Εκτίμηση της τρωτότητας με τη χρήση της τηλεπισκόπησης
Από RemoteSensing Wiki
Κίνδυνοι όπως οι σεισμοί είναι φυσικά φαινόμενα, σε αντίθεση με τις καταστροφές που δεν είναι. Οι καταστροφές προέρχονται από την επίδραση ενός κινδύνου σε ένα ευπαθές σύστημα ή κοινωνία σε μια συγκεκριμένη τοποθεσία. Το πλαίσια της τρωτότητας στοχεύει σε μια ολιστική αντίληψη λαμβάνοντας υπόψη τις φυσικές, περιβαλλοντικές, κοινωνικό – οικονομικές ή πολιτικές συνιστώσες. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στις δυνατότητες της τηλεπισκόπησης να συνεισφέρει σύγχρονες πληροφορίες για την φυσική διάσταση της τρωτότητας στο πολύπλοκο αστικό σύστημα της Κωνσταντινούπολης. Μια ταξινόμηση της αστικής γης βασισμένη σε υψηλής ανάλυσης δεδομένα από τον δορυφόρο αποτελεί τη βάση για ανάλυση της χωροταξικής κατανομής διαφόρων τύπων κτιρίων, την χωρητικότητα του οδικού δικτύου ή την αναγνώριση των ανοιχτών χώρων. Επιπλέον ένα DEM (ψηφιακό μοντέλο) επιτρέπει τον εντοπισμό των πιθανών περιοχών κατολίσθησης. Η μεθοδολογία σε συνδυασμό με αυτά τα χαρακτηριστικά που συνδέονται με τη φυσική διάσταση της τρωτότητας παρουσιάζεται. Σε αυτή τη διαδικασία ένα σύστημα ν - συντεταγμένων συντονίζει τις μεταβλητές που περιγράφουν τρωτότητα μεταξύ τους. Αυτό επιτρέπει την αναγνώριση του βαθμού τρωτότητας και των παραγόντων που την ορίζουν, σε σχέση με μια συγκεκριμένη περιοχή. Αυτή η εκτίμηση της τρωτότητας δίνει τη βάση δεδομένων/ πληροφοριών σε αυτούς που αποφασίζουν στρατηγικές μετριασμού.
1. Εισαγωγή
Μια δεκαετία πριν, μια ανάλυση των 100 πιο πολυπληθών πόλεων του κόσμου έδειξε ότι το 78% είχε εκτεθεί σε τουλάχιστον ένα από τους 4 μεγαλύτερους φυσικούς κινδύνους (σεισμό, τσουνάμι, ηφαιστειακή έκρηξη και τυφώνα) και το 45% αυτών είχε πληγεί από περισσότερο από ένα. Στις αναπτυσσόμενες χώρες το 86% είχε αντιμετωπίσει περισσότερα από μια απειλή. Αλλά η φύση δεν προκαλεί φυσικέ καταστροφές: ο κίνδυνος στην πόλη είναι αποτέλεσμα ενός δυναμικού συστήματος. Δεν είναι μια απλή γραμμή των αιτιατών για την παραγωγή των ανθρώπινων και περιβαλλοντικών καταστάσεων.
Η διαχείριση καταστροφών είναι τόσο σωστή όσο οι πληροφορίες γι’ αυτούς που λαμβάνουν τις αποφάσεις. Ειδικά οι μεγαλουπόλεις που χαρακτηρίζονται από τις δυναμικές τους, την πολυπλοκότητά και την ποικιλομορφία τους κάνουν δύσκολη την ευρεία και σύγχρονη γνώση, αλλά είναι απαραίτητα στοιχεία για τον σχεδιασμό των πόλεων και τη διαχείριση των κρίσεων. Οι εκτιμήσεις της ευστάθειας που διενεργούνται ολιστικά αποτελούν ένα σημαντικό οδηγό για τον σχεδιασμό και τις αποφάσεις σχετικά με την κατανομή των πόρων σε διάφορα επίπεδα και βοηθά στο να αναγνωρίζει στο κοινό τους κινδύνους από μια επικείμενη καταστροφή.
Η ολιστική άποψη της τρωτότητας παρουσιάζεται συσσωματωμένη στο πλαίσιο του κινδύνου. Βασισμένη σε αυτό, η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στις δυνατότητες της τηλεπισκόπησης με σύγχρονες πληροφορίες στην φυσική διάσταση της τρωτότητας για το πολύπλοκο αστικό σύστημα της Κωνσταντινούπολης. Τα παράγωγα χαρακτηριστικά των κτιρίων χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των ζημιών από ένα σεισμό. Επιπλέον, ένα ψηφιακό μοντέλο DEM, είναι η βάση για τον υπολογισμό/ κατασκευή ενός χάρτη με κλίσεις για τον εντοπισμό πιθανόν περιοχών με κατολισθήσεις.
2. Η τρωτότητα στο πλαίσιο του κινδύνου
Ακόμα ασχολούμαστε με ένα παράδοξο: στοχεύουμε να μετρήσουμε την τρωτότητα, ενώ δεν μπορούμε να την ορίσουμε ακριβώς (BIRKMANN 2006). “Τρωτότητα” σημαίνει διαφορετικά πράγματα σε διαφορετικά επιστημονικά πεδία . Σε ένα καταστροφικό πλαίσιο η “τρωτότητα” εφαρμόζεται μόνο σε σχέση με συγκεκριμένους κινδύνους και τις αλληλεπιδράσεις τους και έχει δύο βασικά στοιχεία: έκθεση και ευαισθησία.
Η έκθεση ορίζεται από το πώς και το που ζουν και δουλεύουν οι άνθρωποι σε σχέση με τον κίνδυνο. Η ευαισθησία λαμβάνει υπόψη τις κοινωνικές, οικονομικές, πολιτικές ψυχολογικές και περιβαλλοντικές μεταβλητές που παρεμβαίνουν στο να παράγουν διαφορετικούς αντίκτυπους σε ανθρώπους που εκτίθενται το ίδιο στον κίνδυνο. Επίσης και οι παρεμποδίσεις πρέπει να λαμβάνονται υπόψη. Η ονομαζόμενη «ικανότητα αντιμετώπισης» ανακουφίζει πιθανές επιπτώσεις των δυνάμεων της φύσης που καθοδηγούνται από την έκθεση και την ευαισθησία (WHITE, 2006)
Τρωτότητα = (έκθεση * ευαισθησία) / ικανότητα αντιμετώπισης (1)
Η βιβλιογραφία για την τρωτότητα αποτελεί μια ευρεία περιοχή που στοχεύει σε ένα θεωρητικό και εννοιολογικό υπόβαθρο. Η τρωτότητα είναι η κατάσταση που ορίζεται από φυσικούς, κοινωνικούς, οικονομικού και περιβαλλοντικούς παράγοντες και διαδικασίες που αυξάνουν την ευαισθησία μιας κοινωνίας στον αντίκτυπο των κινδύνων. Συγκεκριμένα στον αστικό χώρο ο Rached την τρωτότητα στους φυσικού κινδύνους όπως ο σεισμός σε μια λειτουργία ανθρώπινης συμπεριφοράς.
Η τρωτότητα βρίσκεται ως μέρος του πλαισίου κινδύνου. Ο ΟΗΕ καθορίζει ότι ο κίνδυνος σε ένα συγκεκριμένο σύστημα, έχει δύο παράγοντες: α)τον ίδιο τον κίνδυνο που είναι πιθανόν ένα καταστροφικό γεγονός, φαινόμενο ή ανθρώπινη δραστηριότητα που χαρακτηρίζεται από την περιοχή, την ένταση, τη συχνότητα και την πιθανότητα και β) από την τρωτότητα που υποδηλώνει τη σχέση ανάμεσα στην σοβαρότητα του κινδύνου και του βαθμού της ζημιάς που προκαλείται:
Risk = Hazard * Vulnerability (2)
Το επίπεδο του κινδύνου προέρχεται από την πιθανή μελλοντική αλληλεπίδραση των κινδύνων και τους πολλούς δείκτες που περιγράφουν την τρωτότητα. Ο Πίνακας 1 δείχνει τις συνιστώσες του πλαισίου κινδύνου που φαίνεται στην εξίσωση 2. Στον Πίνακα φαίνεται το πλήρες πλαίσιο και τονίζεται πως οι αφηρημένοι όροι όπως η τρωτότητα είναι πιο συγκεκριμένη και συστηματοποιημένη από τις συνιστώσες της εξίσωσης 1. Κάθε διάσταση περιγράφεται ως ο κίνδυνος διαφόρων μεταβλητών. Έτσι οι μεταβλητές όπως το ύψος των κτιρίων ή η πρόσβαση είναι μετρήσιμες πτυχές της τρωτότητας, η πυκνότητα του πληθυσμού συμβάλει στη δημογραφική διάσταση και κάθε διάσταση συνεισφέρει σε μια πιο ολιστική εκτίμηση της κατάστασης. Ο Πίνακας 1 παρουσιάζει ένα μέρος μόνο του ολοκληρωμένου πλαισίου που εστιάζει στις δυνατότητες της τηλεπισκόπησης.
Όπως παρατηρείται στον Πίνακα 1 υπάρχουν πολλές διαστάσεις που συνεισφέρουν στην ολιστική άποψη για την τρωτότητα. Η εστίαση γίνεται στη φυσική διάσταση ως παράδειγμα για τη συνεισφορά της τηλεπισκόπησης. Η εκτίμηση της τρωτότητας βοηθά στο να δίνει απαντήσεις στις ερωτήσεις όπως τι είναι ευπαθές, που και γιατί, απαντήσεις σημαντικές γι’ αυτούς που λαμβάνουν αποφάσεις για τη διαδικασία του σχεδιασμού και της ανάπτυξης στρατηγικών για να πολεμήσουμε την τρωτότητα.
3. Περιοχή έρευνας και δεδομένα
Ο αστικός πληθυσμός του κόσμου αναπτύσσεται πιο γρήγορα από το γενικό πληθυσμό. Τα 3 δις. Των ανθρώπων που ζούσαν σε αστικές περιοχές το 2003 υπολογίζεται να φτάσουν στα 5,5 δις. το 2030. Ο αριθμός, των μεγαλουπόλεων που έχουν από 10 εκατομ. και πάνω πληθυσμό αυξάνεται παγκοσμίως. Οι μεγαλουπόλεις ενέχουν πολλές πιθανότητες για καταστροφές εξαιτίας του ρυθμού ανάπτυξης που αψηφά τον έλεγχο στις επικίνδυνες περιοχές και στις επιπτώσεις που έχει η υπερσυγκέντρωση του πληθυσμού πάνω στα αστικά συστήματα τα οποία σπρώχνει προς τα άκρα. Λαμβάνοντας υπόψη την πυκνότητα του πληθυσμού, τον αριθμό των κατοίκων και τη συνεχή ανάπτυξη, οι μεγαλουπόλεις κινδυνεύουν πολύ από φυσικές και τεχνητές καταστροφές. Η εκτίμηση της τρωτότητας είναι σημαντική για την αναγνώριση, μέτρηση, κατανόηση και προνόηση του κινδύνου ως η βάση για τις στρατηγικές μετρίασης και πρόληψης. Απειλούμενες μεγαλουπόλεις από σεισμό είναι το Μεξικό, το Λος Άντζελες, το Τόκιο, η Τεχεράνη, η Τζακάρτα, η Μανίλα και η Κωνσταντινούπολη.
Η Κωνσταντινούπολη είναι μια δυναμική και αναπτυσσόμενη μεγαλούπολη στην μεταβατική περιοχή μεταξύ Ασίας και Ευρώπης με 14 εκτατομ. κατοίκους. Το μεγάλο κίνδυνο της Κωνσταντινούπολης δείχνει ο σεισμός έντασης 7.4 R στις 7 Αυγούστου 1999 στο Kocalli, 150 km ΝΑ της Κωνσταντινούπολης. Η περιοχή έρευνα είναι η εργατική περιοχή Zaytiuburm στην Ευρωπαϊκή πλευρά. Πρόκειται για μια περιοχή με ετερογενή δομή και τοπικές διαφορές στην αστική μορφολογία.
Για την επαρκή ανάλυση χρειάστηκαν δορυφορικές εικόνες υψηλής ανάλυσης του δορυφόρου IKONOS.
4. Τηλεπισκόπηση και εκτίμηση τρωτότητας
Οι δυνατότητες της τηλεπισκόπησης είναι η σύγχρονη και ευρεία μέθοδος του αστικού τοπίου. Μια ταξινόμηση με αντικείμενο την κάλυψη της αστικής γης δίνει πληροφορίες για εφτά (7) τάξεις γης – κτίρια, δρόμους, πράσινο, δέντρα, χώμα, σκιές και νερό – και να χαρτογραφήσει αρχικά που είναι τι. Οι φασματικές και οι δομικές πληροφορίες στα κτίρια χρησιμοποιήθηκαν για να ξεχωρίσουν τα διαφορετικά χαρακτηριστικά των κτιρίων. Τα μήκη των σκιών των κτιρίων χρησιμοποιήθηκαν για να δείξουν τρεις (3) τάξεις υψών των κτιρίων. Μια επιπλέον παράμετρος είναι οι σκεπές. Εάν είναι μονόρριχτες ή απουσιάζουν τελείως επηρεάζεται η στατικότητα του κτιρίου. Η ηλικία των κτιρίων εκτιμήθηκε από την ανίχνευση αλλαγής χρησιμοποιώντας μια σειρά από εικόνες του δορυφόρου Landsat 1975, 1987 και 2000.
Στο σχήμα 1 φαίνεται η χωρική κατανομή των κτιρίων, υποδομών και ανοιχτών χώρων στην περιοχή. Με τις επιπλέον πληροφορίες για τα χαρακτηριστικά των κτιρίων η Munich Et Al προσάρμοσε τις υπάρχουσες βλάβες στις παραμέτρους δόμησης από την τηλεπισκόπηση. Το αποτέλεσμα στο σχήμα 2 παρουσιάζει την συμπεριφορά των διαφόρων κτιρίων στην εκάστοτε ένταση σεισμού. Αυτό επιτρέπει μια χωροταξική διαμόρφωση της πληροφορίας για την τρωτότητα των διαφόρων κτιρίων στην περιοχή.
Η ταξινόμηση της αστικής γης επιτρέπει επιπλέον ανάλυση του αστικού χώρου για να ανιχνεύσει την χωροταξική διαμοίραση της τρωτότητας. Το οδικό δίκτυο χωρίστηκε σε τρεις (3) κατηγορίες ανάλογα με το μέσο πλάτος του. Με την τηλεπισκόπηση υπήρξε η δυνατότητα πλήρους καταγραφής των βασικού δικτύου ενώ το περιφερειακό οδικό δίκτυο καταγράφηκε μερικώς εξαιτίας σκιών και στενοτήτων. Το πράσινο καταγράφηκε για πιθανή χρήση του ως κατασκήνωση σε περίπτωση καταστροφής (σχήμα 3α).
Επιπλέον το ψηφιακό μοντέλο DEM βοηθάει στη χαρτογράφηση των κλίσεων. Ο υπολογισμός των κλίσεων δείχνει τη χωρική κατανομή για το απόκρημνο των πλαγιών, το οποίο βοηθάει να προσδιοριστούν οι περιοχές με μεγάλο κίνδυνο για κατολισθήσεις. Τα διαφορετικά στρώματα της περιοχής δίνουν πληροφορίες για τις διάφορες πλευρές της τρωτότητας μέσα στη φυσική διάσταση.
Αυτά τα στρώματα στη φυσική διάσταση επεξηγούν πιθανή συνεισφορά της τηλεπισκόπησης στην εκτίμηση της τρωτότητας. Όμως αυτές είναι μόνο τρεις (3) πλευρές που εξηγούν τις δυνατότητες της τηλεπισκόπησης, ενώ επιπλέον δείκτες όπως ο αριθμός των κτιρίων, η τάση αστικοποίησης ή μια έμμεση εκτίμηση των δημογραφικών παραμέτρων επιτρέπουν επιπλέον προοπτικές στην τρωτότητα. Το σημαντικό προϊόν είναι ο συνδυασμός των δεδομένων για σημαντικές πληροφορίες προς αυτούς που λαμβάνουν αποφάσεις.
5. Ανάλυση της χωρικής τρωτότητας
Το αστικό τοπίο δείχνει μια πολύπλοκη χωρική μορφολογία. Σύμφωνα με αυτό η τρωτότητα αλλάζει χωρικά ανάλογα με την ποικιλομορφία των παραγόντων τοποθεσίας ή τους δείκτες του Πίνακα 1. Η χαρτογράφηση της χωρικής τρωτότητας απαιτεί το συνδυασμό των διαθέσιμων δεικτών.
Η παρούσα μελέτη παρουσιάζει μια μεθοδολογία για να δείξει την τρωτότητα μέσω ενός n- διαστάσεων σύστημα συντεταγμένων. Οι άξονες περιγράφονται από τις διαθέσιμες μεταβλητές ανάλογα με την τοποθεσία. Κάθε μεταβλητή πρέπει να αλλάξει από τις αρχικές πληροφορίες σε τιμές που περιγράφουν τρωτότητα. Για τον σκοπό αυτό οι απόλυτες τιμές μεταφέρονται σε ένα σκοπ όπου με Ο είναι «όχι τρωτές» και με 1 «υψηλά τρωτές». Γι’ αυτή τη μελέτη η συνεισφορά κάθε μεταβλητής θεωρείται ίση αλλά σε κάποια μπορεί να δοθεί άλλη βαρύτητα επηρεάζοντας τους άξονες και συνεπώς αλλάζοντας την κατεύθυνση και το μήκος του ανύσματος.
Το σχήμα 4 δείχνει τρεις (3) διαφορετικές τοποθεσίες στην περιοχή. Μια χωρική ανάλυση με πολλά επίπεδα επιτρέπει το συνδυασμό διαφόρων επιπέδων πληροφοριών. Λαμβάνοντας υπόψη τις 3 μεταβλητές – τρωτότητα κτιρίων, κλίση πλαγιών
