Ο ρόλος της τηλεπισκόπησης στη χαρτογράφηση διογκωμένων εδαφών

Από RemoteSensing Wiki

Ο ρόλος της τηλεπισκόπησης στη χαρτογράφηση διογκωμένων εδαφών
Πρωτότυπος τίτλος : The Role of Remore Sensing in Mapping Swelling Soils
Πηγή : Kariuki P.C., Woldai T., Van der Meer F, Asian Journal of Geinformatics, Vols, No 1, September 2004 [7]

Εικόνα 1 :Έδαφος που έχει υποστεί διόγκωση, [1]πηγή

Αντικείμενο μελέτης

Η μελέτη του φαινομένου της διόγκωσης του εδάφους [8] έχει καταστεί αναγκαία λόγω της εκτεταμένης παγκόσμιας ζημιάς που προκλήθηκε από το φαινόμενο της ραγδαίας ανάπτυξης των υποδομών. Μέθοδοι για την εκτίμησή της έχουν αναπτυχθεί με την πάροδο των ετών με στόχο τη δημιουργία ταχύτερων και λιγότερο δαπανηρών τρόπων εκτίμησης των δυνατοτήτων της διόγκωσης σε εδάφη μηχανικής. Τέτοιες μέθοδοι αποτελούνταν κυρίως από εργαστηριακές δοκιμές που είναι επίπονες και δαπανηρές. Αντικείμενο αυτής της μελέτης είναι η δημιουργία καινούριων μεθόδων για την παρακολούθηση και την αναγνώριση των εδαφών σε διόγκωση, με τη χρησιμοποίηση της ψηφιακής τηλεπισκόπησης. Στη μελέτη χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα και τεχνικές τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση και χαρτογράφηση της διόγκωσης του εδάφους του νοτιοδυτικού Ναϊρόμπι της Κένυας. Οι σκοποί της έρευνας ήταν: • Αναγνώριση και εντοπισμός των εδαφών ευπαθών στη διόγκωση. • Γεωλογική διάκριση του εδάφους της περιοχής (αργιλικά ορυκτά, οξείδια του σιδήρου και υδροξυλίου). • Έλεγχος της χωρικής αντιστοιχίας μεταξύ των ταξινομικών ομάδων σε εδάφη με χαρακτηριστικά διόγκωσης.

Εικόνα 2 : Η περιοχή μελέτης και ο εδαφικός χάρτης της περιοχής, [2]πηγή

Η περιοχή μελέτης και συλλογή δεδομένων

Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στο νοτιοδυτικό μέρος του Ναϊρόμπι, στην Κένυα μεταξύ 1°00’ - 1°30’ Ν γεωγραφικού πλάτους 36°30’ - 37°30’ Α γεωγραφικού μήκους Τα δορυφορικά δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν για τη μελέτη είναι μια Landsat ETM απεικονίση, ημερομηνίας λήψης στις 21 Φεβρουαρίου το 2000, με τις καιρικές συνθήκες που επικρατούσαν στην περιοχή, να ήταν σχετικά ξηρές. Για την οπτική ερμηνεία των τοπογραφικών διαφορών στην περιοχή, χρησιμοποιήθηκε το παγχρωματικό κανάλι του δορυφόρου Landsat 7. Επίσης πραγματοποιήθηκαν εδαφικές μετρήσεις στην περιοχή, για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων, περίπου την ίδια χρονική περίοδο με την ημερομηνία απόκτησης της ψηφιακής απεικονίσης.

Μεθοδολογία

Η Landsat ETM απεικονίση ημερομηνίας λήψης στις 21 Φεβρουαρίου το 2000 υπέστη προεπεξεργασία και διορθώθηκε γεωμετρικά και ραδιομετρικά. Πραγματοποιήθηκε ένα καλιμπράρισμα της απεικόνισης, με σκοπό την εύρεση της σχέσης μεταξύ της απόλυτης έντασης ακτινοβολίας και των ψηφιακών τιμών για το κάθε κανάλι. Μετά το τέλος της διαδικασίας της διόρθωσης και αποκατάστασης της ψηφιακής απεικονίσης, έγινε ενίσχυσή της για καλύτερη φωτοερμηνεία. Χρησιμοποιήθηκαν λόγοι καναλιών για την ανάδειξη των φασματικών χαρακτηριστικών των διαφόρων εικονοστοιχείων της εικόνας, αλλά και για να αντισταθμιστεί η διακύμανση των ψηφιακών τιμών, η οποία οφείλεται στο τοπογραφικό ανάγλυφο και στο φωτισμό της περιοχής. Στη συνέχεια πραγματοποιείται η απαλοιφή του θορύβου, με τη χρήση του αλγόριθμου MNFC (minimum noise fraction) [9] στην εικόνα. Κατόπιν ακολουθεί η διαδικασία της ανάλυσης των κυρίων συνιστωσών [10] των δεδομένων της Landsat ETM εικόνας που εφαρμόστηκε στα επτά κανάλια. Συγκεκριμένα εφαρμόστηκε η τεχνική Crosta (Crosta and Moore, 1989) ή αλλιώς η τεχνική FPCS (Feature Oriented Principal Components Selection) [11], η οποία είναι μια μέθοδος μετασχηματισμού των πολυφασματικών δεδομένων. Στόχος της είναι η μείωση της διάστασης των δεδομένων, διατηρώντας ταυτόχρονα το σύνολο της αρχικής πληροφορίας. Έπειτα χρησιμοποιείται ο μετασχηματισμός TCT (Tasseled Cap Transformation) [12], για να ενισχυθεί ο διαχωρισμός μεταξύ των εδαφών και της βλάστησης, μέσω του προσδιορισμού τριών δεικτών: της φωτεινότητας του εδάφους, το πράσινο της βλάστησης και την υγρασία του εδάφους. Ουσιαστικά ο TCT είναι ένας ορθογώνιος μετασχηματισμό, που για τον υπολογισμό των τριών αυτών δεικτών χρησιμοποιεί δεδομένα από τη συσχέτιση των 6 καναλιών Landsat ETM (TM1,TM2,TM3,TM4,TM5,TM7), κάτω από συγκεκριμένες εξισώσεις συσχέτισης. Παράλληλα γίνονται μετρήσεις στο έδαφος της περιοχής για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων. Τέλος πραγματοποιήθηκε οπτική ερμηνεία της εικόνας από το παγχρωματικό κανάλι Landsat TM8 στην περιοχή μελέτης. Η οπτική ερμηνεία επέτρεψε την οριοθέτηση και την ταξινόμηση της περιοχής σε μονάδες υψηλής και χαμηλής διόγκωσης εδαφών, η οποία βασίζεται στην παρατήρηση των χωρικών προτύπων και των προηγούμενων προσδιορισμένων φασματικών διαφορών. Αποτέλεσμα ήταν η αναγνώριση και ο προσδιορισμός θέσεων των gilgai, δηλαδή των λιμνών βάθους περίπου μισού μέτρου, που είναι προϊόν της ακραίας διόγκωσης του εδάφους της περιοχής.
Λόγοι καναλιών που χρησιμοποιήθηκαν στη μελέτη
• Ο λόγος καναλιών 4/3, μεταξύ του ΤΜ4 και ΤΜ3, απέδωσε τη βαριά βλαστική κάλυψη του εδάφους της περιοχής.
• Ο λόγος καναλιών 3/1, μεταξύ του ΤΜ3 και ΤΜ1, χρησιμοποιήθηκε για τον αντικατοπτρισμό των εδαφών με περιεχόμενο σιδήρου.
• Ο λόγος καναλιών 5/7, μεταξύ του ΤΜ5 και ΤΜ7, χρησιμοποιήθηκε για την ανάδειξη των εδαφών με περιεκτικότητα σε αργιλικά ορυκτά.
• Ο λόγος καναλιών 5/4, μεταξύ του ΤΜ5 και ΤΜ4, εφαρμόστηκε για τη διάκριση μεταξύ του οξειδίου του σιδήρου και του υδροξυλίου.

Εικόνα 3 :Έγχρωμο σύνθετο R,G,B λόγου καναλιών (βλέπε Μεθοδολογία), [3]πηγή

Εικόνα 4 :Ανάλυση Κυρίων Συνιστωσών (βλέπε Μεθοδολογία), [4]πηγή

Εικόνα 5 :Η περιοχή μελέτης στο παγχρωματικό του Landsat ETM, [5]πηγή

Εικόνα 6 :Αεροφωτογραφία και Δορυφορική απεικόνιση της περιοχής μελέτης, [6]πηγή

Συμπεράσματα

Η συγκεκριμένη μελέτη έδειξε ότι η συνδυασμένη χρήση της φασματικής και χωρικής ανάλυσης σε δορυφορικά δεδομένα μπορεί να οδηγήσει στη χαρτογράφηση και τον εντοπισμό των εδαφών ευπαθών στο φαινόμενο της διόγκωσης. Η χρησιμοποίηση του παγχρωματικού καναλιού του Landsat 7 είχε ως αποτέλεσμα την ακριβή κατηγοριοποίηση των εδαφών, σύμφωνα με τις φυσικοχημικές ιδιότητές τους. Επιτεύχθηκε η απομάκρυνση της επιρροής της βλαστικής κάλυψης, που αποτελεί το κυριότερο πρόβλημα για την παρακολούθηση των εδαφών μέσω τηλεσκοπικών μεθόδων. Επίσης, σε οποιαδήποτε μελλοντική μελέτη, θα πρέπει να ληφθούν υπόψη οι εποχιακές αλλαγές στη μορφολογία του εδάφους.