Συνδυασμένη χρήση τηλεπισκόπισης και gis για την υποστήριξη της ενιαίας διαχείρισης υδατικών πόρων: το έργο realdems

Από RemoteSensing Wiki

• Περιοχή Μελέτης

Περιοχές της Κρήτης και της Λέσβου

:

• Αντικείμενο Μελέτης

Διαχείριση υδάτινων πόρων

Εικόνα 1. Αποτέλεσμα της συνένωσης των παραγομένων DEM από κάθε σκηνή ASTER για την περιοχή της Κρήτης (άνω). Ψευδόχρωμη κωδικοποίηση. Το λευκό και τα σκούρα χρώματα να αντιστοιχούν σε μεγάλα υψόμετρα (κάτω).

Εικόνα 2. Συσχέτιση μεταξύ των υψομέτρων των τριγωνομετρικών σημείων και των υψομέτρων που προκύπτουν από το παραχθέν DEM για της Κρήτης συνολικά.

• Στόχος μελέτης

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

Εικόνα 3. Κατανομή της διαφοράς των υψομέτρων μεταξύ τριγωνομετρικών και DEM σε σχέση με το πραγματικό υψόμετρο για την περιοχή της Κρήτης συνολικά.

• Μεθοδολογία

Οι θεματικοί χάρτες κάλυψης του εδάφους παρήχθησαν με εφαρμογή μεθόδων επιβλεπόμενης ταξινόμησης σε πολυφασματικά δεδομένα ASTER. Επιτόπιες παρατηρήσεις καθόρισαν τις φασματικές υπογραφές σε δεδομένες περιοχές εκπαίδευσης για την πραγματοποίηση της επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Τα προϊόντα του έργου χρησιμοποιήθηκαν για το χαρακτηρισμό λεκανών απορροής στις παραπάνω περιοχές με χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών. Για τη δημιουργία των DEM από στερεοζεύγη εικόνων ASTER χρησιμοποιήθηκαν μετρήσεις φωτοσταθερών σημείων στο πεδίο (GCPs: Ground Control Points) με τη βοήθεια διαφορικού GPS (Global Positioning System) το οποίο διαθέτει το ΙΤΕ. Για τη συλλογή των GCPs αρχικά έγινε η επιλογή των περιοχών στις οποίες θα λαμβάνονταν οι μετρήσεις. Στη συνέχεια προσδιορίστηκαν οι περιοχές αυτές στις εικόνες ASTER και εντοπίστηκαν σε αυτές διακριτά και εμφανή σημεία. Η εξαγωγή του DEM βασίστηκε στην αρχή του υπολογισμού του υψομέτρου μέσω της στερεοσκοπικής παράλλαξης. Για την αξιολόγηση των παραγόμενων DEM χρησιμοποιήθηκαν τριγωνομετρικά σημεία της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού από χάρτες 1:5000. Το λογισμικό που χρησιμοποιήθηκε ήταν το Orthoengine της PCI Geomatics (PCI, 2003) το οποίο διαθέτει φυσικό μοντέλο για το σύστημα ASTER.

Εικόνα 4. Χάρτης κάλυψης γης για την περιοχή της Λέσβου.

• Είδη δορυφόρων

Τα ψηφιακά μοντέλα εδάφους προέκυψαν με εφαρμογή φωτογραμμετρικών μεθόδων σε στερεοζεύγη εικόνων ASTER. Η ακρίβεια των ψηφιακών μοντέλων εδάφους που παρήχθησαν είναι της τάξης των 15 – 20 m.

• Αποτελέσματα

Στην Εικόνα 1 παρουσιάζεται το παραγόμενο DEM για την περιοχή της Κρήτης. Στην ίδια εικόνα παρατίθεται επίσης μια ψευδόχρωμη κωδικοποίησή του DEM της Κρήτης με το λευκό και τα σκούρα χρώματα να αντιστοιχούν σε μεγάλα υψόμετρα. Η ακτογραμμή έχει προστεθεί και στις δύο περιπτώσεις για λόγους εποπτείας. Η πολύ καλή συσχέτιση μεταξύ των υψομέτρων των δύο αυτών πηγών για την Κρήτη συνολικά παρουσιάζεται στην Εικόνα 2. Το μέγιστο υψόμετρο του παραχθέντος DEM είναι 2460 m, ο αριθμός των τριγωνομετρικών σημείων που χρησιμοποιήθηκαν για τη σύγκριση ήταν 1854 και το RMSE που υπολογίστηκε είναι 18,7 m. Η φασματική ταξινόμηση για την εξαγωγή της κάλυψης γης για Κρήτη και Λέσβο πραγματοποιήθηκε με χρήση των μωσαϊκών ορθοεικόνων της κάθε περιοχής.

• Συμπεράσματα

Τα προϊόντα του έργου, για τις περιοχές της Κρήτης και της Λέσβου είναι: • DEM με ±15 - 20 m ακρίβεια σε οριζόντιο και κατακόρυφο επίπεδο. • Ορθοκανονικές πολυφασματικές εικόνες ASTER (9 κανάλια) με χωρική διακριτική ικανότητα 15 m και ακρίβεια ± 15 m. • Θεματικοί χάρτες κάλυψης γης. Τα προϊόντα αυτά χρησιμοποιήθηκαν στη συνέχεια, στα πλαίσια του έργου για το χαρακτηρισμό λεκανών απορροής (κλίσεις και προσανατολισμοί των επιφανειών, όρια των λεκανών απορροής, όρια των υπολεκανών κάθε λεκάνης, υδρογραφικό δίκτυο, καμπυλότητα επιφανειών κλπ.) με εφαρμογή τεχνικών ΓΣΠ σε συγκεκριμένες περιοχές εφαρμογής σε Κρήτη και Λέσβο.

• Αξιολόγηση μεθόδου

Για το σύνολο των σκηνών ASTER της περιοχής της Κρήτης το RMSE βρέθηκε στην πλειοψηφία των περιπτώσεων κάτω των 20 m, γεγονός που αποδεικνύει την αξιοπιστία της μεθόδου παραγωγής DEM και την καταλληλότητα των τελικών προϊόντων για εφαρμογές τοπικού χαρακτήρα, όπως ο χαρακτηρισμός λεκανών απορροής.

• Πηγή

Χρυσουλάκης Ν., Φείδας Χ, Βελιανίτης Δ., Συνδυασμένη χρήση τηλεπισκόπισης και gis για την υποστήριξη της ενιαίας διαχείρισης υδατικών πόρων: το έργο realdems, Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας, Ινστιτούτο Υπολογιστικών Μαθηματικών, Πανεπιστήμιο Αιγαίου, Τμήμα Γεωγραφίας, PLANO Α.Ε.