RemoteSensing Wiki - Συνεισφορές χρήστη [el]

Ευαγγελάτος Σπυρίδων

2012-03-07T20:46:38Z

Spyroseva:

[[Η ΓΕΩΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΟΝΙΑΣ ΣΕ CLUTΤER ΧΑΡΤΗ]] 
[[Εφαρμογή του προϊόντος MODIS για τις μετρήσεις των SST στα θαλάσσια ύδατα της Σαρδηνίας]] 
[[Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας]] 
[[Εκτίμηση κινδύνου για πλημμύρες με τη βοήθεια γεωγραφικών και δορυφορικών δεδομένων]] 

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

Εκτίμηση κινδύνου για πλημμύρες με τη βοήθεια γεωγραφικών και δορυφορικών δεδομένων

2012-03-07T20:44:16Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος: Flood Hazard Assessment and Monitoring Using Geographic Information and Remotely Sensed Data 
Εκτίμηση κινδύνου για πλημμύρες με τη βοήθεια γεωγραφικών και δορυφορικών δεδομένων. 
Σύνταξη εργασίας: Gheorge Stancalie, Corina Alecu and Simona Catana 
[http://www.isprs.org/proceedings/XXXIII/congress/part7/1472_XXXIII-part7.pdf Πηγή] 

Εισαγωγή: 
 
Η παρούσα μελέτη έχει ως σκοπό τη διερεύνηση μιας νέας προσέγγισης για την εξαγωγή δεικτών που εκφράζουν τον κίνδυνο εμφάνισης πλημμύρας σε μία περιοχή. Οι δείκτες αυτοί σχετίζονται με τα φυσικογεωγραφικά και υδρογραφικά χαρακτηριστικά μιας περιοχής αλλά και από τον βαθμό τρωτότητας της σε σχέση με τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Τα δεδομένα που χρειάζονται για την εξαγωγή των δεικτών δημιουργούν μία βάση δεδομένων σε ένα γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών. Τα περισσότερα από αυτά τα δεδομένα προέρχονται από την επεξεργασία δορυφορικών εικόνων. Οι πληροφορίες που παίρνουμε από τις εικόνες μπορούν να χρησιμεύσουν και για την διαχείριση των πλημμυρών αλλά και πριν το συμβάν αλλά και μετά. Η παρούσα μελέτη καταπιάνεται με την περίπτωση της υδρογραφικής λεκάνη Arges στην Ρουμανία.
Έχοντας ως δεδομένο πως οι πλημμύρες αποτελούν ένα βίαιο και αυθόρμητο φαινόμενο, ο χρόνος που έχει στην διάθεση του ο άνθρωπος για να προφυλαχτεί είναι μικρός. Έτσι, για να αποφεύγονται οι δυσάρεστες συνέπειες αλλά και για την έγκαιρη και αποτελεσματική αντιμετώπιση του φαινομένου πρέπει από πριν να είναι γνωστές οι πιο «ευαίσθητες» περιοχές.

Δεδομένα και διαδικασίες: 
 
Η κλίμακα στην οποία γίνεται η μελέτη είναι 1:200.000 και η επεξεργασία των γεωγραφικών πληροφοριών γίνεται μέσω του λογισμικού ARC-INFO. Τα δορυφορικά δεδομένα αφορούν την μελέτη εικόνων από τους δορυφόρους NOAA-AVHRR, SPOT-HRV, LANDSAT TM και τέλος εικόνες από ραντάρ ERS-SAR. Οι εικόνες χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή διαφόρων ειδών θεματικών πληροφοριών που σχετίζονται με τις πλημμύρες. Για παράδειγμα, πριν την πλημμύρα μπορούμε να εξάγουμε πληροφορίες για τους διάφορους τύπους εδαφικής κάλυψης σε φυσιολογικές υδρολογικές συνθήκες ή να εντοπίσουμε, ενώ εξελίσσεται το φαινόμενο, τις πλημμυρισμένες ζώνες και την έκταση αυτών ή ακόμη να παρακολουθήσουμε αυτή καθαυτή την εξέλιξη του φαινομένου. Επίσης, μπορούμε να συγκρίνουμε εικόνες της περιοχής πριν και μετά την πλημμύρα ώστε να ανιχνεύσουμε τις επιπτώσεις του φαινομένου και να εντοπίσουμε συσσωρεύσεις φερτών υλών. Απαραίτητη προϋπόθεση για μία τέτοια δουλειά είναι η πολύ καλή γεωμετρική διόρθωση των εικόνων ώστε να εξαλειφθούν τυχόν παραμορφώσεις, αλλά και για τον έγκυρο εντοπισμό των μεταβολών που προκάλεσε πλημμύρα.
Σημαντικό εργαλείο για την δημιουργία των δεικτών είναι η δημιουργία μίας πλήρους και έγκυρης βάσης δεδομένων με σχεσιακή δομή, στην οποία τα δεδομένα απεικονίζονται όπως ακριβώς είναι στην πραγματικότητα. Σε τέτοιες βάσεις δεδομένων τα στοιχεία καταχωρούνται με τη μορφή εγγράφων κάθε μία από τις οποίες περιέχει τις χαρακτηριστικές παραμέτρους κάθε στοιχείου. Με αυτόν τον τρόπο τα διάφορα χωρικά αντικείμενα περιγράφονται από δεδομένα που αφορούν την γεωγραφική τους θέση, την τοπολογία τους και τα χαρακτηριστικά τους. Έτσι κατασκευάζονται οι δείκτες που περιγράφουν τον κίνδυνο πλημμύρας για μία περιοχή και οι οποίοι σχετίζονται με τρία διαφορετικά κριτήρια:
 
 
<li> την μορφολογία και την τοπογραφία της περιοχής
<li> τις χρήσεις γης
<li> την τρωτότητα σε ενδεχόμενο πλημμύρας
 
 
Εφόσον τα δεδομένα έχουν περαστεί σε ένα γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών είναι δυνατή η απεικόνιση της περιοχής σε πολλά θεματικά επίπεδα. Επιπλέον, οι παράμετροι που καθορίζουν την πιθανότητα να πληγεί μία περιοχή μπορούν να συνδυαστούν μέσω μιας υπάρχουσας βάσης δεδομένων και έτσι να προκύπτει μία προσέγγιση υδρολογικού κινδύνου για κάθε υποπεριοχή-λεκάνη.
 
Ο σπουδαιότερος λόγος, ωστόσο, χρήσης δορυφορικών δεδομένων από τον δέκτη LANDSAT-TM και τον SPOT-XS έγκειται στην αναγνώριση των διαφόρων χρήσεων γης και την εκτίμηση της επικρατούσας κατάστασης πριν από ένα επεισόδιο πλημμύρας αλλά και στην χαρτογράφηση του υδρογραφικού δικτύου της ευρύτερης περιοχής.
Με αυτόν τον τρόπο καθίσταται δυνατός ο ακριβέστερος προσδιορισμός των δεικτών που σχετίζονται με τις χρήσεις γης αλλά και αυτών που σχετίζονται με την τρωτότητα της περιοχής, εφόσον με τις εικόνες μπορούμε να εντοπίσουμε που υπάρχει συγκεντρωμένη ανθρώπινη δραστηριότητα. Τυπικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται είναι η επιβλεπόμενη ταξινόμηση των εικόνων, όπως και η κατάτμηση ορισμένων θεματικών περιοχών. Τα δεδομένα εκπαίδευσης που είναι απαραίτητα για την κατηγοριοποίηση των θεματικών περιοχών δίνονται από τον αναλυτή-φωτοερμηνευτή.
Το κάθε εικονοστοιχείο της εικόνας ταξινομείται σε μία από τις θεματικές κατηγορίες που έχουν δημιουργηθεί με βάση ενός από τους γνωστούς αλγορίθμους (ελάχιστης απόστασης, μέγιστης πιθανοφάνειας κτλ). Το στάδιο της ταξινόμησης είναι πολύ βασικό για την όλη επεξεργασία καθώς οι χρήσεις γης συνδέονται άμεσα με την πιθανότητα εμφάνισης πλημμύρας της εκάστοτε περιοχής.
 
Η επιβλεπόμενη ταξινόμηση που εφαρμόζεται στοχεύει στον εντοπισμό των βασικότερων χρήσεων γης στην περιοχή.
Εντοπίζονται οι περιοχές με φυτοκάλυψη. Η φυτοκάληψη η οποία ως ένα σημείο λειτουργεί ανασταλτικά στην εμφάνιση πλημμυρών καθώς συγκρατεί μεγάλες ποσότητες νερού. Παράλληλα γνωρίζοντας από την θεωρία τον βαθμό α-διαπερατότητας κάθε εδαφικής κάλυψης μπορούμε να βγάλουμε συμπεράσματα για την ολική α-διαπερατότητα των διαφόρων υπό-λεκανών αλλά και για το σύνολο της περιοχής μελέτης.
Προκύπτει, συνεπώς ένας δείκτης που δείχνει τον κίνδυνο πλημμύρας σε σχέση με την α-διαπερατότητα του εδάφους. Επίσης με την ταξινόμηση και γνωρίζοντας από την βιβλιογραφία για την δυνατότητα απορρόφησης και την ενδο-εδαφική υδατική απορρόφηση κάθε τύπου εδάφους μπορούμε να εντοπίσουμε τις περιοχές που παρουσιάζουν μεγαλύτερο κίνδυνο. Όσο μεγαλύτερη ποσότητα νερού μπορεί να απορροφήσει το έδαφος τόσο μεγαλύτερη ποσότητα κατακρήμνισης χρειάζεται ώστε να αρχίσει η επιφανειακή απορροή.
 
Έτσι, γνωρίζοντας τον βαθμό απορρόφησης για κάθε τύπο εδάφους και με την ταξινόμηση εντοπίζουμε τις χρήσεις γης και μπορούμε να πούμε με σχετικά καλή ακρίβεια ποιες περιοχές αναμένεται να αντιμετωπίσουν πρόβλημα σε περίπτωση πλημμύρας. Με τον ίδιο τρόπο, μπορούμε να δουλέψουμε ώστε να βγάλουμε συμπεράσματα για την ενδο-εδαφική υδατική κατείσδυση. Πρέπει να τονίσουμε ότι η ταξινόμηση πρέπει να είναι ακριβής και να συνοδεύεται από τους κατάλληλους επίγειους ελέγχους για να μην οδηγηθούμε σε λανθασμένα συμπεράσματα.
Για την αναγνώριση, την περιγραφή και τον χαρακτηρισμό των πλημμυρισμένων περιοχών στηριζόμαστε σε δεδομένα που έχουν να κάνουν με την ανακλαστικότητα και την εκπομπή ηλιακής ακτινοβολίας από διάφορες επιφάνειες. Για παράδειγμα τόσο η ανακλαστικότητα όσο και η εκπομπή στο υπέρυθρο ελαττώνονται όσο αυξάνει η υγρασία του εδάφους ή ισοδύναμα αν η επιφάνεια του εδάφους έχει καλυφτεί από ένα στρώμα νερού που είναι αποτέλεσμα της πλημμύρας. Επιπλέον, η ανακλαστικότητα αυξάνεται στο υπέρυθρο όσο αυξάνει η υγρασία που εμπεριέχεται στην βλάστηση. Στην περιοχή των μικροκυμάτων η παρουσία νερού εκτιμάται μέσω της τραχύτητας του εδάφους καθώς η ύπαρξη του νερού ομαλοποιεί κατά κάποιο τρόπο τις έντονες διαφοροποιήσεις και επιπλέον προκαλεί αλλαγές στην διηλεκτρική σταθερά που εξαρτάται έντονα από την περιεχόμενη ποσότητα νερού στο έδαφος.
 
Συνάμα, είναι χρήσιμες και οι εικόνες που παίρνουμε από τα ραντάρ SAR για την ανίχνευση των μεταβολών που προκλήθηκαν από μία πλημμύρα. Χρησιμοποιείται η εξής τεχνική: οι ασπρόμαυρες εικόνες που έχουν ληφθεί σε διαφορετικές χρονικές περιόδους με το ραντάρ χρησιμοποιούνται για την δημιουργία μια ψευδέγχρωμης εικόνας. Οι εικόνες τοποθετούνται στο κόκκινο, πράσινο και μπλε κανάλι. Η εικόνα που δημιουργείται εμπεριέχει δύο ειδών πληροφορίες: η απόχρωση πληροφορεί για το χρόνο συντέλεσης της αλλαγής (καθώς κάθε εικόνα αντιστοιχεί σε διαφορετική χρονική στιγμή) και ο τόνος του χρώματος πληροφορεί σχετικά με το ποσοστό της αλλαγής.
Πρέπει να τονίσουμε σε αυτό το σημείο ότι τα δορυφορικά δεδομένα δεν παρέχουν άμεσες πληροφορίες για τις υδρολογικές παραμέτρους που χαρακτηρίζουν το υδρολογικό καθεστώς μίας περιοχής αλλά παρέχουν έμμεσες πληροφορίες, αρκετές μερικές φορές ώστε να αναγνωρίσουν και να χαρτογραφήσουν τον υδρολογικό κίνδυνο σε μία λεκάνη απορροής. Τα κριτήρια για τα οποία κυρίως δίνουν πληροφορίές οι δορυφορικές εικόνες είναι αυτά που έχουν να κάνουν με τις βιοφυσικές και τις ανθρωποκεντρικές παραμέτρους των λεκανών απορροής.
 
Τα μορφολογικά δεδομένα εξάγονται με την επεξεργασία των εικόνων και με την βοήθεια των ψηφιακών μοντέλων εδάφους και χρησιμεύουν στην συμπλήρωση της βάσεως δεδομένων που έχει ενταχθεί στο γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών. Οι πληροφορίες που παίρνουμε σχετίζονται με την πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου, την συσσώρευση νερού σε συγκεκριμένες περιοχές, το μέγεθος των περιοχών που κινδυνεύουν από πλημμύρα και το βαθμό αδιαπερατότητας του εδάφους. Ο κίνδυνος για παράδειγμα αυξάνει όσο αυξάνει το μέγεθος των περιοχών καθώς θα είναι μεγαλύτερος τόσο ο αριθμός των ανθρώπων που θα πληγούν όσο και οι οικονομικές επιπτώσεις.
Οι εικόνες υφίστανται επεξεργασία με το πρόγραμμα ERDAS. Αυτό φυσικά δεν αποκλείει και την χρήση άλλων αντίστοιχων προγραμμάτων για τέτοιου είδους εφαρμογές όπως το ER Mapper.
 
Τέλος, σε σχέση με το κριτήριο που έχει να κάνει με τον βαθμό τρωτότητας, οι δορυφορικές εικόνες μας βοηθούν να εντοπίσουμε κατοικίες και γενικότερα τις περιοχές που υπάρχει έντονη ανθρώπινη δραστηριότητα, οπότε και οι συνέπειες θα είναι σοβαρότερες σε περίπτωση πλημμύρας. Αυτό μπορεί να γίνει και με κατάτμηση της εικόνας χρησιμοποιώντας το κατάλληλο κατώφλι που θα μας σπάσει την εικόνα σε περιοχές όπου υπάρχουν οικισμοί ή βιομηχανική δραστηριότητα. Σε αυτό βοηθούν και τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών καθώς μπορούμε να δημιουργήσουμε μία ζώνη επιρροής 200m γύρω από τα ποτάμια, όπου και αναμένεται να υπάρχει έντονο πρόβλημα σε περίπτωση πλημμύρας, να εντοπίσουμε με την βοήθεια της ταξινόμησης τις χρήσεις γης εκεί και να προβλέψουμε τις ζημιές από ένα τέτοιο ενδεχόμενο.
 
 
Συμπεράσματα: 
 
Μέσα από αυτή την εργασία γίνεται φανερό πόσο σημαντικό εργαλείο στα χέρια των ανθρώπων αποτελούν οι δορυφορικές εικόνες. Με γρήγορο και αποτελεσματικό τρόπο μπορούμε να εξάγουμε πληροφορίες ακόμη και για ένα τόσο απρόβλεπτο φαινόμενο όπως οι πλημμύρες. Φυσικά, η επεξεργασία και η ανάλυση των εικόνων πρέπει να συνοδεύεται πάντα από το κατάλληλο θεωρητικό υπόβαθρο του φωτοερμηνευτή. Είναι πολύ εύκολο να οδηγηθούμε σε λανθασμένα συμπεράσματα ειδικά σε μία τόσο ευαίσθητη εργασία, όπως ο εντοπισμός των περιοχών που κινδυνεύουν από πλημμύρες. Αυτό μπορεί να προκληθεί από λάθη στην ταξινόμηση ή από βιαστικό επίγειο έλεγχο όπου μπορούν να αποπροσανατολίσουν την έρευνα για την εκτίμηση του κινδύνου.

[[category:Εκτίμηση κινδύνων πλημμύρας]]

Εκτίμηση κινδύνου για πλημμύρες με τη βοήθεια γεωγραφικών και δορυφορικών δεδομένων

2012-03-07T20:43:39Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος: Flood Hazard Assessment and Monitoring Using Geographic Information and Remotely Sensed Data 
Εκτίμηση κινδύνου για πλημμύρες με τη βοήθεια γεωγραφικών και δορυφορικών δεδομένων. 
Σύνταξη εργασίας: Gheorge Stancalie, Corina Alecu and Simona Catana 
[http://www.isprs.org/proceedings/XXXIII/congress/part7/1472_XXXIII-part7.pdf Πηγή] 

Εισαγωγή: 
 
Η παρούσα μελέτη έχει ως σκοπό τη διερεύνηση μιας νέας προσέγγισης για την εξαγωγή δεικτών που εκφράζουν τον κίνδυνο εμφάνισης πλημμύρας σε μία περιοχή. Οι δείκτες αυτοί σχετίζονται με τα φυσικογεωγραφικά και υδρογραφικά χαρακτηριστικά μιας περιοχής αλλά και από τον βαθμό τρωτότητας της σε σχέση με τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Τα δεδομένα που χρειάζονται για την εξαγωγή των δεικτών δημιουργούν μία βάση δεδομένων σε ένα γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών. Τα περισσότερα από αυτά τα δεδομένα προέρχονται από την επεξεργασία δορυφορικών εικόνων. Οι πληροφορίες που παίρνουμε από τις εικόνες μπορούν να χρησιμεύσουν και για την διαχείριση των πλημμυρών αλλά και πριν το συμβάν αλλά και μετά. Η παρούσα μελέτη καταπιάνεται με την περίπτωση της υδρογραφικής λεκάνη Arges στην Ρουμανία.
Έχοντας ως δεδομένο πως οι πλημμύρες αποτελούν ένα βίαιο και αυθόρμητο φαινόμενο, ο χρόνος που έχει στην διάθεση του ο άνθρωπος για να προφυλαχτεί είναι μικρός. Έτσι, για να αποφεύγονται οι δυσάρεστες συνέπειες αλλά και για την έγκαιρη και αποτελεσματική αντιμετώπιση του φαινομένου πρέπει από πριν να είναι γνωστές οι πιο «ευαίσθητες» περιοχές.

Δεδομένα και διαδικασίες: 
 
Η κλίμακα στην οποία γίνεται η μελέτη είναι 1:200.000 και η επεξεργασία των γεωγραφικών πληροφοριών γίνεται μέσω του λογισμικού ARC-INFO. Τα δορυφορικά δεδομένα αφορούν την μελέτη εικόνων από τους δορυφόρους NOAA-AVHRR, SPOT-HRV, LANDSAT TM και τέλος εικόνες από ραντάρ ERS-SAR. Οι εικόνες χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή διαφόρων ειδών θεματικών πληροφοριών που σχετίζονται με τις πλημμύρες. Για παράδειγμα, πριν την πλημμύρα μπορούμε να εξάγουμε πληροφορίες για τους διάφορους τύπους εδαφικής κάλυψης σε φυσιολογικές υδρολογικές συνθήκες ή να εντοπίσουμε, ενώ εξελίσσεται το φαινόμενο, τις πλημμυρισμένες ζώνες και την έκταση αυτών ή ακόμη να παρακολουθήσουμε αυτή καθαυτή την εξέλιξη του φαινομένου. Επίσης, μπορούμε να συγκρίνουμε εικόνες της περιοχής πριν και μετά την πλημμύρα ώστε να ανιχνεύσουμε τις επιπτώσεις του φαινομένου και να εντοπίσουμε συσσωρεύσεις φερτών υλών. Απαραίτητη προϋπόθεση για μία τέτοια δουλειά είναι η πολύ καλή γεωμετρική διόρθωση των εικόνων ώστε να εξαλειφθούν τυχόν παραμορφώσεις, αλλά και για τον έγκυρο εντοπισμό των μεταβολών που προκάλεσε πλημμύρα.
Σημαντικό εργαλείο για την δημιουργία των δεικτών είναι η δημιουργία μίας πλήρους και έγκυρης βάσης δεδομένων με σχεσιακή δομή, στην οποία τα δεδομένα απεικονίζονται όπως ακριβώς είναι στην πραγματικότητα. Σε τέτοιες βάσεις δεδομένων τα στοιχεία καταχωρούνται με τη μορφή εγγράφων κάθε μία από τις οποίες περιέχει τις χαρακτηριστικές παραμέτρους κάθε στοιχείου. Με αυτόν τον τρόπο τα διάφορα χωρικά αντικείμενα περιγράφονται από δεδομένα που αφορούν την γεωγραφική τους θέση, την τοπολογία τους και τα χαρακτηριστικά τους. Έτσι κατασκευάζονται οι δείκτες που περιγράφουν τον κίνδυνο πλημμύρας για μία περιοχή και οι οποίοι σχετίζονται με τρία διαφορετικά κριτήρια:
 
<li> την μορφολογία και την τοπογραφία της περιοχής
<li> τις χρήσεις γης
<li> την τρωτότητα σε ενδεχόμενο πλημμύρας
 
Εφόσον τα δεδομένα έχουν περαστεί σε ένα γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών είναι δυνατή η απεικόνιση της περιοχής σε πολλά θεματικά επίπεδα. Επιπλέον, οι παράμετροι που καθορίζουν την πιθανότητα να πληγεί μία περιοχή μπορούν να συνδυαστούν μέσω μιας υπάρχουσας βάσης δεδομένων και έτσι να προκύπτει μία προσέγγιση υδρολογικού κινδύνου για κάθε υποπεριοχή-λεκάνη.
 
Ο σπουδαιότερος λόγος, ωστόσο, χρήσης δορυφορικών δεδομένων από τον δέκτη LANDSAT-TM και τον SPOT-XS έγκειται στην αναγνώριση των διαφόρων χρήσεων γης και την εκτίμηση της επικρατούσας κατάστασης πριν από ένα επεισόδιο πλημμύρας αλλά και στην χαρτογράφηση του υδρογραφικού δικτύου της ευρύτερης περιοχής.
Με αυτόν τον τρόπο καθίσταται δυνατός ο ακριβέστερος προσδιορισμός των δεικτών που σχετίζονται με τις χρήσεις γης αλλά και αυτών που σχετίζονται με την τρωτότητα της περιοχής, εφόσον με τις εικόνες μπορούμε να εντοπίσουμε που υπάρχει συγκεντρωμένη ανθρώπινη δραστηριότητα. Τυπικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται είναι η επιβλεπόμενη ταξινόμηση των εικόνων, όπως και η κατάτμηση ορισμένων θεματικών περιοχών. Τα δεδομένα εκπαίδευσης που είναι απαραίτητα για την κατηγοριοποίηση των θεματικών περιοχών δίνονται από τον αναλυτή-φωτοερμηνευτή.
Το κάθε εικονοστοιχείο της εικόνας ταξινομείται σε μία από τις θεματικές κατηγορίες που έχουν δημιουργηθεί με βάση ενός από τους γνωστούς αλγορίθμους (ελάχιστης απόστασης, μέγιστης πιθανοφάνειας κτλ). Το στάδιο της ταξινόμησης είναι πολύ βασικό για την όλη επεξεργασία καθώς οι χρήσεις γης συνδέονται άμεσα με την πιθανότητα εμφάνισης πλημμύρας της εκάστοτε περιοχής.
 
Η επιβλεπόμενη ταξινόμηση που εφαρμόζεται στοχεύει στον εντοπισμό των βασικότερων χρήσεων γης στην περιοχή.
Εντοπίζονται οι περιοχές με φυτοκάλυψη. Η φυτοκάληψη η οποία ως ένα σημείο λειτουργεί ανασταλτικά στην εμφάνιση πλημμυρών καθώς συγκρατεί μεγάλες ποσότητες νερού. Παράλληλα γνωρίζοντας από την θεωρία τον βαθμό α-διαπερατότητας κάθε εδαφικής κάλυψης μπορούμε να βγάλουμε συμπεράσματα για την ολική α-διαπερατότητα των διαφόρων υπό-λεκανών αλλά και για το σύνολο της περιοχής μελέτης.
Προκύπτει, συνεπώς ένας δείκτης που δείχνει τον κίνδυνο πλημμύρας σε σχέση με την α-διαπερατότητα του εδάφους. Επίσης με την ταξινόμηση και γνωρίζοντας από την βιβλιογραφία για την δυνατότητα απορρόφησης και την ενδο-εδαφική υδατική απορρόφηση κάθε τύπου εδάφους μπορούμε να εντοπίσουμε τις περιοχές που παρουσιάζουν μεγαλύτερο κίνδυνο. Όσο μεγαλύτερη ποσότητα νερού μπορεί να απορροφήσει το έδαφος τόσο μεγαλύτερη ποσότητα κατακρήμνισης χρειάζεται ώστε να αρχίσει η επιφανειακή απορροή.
 
Έτσι, γνωρίζοντας τον βαθμό απορρόφησης για κάθε τύπο εδάφους και με την ταξινόμηση εντοπίζουμε τις χρήσεις γης και μπορούμε να πούμε με σχετικά καλή ακρίβεια ποιες περιοχές αναμένεται να αντιμετωπίσουν πρόβλημα σε περίπτωση πλημμύρας. Με τον ίδιο τρόπο, μπορούμε να δουλέψουμε ώστε να βγάλουμε συμπεράσματα για την ενδο-εδαφική υδατική κατείσδυση. Πρέπει να τονίσουμε ότι η ταξινόμηση πρέπει να είναι ακριβής και να συνοδεύεται από τους κατάλληλους επίγειους ελέγχους για να μην οδηγηθούμε σε λανθασμένα συμπεράσματα.
Για την αναγνώριση, την περιγραφή και τον χαρακτηρισμό των πλημμυρισμένων περιοχών στηριζόμαστε σε δεδομένα που έχουν να κάνουν με την ανακλαστικότητα και την εκπομπή ηλιακής ακτινοβολίας από διάφορες επιφάνειες. Για παράδειγμα τόσο η ανακλαστικότητα όσο και η εκπομπή στο υπέρυθρο ελαττώνονται όσο αυξάνει η υγρασία του εδάφους ή ισοδύναμα αν η επιφάνεια του εδάφους έχει καλυφτεί από ένα στρώμα νερού που είναι αποτέλεσμα της πλημμύρας. Επιπλέον, η ανακλαστικότητα αυξάνεται στο υπέρυθρο όσο αυξάνει η υγρασία που εμπεριέχεται στην βλάστηση. Στην περιοχή των μικροκυμάτων η παρουσία νερού εκτιμάται μέσω της τραχύτητας του εδάφους καθώς η ύπαρξη του νερού ομαλοποιεί κατά κάποιο τρόπο τις έντονες διαφοροποιήσεις και επιπλέον προκαλεί αλλαγές στην διηλεκτρική σταθερά που εξαρτάται έντονα από την περιεχόμενη ποσότητα νερού στο έδαφος.
 
Συνάμα, είναι χρήσιμες και οι εικόνες που παίρνουμε από τα ραντάρ SAR για την ανίχνευση των μεταβολών που προκλήθηκαν από μία πλημμύρα. Χρησιμοποιείται η εξής τεχνική: οι ασπρόμαυρες εικόνες που έχουν ληφθεί σε διαφορετικές χρονικές περιόδους με το ραντάρ χρησιμοποιούνται για την δημιουργία μια ψευδέγχρωμης εικόνας. Οι εικόνες τοποθετούνται στο κόκκινο, πράσινο και μπλε κανάλι. Η εικόνα που δημιουργείται εμπεριέχει δύο ειδών πληροφορίες: η απόχρωση πληροφορεί για το χρόνο συντέλεσης της αλλαγής (καθώς κάθε εικόνα αντιστοιχεί σε διαφορετική χρονική στιγμή) και ο τόνος του χρώματος πληροφορεί σχετικά με το ποσοστό της αλλαγής.
Πρέπει να τονίσουμε σε αυτό το σημείο ότι τα δορυφορικά δεδομένα δεν παρέχουν άμεσες πληροφορίες για τις υδρολογικές παραμέτρους που χαρακτηρίζουν το υδρολογικό καθεστώς μίας περιοχής αλλά παρέχουν έμμεσες πληροφορίες, αρκετές μερικές φορές ώστε να αναγνωρίσουν και να χαρτογραφήσουν τον υδρολογικό κίνδυνο σε μία λεκάνη απορροής. Τα κριτήρια για τα οποία κυρίως δίνουν πληροφορίές οι δορυφορικές εικόνες είναι αυτά που έχουν να κάνουν με τις βιοφυσικές και τις ανθρωποκεντρικές παραμέτρους των λεκανών απορροής.
 
Τα μορφολογικά δεδομένα εξάγονται με την επεξεργασία των εικόνων και με την βοήθεια των ψηφιακών μοντέλων εδάφους και χρησιμεύουν στην συμπλήρωση της βάσεως δεδομένων που έχει ενταχθεί στο γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών. Οι πληροφορίες που παίρνουμε σχετίζονται με την πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου, την συσσώρευση νερού σε συγκεκριμένες περιοχές, το μέγεθος των περιοχών που κινδυνεύουν από πλημμύρα και το βαθμό αδιαπερατότητας του εδάφους. Ο κίνδυνος για παράδειγμα αυξάνει όσο αυξάνει το μέγεθος των περιοχών καθώς θα είναι μεγαλύτερος τόσο ο αριθμός των ανθρώπων που θα πληγούν όσο και οι οικονομικές επιπτώσεις.
Οι εικόνες υφίστανται επεξεργασία με το πρόγραμμα ERDAS. Αυτό φυσικά δεν αποκλείει και την χρήση άλλων αντίστοιχων προγραμμάτων για τέτοιου είδους εφαρμογές όπως το ER Mapper.
 
Τέλος, σε σχέση με το κριτήριο που έχει να κάνει με τον βαθμό τρωτότητας, οι δορυφορικές εικόνες μας βοηθούν να εντοπίσουμε κατοικίες και γενικότερα τις περιοχές που υπάρχει έντονη ανθρώπινη δραστηριότητα, οπότε και οι συνέπειες θα είναι σοβαρότερες σε περίπτωση πλημμύρας. Αυτό μπορεί να γίνει και με κατάτμηση της εικόνας χρησιμοποιώντας το κατάλληλο κατώφλι που θα μας σπάσει την εικόνα σε περιοχές όπου υπάρχουν οικισμοί ή βιομηχανική δραστηριότητα. Σε αυτό βοηθούν και τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών καθώς μπορούμε να δημιουργήσουμε μία ζώνη επιρροής 200m γύρω από τα ποτάμια, όπου και αναμένεται να υπάρχει έντονο πρόβλημα σε περίπτωση πλημμύρας, να εντοπίσουμε με την βοήθεια της ταξινόμησης τις χρήσεις γης εκεί και να προβλέψουμε τις ζημιές από ένα τέτοιο ενδεχόμενο.
 
 
Συμπεράσματα: 
 
Μέσα από αυτή την εργασία γίνεται φανερό πόσο σημαντικό εργαλείο στα χέρια των ανθρώπων αποτελούν οι δορυφορικές εικόνες. Με γρήγορο και αποτελεσματικό τρόπο μπορούμε να εξάγουμε πληροφορίες ακόμη και για ένα τόσο απρόβλεπτο φαινόμενο όπως οι πλημμύρες. Φυσικά, η επεξεργασία και η ανάλυση των εικόνων πρέπει να συνοδεύεται πάντα από το κατάλληλο θεωρητικό υπόβαθρο του φωτοερμηνευτή. Είναι πολύ εύκολο να οδηγηθούμε σε λανθασμένα συμπεράσματα ειδικά σε μία τόσο ευαίσθητη εργασία, όπως ο εντοπισμός των περιοχών που κινδυνεύουν από πλημμύρες. Αυτό μπορεί να προκληθεί από λάθη στην ταξινόμηση ή από βιαστικό επίγειο έλεγχο όπου μπορούν να αποπροσανατολίσουν την έρευνα για την εκτίμηση του κινδύνου.

[[category:Εκτίμηση κινδύνων πλημμύρας]]

Εκτίμηση κινδύνου για πλημμύρες με τη βοήθεια γεωγραφικών και δορυφορικών δεδομένων

2012-03-07T20:39:19Z

Spyroseva: Νέα σελίδα με 'Αυθεντικός τίτλος:Flood Hazard Assessment and Monitoring Using Geographic Information and Remotely Sensed Dat...'

Αυθεντικός τίτλος:Flood Hazard Assessment and Monitoring Using Geographic Information and Remotely Sensed Data 
Εκτίμηση κινδύνου για πλημμύρες με τη βοήθεια γεωγραφικών και δορυφορικών δεδομένων. 
Σύνταξη εργασίας: Gheorge Stancalie, Corina Alecu and Simona Catana 
[http://www.isprs.org/proceedings/XXXIII/congress/part7/1472_XXXIII-part7.pdf Πηγή] 

Εισαγωγή.
Η παρούσα μελέτη έχει ως σκοπό τη διερεύνηση μιας νέας προσέγγισης για την εξαγωγή δεικτών που εκφράζουν τον κίνδυνο εμφάνισης πλημμύρας σε μία περιοχή. Οι δείκτες αυτοί σχετίζονται με τα φυσικογεωγραφικά και υδρογραφικά χαρακτηριστικά μιας περιοχής αλλά και από τον βαθμό τρωτότητας της σε σχέση με τις ανθρώπινες δραστηριότητες. Τα δεδομένα που χρειάζονται για την εξαγωγή των δεικτών δημιουργούν μία βάση δεδομένων σε ένα γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών. Τα περισσότερα από αυτά τα δεδομένα προέρχονται από την επεξεργασία δορυφορικών εικόνων. Οι πληροφορίες που παίρνουμε από τις εικόνες μπορούν να χρησιμεύσουν και για την διαχείριση των πλημμυρών αλλά και πριν το συμβάν αλλά και μετά. Η παρούσα μελέτη καταπιάνεται με την περίπτωση της υδρογραφικής λεκάνη Arges στην Ρουμανία.
Έχοντας ως δεδομένο πως οι πλημμύρες αποτελούν ένα βίαιο και αυθόρμητο φαινόμενο, ο χρόνος που έχει στην διάθεση του ο άνθρωπος για να προφυλαχτεί είναι μικρός. Έτσι, για να αποφεύγονται οι δυσάρεστες συνέπειες αλλά και για την έγκαιρη και αποτελεσματική αντιμετώπιση του φαινομένου πρέπει από πριν να είναι γνωστές οι πιο «ευαίσθητες» περιοχές.

Δεδομένα και διαδικασίες.
Η κλίμακα στην οποία γίνεται η μελέτη είναι 1:200.000 και η επεξεργασία των γεωγραφικών πληροφοριών γίνεται μέσω του λογισμικού ARC-INFO. Τα δορυφορικά δεδομένα αφορούν την μελέτη εικόνων από τους δορυφόρους NOAA-AVHRR, SPOT-HRV, LANDSAT TM και τέλος εικόνες από ραντάρ ERS-SAR. Οι εικόνες χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή διαφόρων ειδών θεματικών πληροφοριών που σχετίζονται με τις πλημμύρες. Για παράδειγμα, πριν την πλημμύρα μπορούμε να εξάγουμε πληροφορίες για τους διάφορους τύπους εδαφικής κάλυψης σε φυσιολογικές υδρολογικές συνθήκες ή να εντοπίσουμε, ενώ εξελίσσεται το φαινόμενο, τις πλημμυρισμένες ζώνες και την έκταση αυτών ή ακόμη να παρακολουθήσουμε αυτή καθαυτή την εξέλιξη του φαινομένου. Επίσης, μπορούμε να συγκρίνουμε εικόνες της περιοχής πριν και μετά την πλημμύρα ώστε να ανιχνεύσουμε τις επιπτώσεις του φαινομένου και να εντοπίσουμε συσσωρεύσεις φερτών υλών. Απαραίτητη προϋπόθεση για μία τέτοια δουλειά είναι η πολύ καλή γεωμετρική διόρθωση των εικόνων ώστε να εξαλειφθούν τυχόν παραμορφώσεις, αλλά και για τον έγκυρο εντοπισμό των μεταβολών που προκάλεσε πλημμύρα.
Σημαντικό εργαλείο για την δημιουργία των δεικτών είναι η δημιουργία μίας πλήρους και έγκυρης βάσης δεδομένων με σχεσιακή δομή, στην οποία τα δεδομένα απεικονίζονται όπως ακριβώς είναι στην πραγματικότητα. Σε τέτοιες βάσεις δεδομένων τα στοιχεία καταχωρούνται με τη μορφή εγγράφων κάθε μία από τις οποίες περιέχει τις χαρακτηριστικές παραμέτρους κάθε στοιχείου. Με αυτόν τον τρόπο τα διάφορα χωρικά αντικείμενα περιγράφονται από δεδομένα που αφορούν την γεωγραφική τους θέση, την τοπολογία τους και τα χαρακτηριστικά τους. Έτσι κατασκευάζονται οι δείκτες που περιγράφουν τον κίνδυνο πλημμύρας για μία περιοχή και οι οποίοι σχετίζονται με τρία διαφορετικά κριτήρια:
 την μορφολογία και την τοπογραφία της περιοχής
 τις χρήσεις γης
 την τρωτότητα σε ενδεχόμενο πλημμύρας
Εφόσον τα δεδομένα έχουν περαστεί σε ένα γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών είναι δυνατή η απεικόνιση της περιοχής σε πολλά θεματικά επίπεδα. Επιπλέον, οι παράμετροι που καθορίζουν την πιθανότητα να πληγεί μία περιοχή μπορούν να συνδυαστούν μέσω μιας υπάρχουσας βάσης δεδομένων και έτσι να προκύπτει μία προσέγγιση υδρολογικού κινδύνου για κάθε υποπεριοχή-λεκάνη.

Ο σπουδαιότερος λόγος, ωστόσο, χρήσης δορυφορικών δεδομένων από τον δέκτη LANDSAT-TM και τον SPOT-XS έγκειται στην αναγνώριση των διαφόρων χρήσεων γης και την εκτίμηση της επικρατούσας κατάστασης πριν από ένα επεισόδιο πλημμύρας αλλά και στην χαρτογράφηση του υδρογραφικού δικτύου της ευρύτερης περιοχής.
Με αυτόν τον τρόπο καθίσταται δυνατός ο ακριβέστερος προσδιορισμός των δεικτών που σχετίζονται με τις χρήσεις γης αλλά και αυτών που σχετίζονται με την τρωτότητα της περιοχής, εφόσον με τις εικόνες μπορούμε να εντοπίσουμε που υπάρχει συγκεντρωμένη ανθρώπινη δραστηριότητα. Τυπικές μέθοδοι που χρησιμοποιούνται είναι η επιβλεπόμενη ταξινόμηση των εικόνων, όπως και η κατάτμηση ορισμένων θεματικών περιοχών. Τα δεδομένα εκπαίδευσης που είναι απαραίτητα για την κατηγοριοποίηση των θεματικών περιοχών δίνονται από τον αναλυτή-φωτοερμηνευτή.
Το κάθε εικονοστοιχείο της εικόνας ταξινομείται σε μία από τις θεματικές κατηγορίες που έχουν δημιουργηθεί με βάση ενός από τους γνωστούς αλγορίθμους (ελάχιστης απόστασης, μέγιστης πιθανοφάνειας κτλ). Το στάδιο της ταξινόμησης είναι πολύ βασικό για την όλη επεξεργασία καθώς οι χρήσεις γης συνδέονται άμεσα με την πιθανότητα εμφάνισης πλημμύρας της εκάστοτε περιοχής.

Η επιβλεπόμενη ταξινόμηση που εφαρμόζεται στοχεύει στον εντοπισμό των βασικότερων χρήσεων γης στην περιοχή.
Εντοπίζονται οι περιοχές με φυτοκάλυψη. Η φυτοκάληψη η οποία ως ένα σημείο λειτουργεί ανασταλτικά στην εμφάνιση πλημμυρών καθώς συγκρατεί μεγάλες ποσότητες νερού. Παράλληλα γνωρίζοντας από την θεωρία τον βαθμό α-διαπερατότητας κάθε εδαφικής κάλυψης μπορούμε να βγάλουμε συμπεράσματα για την ολική α-διαπερατότητα των διαφόρων υπό-λεκανών αλλά και για το σύνολο της περιοχής μελέτης.
Προκύπτει, συνεπώς ένας δείκτης που δείχνει τον κίνδυνο πλημμύρας σε σχέση με την α-διαπερατότητα του εδάφους. Επίσης με την ταξινόμηση και γνωρίζοντας από την βιβλιογραφία για την δυνατότητα απορρόφησης και την ενδο-εδαφική υδατική απορρόφηση κάθε τύπου εδάφους μπορούμε να εντοπίσουμε τις περιοχές που παρουσιάζουν μεγαλύτερο κίνδυνο. Όσο μεγαλύτερη ποσότητα νερού μπορεί να απορροφήσει το έδαφος τόσο μεγαλύτερη ποσότητα κατακρήμνισης χρειάζεται ώστε να αρχίσει η επιφανειακή απορροή.
Έτσι, γνωρίζοντας τον βαθμό απορρόφησης για κάθε τύπο εδάφους και με την ταξινόμηση εντοπίζουμε τις χρήσεις γης και μπορούμε να πούμε με σχετικά καλή ακρίβεια ποιες περιοχές αναμένεται να αντιμετωπίσουν πρόβλημα σε περίπτωση πλημμύρας. Με τον ίδιο τρόπο, μπορούμε να δουλέψουμε ώστε να βγάλουμε συμπεράσματα για την ενδο-εδαφική υδατική κατείσδυση. Πρέπει να τονίσουμε ότι η ταξινόμηση πρέπει να είναι ακριβής και να συνοδεύεται από τους κατάλληλους επίγειους ελέγχους για να μην οδηγηθούμε σε λανθασμένα συμπεράσματα.
Για την αναγνώριση, την περιγραφή και τον χαρακτηρισμό των πλημμυρισμένων περιοχών στηριζόμαστε σε δεδομένα που έχουν να κάνουν με την ανακλαστικότητα και την εκπομπή ηλιακής ακτινοβολίας από διάφορες επιφάνειες. Για παράδειγμα τόσο η ανακλαστικότητα όσο και η εκπομπή στο υπέρυθρο ελαττώνονται όσο αυξάνει η υγρασία του εδάφους ή ισοδύναμα αν η επιφάνεια του εδάφους έχει καλυφτεί από ένα στρώμα νερού που είναι αποτέλεσμα της πλημμύρας. Επιπλέον, η ανακλαστικότητα αυξάνεται στο υπέρυθρο όσο αυξάνει η υγρασία που εμπεριέχεται στην βλάστηση. Στην περιοχή των μικροκυμάτων η παρουσία νερού εκτιμάται μέσω της τραχύτητας του εδάφους καθώς η ύπαρξη του νερού ομαλοποιεί κατά κάποιο τρόπο τις έντονες διαφοροποιήσεις και επιπλέον προκαλεί αλλαγές στην διηλεκτρική σταθερά που εξαρτάται έντονα από την περιεχόμενη ποσότητα νερού στο έδαφος.

Συνάμα, είναι χρήσιμες και οι εικόνες που παίρνουμε από τα ραντάρ SAR για την ανίχνευση των μεταβολών που προκλήθηκαν από μία πλημμύρα. Χρησιμοποιείται η εξής τεχνική: οι ασπρόμαυρες εικόνες που έχουν ληφθεί σε διαφορετικές χρονικές περιόδους με το ραντάρ χρησιμοποιούνται για την δημιουργία μια ψευδέγχρωμης εικόνας. Οι εικόνες τοποθετούνται στο κόκκινο, πράσινο και μπλε κανάλι. Η εικόνα που δημιουργείται εμπεριέχει δύο ειδών πληροφορίες: η απόχρωση πληροφορεί για το χρόνο συντέλεσης της αλλαγής (καθώς κάθε εικόνα αντιστοιχεί σε διαφορετική χρονική στιγμή) και ο τόνος του χρώματος πληροφορεί σχετικά με το ποσοστό της αλλαγής.
Πρέπει να τονίσουμε σε αυτό το σημείο ότι τα δορυφορικά δεδομένα δεν παρέχουν άμεσες πληροφορίες για τις υδρολογικές παραμέτρους που χαρακτηρίζουν το υδρολογικό καθεστώς μίας περιοχής αλλά παρέχουν έμμεσες πληροφορίες, αρκετές μερικές φορές ώστε να αναγνωρίσουν και να χαρτογραφήσουν τον υδρολογικό κίνδυνο σε μία λεκάνη απορροής. Τα κριτήρια για τα οποία κυρίως δίνουν πληροφορίές οι δορυφορικές εικόνες είναι αυτά που έχουν να κάνουν με τις βιοφυσικές και τις ανθρωποκεντρικές παραμέτρους των λεκανών απορροής.

Τα μορφολογικά δεδομένα εξάγονται με την επεξεργασία των εικόνων και με την βοήθεια των ψηφιακών μοντέλων εδάφους και χρησιμεύουν στην συμπλήρωση της βάσεως δεδομένων που έχει ενταχθεί στο γεωγραφικό σύστημα πληροφοριών. Οι πληροφορίες που παίρνουμε σχετίζονται με την πυκνότητα του υδρογραφικού δικτύου, την συσσώρευση νερού σε συγκεκριμένες περιοχές, το μέγεθος των περιοχών που κινδυνεύουν από πλημμύρα και το βαθμό αδιαπερατότητας του εδάφους. Ο κίνδυνος για παράδειγμα αυξάνει όσο αυξάνει το μέγεθος των περιοχών καθώς θα είναι μεγαλύτερος τόσο ο αριθμός των ανθρώπων που θα πληγούν όσο και οι οικονομικές επιπτώσεις.
Οι εικόνες υφίστανται επεξεργασία με το πρόγραμμα ERDAS. Αυτό φυσικά δεν αποκλείει και την χρήση άλλων αντίστοιχων προγραμμάτων για τέτοιου είδους εφαρμογές όπως το ER Mapper.

Τέλος, σε σχέση με το κριτήριο που έχει να κάνει με τον βαθμό τρωτότητας, οι δορυφορικές εικόνες μας βοηθούν να εντοπίσουμε κατοικίες και γενικότερα τις περιοχές που υπάρχει έντονη ανθρώπινη δραστηριότητα, οπότε και οι συνέπειες θα είναι σοβαρότερες σε περίπτωση πλημμύρας. Αυτό μπορεί να γίνει και με κατάτμηση της εικόνας χρησιμοποιώντας το κατάλληλο κατώφλι που θα μας σπάσει την εικόνα σε περιοχές όπου υπάρχουν οικισμοί ή βιομηχανική δραστηριότητα. Σε αυτό βοηθούν και τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών καθώς μπορούμε να δημιουργήσουμε μία ζώνη επιρροής 200m γύρω από τα ποτάμια, όπου και αναμένεται να υπάρχει έντονο πρόβλημα σε περίπτωση πλημμύρας, να εντοπίσουμε με την βοήθεια της ταξινόμησης τις χρήσεις γης εκεί και να προβλέψουμε τις ζημιές από ένα τέτοιο ενδεχόμενο.

Συμπεράσματα.

Μέσα από αυτή την εργασία γίνεται φανερό πόσο σημαντικό εργαλείο στα χέρια των ανθρώπων αποτελούν οι δορυφορικές εικόνες. Με γρήγορο και αποτελεσματικό τρόπο μπορούμε να εξάγουμε πληροφορίες ακόμη και για ένα τόσο απρόβλεπτο φαινόμενο όπως οι πλημμύρες. Φυσικά, η επεξεργασία και η ανάλυση των εικόνων πρέπει να συνοδεύεται πάντα από το κατάλληλο θεωρητικό υπόβαθρο του φωτοερμηνευτή. Είναι πολύ εύκολο να οδηγηθούμε σε λανθασμένα συμπεράσματα ειδικά σε μία τόσο ευαίσθητη εργασία, όπως ο εντοπισμός των περιοχών που κινδυνεύουν από πλημμύρες. Αυτό μπορεί να προκληθεί από λάθη στην ταξινόμηση ή από βιαστικό επίγειο έλεγχο όπου μπορούν να αποπροσανατολίσουν την έρευνα για την εκτίμηση του κινδύνου.

[[category:Εκτίμηση κινδύνων πλημμύρας]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-07T12:27:38Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li> 

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li> 

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li> 

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li> 

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε: 

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li> 

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li> 
 
 
 
Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης: 

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.
 

[[Εικόνα: Biomon se p2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2, Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.]]
 
 
 
 
 

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.
Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

[[Εικόνα: Biomon se p3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3, Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο]]
 
 
 
 
 
Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας: 

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

[[Εικόνα: Biomon se p4.jpg | thumb | right | Σχήμα 4, Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.]]

Bands Lansdat 7 34
<table>
<tr>
<td>Landsat 7 (ETM+ sensor)</td><td>Wavelength (micrometers)</td><td>Resolution (meters)</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 1</td><td>0.45 - 0.515</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 2</td><td>0.525 - 0.605</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 3</td><td>0.63 - 0.69<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 4</td><td>0.75 - 0.90<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 5</td><td>1.55 - 1.75<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 6</td><td>10.40 - 12.5<td>60</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 7</td><td>2.09 - 2.35<td>30</td>
</tr>
</table>
 
 
RGB, Πληροφορία: 
 
 
4 3 2, To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών.
 
3 2 1, Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.
 
7 4 2, Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.
 
4 5 1, Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.
 
4 5 3, Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης
 
7 5 3, Ο 4.5.3 Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.
 
5 4 3, Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.
 
5 4 1, Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.
 
7 5 4, Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.
 
5 3 1, Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή
 
 
 
Συμπεράσματα: 
 
Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.
 
 

Παραπομπές: 

[1] Sampling for Natural Resource Monitoring Jaap de Gruijter; et al

[2] http://el.wikipedia.org/wiki/Natura_2000

[3] http://www.infocenterpatras.gr/strofilia.php

[4] http://el.wikipedia.org/wiki/Τηλεπισκόπηση

[5] http://www.eranet.gr/ortho/html/gsatellites.html

[6] Σημειώσεις Μαθήματος Γεωφυσικά Σήματα και Σήματα Τηλεπισκόπησης Μηλιαρέσης Γεώργιος

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Ευαγγελάτος Σπυρίδων

2012-03-06T19:37:14Z

Spyroseva:

[[Η ΓΕΩΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΟΝΙΑΣ ΣΕ CLUTΤER ΧΑΡΤΗ]] 
[[Εφαρμογή του προϊόντος MODIS για τις μετρήσεις των SST στα θαλάσσια ύδατα της Σαρδηνίας]] 
[[Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας]]

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

Ευαγγελάτος Σπυρίδων

2012-03-06T19:36:51Z

Spyroseva:

[[Η ΓΕΩΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΟΝΙΑΣ ΣΕ CLUTΤER ΧΑΡΤΗ]] 
[[Εφαρμογή του προϊόντος MODIS για τις μετρήσεις των SST στα θαλάσσια ύδατα της Σαρδηνίας]]
[[Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας]]

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

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T19:35:40Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li> 

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li> 

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li> 

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li> 

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε: 

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li> 

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li> 
 
 
 
Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης: 

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.
 

[[Εικόνα: Biomon se p2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2, Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.]]
 
 
 
 
 

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.
Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

[[Εικόνα: Biomon se p3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3, Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο]]
 
 
 
 
 
Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας: 

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

[[Εικόνα: Biomon se p4.jpg | thumb | right | Σχήμα 4, Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.]]

Bands Lansdat 7 34
<table>
<tr>
<td>Landsat 7 (ETM+ sensor)</td><td>Wavelength (micrometers)</td><td>Resolution (meters)</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 1</td><td>0.45 - 0.515</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 2</td><td>0.525 - 0.605</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 3</td><td>0.63 - 0.69<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 4</td><td>0.75 - 0.90<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 5</td><td>1.55 - 1.75<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 6</td><td>10.40 - 12.5<td>60</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 7</td><td>2.09 - 2.35<td>30</td>
</tr>
</table>
 
 
RGB, Πληροφορία: 
 
 
4 3 2, To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών.
 
3 2 1, Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.
 
7 4 2, Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.
 
4 5 1, Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.
 
4 5 3, Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης
 
7 5 3, Ο 4.5.3 Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.
 
5 4 3, Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.
 
5 4 1, Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.
 
7 5 4, Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.
 
5 3 1, Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή
 
 
 
Συμπεράσματα: 
 
Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T19:33:50Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li> 

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li> 

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li> 

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li> 

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε: 

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li> 

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li> 
 
 
 
Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης: 

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.
 

[[Εικόνα: Biomon se p2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2, Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.]]
 
 
 
 
 

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.
Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

[[Εικόνα: Biomon se p3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3, Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο]]
 
 
 
 
 
Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας: 

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

[[Εικόνα: Biomon se p4.jpg | thumb | right | Σχήμα 4, Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.]]

Bands Lansdat 7 34
<table>
<tr>
<td>Landsat 7 (ETM+ sensor)</td><td>Wavelength (micrometers)</td><td>Resolution (meters)</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 1</td><td>0.45 - 0.515</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 2</td><td>0.525 - 0.605</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 3</td><td>0.63 - 0.69<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 4</td><td>0.75 - 0.90<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 5</td><td>1.55 - 1.75<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 6</td><td>10.40 - 12.5<td>60</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 7</td><td>2.09 - 2.35<td>30</td>
</tr>
</table>
 
 
 
 
RGB, Πληροφορία: 
 
 
4 3 2, To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών.
 
3 2 1, Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.
 
7 4 2, Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.
 
4 5 1, Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.
 
4 5 3, Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης
 
7 5 3, Ο 4.5.3 Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.
 
5 4 3, Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.
 
5 4 1, Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.
 
7 5 4, Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.
 
5 3 1, Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή
 
 
 
Συμπεράσματα:
 
Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T19:28:54Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li> 

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li> 

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li> 

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li> 

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε: 

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li> 

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li> 
 
 
 
Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης: 

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.
 

[[Εικόνα: Biomon se p2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2, Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.]]
 
 
 
 
 

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.
Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

[[Εικόνα: Biomon se p3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3, Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο]]
 
 
 
 
 
Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας: 

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

[[Εικόνα: Biomon se p4.jpg | thumb | right | Σχήμα 4, Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.]]

Bands Lansdat 7 34
<table>
<tr>
<td>Landsat 7 (ETM+ sensor)</td><td>Wavelength (micrometers)</td><td>Resolution (meters)</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 1</td><td>0.45 - 0.515</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 2</td><td>0.525 - 0.605</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 3</td><td>0.63 - 0.69<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 4</td><td>0.75 - 0.90<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 5</td><td>1.55 - 1.75<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 6</td><td>10.40 - 12.5<td>60</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 7</td><td>2.09 - 2.35<td>30</td>
</tr>
</table>
 
 
 
 
RGB, Πληροφορία 
 
 
4 3 2, To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών.

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T19:27:54Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li> 

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li> 

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li> 

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li> 

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε: 

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li> 

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li> 
 
 
 
Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης: 

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.
 

[[Εικόνα: Biomon se p2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2, Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.]]
 
 
 
 
 

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.
Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

[[Εικόνα: Biomon se p3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3, Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο]]
 
 
 
 
 
Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας: 

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

[[Εικόνα: Biomon se p4.jpg | thumb | right | Σχήμα 4, Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.]]

Bands Lansdat 7 34
<table>
<tr>
<td>Landsat 7 (ETM+ sensor)</td><td>Wavelength (micrometers)</td><td>Resolution (meters)</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 1</td><td>0.45 - 0.515</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 2</td><td>0.525 - 0.605</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 3</td><td>0.63 - 0.69<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 4</td><td>0.75 - 0.90<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 5</td><td>1.55 - 1.75<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 6</td><td>10.40 - 12.5<td>60</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 7</td><td>2.09 - 2.35<td>30</td>
</tr>
</table>
 
 
 
 
RGB, Πληροφορία 
 
 
4 3 2, To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T19:25:22Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li> 

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li> 

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li> 

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li> 

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε: 

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li> 

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li> 
 
 
 
Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης: 

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.
 

[[Εικόνα: Biomon se p2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2, Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.]]
 
 
 
 
 

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.
Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

[[Εικόνα: Biomon se p3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3, Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο]]
 
 
 
 
 
Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας: 

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

[[Εικόνα: Biomon se p4.jpg | thumb | right | Σχήμα 4, Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.]]

Bands Lansdat 7 34
<table>
<tr>
<td>Landsat 7 (ETM+ sensor)</td><td>Wavelength (micrometers)</td><td>Resolution (meters)</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 1</td><td>0.45 - 0.515</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 2</td><td>0.525 - 0.605</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 3</td><td>0.63 - 0.69<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 4</td><td>0.75 - 0.90<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 5</td><td>1.55 - 1.75<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 6</td><td>10.40 - 12.5<td>60</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 7</td><td>2.09 - 2.35<td>30</td>
</tr>
</table>
 
 
 
 
RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T19:24:20Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li> 

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li> 

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li> 

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li> 

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε: 

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li> 

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li> 
 
 
 
Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης: 

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.
 

[[Εικόνα: Biomon se p2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2, Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.]]
 
 
 
 
 

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.
Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

[[Εικόνα: Biomon se p3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3, Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο]]
 
 
 
 
 
Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας: 

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

[[Εικόνα: Biomon se p4.jpg | thumb | right | Σχήμα 4, Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.]]

Bands Lansdat 7 34
<table>
<tr>
<td>Landsat 7 (ETM+ sensor)</td><td>Wavelength (micrometers)</td><td>Resolution (meters)</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 1</td><td>0.45 - 0.515</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 2</td><td>0.525 - 0.605</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 3</td><td>0.63 - 0.69<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 4</td><td>0.75 - 0.90<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 5</td><td>1.55 - 1.75<td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 6</td><td>10.40 - 12.5<td>60</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 7</td><td>2.09 - 2.35<td>30</td>
</tr>
</table>
 
 
 
 
 
 
RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T19:19:48Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li> 

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li> 

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li> 

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li> 

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε: 

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li> 

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li> 
 
 
 
Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης: 

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.
 

[[Εικόνα: Biomon se p2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2, Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.]]
 
 
 
 
 

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.
Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

[[Εικόνα: Biomon se p3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3, Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο]]
 
 
 
 
 
Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας: 

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

[[Εικόνα: Biomon se p4.jpg | thumb | right | Σχήμα 4, Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.]]

Bands Lansdat 7 34
<table>
<tr>
<td>Landsat 7 (ETM+ sensor)</td><td>Wavelength (micrometers)</td><td>Resolution (meters)</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 1</td><td>0.45 - 0.515</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
<td>Band 2</td><td>0.525 - 0.605</td><td>30</td>
</tr>
<tr>
Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T19:14:37Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li> 

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li> 

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li> 

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li> 

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε: 

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li> 

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li> 
 
 
 
Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης: 

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.
 

[[Εικόνα: Biomon se p2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2, Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.]]
 
 
 
 
 

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.
Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

[[Εικόνα: Biomon se p3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3, Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο]]
 
 
 
 
 
Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας: 

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

[[Εικόνα: Biomon se p4.jpg | thumb | right | Σχήμα 4, Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.]]

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T19:13:50Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li> 

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li> 

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li> 

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li> 

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε: 

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li> 

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li> 
 
 
 
Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης: 

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.
 

[[Εικόνα: Biomon se p2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2, Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.]]
 
 
 
 
 

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.
Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

[[Εικόνα: Biomon se p3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3, Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο]]
 
 
 
 
 
Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας: 

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

[[Εικόνα: Biomon se p3.jpg | thumb | right | Σχήμα 4, Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.]]

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Αρχείο:Biomon se p4.jpg

2012-03-06T19:13:15Z

Spyroseva: Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T19:09:05Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li> 

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li> 

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li> 

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li> 

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε: 

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li> 

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li> 
 
 
 
Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης: 

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.
 

[[Εικόνα: Biomon se p2.jpg | thumb | right | Σχήμα 2, Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.]]
 
 
 
 
 

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.
Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

[[Εικόνα: Biomon se p3.jpg | thumb | right | Σχήμα 3, Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο]]

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Αρχείο:Biomon se p3.jpg

2012-03-06T19:07:52Z

Spyroseva: Σχήμα 3, Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλα�

Σχήμα 3, Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T19:04:03Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li> 

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li> 

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li> 

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li> 

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε: 

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li> 

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li> 
 
 
 
Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης: 

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.
 

[[Εικόνα: Biomon se p2.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Αρχείο:Biomon se p2.jpg

2012-03-06T19:02:46Z

Spyroseva: Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορ�

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:58:55Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li> 

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li> 

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li> 

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li> 

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε: 

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li> 

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li> 
 
 
 
Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης: 

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.
 

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:56:55Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

<li>Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m</li>

<li>Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m</li>

<li>Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m</li>

<li>Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m</li>

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

<li>Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.</li>

<li>Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.</li>

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:53:49Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:52:54Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]
 
 
 
 
Οι δορυφορικές εικόνες: 

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:51:01Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

[[Εικόνα: Biomon se p1.jpg | thumb | right | Σχήμα 1, Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης]]

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Αρχείο:Biomon se p1.jpg

2012-03-06T18:50:04Z

Spyroseva: Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:48:29Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:47:56Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:45:32Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:44:04Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000: 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης: 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση: 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:39:34Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

 

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

 

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

 

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:34:52Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή: 

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000:

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης:

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση:

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:34:10Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή:

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000:

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης:

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση:

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:33:50Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς.
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή:

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000:

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης:

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση:

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:33:25Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή:

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000:

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης:

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση:

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:32:49Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
 
 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή:

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000:

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης:

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση:

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:32:15Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή:

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000:

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης:

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση:

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:31:50Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς. 
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας». 
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή] 
 
 

Εισαγωγή:

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000:

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης:

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση:

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας

2012-03-06T18:29:02Z

Spyroseva: Νέα σελίδα με 'Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring)...'

Αυθεντικός τίτλος Διπλωματικής Εργασίας: Βιοπαρακολούθηση (Biomonitoring) των προστατευόμενων περιοχών του δικτύου «ΦΥΣΗ 2000» με σύγχρονες μεθόδους τηλεπισκόπησης και τηλεμετρίας. Η περίπτωση του Δασικού Οικοσυστήματος της Στροφυλιάς.
Σύνταξη Διπλωματικής: Γεωργιάδης Γεώργιος 2010 στα πλαίσια του: «ΔΠΜΣ στην ηλεκτρονική και επεξεργασία της πληροφορίας».
[http://nemertes.lis.upatras.gr/jspui/handle/10889/4251 Πηγή]
 
 

Εισαγωγή:

Τα δορυφορικά δεδομένα και η επιστήμη της τηλεπισκόπησης, αποτελούν σήμερα ένα από τα πιο σύγχρονα επιστημονικά εργαλεία, αφού παρέχουν πλήθος σημαντικών πληροφοριών διευκολύνοντας σημαντικά την έρευνα σε πολλά επιστημονικά πεδία. Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών, που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο, με σκοπό την προστασία και την αειφορική τους διαχείριση. Το δασικό οικοσύστημα της Στροφυλιάς παρουσιάζει εξαιρετικό οικολογικό ενδιαφέρον, γιατί είναι το πλέον εκτεταμένο δάσος με Pinus pinea (κουκουναριά) στην Ελλάδα αλλά και ένα από τα μεγαλύτερα στην Ευρώπη και στη Μεσογειακή περιοχή. Όμως όπως οι περισσότερες φυσικές περιοχές υπάρχουν σημαντικές ανθρώπινες επιδράσεις οι οποίες είναι εις βάρος των φυσικών οικοσυστημάτων και η ελαχιστοποίηση των επιπτώσεων τους απαιτεί τη χρησιμοποίηση των πιο σύγχρονων και αποτελεσματικών μεθόδων παρακολούθησης.

Στην παρούσα εργασία εξετάζεται η προστατευμένη περιοχή του Δάσους της Στροφυλιάς - λιμνοθάλασσα Καλογριάς με σύγχρονες μεθόδους Τηλεπισκόπησης αλλά και Τηλεμετρίας. Ειδικότερα χρησιμοποιήθηκαν αεροφωτογραφίες προκειμένου να αντληθούν στοιχεία και εικόνες από το δορυφόρο Landsat για απεικόνιση των φασματικών υπογραφών. Επίσης χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από αισθητήρες μέτρησης περιβαλλοντικών παραμέτρων για να δείξουμε χρονικές μεταβολές.

Αρχικά ας κάνουμε μία αναφορά στους σκοπούς που εξυπηρετεί η Βιοπαρακολούθηση, όπου εννοούμε την παρακολούθηση και οικολογική αξιολόγηση των φυσικών οικοσυστημάτων. Οι δύο βασικότεροι λόγοι που οδήγησαν στην ανάπτυξη της βιοπαρακολούθησης είναι οι αυξανόμενες ανθρωπογενείς επιδράσεις στα φυσικά οικοσυστήματα και το ταυτόχρονα αυξανόμενο ενδιαφέρον για τη διατήρηση και προστασία αυτών των οικοσυστημάτων[1] Στα σχέδια διαχείρισης φυσικών περιοχών είτε αυτά είναι ολοκληρωμένα είτε εστιασμένα σε είδη και ενδιαιτήματα, η αξιολόγηση και η παρακολούθηση είναι ένα αναπόσπαστο εργαλείο, τόσο στον αρχικό σχεδιασμό τους, όσο και στις τροποποιήσεις που ενδεχομένως απαιτούνται στην πορεία, έτσι ώστε να προσεγγίζονται καλύτερα οι σκοποί της διαχείρισης. Άλλωστε, ένας από τους βασικούς σκοπούς της αξιολόγησης είναι η δημιουργία μιας πραγματικής βάσης πάνω στην οποία θα στηριχθεί η διαχείριση και η παρακολούθηση. Σε αυτά τα πλαίσια κινείται και η επιτροπή Φύση 2000, η οποία για την προστασία του φυσικού περιβάλλοντος και της βιοποικιλότητας προσδιόρισε τις κατευθύνσεις για το σχεδιασμό των δράσεων από τους φορείς διαχείρισης δίνοντας έμφαση σε παρακολούθηση των ειδών και των οικοτόπων της οδηγίας 92/43/ΕΟΚ.

Το δίκτυο Natura 2000:

Το Δίκτυο Natura 2000 αποτελεί ένα Ευρωπαϊκό Οικολογικό Δίκτυο περιοχών, οι οποίες φιλοξενούν φυσικούς τύπους οικοτόπων και οικοτόπους ειδών που είναι σημαντικοί σε ευρωπαϊκό επίπεδο. Η δημιουργία του είναι αποτέλεσμα πολύχρονων προσπαθειών των κυβερνήσεων των κρατών μελών, των περιβαλλοντικών οργανώσεων και των πολιτών. Στηρίζεται στις κοινοτικές οδηγίες για τους οικοτόπους (92/43/ΕΟΚ) και για τα πουλιά (79/409/ΕΟΚ). [2]

Η οδηγία του 1992 για τους οικοτόπους επιβάλλει σε κάθε χώρα της Ε.Ε. να ξεχωρίσει τις γεωγραφικές εκείνες περιοχές, που η σπουδαιότητα της οικολογικής τους ταυτότητας τις καθιστά τόπους ευρωπαϊκής σημασίας. Επιπλέον, ζητά από τα κράτη-μέλη να καταρτίσουν διαχειριστικά σχέδια για τις συγκεκριμένες περιοχές. Τα σχέδια αυτά πρέπει να συνδυάζουν αρμονικά τη διατήρηση της άγριας πανίδας και χλωρίδας με τις οικονομικές και κοινωνικές δραστηριότητες και να είναι ενταγμένα σε στρατηγική βιώσιμης ανάπτυξης. Οι τοποθεσίες αυτές σχηματίζουν το δίκτυο Natura 2000, ακρογωνιαίο λίθο της πολιτικής της Ε.Ε. για τη διατήρηση της φύσης. Θα πρέπει να γίνει σαφές ότι οι περιοχές του Natura 2000 δεν προορίζονται αποκλειστικά και μόνο για φυσικά πάρκα, στα οποία απαγορεύεται κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα: η Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρεί ότι το δίκτυο δύναται να συνυπάρξει με την οικονομική πρόοδο.

Περιοχή Μελέτης:

Η ευρύτερη περιοχή του δάσους Στροφυλιάς και της λιμνοθάλασσας Κοτυχίου αποτελεί περιοχή ιδιαίτερης σημασίας. Είναι σταθμός στο πέρασμα του γλυκού νερού από το βουνό προς τη θάλασσα. Σταθμός στο ταξίδι χιλιάδων μεταναστευτικών πουλιών ανάμεσα στην Ευρώπη και την Αφρική. Σταθμός στην ανθρώπινη ιστορία, από τα προϊστορικά χρόνια μέχρι σήμερα. Προστατεύεται με βάση την διεθνή σύμβαση Ramsar και βρίσκεται στο ΒΔ τμήμα της Πελοποννήσου. Περικλείεται δυτικά από τον Κυλλήνιο κόλπο, βόρεια από τον Πατραϊκό κόλπο και ανατολικά οριοθετείται κυρίως από την Εθνική οδό Ε 55 Πάτρας - Πύργου- Ολυμπίας[3] (Καταλαμβάνει έκταση 136.644 στρεμμάτων).

Επεξεργασία και ανάλυση Δεδομένων για Τηλεπισκόπηση:

Η ορθή αξιοποίηση των τηλεπισκοπικών δεδομένων προϋποθέτει την κατάλληλη προ-επεξεργασία τους, ώστε να απαλειφθεί μια σειρά σφαλμάτων, αλλοιώσεων και μεταβολών που εάν παραμείνουν θα υποβαθμίσουν την ποιότητα της τελικής πληροφορίας και θα οδηγήσουν αντίστοιχα σε εσφαλμένα ή αλλοιωμένα συμπεράσματα. Οι διορθώσεις που πρέπει να γίνουν αφορούν:

α) Γεωμετρικές Διορθώσεις που έχουν να κάνουν με την αναγωγή της καμπύλης γεωμετρίας της εικόνας σε επίπεδη γεωμετρία απαλείφοντας τα σφάλματα που προέρχονται από την επιφάνεια του γήινου ελλειψοειδούς αλλά και της κίνησης γης και τεχνητού δορυφόρου. Η εικόνα θα πρέπει να ανοιχθεί σε ένα σύστημα γεωγραφικών ή προβολικών συντεταγμένων ώστε να μπορεί να συνδυασθεί με άλλα γεωγραφικά δεδομένα.

β) Ραδιομετρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που οφείλονται στην απορύθμιση των αισθητήρων του καταγραφέα και σε γενικά σε σφάλματα και αλλοιώσεις που προέρχονται από τα τεχνικά στοιχεία της διαδικασίας καταγραφής και μετάδοσης (σκιά ενός ορεινού όγκου).

γ) Ατμοσφαιρικές Διορθώσεις, που έχουν να κάνουν με την απαλοιφή σφαλμάτων που προέρχονται από την επίδραση των συστατικών της ατμόσφαιρας. Καθώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που αντανακλάστηκε από την γήινη επιφάνεια επιστρέφει στο διάστημα, διέρχεται μέσα από την ατμόσφαιρα, τα συστατικά της οποίας (νερό σε αέρια φάση & αερολύματα) αλλοιώνουν την ποσότητα της εισερχόμενης στον αισθητήρα ακτινοβολίας.

Η ανάλυση των τηλεπισκοπικών δεδομένων μπορεί να διακριθεί σε τρεις γενικές κατηγορίες: ποσοτική ανάλυση, ποιοτική ανάλυση και οπτική ανάλυση (ή φωτοερμηνεία). Στην πρώτη περίπτωση ζητούμενο είναι η μέτρηση μιας ιδιότητας - μεταβλητής, όπως για παράδειγμα η θερμοκρασία στην επιφάνεια της θάλασσας, γνωστή ως Sea Surface Temperature.[4]

Σχήμα 1: Μοντέλο επεξεργασίας & ανάλυσης

Οι δορυφορικές εικόνες:

Η δυνατότητα απόκτησης διάφορων τύπων δορυφορικών εικόνων από οιονδήποτε, ιδιαίτερα αυτών που διαθέτουν πολύ υψηλή διακριτική ικανότητα (pixel<1m), έκανε την αγορά των δορυφορικών δεδομένων ακόμη πιο ανταγωνιστική αφού δεν υπάρχουν πια απαγορεύσεις ή χρονοβόρες γραφειοκρατικές διαδικασίες. Ιδιαίτερα, τώρα που οι τιμές πώλησής τους είναι σχετικά χαμηλές, ο χρόνος επαν-επίσκεψης του δορυφόρου στην περιοχής μελέτης είναι λίγες ημέρες, καθώς και ο μικρός χρόνος παραλαβής τους (ακόμη και εντός 24ώρου), κάνει την αγορά τους ελκυστική για επιχειρησιακές εφαρμογές και διαχείριση χωρικών δεδομένων. Μάλιστα, η ανάπτυξη των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (GIS) με τα δορυφορικά δεδομένα καθώς και με τα δεδομένα του Παγκόσμιου Συστήματος Εντοπισμού Θέσης (GPS) οδηγεί σε εύκολες διαδικασίες διαχείρισης και ανάπτυξης των χωρικών δεδομένων των τριών συστημάτων που αποτελούν πλέον τεχνολογία αιχμής.[5]

Οι δορυφορικές εικόνες χωρίζονται ανάλογα με την διακριτική τους ικανότητα (μέγεθος pixel) σε:

§ Εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (Quickbird, Ikonos, Eros, Spot5) < 5m

§ Εικόνες υψηλής ανάλυσης (Spot3-4,) από 5.1m < 20m

§ Εικόνες μέσης ανάλυσης (Landsat, IRS) από 20m < 30m

§ Εικόνες χαμηλής ανάλυσης (NOOA, Meteosat) πάνω από 30m

Επίσης οι δορυφορικές εικόνες επίσης χωρίζονται ανάλογα με τα φασματικά τους χαρακτηριστικά σε:

§ Πολυφασματικές: Διαθέτουν τουλάχιστον τρία κανάλια στο ορατό τμήμα του φάσματος (R,G,B) / συνήθως πολλές από αυτές διαθέτουν και κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο που είναι κατάλληλο για τη μελέτη της βλάστησης (υγιής βλάστηση, επίπεδα χλωροφύλλης κτλ.), χαρακτηριστικά δηλαδή που δεν φαίνονται με το ανθρώπινο μάτι.

§ Παγχρωματικές: Είναι ασπρόμαυρες, έχουν καλύτερη διακριτική ικανότητα από τις αντίστοιχές τους πολυφασματικές και διαθέτουν ένα κανάλι στο ορατό τμήμα του φάσματος.

Οι Φασματικές Υπογραφές της βλάστησης:

Η βλάστηση καλύπτει ένα μεγάλο μέρος της εδαφικής επιφάνειας της γης. Ο ρόλος της σχετικά με τη ρύθμιση της θερμοκρασίας του πλανήτη, την απορρόφηση του CO2 και άλλες σημαντικές λειτουργίες, την κάνουν ένα πολύ σημαντικό και ενδιαφέρον είδος που καλύπτει την επιφάνεια της Γής. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να εκμεταλλευτεί τον τρόπο με τον οποίο η βλάστηση ανακλά την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια και να λάβει πληροφορίες σχετικά με τη βλάστηση.

Σχήμα 2: Η κυτταρική δομή των φύλλων και η αλληλεπίδρασή τους με την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια. Η μεγαλύτερη ποσότητα του ορατού φωτός απορροφάται, ενώ περίπου το μισό της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο ανακλάται.

Κάτω από την άνω επιδερμίδα (το λεπτό στρώμα των κυττάρων που αποτελεί την άνω επιφάνεια του φύλλου), υπάρχουν κυρίως δύο στρώσεις κυττάρων. Η πάνω στρώση είναι το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αποτελείται από επιμήκη κύτταρα, τοποθετημένα κατακόρυφα και παράλληλα σε ένα επίπεδο. Σε αυτό το στρώμα βρίσκεται και η μεγαλύτερη ποσότητα της χλωροφύλλης, μια οργανική ουσία που είναι υπεύθυνη για τη συγκέντρωση της ηλιακής ενέργειας και την παροχή ενέργειας για τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης. Το δεύτερο επίπεδο κυττάρων είναι το σπογγώδες παρέγχυμα, που αποτελείται από κύτταρα με ακανόνιστο σχήμα και με πολλά κενά μεταξύ τους, μέσα στα οποία γίνεται η κυκλοφορία των αερίων.

Εκτός από τη χλωροφύλλη, το δρυφακτοειδές παρέγχυμα περιέχει και άλλες χρωστικές ουσίες, όπως τα καροτενοειδή, τις ανθοκυανίνες και άλλα, τα οποία είναι επίσης υπεύθυνα για την απορρόφηση του φωτός. Λόγω αυτών των χρωστικών, η περισσότερη από την ορατή ηλεκτρομαγνητική ενέργεια απορροφάται, ειδικά στη μπλε και κόκκινη περιοχή του ορατού φάσματος. Η απορρόφηση στις πράσινες περιοχές είναι λίγο πιο χαμηλή, και αυτός είναι ο λόγος που η βλάστηση φαίνεται πράσινη με το ανθρωπινό μάτι. Έτσι, πολύ λίγη ενέργεια ξεφεύγει από το δρυφακτοειδές παρέγχυμα και αντανακλάται πίσω προς τον ουρανό. Αντιθέτως, στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος (NIR) η ενέργεια δεν επηρεάζεται από αυτές τις χρωστικές ουσίες και σχεδόν πλήρως διαπερνά το δρυφακτοειδές παρέγχυμα. Όταν φτάνει στο σπογγώδες παρέγχυμα, η παρουσία των κενών προκαλεί τη διάθλαση της ενέργειας στο κοντινό υπέρυθρο σε διάφορες κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα περίπου το μισό της ενέργειας να περνάει μέσα από το φύλλο και να διαφεύγει από την κάτω επιδερμίδα και προς το έδαφος, ενώ το άλλο μισό ανακλάται και εξέρχεται από την πάνω επιδερμίδα, προς τον ουρανό.[6]

Οι αισθητήρες που καταγράφουν το ηλεκτρομαγνητικό σήμα της βλάστησης δέχονται πολύ χαμηλό σήμα στην μπλέ και κόκκινη περιοχή, κάπως εντονότερο σήμα στην πράσινη και πολύ ισχυρό στην κοντινή υπέρυθρη περιοχή του φάσματος.

Εάν η ισχύς του σήματος για την κάθε περιοχή του φάσματος παρουσιαστεί σε ένα γράφημα, θα είναι κάπως έτσι:

Σχήμα 3: Η Φασματική υπογραφή βλάστησης. Παρατηρείται πως η βλάστηση έχει χαμηλή ανάκλαση στην ορατή περιοχή του φάσματος και υψηλή ανάκλαση στο κοντινό υπέρυθρο

Ο συνδυασμός χαμηλής ορατής ανάκλασης και υψηλής ανάκλασης στο κοντινό υπέρυθρο είναι μοναδική για τα περισσότερα είδη βλάστησης και γι' αυτό είναι γνωστή ως φασματική υπογραφή βλάστησης.

Case Study - Δάσος Στροφυλίας:

Μετά από έρευνα στο διαδίκτυο παρατηρήσαμε ότι ο δορυφόρος Landsat 7 έχει μια σχετικά εύκολη διαδικασία λήψης εικόνας από την ιστοσελίδα http://glovis.usgs.gov. Στη συνέχεια εντοπίζοντας τη περιοχή μας από την ιστοσελίδα του Landsat κατεβάσαμε στον υπολογιστή μας τα δεδομένα τα οποία επεξεργαστήκαμε χρησιμοποιώντας 2 προγράμματα επεξεργασίας. Το πρώτο είναι το frame_and_fill το οποίο ουσιαστικά είναι αυτό που κάνει την ανάλυση των δεδομένων που κατεβάσαμε από το δορυφόρο.

Η επεξεργασία αυτή γίνεται σε δύο βήματα . Το πρώτο βήμα περιλαμβάνει την επεξεργασία των στοιχείων για να δημιουργήσει εικόνες που έχουν τις ίδιες διαστάσεις με μήκος και αριθμό γραμμών. Το δεύτερο βήμα είναι να γεμίσει και να αντικαταστήσει στις εικόνες αυτές τα zero pixel με pixel ενεργά από στοιχεία του πρώτου βήματος.

Το δεύτερο πρόγραμμα είναι το Photoshop στο οποίο εισαγάγαμε το αποτέλεσμα της προηγούμενης διαδικασίας για να μπορέσουμε μετά να δούμε διαφορετικές εικόνες αλλάζοντας τα κανάλια και τις μπάντες.

Σχήμα 4: Εντοπισμός περιοχής ενδιαφέροντος στην ιστοσελίδα του Landsat.

Bands Lansdat 7 34

Landsat 7 (ETM+ sensor)

Wavelength (micrometers)

Resolution (meters)

Band 1

0.45 - 0.515

30

Band 2

0.525 - 0.605

30

Band 3

0.63 - 0.69

30

Band 4

0.75 - 0.90

30

Band 5

1.55 - 1.75

30

Band 6

10.40 - 12.5

60

Band 7

2.09 - 2.35

30

RGB

Πληροφορία

4 3 2

To τυποποιημένο σύνθετο "ψεύτικο χρώμα". Η βλάστηση εμφανίζεται σαν σκιές κόκκινου, οι αστικές περιοχές είναι κυανό μπλε, και το έδαφος ποικίλλει από το σκοτεινό έως το απαλό καφέ. Τα κωνοφόρα δέντρα θα εμφανιστούν σκοτεινό κόκκινο. Αυτός είναι ένας πολύ δημοφιλής συνδυασμός ζωνών και είναι χρήσιμος για τις μελέτες βλάστησης, τα σχέδια αποξηράνσεων ελέγχου και εδάφους και τα διάφορα στάδια της αύξησης συγκομιδών

3 2 1

Ο συνδυασμός ζωνών "φυσικού χρώματος" Επειδή οι ορατές ζώνες χρησιμοποιούνται σε αυτόν τον συνδυασμό, τα γήινα χαρακτηριστικά εμφανίζονται σε χρώματα παρόμοια με το ανθρώπινο οπτικό σύστημα, η υγιής βλάστηση είναι πράσινη, οι πρόσφατα καθαρισμένοι τομείς είναι πολύ η ανθυγιεινή βλάστηση είναι καφέ και κίτρινη, οι δρόμοι είναι γκρίζοι, και οι ακτές είναι άσπρες.

7 4 2

Αυτός ο συνδυασμός παρέχει μια "φυσική"απόδοση.Η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, τα λιβάδια θα εμφανιστούν πράσινα, οι ρόδινες περιοχές αντιπροσωπεύουν το άγονο χώμα, τα πορτοκαλί και καφέ αντιπροσωπεύουν τις αραιές περιοχές. Το νερό θα είναι μπλε. Οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα τονίζονται σε ένα πλήθος χρωμάτων. Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει εντυπωσιακά στοιχεία για τις περιοχές ερήμων. Είναι χρήσιμο για τις γεωλογικές, γεωργικές και μελέτες υγροτόπου. Εάν υπήρξαν πυρκαγιές σε αυτήν την εικόνα θα εμφανίζονταν κόκκινες. Αυτός ο συνδυασμός χρησιμοποιείται στις διοικητικές εφαρμογές πυρκαγιάς για την ανάλυση μετα-πυρκαγιάς των καμένων και μη καμένων δασικών περιοχών.

4 5 1

Η υγιής βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές των κόκκινων, καφέ, πορτοκαλί και κίτρινου. Τα εδάφη μπορούν να είναι πράσινα και καφέ, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, κυανά και γκρίζα, οι φωτεινές μπλε περιοχές αντιπροσωπεύουν τις πρόσφατα ευδιάκριτες περιοχές και οι κοκκινωπές περιοχές παρουσιάζουν νέα αύξηση βλάστησης, πιθανώς αραιά λιβάδια. Τα καθαρά, μεγάλα θαλάσσια βάθη θα είναι πολύ σκοτεινά σε αυτόν τον συνδυασμό, εάν το νερό είναι ρηχό ή περιέχει ιζήματα που θα εμφανιζόταν ως σκιές του πιο ανοιχτού μπλε.

4 5 3

Ο 4.5.3 συνδυασμός καταδεικνύει τις διαφορές υγρασίας και είναι χρήσιμος για την ανάλυση των εδαφών και της βλάστησης

7 5 3

Αυτός ο συνδυασμός ζωνών παρέχει επίσης μια "φυσική" απόδοση επίσης διαπερνώντας τα ατμοσφαιρικά μόρια, τον καπνό και την ελαφριά ομίχλη. Η βλάστηση εμφανίζεται στις σκιές σκοτεινό και ανοικτό πράσινο κατά τη διάρκεια της αυξανόμενης εποχής, τα αστικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα είναι άσπρα, γκρίζα, κυανά ή πορφυρά, οι άμμοι, τα χώματα και τα μεταλλεύματα εμφανίζονται σε ποικίλα χρώματα.

5 4 3

Όπως ο 4.5.1 συνδυασμός, αυτός ο συνδυασμός παρέχει στο χρήστη ένα μεγάλο ποσό αντίθεσης πληροφοριών και χρώματος. Η υγιής βλάστηση είναι φωτεινή πράσινη και τα χώματα είναι μωβ. Αυτός ο συνδυασμός είναι χρήσιμος για μελέτες βλάστησης, και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της διαχείρισης ξυλείας και της προσβολής παρασίτων.

5 4 1

Ο συνδυασμός αυτός μοιάζει με τον 7.4.2 δεδομένου ότι η υγιής βλάστηση θα είναι φωτεινή πράσινη, εκτός από τον 5.4.1 συνδυασμό είναι καλύτερος για τις γεωργικές μελέτες.

7 5 4

Αυτές ο συνδυασμός δίνει καλύτερες ατμοσφαιρικές γραμμές και οι ακτές καθορίζονται καλά. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βρει την υφή και τα χαρακτηριστικά υγρασίας της εδαφολογικής βλάστησης εμφανίζονται μπλε. Χρήσιμος για τις γεωλογικές μελέτες.

5 3 1

Ο συνδυασμός αυτός δίνει τοπογραφική υφή

Συμπεράσματα:

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση αποτελεί σημαντικό εργαλείο για περιβαλλοντικές εφαρμογές. Χρησιμοποιείται με μεγάλη επιτυχία για την χαρτογράφηση και καταγραφή των αλλαγών κάλυψης γης. Πλεονέκτημά της αποτελεί το γεγονός της συλλογής δεδομένων με μεγάλη συχνότητα αλλά και ακρίβεια, παρέχοντας πληροφορίες τόσο για τα φασματικά χαρακτηριστικά των στοιχείων κάλυψης/χρήσης γης, αλλά και για το χώρο, το σχήμα και το μέγεθός τους.

Οι πρόσφατες δασικές πυρκαγιές στην Ελλάδα είχαν σαν αποτέλεσμα την τεράστια οικολογική καταστροφή πολύτιμων δασικών οικοσυστημάτων. Μετά τις άμεσες επιπτώσεις αυτών των πυρκαγιών πολλές δραστηριότητες ή δευτερεύοντα φαινόμενα ακολουθούν, όπως η διάβρωση του εδάφους και οι αλλαγές στο υδρολογικό σύστημα των περιοχών. Αυτές οι επιπτώσεις αποτελούν σοβαρούς λόγους για δημιουργία ενός σύγχρονου συστήματος πρόληψης βασισμένο στις δορυφορικές εικόνες.

[[category:Δάση και ημι-φυσικές περιοχές]]

Ευαγγελάτος Σπυρίδων

2012-03-02T23:37:51Z

Spyroseva:

[[Η ΓΕΩΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΟΝΙΑΣ ΣΕ CLUTΤER ΧΑΡΤΗ]] 
[[Εφαρμογή του προϊόντος MODIS για τις μετρήσεις των SST στα θαλάσσια ύδατα της Σαρδηνίας]]

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

Ευαγγελάτος Σπυρίδων

2012-03-02T23:37:25Z

Spyroseva:

[[Η ΓΕΩΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΟΝΙΑΣ ΣΕ CLUTΤER ΧΑΡΤΗ]]
[[Εφαρμογή του προϊόντος MODIS για τις μετρήσεις των SST στα θαλάσσια ύδατα της Σαρδηνίας]]

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

Η ΓΕΩΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΟΝΙΑΣ ΣΕ CLUTΤER ΧΑΡΤΗ

2012-03-02T23:35:07Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος: THE GEOMORPHOMETRIC DESCRIPTION OF CLUTER MAPS
 
Λέξεις κλειδιά: Γεωμορφολογία, Κατολισθήσεις, Ερμηνεία, η εξαγωγή, Τοπίο, Τμηματοποίηση, Χωρικός, Κεφαλονιά.
 
 
Μελετητές: J. G. Rodopoulos/Technological Educational Institute of Athens, Department of Topography, 21 Souliou Str., Athens 154-51, Greece - jrodopou@hotmail.com, G. Ch. Miliaresis/Dept. of Geology, University of Patras, Rion, 26500, Greece – miliaresis@email.com 
[http://www.isprs.org/proceedings/xxxv/congress/comm4/papers/399.pdf Πηγή]

 
Ο σκοπός αυτής της εργασίας ήταν να περιγραφεί από Γεωμορφομετρικής άποψης ένας χάρτης clutter που προέρχεται από ταξινόμηση. Πιο συγκεκριμένα μια εικόνα ASTER της περιοχής μελέτης έχει ραδιομετρικά και γεωμετρικά διορθωθεί. Μέγιστη ταξινόμηση πιθανότητα ορίζονται οι κλάσεις εδαφικής κάλυψης (landcover) της περιοχής μελέτης (διάφορα είδη των δασών, οι καλλιεργούμενες εκτάσεις και γυμνό έδαφος). Το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο της περιοχής μελέτης προήλθε από την ψηφιοποίηση από τοπογραφικούς χάρτες. Οι κατηγορίες της εδαφικής κάλυψης εκπροσωπούνται με τη βοήθεια χαρακτηριστικών τιμών.

Τα χαρακτηριστικά αυτά αντιστοιχούνε στις ακόλουθες Γεωμορφομετρικές παραμέτρους: μέσο υψόμετρο, μέγιστο υψόμετρο, τραχύτητα, τοπικό ανάγλυφο, ενδιάμεση κλίση.

Μάλιστα, διαπιστώθηκε ότι το δάσος ελάτης παρουσιάζει το μεγαλύτερο μέσο υψόμετρο ενώ το μικτό δάσος και το γυμνό έδαφος υψομετρικά έπονται. Οι καλλιεργούμενες εκτάσεις καταλαμβάνουν περιοχές με το χαμηλότερο μέσο υψόμετρο. Οι μεγαλύτερες τιμές μέσης κλίσης παρατηρήθηκαν τόσο για το ελατόδασος όσο και για τα μεικτά δάση. Η καλλιεργούμενη γη, παρουσίασε τις χαμηλότερες μέσες τιμές κλίσης, ενώ το άγονο έδαφος έχει τη τάση να παρουσιάζει υψηλές μέσες τιμές κλίσης. Στη συνέχεια και με τη βοήθεια ενός αλγορίθμου κάθε αντικείμενο περιγράφηκε από Γεωμορφομετρικές παραμέτρους και τα αντικείμενα ταξινομήθηκαν με βάση την ευαισθησία τους στις κατολισθήσεις. Το πιο ενδιαφέρον εύρημα ήταν τα μεγαλύτερα σε μέγεθος αντικείμενα της κατηγορίας άγονων εκτάσεων,τα οποία βρίσκονται στις υψηλότερες θέσεις υψομετρικά και παρουσιάζουν τις μεγαλύτερες τιμές κλίσεων.

Επιπλέον, η χωροταξική κατανομή των εν λόγω
πολύγωνων είναι κατά μήκος του κεντρικού δρόμου που συνδέει την πρωτεύουσα με το κύριο λιμάνι του νησιού.

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η χαρτογράφηση της εδαφικής κάλυψης (landcover) έχει μεγάλη σημασία στο σχεδιασμό της πολεοδομίας αλλά και της προστασίας του περιβάλλοντος. Από την άλλη πλευρά, λόγω της σοβαρής κλιματικής αλλαγής και τα απότομα μετεωρολογικά περιστατικά που λαμβάνουν χώρα τα τελευταία έτη, ο συσχετισμός μεταξύ landcover και geomorphometry έχει μεγάλη σημασία (Elumnoh και Shrestha, 2000). Η ανάπτυξη μελετών αξιολόγησης του κινδύνου για στιγμιαίες πλημμύρες, οι κατολισθήσεις που προκαλούνται από ισχυρές βροχοπτώσεις κλπ. (Μηλιαρέσης, 1999a; 1999b; 2001; White, 1993) απαιτούν τη γνώση του τύπου landcover (του είδος εδαφικής κάλυψης δηλαδή) (Πανάγου και Μηλιαρέσης, 2003) και το geomorphometry (Pike, 2002) της περιοχής ενδιαφέροντος αλλά και της ευρύτερης (Treitz και Howarth, 2000).

Ο Σκοπός της μελέτης είναι να:

α) επιτευχθεί μία «παραμετρική» αναπαράσταση του χάρτη landcover όπου να προέρχεται από τεχνικές ταξινόμησης εικόνων με βάση τις geomorphometrical παραμέτρους, και

β) να ερμηνεύσει τη χωρική κατανομή των τύπων landcover μέσα στο τοπίο.

2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Ένα κομμάτι γήινης επιφάνειας δομήθηκε με βάση τους τύπους landcover και ορίστηκαν αντικείμενα (pixel με ίδια χαρακτηριστικά και επομένως ίδιο landcover). Στη συνέχεια, κάθε αντικείμενο περιγράφηκε παραμετρικά με βάση τα γεωμορφομετρικά χαρακτηριστικά του και εν τέλει χαρτογραφήθηκε.

2.1 Περιοχή Μελέτης

Η περιοχή μελέτης στην παρούσα εργασία είναι η Κεφαλονιά, η οποία βρίσκεται στο «μέσο» του Ιόνιου Πελάγους.

[[Εικόνα: Kef se1.gif | thumb | right | Σχήμα 1, Η περιοχή μελέτης]]

Το νησί βρίσκεται μέσα στη θάλασσα ανάμεσα από την Ελλάδα και την Ιταλία. Η
περιοχή μελέτης βρίσκεται στο νότιο δυτικό τμήμα του νησιού (Σχήμα 1) και
περικλείεται από τις εξής συντεταγμένες: X minimum = 200,137, X maximum = 222,337, Y minimum = 4,215,922 και Y maximum = 4,233,802.

 
 
 
 

2.2 Δεδομένα

Χρησιμοποιήθηκε η A.S.T.E.R. εικόνα που είχε ληφθεί στις 22/09/2001 με ID pg-
PR1A0000-2001092201_019_057. Καλύπτει την περιοχή γεωγραφικές συντεταγμένες (38.3235, 20.5307), (38.2266, 21.2362), (37.6733, 21.0737), (37.7694, 20.3734).

Οι ζώνες 01 (πράσινο), 02 (κόκκινο), 03 (εγγύς υπέρυθρο) του αισθητήρα V.N.I.R. χρησιμοποιήθηκαν με χωρική διακριτική ικανότητα 15 m (Fujisada, 1998; Kahle et al, 1991). Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε ένα ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (DEM) (Σχήμα 2). Περιμετρικές γραμμές ψηφιοποιήθηκαν από έναν τοπογραφικό χάρτη όπου είχε παραχθεί από τη Γεωγραφική Υπηρεσία Στρατού. Η κλίμακα του χάρτη ήταν 1:50000 και είχε ληφθεί το υψόμετρο με πύκνωση σημείων περίπου ανά 20μ.
Το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (DEM) προήλθε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της παρεμβολής στις ισοϋψείς (σχήμα 2).

[[Εικόνα: Kef se2.gif | thumb | right | Σχήμα 2, DEM και εικόνα κλίσης. Το μεγαλύτερο υψόμετρο/ κλίση, βρίσκεται στα σημεία όπου είναι σκοτεινότερο το εικονοστοιχείο (pixel).]]

 
 
 
 
2.3 Προ-επεξεργασία της εικόνας A.S.T.E.R.

Σε αυτό το στάδιο υλοποιείται μια πρώτη ραδιομετρική διόρθωση. Κάθε ζώνη (μπάντα) αντιστοιχίστηκε βάση της χρήσης της μεθόδου με σκοπό τη δημιουργία ιστογράμματος. Έπειτα οι ψηφιακές τιμές μετατράπηκαν σε ακτινοβολία, με βάση το αντίστοιχο περιθώριο εύρους της κάθε μπάντας. Τέλος η τροχιά της ακτινοβολίας μετακινήθηκε βάσει της γραμμικής παλινδρόμησης από την πράσινη και κόκκινη μπάντα στο εγγύς υπέρυθρο (Eastman, 1999). Στη συνέχεια, υλοποιήθηκε μία μη παραμετρική γεωμετρική διόρθωση μέσω της χρήσης ενός πολυωνύμου δευτέρου βαθμού και πραγματοποιήθηκε έλεγχος με σημεία στο έδαφος (gcps: ground control points) που προήλθαν από την έρευνα πεδίου με ένα φορητό Garmin G.P.S. Η μέση τετραγωνική απόκλιση του μετασχηματισμού ήταν 16,47 m για 14 gcps ενώ μια έγχρωμη σύνθετη εικόνα με διορθωμένες ζώνες δίνεται στο σχήμα 3.

[[Εικόνα: Kef se3.gif | thumb | right | Σχήμα 3, Σύνθετη εικόνα χρώματος]]

 
 
 
2.4 Χάρτης Cluter

Οι περιοχές έρευνας επιλέχθηκαν βάσει των κυριότερων θεματικών κατηγοριών
που απαντώνται στην περιοχή μελέτης (Πίνακας 1):

[[Εικόνα: Kef se p1.jpg | thumb | right | Πινακας1]]

Όπου έχουμε με την σειρά του πίνακα τις κατηγορίες: Ελατοδάσος, Άγονη γη, Καλλιέργειες τύπου 1, 2, 3, 4, Λίμνη και τέλος Μικτό δάσος.

Η ταξινόμηση όσον αφορά τις παραπάνω κατηγορίες χρήσεων γης έγινε βάσει της μέγιστης πιθανότητας (Mather, 1987) και αυτή καθόρισε τις landcover κατηγορίες της περιοχής μελέτης μας. Ο χάρτης cluter ο οποίος προέκυψε, απεικονίζεται στην εικόνα 4.

[[Εικόνα: Kef_se4.gif | thumb | right | Εικόνα 4. Kefalonia’s Cluter Map]]

2.5 Γεωμορφομετρικά περιγραφή cluter χάρτη

Κάθε θεματική κατηγορία από τις παραπάνω περιγράφεται με βάση τη μέση, μέγιστη και τη τυπική απόκλιση των δύο: υψομέτρου και κλίσης (πίνακας 2, πίνακας 3) (Evans, 1980; Florinsky, 1998; Mark, 1975).

[[Εικόνα: Kef se p2.jpg | thumb | right | Πινακας2]]
[[Εικόνα: Kef se p3.jpg | thumb | right | Πινακας3]]

Ο πίνακας 2 μας δείχνει ότι η κατηγορία εδάφους: ελατόδασος, παρουσιάζει το
μεγαλύτερο υψόμετρο, ενώ το μικτό δάσος και άγονο έδαφος ακολουθούν. Οι καλλιεργούμενες μορφές έχουν αναπτυχθεί σε χαμηλότερο υψόμετρο. Τα ευρήματα αυτά, συμφωνούν σε μεγάλο βαθμό με τις τοπικές Γεωμορφομετρικές συνθήκες της Κεφαλονιάς (ψηλό βουνό και περιορισμένες πεδιάδες). Μάλιστα, το πιο ενδιαφέρον εύρημα του πίνακα 1 ήταν το σχετικά μεγάλο υψόμετρο της άγονης κατηγορία εδάφους. Ενώ, ο πίνακας 3 δείχνει ότι το Ελατοδάσος και το μικτό δάσος παρουσιάσει τις
υψηλότερες τιμές κλίσεων, ακολουθούμενο από την κατηγορία του άγονου εδάφους. Μία εξήγηση για τα ανωτέρω είναι ότι τα δάση αναπτύσσονται στις υψηλότερες περιοχές που είναι αρκετά απότομες, ώστε να προστατεύονται από την ανθρώπινη δραστηριότητα. Αντίθετα η ανθρώπινη δραστηριότητα (λ.γ. οι καλλιεργούμενες εκτάσεις) περιορίζονται σε πεδινές περιοχές ή σε περιοχές με χαμηλότερη τιμή κλίσης. Η υψηλή τιμή κλίσης της κατηγορίας «άγονο έδαφος» δείχνει ότι αυτά είναι και τα πολύγωνα υψηλού κινδύνου σε σχέση με τις πλημμύρες. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο η κατανομή της άγονης γης, θα διερευνηθεί σε επόμενη παράγραφο.

2.6 Τίτλος

Στο σημείο αυτό εφαρμόζεται ένας αλγόριθμος συσχετισμένος με τα ειδικά χαρακτηριστικά της κατηγορίας του άγονου εδάφους. Πιο συγκεκριμένα, συνολικά 1.314 σημεία - αντικείμενα (γειτονικά pixels της κατηγορίας «άγονο έδαφος») βρέθηκαν σε διάφορες διαστάσεις (μέγεθος)- Σχήμα 6.

[[Εικόνα: Kef_se6.gif | thumb | right | Σχήμα 6, Διάσταση αντικειμένου για την κατηγορία άγονο έδαφος]]

Όπου η μέση κλίση και το μέσο υψόμετρο καθώς και η τραχύτητα (η
τυπική απόκλιση του υψομέτρου) και τοπικό ανάγλυφο (ελάχιστο-
μέγιστο υψόμετρο) υπολογίστηκαν για κάθε αντικείμενο της κατηγορίας
«άγονο έδαφος». Το Υψόμετρο εκφράζεται σε μέτρα και η κλίση σε μοίρες.

2.7 Στατιστική ανάλυση και χαρτογράφηση

Οι στατιστικές, ο συσχετισμός και η γραμμική παλινδρόμηση υπολογίστηκαν για την παραμετρική αντιπροσώπευση των αντικειμένων της κατηγορίας άγονων εκτάσεων (πίνακας 4, 5, και 6).

[[Εικόνα: Kef se p4.jpg | thumb | right | Πίνακας 4, Στατιστικά ανά Γεωμορφομετρικά χαρακτηριστικά για τα αντικείμενα με μέγεθος μεγαλύτερο από 50 pixels.]]

[[Εικόνα: Kef se p5.jpg | thumb | right | Πίνακας 5, Συντελεστής συσχέτισης χαρακτηριστικών ανά ζεύγη, για τα αντικείμενα με μέγεθος μεγαλύτερο των 50 pixel.]]

Έχει παρατηρηθεί ότι υπάρχει θετική συσχέτιση μεταξύ Η και G. Υπάρχει επίσης μια μεγάλη συσχέτιση μεταξύ R και LR. Η παλινδρόμηση μεταξύ μέσης κλίσης και μέσου υψομέτρου, εκφράζεται από την εξίσωση: H= 20,07 × G + 86,12

Η γραμμική παλινδρόμηση βρέθηκε να είναι στατιστικά σημαντική
σύμφωνα με την ανάλυση της διακύμανσης (ANOVA) που παρουσιάζεται στον
πίνακα 6. Η γραμμική παλινδρόμηση και το διάγραμμα διασποράς των υπό μελέτη
αντικειμένων δίνεται στο σχήμα 7.

[[Εικόνα: Kef se p6.jpg | thumb | right | Πίνακας 6, Διακύμανση της γραμμικής παλινδρόμησης μεταξύ της μέσης κλίσης και μέσου υψομέτρου των άγονων εκτάσεων]]

[[Εικόνα: Kef se7.jpg | thumb | right | Σχήμα 7, Γραμμή παλινδρόμησης (γραμμική) και διάγραμμα διασποράς]]

3. Επίλογος

Η Γεωμορφομετρική περιγραφή του χάρτη clutter φανερώνει ότι οι κύριες κατηγορίες landcover (δάσος/καλλιεργήσιμες εκτάσεις/γυμνό έδαφος) παρουσιάζουν συγκεκριμένα και διακριτά παραμετρικά χαρακτηριστικά.

Πιο συγκεκριμένα, η κατηγορία γυμνό έδαφος παρουσιάζει υψηλό υψόμετρο και έντονη κλίση, ενώ η συσχέτιση και η γραμμική παλινδρόμηση φανέρωσε πως οι μεγαλύτερες σε μέγεθος εκτάσεις (αντικείμενα) καταλαμβάνουν την υψηλότερη σε θέση υψομετρικά και παρουσιάζουν τη μεγαλύτερη κλίση. Αυτό το εύρημα θα πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη κατά τον αστικό σχεδιασμό,όπου τα αντικείμενα της κατηγορίας «άγονη έκταση» θα πρέπει να αξιοποιηθούν κατάλληλα κατά μήκος της κεντρική οδικής αρτηρίας που συνδέει την μεγάλη πόλη (Αργοστόλι) με το μεγαλύτερο λιμάνι του νησιού (Σάμη) της Κεφαλονιάς.

[[category:Χαρτογραφία]]

Η ΓΕΩΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΟΝΙΑΣ ΣΕ CLUTΤER ΧΑΡΤΗ

2012-03-02T23:34:10Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος: THE GEOMORPHOMETRIC DESCRIPTION OF CLUTER MAPS
 
Λέξεις κλειδιά: Γεωμορφολογία, Κατολισθήσεις, Ερμηνεία, η εξαγωγή, Τοπίο, Τμηματοποίηση, Χωρικός, Κεφαλονιά.
 
 
Μελετητές: J. G. Rodopoulos/Technological Educational Institute of Athens, Department of Topography, 21 Souliou Str., Athens 154-51, Greece - jrodopou@hotmail.com, G. Ch. Miliaresis/Dept. of Geology, University of Patras, Rion, 26500, Greece – miliaresis@email.com 
[http://www.isprs.org/proceedings/xxxv/congress/comm4/papers/399.pdf Πηγή]

 
Ο σκοπός αυτής της εργασίας ήταν να περιγραφεί από Γεωμορφομετρικής άποψης ένας χάρτης clutter που προέρχεται από ταξινόμηση. Πιο συγκεκριμένα μια εικόνα ASTER της περιοχής μελέτης έχει ραδιομετρικά και γεωμετρικά διορθωθεί. Μέγιστη ταξινόμηση πιθανότητα ορίζονται οι κλάσεις εδαφικής κάλυψης (landcover) της περιοχής μελέτης (διάφορα είδη των δασών, οι καλλιεργούμενες εκτάσεις και γυμνό έδαφος). Το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο της περιοχής μελέτης προήλθε από την ψηφιοποίηση από τοπογραφικούς χάρτες. Οι κατηγορίες της εδαφικής κάλυψης εκπροσωπούνται με τη βοήθεια χαρακτηριστικών τιμών.

Τα χαρακτηριστικά αυτά αντιστοιχούνε στις ακόλουθες Γεωμορφομετρικές παραμέτρους: μέσο υψόμετρο, μέγιστο υψόμετρο, τραχύτητα, τοπικό ανάγλυφο, ενδιάμεση κλίση.

Μάλιστα, διαπιστώθηκε ότι το δάσος ελάτης παρουσιάζει το μεγαλύτερο μέσο υψόμετρο ενώ το μικτό δάσος και το γυμνό έδαφος υψομετρικά έπονται. Οι καλλιεργούμενες εκτάσεις καταλαμβάνουν περιοχές με το χαμηλότερο μέσο υψόμετρο. Οι μεγαλύτερες τιμές μέσης κλίσης παρατηρήθηκαν τόσο για το ελατόδασος όσο και για τα μεικτά δάση. Η καλλιεργούμενη γη, παρουσίασε τις χαμηλότερες μέσες τιμές κλίσης, ενώ το άγονο έδαφος έχει τη τάση να παρουσιάζει υψηλές μέσες τιμές κλίσης. Στη συνέχεια και με τη βοήθεια ενός αλγορίθμου κάθε αντικείμενο περιγράφηκε από Γεωμορφομετρικές παραμέτρους και τα αντικείμενα ταξινομήθηκαν με βάση την ευαισθησία τους στις κατολισθήσεις. Το πιο ενδιαφέρον εύρημα ήταν τα μεγαλύτερα σε μέγεθος αντικείμενα της κατηγορίας άγονων εκτάσεων,τα οποία βρίσκονται στις υψηλότερες θέσεις υψομετρικά και παρουσιάζουν τις μεγαλύτερες τιμές κλίσεων.

Επιπλέον, η χωροταξική κατανομή των εν λόγω
πολύγωνων είναι κατά μήκος του κεντρικού δρόμου που συνδέει την πρωτεύουσα με το κύριο λιμάνι του νησιού.

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η χαρτογράφηση της εδαφικής κάλυψης (landcover) έχει μεγάλη σημασία στο σχεδιασμό της πολεοδομίας αλλά και της προστασίας του περιβάλλοντος. Από την άλλη πλευρά, λόγω της σοβαρής κλιματικής αλλαγής και τα απότομα μετεωρολογικά περιστατικά που λαμβάνουν χώρα τα τελευταία έτη, ο συσχετισμός μεταξύ landcover και geomorphometry έχει μεγάλη σημασία (Elumnoh και Shrestha, 2000). Η ανάπτυξη μελετών αξιολόγησης του κινδύνου για στιγμιαίες πλημμύρες, οι κατολισθήσεις που προκαλούνται από ισχυρές βροχοπτώσεις κλπ. (Μηλιαρέσης, 1999a; 1999b; 2001; White, 1993) απαιτούν τη γνώση του τύπου landcover (του είδος εδαφικής κάλυψης δηλαδή) (Πανάγου και Μηλιαρέσης, 2003) και το geomorphometry (Pike, 2002) της περιοχής ενδιαφέροντος αλλά και της ευρύτερης (Treitz και Howarth, 2000).

Ο Σκοπός της μελέτης είναι να:

α) επιτευχθεί μία «παραμετρική» αναπαράσταση του χάρτη landcover όπου να προέρχεται από τεχνικές ταξινόμησης εικόνων με βάση τις geomorphometrical παραμέτρους, και

β) να ερμηνεύσει τη χωρική κατανομή των τύπων landcover μέσα στο τοπίο.

2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Ένα κομμάτι γήινης επιφάνειας δομήθηκε με βάση τους τύπους landcover και ορίστηκαν αντικείμενα (pixel με ίδια χαρακτηριστικά και επομένως ίδιο landcover). Στη συνέχεια, κάθε αντικείμενο περιγράφηκε παραμετρικά με βάση τα γεωμορφομετρικά χαρακτηριστικά του και εν τέλει χαρτογραφήθηκε.

2.1 Περιοχή Μελέτης

Η περιοχή μελέτης στην παρούσα εργασία είναι η Κεφαλονιά, η οποία βρίσκεται στο «μέσο» του Ιόνιου Πελάγους.

[[Εικόνα: Kef se1.gif | thumb | right | Σχήμα 1, Η περιοχή μελέτης]]

Το νησί βρίσκεται μέσα στη θάλασσα ανάμεσα από την Ελλάδα και την Ιταλία. Η
περιοχή μελέτης βρίσκεται στο νότιο δυτικό τμήμα του νησιού (Σχήμα 1) και
περικλείεται από τις εξής συντεταγμένες: X minimum = 200,137, X maximum = 222,337, Y minimum = 4,215,922 και Y maximum = 4,233,802.

 
 
 
 

2.2 Δεδομένα

Χρησιμοποιήθηκε η A.S.T.E.R. εικόνα που είχε ληφθεί στις 22/09/2001 με ID pg-
PR1A0000-2001092201_019_057. Καλύπτει την περιοχή γεωγραφικές συντεταγμένες (38.3235, 20.5307), (38.2266, 21.2362), (37.6733, 21.0737), (37.7694, 20.3734).

Οι ζώνες 01 (πράσινο), 02 (κόκκινο), 03 (εγγύς υπέρυθρο) του αισθητήρα V.N.I.R. χρησιμοποιήθηκαν με χωρική διακριτική ικανότητα 15 m (Fujisada, 1998; Kahle et al, 1991). Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε ένα ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (DEM) (Σχήμα 2). Περιμετρικές γραμμές ψηφιοποιήθηκαν από έναν τοπογραφικό χάρτη όπου είχε παραχθεί από τη Γεωγραφική Υπηρεσία Στρατού. Η κλίμακα του χάρτη ήταν 1:50000 και είχε ληφθεί το υψόμετρο με πύκνωση σημείων περίπου ανά 20μ.
Το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (DEM) προήλθε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της παρεμβολής στις ισοϋψείς (σχήμα 2).

[[Εικόνα: Kef se2.gif | thumb | right | Σχήμα 2, DEM και εικόνα κλίσης. Το μεγαλύτερο υψόμετρο/ κλίση, βρίσκεται στα σημεία όπου είναι σκοτεινότερο το εικονοστοιχείο (pixel).]]

 
 
 
 
2.3 Προ-επεξεργασία της εικόνας A.S.T.E.R.

Σε αυτό το στάδιο υλοποιείται μια πρώτη ραδιομετρική διόρθωση. Κάθε ζώνη (μπάντα) αντιστοιχίστηκε βάση της χρήσης της μεθόδου με σκοπό τη δημιουργία ιστογράμματος. Έπειτα οι ψηφιακές τιμές μετατράπηκαν σε ακτινοβολία, με βάση το αντίστοιχο περιθώριο εύρους της κάθε μπάντας. Τέλος η τροχιά της ακτινοβολίας μετακινήθηκε βάσει της γραμμικής παλινδρόμησης από την πράσινη και κόκκινη μπάντα στο εγγύς υπέρυθρο (Eastman, 1999). Στη συνέχεια, υλοποιήθηκε μία μη παραμετρική γεωμετρική διόρθωση μέσω της χρήσης ενός πολυωνύμου δευτέρου βαθμού και πραγματοποιήθηκε έλεγχος με σημεία στο έδαφος (gcps: ground control points) που προήλθαν από την έρευνα πεδίου με ένα φορητό Garmin G.P.S. Η μέση τετραγωνική απόκλιση του μετασχηματισμού ήταν 16,47 m για 14 gcps ενώ μια έγχρωμη σύνθετη εικόνα με διορθωμένες ζώνες δίνεται στο σχήμα 3.

[[Εικόνα: Kef se3.gif | thumb | right | Σχήμα 3, Σύνθετη εικόνα χρώματος]]

 
 
 
2.4 Χάρτης Cluter

Οι περιοχές έρευνας επιλέχθηκαν βάσει των κυριότερων θεματικών κατηγοριών
που απαντώνται στην περιοχή μελέτης (Πίνακας 1):

[[Εικόνα: Kef se p1.jpg | thumb | right | Πινακας1]]

Όπου έχουμε με την σειρά του πίνακα τις κατηγορίες: Ελατοδάσος, Άγονη γη, Καλλιέργειες τύπου 1, 2, 3, 4, Λίμνη και τέλος Μικτό δάσος.

Η ταξινόμηση όσον αφορά τις παραπάνω κατηγορίες χρήσεων γης έγινε βάσει της μέγιστης πιθανότητας (Mather, 1987) και αυτή καθόρισε τις landcover κατηγορίες της περιοχής μελέτης μας. Ο χάρτης cluter ο οποίος προέκυψε, απεικονίζεται στην εικόνα 4.

[[Εικόνα: Kef_se4.gif | thumb | right | Εικόνα 4. Kefalonia’s Cluter Map]]

2.5 Γεωμορφομετρικά περιγραφή cluter χάρτη

Κάθε θεματική κατηγορία από τις παραπάνω περιγράφεται με βάση τη μέση, μέγιστη και τη τυπική απόκλιση των δύο: υψομέτρου και κλίσης (πίνακας 2, πίνακας 3) (Evans, 1980; Florinsky, 1998; Mark, 1975).

[[Εικόνα: Kef se p2.jpg | thumb | right | Πινακας2]]
[[Εικόνα: Kef se p3.jpg | thumb | right | Πινακας3]]

Ο πίνακας 2 μας δείχνει ότι η κατηγορία εδάφους: ελατόδασος, παρουσιάζει το
μεγαλύτερο υψόμετρο, ενώ το μικτό δάσος και άγονο έδαφος ακολουθούν. Οι καλλιεργούμενες μορφές έχουν αναπτυχθεί σε χαμηλότερο υψόμετρο. Τα ευρήματα αυτά, συμφωνούν σε μεγάλο βαθμό με τις τοπικές Γεωμορφομετρικές συνθήκες της Κεφαλονιάς (ψηλό βουνό και περιορισμένες πεδιάδες). Μάλιστα, το πιο ενδιαφέρον εύρημα του πίνακα 1 ήταν το σχετικά μεγάλο υψόμετρο της άγονης κατηγορία εδάφους. Ενώ, ο πίνακας 3 δείχνει ότι το Ελατοδάσος και το μικτό δάσος παρουσιάσει τις
υψηλότερες τιμές κλίσεων, ακολουθούμενο από την κατηγορία του άγονου εδάφους. Μία εξήγηση για τα ανωτέρω είναι ότι τα δάση αναπτύσσονται στις υψηλότερες περιοχές που είναι αρκετά απότομες, ώστε να προστατεύονται από την ανθρώπινη δραστηριότητα. Αντίθετα η ανθρώπινη δραστηριότητα (λ.γ. οι καλλιεργούμενες εκτάσεις) περιορίζονται σε πεδινές περιοχές ή σε περιοχές με χαμηλότερη τιμή κλίσης. Η υψηλή τιμή κλίσης της κατηγορίας «άγονο έδαφος» δείχνει ότι αυτά είναι και τα πολύγωνα υψηλού κινδύνου σε σχέση με τις πλημμύρες. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο η κατανομή της άγονης γης, θα διερευνηθεί σε επόμενη παράγραφο.

2.6 Τίτλος

Στο σημείο αυτό εφαρμόζεται ένας αλγόριθμος συσχετισμένος με τα ειδικά χαρακτηριστικά της κατηγορίας του άγονου εδάφους. Πιο συγκεκριμένα, συνολικά 1.314 σημεία - αντικείμενα (γειτονικά pixels της κατηγορίας «άγονο έδαφος») βρέθηκαν σε διάφορες διαστάσεις (μέγεθος)- Σχήμα 6.

[[Εικόνα: Kef_se6.gif | thumb | right | Σχήμα 6, Διάσταση αντικειμένου για την κατηγορία άγονο έδαφος]]

Όπου η μέση κλίση και το μέσο υψόμετρο καθώς και η τραχύτητα (η
τυπική απόκλιση του υψομέτρου) και τοπικό ανάγλυφο (ελάχιστο-
μέγιστο υψόμετρο) υπολογίστηκαν για κάθε αντικείμενο της κατηγορίας
«άγονο έδαφος». Το Υψόμετρο εκφράζεται σε μέτρα και η κλίση σε μοίρες.

2.7 Στατιστική ανάλυση και χαρτογράφηση

Οι στατιστικές, ο συσχετισμός και η γραμμική παλινδρόμηση υπολογίστηκαν για την παραμετρική αντιπροσώπευση των αντικειμένων της κατηγορίας άγονων εκτάσεων (πίνακας 4, 5, και 6).

[[Εικόνα: Kef se p4.jpg | thumb | right | Πίνακας 4, Στατιστικά ανά Γεωμορφομετρικά χαρακτηριστικά για τα αντικείμενα με μέγεθος μεγαλύτερο από 50 pixels.]]

[[Εικόνα: Kef se p5.jpg | thumb | right | Πίνακας 5, Συντελεστής συσχέτισης χαρακτηριστικών ανά ζεύγη, για τα αντικείμενα με μέγεθος μεγαλύτερο των 50 pixel.]]

Έχει παρατηρηθεί ότι υπάρχει θετική συσχέτιση μεταξύ Η και G. Υπάρχει επίσης μια μεγάλη συσχέτιση μεταξύ R και LR. Η παλινδρόμηση μεταξύ μέσης κλίσης και μέσου υψομέτρου, εκφράζεται από την εξίσωση: H= 20,07 × G + 86,12

Η γραμμική παλινδρόμηση βρέθηκε να είναι στατιστικά σημαντική
σύμφωνα με την ανάλυση της διακύμανσης (ANOVA) που παρουσιάζεται στον
πίνακα 6. Η γραμμική παλινδρόμηση και το διάγραμμα διασποράς των υπό μελέτη
αντικειμένων δίνεται στο σχήμα 7.

[[Εικόνα: Kef se p6.jpg | thumb | right | Πίνακας 6, Διακύμανση της γραμμικής παλινδρόμησης μεταξύ της μέσης κλίσης και μέσου υψομέτρου των άγονων εκτάσεων]]

[[Εικόνα: Kef_se7.gif | thumb | right | Σχήμα 7, Γραμμή παλινδρόμησης (γραμμική) και διάγραμμα διασποράς]]

3. Επίλογος

Η Γεωμορφομετρική περιγραφή του χάρτη clutter φανερώνει ότι οι κύριες κατηγορίες landcover (δάσος/καλλιεργήσιμες εκτάσεις/γυμνό έδαφος) παρουσιάζουν συγκεκριμένα και διακριτά παραμετρικά χαρακτηριστικά.

Πιο συγκεκριμένα, η κατηγορία γυμνό έδαφος παρουσιάζει υψηλό υψόμετρο και έντονη κλίση, ενώ η συσχέτιση και η γραμμική παλινδρόμηση φανέρωσε πως οι μεγαλύτερες σε μέγεθος εκτάσεις (αντικείμενα) καταλαμβάνουν την υψηλότερη σε θέση υψομετρικά και παρουσιάζουν τη μεγαλύτερη κλίση. Αυτό το εύρημα θα πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη κατά τον αστικό σχεδιασμό,όπου τα αντικείμενα της κατηγορίας «άγονη έκταση» θα πρέπει να αξιοποιηθούν κατάλληλα κατά μήκος της κεντρική οδικής αρτηρίας που συνδέει την μεγάλη πόλη (Αργοστόλι) με το μεγαλύτερο λιμάνι του νησιού (Σάμη) της Κεφαλονιάς.

[[category:Χαρτογραφία]]

Αρχείο:Kef se7.jpg

2012-03-02T23:31:17Z

Spyroseva: Σχήμα 7, Γραμμή παλινδρόμησης (γραμμική) και διάγραμμα διασποράς

Σχήμα 7, Γραμμή παλινδρόμησης (γραμμική) και διάγραμμα διασποράς

Αρχείο:Kef se p6.jpg

2012-03-02T23:29:11Z

Spyroseva: Πίνακας 6, Διακύμανση της γραμμικής παλινδρόμησης μεταξύ της μέσης κλίσης και μέσου υψομέτρου των άγονων εκτάσεων

Πίνακας 6, Διακύμανση της γραμμικής παλινδρόμησης μεταξύ της μέσης κλίσης και μέσου υψομέτρου των άγονων εκτάσεων

Η ΓΕΩΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΟΝΙΑΣ ΣΕ CLUTΤER ΧΑΡΤΗ

2012-03-02T23:25:30Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος: THE GEOMORPHOMETRIC DESCRIPTION OF CLUTER MAPS
 
Λέξεις κλειδιά: Γεωμορφολογία, Κατολισθήσεις, Ερμηνεία, η εξαγωγή, Τοπίο, Τμηματοποίηση, Χωρικός, Κεφαλονιά.
 
 
Μελετητές: J. G. Rodopoulos/Technological Educational Institute of Athens, Department of Topography, 21 Souliou Str., Athens 154-51, Greece - jrodopou@hotmail.com, G. Ch. Miliaresis/Dept. of Geology, University of Patras, Rion, 26500, Greece – miliaresis@email.com 
[http://www.isprs.org/proceedings/xxxv/congress/comm4/papers/399.pdf Πηγή]

 
Ο σκοπός αυτής της εργασίας ήταν να περιγραφεί από Γεωμορφομετρικής άποψης ένας χάρτης clutter που προέρχεται από ταξινόμηση. Πιο συγκεκριμένα μια εικόνα ASTER της περιοχής μελέτης έχει ραδιομετρικά και γεωμετρικά διορθωθεί. Μέγιστη ταξινόμηση πιθανότητα ορίζονται οι κλάσεις εδαφικής κάλυψης (landcover) της περιοχής μελέτης (διάφορα είδη των δασών, οι καλλιεργούμενες εκτάσεις και γυμνό έδαφος). Το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο της περιοχής μελέτης προήλθε από την ψηφιοποίηση από τοπογραφικούς χάρτες. Οι κατηγορίες της εδαφικής κάλυψης εκπροσωπούνται με τη βοήθεια χαρακτηριστικών τιμών.

Τα χαρακτηριστικά αυτά αντιστοιχούνε στις ακόλουθες Γεωμορφομετρικές παραμέτρους: μέσο υψόμετρο, μέγιστο υψόμετρο, τραχύτητα, τοπικό ανάγλυφο, ενδιάμεση κλίση.

Μάλιστα, διαπιστώθηκε ότι το δάσος ελάτης παρουσιάζει το μεγαλύτερο μέσο υψόμετρο ενώ το μικτό δάσος και το γυμνό έδαφος υψομετρικά έπονται. Οι καλλιεργούμενες εκτάσεις καταλαμβάνουν περιοχές με το χαμηλότερο μέσο υψόμετρο. Οι μεγαλύτερες τιμές μέσης κλίσης παρατηρήθηκαν τόσο για το ελατόδασος όσο και για τα μεικτά δάση. Η καλλιεργούμενη γη, παρουσίασε τις χαμηλότερες μέσες τιμές κλίσης, ενώ το άγονο έδαφος έχει τη τάση να παρουσιάζει υψηλές μέσες τιμές κλίσης. Στη συνέχεια και με τη βοήθεια ενός αλγορίθμου κάθε αντικείμενο περιγράφηκε από Γεωμορφομετρικές παραμέτρους και τα αντικείμενα ταξινομήθηκαν με βάση την ευαισθησία τους στις κατολισθήσεις. Το πιο ενδιαφέρον εύρημα ήταν τα μεγαλύτερα σε μέγεθος αντικείμενα της κατηγορίας άγονων εκτάσεων,τα οποία βρίσκονται στις υψηλότερες θέσεις υψομετρικά και παρουσιάζουν τις μεγαλύτερες τιμές κλίσεων.

Επιπλέον, η χωροταξική κατανομή των εν λόγω
πολύγωνων είναι κατά μήκος του κεντρικού δρόμου που συνδέει την πρωτεύουσα με το κύριο λιμάνι του νησιού.

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η χαρτογράφηση της εδαφικής κάλυψης (landcover) έχει μεγάλη σημασία στο σχεδιασμό της πολεοδομίας αλλά και της προστασίας του περιβάλλοντος. Από την άλλη πλευρά, λόγω της σοβαρής κλιματικής αλλαγής και τα απότομα μετεωρολογικά περιστατικά που λαμβάνουν χώρα τα τελευταία έτη, ο συσχετισμός μεταξύ landcover και geomorphometry έχει μεγάλη σημασία (Elumnoh και Shrestha, 2000). Η ανάπτυξη μελετών αξιολόγησης του κινδύνου για στιγμιαίες πλημμύρες, οι κατολισθήσεις που προκαλούνται από ισχυρές βροχοπτώσεις κλπ. (Μηλιαρέσης, 1999a; 1999b; 2001; White, 1993) απαιτούν τη γνώση του τύπου landcover (του είδος εδαφικής κάλυψης δηλαδή) (Πανάγου και Μηλιαρέσης, 2003) και το geomorphometry (Pike, 2002) της περιοχής ενδιαφέροντος αλλά και της ευρύτερης (Treitz και Howarth, 2000).

Ο Σκοπός της μελέτης είναι να:

α) επιτευχθεί μία «παραμετρική» αναπαράσταση του χάρτη landcover όπου να προέρχεται από τεχνικές ταξινόμησης εικόνων με βάση τις geomorphometrical παραμέτρους, και

β) να ερμηνεύσει τη χωρική κατανομή των τύπων landcover μέσα στο τοπίο.

2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Ένα κομμάτι γήινης επιφάνειας δομήθηκε με βάση τους τύπους landcover και ορίστηκαν αντικείμενα (pixel με ίδια χαρακτηριστικά και επομένως ίδιο landcover). Στη συνέχεια, κάθε αντικείμενο περιγράφηκε παραμετρικά με βάση τα γεωμορφομετρικά χαρακτηριστικά του και εν τέλει χαρτογραφήθηκε.

2.1 Περιοχή Μελέτης

Η περιοχή μελέτης στην παρούσα εργασία είναι η Κεφαλονιά, η οποία βρίσκεται στο «μέσο» του Ιόνιου Πελάγους.

[[Εικόνα: Kef se1.gif | thumb | right | Σχήμα 1, Η περιοχή μελέτης]]

Το νησί βρίσκεται μέσα στη θάλασσα ανάμεσα από την Ελλάδα και την Ιταλία. Η
περιοχή μελέτης βρίσκεται στο νότιο δυτικό τμήμα του νησιού (Σχήμα 1) και
περικλείεται από τις εξής συντεταγμένες: X minimum = 200,137, X maximum = 222,337, Y minimum = 4,215,922 και Y maximum = 4,233,802.

 
 
 
 

2.2 Δεδομένα

Χρησιμοποιήθηκε η A.S.T.E.R. εικόνα που είχε ληφθεί στις 22/09/2001 με ID pg-
PR1A0000-2001092201_019_057. Καλύπτει την περιοχή γεωγραφικές συντεταγμένες (38.3235, 20.5307), (38.2266, 21.2362), (37.6733, 21.0737), (37.7694, 20.3734).

Οι ζώνες 01 (πράσινο), 02 (κόκκινο), 03 (εγγύς υπέρυθρο) του αισθητήρα V.N.I.R. χρησιμοποιήθηκαν με χωρική διακριτική ικανότητα 15 m (Fujisada, 1998; Kahle et al, 1991). Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε ένα ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (DEM) (Σχήμα 2). Περιμετρικές γραμμές ψηφιοποιήθηκαν από έναν τοπογραφικό χάρτη όπου είχε παραχθεί από τη Γεωγραφική Υπηρεσία Στρατού. Η κλίμακα του χάρτη ήταν 1:50000 και είχε ληφθεί το υψόμετρο με πύκνωση σημείων περίπου ανά 20μ.
Το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (DEM) προήλθε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της παρεμβολής στις ισοϋψείς (σχήμα 2).

[[Εικόνα: Kef se2.gif | thumb | right | Σχήμα 2, DEM και εικόνα κλίσης. Το μεγαλύτερο υψόμετρο/ κλίση, βρίσκεται στα σημεία όπου είναι σκοτεινότερο το εικονοστοιχείο (pixel).]]

 
 
 
 
2.3 Προ-επεξεργασία της εικόνας A.S.T.E.R.

Σε αυτό το στάδιο υλοποιείται μια πρώτη ραδιομετρική διόρθωση. Κάθε ζώνη (μπάντα) αντιστοιχίστηκε βάση της χρήσης της μεθόδου με σκοπό τη δημιουργία ιστογράμματος. Έπειτα οι ψηφιακές τιμές μετατράπηκαν σε ακτινοβολία, με βάση το αντίστοιχο περιθώριο εύρους της κάθε μπάντας. Τέλος η τροχιά της ακτινοβολίας μετακινήθηκε βάσει της γραμμικής παλινδρόμησης από την πράσινη και κόκκινη μπάντα στο εγγύς υπέρυθρο (Eastman, 1999). Στη συνέχεια, υλοποιήθηκε μία μη παραμετρική γεωμετρική διόρθωση μέσω της χρήσης ενός πολυωνύμου δευτέρου βαθμού και πραγματοποιήθηκε έλεγχος με σημεία στο έδαφος (gcps: ground control points) που προήλθαν από την έρευνα πεδίου με ένα φορητό Garmin G.P.S. Η μέση τετραγωνική απόκλιση του μετασχηματισμού ήταν 16,47 m για 14 gcps ενώ μια έγχρωμη σύνθετη εικόνα με διορθωμένες ζώνες δίνεται στο σχήμα 3.

[[Εικόνα: Kef se3.gif | thumb | right | Σχήμα 3, Σύνθετη εικόνα χρώματος]]

 
 
 
2.4 Χάρτης Cluter

Οι περιοχές έρευνας επιλέχθηκαν βάσει των κυριότερων θεματικών κατηγοριών
που απαντώνται στην περιοχή μελέτης (Πίνακας 1):

[[Εικόνα: Kef se p1.jpg | thumb | right | Πινακας1]]

Όπου έχουμε με την σειρά του πίνακα τις κατηγορίες: Ελατοδάσος, Άγονη γη, Καλλιέργειες τύπου 1, 2, 3, 4, Λίμνη και τέλος Μικτό δάσος.

Η ταξινόμηση όσον αφορά τις παραπάνω κατηγορίες χρήσεων γης έγινε βάσει της μέγιστης πιθανότητας (Mather, 1987) και αυτή καθόρισε τις landcover κατηγορίες της περιοχής μελέτης μας. Ο χάρτης cluter ο οποίος προέκυψε, απεικονίζεται στην εικόνα 4.

[[Εικόνα: Kef_se4.gif | thumb | right | Εικόνα 4. Kefalonia’s Cluter Map]]

2.5 Γεωμορφομετρικά περιγραφή cluter χάρτη

Κάθε θεματική κατηγορία από τις παραπάνω περιγράφεται με βάση τη μέση, μέγιστη και τη τυπική απόκλιση των δύο: υψομέτρου και κλίσης (πίνακας 2, πίνακας 3) (Evans, 1980; Florinsky, 1998; Mark, 1975).

[[Εικόνα: Kef se p2.jpg | thumb | right | Πινακας2]]
[[Εικόνα: Kef se p3.jpg | thumb | right | Πινακας3]]

Ο πίνακας 2 μας δείχνει ότι η κατηγορία εδάφους: ελατόδασος, παρουσιάζει το
μεγαλύτερο υψόμετρο, ενώ το μικτό δάσος και άγονο έδαφος ακολουθούν. Οι καλλιεργούμενες μορφές έχουν αναπτυχθεί σε χαμηλότερο υψόμετρο. Τα ευρήματα αυτά, συμφωνούν σε μεγάλο βαθμό με τις τοπικές Γεωμορφομετρικές συνθήκες της Κεφαλονιάς (ψηλό βουνό και περιορισμένες πεδιάδες). Μάλιστα, το πιο ενδιαφέρον εύρημα του πίνακα 1 ήταν το σχετικά μεγάλο υψόμετρο της άγονης κατηγορία εδάφους. Ενώ, ο πίνακας 3 δείχνει ότι το Ελατοδάσος και το μικτό δάσος παρουσιάσει τις
υψηλότερες τιμές κλίσεων, ακολουθούμενο από την κατηγορία του άγονου εδάφους. Μία εξήγηση για τα ανωτέρω είναι ότι τα δάση αναπτύσσονται στις υψηλότερες περιοχές που είναι αρκετά απότομες, ώστε να προστατεύονται από την ανθρώπινη δραστηριότητα. Αντίθετα η ανθρώπινη δραστηριότητα (λ.γ. οι καλλιεργούμενες εκτάσεις) περιορίζονται σε πεδινές περιοχές ή σε περιοχές με χαμηλότερη τιμή κλίσης. Η υψηλή τιμή κλίσης της κατηγορίας «άγονο έδαφος» δείχνει ότι αυτά είναι και τα πολύγωνα υψηλού κινδύνου σε σχέση με τις πλημμύρες. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο η κατανομή της άγονης γης, θα διερευνηθεί σε επόμενη παράγραφο.

2.6 Τίτλος

Στο σημείο αυτό εφαρμόζεται ένας αλγόριθμος συσχετισμένος με τα ειδικά χαρακτηριστικά της κατηγορίας του άγονου εδάφους. Πιο συγκεκριμένα, συνολικά 1.314 σημεία - αντικείμενα (γειτονικά pixels της κατηγορίας «άγονο έδαφος») βρέθηκαν σε διάφορες διαστάσεις (μέγεθος)- Σχήμα 6.

[[Εικόνα: Kef_se6.gif | thumb | right | Σχήμα 6, Διάσταση αντικειμένου για την κατηγορία άγονο έδαφος]]

Όπου η μέση κλίση και το μέσο υψόμετρο καθώς και η τραχύτητα (η
τυπική απόκλιση του υψομέτρου) και τοπικό ανάγλυφο (ελάχιστο-
μέγιστο υψόμετρο) υπολογίστηκαν για κάθε αντικείμενο της κατηγορίας
«άγονο έδαφος». Το Υψόμετρο εκφράζεται σε μέτρα και η κλίση σε μοίρες.

2.7 Στατιστική ανάλυση και χαρτογράφηση

Οι στατιστικές, ο συσχετισμός και η γραμμική παλινδρόμηση υπολογίστηκαν για την παραμετρική αντιπροσώπευση των αντικειμένων της κατηγορίας άγονων εκτάσεων (πίνακας 4, 5, και 6).

[[Εικόνα: Kef se p4.jpg | thumb | right | Πίνακας 4, Στατιστικά ανά Γεωμορφομετρικά χαρακτηριστικά για τα αντικείμενα με μέγεθος μεγαλύτερο από 50 pixels.]]

[[Εικόνα: Kef se p5.jpg | thumb | right | Πίνακας 5, Συντελεστής συσχέτισης χαρακτηριστικών ανά ζεύγη, για τα αντικείμενα με μέγεθος μεγαλύτερο των 50 pixel.]]

Έχει παρατηρηθεί ότι υπάρχει θετική συσχέτιση μεταξύ Η και
G. Υπάρχει επίσης μια μεγάλη συσχέτιση μεταξύ R και LR. Η παλινδρόμηση μεταξύ μέσης κλίσης και μέσου υψομέτρου, εκφράζεται από την εξίσωση:

H= 20,07 × G + 86,12

Η γραμμική παλινδρόμηση βρέθηκε να είναι στατιστικά σημαντική
σύμφωνα με την ανάλυση της διακύμανσης (ANOVA) που παρουσιάζεται στην
πίνακα 6. Η γραμμική παλινδρόμησης και το διάγραμμα διασποράς των υπό μελέτη
αντικειμένων δίνεται στο σχήμα 7.

πινακας7.jpg

Πίνακας 6. Διακύμανση της γραμμικής παλινδρόμησης μεταξύ της μέσης

κλίσης και μέσου υψομέτρου των άγονων εκτάσεων.

πινακας8.jpg

Σχήμα 7. Γραμμή παλινδρόμησης (γραμμική) και διάγραμμα διασποράς

3. Επίλογος

Η Γεωμορφομετρική περιγραφή του χάρτη clutter αναφέρεται
ότι οι κύριες κατηγορίες landcover (δάσος/καλλιεργήσιμες εκτάσεις/γυμνό έδαφος) παρουσιάζουν συγκεκριμένα και διακριτά παραμετρικά χαρακτηριστικά.

Πιο συγκεκριμένα, η κατηγορία γυμνό έδαφος παρουσιάζει υψηλό υψόμετρο και
έντονη κλίση, ενώ η συσχέτιση και η γραμμική παλινδρόμηση φανέρωσε πως οι μεγαλύτερες σε μέγεθος εκτάσεις (αντικείμενα) καταλαμβάνουν την υψηλότερη σε
θέση υψομετρικά και παρουσιάζουν τη μεγαλύτερη κλίση. Αυτό το εύρημα
θα πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη κατά τον αστικό σχεδιασμό τα αντικείμενα της κατηγορίας «άγονη έκταση» να αξιοποιηθούν κατάλληλα κατά μήκος της κεντρική οδικής αρτηρίας που συνδέει την μεγάλη πόλη (Αργοστόλι) με το μεγαλύτερο λιμάνι του νησιού (Σάμη) της Κεφαλονιάς.

[[category:Χαρτογραφία]]

Αρχείο:Kef se p5.jpg

2012-03-02T23:25:16Z

Spyroseva: Πίνακας 5, Συντελεστής συσχέτισης χαρακτηριστικών ανά ζεύγη, για τα αντικείμενα με μέγεθος μεγαλύτερο των 50 pixel.

Πίνακας 5, Συντελεστής συσχέτισης χαρακτηριστικών ανά ζεύγη, για τα αντικείμενα με μέγεθος μεγαλύτερο των 50 pixel.

Αρχείο:Kef se p4.jpg

2012-03-02T23:24:22Z

Spyroseva: Πίνακας 4, Στατιστικά ανά Γεωμορφομετρικά χαρακτηριστικά για τα αντικείμενα με μέγεθος μεγαλύτερο από 50 pixels.

Πίνακας 4, Στατιστικά ανά Γεωμορφομετρικά χαρακτηριστικά για τα αντικείμενα με μέγεθος μεγαλύτερο από 50 pixels.

Η ΓΕΩΜΟΡΦΟΜΕΤΡΙΚΗ ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ ΤΗΣ ΚΕΦΑΛΟΝΙΑΣ ΣΕ CLUTΤER ΧΑΡΤΗ

2012-03-02T23:20:48Z

Spyroseva:

Αυθεντικός τίτλος: THE GEOMORPHOMETRIC DESCRIPTION OF CLUTER MAPS
 
Λέξεις κλειδιά: Γεωμορφολογία, Κατολισθήσεις, Ερμηνεία, η εξαγωγή, Τοπίο, Τμηματοποίηση, Χωρικός, Κεφαλονιά.
 
 
Μελετητές: J. G. Rodopoulos/Technological Educational Institute of Athens, Department of Topography, 21 Souliou Str., Athens 154-51, Greece - jrodopou@hotmail.com, G. Ch. Miliaresis/Dept. of Geology, University of Patras, Rion, 26500, Greece – miliaresis@email.com 
[http://www.isprs.org/proceedings/xxxv/congress/comm4/papers/399.pdf Πηγή]

 
Ο σκοπός αυτής της εργασίας ήταν να περιγραφεί από Γεωμορφομετρικής άποψης ένας χάρτης clutter που προέρχεται από ταξινόμηση. Πιο συγκεκριμένα μια εικόνα ASTER της περιοχής μελέτης έχει ραδιομετρικά και γεωμετρικά διορθωθεί. Μέγιστη ταξινόμηση πιθανότητα ορίζονται οι κλάσεις εδαφικής κάλυψης (landcover) της περιοχής μελέτης (διάφορα είδη των δασών, οι καλλιεργούμενες εκτάσεις και γυμνό έδαφος). Το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο της περιοχής μελέτης προήλθε από την ψηφιοποίηση από τοπογραφικούς χάρτες. Οι κατηγορίες της εδαφικής κάλυψης εκπροσωπούνται με τη βοήθεια χαρακτηριστικών τιμών.

Τα χαρακτηριστικά αυτά αντιστοιχούνε στις ακόλουθες Γεωμορφομετρικές παραμέτρους: μέσο υψόμετρο, μέγιστο υψόμετρο, τραχύτητα, τοπικό ανάγλυφο, ενδιάμεση κλίση.

Μάλιστα, διαπιστώθηκε ότι το δάσος ελάτης παρουσιάζει το μεγαλύτερο μέσο υψόμετρο ενώ το μικτό δάσος και το γυμνό έδαφος υψομετρικά έπονται. Οι καλλιεργούμενες εκτάσεις καταλαμβάνουν περιοχές με το χαμηλότερο μέσο υψόμετρο. Οι μεγαλύτερες τιμές μέσης κλίσης παρατηρήθηκαν τόσο για το ελατόδασος όσο και για τα μεικτά δάση. Η καλλιεργούμενη γη, παρουσίασε τις χαμηλότερες μέσες τιμές κλίσης, ενώ το άγονο έδαφος έχει τη τάση να παρουσιάζει υψηλές μέσες τιμές κλίσης. Στη συνέχεια και με τη βοήθεια ενός αλγορίθμου κάθε αντικείμενο περιγράφηκε από Γεωμορφομετρικές παραμέτρους και τα αντικείμενα ταξινομήθηκαν με βάση την ευαισθησία τους στις κατολισθήσεις. Το πιο ενδιαφέρον εύρημα ήταν τα μεγαλύτερα σε μέγεθος αντικείμενα της κατηγορίας άγονων εκτάσεων,τα οποία βρίσκονται στις υψηλότερες θέσεις υψομετρικά και παρουσιάζουν τις μεγαλύτερες τιμές κλίσεων.

Επιπλέον, η χωροταξική κατανομή των εν λόγω
πολύγωνων είναι κατά μήκος του κεντρικού δρόμου που συνδέει την πρωτεύουσα με το κύριο λιμάνι του νησιού.

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η χαρτογράφηση της εδαφικής κάλυψης (landcover) έχει μεγάλη σημασία στο σχεδιασμό της πολεοδομίας αλλά και της προστασίας του περιβάλλοντος. Από την άλλη πλευρά, λόγω της σοβαρής κλιματικής αλλαγής και τα απότομα μετεωρολογικά περιστατικά που λαμβάνουν χώρα τα τελευταία έτη, ο συσχετισμός μεταξύ landcover και geomorphometry έχει μεγάλη σημασία (Elumnoh και Shrestha, 2000). Η ανάπτυξη μελετών αξιολόγησης του κινδύνου για στιγμιαίες πλημμύρες, οι κατολισθήσεις που προκαλούνται από ισχυρές βροχοπτώσεις κλπ. (Μηλιαρέσης, 1999a; 1999b; 2001; White, 1993) απαιτούν τη γνώση του τύπου landcover (του είδος εδαφικής κάλυψης δηλαδή) (Πανάγου και Μηλιαρέσης, 2003) και το geomorphometry (Pike, 2002) της περιοχής ενδιαφέροντος αλλά και της ευρύτερης (Treitz και Howarth, 2000).

Ο Σκοπός της μελέτης είναι να:

α) επιτευχθεί μία «παραμετρική» αναπαράσταση του χάρτη landcover όπου να προέρχεται από τεχνικές ταξινόμησης εικόνων με βάση τις geomorphometrical παραμέτρους, και

β) να ερμηνεύσει τη χωρική κατανομή των τύπων landcover μέσα στο τοπίο.

2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ

Ένα κομμάτι γήινης επιφάνειας δομήθηκε με βάση τους τύπους landcover και ορίστηκαν αντικείμενα (pixel με ίδια χαρακτηριστικά και επομένως ίδιο landcover). Στη συνέχεια, κάθε αντικείμενο περιγράφηκε παραμετρικά με βάση τα γεωμορφομετρικά χαρακτηριστικά του και εν τέλει χαρτογραφήθηκε.

2.1 Περιοχή Μελέτης

Η περιοχή μελέτης στην παρούσα εργασία είναι η Κεφαλονιά, η οποία βρίσκεται στο «μέσο» του Ιόνιου Πελάγους.

[[Εικόνα: Kef se1.gif | thumb | right | Σχήμα 1, Η περιοχή μελέτης]]

Το νησί βρίσκεται μέσα στη θάλασσα ανάμεσα από την Ελλάδα και την Ιταλία. Η
περιοχή μελέτης βρίσκεται στο νότιο δυτικό τμήμα του νησιού (Σχήμα 1) και
περικλείεται από τις εξής συντεταγμένες: X minimum = 200,137, X maximum = 222,337, Y minimum = 4,215,922 και Y maximum = 4,233,802.

 
 
 
 

2.2 Δεδομένα

Χρησιμοποιήθηκε η A.S.T.E.R. εικόνα που είχε ληφθεί στις 22/09/2001 με ID pg-
PR1A0000-2001092201_019_057. Καλύπτει την περιοχή γεωγραφικές συντεταγμένες (38.3235, 20.5307), (38.2266, 21.2362), (37.6733, 21.0737), (37.7694, 20.3734).

Οι ζώνες 01 (πράσινο), 02 (κόκκινο), 03 (εγγύς υπέρυθρο) του αισθητήρα V.N.I.R. χρησιμοποιήθηκαν με χωρική διακριτική ικανότητα 15 m (Fujisada, 1998; Kahle et al, 1991). Επιπλέον, χρησιμοποιήθηκε ένα ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (DEM) (Σχήμα 2). Περιμετρικές γραμμές ψηφιοποιήθηκαν από έναν τοπογραφικό χάρτη όπου είχε παραχθεί από τη Γεωγραφική Υπηρεσία Στρατού. Η κλίμακα του χάρτη ήταν 1:50000 και είχε ληφθεί το υψόμετρο με πύκνωση σημείων περίπου ανά 20μ.
Το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (DEM) προήλθε χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της παρεμβολής στις ισοϋψείς (σχήμα 2).

[[Εικόνα: Kef se2.gif | thumb | right | Σχήμα 2, DEM και εικόνα κλίσης. Το μεγαλύτερο υψόμετρο/ κλίση, βρίσκεται στα σημεία όπου είναι σκοτεινότερο το εικονοστοιχείο (pixel).]]

 
 
 
 
2.3 Προ-επεξεργασία της εικόνας A.S.T.E.R.

Σε αυτό το στάδιο υλοποιείται μια πρώτη ραδιομετρική διόρθωση. Κάθε ζώνη (μπάντα) αντιστοιχίστηκε βάση της χρήσης της μεθόδου με σκοπό τη δημιουργία ιστογράμματος. Έπειτα οι ψηφιακές τιμές μετατράπηκαν σε ακτινοβολία, με βάση το αντίστοιχο περιθώριο εύρους της κάθε μπάντας. Τέλος η τροχιά της ακτινοβολίας μετακινήθηκε βάσει της γραμμικής παλινδρόμησης από την πράσινη και κόκκινη μπάντα στο εγγύς υπέρυθρο (Eastman, 1999). Στη συνέχεια, υλοποιήθηκε μία μη παραμετρική γεωμετρική διόρθωση μέσω της χρήσης ενός πολυωνύμου δευτέρου βαθμού και πραγματοποιήθηκε έλεγχος με σημεία στο έδαφος (gcps: ground control points) που προήλθαν από την έρευνα πεδίου με ένα φορητό Garmin G.P.S. Η μέση τετραγωνική απόκλιση του μετασχηματισμού ήταν 16,47 m για 14 gcps ενώ μια έγχρωμη σύνθετη εικόνα με διορθωμένες ζώνες δίνεται στο σχήμα 3.

[[Εικόνα: Kef se3.gif | thumb | right | Σχήμα 3, Σύνθετη εικόνα χρώματος]]

 
 
 
2.4 Χάρτης Cluter

Οι περιοχές έρευνας επιλέχθηκαν βάσει των κυριότερων θεματικών κατηγοριών
που απαντώνται στην περιοχή μελέτης (Πίνακας 1):

[[Εικόνα: Kef se p1.jpg | thumb | right | Πινακας1]]

Όπου έχουμε με την σειρά του πίνακα τις κατηγορίες: Ελατοδάσος, Άγονη γη, Καλλιέργειες τύπου 1, 2, 3, 4, Λίμνη και τέλος Μικτό δάσος.

Η ταξινόμηση όσον αφορά τις παραπάνω κατηγορίες χρήσεων γης έγινε βάσει της μέγιστης πιθανότητας (Mather, 1987) και αυτή καθόρισε τις landcover κατηγορίες της περιοχής μελέτης μας. Ο χάρτης cluter ο οποίος προέκυψε, απεικονίζεται στην εικόνα 4.

[[Εικόνα: Kef_se4.gif | thumb | right | Εικόνα 4. Kefalonia’s Cluter Map]]

2.5 Γεωμορφομετρικά περιγραφή cluter χάρτη

Κάθε θεματική κατηγορία από τις παραπάνω περιγράφεται με βάση τη μέση, μέγιστη και τη τυπική απόκλιση των δύο: υψομέτρου και κλίσης (πίνακας 2, πίνακας 3) (Evans, 1980; Florinsky, 1998; Mark, 1975).

[[Εικόνα: Kef se p2.jpg | thumb | right | Πινακας2]]
[[Εικόνα: Kef se p3.jpg | thumb | right | Πινακας3]]

Ο πίνακας 2 μας δείχνει ότι η κατηγορία εδάφους: ελατόδασος, παρουσιάζει το
μεγαλύτερο υψόμετρο, ενώ το μικτό δάσος και άγονο έδαφος ακολουθούν. Οι καλλιεργούμενες μορφές έχουν αναπτυχθεί σε χαμηλότερο υψόμετρο. Τα ευρήματα αυτά, συμφωνούν σε μεγάλο βαθμό με τις τοπικές Γεωμορφομετρικές συνθήκες της Κεφαλονιάς (ψηλό βουνό και περιορισμένες πεδιάδες). Μάλιστα, το πιο ενδιαφέρον εύρημα του πίνακα 1 ήταν το σχετικά μεγάλο υψόμετρο της άγονης κατηγορία εδάφους. Ενώ, ο πίνακας 3 δείχνει ότι το Ελατοδάσος και το μικτό δάσος παρουσιάσει τις
υψηλότερες τιμές κλίσεων, ακολουθούμενο από την κατηγορία του άγονου εδάφους. Μία εξήγηση για τα ανωτέρω είναι ότι τα δάση αναπτύσσονται στις υψηλότερες περιοχές που είναι αρκετά απότομες, ώστε να προστατεύονται από την ανθρώπινη δραστηριότητα. Αντίθετα η ανθρώπινη δραστηριότητα (λ.γ. οι καλλιεργούμενες εκτάσεις) περιορίζονται σε πεδινές περιοχές ή σε περιοχές με χαμηλότερη τιμή κλίσης. Η υψηλή τιμή κλίσης της κατηγορίας «άγονο έδαφος» δείχνει ότι αυτά είναι και τα πολύγωνα υψηλού κινδύνου σε σχέση με τις πλημμύρες. Αυτός είναι και ο λόγος για τον οποίο η κατανομή της άγονης γης, θα διερευνηθεί σε επόμενη παράγραφο.

2.6 Τίτλος

Στο σημείο αυτό εφαρμόζεται ένας αλγόριθμος συσχετισμένος με τα ειδικά χαρακτηριστικά της κατηγορίας του άγονου εδάφους. Πιο συγκεκριμένα, συνολικά 1.314 σημεία - αντικείμενα (γειτονικά pixels της κατηγορίας «άγονο έδαφος») βρέθηκαν σε διάφορες διαστάσεις (μέγεθος)- Σχήμα 6.

[[Εικόνα: Kef_se6.gif | thumb | right | Σχήμα 6, Διάσταση αντικειμένου για την κατηγορία άγονο έδαφος]]

Η μέση κλίση και το μέσο υψόμετρο καθώς και τραχύτητα (η
τυπική απόκλιση του υψομέτρου) και τοπικό ανάγλυφο (ελάχιστο-
μέγιστο υψόμετρο) υπολογίστηκαν για κάθε αντικείμενο της κατηγορίας
«άγονο έδαφος». Το Υψόμετρο εκφράζεται σε
μέτρα και η κλίση σε μοίρες.

2.7 Στατιστική ανάλυση και χαρτογράφηση

Οι στατιστικές, ο συσχετισμός και η γραμμική παλινδρόμηση υπολογίστηκαν για την παραμετρική αντιπροσώπευση των αντικειμένων της κατηγορίας άγονων εκτάσεων (πίνακας 4, 5, και 6).

πινακας5.jpg

Πίνακας 4. Στατιστικά ανά Γεωμορφομετρικά χαρακτηριστικά για τα αντικείμενα

με μέγεθος μεγαλύτερο από 50 pixels.

πινακας6.jpg

Πίνακας 5. Συντελεστής συσχέτισης χαρακτηριστικών ανά ζεύγη, για τα αντικείμενα με μέγεθος μεγαλύτερο των 50 pixel.

Έχει παρατηρηθεί ότι υπάρχει θετική συσχέτιση μεταξύ Η και
G. Υπάρχει επίσης μια μεγάλη συσχέτιση μεταξύ R και LR. Η παλινδρόμηση μεταξύ μέσης κλίσης και μέσου υψομέτρου, εκφράζεται από την εξίσωση:

H= 20,07 × G + 86,12

Η γραμμική παλινδρόμηση βρέθηκε να είναι στατιστικά σημαντική
σύμφωνα με την ανάλυση της διακύμανσης (ANOVA) που παρουσιάζεται στην
πίνακα 6. Η γραμμική παλινδρόμησης και το διάγραμμα διασποράς των υπό μελέτη
αντικειμένων δίνεται στο σχήμα 7.

πινακας7.jpg

Πίνακας 6. Διακύμανση της γραμμικής παλινδρόμησης μεταξύ της μέσης

κλίσης και μέσου υψομέτρου των άγονων εκτάσεων.

πινακας8.jpg

Σχήμα 7. Γραμμή παλινδρόμησης (γραμμική) και διάγραμμα διασποράς

3. Επίλογος

Η Γεωμορφομετρική περιγραφή του χάρτη clutter αναφέρεται
ότι οι κύριες κατηγορίες landcover (δάσος/καλλιεργήσιμες εκτάσεις/γυμνό έδαφος) παρουσιάζουν συγκεκριμένα και διακριτά παραμετρικά χαρακτηριστικά.

Πιο συγκεκριμένα, η κατηγορία γυμνό έδαφος παρουσιάζει υψηλό υψόμετρο και
έντονη κλίση, ενώ η συσχέτιση και η γραμμική παλινδρόμηση φανέρωσε πως οι μεγαλύτερες σε μέγεθος εκτάσεις (αντικείμενα) καταλαμβάνουν την υψηλότερη σε
θέση υψομετρικά και παρουσιάζουν τη μεγαλύτερη κλίση. Αυτό το εύρημα
θα πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη κατά τον αστικό σχεδιασμό τα αντικείμενα της κατηγορίας «άγονη έκταση» να αξιοποιηθούν κατάλληλα κατά μήκος της κεντρική οδικής αρτηρίας που συνδέει την μεγάλη πόλη (Αργοστόλι) με το μεγαλύτερο λιμάνι του νησιού (Σάμη) της Κεφαλονιάς.

[[category:Χαρτογραφία]]

Αρχείο:Kef se6.gif

2012-03-02T23:19:19Z

Spyroseva: Εικόνα 4. Kefalonia’s Cluter Map

[[Εικόνα: Kef_se4.gif | thumb | right | Εικόνα 4. Kefalonia’s Cluter Map]]