Η Συμβολή της Τηλεπισκόπησης και των Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (Σ.Γ.Π.) στην Προοπτική μιας Ενοποιημένης Διασυνοριακής Λεκάνης
Από RemoteSensing Wiki
Η Συμβολή της Τηλεπισκόπησης και των Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (Σ.Γ.Π.) στην Προοπτική μιας Ενοποιημένης Διασυνοριακής Λεκάνης
J.-M. MONGET C. VIAVATTENE Α. ΚΑΡΑΚΟΣ Χ. ΣΚΟΥΛΗΚΑΡΗΣ
Professor ENSMP Environmentalist Αναπλ. Καθηγητής ΔΠΘ Ηλεκτρολόγος Μηχανικός
Πηγή:Πρακτικά 5ου Εθνικού Συνεδρίου Διαχείρισης Υδατικών Πόρων Ολοκληρωμένη Διαχείριση Υδατικών Πόρων με Βάση τη Λεκάνη Απορροής , Ξάνθη Απρίλιος 2005.
Αντικείμενο Εφαρμογής: Τεχνική Υδρολογία
Σκοπός Εφαρμογής: Η διαχείριση μιας λεκάνης απορροής απαιτεί μια ενιαία πηγή πληροφοριών που να καλύπτει ολόκληρο τον εμπλεκόμενο υδροκρίτη. Παρόλα αυτά, η διαχείριση του ελληνικού μέρους του υδροκρίτη δεν μπορεί να ξεχωριστεί από τα κύρια νερά που προέρχονται τόσο από τον Μέστα όσο και τον Dospat ποταμό, αφού και οι δύο βρίσκονται στην Βουλγαρία. Αυτή η διοικητική ποικιλομορφία είναι ένα εμπόδιο για τη χωρική ολοκλήρωση των παραμέτρων της λεκάνης που επηρεάζουν την επιφάνεια και τα υπόγεια νερά. Μέσο της μοναδικής συνοπτικής όψης της επιφάνειας της Γης από το διάστημα, η τηλεπισκόπηση από δορυφόρο προσφέρει μια μοναδική ευκαιρία για να ερευνηθεί με ομοιόμορφο τρόπο μια τέτοια πολυεθνική περιοχή. Αυτές οι πληροφορίες έχουν συνδυαστεί και με άλλες πηγές δεδομένων τόσο στην Βουλγαρία όσο και στην Ελλάδα χρησιμοποιώντας γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών ΓΣΠ.
Εισαγωγή
Αρχίζοντας από ψηλά μέσα στα βουνά Rila της Βουλγαρίας, ο ποταμός Μέστα εισάγει το δεύτερο μισό του ρεύματός του στην Ελλαδική περιοχή της Θράκης αλλάζοντας το όνομα του σε Νέστος. Στο τέλος, το βασικό ρεύμα διαδίδεται πέρα από την πεδιάδα της Χρυσούπολης και επεκτείνεται ως δελταϊκό σύστημα, με τις γλυκού νερού λίμνες που διαμορφώνει στο δέλτα του Νέστου. Ολόκληρη η επιφάνεια απορροής του Μέστα/Νέστου είναι 5.751 τετραγωνικά χλμ από τα οποία τα 2.314 τετραγωνικά χλμ βρίσκονται στην Ελλάδα και τα υπόλοιπα στη Βουλγαρία. Αυτή η διασυνοριακή λεκάνη ρυθμίζεται από μια σύνθετη συνθήκη μεταξύ Ελλάδας- Βουλγαρίας για την ποσότητα ροής ύδατος από τον ποταμό Μέστα που σχετίζεται με την κατανάλωση των δύο αυτών χωρών. Το ανώτερο κομμάτι της λεκάνης του Μέστα βρίσκεται κοντά στην Σόφια, πρωτεύουσα της Βουλγαρίας. Τα ύδατα δημιουργούνται στα νοτιοδυτικά από τα βουνά Musala και Vihren (3000m). Η κοιλάδα Mesta στη Βουλγαρία είναι τόσο μια φυσικά διατηρημένη περιοχή (πχ: εθνικό πάρκο Pirin) όπου ο τουρισμός αναπτύσσεται όσο και η διοργανώτρια των διάφορων οικονομικών δραστηριοτήτων που κυμαίνονται από την παραδοσιακή βουνίσια γεωργία στο ειδικευμένο εργατικό δυναμικό (πχ: Razlog). Η ποιότητα ύδατος του ποταμού Νέστου ελέγχεται μόνιμα. Ομοίως, το επίπεδο υπόγειων νερών έχει εμφανίσει τάσεις μείωσης, με συνέπεια τον περιορισμό της ελώδους περιοχής.
Τηλεπισκόπηση και Ψηφιακή Χαρτογράφηση
Η δορυφορική τηλεπισκόπιση βασίζεται στην παρατήρηση του γήινου περιβάλλοντος μέσω της μέτρησης της αλληλεπίδρασης μεταξύ του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου και των αντικειμένων που βρίσκονται στην επιφάνεια της γης. Στην περίπτωση της λεκάνης απορροής του Μέστα/Νέσου, η βασική απεικόνιση προέρχεται από εικόνες LANDSAT [5] με ανάλυση 80 μέτρων προσαρμοσμένες στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς EΓΣΑ 87 (HGRS87 ή EGSA87). Σύμφωνα με το ΕΓΣΑ 87, για τον Ελληνικό χώρο υπάρχει μια μοναδική ζώνη προβολής που έχει τον κεντρικό μεσημβρινό στις 24 μοίρες ανατολικά και ταιριάζει σε μια ομοιόμορφη απεικόνιση της λεκάνης λόγο της γενικότερης μορφής (Βορρά προς Νότο) που έχει. Παρόλο που ένας Corine Land Cover (CLC) χάρτης χρήσης εδάφους ήταν ήδη διαθέσιμος και στις δύο πλευρές των συνόρων με μία ανάλυση 250 μέτρων, τα δεδομένα LANDSAT έχουν χρησιμοποιηθεί προκειμένου να βελτιώσουν την υπάρχουσα χρήση εδάφους. Δύο εικόνες του Θεματικού Χαρτογράφου έχουν χρησιμοποιηθεί με διαχρονικό τρόπο, η πρώτη αφορά το καλοκαίρι του 1988 και η δεύτερη το χειμώνα του 1997 κατά τη διάρκεια της επίσημης λειτουργίας των υδροηλεκτρικών φραγμάτων της ΔΕΗ στον Θησαυρό και την Πλατανόβρυση. Η πολυφασματική ταξινόμηση (multispectral classification) χρησιμοποιήθηκε προκειμένου να καθοριστούν οι κατηγορίες βλάστησης, με ιδιαίτερη έμφαση στους ορεινούς όγκους της Βουλγαρίας. Όσον αφορά την περιοχή του δέλτα του Νέστου, απαιτήθηκε υψηλότερη ανάλυση προκειμένου να απεικονιστούν το αρδευτικό σύστημα και οι καλλιέργειες. Η τηλεπισκόπηση όμως, μπορεί να χρησιμοποιηθεί προκειμένου να αξιολογηθεί η γενικότερη επιρροή της γεωργικής ανάπτυξης, χάρη στην ύπαρξη εικόνων από κατασκοπευτικούς δορυφόρους που πρόσφατα δόθηκαν για χρήση από το κοινό. Στην περίπτωση της δικής μας μελέτης, μία δορυφορική εικόνα CORONA που χρονολογείται από το 1965 έχει ψηφιοποιηθεί με μία χωρική διακριτική ικανότητα 10 μέτρων και έχει επιτυχώς τροποποιηθεί για την εισαγωγή της στη βάση δεδομένων GIS (Εικόνα 1).
Επεξεργασία Γεωγραφικών Δεδομένων
Η αρχική συγκέντρωση δεδομένων έχει δημιουργήσει ένα μεγάλο σύνολο πληροφοριών, οι οποίες έχουν αποθηκευτεί χρησιμοποιώντας ένα εργαλείο για GIS που ενσωματώνει τη χρήση γης, τη γεωλογία, τα φυσικά περιβάλλοντα και τα υδρολογικά θέματα. Η συλλογή πληροφοριών είναι αποτέλεσμα μιας ενιαίας έρευνας τόσο στην Ελλάδα όσο και στη Βουλγαρία. Οι κύριες πηγές πληροφοριών για το Ελληνικό κομμάτι είναι: Περιφέρεια της Ανατολικής Μακεδονίας και Θράκης, Δήμοι Καβάλας και Ξάνθης (Τμήματα Γεωργίας και Αλιείας), ΔΠΘ (Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης) – Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών και Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος, ΙΓΜΕ, ΔΕΗ, ΤΟΕΒ, η Εθνική Στατιστική Υπηρεσία και η EPO Living Lakes. Ένα παράδειγμα των ενσωματωμένων δεδομένων παρουσιάζεται στην Εικόνα 2. Ο σκοπός αυτή της μελέτης δεν είναι μόνο να δημοσιευθούν πολλαπλά και ακριβή γεωγραφικά δεδομένα, αλλά να ερευνηθεί και η χρήση τους ως περιβαλλοντικοί δείκτες ακολουθώντας τις οδηγίες της Ευρωπαϊκού Οργανισμού Περιβάλλοντος (European Environment Agency). Η έννοια των δεικτών DPSIR έχει πρόσφατα προταθεί από αυτόν τον οργανισμό και είναι ήδη σε εφαρμογή για δείκτες εκπομπής ατμοσφαιρικής ρύπανσης. Χρησιμοποιούνται, επίσης, σε προκαταρκτική φάση και στην Ελλάδα τόσο σε έρευνες για τους παράκτιους υδάτινους πόρους (π.χ ο ποταμός Αξιός μέσα από το πρόγραμμα EUROCAT) όσο και για το σχεδιασμό χρήσης γης (π.χ. το πρόγραμμα EPSON του Υπουργείου Περιβάλλοντος, Χωροταξίας και Δημοσίων Έργων). Το τελευταίο κομμάτι αυτής της έρευνας συνίσταται στην διαδικασία έκδοσης στο Διαδίκτυο. Η European Water Framework Directive (WFD) εξέδωσε πρόσφατα οδηγίες σχετικά με τη δομή των βάσεων δεδομένων GIS που αποσκοπούν στην διαχείριση υδάτινων πόρων. Τονίζει τη χρήση συστημάτων «ανοικτού» κώδικα και μορφών GIS προκειμένου να διευκολύνει τη διαχείρισή τους καθώς και να γίνουν περισσότερο προσβάσιμες στο ευρύ κοινό. Προς το παρόν, είναι αρκετά δύσκολη και επίπονη διαδικασία η εξαγωγή στο διαδίκτυο μιας εφαρμογής GIS, εξαιτίας κυρίως του μεγάλου μεγέθους των δεδομένων και της δυσκολίας των αλλαγών της δυναμικής διεύθυνσης (path) των δεδομένων. Η λύση αυτού του προβλήματος στηρίζεται στη συστηματική χρήση «ανοικτών προτύπων» όπως είναι η γλώσσα XML ή η χρήση προτύπων όπως είναι η μορφή του λογισμικού AutoCAD σε μορφή αρχείου DXF. Η έρευνά μας στοχεύει στον προσδιορισμό μιας πρακτικής και ευέλικτης λύσης για αυτό το πρόβλημα. Μια πρωτότυπη πλατφόρμα εργασίας βασίζεται στη χρήση του εργαλείου MapServer με το οποίο έχουμε άμεση πρόσβαση σε δεδομένα γεωγραφικών πληροφοριών που βρίσκονται διαθέσιμα στο διαδίκτυο.
Η Μέθοδος DPSIR
Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Περιβάλλοντος στοχεύει στη χρησιμοποίηση περιβαλλοντικών δεικτών προκειμένου να αναφέρει την πρόοδο της περιβαλλοντικής κατάστασης της Ευρωπαϊκής Ένωσης σε διάφορες πολιτικές περιοχές. Αυτός ο τύπος αναφοράς πρέπει να βοηθήσει την αξιολόγηση των αιτιών που βρίσκονται πίσω από ένα ποσοστό προόδου που πραγματοποιήθηκε σε ορισμένες από τις κύριες πολιτικές περιοχές και να θέσει ερωτήματα σε χώρες που χρησιμοποιούν τους ίδιους δείκτες και δεν έχουν ανάλογη πρόοδο. Τα τελευταία χρόνια, ο ΕΟΠ και τα κέντρα αποφάσεών του, όπως είναι το Ερευνητικό Κέντρο Υδρολογίας (Water Research Centre (WRC), Medmenham, UK), δημοσιεύει ομάδες δεικτών βασισμένων στη συμφωνία όλων των συμμετεχουσών χωρών. Η επικοινωνία είναι η βασική λειτουργία των δεικτών: πρέπει να προαγάγουν την ανταλλαγή πληροφοριών σχετικά με το ζήτημα που εξετάζουν. Η θερμοκρασία του ανθρώπινου σώματος είναι ένα παράδειγμα ενός δείκτη που χρησιμοποιούμε τακτικά. Παρέχει τις κρίσιμες πληροφορίες για τη φυσική κατάστασή μας. Παρομοίως, οι περιβαλλοντικοί δείκτες παρέχουν πληροφορίες για φαινόμενα που είναι κρίσιμα για την περιβαλλοντική ποιότητα. Όπως η επικοινωνία απαιτεί απλότητα, έτσι και οι δείκτες απλοποιούν πάντα μια σύνθετη πραγματικότητα και εστιάζουν σε ορισμένες πτυχές που θεωρούνται σχετικές και στις οποίες υπάρχουν διαθέσιμα στοιχεία. Σε σχέση με τη χάραξη πολιτικής, οι περιβαλλοντικοί δείκτες χρησιμοποιούνται για τρεις σημαντικούς σκοπούς:
1. Να παρέχουν πληροφορίες για τα περιβαλλοντικά προβλήματα, προκειμένου να διευκολύνονται οι σχεδιαστές πολιτικής ώστε να εκτιμηθεί η σοβαρότητά τους
2. Να υποστηρίξουν την πολιτική ανάπτυξη και να θέτουν προτεραιότητες, προσδιορίζοντας τους βασικούς παράγοντες που ασκούν πίεση στο περιβάλλον
3. Να ελέγχουν τα αποτελέσματα των πολιτικών απαντήσεων. Επιπλέον, οι περιβαλλοντικοί δείκτες μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως ισχυρό εργαλείο για να αυξήσουν τη δημόσια ευαισθητοποίηση στα περιβαλλοντικά ζητήματα.
Το πλαίσιο DPSIR
Αυτή τη στιγμή, οι περισσότερες εκθέσεις δεικτών μεταφράζουν τα σύνολα φυσικών, βιολογικών ή χημικών δεικτών. Απεικονίζουν γενικότερα μια ανάλυση του συστήματος των σχέσεων μεταξύ του περιβαλλοντικού συστήματος και του ανθρώπινου συστήματος. Σύμφωνα με αυτήν την ανάλυση του συστήματος, οι κοινωνικές και οικονομικές αναπτύξεις ασκούν Πίεση (Pressure) στο περιβάλλον και, ως συνέπεια, η Κατάσταση (State) του περιβάλλοντος αλλάζει, όπως η παροχή των επαρκών συνθηκών για την υγεία, η διαθεσιμότητα στοιχείων και η βιοποικιλότητα. Τελικά, αυτό οδηγεί στις Επιδράσεις (Impacts) στην ανθρώπινα υγεία, τα οικοσυστήματα και τα υλικά που μπορούν να αποσπάσουν μια Απάντηση (Response) που ανατροφοδοτεί τις Κινητήριες Δυνάμεις (Driving Forces), ή την Κατάσταση (State) ή τις Επιδράσεις (Impacts) άμεσα, μέσω της προσαρμογής ή της θεραπευτικής ενέργειας. Το πλαίσιο DPSIR είναι χρήσιμο για την περιγραφή των σχέσεων μεταξύ των αιτιών και των συνεπειών των περιβαλλοντικών προβλημάτων, αλλά προκειμένου να κατανοήσουμε τη δυναμική μεταξύ αυτών των σχέσεων είναι επίσης χρήσιμο να εστιάσουμε την προσοχή μας στις σχέσεις μεταξύ των δεικτών DPSIR (Εικόνα 3).
Διαδικασία Έκδοσης στο Διαδίκτυο
Ένας Internet map service είναι ένας χάρτης που εκδίδεται στο Διαδίκτυο. Μπορεί να περιέχει μία και μόνο ομάδα δεδομένων GIS (π.χ. δορυφορικές εικόνες ποτάμια, δρόμους και χρήση γης) ή ένα συνδυασμό διαφορετικών ομάδων δεδομένων GIS. Το map service επιτρέπει στους χρήστες λογισμικών προγραμμάτων ΓΠΣ να έχουν άμεση πρόσβαση σε δεδομένα γεωγραφικών πληροφοριών απευθείας από το Διαδίκτυο, ακριβώς με τον ίδιο τρόπο που έχουν πρόσβαση στα δεδομένα που βρίσκονται στην προσωπική βάση δεδομένων τους. Με αυτόν τον τρόπο η ανταλλαγή δεδομένων GIS είναι πολύ πιο εύκολη και ευέλικτη. Προκείμενου να καλυφθούν οι απαιτήσεις για την κατασκευή ενός χάρτη που να περιέχει τους δείκτες DPSIR για τα γεωγραφικά δεδομένα του Μέστα-Νέστου, έγινε επιλογή του ανοικτού εργαλείου MapServer. Αυτό το λογισμικό πακέτο που επιτρέπει την έκδοση και εμφάνιση ενεργών χαρτών στον παγκόσμιο Ιστό, είναι ένα πρόγραμμα του βασίζεται στη λογική Common Gateway Interface (CGI). Ο MapServer έχει αναπτυχθεί από μια ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου της Μινεσσότα με τη χρηματοδότηση της NASA. Το πρόγραμμα CGI του MapServer επιτρέπει τη δημιουργία εφαρμογών που ανήκουν στα «ανοικτά» GIS, καθώς επίσης, το CGI πρόγραμμα του MapServer μέσο της βιβλιοθήκης GDAL σε ψηφιδωτή (raster) είτε σε διανυσματικές (vector) μορφές. Στην εικόνα 4 φαίνεται η μορφή εμφάνισης των δεδομένων σε έναν Web browser.
Συμπεράσματα
Στην περίπτωση των υδάτων του Μέστα-Νέστου, η τηλεπισκόπηση συνδυασμένη με τα γεωγραφικά συστήματα πληροφοριών GIS έχει να επιδείξει μοναδική χρησιμότητα στην προοπτική μιας ενοποιημένης διασυνοριακής λεκάνης απορροής προσαρμοσμένης στους στόχους και τις απαιτήσεις της EU Water Framework Directive (WFD). Η έκδοση δεδομένων GIS είναι ευκολότερη με τη χρήση ενός στάνταρ εργαλείου Internet Web Service, το οποίο συνδυάζει τόσο την πληροφόρηση του κοινού όσο και την παραχώρηση πληροφοριών για την φιλοσοφία των περιβαλλοντικών δεικτών DPSIR. Παρόλο που ένας μεγάλος αριθμός δεδομένων έχουν ήδη συγκεντρωθεί για τους δείκτες ‘Κινητήριες’ δυνάμεις και ‘Πίεση’, περαιτέρω προσπάθειες καταβάλλονται για τη συλλογή δεδομένων για τους δείκτες ‘Κατάσταση’ και ‘Επίδρασης’, προκειμένου να αναπτυχθεί ένα ολοκληρωμένο εργαλείο για την έκδοση των αποτελεσμάτων στο Διαδίκτυο.
Βιβλιογραφία
1. Ledoux, E., G. Girard, G. de Marsily, J. Deschenes (1989) Spatially distributed modeling: conceptual approach, coupling surface water and ground water, NATO, ASI Series C, Vol. 275, Ed. by Morel-Seytoux, Kluwer Acad., Norwell, Mass.., pp. 435-454.
2. Alameh N. (2004) A raster image re-projection web service prototype, Photogrammetric Engineering and Remote-Sensing, 70, 5, pp. 635-642.
3. Altmaier A., C. Kany (2002) Digital surface generation from CORONA satellite images, ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 56, 4, pp. 221-235.
4. Argiropoulos D., J. Ganoulis, E. Papachristou (1996) Water quality assessment of the Greek part of Nestos (Mesta) River, in Transboundary water resources management: institutional and engineering approaches, Springer Verlag, pp. 427-438.
5. Bhuyan S.J., Marzen L.J., Koelliker J.K., Harrington J.A., Barnes P.L. (2002) Assessment of runoff and sediment yield using remote sensing, GIS, and AGNPS, Journal of soil and water conservation, 57, 6, pp. 351-364.
6. Brovelli M.A., D. Magni (2003) An archaeological Web GIS application based on Mapserver and PostGIS, The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, 34, 5/W12, pp. 89-94.
7. Brown N., F. Gerard, R. Fuller (2002) Mapping of land use classes within the CORINE Land Cover Map of Great Britain, Cartographic Journal, 39, 1, pp. 5-14. Πληροφορική και Βάσεις 522 Δεδομένων στη Διαχείριση Υδατικών Πόρων
8. Cloud J. (2001) Imaging the world in a barrel: CORONA and the clandestine convergence of the Earth Sciences, Social Studies of Science, 31, 2, pp. 231-251.
9. Danko D.M. (1992) The digital chart of the world project, Photogrammetric Engineering and Remote-Sensing, 58, 8, pp. 1125-1128.
10. Mugnier C. (2002) Grids & datums: The Hellenic Republic, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 68, 12, pp. 1237.
11. Philip G., D. Donoghue, A. Beck, N. Galitasatos (2002) An archaeological application from the Middle East, Antiquity, 76, 291, pp. 109-118.
12. Satti S.R., J.M. Jacobs (2004) A GIS-based model to estimate the regionally distributed drought water demand, Agricultural Water Management, 66, 1, pp. 1-13.
13. Trombino G., S. Cinnirella, E. Pesenti, A. Algieri, N. Pirrone (2003) DPSIR approach as a useful tool to shape a sustainable development strategy for the Po catchment, Adriatic coastal zone continum, Geophysical Research Abstracts, Vol. 5, 12212
14. Walmsley J. (2002) Framework for measuring sustainable development in catchment systems, Environmental Management, 29, 2, pp. 195-206.
15. Zhang S., S. Goddard (2003) OpenGIS conforming map feature server implementation specifications in componentbased distributed systems, International Society for Environmental Information Sciences – Environmental Informatics Archives, 03-117, pp. 10. J.-
