάση τη γνώση των δεδομένων της περιοχής (π.χ. υπάρχουσα βλάστηση) και των προς εξαγωγή τάξεων και καταγραφή των σημείων στο πεδίο με τη χρήση GPS. Για τον υπολογισμό της διαχωριστικότητας (separability) τάξεων με βάση τις φασματικές υπογραφές των περιοχών εκπαίδευσης, ελήφθησαν υπόψη αφενός η διακύμανση των υπογραφών στα 9 φασματικά κανάλια του ASTER και αφετέρου τα μέσα διανύσματα των υπογραφών.

<big>''' Αποτελέσματα '''</big>

Στην Εικόνα 1 παρουσιάζεται το παραγόμενο DEM για την περιοχή της Κρήτης, ως αποτέλεσμα της συνένωσης των DEM που παρήχθησαν από τις 12 επιμέρους σκηνές ASTER. Στην ίδια εικόνα παρατίθεται επίσης μια ψευδόχρωμη κωδικοποίησή του DEM της Κρήτης με το λευκό και τα σκούρα χρώματα να αντιστοιχούν σε μεγάλα υψόμετρα. Η ακτογραμμή έχει προστεθεί και στις δύο περιπτώσεις για λόγους εποπτείας. Για το σύνολο των σκηνών ASTER της περιοχής της Κρήτης το RMSE βρέθηκε στην πλειοψηφία των περιπτώσεων κάτω των 20 m, γεγονός που αποδεικνύει την αξιοπιστία της μεθόδου παραγωγής DEM και την καταλληλότητα των τελικών προϊόντων για εφαρμογές τοπικού χαρακτήρα, όπως ο χαρακτηρισμός λεκανών απορροής. Η πολύ καλή συσχέτιση μεταξύ των υψομέτρων των δύο αυτών πηγών για την Κρήτη συνολικά παρουσιάζεται στην Εικόνα 2. Το μέγιστο υψόμετρο του παραχθέντος DEM είναι 2460 m, ο αριθμός των τριγωνομετρικών σημείων που χρησιμοποιήθηκαν για τη σύγκριση ήταν 1854 και το RMSE που υπολογίστηκε είναι 18,7 m.

[[εικόνα: realdems_1.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1:''' Αποτέλεσμα της συνένωσης των παραγόμενων DEM από κάθε σκηνή ASTER για την περιοχή της Κρήτης (πάνω). Ψευδόχρωμη κωδικοποίηση. Το λευκό και τα σκούρα χρώματα να αντιστοιχούν σε μεγάλα υψόμετρα (κάτω).

[[εικόνα: realdems_2.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 2:''' Συσχέτιση μεταξύ των υψομέτρων των τριγωνομετρικών σημείων και των υψομέτρων που προκύπτουν από το παραγόμενο DEM της Κρήτης συνολικά.

Επίσης, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3, λόγω της ομοιόμορφης κατανομής της διαφοράς των υψομέτρων μεταξύ τριγωνομετρικών και DEM σε σχέση µε το πραγματικό υψόμετρο (τριγωνομετρικά), γίνεται φανερό ότι δεν υπάρχει συστηματικό σφάλμα της μεθόδου το οποίο να εξαρτάται από το υψόμετρο.

[[εικόνα: realdems_3.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 3:''' Κατανομή της διαφοράς των υψομέτρων μεταξύ τριγωνομετρικών και DEM σε σχέση µε το πραγματικό υψόμετρο για την περιοχή της Κρήτης συνολικά

Η φασματική ταξινόμηση για την εξαγωγή της κάλυψης γης για Κρήτη και Λέσβο πραγματοποιήθηκε με χρήση των μωσαϊκών ορθοεικόνων της κάθε περιοχής. Για την περίπτωση της Λέσβου το σχήμα ταξινόμησης περιλάμβανε 10 τάξεις (υδάτινες περιοχές, αλυκές, αστικό περιβάλλον, γυμνό έδαφος, καλλιέργειες, κωνοφόρα, πλατύφυλλα, θαμνότοποι, ελαιώνες, χορτολίβαδα), αριθμός που θεωρήθηκε αντιπροσωπευτικός αφενός για την αποφυγή ασήμαντων (περισσότερων) τάξεων (με μικρή φασματική κάλυψη) και αφετέρου για την αποφυγή δημιουργίας λιγότερων τάξεων στις οποίες θα χάνονταν σημαντικό τμήμα πληροφορίας.

Στην Εικόνα 4 παρουσιάζεται ο θεματικός χάρτης κάλυψης γης για την περιοχή της Λέσβου. Στην ταξινομημένη αυτή εικόνα οι 10 τάξεις μπορούν να θεωρηθούν αντιπροσωπευτικές ως προς την ομοιογένεια για κάθε είδος που έχει καταγραφεί. Το ανατολικό τμήμα της Λέσβου καλύπτεται κυρίως από δασικές εκτάσεις και ελαιώνες, ενώ το δυτικό τμήμα έχει χαμηλή ή καθόλου βλάστηση. Το μεγαλύτερο μέρος του νησιού καλύπτεται από ελαιώνες. Σημαντική έκταση κωνοφόρου δάσους εμφανίζεται στην κεντρική νήσο, ενώ στα νότιο-ανατολικά καταλήγει σε δάσος πλατύφυλλων. Το βόρειο τμήμα της νήσου περιλαμβάνει όλα τα είδη κάλυψης σε σχετικά ίδιες εκτάσεις.

Για την εκτίμηση της ακρίβειας της ταξινόμησης χρησιμοποιήθηκε χάρτης κάλυψης γης σε κλίμακα 1:10000 που είχε παραχθεί από το Πανεπιστήμιο Αιγαίου με βάση δορυφορικές εικόνες πολύ υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας. Χρησιμοποιήθηκαν 167 τυχαία κατανεμημένα σημεία ελέγχου στην εικόνα με μοναδικό κριτήριο η κάθε κατηγορία να περιλαμβάνει τουλάχιστον 5. Για να ελαχιστοποιηθούν κατά το δυνατόν τα σφάλματα λόγω μεγάλης διαφοράς στην κλίμακα των δύο χαρτών, επιλέχθηκε κάνναβος 3x3 εικονοστοιχείων γύρω από κάθε σημείο και αναγνωρίστηκε η τάξη με την απόλυτη πλειοψηφία. Με τα στοιχεία αυτά υπολογίζεται ο πίνακας σφαλμάτων (Πίνακας 1) ο οποίος περιγράφει τις εμφανίσεις εικονοστοιχείων που ανήκουν σε κάθε τάξη από τις δύο εικόνες και υπολογίζει την ακρίβεια του χρήστη. Όπως φαίνεται από τα στοιχεία, στις έξι από τις δέκα περιπτώσεις η ακρίβεια του χρήστη είναι μικρότερη από την ακρίβεια του παραγωγού.

Η συνολική ακρίβεια της ταξινόμησης κυμάνθηκε στο 61% που κρίνεται ικανοποιητικό για το είδος των διαθέσιμων δεδομένων.

[[εικόνα: realdems_4.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 4:''' Χάρτης κάλυψης γης για την περιοχή της Λέσβου

[[εικόνα: realdems_5.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 1:''' Συγκεντρωτικός πίνακας ακρίβειας αποτελεσμάτων της ταξινόμησης.

<big>''' Συμπεράσματα'''</big>

Στην παρούσα εργασία παρουσιάστηκαν η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την δημιουργία DEM, ορθοεικόνων και θεματικών χαρτών κάλυψης γης με βάση στερεοσκοπικά και πολυφασματικά δεδομένα του ραδιομέτρου ASTER για τις περιοχές της Κρήτης και της Λέσβου, στα πλαίσια του έργου REALDEMS. Παρουσιάστηκαν επίσης κάποια από τα προϊόντα του έργου, καθώς τα αποτελέσματα της αξιολόγησής τους. Τα DEM προέκυψαν με εφαρμογή φωτογραμμετρικών μεθόδων σε στερεοζεύγη εικόνων ASTER που καλύπτουν τις περιοχές ενδιαφέροντος. Οι θεματικοί χάρτες κάλυψης γης παρήχθηκαν με εφαρμογή μεθόδων επιβλεπόμενης ταξινόμησης σε πολυφασματικά δεδομένα ASTER. Επιτόπιες παρατηρήσεις με τη βοήθεια GPS καθόρισαν τις φασματικές υπογραφές σε δεδομένες περιοχές εκπαίδευσης για την 8 πραγματοποίηση της επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Συνοπτικά, τα μέχρι στιγμής προϊόντα του έργου, για τις περιοχές της Κρήτης και της Λέσβου είναι:

• ''' DEM με ±15 - 20 m ακρίβεια σε οριζόντιο και κατακόρυφο επίπεδο. '''

• ''' Ορθοκανονικές πολυφασματικές εικόνες ASTER (9 κανάλια) με χωρική διακριτική ικανότητα 15 m και ακρίβεια ± 15 m. '''

• ''' Θεματικοί χάρτες κάλυψης γης'''

Τα προϊόντα αυτά χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια, στα πλαίσια του έργου για το χαρακτηρισμό λεκανών απορροής (κλίσεις και προσανατολισμοί των επιφανειών, όρια των λεκανών απορροής, όρια των υπολεκανών κάθε λεκάνης, υδρογραφικό δίκτυο, καμπυλότητα επιφανειών κλπ.) με εφαρμογή τεχνικών ΓΣΠ σε συγκεκριμένες περιοχές εφαρμογής σε Κρήτη και Λέσβο. Αναλυτική περιγραφή του έργου REALDEMS υπάρχει στο δικτυακό τόπο: http://www.realdems.gr.

 '''Πηγή: ''' Χρυσουλάκης Ν., Φειδάς Χ., Βελιανίτης Δ. (2007). Συνδιασμένη Χρήση Τηλεπισκόπισης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για την Υποστήριξη της Ενιαίας Διαχείρισης Υδατικών Πόρων: Το Έργο REALDEMS

Παρακολούθηση Ξηρασίας και οι επιδράσεις στην βλάστηση

2010-03-03T20:35:45Z

Fraggakokkinidou:

<big>''' Περίληψη'''</big>

Τα στοιχεία που συλλέγονται (εδώ και περίπου 30 χρόνια) από τους πολικής τροχιάς περιβαλλοντικούς δορυφόρους NOAA, χρησιμοποιούνται πλέον σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Η παρακολούθηση της βλάστησης, η μοντελοποίηση της αγροτικής παραγωγής, η παρακολούθηση και εκτίμηση της κλιματικής αλλαγής, η διαχείριση των φυσικών πόρων όπως επίσης και ο έλεγχος και εντοπισμός φαινομένων ξηρασίας εντοπίζονται και αξιολογούνται με βάση αυτά τα στοιχεία. Το εύρος των εφαρμογών οφείλεται πιθανότατα και στην ανάπτυξη του υγιούς δείκτη βλάστησης (Vegetation Health Index, VHI). Η παρούσα εργασία εξετάζει την δυνατότητα χρήσης του υγιούς δείκτη βλάστησης (VHI ) για τον εντοπισμού κρουσμάτων ξηρασίας, ώστε να ελαχιστοποιηθούν οι επιπτώσεις της στον αγροτικό τομέα.

<big>''' Εισαγωγή'''</big>

Η ξηρασία είναι χαρακτηριστικό φαινόμενο του Αμερικανικού κλίματος. Οι απώλειες της αγροτικής παραγωγής εξαιτίας της ξηρασίας υπολογίζονται στα 6 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως. Σε περιόδους ακραίας ξηρασίας δε (όπως συνέβη το 1988), οι απώλειες μπορεί να φτάσουν σε πενταπλάσια ή οχταπλάσια επίπεδα. Η παρούσα εργασία χρησιμοποιεί ένα δορυφορικό σύστημα παρατήρησης της επιφάνειας της γης βασισμένο στον δείκτη VHI. Ο δείκτης VHI προέρχεται από τις απογευματινές λήψεις του δορυφόρου NOAA/AVHRR. Στόχος της μελέτης είναι ο εντοπισμός επεισοδίων ξηρασίας μελετώντας την κατάσταση της βλάστησης αλλά και εκτίμηση των επιπτώσεων της στην αγροτική παραγωγή.

<big>''' Υλικά και Μέθοδοι'''</big>

Τα δορυφορικά στοιχεία προήλθαν από την βάση δεδομένων GAC (Global Area Coverage) και αφορά καταγραφές του δορυφόρου NOAA/AVHRR. Τα δεδομένα της βάσης GAC δημιουργούνται από την δειγματοληψία και την χαρτογράφηση της καθημερινής ανάκλασης του ΑVHRR (στο ορατό φάσμα (VIS, Ch1, 0.58-068 (µm), στο κοντινό υπέρυθρο (NIR, Ch2, 0.72-1.1 (µm) και σε δύο υπέρυθρα κανάλια (IR, Ch4, 10.3-11.3 and Ch5, 11.5-12.5 µm) σε έναν χάρτη 4 km. Οι συντελεστές ανάκλασης του VIS και του NIR αφού ομαλοποιηθούν χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή του δείκτη βλάστησης κανονικοποιημένης διαφοράς (NDVI). Στη συνέχεια η εκπομπή IR μετατρέπεται σε θερμοκρασία φωτεινότητας (brightness temperature, BT) και με χρονικό βήμα επτά ημερών αξιοποιούνται οι τιμές NDVI που εμφανίζουν τις μεγαλύτερες τιμές. Οι εβδομαδιαίες τιμές των NDVI και BT, ολόκληρης της χρονοσειράς, (1981-2007) της παρούσας μελέτης, επεξεργάστηκαν ώστε να αφαιρεθεί ο θόρυβος και να προσδιοριστεί ο εποχιακός κύκλος και η κλιματολογία της περιοχής.

[[εικόνα: kogan_1.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1:''' Οι μεγαλύτερες Ξηρασίες στις ΗΠΑ (1981-2006)

Ο VHI (vegetation health index)ο οποίος είναι αντιπροσωπευτικός της ύπαρξης υγιούς βλάστησης και χρησιμοποιείται παγκοσμίως για την παρακολούθηση και χαρτογράφηση της υδρολογικής ξηρασίας των αγροτικών λεκανών απορροής .Είναι συνδυασμός των VCI και του TCI, για την παρακολούθηση της βλάστησης, της υγρασίας και των θερμικών καταστάσεων, ώστε να προσδιοριστούν οι περιοχές οι οποίες έχουν πληγεί από το φαινόμενο της ξηρασίας, δηλαδή είναι ο συνδετικός κρίκος των δεδομένων θερμοκρασίας (TCI) και των δεδομένων κατάστασης βλάστησης (VCI), για αυτόν τον λόγο δίνει πιο αξιόπιστα αποτελέσματα, παρουσιάζοντας μια σφαιρική εικόνα της επικρατούσας κατάστασης. Για να υπολογιστεί ο δείκτης χρησιμοποιείται η εξίσωση:

'''VHI=a(VCI)+b(TCI)'''
Όπου a και b οι συντελεστές των ποσοστών συμμετοχής κάθε δείκτη για τον υπολογισμό του VHI.

'''Επιπλέον: '''

'''VCI = 100*(NDVI - NDVImin) / (NDVImax – NDVImin)'''
Όπου NDVI, NDVImax, NDVImin είναι οι ομαλοποιημένες τιμές του NDVI για μια συγκεκριμένη περιοχή.

'''TCI = 100*(BTmax - BT) / (BTmax - BTmin)'''
Όπου BT, BTmax, BTmin είναι οι ομαλοποιημένες τιμές BT

<big>''' Ξηρασία , πίεση βλάστησης και απώλειες συγκομιδών '''</big>

Τα τελευταία 15 χρόνια, ο δείκτης VHI έχει χρησιμοποιηθεί επιτυχώς για την ανίχνευση της ξηρασία-που σχετίζεται με την βλάστηση και την εκτίμηση των επιπτώσεων στην γεωργία στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής. Τα στοιχεία έδειξαν ότι η χρήση του VHI επιτρέπει την ανίχνευση φαινομένων ξηρασίας μέχρι και δύο μήνες πριν (πολύ πριν από τη συγκομιδή) σε σχέση με άλλες τεχνικές. Επιπλέον παρέχει μεγαλύτερη ακρίβεια

Η εικόνα 1 απεικονίζει τα διάφορα κρούσματα ξηρασίας στις ΗΠΑ υπολογισμένα με το δείκτη VHI. Όπως φαίνεται τα φαινόμενα ξηρασίας διαφέρουν ως επί το πλείστον ως προς την κάλυψη, το συγχρονισμό και την ένταση αν αλλά δεν αποκλείεται το γεγονός να είναι και ίδια. Παραδείγματος χάριν, τα κρούσματα ξηρασίας του 1989 και 1996, της Κεντρικής Αμερικής εμφανίστηκαν στις αρχές της άνοιξης και επηρέασαν την παραγωγή σίτου στις μεγάλες πεδιάδες (στα κεντρικά και βόρεια τμήματα) όμως το φαινόμενο υποχώρησε. Συνεπώς, η συνολική συγκομιδή δεν επηρεάσθηκε. Αντίθετα η έξαρση του φαινομένου το 2002 και 2003 ( στις Δυτικές ΗΠΑ) προκάλεσε μεγάλες πυρκαγιές με ανυπολόγιστες καταστροφές.

Η ξηρασία του 1988 θεωρείται η πιο καταστροφική των τελευταίων 30 ετών γιατί επηρέασε πολλά κράτη (από Βορρά ως Νότο) αλλά είχε επιπτώσεις στην οικονομία, το περιβάλλον, την άγρια ζωή και την υγεία. Αντίθετα η ξηρασία του 2006 επηρέασε μόνο δύο κράτη (Τέξας και Οκλαχόμα) επιφέροντας όμως το ίδιο μεγάλες καταστροφές. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του VHI, στο 55% της έκτασης της Οκλαχόμα η ξηρασία είχε ακραίες τιμές (εικόνα 2). Παρόμοια αποτελέσματα υπήρξαν και το 1996.

[[εικόνα: kogan_2.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 2:''' Αποτελέσματα VHI για τις περιοχές της Οκλαχόμα και του Τέξας

<big>''' Συμπεράσματα '''</big>

Ο νέος δείκτης υγείας βλάστησης (VHI), χαρακτηρίζει την κατάλληλη υγρασία, θερμοκρασία και γενικά όλους εκείνους τους παράγοντες που επιτρέπουν το φυτό να αναπτυχθεί σωστά. Έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία στην ανίχνευση ξηρασίας σε πρώιμο στάδιο και εκτίμηση των απωλειών της πρωτογενής παραγωγής στις Η.Π.Α. Σε αντίθεση με άλλες τεχνικές της τηλεπισκόπισης ο δείκτης VHI βασίζεται στους τρεις νόμους που διέπουν τα περισσότερα οικοσυστήματα.

Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα αυτής της μεθόδου είναι ότι χρησιμοποιεί το συνδυασμό NDVI και 10.3-11.3 του υπέρυθρου καναλιού (IR). Δοκιμές δεκαπέντε ετών έδειξαν ότι η νέα αυτή μέθοδος μπορεί να ανιχνεύσει φαινόμενα ξηρασίας 4-8 εβδομάδες νωρίτερα, σε σχέση με άλλες τεχνικές, με μεγαλύτερη ακρίβεια και μείωση κατά συνέπεια των απωλειών.

Ο δικτυακός τόπος του NOAA/NESDIS παρέχει πληθώρα στοιχείων που βοηθούν στον υπολογισμό του VHI (http://www.orbit.nesdis.noaa.gov/smcd/emb/vci/VH) και ανανεώνονται κάθε Τετάρτη από το 2008. Στο πίνακα 2 φαίνονται τα κύρια χαρακτηριστικά του κάθε προϊόντος της βάσης δεδομένων GVI-x.

[[εικόνα: kogan_3.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 1:''' Περιγραφή βασικών προϊόντων GVI-x

'''Πηγή:''' Kogan F. (2003) Monitoring Drought and its Impacts on Vegetation from Space

Περιοχική εκτίμηση βροχόπτωσης με την χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (Γ.Σ.Π)

2010-03-03T20:34:47Z

Fraggakokkinidou:

<big>''' Περίληψη '''</big>

Η εκτίμηση της βροχόπτωσης είναι καθοριστικής σημασίας για την μελέτη των υδατικών πόρων μιας περιοχής διότι θεωρείται μία από τις σημαντικότερες συνιστώσες στον υδρολογικό κύκλο. Στόχος της παρούσας έρευνας είναι η εκτίμηση της περιοχικής βροχόπτωσης καθώς επίσης και η διερεύνηση της περιοχικής έκτασης μιας καταιγίδας με αποτέλεσμα την εξαγωγή εμπειρικών σχέσεων, οι οποίες δίνουν τη δυνατότητα εύρεσης της έκτασης των καταιγιδοφόρων νεφών σε μια περιοχή και την ανακλαστικότητα πάνω από μια συγκεκριμένη περιοχή.

Η χρονοσειρά των δεδομένων που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάπτυξη της μεθοδολογίας αφορούσε στο χρονικό διάστημα τριών ετών, από 1998 έως και το 2000. Τα δεδομένα ήταν τιμές ύψους βροχής σε mm για τον μήνα Μάιο από επτά μετεωρολογικούς σταθμούς της Θεσσαλίας, καθώς και δορυφορικές εικόνες ανά μισή ώρα τόσο από την ορατή περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος όσο και από την υπέρυθρη περιοχή του δορυφόρου METEOSAT.

Ο απώτερος σκοπός ήταν η επαλήθευση της ύπαρξης υετού πάνω από τους βροχομετρικούς σταθμούς της περιοχής μελέτης και σε συγκεκριμένες ημερομηνίες, στις οποίες οι τιμές ανακλαστικότητας της ορατής περιοχής του φάσματος, έδιναν τη δυνατότητα εύρεσης της ύπαρξης βροχόπτωσης ή χαλαζόπτωσης.

<big>''' Εισαγωγή'''</big>

Τα μετεωρολογικά ραντάρ που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό της βροχόπτωσης δίνουν ικανοποιητικά αποτελέσματα, όμως παρουσιάζουν πρόβλημα όπως και τα βροχόμετρα όσον αφορά την κάλυψη εκτεταμένων χερσαίων ή θαλάσσιων περιοχών.

Τις τελευταίες δεκαετίες οι μετεωρολογικοί δορυφόροι παρέχουν κάλυψη και πληροφορίες για την βροχόπτωση. Πληροφορίες από το διάστημα που να αφορούν στις συχνές λήψεις των καιρικών φαινομένων μπορούν να δοθούν μόνο από γεωστατικούς δορυφόρους. Οι δορυφόροι αυτοί παρέχουν την δυνατότητα υπολογισμού της θερμοκρασίας με την εφαρμογή των κατάλληλων αλγορίθμων. Παράλληλα το κόστος συλλογής πληροφοριών είναι πολύ μικρότερο από αυτό των επίγειων σταθμών. Η παροχή πληροφοριών για την χωρική και ποσοτική κατανομή της βροχόπτωσης σε όλη την υδρόγειο είναι ένας από τους πρωταρχικούς στόχους των μετεωρολογικών δορυφόρων για την εξυπηρέτηση μεταξύ άλλων, μετεωρολογικών, υδρολογικών και περιβαλλοντικών μελετών (Milford & Dugdale, 1990).

<big>''' Υλικά και Μέθοδοι'''</big>

Για τη συγκεκριμένη εργασία η έρευνα έγινε για τη σειρά ετών 1998 – 2000. Αναφέρεται επίσης, ότι η έρευνα αφορά τόσο την ορατή όσο και την υπέρυθρη περιοχή του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

Στο αρχικό στάδιο συγκεντρώθηκαν μια σειρά δεδομένων (δορυφορικών εικόνων ανά μισή ώρα), που αναφέρονται στο μήνα Μάιο για τη σειρά ετών που προειπώθηκε. Χρησιμοποιείται ο μήνας Μάιος διότι θεωρείται ενδεικτικός μήνας της θερμής περιόδου κατά την οποία εμφανίζονται θερμικές καταιγίδες. Συνολικά επεξεργάστηκαν 6.138 εικόνες. Στη συνέχεια, έγινε χρήση του προγράμματος ERDAS, για την σύνθεση και ομογενοποίηση των εικόνων.

[[εικόνα: galakou_1.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1:''' Τυπική εικόνα METEOSAT της 20ης Μαΐου 1994

Τα στάδια της μεθοδολογίας είναι τα εξής:

1. '''Προ-επεξεργασία δορυφορικών εικόνων'''

Στο στάδιο αυτό περιλαμβάνεται η γεωμετρική διόρθωσή τους. Δηλαδή η εισαγωγή σε αυτές προβολικού συστήματος και η προσαρμογή τους στο ελληνικό γεωγραφικό σύστημα συντεταγμένων (EGSA’ 87).

[[εικόνα: galakou_2.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 2:''' (α) αρχική εικόνα METEOSAT και (β) γεωμετρικά διορθωμένη εικόνα.

2. '''Υπολογισμός επιφανειακής θερμοκρασίας'''

Οι εικόνες των δορυφόρων METEOSAT χαρακτηρίζονται από 28 (256) δυνατές αποχρώσεις του γκρι. Καθεμία από τις τιμές αυτές των εικονοστοιχείων (pixel) χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό της θερμοκρασίας.

[[εικόνα: galakou_3.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 3:''' Τυπική εικόνα θερμοκρασίας που προέκυψε από θερμική εικόνα METEOSAT

3. '''Επεξεργασία επίγειων δεδομένων'''

Τα στοιχεία βροχοπτώσεων λήφθηκαν από τους εξής σταθμούς: Αγχίαλος, Ζαγορά, Αγιά, Τύρναβος, Τσαριτσάνη, Καλαμπάκα, Καρδίτσα, Αταλάντη. Τα δεδομένα των σταθμών αναφέρονται σε ωριαία καταμέτρηση της βροχόπτωσης, ενώ τα δορυφορικά δεδομένα σε καταγραφή ανά μισή ώρα. Έτσι μετατράπηκαν τα τελευταία σε δεδομένα ανά μία ώρα, με την πρόσθεση των τιμών διαδοχικά και τον υπολογισμό της μέσης τιμής αυτών.

4. Υπολογισμός της ελάχιστης θερμοκρασίας κορυφής νεφών (CTT)

[[εικόνα: galakou_4.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 4:''' Περιοχή μελέτης με τους σταθμούς που χρησιμοποιήθηκαν

Αρχικά εντοπίσθηκαν οι μέρες του μήνα Μαΐου κάθε έτους για τους σταθμούς της Θεσσαλίας, κατά τις οποίες παρατηρήθηκε βροχόπτωση. Έπειτα λήφθηκε η κατώτερη τιμή της θερμοκρασίας των νεφών πάνω από τις συγκεκριμένες περιοχές. Οι μετεωρολογικοί σταθμοί θεωρούνται αντιπροσωπευτικοί των Δημοτικών Διαμερισμάτων για τα οποία υπολογίσθηκε η CTT. Οι εικόνες που χρησιμοποιήθηκαν στο στάδιο αυτό, αναφέρονται στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας.

5. '''Εμπειρική σχέση της ελάχιστης θερμοκρασίας κορυφής νεφών με την λευκαύγεια (albedo) '''

Ελήφθησαν σαράντα τυχαίες περιπτώσεις από το πλήθος των δεδομένων. Για αυτές τις περιπτώσεις και με τη χρήση διεργασιών που αναφέρθηκαν προηγουμένως, εντοπίστηκε η ελάχιστη θερμοκρασία της κορυφής των νεφών για την καθεμία αντίστοιχα, με την βοήθεια των εικόνων από την υπέρυθρη περιοχή του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Στη συνέχεια με την χρήση του προγράμματος Arc Map των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (G.I.S) βρέθηκε η λευκαύγεια για τις συγκεκριμένες περιοχές.

6. '''Εμπειρική σχέση της θερμοκρασίας κορυφής νεφών (CTT) με την περιοχική έκταση της καταιγίδας (AREA) '''

Στο στάδιο αυτό της επεξεργασίας βρέθηκε η περιοχική έκταση του νέφους στο οποίο επικρατούσε η κατώτερη θερμοκρασία και αριθμήθηκε σε pixel. Η προαναφερθείσα διαδικασία διενεργήθηκε σε σαράντα περιπτώσεις από το σύνολο των τιμών, με σκοπό την εύρεση μιας εμπειρικής σχέσης η οποία συσχετίζει την περιοχική έκταση της καταιγίδας με την ελάχιστη θερμοκρασία της κορυφής των νεφών. Στις τιμές της θερμοκρασίας που ελήφθησαν προστέθηκε ο σταθερός συντελεστής 100 με σκοπό την αποφυγή αρνητικών τιμών.

7. '''Εμπειρική σχέση της περιοχικής έκτασης της βροχής (AREA) με την λευκαύγεια (albedo) '''

Παράλληλα, διενεργήθηκε έρευνα για την αποκόμιση μίας ακόμη σχέσης η οποία όμως είναι αποτέλεσμα της συσχέτισης της περιοχικής έκτασης της βροχής με την λευκαύγεια. Η μέθοδος που ακολουθήθηκε είναι όμοια με αυτή της προηγούμενης σχέσης. Ήτοι, συγκεντρώθηκε εκ νέου πλήθος σαράντα τυχαίων περιπτώσεων, για τις οποίες υπολογίσθηκε η περιοχική έκταση της καταιγίδας σε pixel και η αντίστοιχη λευκαύγεια.

8. '''Υπολογισμός της μέγιστης ανακλαστικότητας (MXRFL) του RADAR'''

Στο τρέχον στάδιο της επεξεργασίας, χρησιμοποιήθηκε ένας εμπειρικός αλγόριθμος για τον υπολογισμό της ανακλαστικότητας του RADAR.

Τα αποτελέσματα που αναμένεται να δώσει η συγκεκριμένη εξίσωση, είναι τιμές ανακλαστικότητας μικρότερες του 40dBz. Γενικά, όσο μεγαλύτερες είναι οι τιμές της μέγιστης ανακλαστικότητας του RADAR τόσο πιο έντονη είναι και η βροχόπτωση. Για ασθενείς βροχοπτώσεις μπορούν να υπάρξουν καταγραφές της τάξης των 14 με 22dbz. Αντίθετα οι υψηλότερες τιμές MXRFL δηλώνουν την ύπαρξη χαλαζιού ή και έντονων καταιγίδων και όχι ασθενών βροχοπτώσεων.

9. '''Υπολογισμός της κορυφής της ηχώ του RADAR (ΕΤΟΡ) '''

Στο στάδιο αυτό της επεξεργασίας χρησιμοποιήθηκαν δορυφορικά δεδομένα για τον υπολογισμό της κορυφής της ηχώ του RADAR. Τα RADAR εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητική ενέργεια από ένα κεντρικό σημείο και λαμβάνουν την ανακλώμενη ενέργεια. Καθορίζεται η συχνότητα λειτουργίας του RADAR και η πηγή των των μικροκυμάτων είναι μια ειδική λυχνία που ονομάζεται ‘magnetron’. Ο δέκτης πρέπει να συντονιστεί στη συχνότητα ‘magnetron’. Το RADAR περιστρέφεται με σταθερή ταχύτητα και λαμβάνει ‘ηχούς’ της ανακλώμενης ενέργειας σε μια οθόνη που ονομάζεται ένδειξη επίπεδης θέσης. (ΡΡΙ: Plan Position Indicator). Επάνω στο ΡΡΙ του RADAR, το σχήμα, το μέγεθος και οι θέσεις των περιοχών της βροχής μεταβάλλονται συνεχώς.

10. '''Εκτίμηση βροχόπτωσης με την βοήθεια της ανακλαστικότητας (σχέση Z-R) '''
Στο στάδιο αυτό της επεξεργασίας και για τα έτη 1998-2000 λήφθηκαν οι τιμές βροχόπτωσης μεγέθους μεγαλύτερο ή και ίσο των 2,5mm. Στη συνέχεια χρησιμοποιήθηκαν οι αντίστοιχες τιμές ανακλαστικότητας, όπως αυτή προέκυψε από τη κορυφή της ηχώ του RADAR, για τις συγκεκριμένες περιπτώσεις. από συσχέτιση των παραπάνω τιμών προέκυψε η εμπειρική σχέση Z-R.

[[εικόνα: galakou_5.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 5:''' Συσχέτιση ύψους βροχόπτωσης με αντίστοιχη ανακλαστικότητα

11. '''Σύνοψη αλληλουχίας εμπειρικών εξισώσεων'''

Στο τελικό στάδιο της μεθοδολογίας παρουσιάζεται ένας συνοπτικός πίνακας όλων των εμπειρικών εξισώσεων που προέκυψαν από τα διάφορα στάδια επεξεργασίας.

[[εικόνα: galakou_6.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 1:''' Σύνοψη αλληλουχίας εξισώσεων

<big>''' Αποτελέσματα '''</big>

Στο αρχικό στάδιο της τρέχουσας διατριβής χρησιμοποιήθηκαν και επεξεργάστηκαν δορυφορικές εικόνες METEOSAT από την ορατή και υπέρυθρη περιοχή του φάσματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, με σκοπό την εξαγωγή εμπειρικών εξισώσεων με την χρήση των οποίων έγινε ο υπολογισμός συγκεκριμένων παραμέτρων. Από τις εικόνες της ορατής περιοχής συγκεντρώθηκε ένα πλήθος δεδομένων που αφορούν στην λευκαύγεια. Παράλληλα από τις εικόνες του υπέρυθρου φάσματος και με την χρήση μοντέλων εκμαιεύτηκαν πληροφορίες που σχετίζονται με την θερμοκρασία της εκάστοτε περιοχής μελέτης

[[εικόνα: galakou_7.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 6:''' Συσχέτιση μετρηθείσας και εκτιμηθείσας περιοχικής έκτασης βροχής από ελάχιστη θερμοκρασία νεφών για κλάση μεγέθους 0.8-2.5mm.

[[εικόνα: galakou_8.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 7:'''Συσχέτιση μετρηθείσας και εκτιμηθείσας περιοχικής έκτασης βροχής από την λευκαύγεια για κλάση μεγέθους 0.8-2.5mm.

Τέλος, για την παρούσα εργασία, σημειώνεται πως ο συντελεστής συσχέτισης που προέκυψε βάσει των δεδομένων της παρούσας εργασίας είναι ικανοποιητικού μεγέθους (R = 0.87). Επίσης, οι τιμές των συντελεστών a, b της εξίσωσης 2.11 είναι χαμηλές λόγω των ασθενών βροχοπτώσεων που παρουσιάστηκαν τα έτη για τα οποία έγινε η μελέτη, γεγονός που επιβεβαιώνει τη βιβλιογραφία. Όσο ασθενέστερες δηλαδή οι βροχοπτώσεις τόσο μικρότερες και οι τιμές των δύο συντελεστών. Εύλογα λοιπόν προκύπτει το συμπέρασμα πως η εμπειρική εξίσωση Z-R της εκπονηθείσας μελέτης μπορεί να χρησιμοποιηθεί με ικανοποιητική ακρίβεια τόσο για την περιοχή της Θεσσαλίας όσο και για την υπόλοιπη Ελλάδα όταν αναφερόμαστε όμως, σε ασθενείς βροχοπτώσεις και όχι σε ακραία καιρικά φαινόμενα.

''' Πηγή: Γαλάκου E. (2006) Περιοχική εκτίμηση βροχόπτωσης με την χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (Γ.Σ.Π). Αδημοσίευτη Μεταπτυχιακή διατριβή. Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας, Βόλος''' '''

Εφαρμογή του Δείκτη NOAA/AVHRR VCI για την Εκτίμηση της Ξηρασίας στην Περιοχή της Θεσσαλίας

2010-03-03T20:32:32Z

Fraggakokkinidou:

<big>'''Περίληψη'''</big>

Η ξηρασία είναι ένα από τα πιο σύνθετα φυσικά φαινόμενα με σημαντικές επιδράσεις ιδιαίτερα στις αγροτικές περιοχές. Οι δορυφορικές μετρήσεις μπορούν να συνεισφέρουν σημαντικά στην παρακολούθηση του φαινομένου. Η ξηρασία μπορεί να μελετηθεί με δορυφορικά δεδομένα NOAA/AVHRR με ικανοποιητική χωρική και χρονική ανάλυση. Ένας γενικά αποδεκτός δείκτης για την παρακολούθηση της βλάστησης είναι ο δείκτης NDVI. Μια παραλλαγή του παραπάνω δείκτη αποτελεί ο δείκτης VCI ο οποίος αποτελεί ένα χρήσιμο εργαλείο παρακολούθησης της ξηρασίας, παρέχοντας μια αξιόπιστη εκτίμηση της επίδρασης των καιρικών φαινομένων στη βλάστηση. Κύριος σκοπός της εργασίας αυτής είναι η εφαρμογή του δείκτη VCI για την παρακολούθηση του φαινομένου της ξηρασίας στην περιοχή της Θεσσαλίας.

<big>'''Εισαγωγή'''</big>

Είναι γεγονός ότι η ξηρασία είναι ένα σύνθετο φαινόμενο, που έχει διάφορες εκφράσεις και μορφές ανάλογα με την παράμετρο με την οποία εκφράζεται και ανάλογα με το κλίμα της περιοχής που αναφέρεται. Για το λόγο αυτό το κρίσιμο επίπεδο της μεταβλητής με την οποία εκφράζεται διαφέρει από περιοχή σε περιοχή. Η εμφάνιση της ξηρασίας είναι συνάρτηση πολλών παραμέτρων και διαφέρει από τις άλλες ακραίες περιβαλλοντικές καταστάσεις σε πολλά σημεία. Καταρχήν είναι δύσκολο να οριστεί η έναρξη και η λήξη ενός επεισοδίου ξηρασίας λόγο του τοπικού της χαρακτήρα. Δεύτερον, δεν μπορεί να υπάρξει ένας κοινός παγκόσμιος επιστημονικός ορισμός για την ξηρασία γιατί εξαρτάται από την κλιματολογία και την τοπογραφία που χαρακτηρίζει την κάθε περιοχή. Για αυτό το λόγο αν και το φαινόμενο είναι ευρέως γνωστό υπάρχει μια δυσκολία διατύπωσης ενός κοινού παγκόσμιου επιστημονικού ορισμού. Η απλούστερη προσέγγιση θεωρεί την ξηρασία μετεωρολογικό φαινόμενο.

Είναι σημαντικό να αναφέρουμε ότι η ξηρασία είναι ένα φαινόμενο που η ένταση, η χωρική κατανομή και γενικότερα η κλιματική της κατάσταση εξαρτώνται από φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα στην ατμόσφαιρα όπως βροχόπτωση (ποσοστό, χρονική κατανομή και ένταση), από φαινόμενα όπως εξάτμιση, εξατμισοδιαπνοή, θερμοκρασία εδάφους και ατμόσφαιρας, ένταση ηλιακής ακτινοβολίας, πίεση εξάτμισης του νερού, ταχύτητα ανέμου, τα χαρακτηριστικά του εδάφους και της φυτοκάλυψης.

Τα δορυφορικά στοιχεία που συλλέγονται από το δορυφόρο NOAA/AVHRR παρέχουν πληροφορίες για την πρόληψη και αντιμετώπιση του φαινομένου. Από εδώ εξάγεται ο ομαλοποιημένος δείκτης βλάστησης (NDVI) καθώς και ο δείκτης κατάστασης βλάστησης (VCI). Ο VCI αποτελεί ένα χρήσιμο εργαλείο για την παρακολούθηση της επίδρασης των περιβαλλοντικών συνθηκών στη βλάστηση

Στην παρούσα εργασία ελέγχεται η αξιοπιστία του δείκτη VCI, για την περιοχή της Θεσσαλίας όπου η παραγωγή βάμβακος είναι η κύρια γεωργική ασχολία. Η χρήση του VCI . Δόθηκε ιδιαίτερη σημασία σε δύο περιοχές όπου είναι καλυμμένες με βαμβάκι για τα έτη 1994-1996.

<big>'''Υλικά και Μέθοδοι''' </big>

Ο VCI είναι ένα ποσοστό των τιμών του NDVI σε μια δεδομένη χρονική στιγμή, λαμβάνοντας υπόψη το εύρος της μέγιστης τιμής του NDVI, για κάθε εικονοστοιχείο. Τα στοιχεία αφορούσαν τιμές του δείκτη NDVI για μια σειρά ετών από το 1994 έως και το 1996 για την περιοχή της Θεσσαλίας (Εικόνα 1). Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν οι ημερήσιες τιμές του δείκτη κατά την περίοδο αύξησης των φυτών (growing sesson).

[[εικόνα: ksirasia_1.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1:''' Περιοχή Μελέτης

Επομένως, για κάθε εικονοστοιχείο (για διάστημα δέκα ημερών όπου αυξάνεται το φυτό), οι τιμές NDVI ήταν στρωματοποιημένες βασισμένες στο απόλυτα ελάχιστο και μέγιστο NDVI της χρονοσειράς 1994-1996. Οι εικόνες που είχαν σύννεφα απορρίφθηκαν προκειμένου να αποφευχθούν παρερμηνείες των αποτελεσμάτων. Αυτή η διαδικασία επαναλήφθηκε για ολόκληρο το σύνολο στοιχείων και για κάθε έτος. Κατόπιν, το μέγιστο NDVI προήλθε για καθένα των τριών ετών χωριστά (από Μάρτιο μέχρι Σεπτέμβριο). Τέλος οι εικόνες φιλτραρίστηκαν για να αφαιρεθεί ο θόρυβος.

Οι φιλτραρισμένες εικόνες χρησιμοποιήθηκαν για να υπολογιστεί ο VCI, για τις περιόδους από Μάρτιο έως Σεπτέμβριο ( ενδεικτική περίοδος που συμπίπτει με την περίοδο αύξησης των φυτών) για κάθε έτος.

Το τελικό αποτέλεσμα ήταν μια σειρά εικόνων που αντιστοιχούν στα δέκα ημερών διαστήματα, όπου κάθε εικονοστοιχείο (pixel) εμπεριέχει τις τιμές του VCI κατά την περίοδο αύξησης.

<big>'''Αποτελέσματα'''</big>

Τα σχήματα 2 και 3 παρουσιάζουν τα αποτελέσματα της εφαρμογής του δείκτη VCI για τα έτη 1994-1996, για δύο περιοχές της Θεσσαλίας (Καρδίτσα και Λάρισα αντίστοιχα). Αυτές οι περιοχές επιλέγονται επειδή και στις δύο το βαμβάκι καλλιεργείται εκτενώς. Στον άξονα x εμφανίζεται το χρονικό διάστημα αύξησης των φυτών σε ημέρες.

[[εικόνα: ksirasia_2.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 2:''' Οι τιμές του VCI για την περιοχή της Καρδίτσας

[[εικόνα: ksirasia_3.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 3:''' Οι τιμές του VCI για την περιοχή της Λάρισας

Το σχήμα 2 παρουσιάζονται οι τιμές του VCI στην περιοχή της Λάρισας. Ο VCI εμφανίζει τις μεγαλύτερες τιμές στο διάστημα μεταξύ 9ης και 16ης ημέρας. Το ίδιο συμβαίνει και στην περιοχή της Καρδίτσας (εικόνα 3). Οι χαμηλότερες τιμές εμφανίζονται πριν την 9η ημέρα και συγκεκριμένα ανάμεσα στην 5η και την 6η ημέρα. Αξιοσημείωτη είναι επίσης και η διαφοροποίηση μεταξύ των ετών (1994 και 1996). Οι τιμές του VCI το 1994 εμφανίζονται γενικά υψηλότερες από αυτές του 1996, για το ίδιο χρονικό διάστημα. Αυτό πιθανώς να οφείλεται στην διαφοροποίηση των βροχοπτώσεων στα δύο έτη. Στην εικόνα 4 φαίνεται το σύνολο της βροχόπτωσης στον σταθμό της Καρδίτσας για την υπό μελέτη χρονική περίοδο.

[[εικόνα: ksirasia_4.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 4:''' Βροχόπτωση για διάστημα 10 ημερών του σταθμού της Καρδίτσας

Η βροχόπτωση το 1994 είναι σαφώς αυξημένη σε σχέση με το 1996. Οι πρώτες 10 ημέρες όμως και στα δύο έτη εμφανίζουν τα μεγαλύτερα ποσά βροχής, γεγονός που επηρεάζει και τις τιμές του VCI. Εμφανίζει τάσεις αύξησης μετά την 10η ημέρα γιατί τότε το νερό τελικά απορροφάται από το έδαφος.

Στον πίνακα 1 φαίνεται η απόκλιση της παραγωγής βαμβακιού της Καρδίτσας για το έτος 1996 σε σχέση με το μέσο όρο των ετών 1993-1997. Το 1996 μπορεί να χαρακτηριστεί ως ένα «κακό» έτος για την παραγωγή βαμβακιού και συνδέεται άμεσα με το φαινόμενο της ξηρασίας.

[[εικόνα: ksirasia_5.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 1:''' Ποσοστά απόκλισης από τον μέσο όρο παραγωγής βαμβακιού για τις περιοχές της Καρδίτσας και Λάρισας.

<big>'''Συμπεράσματα'''</big>

Η χρήση της Τηλεπισκόπισης για την αξιολόγηση της πίεσης, που προκαλείται από την ξηρασία, παρουσιάστηκε στην παρούσα μελέτη. Ο δείκτης VCI αποδεικνύεται ένα χρήσιμο εργαλείο ελέγχου περιόδων ξηρασίας με επιπτώσεις στην παραγωγή βαμβακιού. Επιπλέον ο VCI είναι ένας δείκτης που μπορεί να εντοπίσει την αρχή του φαινομένου και να ανιχνεύσει τις περιόδους που το φαινόμενο επηρεάζει την παραγωγή.

Ο VCI δείκτης βασίζεται στις δυνατότητες μιας περιοχής. Το κλίμα, ο τύπος και η ποσότητα της βλάστησης, η τοπογραφία, το έδαφος είναι μερικές από αυτές.

Η ανάλυση έχει δείξει τις δυνατότητες αξιολόγησης των διαφόρων τύπων παραγωγής μέσω της Τηλεπισκόπισης. Μια βελτίωση της παρούσας μελέτης θα ήταν ο συνδιασμός του VCI με τον TCI. Ο TCI βασίζεται στην θερμοκρασία επιφάνειας εδάφους και παρουσιάζει την απόκλιση από την μέγιστη τιμή θερμοκρασίας που εμφανίσθηκε σε χρονική περίοδο που ορίστηκε από τον ερευνητή. Με αυτόν τον τρόπο εισάγεται στην μελέτη η θερμοκρασία που αποτελεί πολύ σημαντική παράμετρο για την εκτίμηση της ξηρασίας.

''' Πηγή: ''' Domenikiotis C., Spiliotopoulos M., E. Tsiros , Dalezios N.R. (2004). Application of NOAA/AVHRR VCI for Drought Monitoring in Thessaly, Greece

Ανάλυση και Επεξεργασία Εικόνων NOAA/ AVHRR για την Θερμική Ανίχνευση και Απεικόνιση Πλουμίων που Προκαλούνται από Βιομηχανικά Ατυχήματα

2010-03-03T20:31:08Z

Fraggakokkinidou:

<big>'''Περίληψη''' </big>

Στην παρούσα εργασία επιχειρείται η θερμική ανίχνευση και απεικόνιση πλουμίων που προκαλούνται από βιομηχανικά ατυχήματα με τη βοήθεια εικόνων NOAA/AVHRR. Η μεθοδολογία που χρησιμοποιείται στηρίζεται στους αλγόριθμους "Split Window" που έχουν αναπτυχθεί για την εξαγωγή της θερμοκρασίας της επιφάνειας της γης ή των κορυφών των νεφών χρησιμοποιώντας τις καταγραφές του AVHRR στο θερμικό υπέρυθρο (κανάλια 4 και 5). Η εξάρτηση των συντελεστών απορρόφησης και εκπομπής των σωματιδίων του πλουμίου από το μήκος κύματος έχει συνέπεια την διαφορά στη θερμοκρασία ακτινοβολίας που καταγράφεται στα κανάλια 4 και 5 και προέρχεται από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στο πλούμιο. Η θερμική ανίχνευση συνεπώς πραγματοποιείται με βάση την κατανομή της διαφοράς θερμοκρασίας που καταγράφεται στα κανάλια 4 και 5 του AVHRR, αφού οι εικόνες υποστούν τις κατάλληλες γεωμετρικές και ραδιομετρικές διορθώσεις. Η θερμική απεικόνιση πραγματοποιείται με βάση τη θερμοκρασία ακτινοβολίας στο κανάλι 5 του AVHRR. Παρουσιάζεται τέλος, εφαρμογή της μεθόδου για την περίπτωση του ατυχήματος στο δεξαμενόπλοιο “Heaven” στο λιμάνι της Γένοβας στις 13 Απριλίου του 1991.

<big>'''Εισαγωγή'''</big>

Τα αιωρούμενα σωματίδια που συνθέτουν ένα πλούμιο προκαλούν σκέδαση στη μικρού μήκους κύματος ηλιακή ακτινοβολία και κατά συνέπεια μπορούν να ανιχνευτούν από δορυφορικό δέκτη ο οποίος έχει την κατάλληλη διακριτική ικανότητα. Η δορυφορική απεικόνιση ενός πλουμίου στην υπέρυθρη περιοχή του φάσματος είναι εφικτή μέσω της θερμικής ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τα αερολύματα που το αποτελούν.

Τα σωματίδια αυτά λειτουργώντας σαν πυρήνες συμπύκνωσης για τους ατμοσφαιρικούς υδρατμούς συγκεντρώνουν γύρω τους υδροσταγονίδια, με αποτέλεσμα τη χωρική επέκταση του πλουμίου. Έτσι, για να είναι διακριτό ένα πλούμιο θα πρέπει να έχει θερμοκρασιακή διαφορά από το περιβάλλον του η οποία να υπερβαίνει ένα κατώτατο όριο το οποίο εξαρτάται από την ευαισθησία του δορυφορικού ανιχνευτή. Για παράδειγμα, ένα πλούμιο για να είναι διακριτό στις εικόνες του AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) των δορυφόρων NOAA, θα πρέπει να καταλαμβάνει τουλάχιστον δύο εικονοστοιχεία. Είναι επίσης γνωστή η δυνατότητα εξαγωγής του Κανονικοποιημένου ∆είκτη Βλάστησης (Normalized Difference Vegetation Index: NDVI) (Jensen, 1986, Lillesand and Kiefer, 1987, Rao et. al, 1990, Sabins, 1996), με κατάλληλο συνδυασμό καναλιών του AVHRR. Με τη βοήθεια του NDVI είναι δυνατός ο διαχωρισμός χερσαίων από θαλάσσιες επιφάνειες, καθώς επίσης και ο διαχωρισμός των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν σε νέφη από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν σε περιοχές της επιφάνειας και παρουσιάζουν πολύ κοντινές ψηφιακές τιμές.

Στην παρούσα εργασία επιχειρείται η απεικόνιση πλουμίων που έχουν προκληθεί από βιομηχανικά ατυχήματα τα οποία έχουν ανιχνευτεί δορυφορικά (Chrysoulakis and Cartalis, 1997). Η απεικόνιση αυτή βασίζεται στο διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στα πλούμια, αφ’ ενός από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στα νέφη και αφ’ ετέρου από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στην υποκείμενη επιφάνεια. Ο διαχωρισμός γίνεται βάσει αλγορίθμου που εισάγει ειδικό φίλτρο για τα νέφη καθώς και για περιοχές της υποκείμενης επιφάνειας. Το τελικό προϊόν είναι μια ψευδόχρωμη εικόνα στην οποία παρουσιάζεται η θερμική δομή του πλουμίου με βάση τη θερμοκρασία ακτινοβολίας του στο κανάλι 5 του AVHRR.

<big>'''Δεδομένα και Μεθοδολογία'''</big>

Τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται είναι εικόνες NOAA/AVHRR υψηλής ευκρίνειας (Local Area Caverage). Για τη συγκεκριμένη εφαρμογή χρησιμοποιείται εικόνα που έχουν ληφθεί από τον δορυφόρο ΝΟΑΑ 11 στις 13 Απριλίου 1991 (12:55 UTC), ημερομηνία στην οποία εκδηλώθηκε πυρκαγιά στο δεξαμενόπλοιο Heaven στο λιμάνι της Γένοβας. Αρχικά οι εικόνες υφίστανται τις κατάλληλες γεωμετρικές διορθώσεις με βάση την πληροφορία που εμπεριέχεται στην αρχική διαμόρφωση (format Level 1-b) και κατόπιν την κατάλληλη βαθμονόμηση (calibration) ώστε οι ψηφιακές τιμές των εικονοστοιχείων της εικόνας να μετατραπούν σε τιμές θερμοκρασίας ακτινοβολίας για τα κανάλια του υπέρυθρου και σε τιμές λευκαύγειας για τα κανάλια του ορατού. Η θερμική ανίχνευση των πλουμίων πραγματοποιείται με βάση τη διαφορά θερμοκρασίας στα κανάλια 4 και 5. φού πραγματοποιηθεί η ανίχνευση των πλουμίων, γίνεται η θερμική τους απεικόνιση με βάση τη θερμοκρασία ακτινοβολίας του καναλιού 5. Όμως αρχικά είναι απαραίτητος ο διαχωρισμός του πλουμίου από τα νέφη καθώς και από την υποκείμενη επιφάνεια.

Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιείται ένας απλός αλγόριθμος που βασίζεται στο συνδυασμό των κανονικοποιημένων λόγων (5-1)/(5+1) και (2-1)/(2+1) των καναλιών 1 και 2 και 5 του AVHRR με στόχο το διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στο πλούμιο από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στα νέφη και στην επιφάνεια της γης.

Ο πρώτος κανονικοποιημένος λόγος (Chrysoulakis and Cartalis, 1998) χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό του πλουμίου από τα νέφη και για το φιλτράρισμα των νεφών χρησιμοποιεί το λόγο γραμμικού συνδυασμού των καναλιών 1 και 5:

[[εικόνα: kartal_1.jpg|center|400px|]]

Λόγω της κανονικοποίησης οι ψηφιακές τιμές στην εικόνα που προκύπτει από το λόγο αυτόν κυμαίνονται από 0 έως 1. Ανάλυση του ιστογράμματος της εικόνας αυτής οδηγεί στο συμπέρασμα ότι οι ψηφιακές τιμές των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν σε περιοχές με πυκνή νέφωση του 0,85. Η χρήση της τιμής αυτής ως κατώφλι αποτελεί φίλτρο για τα νέφη έχοντας διπλό στόχο:

''' α) τη δημιουργία μάσκας στην εικόνα για την πυκνή νέφωση''' και

''' β) το διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στο πλούμιο από εκείνα που αντιστοιχούν στα νέφη τα οποία δεν μπορούν να επηρεαστούν από τη μάσκα. '''

Ο δεύτερος λόγος είναι ο γνωστός Κανονικοποιημένος ∆είκτης Βλάστησης NDVI. Στη συγκεκριμένη περίπτωση ο NDVI χρησιμοποιείται για το διαχωρισμό του πλουμίου από την επιφάνεια της γης και για το φιλτράρισμα των υδάτινων επιφανειών.

Λόγω της κανονικοποίησης οι ψηφιακές τιμές του δείκτη βλάστησης κυμαίνονται από -1 έως 1. Ανάλυση του ιστογράμματος της εικόνας αυτής οδηγεί στο συμπέρασμα ότι οι ψηφιακές τιμές των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στο πλούμιο και στις χερσαίες περιοχές είναι θετικές ενώ οι ψηφιακές τιμές που αντιστοιχούν σε υδάτινες επιφάνειες είναι αρνητικές. Οι τιμές του NDVI που αντιστοιχούν σε εικονοστοιχεία που αντιπροσωπεύουν πυκνά νέφη δεν ενδιαφέρουν στην συγκεκριμένη περίπτωση για το λόγο ότι έχει προηγουμένως χρησιμοποιηθεί μάσκα νεφών.

Η χρήση του NDVI στη συγκεκριμένη περίπτωση έχει διπλό στόχο:

'''α) τη δημιουργία μάσκας στην εικόνα για τις υδάτινες επιφάνειες''' και

'''β) το διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στο πλούμιο από εκείνα που αντιστοιχούν στην υποκείμενη επιφάνεια'''.

<big>'''Αποτελέσματα'''</big>

Στην εικόνα 1 παρουσιάζεται το κανάλι 5 του AVHRR στις 13 Απριλίου 1991 (12:55 UTC), μετά τις γεωμετρικές διορθώσεις και τη βαθμονόμηση.

[[εικόνα: kartal_2.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1:''' AVHRR κανάλι 5, 13 Απριλίου 1991 (12:51 UTC)

Στην εικόνα 2 παρουσιάζεται η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των καναλιών 4 και 5. Εχουν ψευδοχρωματιστεί οι περιοχές εκείνες όπου η διαφορά θερμοκρασίας είναι μεγαλύτερη από 5 ° Κ. Όπως είναι φανερό η διαφορά αυτή λαμβάνει τις μέγιστες τιμές στην περιοχή του πλουμίου.

[[εικόνα: kartal_3.jpg|center|400px|]]

'''Εικόνα 2:''' Διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των καναλιών 4 και 5 του AVHRR

Στην εικόνα 3 παρουσιάζεται η θερμική απεικόνιση του πλουμίου που προκαλείται από το βιομηχανικό ατύχημα όπως προκύπτει μετά την εφαρμογή του αλγορίθμου που περιγράφεται στο διάγραμμα ροής του σχήματος 1. Το διπλό φιλτράρισμα που έχει χρησιμοποιηθεί έχει λειτουργήσει σαν μάσκα για τις υδάτινες επιφάνεις και για τα νέφη.

[[εικόνα: kartal_4.jpg|center|400px|]]

'''Εικόνα 3:''' Θερμική απεικόνιση πλουμίου με βάση τη θερμοκρασία ακτινοβολίας του καναλιού 5 του AVHRR

<big>'''Συμπεράσματα''' </big>

Η δορυφορική απεικόνιση ενός πλουμίου που προκαλείται από κάποιο βιομηχανικό ατύχημα είναι εφικτή μέσω της ακτινοβολίας που εκπέμπεται ή απορροφάται από τα αερολύματα τα οποία αποτελούν το πλούμιο. Τα σωματίδια αυτά λειτουργώντας σαν πυρήνες συμπύκνωσης για τους ατμοσφαιρικούς υδρατμούς συγκεντρώνουν γύρω τους υδροσταγονίδια προκαλώντας τη χωρική επέκταση του πλουμίου με αποτέλεσμα να είναι διακριτό στις εικόνες του AVHRR. Ο βαθμός στον οποίο ένα πλούμιο είναι διαχωρίσιμο σε μια δορυφορική εικόνα εξαρτάται από τις διαστάσεις, την οπτική του πυκνότητα και τη θερμοκρασιακή δομή του, καθώς και από την ευαισθησία του εκάστοτε δορυφορικού δέκτη. Η μέθοδος απεικόνισης που προτείνεται βασίζεται στο διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στο πλούμιο εφ’ ενός από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στα νέφη και αφ’ ετέρου από τα εικονοστοιχεία που αντιστοιχούν στην υποκείμενη επιφάνεια με χρήση κατάλληλου αλγορίθμου.

Το AVHRR έχει τη δυνατότητα εντοπισμού συμβάντων βιομηχανικών ατυχημάτων στο υπέρυθρο μέσω της διαφοράς θερμοκρασίας που εμφανίζουν τα πλούμια από τον περιβάλλοντα χώρο. Χαρακτηριστική είναι η μεγιστοποίηση της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των καναλιών 4 και 5 στην περιοχή του πλουμίου. Σε περίπτωση εντοπισμού ενός τέτοιου συμβάντος είναι δυνατή η θερμική απεικόνιση του πλουμίου με βάση τις θερμοκρασίες ακτινοβολίας του καναλιού 5. Η χρήση κατάλληλου αλγορίθμου εισάγει ειδικό φίλτρο για τα νέφη καθώς και για περιοχές της υποκείμενης επιφάνειας, παράγοντας τελικά μια ψευδόχρωμη εικόνα στην οποία το πλούμιο είναι απόλυτα διαχωρίσιμο.

'''Πηγή: ''' Χρυσουλάκης Ν., Καρτάλης Κ. (1998) Thermal Detection and Monitoring of Plumes Caused by Technological Accidents Based on NOAA/AVHRR Ιmages

Το χρονικό του Καύσωνα και της Δασικής Πυρκαγιάς Θεσσαλίας Ιουνίου 2007

2010-03-03T20:27:54Z

Fraggakokkinidou:

<big>'''Περίληψη''' </big>

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται το χρονικό του καύσωνα και της δασικής πυρκαγιάς στη Θεσσαλία, τον Ιούνιο του 2007. Αρχικά αναλύονται τα χαρακτηριστικά του καύσωνα. Αναφέρεται η συνοπτική κατάσταση που επικρατούσε κατά την διάρκεια του καύσωνα και παρουσιάζεται η συχνότητα εμφάνισης τέτοιων περιστατικών με τη χρήση καμπυλών έντασης-διάρκειας-συχνότητας (IDF, Intensity-Duration-Frequency). Έπειτα ακολουθεί η παρακολούθηση της δασικής πυρκαγιάς στην περιοχή του Πηλίου, της 27ης Ιουνίου 2007. Γίνεται έλεγχος των μετεωρολογικών παραμέτρων που επικράτησαν κατά την έναρξη της πυρκαγιάς καθώς επίσης και επιβεβαίωση της επικινδυνότητας έναρξης με τη χρήση του δείκτη Angström (Ι). Τέλος εκτιμάται η καμένη δασική έκταση της περιοχής του Πηλίου με τη χρήση δορυφορικών μεθοδολογιών και συγκεκριμένα με τη χρήση του δείκτη βλάστησης κανονικοποιημένης διαφοράς NDVΙ (Normalized Difference Vegetation Index).

<big>'''Εισαγωγή'''</big>

Ο όρος καύσωνας χρησιμοποιείται για να δηλώσει ασυνήθιστα υψηλές θερμοκρασίες. Αν και μπορεί να γίνει εύκολα κατανοητός ως όρος, επικρατεί σύγχυση μεταξύ των μετεωρολόγων για τα όρια-κατώφλια του όρου. Οι καύσωνες είναι ένα από τα πιο ιδιαίτερα είδη ασυνήθιστου και ακραίου καιρού. Χαρακτηρίζονται από υψηλότερες από τις συνηθισμένες θερμοκρασίες, χαμηλής έντασης ανέμους και γενικά καλοκαιρία. Αν και ασυνήθιστες θερμοκρασίες μπορούν να παρατηρηθούν οποιαδήποτε στιγμή του έτους και οπουδήποτε, ακραίοι καύσωνες εμφανίζονται (προφανώς) το καλοκαίρι (Bampzelis 2006).

Υψηλές θερμοκρασίες σε συνδυασμό με ξηρασία, είναι πολύ επικίνδυνες για την έναρξη και διάδοση των δασικών πυρκαγιών. Θερμοί και ξηροί άνεμοι ευνοούν την επέκταση και διάδοση αυτών. Στην Ελλάδα η έναρξη των περισσότερων πυρκαγιών σημειώνεται κατά τη διάρκεια του μεσημεριού, όπου παρουσιάζονται οι μέγιστες ημερήσιες θερμοκρασίες ενώ παράλληλα σημειώνεται η ελάχιστη σχετική υγρασία.

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται το χρονικό του καύσωνα που σημειώθηκε στα τέλη του Ιουνίου 2007 στη Θεσσαλία με αποτέλεσμα την έναρξη δασικών πυρκαγιών. Γίνεται έλεγχος της συνοπτικής κατάστασης που επικρατούσε κατά την διάρκεια του καύσωνα και παρουσιάζεται η συχνότητα εμφάνισης τέτοιων περιστατικών με τη χρήση καμπυλών έντασης-διάρκειας-συχνότητας (IDF, Intensity-Duration-Frequency) του σταθμού της Λάρισας. Ακολουθεί η παρακολούθηση της πυρκαγιάς στην περιοχή του Πηλίου της 27ης Ιουνίου του 2007. Ελέγχονται οι μετεωρολογικοί παράμετροι που επικράτησαν κατά την έναρξη της πυρκαγιάς καθώς επίσης και επιβεβαίωση της επικινδυνότητας έναρξης με τη χρήση του δείκτη Angström (Ι). Τέλος, γίνεται αποτίμηση της καμένης έκτασης με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων.

<big>'''Υλικά και Μέθοδοι''' </big>

Η βάση δεδομένων που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία αποτελείται από:

'''• Ημερήσια δεδομένα θερμοκρασίας για τον σταθμό της Λάρισας, για την περίοδο 1955-2000'''.

'''• Δεδομένα συνοπτικής κατάστασης του σταθμού της Λάρισας από 19/06/2007 έως 28/06/2007'''.

'''• Ημερήσιες δορυφορικές εικόνες ΝΟΑΑ/AVHRR του δείκτη βλάστησης κανονικοποιημένης διαφοράς (NDVI, Normalized Difference Vegetation Index)'''

Mε χωρική διακριτική ικανότητα 1x1Km, πριν την έναρξη (26/06/2007) και μετά τη λήξη (02/07/2007) της δασικής πυρκαγιάς του Πηλίου.

'''• Χάρτη των εκτάσεων που κάηκαν από την πυρκαγιά της 27ης Ιουνίου, κλίμακας 1:50000 (Πηγή: Δασαρχείο Βόλου) '''.

Με βάση τα στοιχεία του Δασαρχείου Βόλου, η συνολική έκταση που κάηκε είναι 63.696 στρέμματα και οριοθετείται στα Δημοτικά Διαμερίσματα Νεοχωρίου – Συκής – Αφετών – Καλαμακίου – Αργαλαστής – Ξινόβρυσης - Μηλεών των Δήμων Αφέτων – Αργαλαστής – Μηλεών. Ο χάρτης των εκτάσεων που κάηκαν απεικονίζεται στο σχήμα 1.

[[εικόνα: tsiros_1.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 1:''' Χάρτης αποτύπωσης καμένων εκτάσεων της πυρκαγιάς της 27-6-2007 στη περιοχή του Πηλίου (Δασαρχείο Βόλου).

Στην παρούσα μεθοδολογία ακολουθήθηκαν τα εξής βήματα:

1. '''Κατασκευή των καμπύλων IDF για τον σταθμό της Λάρισας'''
Κατασκευάστηκαν οι καμπύλες IDF με χρήση της κατανομής Gumbel, για περίοδο επανεμφάνισης 2, 5, 10, 50 και 100 έτη.

2. '''Έλεγχος της συνοπτικής κατάστασης και υπολογισμός του δείκτη Angström'''
Ο δείκτης επικινδυνότητας Angström (Ι) (Kailidis, 1990) υπολογίζεται από την εξίσωση:

[[εικόνα: tsiros_2.1.jpg|center|400px|]]
όπου T και RH είναι η θερμοκρασία και η σχετική υγρασία αντίστοιχα. Όταν το I είναι μεγαλύτερο από το 4, τότε δεν αναμένεται πυρκαγιά, και όταν το I είναι μικρότερο από το 2 τότε οι συνθήκες είναι ευνοϊκές για την έναρξη πυρκαγιάς.

3. '''Ψηφιοποίηση του χάρτη της καμένης έκτασης'''

4. '''Αποτίμηση της καμένης έκτασης με τη χρήση τηλεπισκόπισης'''
Η τηλεπισκόπηση είναι ένα χρήσιμο εργαλείο για την παροχή πληροφοριών πριν, κατά τη διάρκεια και μετά από τις δασικές πυρκαγιές. Τηλεπισκοπικά δεδομένα και τεχνικές έχουν χρησιμοποιηθεί για να ανιχνεύσουν τις ενεργές πυρκαγιές και να εξαγάγουν την έκταση της καμένης περιοχής. Οι μέθοδοι που εφαρμόζονται συνήθως είναι βασισμένες στο θερμικό σήμα που παράγεται από τις φλόγες και την καύση και στην ημερήσια ανάπτυξη της πυρκαγιάς. Η χρήση σχετικών αλγορίθμων μπορεί να βελτιώσει την ανίχνευση των ενεργών πυρκαγιών.

[[εικόνα: tsiros_3.1.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 2:''' Θεματικές εικόνες NDVI της περιοχής του Πηλίου: (α)26-6-2007 και (β) 2-7-2007

Η αποτίμηση της καμένης έκτασης έχει αποτελέσει το αντικείμενο ερευνών που εφαρμόζουν μεθοδολογίες με αλγόριθμους πολλαπλών κατωφλίων και διαφορετικούς συνδυασμούς καναλιών σε εικόνες διαφορετικής χωρικής και χρονικής διακριτικής ικανότητας. Τέτοιες τεχνικές περιλαμβάνουν τη θέση και την εκτίμηση της καμένης έκτασης με την αφαίρεση των εικόνων NOAA/AVHRR NDVI πριν και μετά από τη δασική πυρκαγιά ή τη χρησιμοποίηση των σύνθετων εικόνων μέγιστων τιμών (MVCs, Maximum Value Composites) του NDVI .
Στο σχήμα 2 απεικονίζονται δύο θεματικές εικόνες NDVI της περιοχής του Πηλίου, πριν και μετά την πυρκαγιά. Εντός του κύκλου παρουσιάζεται η μείωση στο σήμα του NDVI λόγω της καταστροφής της βλάστησης από την πυρκαγιά.

<big>'''Αποτελέσματα''' </big>

Οι συνοπτικές συνθήκες κατά τη διάρκεια του θερμού επεισοδίου απεικονίζονται στο σχήμα 3. Στην επιφάνεια η παρουσία ενός αβαθούς χαμηλού στην Αδριατική έχει σαν αποτέλεσμα τη σημαντική εξασθένηση των βορείων κατά κανόνα ανέμων που πνέουν στο Αιγαίο πέλαγος την περίοδο αυτή. Στην ανώτερη ατμόσφαιρα και συγκεκριμένα στη στάθμη των 850hPA εξαιτίας ενός αυλώνα στην κεντρική Μεσόγειο επικρατεί δυτικό βορειοδυτικό ρεύμα πάνω από την Ελλάδα. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη μεταφορά θερμών αερίων μαζών από τη βόρειο Αφρική προς την Ιταλία και την Ελλάδα. Στις συγκεκριμένες συνοπτικές συνθήκες έχει μελετηθεί ότι οφείλεται η εμφάνιση πολύ υψηλών θερμοκρασιών στη χώρα μας. Επιπρόσθετα, οι συνθήκες αυτές ευνοούν την εμφάνιση ξηρού και θερμού καταβατικού ανέμου δυτικής, βορειοδυτικής διεύθυνσης πάνω από τη Θεσσαλία κατά τις θερμές ώρες της ημέρας που ανεβάζει τη θερμοκρασία στα επίπεδα των 43-44οC.
Από τη μελέτη των στοιχείων του σταθμού της Λάρισας προκύπτει ότι συνολικά για δέκα συνεχόμενες ημέρες σημειώθηκαν μέγιστες θερμοκρασίες πάνω από 35οC, γεγονός που δεν έχει παρατηρηθεί ξανά την περίοδο 1955-2000. Κατά το δεκαήμερο αυτό σημειώθηκαν αθροιστικά 51,4οC βαθμοί θερμοκρασίας πάνω από τους 35οC γεγονός που σύμφωνα με το διάγραμμα Έντασης - Διάρκειας - Συχνότητας (σχήμα 4) για το σταθμό της Λάρισας κατατάσσει το θερμό αυτό επεισόδιο με περίοδο επανεμφάνισης τα 100 έτη.

[[εικόνα: tsiros_4.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 3:''' Συνοπτικές συνθήκες στις 27/06/2007, κατά την ημέρα εκδήλωσης της πυρκαγιάς.

[[εικόνα: tsiros_5.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 4:''' Διάγραμμα Έντασης - Διάρκειας - Συχνότητας Αθροιστικών θερμοκρασιών πάνω από 35˚C για το σταθμό της Λάρισας.

Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται μετεωρολογικοί παράμετροι του δεκαημέρου διάρκειας του θερμού επεισοδίου. Επιπρόσθετα υπολογίστηκε για κάθε ημέρα ο δείκτης επικινδυνότητας Angström, ως ένδειξη πιθανότητας έναρξης πυρκαγιάς. Παρατηρείται ότι την ημέρα έναρξης οι υψηλές θερμοκρασίες και η χαμηλή σχετική υγρασία που σημειώθηκαν, προστιθέμενες στις ήδη θερμές και ξηρές συνθήκες των προηγουμένων ημερών, συνετέλεσαν στην έναρξη της πυρκαγιάς. Επίσης, η 27η είναι η μέρα που σημειώθηκαν τόσο η χαμηλότερη μέση ημερήσια τιμή σχετικής υγρασίας, όσο και η χαμηλότερη τιμή του δείκτη Angström.

[[εικόνα: tsiros_6.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 1:''' Ημερήσιες τιμές μετεωρολογικών παραμέτρων και του δείκτη Angström στο σταθμό της Λάρισας κατά τη διάρκεια του θερμού επεισοδίου.

Για την αποτίμηση της καμένης έκτασης χρησιμοποιήθηκε η διαφορά στις τιμές του NDVI. Για τον έλεγχο της ακρίβειας των αποτελεσμάτων ως προς τη χωρική τους επέκταση χρησιμοποιήθηκαν τα επίσημα στοιχεία της απόφασης του Δασαρχείου Βόλου. Ο χάρτης μετατράπηκε σε ψηφιακή μορφή, διορθώθηκε γεωμετρικά και γεωαναφέρθηκε στο σύστημα συντεταγμένων ΕΓΣΑ ’87. Έπειτα ψηφιοποιήθηκε με τη χρήση του λογισμικού Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών ArcGIS 9.1. Δύο πολύγωνα δημιουργήθηκαν κατά την ψηφιοποίηση. Ένα που απεικονίζει τα όρια της καμένης έκτασης και ένα της περιοχής που δεν επηρεάστηκε από τη πυρκαγιά.
Δύο δορυφορικές εικόνες χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό του NDVI. Η πρώτη ελήφθη πριν από την έναρξη της πυρκαγιάς, στις 26 Ιουνίου, και η δεύτερη μετά το πέρας της, στις 2 Ιουλίου. Μία τρίτη εικόνα προέκυψε από την αφαίρεση του NDVI της δεύτερης από την πρώτη. Με αυτό τον τρόπο στη νέα εικόνα θετικές τιμές υποδηλώνουν πτώση των τιμών του NDVI και άρα μείωση του ποσού της βλάστησης, ενώ αρνητικές τιμές φανερώνουν άνοδο των τιμών του δείκτη και άρα αύξηση της βλάστησης. Η πτώση στις τιμές του NDVI εξαρτάται από το ποσό της καμένης έκτασης ανά εικονοστοιχείο, την πυκνότητα και το είδος της βλάστησης. Πρέπει να αναφερθεί ότι μικρές διαφορές μεταξύ των δύο εικόνων είναι αναμενόμενες λόγω της αλλαγής των ατμοσφαιρικών συνθηκών και της κλίσης τροχιάς του δορυφόρου κατά τη λήψη, καθώς και λόγω των ατμοσφαιρικών διορθώσεων. Οι διαφορές αυτές μπορεί να ανέρχονται έως 10-12% της κλίμακας απεικόνισης. Τέλος, στην περίπτωση της ύπαρξης νεφών κατά την αφαίρεση των δύο εικόνων δόθηκε η τιμή μηδέν προς την αποφυγή σφαλμάτων και παρερμηνειών.

Στην συνέχεια, με τη χρήση αυτής της εικόνας διαφοράς δημιουργήθηκε ο θεματικός χάρτης καμένης έκτασης της περιοχής του Πηλίου (σχήμα 5). Ως κατώφλι για τον χαρακτηρισμό ενός εικονοστοιχείου ως «καμένη έκταση» επιλέχθηκε η τιμή 50. Η τιμή προήλθε βάση του ιστογράμματος και των στατιστικών στοιχείων της εικόνας. Επίσης, αφού οι αρχικές εικόνας είχαν τιμές σε κλίμακα του γκρι (0-255), διαφορές έως και 30 μονάδες (12% της κλίμακας), είτε θετικές είτε αρνητικές απορρίφθηκαν. Έτσι, εικονοστοιχεία με διαφορά στο σήμα του NDVI μεγαλύτερη από 50 χαρακτηρίστηκαν ως «έκταση που κάηκε» και όλα τα υπόλοιπα ως «έκταση που δεν κάηκε». Στο σχήμα 5 απεικονίζεται η καμένη έκταση όπως υπολογίστηκε με τη χρήση δεδομένων ΝΟΑΑ/AVHRR. Επίσης, δίνεται και πίνακας των τιμών των εικονοστοιχείων για την πληγείσα περιοχή. Τα εικονοστοιχεία που αντιπροσωπεύουν την καμένη έκταση είναι 63 και αντιστοιχούν σε 63.000 στρέμματα, έναντι 63.696 στρεμμάτων που αποτιμήθηκαν από το Δασαρχείο Βόλου (1,10% ποσοστιαία απόκλιση). Για τον έλεγχο της χωρικής κάλυψης έχει παρατεθεί ο ψηφιοποιημένος χάρτης του Δασαρχείου ο οποίος συμβολίζεται με τη μαύρη γραμμή (σχήμα 5). Η χωρική ακρίβεια είναι αρκετά καλή. Παρουσιάζονται μικρές διαφορές που πιθανόν οφείλονται στη μικρή χωρική διακριτική ικανότητα των δορυφορικών εικόνων (1x1 Km).

[[εικόνα: tsiros_7.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 5:''' Θεματικός χάρτης καμένης έκτασης της περιοχής του Πηλίου από δεδομένα NDVI NOAA/AVHRR. Ο Πίνακας αντιπροσωπεύει τις τιμές των εικονοστοιχείων. Με τη μαύρη γραμμή συμβολίζεται ο ψηφιοποιημένος χάρτης του Δασαρχείου.

<big>'''Συμπεράσματα'''</big>

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται τα χαρακτηριστικά του καύσωνα και της δασικής πυρκαγιάς στη Θεσσαλία, τον Ιούνιο του 2007. Όσον αφορά το θερμό επεισόδιο η σπανιότητα του επισημαίνεται με τη χρήση των καμπύλων IDF. Σε περιόδους καύσωνα, οι υψηλές θερμοκρασίες σε συνδυασμό με την έλλειψη υγρασίας ευνοούν την έναρξη και τη διάδοση των δασικών πυρκαγιών. Ο έλεγχος των μετεωρολογικών παραμέτρων τονίζει τη σημασία των μετεωρολογικών συνθηκών στην εκτίμηση επικινδυνότητας για την έναρξη πυρκαγιάς.

Συχνά, οι καμένες περιοχές πρέπει να εκτιμηθούν κοντά στον πραγματικό χρόνο εκδήλωσης της πυρκαγιάς. Με τον όρο να εκτιμηθούν εννοείται η χαρτογράφηση της καμένης έκτασης και ο υπολογισμός των ζημιών. Σε αυτήν την εργασία, η απότομη αλλαγή στο σήμα του NDVI πριν και μετά από την πυρκαγιά αποτέλεσε τη βάση για τον υπολογισμό της καμένης έκτασης στη περιοχή του Πηλίου. Η χρήση αυτής της διαφοράς τελικά αποδείχθηκε ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο για τη χαρτογράφηση των πληγέντων περιοχών. Όπως προαναφέρθηκε η πτώση στις τιμές του NDVI εξαρτάται από το ποσό της καμένης έκτασης ανά εικονοστοιχείο, την πυκνότητα και το είδος της βλάστησης. Συγκρίνοντας την υπολογισμένη έκταση με το χάρτη αναφοράς, διαπιστώνεται ότι η εκτίμηση της καμένης έκτασης με τη χρήση δορυφορικών δεδομένων NOAA/AVHRR είναι ένας γρήγορος και αποδοτικός τρόπος για την ανίχνευση των πληγέντων περιοχών. Τέλος, τα δεδομένα τύπου NOAA/AVHRR εξαιτίας της χαμηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας δεν μπορούν να προσδιορίσουν ευκρινώς τις χωρικές διακυμάνσεις. Για τον ίδιο λόγο, οι παραγόμενοι χάρτες έχουν αυτή την «τετραγωνισμένη» απεικόνιση. Παρόλα αυτά δεν παύουν να αποτελούν δεδομένα που χωρίς κόστος μπορούν να οδηγήσουν σε αξιόπιστα και ακριβή αποτελέσματα. Η χρήση δεδομένων με υψηλή χωρική ανάλυση (π.χ. δεδομένα τύπου ASTER, SPOT, IKONOS) θα οδηγήσουν σε καλύτερο προσδιορισμό των χωρικών διακυμάνσεων.

'''Πηγή: ''' Τσίρος Ε., Μπαμπζέλης Δ., Δομενηκιότης Χ., Δαλέζιος Ν.Ρ. ΤΟ ΧΡΟΝΙΚΟ ΤΟΥ ΚΑΥΣΩΝΑ ΚΑΙ ΤΗΣ ΔΑΣΙΚΗΣ ΠΥΡΚΑΓΙΑΣ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΙΟΥΝΙΟΥ 2007

Χαρτογράφηση της σκόνης από τη Σαχάρα στην ατμόσφαιρα με τη χρήση δορυφορικών εικόνων και αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης

2010-03-03T20:18:43Z

Fraggakokkinidou:

<big>'''Περίληψη''' </big>

Ένα φαινόμενο που επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό τον Ευρωπαϊκό χώρο καθώς και χώρους πέραν του Ατλαντικού είναι η μετακίνηση μέσω της ατμόσφαιρας ποσότητας σκόνης από την Έρημο Σαχάρα. Η επιρροή της σκόνης αυτής πέραν του περιορισμού της ορατότητας στην ατμόσφαιρα και την επιρροή των καιρικών φαινομένων δημιουργεί επίσης προβλήματα υγείας σχετικά με το αναπνευστικό σύστημα καθώς επίσης επηρεάζει εδώ και χιλιάδες χρόνια τη δομή των εδαφών στον Ευρωπαϊκό χώρο. Η πιο σημαντική όμως επιρροή της σκόνης από τη Σαχάρα είναι η επιβάρυνση της ατμόσφαιρας των χωρών της Νότιας Ευρώπης σε τέτοιο βαθμό ώστε να ξεπερνούν τα όρια που έχουν τεθεί από την Ευρωπαϊκή Ένωση για συγκεντρώσεις σωματιδίων. Μάλιστα για την Ελλάδα τα 2/3 των υπερβάσεων των ορίων αυτών οφείλονται στη σκόνη από τη Σαχάρα.

Το Εργαστήριο Τηλεπισκόπησης και ΣΓΠ του Πανεπιστημίου Αιγαίου σε συνεργασία με την Ομάδα Ατμοσφαιρικών μοντέλων και Πρόγνωσης Καιρού του Πανεπιστημίου Αθηνών, έχουν κάνει μια πρωτοποριακή έρευνα στην ανίχνευση της σκόνης από την Έρημο Σαχάρα χρησιμοποιώντας δορυφορικές εικόνες του δορυφόρου της ΝΟΑΑ AVHRR και αναπτύσσοντας αριθμητικά μοντέλα πρόγνωσης.

Έμφαση δίνεται στις τηλεπισκοπικές μεθόδους που ξεκινούν από μια απλή ενίσχυση της εικόνας μέχρι τη χρήση αριθμητικών μοντέλων μεταφοράς ακτινοβολίας μέσω της ατμόσφαιρας και εκτίμηση της οπτικής πυκνότητας με μοντέλα όπως είναι ο κώδικας 6S. Η χαρτογράφηση της σκόνης βρίσκεται σε ένα γενικότερο ερευνητικό πεδίο που ασχολείται με τη χαρτογράφηση των αεροζόλ στην ατμόσφαιρα. Για το λόγο αυτό μετρήσεις οπτικής πυκνότητας των αεροζόλ από σταθμούς του συστήματος Aeronet συγκρίνονται με αποτελέσματα της ανάλυσης δορυφορικών εικόνων.

<big>'''Εισαγωγή'''</big>

Οι διάφοροι τύποι σωματιδίων αεροζόλ έχουν επιπτώσεις στη μεσογειακή ατμόσφαιρα. Η έρημος της Σαχάρας θεωρείται ως μια σημαντική πηγή φυσικής παραγωγής σκόνης από σωματίδια ορυκτών. Η ατμοσφαιρική μεταφορά εδαφικής σκόνης από την Αφρική δημιουργεί τις έντονες αιχμές συγκέντρωσης αεροζόλ, επηρεάζει σημαντικά τη βιοχημεία ιχνοστοιχείων στον ωκεανό και διαδραματίζουν έναν σημαντικό ρόλο στο pH των σχετικών εφαρμογών.

Η παρούσα εργασία χρησιμοποιεί τέσσερις εικόνες HRPT του αισθητήρα NOAA-14 AVHRR, οι οποίες λήφθηκαν από το σταθμό SMARTechTM του Πανεπιστημίου Αιγαίου στις 19, 20, 21 και 22 Απριλίου το 1997. Η περιοχή που καλύπτεται από τις εικόνες αυτές ξεκινά από το Γιβραλτάρ και επεκτείνεται μέχρι την Κασπία θάλασσα, καλύπτει επίσης μέρος της βόρειας Αφρικής. Κάθε εικόνα έχει ένα πλάτος 2048 εικονοστοιχείων, ή, περίπου 2253 χλμ. Επίσης επιλέχτηκε ένα σετ 10 εικόνων των δεκτών ΝΟΑΑ-16 και ΝΟΑΑ-17 της περιόδου 15-30 Ιουνίου 2003 και έγινε επεξεργασία με τον κώδικα 6S και τα αποτελέσματα για την μέτρηση της οπτικής πυκνότητας είναι συγκρίσιμα με αυτά του δικτύου AERONET.

<big>'''Υλικά και Μέθοδοι''' </big>

Τα βήματα που απαιτούνται προκειμένου να γίνει επεξεργασία των εικόνων NOAA-AVHRR για την παραγωγή και δημιουργία χαρτών σκόνης είναι τα εξής:

1. '''Βαθμολόγηση καναλιών'''

2. '''Υπολογισμός των φαινόμενων θερμοκρασιών για τα κανάλια 3, 4 και 5'''

3. '''Μοντέλο επεξεργασίας εικόνας για την παραγωγή ποιοτικών χαρτών σκόνης. '''

4. '''Διόρθωση γεωμετρικών παραμορφώσεων της εικόνας'''

5. '''Παραγωγή χαρτών σκόνης'''

Η κατάσταση των αισθητήρων του δορυφορικού δέκτη επιδεινώνεται με το χρόνο και έτσι τα δεδομένα που παράγονται χάνουν μέρος της αξιοπιστίας τους και πρέπει να διορθωθούν. Για τον λόγο αυτό τα κανάλια 1 και 2 μετασχηματίζονται σε τιμές ακτινοβολίας και τα κανάλια 3, 4 και 5 βαθμονομούνται χρησιμοποιώντας την εν πτήσει βαθμονόμηση. Η βαθμονομημένη εικόνα εισάγεται σε ένα μοντέλο επεξεργασίας εικόνας, το οποίο ανιχνεύει τις επιφάνειες νεφών και εδάφους με τη χρήση κριτηρίων.

Το μοντέλο δημιουργεί χωριστές μάσκες για το κανάλι 1 και το κανάλι 2, και έπειτα διαιρεί το albedo του καναλιού 1 με 100, και τις ενοποιεί και έπειτα παράγει μια τελική εικόνα που αποτελείται από τη θάλασσα, το έδαφος και τα νέφη. Η εικόνα που παράγεται δεν είναι πραγματικός χάρτης επειδή η γεωμετρία της έχει παραμορφώσεις λόγω της γήινης περιστροφής κατά τη διάρκεια λήψης της εικόνας και λόγω του ελλειψοειδούς σχήματος της γης. Υπάρχει επίσης μια παραμόρφωση των εικονοστοιχείων, τα οποία βρίσκονται σε απόσταση από το δορυφορικό ναδίρ, και ο πραγματικός Βορράς είναι 9 μοίρες ανατολικά ή δυτικά της δορυφορικής τροχιάς. Επομένως, η διόρθωση της γεωμετρικής παραμόρφωσης είναι απαραίτητη.

<big>'''Ομάδα Ατμοσφαιρικών Μοντέλων και Πρόγνωσης Καιρού – Σύστημα SKIRON'''</big>

Το Σύστημα πρόγνωσης καιρού '''SKIRON''' αναπτύχθηκε για να εφαρμοσθεί επιχειρησιακά στην Ελληνική Μετεωρολογική Υπηρεσία. Για την εφαρμογή του συστήματος χρειάζεται περιβάλλον Unix/Linux και μετεωρολογικά δεδομένα εισαγωγής. Η κύρια συνιστώσα του συστήματος είναι το περιορισμένης κλίμακας μοντέλο πρόγνωσης καιρού Eta, που εκτελείται σε περιορισμένη γεωγραφική περιοχή. Το στάδιο προεπεξεργασίας (pre-processing) του συστήματος προετοιμάζει τα δεδομένα εισαγωγής για το μοντέλο. Μετά την εφαρμογή του μοντέλου το στάδιο μετεπεξεργασίας (post-processing) χρησιμοποιεί τα δεδομένα εξόδου για να γίνει γραφική απεικόνιση καθώς και για άλλες εφαρμογές. Το μοντέλο μεταφοράς του συστήματος υπολογίζει τη διασπορά επιλεγμένων ρύπων, και είναι η συνιστώσα η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη / πρόγνωση καταστροφικών και / ή μόνιμων εκπομπών ατμοσφαιρικών αερολυμάτων. Μία κύρια εφαρμογή αφορά τη συνδυασμένη λειτουργία με ένα μοντέλο για μεταφορά και εναπόθεση σκόνης.

<big>'''Αποτελέσματα'''</big>

Τα αποτελέσματα αφορούν τις ημερομηνίες από 19/4/1997 μέχρι και 22/4/1997. Στο Σχήμα 1α δίνονται αποτελέσματα από την επεξεργασία της δορυφορικής εικόνας του NOAA–AVHRR για την ημερομηνία 19/04/1997, 11:45 UTC, ενώ στο Σχήμα 1β παρουσιάζονται αντίστοιχα αποτελέσματα από την πρόβλεψη του συστήματος Skiron. Από τη σύγκριση υπάρχει σημαντική συμφωνία μεταξύ AVHRR και των αποτελεσμάτων της πρόβλεψης SKIRON. Στο Σχήμα 2α και 2β φαίνεται αντίστοιχα η ομοιότητα μεταξύ των αποτελεσμάτων που παρέχουν τα δύο συστήματα. Το μοντέλο επεξεργασίας εικόνας AVHRR εμφανίζεται να υπερεκτιμά δυτικά της Αιγύπτου.

[[εικόνα: sahara_1.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 1:''' Αποτελέσματα φορτίων σκόνης από AVHRR και SKIRON ημερομηνίας 19/04/97

[[εικόνα: sahara_2.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 2:''' Αποτελέσματα φορτίων σκόνης από AVHRR και SKIRON ημερομηνίας 20/04/97

Επίσης στα Σχήματα 3α και 3β καθώς και 4α και 4β μπορεί κανείς να δει ότι τα δύο μοντέλα παρήγαγαν παρόμοια αποτελέσματα. Ενα από τα σημαντικά προβλήματα για τις εικόνες NOAA είναι η αντανάκλαση από το νερό του ήλιου (Sun-glint). Το πρόβλημα αυτό έχει ιδιαίτερη ένταση κατά τη διάρκεια της ανοιξιάτικης και θερινής περιόδου και μπορούν να οδηγήσουν σε λανθασμένα συμπεράσματα. Ένα άλλο ιδιαίτερο πρόβλημα είναι η νεφοκάλυψη.

[[εικόνα: sahara_3.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 3:''' Αποτελέσματα φορτίων σκόνης από AVHRR και SKIRON ημερομηνίας 21/04/97

[[εικόνα: sahara_4.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 4:''' Αποτελέσματα φορτίων σκόνης από AVHRR και SKIRON ημερομηνίας 22/04/97

<big>'''Αποτελέσματα από τη χρήση του κώδικα 6S και σύγκριση με AERONET'''</big>

Ο κώδικας 6S (Second Simulation of the Satellite Signal in the Solar Spectrum) (Vermote et al., 1997) που αποτελεί μία αναβάθμιση του 5S χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία. Η σύγκριση που έγινε έδειξε ότι το 6s δίνει καλύτερα αποτελέσματα για τη μελέτη αεροζόλ με τον δέκτη AVHRR, ενώ τονίστηκε ιδιαίτερα και η ευελιξία που παρουσιάζει σε σχέση με τον κώδικα Dave.

Η επιβεβαίωση των τιμών της ατμοσφαιρικής οπτικής πυκνότητας AOD που προέκυψαν έγινε με τη χρήση δεδομένων από το AERONET. Το σύστημα AERONET είναι μια φιλόδοξη προσπάθεια της NASA να επιβεβαιώσει και να βαθμονομήσει αποτελέσματα και δέκτες που επικεντρώνονται στην μελέτη των αεροζόλ στην ατμόσφαιρα. Αποτελείται ουσιαστικά από φωτόμετρα (CIMEL Electronique 318A) τα οποία μετρούν το σημειακό AOD ακριβώς στο ζενίθ της κάθε τοποθεσίας καθώς και τη συγκέντρωση υδρατμών. Τα μήκη κύματος στα οποία γίνονται οι μετρήσεις είναι στα 440, 670, 870 και 1020 nm, φανερά πολύ κοντά στα κεντρικά μήκη κύματος των ανακλώμενων καναλιών του AVHRR. Οι τοποθεσίες στις οποίες εγκαθίστανται τα φωτόμετρα (βλέπε Σχήμα 5) είναι προσεκτικά επιλεγμένες ώστε να παρουσιάζουν όσο το δυνατόν μεγαλύτερη γεωγραφική εξάπλωση αλλά και να δίνουν δεδομένα από ευαίσθητα ή μεγάλης σημασίας σημεία.

[[εικόνα: sahara_5.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 5:''' Σταθμοί Aeronet ανα την υφήλιο (μόνιμοι, εποχιακοί και προσωρινοί)

Ορισμένοι από τους σταθμούς λήψης δεδομένων είναι μόνιμοι ενώ άλλοι λειτουργούν εποχιακά ή προσωρινά. Η χρήση του AERONET για την επιβεβαίωση αποτελεσμάτων που προέκυψαν με τη μέθοδο που χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία έχει γίνει και στο παρελθόν. Οι μελέτες έδειξαν ότι υπάρχει συμφωνία στη διακύμανση του AOD αλλά με την ύπαρξη ενός αρκετά υψηλού offset για τον ΝΟΑΑ-16 όπως φαίνεται στο Σχήμα 6

[[εικόνα: sahara_6.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 6:''' Σύγκριση τιμών AOD από AVHRR (NOAA-16) και Aeronet

Επίσης επιλέχτηκε ένα σετ 10 εικόνων των δεκτών ΝΟΑΑ-16 και ΝΟΑΑ-17 της περιόδου 15-30 Ιουνίου 2003. Τα αποτελέσματα ήταν πολύ ικανοποιητικά αφού έδειξαν μία συμφωνία τιμών μεταξύ AVHRR και AERONET με μέση απόκλιση 0.02 για το 1ο και 0.016 για το 2ο κανάλι, όπως φαίνεται στο Σχήμα 7.

[[εικόνα: sahara_7.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 7:''' Σύγκριση αποτελεσμάτων AOD από εικόνες AVHRR (NOAA-16) και Aeronet

Η απόκλιση θα μπορούσε να μειωθεί αλλάζοντας την τιμή της ανακλαστικότητας της θάλασσας που εισήχθη νωρίτερα στο 6S. Μεταβολή της ανακλαστικότητας κατά 0.01 μπορεί να μεταβάλλει το εξαγόμενο από τη διαδικασία AOD κατά ±0.1 (Hauser, 2004). Κάτι τέτοιο όμως θα αποτελούσε ουσιαστικά παραποίηση των δεδομένων εισόδου προς χάριν των αποτελεσμάτων και έτσι δεν ακολουθήθηκε.

'''Πηγή:''' Χατζόπουλος Ι., Χωριατέλλης Χ., Καντζάς Π. Χαρτογράφηση της σκόνης από τη Σαχάρα στην ατμόσφαιρα με τη χρήση δορυφορικών εικόνων και αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης

Εφαρμογή Τηλεπισκόπισης στην καταγραφή της κατανάλωσης του αρδευτικού νερού στον Κάμπο του Ν. Χανίων

2010-03-03T20:13:22Z

Fraggakokkinidou:

<big>'''Περίληψη'''</big>

Οι εφαρμογές της δορυφορικής τηλεπισκόπισης στον τομέα της γεωργίας αφορούν κυρίως την μέτρηση της έκτασης των καλλιεργειών, την αναγνώριση ασθενειών, την παρακολούθηση της πορείας ανάπτυξης της βλάστησης, την εκτίμηση των ζημιών των γεωργικών καλλιεργειών, την χαρτογράφηση εδαφών κ.α.
Τα τελευταία χρόνια η κατανάλωση και χρήση νερού έχει αυξηθεί ραγδαία. Το πρόβλημα είναι ιδιαίτερα έντονο σε ότι αφορά τις ανάγκες για αρδεύσιμο νερό. Στο σημείο αυτό η χρήση της δορυφορικής τηλεπισκόπισης μπορεί να βοηθήσει στον εντοπισμό και τη χαρτογράφηση/οριοθέτηση των αρδεύσιμων καλλιεργειών, ώστε να εντοπιστούν οι πραγματικές ανάγκες για τη χρήση αρδεύσιμου ύδατος.

Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η κοστολόγηση του αρδευτικού νερού στον Κάμπο Χανίων, λαμβάνοντας υπόψη τις οικονομικές, κοινωνικές και περιβαλλοντικές συνθήκες της περιοχής. Προκειμένου να αξιολογηθούν οι πραγματικές διαστάσεις του προβλήματος, το πρώτο στάδιο της μεθοδολογίας που αναπτύχθηκε περιλάμβανε τη συλλογή των απαραίτητων πληροφοριών/μεταβλητών για την περιοχή μελέτης. Ακολούθως, έγινε καταγραφή και συλλογή από τα απαραίτητα χαρτογραφικά υπόβαθρα και ιδιαίτερα χαρτών χρήσεων γης (π.χ. χάρτες χρήσης γης από CORINE, χαρτών ΥΠΓΕ).

Τέλος πραγματοποιήθηκαν οι απαραίτητες γεωμετρικές και ραδιομετρικές διορθώσεις των δορυφορικών εικόνων, ώστε οι εικόνες να μπορούν να χρησιμοποιηθούν κατάλληλα για την χαρτογράφηση των αρδευόμενων εκτάσεων. Το επόμενο βήμα περιελάμβανε την προετοιμασία των δειγματοληπτικών εργασιών εδάφους και τη δημιουργία των εντύπων που αξιοποιήθηκαν στην φάση των επίγειων εργασιών. Τα δεδομένα δειγματοληψίας που συλλέχθηκαν και επιλέχθηκαν για χρήση στην ταξινόμηση των εικόνων χρησιμοποιήθηκαν για την εφαρμογή μεθόδου ταξινόμησης των δορυφορικών εικόνων. Επίσης, πραγματοποιήθηκε και εφαρμογή μη επιβλεπόμενης ταξινόμησης με στόχο την ελαχιστοποίηση των σφαλμάτων εξαγωγής των χρήσεων γης. Με την τεχνική της ταξινόμησης παρήχθησαν χάρτες κατηγοριοποίησης των καλλιεργειών, καθώς και των αρδευόμενων εκτάσεων σε όλα τα στάδια ανάπτυξης τους, δίνοντας την πραγματική διάσταση σε χρήση αρδεύσιμου ύδατος.

Η όλη διαδικασία εφαρμόστηκε και στα τρία στάδια λήψης των δορυφορικών εικόνων ώστε να είναι εφικτή η παρακολούθηση τα χωρικής και χρονικής εξέλιξης των σταδίων ανάπτυξης των καλλιεργειών και της αναγνώρισης των αρδεύσιμων εκτάσεων. Τα αποτελέσματα της ταξινόμησης συνδέθηκαν γεωγραφικά με το Σύστημα διαχείρισης της Γεωγραφικής Πληροφορίας του έργου με στόχο την καταγραφή και αποθήκευση των δεδομένων που αφορούν στην υποστήριξη της διαχείρισης των αρδευτικών νερών και τη δημιουργία εφαρμογών προκειμένου να υπάρχει συνολική εποπτεία του έργου.

[[εικόνα:giourou_1.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 1: ''' Η χρήση της δορυφορικής Τηλεπισκόπησης ως εργαλείο υποστήριξης στη μεθοδολογία καταγραφής της κατανάλωσης του αρδευτικού νερού στον Κάμπο του Ν. Χανίων

<big>'''Εισαγωγή'''</big>

Η περιοχή μελέτης τοποθετείται στο βορειοκεντρικό τμήμα του Ν. Χανίων, της νήσου Κρήτης (Εικόνα 1). Είναι μια γεωργική περιοχή η οποία καλλιεργείται κυρίως με ελιές, εσπεριδοειδή και αμπέλια, με μεγάλη συμμετοχή στην τοπική οικονομία, δεδομένου ότι η γεωργία αποτελεί βασικό στήριγμα της περιοχής παρά τη θεαματική αύξηση της τουριστικής ανάπτυξης της.

[[εικόνα:giourou_2.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1: ''' Δορυφορική εικόνα IKONOS MS της περιοχής μελέτης

Σκοπός της παρούσας μελέτης είναι η κοστολόγηση του αρδευτικού νερού στον Κάμπο Χανίων, λαμβάνοντας υπόψη τις οικονομικές, κοινωνικές και περιβαλλοντικές συνθήκες της περιοχής. η κοστολόγηση του αρδευτικού νερού θα αποτελέσει τη βάση της μελλοντικής τιμολογιακής πολιτικής, όπως αυτή ορίζεται από την Ευρωπαϊκή Οδηγία Πλαίσιο για το Νερό (2000/60) και τη νέα εθνική νομοθεσία. Μια τέτοια τιμολόγηση θα πρέπει να στηρίζεται σε τιμές που να αντανακλούν την πραγματική αξία του συγκεκριμένου φυσικού πόρου με σκοπό της όσο το δυνατόν πιο ορθολογική και αποτελεσματική χρήση του.

<big>'''Μεθοδολογία'''</big>

Η καθιερωμένη πρακτική διαδικασία για τη χαρτογράφηση των αρδεύσιμων καλλιεργειών με τη χρήση της δορυφορικής τηλεπισκόπισης ακολουθεί τα εξής στάδια
(σχήμα 1):

'''• Συλλογή απαραίτητων χαρτογραφικών υποβάθρων, ιδιαίτερα των χαρτών χρήσεων γης'''
Χάρτες χρήσης γης από CORINE, χαρτών ΥΠΓΕ κτλ.

'''• Επιλογή κατάλληλων χρονικών δορυφορικών εικόνων'''
Αρχικά έγινε προμήθεια μιας πολυφασματικής εικόνας του δορυφόρου IKONOS και της αντίστοιχης παγχρωματικής και κατόπιν μιας δεύτερης δορυφορικής πολυφασματικής εικόνας του ίδιου δορυφόρου σε διαφορετική χρονική περίοδο κατά τη διάρκεια της ανάπτυξης των καλλιεργειών ανάλογα με το φαινολογικό τους τύπο (π.χ. στάδιο πρώιμης, μέσης και τελικής ανάπτυξης).

'''• Επεξεργασία των εικόνων και αναγωγή τους σε επιθυμητό γεωγραφικό σύστημα αναφοράς'''
Η πρώτη επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων είναι η γεωμετρική ορθοαναγωγή σε μια κοινή τοπογραφική βάση και η αναδόμηση τους με βάση το Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα αναφοράς (ΕΓΣΑ ΄87). Στη συνέχεια ακολουθεί η ραδιομετρική διόρθωση των εικόνων ώστε να ελαχιστοποιηθούν οι χρωματικές διαφορές που προέρχονται από τις συνθήκες του φωτισμού που υπήρχαν κατά την στιγμή της λήψης. Η ραδιομετρική διόρθωση έγινε με το λογισμικό ERDAS IMAGINE 8.7.

'''• Λήψη φασματικών ταυτοτήτων από δειγματοληπτικές περιοχές'''
Πριν τα στάδια της ταξινόμησης ελήφθησαν δείγματα από εργασία πεδίου (150 στον αριθμό) που αντιπροσώπευαν όλους τους τύπους καλλιεργειών (πίνακας 1).

[[εικόνα:giourou_3.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 1: ''' Τύποι καλλιέργειας της περιοχής μελέτης

'''• Εφαρμογή τεχνικών ανάλυσης μοντέλων και αλγορίθμων και δημιουργία τροποποιημένων εικόνων (π.χ. σύνθετες εικόνες διαφορετικών χρονικών περιόδων) '''
Για την καλύτερη οπτική ερμηνεία των δορυφορικών εικόνων είναι απαραίτητο να ενισχυθεί η χρωματική διαβάθμιση των διαφόρων καλλιεργειών στην οθόνη. Αυτό επιτυγχάνεται με τον υπολογισμό των ιστογραμμάτων των καναλιών που χρησιμοποιούνται και επεκτείνοντας γραμμικά (linear stretching) το τμήμα του ιστογράμματος που αντιπροσωπεύει γεωργικές χρήσεις.

'''• Εφαρμογή τεχνικών ταξινόμησης για την εξαγωγή ποιοτικά διαφοροποιημένων κλάσεων με βάση επιθυμητά κριτήρια'''

Σε δύο εικόνες IKONOS υψηλής χωρικής ανάλυσης, μια πολυφασματική (myltispectral) με χωρική ανάλυση 4m και μια παγχρωματική με χωρική ανάλυση 1m με ημερομηνία λήψης 16/07/2006, εφαρμόστηκε συνδυασμός των δύο τεχνικών ταξινόμησης. Της καθοδηγούμενης και της μη-καθοδηγούμενης με μεγαλύτερο βάρος στην καθοδηγούμενη. Η ταξινόμηση εφαρμόστηκε στην πολυφασματική εικόνα ενώ η pansharpened (σύνθεση παγχρωματικής και πολυφασματικής ορθοεικόνας) χρησιμοποιήθηκε ως βασικό στοιχείο ελέγχου για τα αποτελέσματα της ταξινόμησης.

[[εικόνα:giourou_4.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 2: ''' Δείγματα κατηγοριών κάλυψης/χρήσης γης που υπάρχουν στην περιοχή μελέτης

Η ταξινόμηση των διαθέσιμων δορυφορικών εικόνων έγινε με την μέθοδο της μέγιστης πιθανοφάνειας (Maximum Likelihood Classification Method).

'''• Στατιστικός και συγκριτικός έλεγχος των αποτελεσμάτων'''

Η συνολική ακρίβεια της ταξινόμησης είναι 65.54% και ο συντελεστής kappa 0.651. Η υπολογισμένη, κατά προσέγγιση, έκταση ανα τύπο καλλιεργειών μετά την ταξινόμηση της δορυφορικής εικόνας είναι (πίνακας 2):

[[εικόνα:giourou_5.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 2: ''' Έκταση ανα τύπο καλλιεργειών μετά την ταξινόμηση

[[εικόνα:giourou_6.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 3: ''' α) Ορθοεικόνα IKONOS και β) Θεματική εικόνα IKONOS

[[εικόνα:giourou_7.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 4''': Τελικός θεματικός χάρτης

<big>'''Συμπεράσματα'''</big>

Τα αρχικά δεδομένα που συλλέχθηκαν δεν βοήθησαν πολύ στην ταξινόμηση των καλλιεργειών. Το πρόγραμμα CORINE έδωσε δεδομένα κλίμακας 1:100.000 τα οποία είναι περιορισμένης χρησιμότητας λόγω της παλαιότητας τους και σε καμία περίπτωση δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε πρακτικό επίπεδο όσον αφορά την λεπτομερή κάλυψη/χρήση γης.

Τα δορυφορικά δεδομένα του IKONOS παρουσίασαν μια αδυναμία διάκρισης συγκεκριμένων τύπων χρήσης γης λόγω της περιορισμένης φασματικής ανάλυσης τους και των παραγόντων εκείνων που συναντώνται στην περιοχή και αφορούν του πολυτεμαχισμό του αγροτικού κλήρου, τις μικρές εκτάσεις των αγροτεμαχίων, τη συχνή συγκαλλιέργεια και τις παραπλήσιες φασματικές υπογραφές των κλάσεων ταξινόμησης.

Όλα τα παραπάνω προβλήματα είναι αντιμετωπίσιμα και οδεύουν προς λύση. Ήδη έχει ξεκινήσει καθοδηγούμενη ταξινόμηση σε επίπεδο ΤΟΕΒ (Τοπικοί Οργανισμοί Εγγείων Βελτιώσεων) όπου θα ληφθούν καινούργια δείγματα εδάφους και έτσι θα περιοριστεί κατά μεγάλο ποσοστό το πρόβλημα σύγχυσης της φασματικής υπογραφής μεταξύ παρόμοιων καλλιεργειών. Επίσης χρησιμοποιόντας το ψηφιακό μοντέλο εδάφους θα γίνει καλύτερος διαχωρισμός των ελαιόδεντρων από τα εσπεριδοειδή φυτά αφού τα πρώτα καλλιεργούνται σε μεγαλύτερα και απότομα υψόμετρα ενώ τα εσπεριδοειδή συναντώνται κατά μήκος των παραποτάμιων πεδιάδων.

Βάζοντας τέτοιας φύσεως περιορισμούς και κριτήρια, λαμβάνοντας περισσότερα δείγματα εδάφους αλλά και διορθώνοντας λάθος αποτελέσματα, τα αποτελέσματα της ταξινόμησης θα βελτιωθούν και στόχος είναι να προσεγγίσουν ποσοστό ακρίβειας 80% περίπου.

'''Πηγή: ''' Γκιούρου Α. (2007). Εφαρμογή Τηλεπισκόπισης στην καταγραφή της κατανάλωσης του αρδευτικού νερού στον Κάμπο του Ν. Χανίων. GEOMET ltd

Χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με τη χρήση δορυφορικών εικόνων χαμηλής, μέσης – υψηλής και πολύ υψηλής ευκρίνειας

2010-03-03T20:03:34Z

Fraggakokkinidou:

<big>'''Περίληψη'''</big>

Τα κύρια προβλήματα που σχετίζονται με τις υπάρχουσες μεθοδολογίες αφορούν την παραγόμενη πληροφορία η οποία συχνά είναι μόνο ποιοτική αλλά και δεν είναι διαθέσιμη ακόμα και μήνες μετά την πυρκαγιά με αποτέλεσμα να μην μπορεί να γίνει εκτίμηση της ανάκτηση βλάστησης. Υπάρχει μια σειρά από ερευνητικές εργασίες στις οποίες διερευνάται η προοπτική ανάπτυξης εναλλακτικών μεθόδων καταγραφής των καμένων εκτάσεων μέτρηση δορυφορικών εικόνων.

Σκοπός αυτής της εργασίας είναι να διερευνήσει την δυνατότητα χρήσης εικόνων χαμηλής (AVHRR), μέσης – υψηλής (LANDSAT TM) και πολύ υψηλής (IKONOS) ευκρίνειας στην ακριβή χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων στη Θάσο. Οι επιμέρους σκοποί είναι:

<big>'''•</big> Η βελτίωση μεθόδων που ήδη χρησιμοποιούνται στην χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με την χρήση εικόνων AVHRR και LANDSAT TM,'''

<big>'''•</big> Η ανάπτυξη μεθόδου με τη χρήση των εικόνων IKONOS,'''

<big>'''•</big> Η ανάδειξη των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων της χρήσης εικόνων από τους τρεις απεικονιστές στην χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων'''

<big>'''Εισαγωγή'''</big>

Οι φυσικές πυρκαγιές είναι αναπόσπαστο μέρος πολλών χερσαίων οικοσυστημάτων όπως είναι τα εύκρατα δάση, οι σαβάνες και τα μεσογειακά οικοσυστήματα μεταξύ άλλων. Όμως από το 1960 μέχρι σήμερα παρατηρείται, στις Ευρωπαϊκές Μεσογειακές χώρες εκθετική αύξηση τόσο στον αριθμό των πυρκαγιών όσο και στην συνολική καμένη έκταση (Σχήμα 1). Αυτή η αύξηση σχετίζεται με:

<big>'''•</big> Τις αλλαγές στις παραδοσιακές χρήσεις της γης που έχουν ως αποτέλεσμα την υψηλότερη συγκέντρωση καύσιμης ύλης, και '''

<big>'''•</big> Την παγκόσμια κλιματική αλλαγή'''

[[εικόνα: gitas_1.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 1:''' Από το 1960 μέχρι σήμερα παρατηρείται μεγάλη αύξηση στον αριθμό των πυρκαγιών

Οι μέθοδοι που ακολουθούνται από τη Δασική Υπηρεσία στην Ελλάδα για τη χαρτογράφηση των καμένων εκτάσεων και την εκτίμηση του βαθμού καταστροφής της βλάστησης βασίζονται σε εκτενείς επισκέψεις στην καμένη περιοχή και σε οπτικές παρατηρήσεις των επιπτώσεων της πυρκαγιάς. Το σύνηθες αποτέλεσμα των επισκέψεων αυτών είναι η δημιουργία ενός πρόχειρου χάρτη της περιμέτρου της πυρκαγιάς επάνω στον τοπογραφικό χάρτη της περιοχής (Εικόνα 1) και η παραγωγή μιας δήλωσης αυτοψίας και μια αναφοράς της πυρκαγιάς. Πρέπει να σημειωθεί ότι πρόσφατα άρχισε να γίνεται χρήση του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) από την υπηρεσία στην καταγραφή καμένων εκτάσεων.

[[εικόνα: gitas_2.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1:''' Θεματικός Χάρτης περιμέτρου πυρκαγιάς

Οι μικρές πυρκαγιές μπορούν να χαρτογραφούνται με τις υπάρχουσες μεθόδους αλλά σε περιπτώσεις μεγάλων πυρκαγιών οι συγκεκριμένες μέθοδοι είναι δύσκολο να εφαρμοστούν. Σύμφωνα με τον Chuvieco (1997) μια εναλλακτική λύση στις υπάρχουσες μεθόδους καταγραφής των καμένων εκτάσεων αποτελεί η τηλεπισκόπιση (Εικόνα 2).

[[εικόνα: gitas_3.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 2:''' Εναλλακτικές μορφές καταγραφής καμένων εκτάσεων

<big>'''Υλικά και Μέθοδοι'''</big>

Τρείς πυρκαγιές, την δεκαετία του 80 είχαν ως αποτέλεσμα να καούν περισσότερα από 20.000 εκτάρια δάσους, δηλαδή μια έκταση μεγαλύτερη από το μισό της συνολικής έκτασης του νησιού. Επιπλέον, τον Ιούλιο του 2000, μια μεικτή δασική πυρκαγιά έκαψε 165 εκτάρια τραχείας πεύκης.

Για την μελέτη χρησιμοποιήθηκαν:

<big>'''•</big> Δύο εικόνες NOAA/AVHRR. Πιο συγκεκριμένα μία πριν (11Αυγούστου 1989) και μία εικόνα μετά (20 Αυγούστου 1989) την πυρκαγιά'''

<big>'''•</big> Μία εικόνα LANDSAT TM μετά την πυρκαγιά (19 Σεπτεμβρίου 1989)'''

<big>'''•</big> Μία IKONOS μετά την πυρκαγιά (17 Ιουλίου 2000)'''

<big>'''•</big> Οι περίμετροι των πυρκαγιών όπως αποτυπώθηκαν από τη Δασική υπηρεσία'''

<big>'''•</big> Ένα ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (ανάλυσης 10 μέτρων)'''

<big>'''•</big> Στοιχεία που συλλέχθηκαν μέσα στην έκταση που κάηκε το 2000 με τη χρήση GPS'''

<big>'''•</big> Τοπογραφικοί και θεματικοί χάρτες'''

Πριν από την ανάλυση έγινε προεπεξεργασία των εικόνων που περιελάμβανε την ατμοσφαιρική, ραδιομετρική και γεωμετρική τους διόρθωση. Κατόπιν ακολουθήθηκε ειδική επεξεργασία ανάλογα με τον τύπο της εικόνας και τέλος έγινε σύγκριση με τις περιμέτρους των πυρκαγιών όπως αποτυπώθηκαν από τη Δασική υπηρεσία. Συγκεκριμένα:

<big>'''•'''</big> Στις εικόνες AVHRR έγινε σχετική διόρθωση με εικόνα αναφοράς την εικόνα μετά την πυρκαγιά και με την βοήθεια της μεθόδου γραμμικής παλινδρόμησης. Κατόπιν υπολογίστηκε ο NDVI για κάθε μια από τις δύο εικόνες. Η τελική εικόνα προέκυψε από την αφαίρεση του NDVI την εικόνας πριν την πυρκαγιά από τον NDVI της εικόνας πριν την πυρκαγιά. Η ακρίβεια που επιτεύχθηκε (μετά από σύγκριση με την περίμετρο της πυρκαγιάς όπως αποτυπώθηκε από την δασική υπηρεσία) ήταν της τάξης του 88%.

[[εικόνα: gitas_4.jpg|center|400px|]]

<big>'''•'''</big> Στις εικόνες LANDSAT TM στο στάδιο της προεπεξεργασία έγινε και τοπογραφική διόρθωση ώστε να αφαιρεθούν οι σκιές που οφείλονται στο ανάγλυφο. Εφαρμόστηκε η τεχνική του δυαδικού εφοδιαστικού μοντέλου παλινδρόμησης το οποίο παράγει δυαδικό αποτέλεσμα δηλαδή καμένη έκταση και μη καμένη έκταση. Συγκεκριμένα όλα τα εικονοστοιχεία με τιμή μικρότερη από 0.5 χαρακτηρίστηκαν ως καμένα και τα εικονοστοιχεία με τιμή μεγαλύτερη του 0.5 χαρακτηρίστηκαν ως μη καμένα. Η ακρίβεια που επιτεύχθηκε ήταν της τάξης του 97.4%.

[[εικόνα: gitas_5.jpg|center|400px|]]

<big>'''•'''</big> Τέλος στις εικόνες IKONOS λόγω του περιορισμένου αριθμού διαύλων (το φασματικό προφίλ της καμένης έκτασης, του νερού καθώς και των σκιαζόμενων περιοχών είναι παρόμοιο) παρατηρήθηκε δυσκολία στο διαχωρισμό της καμένης έκτασης από τις σκιαζόμενες περιοχές. Έτσι αναπτύχθηκε μια πολύπλοκη μεθοδολογία πολλών βημάτων που περιελάμβανε τη σύγκριση των φασματικών υπογραφών, την παραγωγή χρωματικών μοντέλων έντασης-απόχρωσης-κορεσμού (IHS),την παραγωγή NDVI, την επιλογή των διαύλων και των παραγώγων που φαίνεται να διαχωρίζουν καλύτερα την καμένη έκταση από άλλες κατηγορίες, την επιλογή δειγματοληπτικών περιοχών αντιπροσωπευτικών για την κάθε κατηγορία, τη χρήση της κανονικής ανάλυσης διάκρισης (CDA) και παραγωγή σκόρ διάκρισης και τέλος την χρήση επιβλεπόμενης ταξινόμησης με την χρήση των σκορ διάκρισης. Η ακρίβεια που επιτεύχθηκε ήταν της τάξης του 92.5%.

[[εικόνα: gitas_6.jpg|center|400px|]]

<big>'''Αποτελέσματα'''</big>

Η χρήση του κάθε τύπου εικόνας έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Πιο συγκεκριμένα:

<big>'''•'''</big> Αν και ο απεικονιστής AVHRR δεν δίνει την δυνατότητα εντοπισμού των περιοχών υγιούς βλάστησης μέσα στην περίμετρο της πυρκαγιάς είναι ο μοναδικός απεικονιστής με καθημερινή κάλυψη και με δεδομένα που διανέμονται ελεύθερα στο διαδίκτυο.

<big>'''•'''</big> Η χρήση των εικόνων LANDSAT TM έχει ως αποτέλεσμα τον ακριβή εντοπισμό αλλά και την παροχή λεπτομερών πληροφοριών σχετικά με την καμένη έκταση αλλά είναι πολύ μεγάλος ο χρόνος κάλυψης ολόκληρου του πλανήτη

<big>'''•'''</big> Η χρήση των εικόνων IKONOS έχει επίσης ως αποτέλεσμα τον ακριβή εντοπισμό αλλά και την παροχή πληροφοριών σχετικά με την καμένη έκταση όπως επίσης και την ικανότητα διαχωρισμού μεταξύ επικόρυφης και πυρκαγιάς εδάφους. Άλλα εισάγονται καινούργιοι τύποι θορύβου στην εικόνα (π.χ. οι σκιές των μεμονομένων υψηλών δέντρων εισάγουν θόρυβο που μπορεί να αποτελέσει πηγή σύγχησης με την καμένη έκταση).

<big>'''Συμπεράσματα'''</big>

Η ακριβής και λεπτομερής χαρτογράφηση της καμένης έκτασης, του βαθμού καταστροφής της βλάστησης, καθώς και η χαρτογράφηση της υγιούς βλάστησης μέσα στην περίμετρο της πυρκαγιάς αποτελούν σημαντικές πληροφορίες που βοηθούν στην καλύτερη διαχείριση της περιοχής που κάηκε. Οι πληροφορίες αυτές χρησιμοποιούνται μεταξύ άλλων για να εκτιμηθούν οι οικονομικές ζημιές και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις, να καταγραφούν οι αλλαγές στην χρήση και κάλυψη γης και να μοντελοποιηθούν οι ατμοσφαιρικές και κλιματικές επιπτώσεις από την καύση της βιομάζας.

Στα πλαίσια της εργασίας βελτιώθηκαν υπάρχουσες τεχνικές ανάλυσης εικόνων AVHRR και TM με αποτέλεσμα τον διαχωρισμό των καμένων εκτάσεων από τις άλλες κατηγορίες κάλυψης γης με μεγαλύτερη ακρίβεια. Επιπλέον αναπτύχθηκαν καινούργιες τεχνικές ανάλυσης δορυφορικών δεδομένων IKONOS που είχαν επίσης σαν αποτέλεσμα τον ακριβή διαχωρισμό των καμένων εκτάσεων από τις άλλες κατηγορίες κάλυψης γης.

'''Πηγή: Γήτας Ι.Ζ., Rishmawi K.N. Χαρτογράφηση Καμένων Εκτάσεων με τη Χρήση Δορυφορικών Εικόνων Μέσης-Υψηλής και Πολύ Υψηλής Ευκρίνειας '''

Χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με τη χρήση δορυφορικών εικόνων χαμηλής, μέσης – υψηλής και πολύ υψηλής ευκρίνειας

2010-03-03T20:01:23Z

Fraggakokkinidou:

<big>'''Περίληψη'''</big>

Τα κύρια προβλήματα που σχετίζονται με τις υπάρχουσες μεθοδολογίες αφορούν την παραγόμενη πληροφορία η οποία συχνά είναι μόνο ποιοτική αλλά και δεν είναι διαθέσιμη ακόμα και μήνες μετά την πυρκαγιά με αποτέλεσμα να μην μπορεί να γίνει εκτίμηση της ανάκτηση βλάστησης. Υπάρχει μια σειρά από ερευνητικές εργασίες στις οποίες διερευνάται η προοπτική ανάπτυξης εναλλακτικών μεθόδων καταγραφής των καμένων εκτάσεων μέτρηση δορυφορικών εικόνων.

Σκοπός αυτής της εργασίας είναι να διερευνήσει την δυνατότητα χρήσης εικόνων χαμηλής (AVHRR), μέσης – υψηλής (LANDSAT TM) και πολύ υψηλής (IKONOS) ευκρίνειας στην ακριβή χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων στη Θάσο. Οι επιμέρους σκοποί είναι:

<big>'''•</big> Η βελτίωση μεθόδων που ήδη χρησιμοποιούνται στην χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με την χρήση εικόνων AVHRR και LANDSAT TM,'''

<big>'''•</big> Η ανάπτυξη μεθόδου με τη χρήση των εικόνων IKONOS,'''

<big>'''•</big> Η ανάδειξη των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων της χρήσης εικόνων από τους τρεις απεικονιστές στην χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων'''

<big>'''Εισαγωγή'''</big>

Οι φυσικές πυρκαγιές είναι αναπόσπαστο μέρος πολλών χερσαίων οικοσυστημάτων όπως είναι τα εύκρατα δάση, οι σαβάνες και τα μεσογειακά οικοσυστήματα μεταξύ άλλων. Όμως από το 1960 μέχρι σήμερα παρατηρείται, στις Ευρωπαϊκές Μεσογειακές χώρες εκθετική αύξηση τόσο στον αριθμό των πυρκαγιών όσο και στην συνολική καμένη έκταση (Σχήμα 1). Αυτή η αύξηση σχετίζεται με:

<big>'''•</big> Τις αλλαγές στις παραδοσιακές χρήσεις της γης που έχουν ως αποτέλεσμα την υψηλότερη συγκέντρωση καύσιμης ύλης, και '''

<big>'''•</big> Την παγκόσμια κλιματική αλλαγή'''

[[εικόνα: gitas_1.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 1:''' Από το 1960 μέχρι σήμερα παρατηρείται μεγάλη αύξηση στον αριθμό των πυρκαγιών

Οι μέθοδοι που ακολουθούνται από τη Δασική Υπηρεσία στην Ελλάδα για τη χαρτογράφηση των καμένων εκτάσεων και την εκτίμηση του βαθμού καταστροφής της βλάστησης βασίζονται σε εκτενείς επισκέψεις στην καμένη περιοχή και σε οπτικές παρατηρήσεις των επιπτώσεων της πυρκαγιάς. Το σύνηθες αποτέλεσμα των επισκέψεων αυτών είναι η δημιουργία ενός πρόχειρου χάρτη της περιμέτρου της πυρκαγιάς επάνω στον τοπογραφικό χάρτη της περιοχής (Εικόνα 1) και η παραγωγή μιας δήλωσης αυτοψίας και μια αναφοράς της πυρκαγιάς. Πρέπει να σημειωθεί ότι πρόσφατα άρχισε να γίνεται χρήση του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) από την υπηρεσία στην καταγραφή καμένων εκτάσεων.

[[εικόνα: gitas_2.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1:''' Θεματικός Χάρτης περιμέτρου πυρκαγιάς

Οι μικρές πυρκαγιές μπορούν να χαρτογραφούνται με τις υπάρχουσες μεθόδους αλλά σε περιπτώσεις μεγάλων πυρκαγιών οι συγκεκριμένες μέθοδοι είναι δύσκολο να εφαρμοστούν. Σύμφωνα με τον Chuvieco (1997) μια εναλλακτική λύση στις υπάρχουσες μεθόδους καταγραφής των καμένων εκτάσεων αποτελεί η τηλεπισκόπιση (Εικόνα 2).

[[εικόνα: gitas_3.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 2:''' Εναλλακτικές μορφές καταγραφής καμένων εκτάσεων

<big>'''Υλικά και Μέθοδοι'''</big>

Τρείς πυρκαγιές, την δεκαετία του 80 είχαν ως αποτέλεσμα να καούν περισσότερα από 20.000 εκτάρια δάσους, δηλαδή μια έκταση μεγαλύτερη από το μισό της συνολικής έκτασης του νησιού. Επιπλέον, τον Ιούλιο του 2000, μια μεικτή δασική πυρκαγιά έκαψε 165 εκτάρια τραχείας πεύκης.

Για την μελέτη χρησιμοποιήθηκαν:

<big>'''•'''</big> Δύο εικόνες NOAA/AVHRR. Πιο συγκεκριμένα μία πριν (11Αυγούστου 1989) και μία εικόνα μετά (20 Αυγούστου 1989) την πυρκαγιά

<big>'''•'''</big> Μία εικόνα LANDSAT TM μετά την πυρκαγιά (19 Σεπτεμβρίου 1989).

<big>'''•'''</big> Μία IKONOS μετά την πυρκαγιά (17 Ιουλίου 2000)

<big>'''•'''</big> Οι περίμετροι των πυρκαγιών όπως αποτυπώθηκαν από τη Δασική υπηρεσία.

<big>'''•'''</big> Ένα ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (ανάλυσης 10 μέτρων)

<big>'''•'''</big> Στοιχεία που συλλέχθηκαν μέσα στην έκταση που κάηκε το 2000 με τη χρήση GPS

<big>'''•'''</big> Τοπογραφικοί και θεματικοί χάρτες.

Πριν από την ανάλυση έγινε προεπεξεργασία των εικόνων που περιελάμβανε την ατμοσφαιρική, ραδιομετρική και γεωμετρική τους διόρθωση. Κατόπιν ακολουθήθηκε ειδική επεξεργασία ανάλογα με τον τύπο της εικόνας και τέλος έγινε σύγκριση με τις περιμέτρους των πυρκαγιών όπως αποτυπώθηκαν από τη Δασική υπηρεσία. Συγκεκριμένα:

<big>'''•'''</big> Στις εικόνες AVHRR έγινε σχετική διόρθωση με εικόνα αναφοράς την εικόνα μετά την πυρκαγιά και με την βοήθεια της μεθόδου γραμμικής παλινδρόμησης. Κατόπιν υπολογίστηκε ο NDVI για κάθε μια από τις δύο εικόνες. Η τελική εικόνα προέκυψε από την αφαίρεση του NDVI την εικόνας πριν την πυρκαγιά από τον NDVI της εικόνας πριν την πυρκαγιά. Η ακρίβεια που επιτεύχθηκε (μετά από σύγκριση με την περίμετρο της πυρκαγιάς όπως αποτυπώθηκε από την δασική υπηρεσία) ήταν της τάξης του 88%.

[[εικόνα: gitas_4.jpg|center|400px|]]

<big>'''•'''</big> Στις εικόνες LANDSAT TM στο στάδιο της προεπεξεργασία έγινε και τοπογραφική διόρθωση ώστε να αφαιρεθούν οι σκιές που οφείλονται στο ανάγλυφο. Εφαρμόστηκε η τεχνική του δυαδικού εφοδιαστικού μοντέλου παλινδρόμησης το οποίο παράγει δυαδικό αποτέλεσμα δηλαδή καμένη έκταση και μη καμένη έκταση. Συγκεκριμένα όλα τα εικονοστοιχεία με τιμή μικρότερη από 0.5 χαρακτηρίστηκαν ως καμένα και τα εικονοστοιχεία με τιμή μεγαλύτερη του 0.5 χαρακτηρίστηκαν ως μη καμένα. Η ακρίβεια που επιτεύχθηκε ήταν της τάξης του 97.4%.

[[εικόνα: gitas_5.jpg|center|400px|]]

<big>'''•'''</big> Τέλος στις εικόνες IKONOS λόγω του περιορισμένου αριθμού διαύλων (το φασματικό προφίλ της καμένης έκτασης, του νερού καθώς και των σκιαζόμενων περιοχών είναι παρόμοιο) παρατηρήθηκε δυσκολία στο διαχωρισμό της καμένης έκτασης από τις σκιαζόμενες περιοχές. Έτσι αναπτύχθηκε μια πολύπλοκη μεθοδολογία πολλών βημάτων που περιελάμβανε τη σύγκριση των φασματικών υπογραφών, την παραγωγή χρωματικών μοντέλων έντασης-απόχρωσης-κορεσμού (IHS),την παραγωγή NDVI, την επιλογή των διαύλων και των παραγώγων που φαίνεται να διαχωρίζουν καλύτερα την καμένη έκταση από άλλες κατηγορίες, την επιλογή δειγματοληπτικών περιοχών αντιπροσωπευτικών για την κάθε κατηγορία, τη χρήση της κανονικής ανάλυσης διάκρισης (CDA) και παραγωγή σκόρ διάκρισης και τέλος την χρήση επιβλεπόμενης ταξινόμησης με την χρήση των σκορ διάκρισης. Η ακρίβεια που επιτεύχθηκε ήταν της τάξης του 92.5%.

[[εικόνα: gitas_6.jpg|center|400px|]]

<big>'''Αποτελέσματα'''</big>

Η χρήση του κάθε τύπου εικόνας έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Πιο συγκεκριμένα:

<big>'''•'''</big> Αν και ο απεικονιστής AVHRR δεν δίνει την δυνατότητα εντοπισμού των περιοχών υγιούς βλάστησης μέσα στην περίμετρο της πυρκαγιάς είναι ο μοναδικός απεικονιστής με καθημερινή κάλυψη και με δεδομένα που διανέμονται ελεύθερα στο διαδίκτυο.

<big>'''•'''</big> Η χρήση των εικόνων LANDSAT TM έχει ως αποτέλεσμα τον ακριβή εντοπισμό αλλά και την παροχή λεπτομερών πληροφοριών σχετικά με την καμένη έκταση αλλά είναι πολύ μεγάλος ο χρόνος κάλυψης ολόκληρου του πλανήτη

<big>'''•'''</big> Η χρήση των εικόνων IKONOS έχει επίσης ως αποτέλεσμα τον ακριβή εντοπισμό αλλά και την παροχή πληροφοριών σχετικά με την καμένη έκταση όπως επίσης και την ικανότητα διαχωρισμού μεταξύ επικόρυφης και πυρκαγιάς εδάφους. Άλλα εισάγονται καινούργιοι τύποι θορύβου στην εικόνα (π.χ. οι σκιές των μεμονομένων υψηλών δέντρων εισάγουν θόρυβο που μπορεί να αποτελέσει πηγή σύγχησης με την καμένη έκταση).

<big>'''Συμπεράσματα'''</big>

Η ακριβής και λεπτομερής χαρτογράφηση της καμένης έκτασης, του βαθμού καταστροφής της βλάστησης, καθώς και η χαρτογράφηση της υγιούς βλάστησης μέσα στην περίμετρο της πυρκαγιάς αποτελούν σημαντικές πληροφορίες που βοηθούν στην καλύτερη διαχείριση της περιοχής που κάηκε. Οι πληροφορίες αυτές χρησιμοποιούνται μεταξύ άλλων για να εκτιμηθούν οι οικονομικές ζημιές και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις, να καταγραφούν οι αλλαγές στην χρήση και κάλυψη γης και να μοντελοποιηθούν οι ατμοσφαιρικές και κλιματικές επιπτώσεις από την καύση της βιομάζας.

Στα πλαίσια της εργασίας βελτιώθηκαν υπάρχουσες τεχνικές ανάλυσης εικόνων AVHRR και TM με αποτέλεσμα τον διαχωρισμό των καμένων εκτάσεων από τις άλλες κατηγορίες κάλυψης γης με μεγαλύτερη ακρίβεια. Επιπλέον αναπτύχθηκαν καινούργιες τεχνικές ανάλυσης δορυφορικών δεδομένων IKONOS που είχαν επίσης σαν αποτέλεσμα τον ακριβή διαχωρισμό των καμένων εκτάσεων από τις άλλες κατηγορίες κάλυψης γης.

'''Πηγή: Γήτας Ι.Ζ., Rishmawi K.N. Χαρτογράφηση Καμένων Εκτάσεων με τη Χρήση Δορυφορικών Εικόνων Μέσης-Υψηλής και Πολύ Υψηλής Ευκρίνειας '''

Χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με τη χρήση δορυφορικών εικόνων χαμηλής, μέσης – υψηλής και πολύ υψηλής ευκρίνειας

2010-03-03T19:56:14Z

Fraggakokkinidou:

<big>'''Περίληψη'''</big>

Τα κύρια προβλήματα που σχετίζονται με τις υπάρχουσες μεθοδολογίες αφορούν την παραγόμενη πληροφορία η οποία συχνά είναι μόνο ποιοτική αλλά και δεν είναι διαθέσιμη ακόμα και μήνες μετά την πυρκαγιά με αποτέλεσμα να μην μπορεί να γίνει εκτίμηση της ανάκτηση βλάστησης. Υπάρχει μια σειρά από ερευνητικές εργασίες στις οποίες διερευνάται η προοπτική ανάπτυξης εναλλακτικών μεθόδων καταγραφής των καμένων εκτάσεων μέτρηση δορυφορικών εικόνων.

Σκοπός αυτής της εργασίας είναι να διερευνήσει την δυνατότητα χρήσης εικόνων χαμηλής (AVHRR), μέσης – υψηλής (LANDSAT TM) και πολύ υψηλής (IKONOS) ευκρίνειας στην ακριβή χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων στη Θάσο. Οι επιμέρους σκοποί είναι:

<big>'''•</big> Η βελτίωση μεθόδων που ήδη χρησιμοποιούνται στην χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με την χρήση εικόνων AVHRR και LANDSAT TM,'''

<big>'''•</big> Η ανάπτυξη μεθόδου με τη χρήση των εικόνων IKONOS,'''

<big>'''•</big> Η ανάδειξη των πλεονεκτημάτων και των μειονεκτημάτων της χρήσης εικόνων από τους τρεις απεικονιστές στην χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων'''

<big>'''Εισαγωγή'''</big>

Οι φυσικές πυρκαγιές είναι αναπόσπαστο μέρος πολλών χερσαίων οικοσυστημάτων όπως είναι τα εύκρατα δάση, οι σαβάνες και τα μεσογειακά οικοσυστήματα μεταξύ άλλων. Όμως από το 1960 μέχρι σήμερα παρατηρείται, στις Ευρωπαϊκές Μεσογειακές χώρες εκθετική αύξηση τόσο στον αριθμό των πυρκαγιών όσο και στην συνολική καμένη έκταση (Σχήμα 1). Αυτή η αύξηση σχετίζεται με:

<big>'''•</big> Τις αλλαγές στις παραδοσιακές χρήσεις της γης που έχουν ως αποτέλεσμα την υψηλότερη συγκέντρωση καύσιμης ύλης, και '''

<big>'''•</big> Την παγκόσμια κλιματική αλλαγή'''

[[εικόνα: gitas_1.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 1:''' Από το 1960 μέχρι σήμερα παρατηρείται μεγάλη αύξηση στον αριθμό των πυρκαγιών

Οι μέθοδοι που ακολουθούνται από τη Δασική Υπηρεσία στην Ελλάδα για τη χαρτογράφηση των καμένων εκτάσεων και την εκτίμηση του βαθμού καταστροφής της βλάστησης βασίζονται σε εκτενείς επισκέψεις στην καμένη περιοχή και σε οπτικές παρατηρήσεις των επιπτώσεων της πυρκαγιάς. Το σύνηθες αποτέλεσμα των επισκέψεων αυτών είναι η δημιουργία ενός πρόχειρου χάρτη της περιμέτρου της πυρκαγιάς επάνω στον τοπογραφικό χάρτη της περιοχής (Εικόνα 1) και η παραγωγή μιας δήλωσης αυτοψίας και μια αναφοράς της πυρκαγιάς. Πρέπει να σημειωθεί ότι πρόσφατα άρχισε να γίνεται χρήση του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) από την υπηρεσία στην καταγραφή καμένων εκτάσεων.

[[εικόνα: gitas_2.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1:''' Θεματικός Χάρτης περιμέτρου πυρκαγιάς

Οι μικρές πυρκαγιές μπορούν να χαρτογραφούνται με τις υπάρχουσες μεθόδους αλλά σε περιπτώσεις μεγάλων πυρκαγιών οι συγκεκριμένες μέθοδοι είναι δύσκολο να εφαρμοστούν. Σύμφωνα με τον Chuvieco (1997) μια εναλλακτική λύση στις υπάρχουσες μεθόδους καταγραφής των καμένων εκτάσεων αποτελεί η τηλεπισκόπιση (Εικόνα 2).

[[εικόνα: gitas_3.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 2:''' Εναλλακτικές μορφές καταγραφής καμένων εκτάσεων

<big>'''Υλικά και Μέθοδοι'''</big>

Τρείς πυρκαγιές, την δεκαετία του 80 είχαν ως αποτέλεσμα να καούν περισσότερα από 20.000 εκτάρια δάσους, δηλαδή μια έκταση μεγαλύτερη από το μισό της συνολικής έκτασης του νησιού. Επιπλέον, τον Ιούλιο του 2000, μια μεικτή δασική πυρκαγιά έκαψε 165 εκτάρια τραχείας πεύκης.

Για την μελέτη χρησιμοποιήθηκαν:

<big>'''•'''</big> Δύο εικόνες NOAA/AVHRR. Πιο συγκεκριμένα μία πριν (11Αυγούστου 1989) και μία εικόνα μετά (20 Αυγούστου 1989) την πυρκαγιά

<big>'''•'''</big> Μία εικόνα LANDSAT TM μετά την πυρκαγιά (19 Σεπτεμβρίου 1989).

<big>'''•'''</big> Μία IKONOS μετά την πυρκαγιά (17 Ιουλίου 2000)

<big>'''•'''</big> Οι περίμετροι των πυρκαγιών όπως αποτυπώθηκαν από τη Δασική υπηρεσία.

<big>'''•'''</big> Ένα ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους (ανάλυσης 10 μέτρων)

<big>'''•'''</big> Στοιχεία που συλλέχθηκαν μέσα στην έκταση που κάηκε το 2000 με τη χρήση GPS

<big>'''•'''</big> Τοπογραφικοί και θεματικοί χάρτες.

Πριν από την ανάλυση έγινε προεπεξεργασία των εικόνων που περιελάμβανε την ατμοσφαιρική, ραδιομετρική και γεωμετρική τους διόρθωση. Κατόπιν ακολουθήθηκε ειδική επεξεργασία ανάλογα με τον τύπο της εικόνας και τέλος έγινε σύγκριση με τις περιμέτρους των πυρκαγιών όπως αποτυπώθηκαν από τη Δασική υπηρεσία. Συγκεκριμένα:

<big>'''•'''</big> Στις εικόνες AVHRR έγινε σχετική διόρθωση με εικόνα αναφοράς την εικόνα μετά την πυρκαγιά και με την βοήθεια της μεθόδου γραμμικής παλινδρόμησης. Κατόπιν υπολογίστηκε ο NDVI για κάθε μια από τις δύο εικόνες. Η τελική εικόνα προέκυψε από την αφαίρεση του NDVI την εικόνας πριν την πυρκαγιά από τον NDVI της εικόνας πριν την πυρκαγιά. Η ακρίβεια που επιτεύχθηκε (μετά από σύγκριση με την περίμετρο της πυρκαγιάς όπως αποτυπώθηκε από την δασική υπηρεσία) ήταν της τάξης του 88%.

[[εικόνα: gitas_4.jpg|center|400px|]]

<big>'''•'''</big> Στις εικόνες LANDSAT TM στο στάδιο της προεπεξεργασία έγινε και τοπογραφική διόρθωση ώστε να αφαιρεθούν οι σκιές που οφείλονται στο ανάγλυφο. Εφαρμόστηκε η τεχνική του δυαδικού εφοδιαστικού μοντέλου παλινδρόμησης το οποίο παράγει δυαδικό αποτέλεσμα δηλαδή καμένη έκταση και μη καμένη έκταση. Συγκεκριμένα όλα τα εικονοστοιχεία με τιμή μικρότερη από 0.5 χαρακτηρίστηκαν ως καμένα και τα εικονοστοιχεία με τιμή μεγαλύτερη του 0.5 χαρακτηρίστηκαν ως μη καμένα. Η ακρίβεια που επιτεύχθηκε ήταν της τάξης του 97.4%.

[[εικόνα: gitas_5.jpg|center|400px|]]

<big>'''•'''</big> Τέλος στις εικόνες IKONOS λόγω του περιορισμένου αριθμού διαύλων (το φασματικό προφίλ της καμένης έκτασης, του νερού καθώς και των σκιαζόμενων περιοχών είναι παρόμοιο) παρατηρήθηκε δυσκολία στο διαχωρισμό της καμένης έκτασης από τις σκιαζόμενες περιοχές. Έτσι αναπτύχθηκε μια πολύπλοκη μεθοδολογία πολλών βημάτων που περιελάμβανε τη σύγκριση των φασματικών υπογραφών, την παραγωγή χρωματικών μοντέλων έντασης-απόχρωσης-κορεσμού (IHS),την παραγωγή NDVI, την επιλογή των διαύλων και των παραγώγων που φαίνεται να διαχωρίζουν καλύτερα την καμένη έκταση από άλλες κατηγορίες, την επιλογή δειγματοληπτικών περιοχών αντιπροσωπευτικών για την κάθε κατηγορία, τη χρήση της κανονικής ανάλυσης διάκρισης (CDA) και παραγωγή σκόρ διάκρισης και τέλος την χρήση επιβλεπόμενης ταξινόμησης με την χρήση των σκορ διάκρισης. Η ακρίβεια που επιτεύχθηκε ήταν της τάξης του 92.5%.

[[εικόνα: gitas_6.jpg|center|400px|]]

<big>'''Αποτελέσματα'''</big>

Η χρήση του κάθε τύπου εικόνας έχει τα δικά της πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα. Πιο συγκεκριμένα:

<big>'''•'''</big> Αν και ο απεικονιστής AVHRR δεν δίνει την δυνατότητα εντοπισμού των περιοχών υγιούς βλάστησης μέσα στην περίμετρο της πυρκαγιάς είναι ο μοναδικός απεικονιστής με καθημερινή κάλυψη και με δεδομένα που διανέμονται ελεύθερα στο διαδίκτυο.

<big>'''•'''</big> Η χρήση των εικόνων LANDSAT TM έχει ως αποτέλεσμα τον ακριβή εντοπισμό αλλά και την παροχή λεπτομερών πληροφοριών σχετικά με την καμένη έκταση αλλά είναι πολύ μεγάλος ο χρόνος κάλυψης ολόκληρου του πλανήτη

<big>'''•'''</big> Η χρήση των εικόνων IKONOS έχει επίσης ως αποτέλεσμα τον ακριβή εντοπισμό αλλά και την παροχή πληροφοριών σχετικά με την καμένη έκταση όπως επίσης και την ικανότητα διαχωρισμού μεταξύ επικόρυφης και πυρκαγιάς εδάφους. Άλλα εισάγονται καινούργιοι τύποι θορύβου στην εικόνα (π.χ. οι σκιές των μεμονομένων υψηλών δέντρων εισάγουν θόρυβο που μπορεί να αποτελέσει πηγή σύγχησης με την καμένη έκταση).

<big>'''Συμπεράσματα'''</big>

Η ακριβής και λεπτομερής χαρτογράφηση της καμένης έκτασης, του βαθμού καταστροφής της βλάστησης, καθώς και η χαρτογράφηση της υγιούς βλάστησης μέσα στην περίμετρο της πυρκαγιάς αποτελούν σημαντικές πληροφορίες που βοηθούν στην καλύτερη διαχείριση της περιοχής που κάηκε. Οι πληροφορίες αυτές χρησιμοποιούνται μεταξύ άλλων για να εκτιμηθούν οι οικονομικές ζημιές και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις, να καταγραφούν οι αλλαγές στην χρήση και κάλυψη γης και να μοντελοποιηθούν οι ατμοσφαιρικές και κλιματικές επιπτώσεις από την καύση της βιομάζας.

Στα πλαίσια της εργασίας βελτιώθηκαν υπάρχουσες τεχνικές ανάλυσης εικόνων AVHRR και TM με αποτέλεσμα τον διαχωρισμό των καμένων εκτάσεων από τις άλλες κατηγορίες κάλυψης γης με μεγαλύτερη ακρίβεια. Επιπλέον αναπτύχθηκαν καινούργιες τεχνικές ανάλυσης δορυφορικών δεδομένων IKONOS που είχαν επίσης σαν αποτέλεσμα τον ακριβή διαχωρισμό των καμένων εκτάσεων από τις άλλες κατηγορίες κάλυψης γης.

Χρήση Δορυφορικών Εικόνων Landsat – TM και AVHRR για τη Μελέτη του Θαλάσσιου Περιβάλλοντος

2010-03-03T19:41:56Z

Fraggakokkinidou:

<big>'''Περίληψη'''</big>

Η ανάπτυξη των παράκτιων περιοχών είναι γνωστό ότι δημιουργεί περιβαλλοντικά προβλήματα. Όμως, η παράκτια ζώνη είναι ζωτικής σημασίας από οικονομικής απόψεως και κατά συνέπεια απαιτείται συστηματική παρακολούθηση για την ταχύτατη και αποτελεσματική εκτίμησης της ποιότητας του παράκτιου περιβάλλοντος και της προστασίας του. Τα τελευταία χρόνια η ανάπτυξη τηλεπισκοπικών μεθόδων είχε και σαν πεδίο εφαρμογής τις μελέτες θαλάσσιας ρύπανσης. Ειδικότερα δεδομένα από τους δείκτες AVHRR και LANDSAT-TM χωρικής διακριτικής ικανότητας 1.1 km και 30m αντίστοιχα, έχουν συμβάλει σημαντικά στην προσέγγιση του φαινομένου της θαλάσσιας ρύπανσης σε μεγάλη έκταση, διαδικασία δύσκολη, χρονοβόρα και συχνά αδύνατη με χρήση των κλασσικών ωκεανογραφικών μεθόδων.

Στην παρούσα εργασία επιχειρήθηκε αρχικά η ανάπτυξη θεματικών χαρτών που απεικονίζουν την χωρική κατανομή της συγκέντρωσης χλωροφύλλης-α στην ευρύτερη θαλάσσια περιοχή της Νήσου Λέσβου βάσει των δεδομένων του δέκτη LANDSAT-TM και στη συνέχεια θεματικού χάρτη απεικόνισης της χωρικής κατανομής των θερμοκρασιών στο ΒΑ Αιγαίο βάσει των δεδομένων του δέκτη AVHRR. Στις περιοχές μελέτης διεξήχθησαν δειγματοληψίες σε ημερομηνίες κοντά με εκείνες της λήψης των αντίστοιχων δορυφορικών εικόνων, βάσει των οποίων αναπτύχθηκε αλγόριθμος/μοντέλο ικανό να περιγράψει τη σχέση ανάμεσα στην εξεταζόμενη παράμετρο και τις μετρούμενες τιμές στα διάφορα κανάλια του δέκτη. Η χωρική κατανομή κάθε παραμέτρου προέκυψε με την εφαρμογή αυτών των αλγορίθμων στις αντίστοιχες δορυφορικές εικόνες. η κατηγοριοποίηση των αποτελεσμάτων που ακολούθησε, οδήγησε στην παραγωγή θεματικών χαρτών όπου τα όρια των χωρικών διακυμάνσεων της χλωροφύλλης-α και των θερμοκρασιών είναι σαφώς καθορισμένα. Απεικονίσεις τέτοιου είδους αποδεικνύονται πολύ χρήσιμες στην παράκτια διαχείριση όπου απαιτείται εκτίμηση της ποιότητας του θαλάσσιου περιβάλλοντος σε ευρεία χωρική κλίμακα συμπεριλαμβανομένων περιοχών όπου δεν είναι εύκολη η συλλογή δεδομένων πεδίου, όπως είναι η περιοχή του Αιγαίου Πελάγους με το σύμπλεγμα των νησιών.

<big>'''Περιοχή Μελέτης και Πηγή Δεδομένων'''</big>

Το πεδίο μελέτης είναι η θαλάσσια περιοχή των νησιών του ΒΑ Αιγαίου και ιδιαίτερα η ευρύτερη θαλάσσια περιοχή της Νήσου Λέσβου (Σχήμα 1).

[[εικόνα:kitsiou_1.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 1: ''' Οι σταθμοί δειγματοληψίας στα ανατολικά παράλια της Ν. Λέσβου

[[εικόνα:kitsiou_2.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 2: '''Οι σταθμοί δειγματοληψίας στην ευρύτερη περιοχή της πόλης της Μυτιλήνης.

Τα δεδομένα πεδίου προέρχονται από δειγματοληψίες που διεξήχθησαν σε δίκτυο 37 σταθμών δειγματοληψίας στην ευρύτερη περιοχή του λιμένα της πόλης της Μυτιλήνης (Σχήμα 2). Τα δορυφορικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν προέρχονται από δύο mini-σκηνές εικόνων του δέκτη LANDSAT-TM (1/7/1994 και 2/8/1994) και μιας δορυφορικής εικόνας του δέκτη AVHRR-NOAA/14 (14/10/1995), η οποία λήφθηκε από του δορυφορικό σταθμό του Πανεπιστημίου Αιγαίου. Οι ημερομηνίες των εικόνων βρίσκονται κοντά σε εκείνες που έγιναν δειγματοληψίες πεδίου.

<big>'''Επεξεργασία Δορυφορικών Εικόνων'''</big>

'''1. Γεωμετρική διόρθωση των εικόνων'''
Η γεωμετρική διόρθωση έχει σαν σκοπό την μετατροπή των εικονοσυντεταγμένων σε πραγματικές συντεταγμένες εδάφους. Για να επιτευχθεί αυτό, επιλέχθηκαν σημεία εμφανή τόσο στην εικόνα όσο και στον αντίστοιχο χάρτη της περιοχής μελέτης (Επίγεια Σημεία Ελέγχου – Ground Control Points) με γνωστές συντεταγμένες εδάφους.

'''2. Αποκοπή των pixels της εικόνας που αντιστοιχούν στην ξηρά'''
Δεδομένου ότι η μελέτη επιγκεντρώνεται στο θαλάσσιο περιβάλλον, στα pixels που αντιστοιχούν στην ξηρά δόθηκε η ραδιομετρική τιμή μηδέν, ώστε αυτά να μην λαμβάνονται υπόψη σε οποιαδήποτε περαιτέρω επεξεργασία.

'''3. Μετατροπή των ψηφιακών τιμών (Digital Numbers-DN) σε λαμπρότητα (Radiance)'''
Για την μετατροπή των ψηφιακών εικόνων LANDSAT-TM σε λαπρότητα, χρησιμοποιήθηκε η σχέση, R (Watt/m2str) = Ao + A1 (DN),όπου οι τιμές των συντελεστών Ao και A1 για το κάθε κανάλι δίνονται στον πίνακα 1. για την επεξεργασία της εικόνας AVHRR χρησιμοποιήθηκαν οι ψηφιακές τιμές (DN) των pixels.

[[εικόνα:kitsiou_3.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 1: ''' Συντελεστές Αο και Α1 για την μετατροπή των ψηφιακών τιμών των εικόνων LANDSAT-TM σε λαμπρότητα

[[εικόνα:kitsiou_4.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 2: ''' Κατηγοριοποίηση αποτελεσμάτων χλωροφύλλης-α (chl-a) και θερμοκρασιών

'''4. Προσδιορισμός των σταθμών δειγματοληψίας στην εικόνα και υπολογισμός της λαμπρότητας που αντιστοιχεί στις θέσεις αυτές'''
Ο προσδιορισμός της θέσης των σταθμών δειγματοληψίας πάνω στην εικόνα, είναι εύκολος δεδομένου ότι είναι γνωστές οι ακριβείς συντεταγμένες τους και οι συντεταγμένες της εικόνας ανήκουν στο Γεωγραφικό Σύστημα Συντεταγμένων.

'''5. Ανάπτυξη μοντέλων υπολογισμού των υπό μελέτη παραμέτρων απ δεδομένα των δορυφορικών εικόνων'''
Για την ανάπτυξη των μοντέλων μέτρησης των υπο μελέτη παραμέτρων έγινε στατιστική επεξεργασία (ανάλυση απλής ή πολλαπλής παλιδρόμησης) των ωκεανογραφικών και τηλεπισκοπικών δεδομένων. Όσον αφορά την συγκέντρωση χλωροφύλλης-α, ο αλγόριθμος που έδωσε τον καλύτερο συντελεστή συσχέτισης είναι ο εξής:
logC = 0.62 + 0.176 (Band 2) - 3.445 (Band 1 / Band 2)
όπου C: οι συγκεντρώσεις χλωροφύλλης-α που μετρήθηκαν στις 20/21-7-1994 και Band 1 και Band 2: οι λαμπρότητες των καναλιών 1 και 2 αντίστοιχα του δέκτη LANDSAT TM (2/8/1994) της Μυτιλήνης. Ο αλγόριθμος αυτός εφαρμόστηκε στην συνέχεια και στη δορυφορική εικόνα της Μυτιλήνης της 1/7/1994.
Όσον αφορά την επιφανειακή θερμοκρασία της θάλασσας, ο αλγόριθμος που χρησιμοποιήθηκε για την εκτίμηση είναι ο εξής:
temp = 43.1 - 3.35 (Band 4 - Band 5) + 0.125 (Band 4 - Band 5)2
όπου temp: οι θερμοκρασίες που μετρήθηκαν στις 6/10/1995 και Band 4 και Band 5, οι DN των κανελιών 4 και 5 αντίστοιχα του δέκτη AVHRR.

'''6. Εφαρμογή των μοντέλων στις εικόνες'''

'''7. Κατηγοριοποίηση των αποτελεσμάτων'''
Για να γίνει πιο κατανοητή η χωρική κατανομή των υπό εξέταση παραμέτρων, οι τιμές που προέκυψαν από την εφαρμογή των μοντέλων κατηγοριοποιήθηκαν βάσει του πίνακα 2. Η κατηγοριοποίηση έγινε με τις διαδικασίες που περιγράφονται από τους Karydis & Tsirtsis. Οι τέσσερις κατηγορίες που προέκυψαν βάσει των συγκεντρώσεων χλωροφύλλης-α αντιστοιχούν στα διάφορα ευτροφικά πεδία (1: εύτροφο, 2: βεβαρημένο μεσότροφο, 3: ελαφρώς μεσότροφο, 4: ολιγότροφο).

<big>'''Αποτελέσματα και Συζήτηση'''</big>

Τα αποτελέσματα της επεξεργασίας των δορυφορικών εικόνων δίνονται υπο μορφή θεματικών χαρτών στο σχήμα 3. στο σχήμα 3α φαίνεται ότι υπάρχουν υψηλές συγκεντρώσεις χλωροφύλλης-α στην παράκτια ζώνη της Ν. Λέσβου και ιδιαίτερα κοντά στο λιμάνι της πόλης της Μυτιλήνης, στην περιοχή της Θέρμης και στον κόλπο της Γέρας. Σημειώνεται εδώ ότι οι πολύ υψηλές τιμές κοντά στις ακτές δεν είναι αποτέλεσμα μόνο του φαινομένου του ευτροφισμού που παρατηρείται στις περιοχές αυτές κατά την θερινή περίοδο. Συμβάλλει ιδιαίτερα και το γεγονός ότι τα νερά είναι ρηχά με αποτέλεσμα η Η/Μ ακτινοβολία να σκεδάζεται στον βυθό και τα αντίστοιχα pixels των δορυφορικών εικόνων να δίνουν υψηλές ραδιομετρικές τιμές. Είναι εμφανές από το σχήμα 3β ότι τον μήνα Αύγουστο οι συγκεντρώσεις χλωροφύλλης-α έχουν μειωθεί αισθητά. Τέλος, όσον αφορά την κατανομή των θερμοκρασιών (σχήμα 3γ) παρατηρείται ότι διαμορφώνονται δύο πεδία. Το πρώτο βορείως της Μυτιλήνης που χαρακτηρίζεται από χαμηλές θερμοκρασίες και το δεύτερο νοτίως της Χίου που χαρακτηρίζεται από υψηλές θερμοκρασίες. Στην περιοχή που βρίσκεται μεταξύ Μυτιλήνης και Χίου παρατηρείται η παρουσία θερμού επιφανειακού στρώματος. Επίσης, υψηλές θερμοκρασίες παρατηρούνται στον Κόλπο της Καλλονής.

[[εικόνα:kitsiou_5.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 3: ''' (α) Χωρική κατανομή της χλωροφύλλης-α βάσει δορυφορικών δεδομένων LANDSAT-TM (1-7-1994)
(β) Χωρική κατανομή της χλωροφύλλης-α βάσει δορυφορικών δεδομένων LANDSAT-TM (2-8-1994)(γ) Χωρική κατανομή της χλωροφύλλης-α βάσει δορυφορικών δεδομένων LANDSAT-TM (14-10-1995)(Επεξήγηση κατηγοριών 1-4 στον Πίνακα 2)

'''Πηγή: Κίτσιου Δ., Χατζόπουλος Ι., Καρύδης Μ.. Χρήση Δορυφορικών Εικόνων Landsat-TM και AVHRR για τη Μελέτη του Θαλάσσιου Περιβάλλοντος'''

Ανίχνευση Συμβάντων Βιομηχανικών Ατυχημάτων Στην Υπέρυθρη Περιοχή του Φάσματος

2010-03-03T19:38:46Z

Fraggakokkinidou:

<big>'''Περίληψη'''</big>

Το ραδιόμετρο AVHRR των δορυφόρων NOAA έχει τη δυνατότητα εντοπισμού συμβάντων βιομηχανικών ατυχημάτων στο υπέρυθρο μέσω των υψηλών θερμοκρασιών που εμφανίζονται στις περιπτώσεις αυτές. Η ανίχνευση τέτοιων συμβάντων και ο διαχωρισμός των εικονοστοιχείων που τα αντιπροσωπεύουν πραγματοποιείται με χρήση αλγορίθμου που στηρίζεται στην κατανομή της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των καναλιών 3 και 4 του AVHRR.

Εξετάζονται οι περιπτώσεις των βιομηχανικών ατυχημάτων στη Γαλλική Λυών στις 2 Ιουνίου 1987 και στο Kαλοχώρι Θεσσαλονίκης στις 24/02/1986 χρησιμοποιώντας τις αντίστοιχες εικόνες που ελήφθησαν από το δορυφόρο ΝΟΑΑ 9.

<big>'''Είσαγωγή'''</big>

Σε περίπτωση εκδήλωσης ενός βιομηχανικού ατυχήματος, η ακτινοβολία που φτάνει σε έναν δορυφορικό ανιχνευτή από την περιοχή που λαμβάνει χώρα το συμβάν, είναι επαλληλία ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που εκπέμπονται από το μέτωπο της φωτιάς που δημιουργείται, από τη θερμική ακτινοβολία που εκπέμπεται από την επιφάνεια της γης, και από τη μικρού μήκους κύματος ηλιακή ακτινοβολία η οποία σκεδάζεται από την επιφάνεια της γης και την ατμόσφαιρα κατά τη διάρκεια της ημέρας. Το φασματικό παράθυρο στο μέσο υπέρυθρο (mid-IR window: 3-5 μm) είναι η περιοχή που υπάρχει η μεγαλύτερη πιθανότητα να καταγραφεί μια φωτιά με βάση τη θερμοκρασία που έχει.

Σε αρκετές εργασίες στο παρελθόν έχει φανεί η δυνατότητα του καναλιού 3 (3,55 - 3,93 μm) του AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer) των δορυφόρων NOAA για την ανίχνευση περιοχών πολύ υψηλών θερμοκρασιών στην επιφάνεια της γης (Dosier 1981, Matson and Dosier 1981, Matson et. al. 1984, Muirhead and Cracknell 1984, 1985, Matson et. al. 1987, Scorer 1987, 1989, Bandinelli and Carla 1993). Όσο ισχυρότερη είναι η φωτιά (μεγαλύτερη θερμοκρασία), το μέγιστο την καμπύλης εκπομπής της (φασματική περιοχή στην οποία ο δορυφορικός ανιχνευτής θα καταγράψει το φαινόμενο) μετατοπίζεται σε μικρότερα μήκη κύματος. Έτσι, για σημεία με πολύ υψηλές θερμοκρασίες στην επιφάνεια της γης, το μέγιστο ποσό της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπουν καταγράφεται στο κανάλι 3. Το γεγονός αυτό προκαλεί μια διαφορά της τάξης των 20 με 30 ° C στη θερμοκρασία ακτινοβολία που καταστρέφεται στα κανάλια 3 και 4, ενώ τυπικές διαφορές θερμοκρασίας μεταξύ των δύο αυτών καναλιών είναι της τάξης των 1 με 2 ° C για σημεία πάνω στην επιφάνεια της γης (Matson et. al., 1987). Συνεπώς με ταυτόχρονη χρήση των καναλιών 3 και 4 του AVHRR είναι δυνατή η ανίχνευση στόχων που έχουν υψηλές θερμοκρασίες στην επιφάνεια της γης.

<big>'''Υλικά και Μέθοδοι'''</big>

Τα δεδομένα που χρησιμοποιούνται είναι εικόνες NOAA/AVHRR υψηλής ευκρίνειας (Local Area Caverage) που έχουν ληφθεί από το σταθμό του πανεπιστημίου του Dundee. Ο ανιχνευτής AVHRR έχει χωρική διακριτική ικανότητα 1,1 Km στο ναδίρ και μπορεί να σαρώσει ταυτόχρονα περιοχή 2400 Km, η χρονική διακριτική του ικανότητα είναι 6 ώρες.

Στη συγκεκριμένη περίπτωση έχουν επιλεγεί οι εικόνες που έχουν ληφθεί από το δορυφόρο ΝΟΑΑ 9 στις ημερομηνίες 2 Ιουνίου 1987 (13:55 UTC) και 24 Φεβρουαρίου 1986 (12:55 UTC). Οι ημερομηνίες αυτές επιλέγονται για το λόγο ότι στην πρώτη περίπτωση εκδηλώθηκε βιομηχανικό ατύχημα στις εγκαταστάσεις της Shell στη Λυών της Γαλλίας και στη δεύτερη περίπτωση στις εγκαταστάσεις της Jet Oil στο Καλοχώρι Θεσσαλονίκης. Οι εικόνες έχουν τη διαμόρφωση (format) NOAA Level 1-b και είναι δομημένες σε λέξεις των 10 bit (1024 gray levels). Η επεξεργασία τους πραγματοποιήθηκε με το λογισμικό ERDAS IMAGINE 8.3.

Αρχικά οι εικόνες υφίστανται τις κατάλληλες γεωμετρικές διορθώσεις με βάση την πληροφορία που εμπεριέχεται στο format Level 1-b και κατόπιν την κατάλληλη βαθμονόμηση (calibration) ώστε οι ψηφιακές τιμές των εικονοστοιχείων της εικόνας να μετατραπούν σε θερμοκρασίες ακτινοβολίας για τα κανάλια του υπέρυθρου και σε λευκαύγειες για τα κανάλια του ορατού. Έπειτα δημιουργείται ένα απλό μοντέλο που χρησιμοποιεί αλγόριθμο με δύο κριτήρια για το φιλτράρισμα των νεφών που υπάρχουν και ένα κριτήριο για τον έλεγχο του αν η διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των καναλιών 3 και 4 ξεπερνά ένα ορισμένο κατώφλι.

Έπειτα από τη μάσκα των νεφών ενεργοποιείται το κριτήριο που εξετάζει τις τιμές της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των καναλιών 3 και 4 και που στην ουσία είναι το κριτήριο εντοπισμού των περιοχών πολύ υψηλών θερμοκρασιών που πιθανόν να οφείλονται σε βιομηχανικά ατυχήματα. Στο σχήμα 1 παρουσιάζεται η αναλυτική μορφή του αλγορίθμου που χρησιμοποιείται.

[[εικόνα:xrisoulakis_1.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 1:'''Διάγραμμα ροής του μοντέλου που χρησιμοποιείται για τον εντοπισμό των συμβάντων.

<big>'''Αποτελέσματα'''</big>

Στην εικόνα 1 παρουσιάζεται η περιοχή της Γαλλίας όπως προκύπτει μετά την εφαρμογή του αλγορίθμου. Με κόκκινο χρώμα εμφανίζονται τα σημεία των οποίων η διαφορά θερμοκρασίας είναι μεγαλύτερη από 20 ° C, και είναι πάνω ακριβώς στην περιοχή της Λυών όπου εκδηλώθηκε το ατύχημα.

[[εικόνα:xrisoulakis_1_1.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1:''' Ανίχνευση του συμβάντος στο υπέρυθρο.

Στην εικόνα 2 επιλέγεται η ευρύτερη περιοχή της Λυών (πλαίσιο a,b,c,d) και παριστάνονται γραφικά οι ψηφιακές τιμές των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στο παραπάνω πλαίσιο, οι οποίες στην ουσία εκφράζουν τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των καναλιών 3 και 4. Όπως είναι φανερό η κορυφή που παρουσιάζεται (διαφορά θερμοκρασίας μεγαλύτερη από 20 °C) αντιστοιχεί στο σημείο του ατυχήματος, ενώ και στις περιοχές άμεση γειτνίασης η διαφορά θερμοκρασίας είναι υψηλή. Σε πιο απομακρυσμένες περιοχές, η διαφορά θερμοκρασίας περιορίζεται στις τυπικές τιμές που παίρνει πάνω στην επιφάνεια της γης (μικρότερες από 5 ° C).

[[εικόνα:xrisoulakis_3.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 2:''' Χωρική κατανομή της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των καναλιών 3 και 4 στην περιοχή γύρω από το ατύχημα.

Στην εικόνα 3 παρουσιάζεται η παραπάνω περιοχή χρησιμοποιώντας το κανάλι 2. Η παρουσία του λοφίου του καπνού πάνω ακριβώς στα εικονοστοιχεία που εντοπίστηκαν στις προηγούμενες εικόνες επιβεβαιώνει την εκδήλωση του ατυχήματος.

[[εικόνα:xrisoulakis_4.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 3:'''Κανάλι 2 του AVHRR στις 2 Ιουνίου 1987 (13:55 UTC).

Στην εικόνα 4 παρουσιάζεται η περιοχή της Βόρειας Ελλάδας όπως προκύπτει μετά την εφαρμογή του αλγορίθμου. Με κόκκινο χρώμα εμφανίζονται τα σημεία των οποίων η διαφορά θερμοκρασίας είναι μεγαλύτερη από 20 ° C, τα οποία φαίνονται καλύτερα στη μεγένθυση και είναι πάνω ακριβώς στην περιοχή του καλοχωρίου Θεσσαλονίκης όπου εκδηλώθηκε το ατύχημα.

[[εικόνα:xrisoulakis_6.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 4:''' Ανίχνευση του συμβάντος στο υπέρυθρο.

Στην εικόνα 5 επιλέγεται η ευρύτερη περιοχή της Θεσσαλονίκης (πλαίσιο a,b,c,d) και παραστάνονται γραφικά οι ψηφιακές τιμές των εικονοστοιχείων που αντιστοιχούν στο παραπάνω πλαίσιο, οι οποίες στην ουσία εκφράζουν τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ των καναλιών 3 και 4. Οπως είναι φανερό η κορυφή που παρουσιάζεται αντιστοιχεί στο σημείο του ατυχήματος.

[[εικόνα:xrisoulakis_7.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 5:''' Χωρική κατανομή της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των καναλιών 3 και 4 στην περιοχή γύρω από το ατύχημα

Στην εικόνα 6 παρουσιάζεται η παραπάνω περιοχή χρησιμοποιώντας το κανάλι 2. Η παρουσία του λοφίου του καπνού (παρ' όλο που δεν είναι τόσο ευδιάκριτη όσο στην προηγούμενη περίπτωση) πάνω ακριβώς στα εικονοστοιχεία που εντοπίστηκαν στις προηγούμενες εικόνες επιβεβαιώνει την εκδήλωση του ατυχήματος.

[[εικόνα:xrisoulakis_8.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 6:'''Κανάλι 2 του AVHRR στις 24 Φεβρουαρίου 1986 (12:55 UTC).

<big>'''Συμπεράσματα'''</big>

Κατά την διάρκεια της εκδήλωσης ενός βιομηχανικού ατυχήματος μεγάλης έκτασης, η θερμοκρασία στο μέτωπο της φωτιάς μπορεί να φτάσει σε πολύ υψηλά επίπεδα κάνοντας εφικτό τον εντοπισμό της συγκεκριμένης περιοχής από κατάλληλο δορυφορικό δέκτη ο οποίος έχει την ικανότητα να καταγράφει την ακτινοβολίας που εκπέμπεται. Ένας τέτοιος δορυφορικός δέκτης θα πρέπει έχει τουλάχιστον ένα κανάλι στην περιοχή του μέσου υπέρυθρου.

Το ραδιόμετρο AVHRR των δορυφόρων NOAA έχει φασματικά κανάλια στο μέσο και στο θερμικό υπέρυθρο. Παρ' όλο που χωρική διακριτική του ικανότητα είναι μόλις 1,1 Km στο ναδίρ, έχει τη δυνατότητα εντοπισμού συμβάντων βιομηχανικών ατυχημάτων επειδή η θερμοκρασία στις περιπτώσεις αυτές ανεβαίνει σε τέτοια επίπεδα προκαλώντας κορεσμό των υπέρυθρων καναλιών του δέκτη και καταλαμβάνοντας με τον τρόπο αυτόν ολόκληρα εικονοστοιχεία.

Η ανίχνευση τέτοιων συμβάντων και ο διαχωρισμός των εικονοστοιχείων που τα αντιπροσωπεύουν δεν μπορεί να γίνει με ακρίβεια με τη χρήση ενός μόνο καναλιού, αλλά είναι προτιμότερη η χρήση πολυφασματικών μεθόδων και κατάλληλων αλγορίθμων. Η εφαρμογή αλγορίθμου που στηρίζεται στην κατανομή της διαφοράς θερμοκρασίας μεταξύ των καναλιών 3 και 4 του AVHRR δίνει πολύ καλά αποτελέσματα στην ανίχνευση συμβάντων βιομηχανικών ατυχημάτων και στο διαχωρισμό των εικονοστοιχείων που τα αντιπροσωπεύουν.
Απαραίτητη προϋπόθεση για τη λειτουργία ενός τέτοιου αλγορίθμου είναι η συνδυασμένη χρήση του με αλγόριθμους απαλοιφής των νεφών από τη δορυφορική εικόνα.

'''Πηγή:''' Χρυσουλάκης Ν.,Καρτάλης Κ.(1998). Ανίχνευση Συμβάντων Βιομηχανικών Ατυχημάτων στην Υπέρυθρη Περιοχή του Φάσματος με Βάση τισ Καταγραφές του Ραδιόμετρου AVHRR των δορυφόρων NOAAA

Χρήση Δορυφορικών Εικόνων Landsat – TM και AVHRR για τη Μελέτη του Θαλάσσιου Περιβάλλοντος

2010-03-03T19:37:46Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Kasandra 8.jpg

2010-02-25T22:41:31Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Kasandra 7.jpg

2010-02-25T22:40:38Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Kasandra 6.jpg

2010-02-25T22:39:59Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Kasandra 5.jpg

2010-02-25T22:39:26Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Kasandra 9.jpg

2010-02-25T22:38:49Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Kasandra 4.jpg

2010-02-25T22:38:21Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Kasandra 3.jpg

2010-02-25T22:37:51Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Kasandra 2.jpg

2010-02-25T22:37:14Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Kasandra 1.jpg

2010-02-25T22:36:39Z

Fraggakokkinidou:

Αξιολόγηση της θεματικής πληροφορίας των διαύλων του LANDSAT-5 ΤΜ για την εκτίμηση παραμέτρων των δασικών συστάδων

2010-02-25T22:34:04Z

Fraggakokkinidou: New page: <big>''' Αξιολόγηση της θεματικής πληροφορίας των διαύλων του LANDSAT-5 ΤΜ για την εκτίμηση παραμέτρων των δασ...

<big>''' Αξιολόγηση της θεματικής πληροφορίας των διαύλων του LANDSAT-5 ΤΜ για την εκτίμηση παραμέτρων των δασικών συστάδων στη Χερσόνησο της Κασσάνδρας '''</big>

<big>''' Περίληψη '''</big>

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση παρέχει νέες δυνατότητες και προοπτικές στους δασολόγους διαχειριστές για τον έλεγχο και την προστασία των δασικών οικοσυστημάτων. Αντικείμενο έρευνας της εργασίας αποτέλεσε η αξιολόγηση των μέσης-υψηλής ευκρίνειας δορυφορικών δεδομένων του Θεματικoύ Χαρτογράφου του LANDSAT-5 για τον υπολογισμό της πυκνότητας, της κυκλικής επιφάνειας, του ξυλώδες όγκου και της δασικής βιομάζας, ενός δασικού οικοσυστήματος υψηλού βαθμού ετερογένειας στη Βόρεια Ελλάδα. Η ψηφιακή ταξινόμηση με τη χρήση της γραμμικής διακριτικής συνάρτησης του Fisher έδωσε συνολική ακρίβεια ταξινόμησης 82%. Στα αρχικά δορυφορικά δεδομένα εφαρμόστηκαν διάφοροι πολυφασματικοί μετασχηματισμοί και τα παράγωγα συνθετικά κανάλια χρησιμοποιήθηκαν συνδυαστικά με τα αρχικά ως επεξηγηματικές μεταβλητές στα μοντέλα που αναπτύχθηκαν.

Οι παράμετροι των δασικών οικοσυστημάτων που εξετάστηκαν παρουσίασαν παρόμοιο, αλλά μικρό βαθμό συσχέτισης με τα αρχικά και συνθετικά δορυφορικά δεδομένα. Μεταξύ αυτών οι φασματικοί δίαυλοι TM4 και TM7 παρουσίασαν την υψηλότερη συσχέτιση με τις υπό εξέταση δασικές παραμέτρους. Η χρησιμοποίηση των συνθετικών δεδομένων συνετέλεσε στην αύξηση των συντελεστών συσχέτισης και βοήθησε στην ανάπτυξη στατιστικά σημαντικών μοντέλων.

<big>''' Εισαγωγή '''</big>

Η εισαγωγή της δορυφορικής τεχνολογίας σε επιχειρησιακό επίπεδο έδωσε νέες δυνατότητες στους δασολόγους για απογραφή, παρακολούθηση και διαχείριση των δασικών οικοσυστημάτων. Η επιτυχία της συνεισφοράς της δορυφορικής τηλεπισκόπησης, ως ένα σύγχρονο διαχειριστικό εργαλείο, στη δασοπονία επηρεάζεται από παράγοντες όπως είναι ο χρόνος λήψης των δεδομένων, η χωρική και φασματική διακριτική ικανότητα των δεδομένων, το είδος της καταγραφόμενης βλάστησης, η πυκνότητα, ηλικία, υγεία των συστάδων κ.λ.π.. Ως αποτέλεσμα, η χρήση των δορυφορικών δεδομένων έχει τοπική και όχι γενική αξία. Υπό συνθήκες περιβαλλοντικής ομοιομορφίας και ομοιογένειας, η τηλεπισκόπηση έχει αποδειχτεί ότι μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτίμηση και απογραφή παραμέτρων των δασικών συστάδων. Σε αντίθεση, υπό συνθήκες ετερογένειας και υψηλής χωρικής μεταβλητότητας η συμβολή της είναι περιορισμένη.

Στα Μεσογειακού τύπου δασικά οικοσυστήματα συναντάται μεγαλύτερη ετερογένεια αναφορικά με τη σύνθεση και τη δομή τους. Αυτή η χωρική ετερογένεια είναι το αποτέλεσμα πολλών παραγόντων όπως η τοπογραφία, διαχειριστικές πρακτικές, κλιματικοί παράγοντες, κλπ. Ιστορικά, από χωρική και χρονική άποψη, η διαχείριση των Μεσογειακών δασών ήταν συχνά μεταβαλλόμενη. Υψηλό ποσοστό των δασών κατανέμονται σε μικρά τεμάχια ιδιοκτησίας τα οποία διαχειρίζονται από διαφορετικούς ιδιοκτήτες, οι οποίοι ακολουθούν διαφορετικές στρατηγικές. Τέλος, το Μεσογειακό κλίμα, με έντονη καλοκαιρινή ξηρασία, η οποία συχνά εμποδίζει την ανάπτυξη πλήρους κόμης και επιτρέπει τη δημιουργία ενός ετερογενούς υπόροφου, συμβάλει και αυτό στην προαναφερθείσα ετερογένεια.

Ερευνητικά η εργασία αυτή πραγματεύεται την αξιολόγηση των μέσης-υψηλής ευκρίνειας δορυφορικών δεδομένων του Θεματικoυ Χαρτογράφου του LANDSAT-5 για τη χαρτογράφηση των παραμέτρων των Μεσογειακών δασικών οικοσυστημάτων. Συγκεκριμένα, εξετάζεται η περίπτωση ανάπτυξης μοντέλων παλινδρόμησης για την εκτίμηση της πυκνότητας, της κυκλικής επιφάνειας, του ξυλώδες όγκου και της δασικής βιομάζας, ενός δασικού οικοσυστήματος υψηλού βαθμού ετερογένειας στη Βόρεια Ελλάδα.

<big>''' Υλικά και μέθοδοι'''</big>

Η Χερσόνησος της Κασσάνδρας αποτελεί την περιοχή μελέτης της παρούσας εργασίας. Ο κύριος κορμός της Χερσονήσου απαρτίζεται από μια βασική κορυφογραμμή, η οποία στο ύψος του χωριού Ν. Σκιώνη διχάζεται σε 2 μικρότερες. Στα τμήμα αυτό επικρατούν πολλές και απότομες χαραδρώσεις και μεγάλες εγκάρσιες κλίσεις. Η Χερσόνησος της Κασσάνδρας ανήκει στη φυτοκοινωνιολογική ένωση της Ευμεσογειακής ζώνης. Η δασική βλάστηση της περιοχής περιλαμβάνει ξηροθερμικά φρύγανα (θυμάρι, μέντα, ασφάκα), αριές, χαλέπιο πεύκη και κάποιες περιοχές με δρυ (Q.conferta .και Q.cerris).

[[εικόνα: kasandra_1.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 1:''' Δορυφορικές εικόνες της περιοχή μελέτης και κατανομή των δειγματοληπτικών επιφανειών

Τα δορυφορικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν προέρχονται από το Θεματικό Χαρτογράφο του LANDSAT-5 (Σχήμα 1), με ημερομηνία λήψης το Σεπτέμβριο του 1999. Η εικόνα αντιστοιχεί στο path 183 και row 32 της τροχιάς του δορυφόρου. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε μια δορυφορική εικόνα IKONOS με ημερομηνία λήψης τον Ιούνιο του 2000, και η οποία χρησιμοποιήθηκε κυρίως για τη γεωμετρική προσαρμογή της δορυφορικής εικόνας του LANDSAT όπως επίσης και για φωτοερμηνευτικούς σκοπούς.

Για τη δημιουργία του τρισδιάστατου μοντέλου εδάφους της περιοχής έρευνας, ψηφιοποιήθηκαν οι χωροσταθμικές καμπύλες ισοδιάστασης 20 μέτρων από αντίστοιχους τοπογραφικούς χάρτες της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού (ΓΥΣ), κλίμακας 1:5000. Το τρισδιάστατο μοντέλο εδάφους (DTM), χωρικής διακριτικής ανάλυσης 30 μέτρων προέκυψε με τη μέθοδο ψηφιδοποίησης TIN.

Συνολικά 34 δειγματοληπτικές επιφάνειες εγκαταστάθηκαν με στρωματωποιημένη τυχαία δειγματοληψία για τη μέτρηση των πρωτογενών δασικών παραμέτρων βάση των οποίων εκτιμήθηκαν και οι υπόλοιπες. Στις δειγματοληπτικές επιφάνειες μετρήθηκαν αρχικά ο αριθμός των κορμών, η στηθιαία διάμετρος και το ύψος των δένδρων και στη συνέχεια εκτιμήθηκαν ο ξυλώδης όγκος (με τη χρήση εμπειρικών εξισώσεων, καθώς δεν υπάρχουν μαζοπίνακες), η κυκλική επιφάνεια και η βιομάζα με τη χρήση αλλομετρικών εξισώσεων. Στον Πίνακα 1 παρουσιάζονται κάποια περιγραφικά στατιστικά μεγέθη των δασικών παραμέτρων.

[[εικόνα: kasandra_2.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 1:''' Δασικές παράμετροι που μετρήθηκαν και εκτιμήθηκαν στις δειγματοληπτικές επιφάνειες

Κατά το στάδιο της προεπεξεργασίας η δορυφορική εικόνα του LANDSAT διορθώθηκε ραδιομετρικά και γεωμετρικά. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε τοπογραφική ομαλοποίηση της εικόνας. Αξιολογήθηκαν δύο μέθοδοι: η διόρθωση του ημίτονου και η C-διόρθωση (ημι-εμπειρική μέθοδος) . Η διόρθωση του ημίτονου είναι μια αυστηρά τριγωνομετρική προσέγγιση, βασισμένη στην υπόθεση ότι τα αντικείμενα παρουσιάζουν φασματική συμπεριφορά σύμφωνα με το νόμο του Lambertian (δηλ. ομοιόμορφη αντανάκλαση τις προσπίπτουσας ακτινοβολίας προς όλες τις κατευθύνσεις), αδιαφορώντας για την επίδραση της ατμόσφαιρας.

Η ομαλοποιημένη εικόνα αξιολογήθηκε τόσο οπτικά όσο και στατιστικά, ενώ στη συνέχεια ταξινομήθηκαν η αρχική και η ομαλοποιημένη εικόνα για την επιπρόσθετη αξιολόγησή τους. Στη συνέχεια εφαρμόστηκαν διάφοροι πολυφασματικοί μετασχηματισμοί και δείκτες βλάστησης,. Τα μετασχηματισμένα συνθετικά κανάλια ενισχύουν χαρακτηριστικά που δεν είναι ευδιάκριτα στην αρχική εικόνα, διατηρούν σημαντικό ποσό της αρχικής πληροφορίας σε λιγότερες διαστάσεις, συσχετίζονται περισσότερο με ενδογενείς παράγοντες των οικοσυστημάτων και βελτιώνουν την ακρίβεια της ταξινόμησης Στη συγκεκριμένη εργασία χρησιμοποιήθηκαν οι μη τυποποιημένες κύριες συνιστώσες, η συνιστώσα Greeness του μετασχηματισμού Τasseled Cap και κάποιοι δείκτες βλάστησης (PVI, TSAVI, NDVI, RVI).

Στη συνέχεια, για την επιβλεπόμενη ταξινόμηση της ομαλοποιημένης εικόνας εφαρμόστηκαν δυο διαφορετικοί αλγόριθμοι. Ο αλγόριθμος της μεγίστης πιθανοφάνειας, και οι συντελεστές γραμμικής διακριτικής συνάρτησης του Fisher.

Τέλος δοκιμάστηκαν διάφοροι συνδυασμοί των αρχικών καναλιών της τοπογραφικά ομαλοποιημένης εικόνας καθώς και συνδυασμοί πολυφασματικών μετασχηματισμών των αρχικών διαύλων για την εκτίμηση των δασικών παραμέτρων. Επιλέχτηκε η ανάλυση της παλινδρόμησης αντί διαφόρων αλγορίθμων ταξινόμησης και δεικτών γειτνίασης διότι είναι μια τεχνική η οποία εκμεταλλεύεται το σύνολο της πληροφορίας η οποία παρέχεται από μια συνεχή μεταβλητή (όπως είναι συνήθως οι δασικές παράμετροι).

<big>''' Αποτελέσματα-Συζήτηση'''</big>

Η επιλογή των δειγματοληπτικών σημείων για την τοπογραφική ομαλοποίηση έγινε σε περιοχές που καλύπτονται από Pinus halepensis, καθώς αυτή η κατηγορία είναι η κυρίαρχη στην περιοχή μελέτης. Επίσης, δόθηκε ιδιαίτερη σημασία ώστε τα σημεία να βρίσκονται σε περιοχή με τοπογραφική μεταβλητότητα με τη κατάλληλη ζωνοποίηση της περιοχής. Τελικά επιλέχτηκαν 198 σημεία χρησιμοποιώντας τη δορυφορική εικόνα IKONOS, για τα οποία μετρήθηκαν οι ψηφιακές τιμές (DN) σε κάθε δίαυλο του θεματικού χαρτογράφου, και οι τιμές φωτεινότητας τους (cos(i)-illumination). Στη συνέχεια δημιουργήθηκαν γραμμικά μοντέλα παλινδρόμησης τα οποία παρουσιάζονται στον Πίνακα 2 ενώ προσδιορίσθηκαν οι συντελεστές c (Πίνακας 2), για κάθε δίαυλο, βάση της σταθεράς και του συντελεστή παλινδρόμησης για κάθε κανάλι.

[[εικόνα: kasandra_3.jpg|center|400px|]]
''' Πίνακας 2:''' Συντελεστές συσχέτισης μεταξύ των ψηφιακών τιμών και της φωτεινότητας πριν και μετά την τοπογραφική διόρθωση καθώς και οι υπολογισθείσες τιμές του παράγοντα c

Σε πρώτη φάση πραγματοποιήθηκε οπτική αξιολόγηση της τοπογραφικής ομαλοποίησης. Διαπιστώθηκε ότι η εφαρμογή της διόρθωσης του συνημίτονου προκάλεσε έντονη φασματική διαφοροποίηση των δεδομένων σε κορυφογραμμές και ανεπαρκή διόρθωση σε περιοχές έντονα σκιαζόμενες. Αυτό συνέβη διότι η μέθοδος θεωρεί ότι η μόνη ακτινοβολία που υπάρχει είναι η άμεση ακτινοβολία που αντανακλάται από την επιφάνεια του εδάφους. Παράλληλα, όπως παρατηρείται και από τον Πίνακα 2, ότι η διόρθωση με την ημιεμπειρική μέθοδο μείωσε πολύ αποτελεσματικότερα τις αρχικές συσχετίσεις Τέλος όπως παρατηρείται και στον Πίνακα 3, ο λόγος της διακύμανσης των ραδιομετρικών τιμών για τέσσερις αγροτικές περιοχές χωρίς βλάστηση, μετά και πριν την διόρθωση, κυμαίνεται κάτω του 0.5 για την ημιεμπειρική μέθοδο σε όλους τους διαύλους του θεματικού χαρτογράφου, το οποίο επιβεβαιώνει την αποτελεσματικότερη τοπογραφική ομαλοποίηση της εικόνας.

[[εικόνα: kasandra_4.jpg|center|400px|]]
''' Πίνακας 3:''' Επίδραση της τοπογραφικής ομαλοποίησης στις τιμές της εικόνας με την εμπειρική (γκρι κελιά) και τη μέθοδο του συνημίτονου (λευκά κελιά)

Για τον υπολογισμό του δείκτη PVI αλλά και του δείκτη TSAVI επιλέχτηκαν περιοχές στη δορυφορική εικόνα που αντιστοιχούν σε γυμνό έδαφος με διαφορετικές όμως τιμές αντανάκλασης (λόγω εδάφους). Για τις περιοχές αυτές εκτιμήθηκε η καλύτερη δυνατή γραμμή προσαρμογής (Σχήμα 2) των δεδομένων στο φασματικό χώρο που ορίζεται από τους διαύλους ΤΜ4 και ΤΜ3 (μέθοδος των ελαχίστων τετραγώνων).

[[εικόνα: kasandra_9.jpg|center|400px|]]
'''Σχήμα 2:''' Υπολογισμός της γραμμής εδάφους, χρησιμοποιώντας περιοχές με γυμνό έδαφος

Για την αξιολόγηση των φασματικών υπογραφών χρησιμοποιήθηκαν ο στατιστικός δείκτης διακριτότητας Jeffries-Μatusitsa (J-M). Η εκτίμηση της ακρίβειας της ταξινόμησης, βασίστηκε σε 205, τυχαία επιλεγμένα σημεία, ενώ για τον προσδιορισμό της τάξης στην οποία ανήκουν, χρησιμοποιήθηκε η δορυφορική εικόνα IKONOS. Τα συνοπτικά αποτελέσματα ελέγχου της ακρίβειας ταξινόμησης παρουσιάζονται στον Πίνακα 4. Ο στατιστικός έλεγχος της σημαντικότητας πραγματοποιήθηκε με το συντελεστή συμφωνίας Kappa. Όπως παρατηρείται από τον Πίνακα 4 και τη σύγκριση της συνολικής αλλά και των άλλων μέτρων της ακρίβειας, η τοπογραφική ομαλοποίηση βελτίωσε την ακρίβεια ταξινόμησης το οποίο οφείλεται στις λιγότερες στατιστικές παραδοχές που απαιτεί η μέθοδος.

[[εικόνα: kasandra_5.jpg|center|400px|]]
''' Πίνακας 4:''' Μήτρα σημαντικότητας για την αρχική και την τοπογραφικά ομαλοποιημένη εικόνα με τη χρήση του αλγόριθμου της μέγιστης πιθανοφάνειας.και των συντελεστών του Fisher

Γενικά ο μικρός αριθμός των δειγματοληπτικών επιφανειών δεν επέτρεψε την ανάπτυξη μοντέλων με αυξημένο επίπεδο σημαντικότητας. Διαπιστώνεται ότι για την πολλαπλή γραμμική παλινδρόμηση τα καλύτερα αποτελέσματα αφορούν την κυκλική επιφάνεια, η οποία όμως αν και ιδιαίτερα για τον συνδυασμό ΤΜ2, ΤΜ3, ΤΜ4, κυμαίνεται σε επίπεδα σημαντικότητας 0.01, ο συντελεστής R2adj είναι σχετικά χαμηλός (0,242) δείχνοντας ότι μόνο 24.2% της μεταβολής των τιμών της κυκλικής επιφάνειας, μπορεί να ερμηνευτεί από τις μεταβολές των ανεξάρτητων μεταβλητών που συμμετέχουν στην εξίσωση παλινδρόμησης (Πίνακας 5).

[[εικόνα: kasandra_6.jpg|center|400px|]]
''' Πίνακας 5:''' Αποτελέσματα πολλαπλής γραμμικής παλινδρόμησης

Αναφορικά με τα μοντέλα της απλής γραμμικής παλινδρόμησης ο δίαυλος που ήταν καλύτερα συσχετισμένος από όλους τους υπόλοιπους, ήταν ο ΤΜ4. Αντίθετα περισσότερο θετικά ήταν τα αποτελέσματα για τους περισσότερους δείκτες βλάστησης και για τη δεύτερη κύρια συνιστώσα. Ιδιαίτερα για την εκτίμηση του ξυλώδους όγκου, η συσχέτιση μεταξύ του δείκτη PVI αλλά και της δεύτερης κύριας συνιστώσας, ήταν υψηλή σε επίπεδο στατιστικής σημαντικότητας 0.01 (Πίνακας 6).

[[εικόνα: kasandra_7.jpg|center|400px|]]
''' Πίνακας 6:''' Αποτελέσματα απλής γραμμικής παλινδρόμησης

<big>''' Συμπεράσματα '''</big>

Η τοπογραφική ομαλοποίηση που πραγματοποιήθηκε στη δορυφορική εικόνα LANDSAT-5, ήταν επιτυχημένη και αναγκαία, εξαιτίας του έντονου ανάγλυφου της περιοχής μελέτης. Επίσης η ταξινόμηση που πραγματοποιήθηκε με τη χρήση των συντελεστών διακριτικής συνάρτησης του Fisher, βελτίωσε τη συνολική ακρίβεια ταξινόμησης όπως διαπιστώθηκε με τα σχετικά στατιστικά μέτρα. Το γεγονός αυτό οφείλεται μάλλον στο ότι η μέθοδος αυτή της ταξινόμησης δεν προϋποθέτει, οι τάξεις τις οποίες προσπαθεί να διαχωρίσει, να ακολουθούν την κανονική κατανομή, κάτι που σπάνια άλλωστε συμβαίνει στην πραγματικότητα.

[[εικόνα: kasandra_8.jpg|center|400px|]]
''' Σχήμα 3:''' Εύρος των ψηφιακών τιμών των εικονοστοιχείων, τα οποία αντιστοιχούν σε περιοχές καλυπτόμενες από χαλέπιο πεύκη. Διακρίνονται οι μέγιστες και οι ελάχιστες τιμές, καθώς και οι μέσες τιμές

Παρά το γεγονός ότι σε κάποια μοντέλα (π.χ. κυκλική επιφάνεια), η συσχέτιση κυμάνθηκε σε ικανοποιητικά επίπεδα, ένα μεγάλο ποσό της διακύμανσης των εξαρτημένων μεταβλητών, έμεινε ανεξήγητο από τα μοντέλα της παλινδρόμησης. Όπως μπορεί να διαπιστωθεί σε όλους τους διαύλους πλην των ΤΜ4-5, το εύρος των τιμών είναι ιδιαίτερα μικρό.

Εντύπωση προκάλεσε το γεγονός, ότι ο δίαυλος ΤΜ5, δεν παρουσίασε αρνητική συσχέτιση, γεγονός όμως που ίσως εξηγείται από το στοιχείο ότι οι παράγοντες που ασκούν τη μεγαλύτερη επίδραση στις τιμές φωτεινότητας που καταγράφει ο φασματικός δίαυλος ΤΜ5, είναι οι σκιές και η περιεχόμενη στην κομοστέγη υγρασία (Horler and Ahern, 1986); ιδιαίτερα ο πρώτος παράγοντας στην περιοχή μελέτης παρουσίαζε πολύ μεγάλη μεταβλητότητα Παρόμοια προβλήματα εντοπίζονται και σε άλλες εργασίες (Danson and Curran, 1991; Trotter et al., 1997; Salvador and Pons, 1998), με διαφορετικά δασικά είδη. Επίσης το γεγονός ότι παρόμοιες ερευνητικές εργασίες που έχουν πραγματοποιηθεί σε ομοιόμορφα βόρεια δάση και σε φυτείες κωνοφόρων (Spanner et al.,1990; Ripple et al.,1991; Ardo, 1992; Duncan et al., 1993; Ekstrand, 1994; Trotter et al., 1997), είχαν μεγαλύτερους συντελεστές συσχέτισης επιβεβαιώνει την επίδραση της μέτριας χωρικής διακριτότητας σε συνδυασμό με την αυξημένη ετερογένεια.

Τέλος περιοριστικό παράγοντα για τη δημιουργία αξιόπιστων μοντέλων εκτίμησης των δασικών παραμέτρων, πιθανότατα αποτελεί και ο τρόπος που καταγράφεται η ραδιομετρική πληροφορία από τον δέκτη (Rees, 1990; Salvador and Pons, 1998), καθώς επηρεάζει το διαθέσιμο εύρος για την καταγραφή των δασικών εκτάσεων (Σχήμα 3), εκ των ψηφιακών τιμών του θεματικού χαρτογράφου (0-255).

 '''Πηγή: ''' Μαλλίνης Γ., Κούτσιας Ν., Μάκρας Α., Καρτέρης Μ. (2007). Αξιολόγηση της θεματικής πληροφορίας των διαύλων του LANDSAT-5 ΤΜ για την εκτίμηση παραμέτρων των δασικών συστάδων στη Χερσόνησο της Κασσάνδρας.

Κοκκινίδου Φράγγα

2010-02-25T22:32:10Z

Fraggakokkinidou:

* [[Ανίχνευση Συμβάντων Βιομηχανικών Ατυχημάτων Στην Υπέρυθρη Περιοχή του Φάσματος]]

* [[Χωρική κατανομή δυνητικής εξατμισοδιαπνοής βασισμένη στα δορυφορικά στοιχεία του δορυφόρου NOAA/AVHRR και τα GIS]]

* [[Χονδρική εκτίμηση καμένων εκτάσεων από τις μεγάλες πυρκαγιές της Πελοποννήσου μέσω δορυφορικών εικόνων AVHRR-18]]

* [[Χρήση Δορυφορικών Εικόνων Landsat – TM και AVHRR για τη Μελέτη του Θαλάσσιου Περιβάλλοντος]]

* [[Χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με τη χρήση δορυφορικών εικόνων χαμηλής, μέσης – υψηλής και πολύ υψηλής ευκρίνειας]]

* [[Εφαρμογή Τηλεπισκόπισης στην καταγραφή της κατανάλωσης του αρδευτικού νερού στον Κάμπο του Ν. Χανίων]]

* [[Χαρτογράφηση της σκόνης από τη Σαχάρα στην ατμόσφαιρα με τη χρήση δορυφορικών εικόνων και αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης]]

* [[Το χρονικό του Καύσωνα και της Δασικής Πυρκαγιάς Θεσσαλίας Ιουνίου 2007]]

* [[Ανάλυση και Επεξεργασία Εικόνων NOAA/ AVHRR για την Θερμική Ανίχνευση και Απεικόνιση Πλουμίων που Προκαλούνται από Βιομηχανικά Ατυχήματα]]

* [[Εφαρμογή του Δείκτη NOAA/AVHRR VCI για την Εκτίμηση της Ξηρασίας στην Περιοχή της Θεσσαλίας]]

* [[Περιοχική εκτίμηση βροχόπτωσης με την χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (Γ.Σ.Π)]]

* [[Παρακολούθηση Ξηρασίας και οι επιδράσεις στην βλάστηση]]

* [[Συνδυασμένη Χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για την Υποστήριξη της ενιαίας Διαχείρισης Υδατικών Πόρων]]

* [[Αξιολόγηση της θεματικής πληροφορίας των διαύλων του LANDSAT-5 ΤΜ για την εκτίμηση παραμέτρων των δασικών συστάδων]]

[[category:ΔΠΜΣ "Περιβάλλον & Ανάπτυξη" (Μέτσοβο)]]

Κοκκινίδου Φράγγα

2010-02-25T22:31:36Z

Fraggakokkinidou:

* [[Ανίχνευση Συμβάντων Βιομηχανικών Ατυχημάτων Στην Υπέρυθρη Περιοχή του Φάσματος]]

* [[Χωρική κατανομή δυνητικής εξατμισοδιαπνοής βασισμένη στα δορυφορικά στοιχεία του δορυφόρου NOAA/AVHRR και τα GIS]]

* [[Χονδρική εκτίμηση καμένων εκτάσεων από τις μεγάλες πυρκαγιές της Πελοποννήσου μέσω δορυφορικών εικόνων AVHRR-18]]

* [[Χρήση Δορυφορικών Εικόνων Landsat – TM και AVHRR για τη Μελέτη του Θαλάσσιου Περιβάλλοντος]]

* [[Χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με τη χρήση δορυφορικών εικόνων χαμηλής, μέσης – υψηλής και πολύ υψηλής ευκρίνειας]]

* [[Εφαρμογή Τηλεπισκόπισης στην καταγραφή της κατανάλωσης του αρδευτικού νερού στον Κάμπο του Ν. Χανίων]]

* [[Χαρτογράφηση της σκόνης από τη Σαχάρα στην ατμόσφαιρα με τη χρήση δορυφορικών εικόνων και αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης]]

* [[Το χρονικό του Καύσωνα και της Δασικής Πυρκαγιάς Θεσσαλίας Ιουνίου 2007]]

* [[Ανάλυση και Επεξεργασία Εικόνων NOAA/ AVHRR για την Θερμική Ανίχνευση και Απεικόνιση Πλουμίων που Προκαλούνται από Βιομηχανικά Ατυχήματα]]

* [[Εφαρμογή του Δείκτη NOAA/AVHRR VCI για την Εκτίμηση της Ξηρασίας στην Περιοχή της Θεσσαλίας]]

* [[Περιοχική εκτίμηση βροχόπτωσης με την χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (Γ.Σ.Π)]]

* [[Παρακολούθηση Ξηρασίας και οι επιδράσεις στην βλάστηση]]

* [[Συνδυασμένη Χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για την Υποστήριξη της ενιαίας Διαχείρισης Υδατικών Πόρων]]

* [[Αξιολόγηση της θεματικής πληροφορίας των διαύλων του LANDSAT-5 ΤΜ για την εκτίμηση παραμέτρων των δασικών συστάδων στη Χερσόνησο της Κασσάνδρας ]]

[[category:ΔΠΜΣ "Περιβάλλον & Ανάπτυξη" (Μέτσοβο)]]

Συνδυασμένη Χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για την Υποστήριξη της ενιαίας Διαχείρισης Υδατικών Πόρων

2010-02-25T22:23:26Z

Fraggakokkinidou:

<big>''' Συνδυασμένη Χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για την Υποστήριξη της ενιαίας Διαχείρισης Υδατικών Πόρων: Το έργο REALDEMS '''</big>

<big>''' Περίληψη '''</big>

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται η μεθοδολογία και τα αποτελέσματα του έργου REALDEMS, στα πλαίσια του οποίου παρήχθησαν ψηφιακά μοντέλα εδάφους και θεματικοί χάρτες κάλυψης γης για τις περιοχές της Κρήτης και της Λέσβου. Τα προϊόντα αυτά παρήχθησαν με χρήση δορυφορικής τεχνολογίας και συγκεκριμένα με τηλεπισκοπικά δεδομένα του ραδιομέτρου ASTER (Advance Spaceborn Thermal Emission and Reflection Radiometer), δεδομένα του παγκόσμιου συστήματος προσδιορισμού θέσης, καθώς και επιτόπιων παρατηρήσεων.

Τα ψηφιακά μοντέλα εδάφους προέκυψαν με εφαρμογή φωτογραμμετρικών μεθόδων σε στερεοζεύγη εικόνων ASTER. Η ακρίβεια των ψηφιακών μοντέλων εδάφους που παρήχθησαν είναι της τάξης των 15 – 20 m. Οι θεματικοί χάρτες κάλυψης του εδάφους παρήχθησαν με εφαρμογή μεθόδων επιβλεπόμενης ταξινόμησης σε πολυφασματικά δεδομένα ASTER. Επιτόπιες παρατηρήσεις καθόρισαν τις φασματικές υπογραφές σε δεδομένες περιοχές εκπαίδευσης για την πραγματοποίηση της επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Τα προϊόντα του έργου χρησιμοποιήθηκαν για το χαρακτηρισμό λεκανών απορροής στις παραπάνω περιοχές με χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών. Συνεπώς, αναμένεται να αποτελέσουν πολύτιμο εργαλείο για την υποστήριξη της διαχείρισης των υδάτινων πόρων στις περιοχές εφαρμογής.

<big>''' Εισαγωγή'''</big>

Η ορθολογική εκμετάλλευση και η ενιαία διαχείριση των υδατικών πόρων επιβάλλει την αντιμετώπιση του νερού συνολικά ως φυσικού πόρου και ως φυσικού αγαθού. Για το λόγο αυτό θεσπίστηκε πλαίσιο κοινοτικής δράσης στο πεδίο της πολιτικής υδάτων (Οδηγία 2000/60/EΚ). Η οδηγία αυτή καθιερώνει την διαχείριση σε επίπεδο λεκάνης απορροής ποταμού και ορίζει ότι εντός της λεκάνης θα εξασφαλίζεται έτσι η διοικητική διάρθρωση ώστε να διασφαλίζει τη συνολική διαχείριση των υδάτων που ανήκουν στο ίδιο οικολογικό και υδρογεωλογικό σύστημα.

Η δημιουργία βάσεων δεδομένων που είναι απαραίτητες για την εφαρμογή της Οδηγίας απαιτεί τη χρήση σύγχρονων τεχνικών για την εκτίμηση χωρικών κατανομών φυσικών παραμέτρων καθώς και εργαστηριακών αναλύσεων για τον εντοπισμό χημικών ουσιών σε νερό και έδαφος. Στην πρώτη κατεύθυνση έρχεται να συμβάλλει το έργο REALDEMS (REmote sensing Application for Land cover and Digital Elevation Models Service). Στόχος του έργου ήταν να εισάγει και να διαχύσει στην ελληνική επιστημονική κοινότητα τεχνογνωσία σχετική με την εφαρμογή σύγχρονων δορυφορικών τεχνικών για την παραγωγή ψηφιακών μοντέλων εδάφους (DEM: Digital Elevation Model) και θεματικών χαρτών κάλυψης γης σε τοπικό επίπεδο για την υποστήριξη τόσο του χαρακτηρισμού λεκανών απορροής, όσο και της εφαρμογής υδρολογικών μοντέλων, εφόσον για το χαρακτηρισμό, απαιτείται η γνώση της τοπογραφίας (DEM) και της κάλυψης του εδάφους (land cover), ενώ και τα δύο αυτά προϊόντα αποτελούν δεδομένα εισαγωγής για τα υδρολογικά μοντέλα.

Στην παρούσα εργασία παρουσιάζονται η μεθοδολογία και τα αποτελέσματα του έργου REALDEMS και συγκεκριμένα τα DEM και οι θεματικοί χάρτες κάλυψης γης που δημιουργήθηκαν με βάση στερεοσκοπικά και πολυφασματικά δεδομένα του ραδιομέτρου ASTER για τις περιοχές της Κρήτης και της Λέσβου. Τα προϊόντα αυτά χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια για το χαρακτηρισμό λεκανών απορροής στις παραπάνω περιοχές με χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ).

<big>''' Υλικά και Μέθοδοι'''</big>

Για τη δημιουργία των DEM από στερεοζεύγη εικόνων ASTER χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις φωτοσταθερών σημείων στο πεδίο (GCPs: Ground Control Points) με τη βοήθεια διαφορικού GPS (Global Positioning System).

Η εξαγωγή του DEM βασίστηκε στην αρχή του υπολογισμού του υψομέτρου μέσω της στερεοσκοπικής παράλλαξης. Για τον έλεγχο αξιοπιστίας του παραγόμενου DEM χρησιμοποιήθηκαν τριγωνομετρικά σημεία. Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν το Orthoengine της PCI Geomatics (PCI, 2003) το οποίο διαθέτει φυσικό μοντέλο για το σύστημα ASTER. Το μοντέλο επιλύθηκε αριθμητικά για κάθε προβολικό κέντρο, κάθε σκηνής ASTER με τη χρήση οριακών συνθηκών που προέκυψαν από τα GCPs.

Σημαντικό τμήμα της διαδικασίας, μετά την συλλογή των GCPs ήταν η σαφής αναγνώριση του αντίστοιχου εικονοστοιχείου και ο προσδιορισμός των συντεταγμένων του. Κατά την προσθήκη των σημείων υπήρχε η δυνατότητα ταυτόχρονου υπολογισμού του μαθηματικού μοντέλου, οπότε μπορούσε να εκτιμηθεί η ποιότητα των σημείων που εισάγονταν κάθε φορά. Ο έλεγχος αυτός, πραγματοποιούνταν με βάση τα υπολειμματικά σφάλματα (residual errors). Η τεχνική αυτή αναζητεί την καλύτερη δυνατή θέση κάθε εικονοστοιχείου σε μια εικόνα, χρησιμοποιώντας όλα τα σημεία, καθώς και τα στοιχεία εσωτερικού και εξωτερικού προσανατολισμού. Το κριτήριο για την επίλυση αυτή είναι η ελαχιστοποίηση του αθροίσματος των τετραγώνων των υπολειμματικών σφαλμάτων. Όταν ο προσανατολισμός και η θέση του αισθητήρα έχουν αναγνωριστεί, η μέθοδος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ακριβή διόρθωση της εικόνας από γνωστές παραμορφώσεις. Με την προσθήκη νέων GCPs, επανακαθορίζεται η λύση του μαθηματικού μοντέλου με αποτέλεσμα να προκύπτουν περισσότερο ακριβή αποτελέσματα.

Στη συνέχεια, μετά τον καθορισμό των παραμέτρων του φυσικού μοντέλου για κάθε σκηνή ASTER, ο υπολογισμός της στερεοσκοπικής παράλλαξης επιτελέστηκε στο χώρο των επιπολικών εικόνων. Οι επιπολικές εικόνες είναι στερεοζεύγη εικόνων που προκύπτουν με την επαναπροβολή του αρχικού στερεοζεύγους, ώστε οι δύο εικόνες να έχουν κοινό προσανατολισμό. Σε κάποιες περιπτώσεις υπήρχαν περιοχές των εικόνων στις οποίες απέτυχε η συσχέτιση. Ως τιμή ασυσχέτιστου εικονοστοιχείου (εικονοστοιχείο για το οποίο απέτυχε η διαδικασία συσχέτισης) δόθηκε η τιμή -9999. Η αποτυχία συσχέτισης ενδεχομένως να οφειλόταν, ανάλογα με την περίπτωση, σε ατμοσφαιρικές παρεμβολές (σύννεφα), σκιές λόγω ανάγλυφου, υδάτινες μάζες (φράγματα, λίμνες), πυκνές αστικές περιοχές, λατομικές ζώνες, και στην ακτογραμμή. Για τις περιοχές αυτές το υψόμετρο στο τελικό DEM υπολογίστηκε με χωρική παρεμβολή.

Για την αξιολόγηση των παραγόμενων DEM χρησιμοποιήθηκαν τριγωνομετρικά σημεία της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού από χάρτες 1:5000, καθώς και σημεία ελέγχου που συλλέχθηκαν στο πεδίο και δεν χρησιμοποιήθηκαν ως GCPs. Η αξιολόγηση στηρίχθηκε στην σύγκριση των υψών των τριγωνομετρικών σημείων με τα ύψη των αντίστοιχων σημείων του DEM. Λόγω της μεθοδολογίας στερεοταύτισης (cross correlation) το σφάλμα ως προς το οριζόντιο επίπεδο ήταν της τάξης μεγέθους του ενός εικονοστοιχείου (15 m). Συνεπώς, για τη σύγκριση των υψών ήταν αναγκαίο εξαλειφθεί το οριζόντιο (plannimetric) σφάλμα. Αυτό πραγματοποιήθηκε με τη δημιουργία κυκλικών ζωνών επέκτασης (buffers) ακτίνας 15 m γύρω από κάθε τριγωνομετρικό σημείο. Σε κάθε ζώνη επέκτασης με τον τρόπο αυτό αντιστοιχήθηκε ένα πολύγωνο (κυκλικός δίσκος) ακτίνας 15 m. Παρήχθη ένα σύνολο ζωνών επέκτασης σε 1 - 1 αντιστοιχία με τα τριγωνομετρικά σημεία και υπολογίστηκε για καθένα η μέση τιμής του υψομέτρου των εικονοστοιχείων τα οποία περιλαμβάνονταν σε κάθε ζώνη επέκτασης. Κατόπιν, η τιμή αυτή συγκρίθηκε με την τιμή υψομέτρου του αντίστοιχου τριγωνομετρικού σημείου από το οποίο δημιουργήθηκε αρχικά το πολύγωνο ως ζώνη επέκτασης. Από τη σύγκριση αυτή προέκυψε το μέσο τετραγωνικό σφάλμα (RMSE: Root Mean Square Error) το οποίο αποτελεί μέτρο της διαφοράς των δύο πηγών υψομέτρων.

Το παραχθέν DEM κάθε επιμέρους σκηνής ASTER χρησιμοποιήθηκε στη συνέχεια, σε συνδυασμό με τα διαθέσιμα GCPs, για την ορθοκανονικοποίηση των εικόνων των καναλιών του ορατού, του εγγύς υπερύθρου και του υπερύθρου μικρού μήκους κύματος της σκηνής (9 φασματικά κανάλια). Οι πολυφασματικές ορθοεικόνες που δημιουργήθηκαν από τις επιμέρους σκηνές, συνενώθηκαν κατόπιν σε μωσαικό ορθοεικόνων για τις περιοχές της Κρήτρης και της Λέσβου και οι αντίστοιχοι χάρτεςκάλυψης γης παρήχθησαν με φασματική ταξινόμηση στα μωσαϊκά αυτά. Λόγω των διαφορετικών συνθηκών λήψης (π.χ θέση του ήλιου, ημερομηνία λήψης, κατάσταση ατμόσφαιρας) των επιμέρους σκηνών ASTER υπήρχαν διαφορές στα φασματικά χαρακτηριστικά τους, με συνέπεια να πραγματοποιηθεί κανονικοποίηση των φασματικών χαρακτηριστικών των εικόνων πριν τη συνένωσή τους σε μωσαϊκό.

Κατόπιν εφαρμόστηκε στα μωσαϊκά των εικόνων η μέθοδος της επιβλεπόμενης ταξινόμησης, με βάση την ικανότητα αναγνώρισης πεδίων και την a priori γνώση των στοιχείων ώστε ο αλγόριθμος ταξινόμησης να καθορίσει τα στατιστικά κριτήρια (φασματικές υπογραφές) για την ταξινόμηση των εικονοστοιχείων. Χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος της μέγιστης πιθανοφάνειας (Leica, 2002). Η επιλογή των περιοχών εκπαίδευσης για την επιβλεπόμενη ταξινόμηση έγινε με βάση τη γνώση των δεδομένων της περιοχής (π.χ. υπάρχουσα βλάστηση) και των προς εξαγωγή τάξεων και καταγραφή των σημείων στο πεδίο με τη χρήση GPS. Για τον υπολογισμό της διαχωριστικότητας (separability) τάξεων με βάση τις φασματικές υπογραφές των περιοχών εκπαίδευσης, ελήφθησαν υπόψη αφενός η διακύμανση των υπογραφών στα 9 φασματικά κανάλια του ASTER και αφετέρου τα μέσα διανύσματα των υπογραφών.

<big>''' Αποτελέσματα '''</big>

Στην Εικόνα 1 παρουσιάζεται το παραγόμενο DEM για την περιοχή της Κρήτης, ως αποτέλεσμα της συνένωσης των DEM που παρήχθησαν από τις 12 επιμέρους σκηνές ASTER. Στην ίδια εικόνα παρατίθεται επίσης μια ψευδόχρωμη κωδικοποίησή του DEM της Κρήτης με το λευκό και τα σκούρα χρώματα να αντιστοιχούν σε μεγάλα υψόμετρα. Η ακτογραμμή έχει προστεθεί και στις δύο περιπτώσεις για λόγους εποπτείας. Για το σύνολο των σκηνών ASTER της περιοχής της Κρήτης το RMSE βρέθηκε στην πλειοψηφία των περιπτώσεων κάτω των 20 m, γεγονός που αποδεικνύει την αξιοπιστία της μεθόδου παραγωγής DEM και την καταλληλότητα των τελικών προϊόντων για εφαρμογές τοπικού χαρακτήρα, όπως ο χαρακτηρισμός λεκανών απορροής. Η πολύ καλή συσχέτιση μεταξύ των υψομέτρων των δύο αυτών πηγών για την Κρήτη συνολικά παρουσιάζεται στην Εικόνα 2. Το μέγιστο υψόμετρο του παραχθέντος DEM είναι 2460 m, ο αριθμός των τριγωνομετρικών σημείων που χρησιμοποιήθηκαν για τη σύγκριση ήταν 1854 και το RMSE που υπολογίστηκε είναι 18,7 m.

[[εικόνα: realdems_1.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 1:''' Αποτέλεσμα της συνένωσης των παραγόμενων DEM από κάθε σκηνή ASTER για την περιοχή της Κρήτης (πάνω). Ψευδόχρωμη κωδικοποίηση. Το λευκό και τα σκούρα χρώματα να αντιστοιχούν σε μεγάλα υψόμετρα (κάτω).

[[εικόνα: realdems_2.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 2:''' Συσχέτιση μεταξύ των υψομέτρων των τριγωνομετρικών σημείων και των υψομέτρων που προκύπτουν από το παραγόμενο DEM της Κρήτης συνολικά.

Επίσης, όπως φαίνεται στην Εικόνα 3, λόγω της ομοιόμορφης κατανομής της διαφοράς των υψομέτρων μεταξύ τριγωνομετρικών και DEM σε σχέση µε το πραγματικό υψόμετρο (τριγωνομετρικά), γίνεται φανερό ότι δεν υπάρχει συστηματικό σφάλμα της μεθόδου το οποίο να εξαρτάται από το υψόμετρο.

[[εικόνα: realdems_3.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 3:''' Κατανομή της διαφοράς των υψομέτρων μεταξύ τριγωνομετρικών και DEM σε σχέση µε το πραγματικό υψόμετρο για την περιοχή της Κρήτης συνολικά

Η φασματική ταξινόμηση για την εξαγωγή της κάλυψης γης για Κρήτη και Λέσβο πραγματοποιήθηκε με χρήση των μωσαϊκών ορθοεικόνων της κάθε περιοχής. Για την περίπτωση της Λέσβου το σχήμα ταξινόμησης περιλάμβανε 10 τάξεις (υδάτινες περιοχές, αλυκές, αστικό περιβάλλον, γυμνό έδαφος, καλλιέργειες, κωνοφόρα, πλατύφυλλα, θαμνότοποι, ελαιώνες, χορτολίβαδα), αριθμός που θεωρήθηκε αντιπροσωπευτικός αφενός για την αποφυγή ασήμαντων (περισσότερων) τάξεων (με μικρή φασματική κάλυψη) και αφετέρου για την αποφυγή δημιουργίας λιγότερων τάξεων στις οποίες θα χάνονταν σημαντικό τμήμα πληροφορίας.

Στην Εικόνα 4 παρουσιάζεται ο θεματικός χάρτης κάλυψης γης για την περιοχή της Λέσβου. Στην ταξινομημένη αυτή εικόνα οι 10 τάξεις μπορούν να θεωρηθούν αντιπροσωπευτικές ως προς την ομοιογένεια για κάθε είδος που έχει καταγραφεί. Το ανατολικό τμήμα της Λέσβου καλύπτεται κυρίως από δασικές εκτάσεις και ελαιώνες, ενώ το δυτικό τμήμα έχει χαμηλή ή καθόλου βλάστηση. Το μεγαλύτερο μέρος του νησιού καλύπτεται από ελαιώνες. Σημαντική έκταση κωνοφόρου δάσους εμφανίζεται στην κεντρική νήσο, ενώ στα νότιο-ανατολικά καταλήγει σε δάσος πλατύφυλλων. Το βόρειο τμήμα της νήσου περιλαμβάνει όλα τα είδη κάλυψης σε σχετικά ίδιες εκτάσεις.

Για την εκτίμηση της ακρίβειας της ταξινόμησης χρησιμοποιήθηκε χάρτης κάλυψης γης σε κλίμακα 1:10000 που είχε παραχθεί από το Πανεπιστήμιο Αιγαίου με βάση δορυφορικές εικόνες πολύ υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας. Χρησιμοποιήθηκαν 167 τυχαία κατανεμημένα σημεία ελέγχου στην εικόνα με μοναδικό κριτήριο η κάθε κατηγορία να περιλαμβάνει τουλάχιστον 5. Για να ελαχιστοποιηθούν κατά το δυνατόν τα σφάλματα λόγω μεγάλης διαφοράς στην κλίμακα των δύο χαρτών, επιλέχθηκε κάνναβος 3x3 εικονοστοιχείων γύρω από κάθε σημείο και αναγνωρίστηκε η τάξη με την απόλυτη πλειοψηφία. Με τα στοιχεία αυτά υπολογίζεται ο πίνακας σφαλμάτων (Πίνακας 1) ο οποίος περιγράφει τις εμφανίσεις εικονοστοιχείων που ανήκουν σε κάθε τάξη από τις δύο εικόνες και υπολογίζει την ακρίβεια του χρήστη. Όπως φαίνεται από τα στοιχεία, στις έξι από τις δέκα περιπτώσεις η ακρίβεια του χρήστη είναι μικρότερη από την ακρίβεια του παραγωγού.

Η συνολική ακρίβεια της ταξινόμησης κυμάνθηκε στο 61% που κρίνεται ικανοποιητικό για το είδος των διαθέσιμων δεδομένων.

[[εικόνα: realdems_4.jpg|center|400px|]]
'''Εικόνα 4:''' Χάρτης κάλυψης γης για την περιοχή της Λέσβου

[[εικόνα: realdems_5.jpg|center|400px|]]
'''Πίνακας 1:''' Συγκεντρωτικός πίνακας ακρίβειας αποτελεσμάτων της ταξινόμησης.

<big>''' Συμπεράσματα'''</big>

Στην παρούσα εργασία παρουσιάστηκαν η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε για την δημιουργία DEM, ορθοεικόνων και θεματικών χαρτών κάλυψης γης με βάση στερεοσκοπικά και πολυφασματικά δεδομένα του ραδιομέτρου ASTER για τις περιοχές της Κρήτης και της Λέσβου, στα πλαίσια του έργου REALDEMS. Παρουσιάστηκαν επίσης κάποια από τα προϊόντα του έργου, καθώς τα αποτελέσματα της αξιολόγησής τους. Τα DEM προέκυψαν με εφαρμογή φωτογραμμετρικών μεθόδων σε στερεοζεύγη εικόνων ASTER που καλύπτουν τις περιοχές ενδιαφέροντος. Οι θεματικοί χάρτες κάλυψης γης παρήχθηκαν με εφαρμογή μεθόδων επιβλεπόμενης ταξινόμησης σε πολυφασματικά δεδομένα ASTER. Επιτόπιες παρατηρήσεις με τη βοήθεια GPS καθόρισαν τις φασματικές υπογραφές σε δεδομένες περιοχές εκπαίδευσης για την 8 πραγματοποίηση της επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Συνοπτικά, τα μέχρι στιγμής προϊόντα του έργου, για τις περιοχές της Κρήτης και της Λέσβου είναι:

• ''' DEM με ±15 - 20 m ακρίβεια σε οριζόντιο και κατακόρυφο επίπεδο. '''

• ''' Ορθοκανονικές πολυφασματικές εικόνες ASTER (9 κανάλια) με χωρική διακριτική ικανότητα 15 m και ακρίβεια ± 15 m. '''

• ''' Θεματικοί χάρτες κάλυψης γης'''

Τα προϊόντα αυτά χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια, στα πλαίσια του έργου για το χαρακτηρισμό λεκανών απορροής (κλίσεις και προσανατολισμοί των επιφανειών, όρια των λεκανών απορροής, όρια των υπολεκανών κάθε λεκάνης, υδρογραφικό δίκτυο, καμπυλότητα επιφανειών κλπ.) με εφαρμογή τεχνικών ΓΣΠ σε συγκεκριμένες περιοχές εφαρμογής σε Κρήτη και Λέσβο. Αναλυτική περιγραφή του έργου REALDEMS υπάρχει στο δικτυακό τόπο: http://www.realdems.gr.

 '''Πηγή: ''' Χρυσουλάκης Ν., Φειδάς Χ., Βελιανίτης Δ. (2007). Συνδιασμένη Χρήση Τηλεπισκόπισης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για την Υποστήριξη της Ενιαίας Διαχείρισης Υδατικών Πόρων: Το Έργο REALDEMS

Αρχείο:Realdems 5.jpg

2010-02-25T22:22:21Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Realdems 4.jpg

2010-02-25T22:21:46Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Realdems 3.jpg

2010-02-25T22:21:19Z

Fraggakokkinidou:

Αρχείο:Realdems 2.jpg

2010-02-25T22:20:53Z

Fraggakokkinidou:

Συνδυασμένη Χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για την Υποστήριξη της ενιαίας Διαχείρισης Υδατικών Πόρων

2010-02-25T22:19:03Z

Fraggakokkinidou: New page: <big>''' Συνδυασμένη Χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για την Υποστήριξη της ...

Κοκκινίδου Φράγγα

2010-02-25T22:18:25Z

Fraggakokkinidou:

* [[Ανίχνευση Συμβάντων Βιομηχανικών Ατυχημάτων Στην Υπέρυθρη Περιοχή του Φάσματος]]

* [[Χωρική κατανομή δυνητικής εξατμισοδιαπνοής βασισμένη στα δορυφορικά στοιχεία του δορυφόρου NOAA/AVHRR και τα GIS]]

* [[Χονδρική εκτίμηση καμένων εκτάσεων από τις μεγάλες πυρκαγιές της Πελοποννήσου μέσω δορυφορικών εικόνων AVHRR-18]]

* [[Χρήση Δορυφορικών Εικόνων Landsat – TM και AVHRR για τη Μελέτη του Θαλάσσιου Περιβάλλοντος]]

* [[Χαρτογράφηση καμένων εκτάσεων με τη χρήση δορυφορικών εικόνων χαμηλής, μέσης – υψηλής και πολύ υψηλής ευκρίνειας]]

* [[Εφαρμογή Τηλεπισκόπισης στην καταγραφή της κατανάλωσης του αρδευτικού νερού στον Κάμπο του Ν. Χανίων]]

* [[Χαρτογράφηση της σκόνης από τη Σαχάρα στην ατμόσφαιρα με τη χρήση δορυφορικών εικόνων και αριθμητικών μοντέλων πρόγνωσης]]

* [[Το χρονικό του Καύσωνα και της Δασικής Πυρκαγιάς Θεσσαλίας Ιουνίου 2007]]

* [[Ανάλυση και Επεξεργασία Εικόνων NOAA/ AVHRR για την Θερμική Ανίχνευση και Απεικόνιση Πλουμίων που Προκαλούνται από Βιομηχανικά Ατυχήματα]]

* [[Εφαρμογή του Δείκτη NOAA/AVHRR VCI για την Εκτίμηση της Ξηρασίας στην Περιοχή της Θεσσαλίας]]

* [[Περιοχική εκτίμηση βροχόπτωσης με την χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (Γ.Σ.Π)]]

* [[Παρακολούθηση Ξηρασίας και οι επιδράσεις στην βλάστηση]]

* [[Συνδυασμένη Χρήση Τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών για την Υποστήριξη της ενιαίας Διαχείρισης Υδατικών Πόρων]]

[[category:ΔΠΜΣ "Περιβάλλον & Ανάπτυξη" (Μέτσοβο)]]