Πολυφασματική και υπερφασματική γεωλογική τηλεπισκόπηση, μια επισκόπηση

Από RemoteSensing Wiki

Πρωτότυπος τίτλος: Multi- and hyperspectral geologic remote sensing: A review

Συγγραφείς: Freek D. van der Meer, Harald M.A. van der Werff, Frank J.A. van Ruitenbeek, Chris A. Hecker, Wim H. Bakker, Marleen F. Noomen, Mark van der Meijde, E. John M. Carranza, J. Boudewijn de Smeth, Tsehaie Woldai

Έτος δημοσίευσης: 2011

Πηγή: [http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0303243411001103 International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, Volume 14, issue 1, February 2012, Pages 112-128 (Science Direct)

ΣΥΝΟΨΗ

Οι γεωλόγοι έχουν χρησιμοποιήσει στοιχεία τηλεπισκόπησης από την έλευση της τεχνολογίας για περιφερειακή χαρτογράφηση, διαρθρωτική ερμηνεία και για να βοηθήσουν στην αναζήτηση μεταλλευμάτων και υδρογονανθράκων. Η παρούσα εργασία παρέχει μια επισκόπηση πολυφασματικών και υπερφασματικών στοιχείων τηλεπισκόπησης, προϊόντων και εφαρμογών στη γεωλογία. Τις πρώτες ημέρες του πολυφασματικού σαρωτή Landsat και του θεματικού χαρτογράφου (Thematic Mapper), οι γεωλόγοι ανέπτυξαν τεχνικές λόγου καναλιών (band-ratio) και επιλεκτική ανάλυση των κυρίων συνιστωσών για την παραγωγή οξειδίου του σιδήρου και εικόνων υδροξυλίου που θα μπορούσαν να σχετίζονται με υδροθερμική μεταβολή.

Η έλευση του ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflectance Radiometer) με έξι κανάλια στο μέσο υπέρυθρο και πέντε κανάλια στο θερμικό υπέρυθρο επέτρεψε την παραγωγή ορυκτολογικών χαρτών ποιότητας επιφάνειας αργιλικών ορυκτών (καολινίτη, ιλλίτη), θειικών ορυκτών (αλουνίτη), ανθρακικών ορυκτών (ασβεστίτη, δολομίτη), οξειδίων του σιδήρου (αιματίτη, γαιτίτη), και διοξειδίου του πυριτίου (χαλαζία), οι οποίοι έκαναν δυνατή την χαρτογράφηση των εξαλλοιωμένων φάσεων (προπυλιτικές, αργιλικές κλπ.). Το βήμα προς την ποσοτική και επικυρωμένη (subpixel) ορυκτολογική χαρτογράφηση επιφανειών έγινε με την έλευση της υψηλής φασματικής διακριτικής ικανότητας υπερφασματικής τηλεπισκόπησης.

Αυτό οδήγησε σε μια πληθώρα τεχνικών που αποσκοπούσαν στο να ταιριάζουν τα φάσματα των εικονοστοιχείων της εικόνας με τη βιβλιοθήκη και τα φάσματα πεδίου και να αποκαλύψουν φάσματα μικτών εικονοστοιχείων σε καθαρά endmember φάσματα ώστε να αντληθούν πληροφορίες σύνθεσης subpixel επιφανειών. Τα προϊόντα αυτά έχουν βρει το δρόμο τους προς τη βιομηχανία εξόρυξης και έχουν, σε μικρότερο βαθμό, ληφθεί από τον τομέα του πετρελαίου και του φυσικού αερίου.

Η κύρια απειλή για την γεωλογική τηλεπισκόπηση έγκειται στην έλλειψη συνέχειας (δορυφορικών) δεδομένων. Ωστόσο, υπάρχει μια μοναδική ευκαιρία για την ανάπτυξη τυποποιημένων πρωτοκόλλων που θα οδηγήσει σε επικυρωμένα και ικανά να αναπαραχθούν προϊόντα από τη δορυφορική τηλεπισκόπηση για την γεωλογική κοινότητα. Εστιάζοντας στα προϊόντα της γεωλογικής χαρτογράφησης, όπως ορυκτολογικοί και λιθολογικοί χάρτες, γεωχημεία, P-T paths, fluid pathways κ.λ.π. η κοινότητα της γεωλογικής τηλεπισκόπησης μπορεί να γεφυρώσει το χάσμα που την χωρίζει από την κοινότητα των γεωεπιστημών. Όλο και περισσότερο, τα workflows (ροές εργασίας) πρέπει να είναι διεπιστημονικά και τα στοιχεία της τηλεπισκόπησης πρέπει να ενσωματώνονται με παρατηρήσεις πεδίου (στο ύπαιθρο) και με γεωφυσικά δεδομένα υπεδάφους ώστε να επιτευχθεί παρακολούθηση και κατανόηση των γεωλογικών διεργασιών.

ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Η γεωλογική τηλεπισκόπηση ήταν ασαφώς καθορισμένη στη βιβλιογραφία. Το όνομα υποδηλώνει ότι δεδομένα τηλεπισκόπησης (τα οποία μπορεί να είναι γεωφυσικές μετρήσεις εδάφους, αέρος ή διαστημικές) χρησιμοποιούνται για τη μελέτη της γεωλογίας. Παραδοσιακά, η γεωλογία ασχολείται με τη σύσταση, τη δομή, και την ιστορία της Γης. Ωστόσο, όλο και περισσότερο η γεωλογία ασχολείται με τις διεργασίες που δημιούργησαν την Γη και τους άλλους πλανήτες, γεγονός που δείχνει ότι η γεωλογία γίνεται όλο και πιο διαεπιστημονική και τοποθετείται όλο και περισσότερο σε θέματα που σχετίζονται με την κοινωνία.

Υπάρχουν αρκετά συγγράμματα σχετικά με γεωλογική τηλεπισκόπηση. Ωστόσο, τα βιβλία αυτά είναι πρωτίστως εισαγωγικά στην τηλεπισκόπηση χρησιμοποιώντας παραδείγματα στον τομέα των γεωεπιστημών. Ο Floyd Sabins έγραψε πιθανώς το εγχειρίδιο που αναφέρεται στην τηλεπισκόπηση με τις περισσότερες πωλήσεις. Αν και είναι γεωλόγος τηλεπισκόπησης, το βιβλίο του είναι γραμμένο για το ευρύ κοινό της τηλεπισκόπησης σε αντίθεση με το βιβλίο του Steven Drury, ενός άλλου γεωλόγου τηλεπισκόπησης, που αφιέρωσε ένα βιβλίο στην ερμηνεία της γεωλογικής εικόνας. Ο Ravi Gupta, καθηγητής από το Τμήμα Γεωεπιστημών του Πανεπιστημίου του Roorkee (Ινδία), έγραψε ένα βιβλίο σχετικά με τη γεωλογική τηλεπισκόπηση. Επιπλέον, υπάρχει μια σειρά από άρθρα επισκόπησης σχετικά με τις πτυχές της γεωλογικής τηλεπισκόπησης, που συμπεριλαμβάνει την τηλεπισκόπηση για εξερεύνηση ορυκτών, τις εφαρμογές της υπερφασματικής τηλεπισκόπησης στη γεωλογία, καθώς και τη χρήση της τηλεπισκόπησης και του GIS στη χαρτογράφηση ορυκτών πόρων. Μερικές από τις πρώτες ιδρυτικές εργασίες δημοσιεύθηκαν από τον Gregg Vane και τον Alexander Goetz όταν και οι δύο εργάζονταν στο NASA Jet Propulsion Laboratory.

Μεγάλο μέρος της γεωλογικής τηλεπισκόπησης στο ορατό-εγγύς υπέρυθρο (VNIR), στο υπέρυθρο (SWIR), στο μέσο υπέρυθρο (MIR) και στο θερμικό υπέρυθρο (TIR) τμήμα του φάσματος προέκυψε από την πρωτοποριακή εργασία του Hunt και του Salisbury, οι οποίοι σχολαστικά μέτρησαν τα φάσματα ορυκτών και πετρωμάτων δημιουργώντας τη βάση για τα αερομεταφερόμενα και διαστημικά όργανα.

Γεωλόγοι τηλεπισκόπησης συνέβαλαν ενεργά στην ανάπτυξη του ενεργού δέκτη τεχνολογίας (κυρίως SAR και InSAR) και του παθητικού δέκτη τεχνολογίας (πολυφασματική και υπερφασματική τηλεπισκόπηση στα VNIR, SWIR και TIR τμήματα του φάσματος). Το τελευταίο αποτελεί το αντικείμενο αυτής της επισκόπησης. Ο στόχος είναι να παρουσιαστεί μια γενική εικόνα των σχεδόν 30 χρόνων της επιστήμης στον τομέα της γεωλογίας και της τηλεπισκόπησης. Αυτή η εργασία γράφτηκε για να γίνει ένας απολογισμός των εξελίξεων, μια επισκόπηση των εργασιών που είχαν κάποιο αντίκτυπο, οι αξιοσημείωτες τάσεις και να παρουσιαστούν κάποιες από τις ελλείψεις και τις μελλοντικές προκλήσεις.

Σε αυτήν την εργασία, παραδείγματα από την περιοχή εξόρυξης χρυσού Rodalquilar (Εικ. 1) που βρίσκεται στην Sierra del Cabo de Gata (Εθνικό Πάρκο Cabo de Gata) στη νοτιο-ανατολική γωνιά της Ισπανίας θα παρουσιαστούν ως ενδεικτικά προϊόντα που παράχθηκαν από διάφορους πολυφασματικούς και υπερφασματικούς δέκτες οι οποίοι χρησιμοποιούν τεχνικές ανάλυσης που περιγράφονται στο κείμενο. Η περιοχή αποτελείται από αλατο-αλκαλικά ηφαιστειακά πετρώματα (ανδεσίτες και ρυόλιθοι) της Ύστερης Τριτογενούς Περιόδου τα οποία έχουν εξαλλοιωθεί σε μεγάλο βαθμό με αποτέλεσμα τον σχηματισμό μιας μάζας μεταμορφωμένων ορυκτών από υψηλή σε χαμηλή θερμοκρασία, όπως: διοξείδιο του πυριτίου, αλουνίτης, καολινίτης, μοντμοριλλονίτης και χλωρίτης. Οι παρακάτω φάσεις εξαλλοίωσης (Εικ. 2) διακρίνονται σε: πυριτική, ανώτερα αργιλικά, ενδιάμεσα αργιλικά και φυλλοπυριτική. Αυτές σχετίζονται με τα μεγάλα κοιτάσματα θειούχου χρυσού που βρίσκονται στο κεντρικό τμήμα του ηφαιστειακού πεδίου. Η γεωλογία, η γεωχημεία και η μεταλλοφορία της περιοχής περιγράφεται καλά και διάφορες μελέτες γεωλογικής τηλεπισκόπησης έχουν διεξαχθεί στο Rodalquilar, ως εκ τούτου, λειτουργεί ως ένα καλό παράδειγμα για να επεξηγηθούν οι διάφορες τεχνικές και τα σύνολα δεδομένων του δέκτη. Τα δεδομένα εικόνας που χρησιμοποιήθηκαν φαίνονται στο σχήμα 3.

Η ΕΠΟΧΗ ΤΟΥ LANDSAT

Οι τεχνικές λόγου και γεωλογικής ερμηνείας εικόνας χρονολογούνται από τις πρώτες ημέρες της γεωλογίας με αεροφωτογραφίες και του πρώιμου πολυφασματικού σαρωτή Landsat (MSS), όπου τα σύνολα δεδομένων ήταν τα κανάλια VNIR, τα οποία αρχικά αναπτύχθηκαν για την παραγωγή ratio εικόνων οξειδίου του σιδήρου.

Ο γαλλικός δορυφόρος SPOT (“Satellite Pour l’ Observation de la Terre”, δηλαδή “Δορυφόρος για την παρατήρηση της γης”) χρησιμοποιούταν από την γεωλογική κοινότητα λόγω της πρωτοφανούς για την εποχή του χωρικής διακριτικής ικανότητας και λόγω της στερεοσκοπικής ικανότητάς του. Πολλές μελέτες δείχνουν την χρησιμότητα των δεδομένων του SPOT στη λιθολογική χαρτογράφηση και στην (ημι)αυτόματη ανίχνευση και οριοθέτηση ρηγμάτων. Μολονότι άλλα εργαλεία όπως το IRS-1A χρησιμοποιούνταν επίσης από την κοινότητα της γεωλογικής τηλεπισκόπισης, η απορρόφηση της τηλεπισκόπισης στην γεωλογία επιταχύνθηκε με την έλευση του θεματικού χαρτογράφου Landsat (TM). Οι εικόνες του Landsat TM χρησιμοποιήθηκαν για πολλά χρόνια από την κοινότητα της γεωλογικής τηλεπισκόπισης για την χαρτογράφηση της λιθολογίας και την οριοθέτηση των φωτογραμμώσεων ειδικά για τον καθορισμό των ορυκτολογικών μεταβολών. Ο λόγος καναλιών του Landsat TM «κανάλι 7/ κανάλι 5» χρησιμοποιείται γενικά για να διαχωριστούν τα αργιλικά από τα μη αργιλικά υλικά. Για τον καθορισμό της ύπαρξης ή μη του Fe-O χρησιμοποιείται ο λόγος «κανάλι 3/ κανάλι 1».

Για την βέλτιστη εμφάνιση των δεδομένων του Landsat (MSS και TM) στις σύνθετες εικόνες τριών χρωμάτων, χρησιμοποιήθηκε για κάποιο διάστημα το OIF (Optimum index factor). Το OIF υπολογίζεται για όλους τους δυνατούς συνδυασμούς των τριών καναλιών ως ο λόγος του αθροίσματος των τυπικών αποκλίσεων προς το άθροισμα των συσχετίσεων. Η ιδέα πίσω από αυτόν τον λόγο είναι ότι ο συνδυασμός των τριών καναλιών ο οποίος κατατάσσεται υψηλότερα ως προς το OIF θεωρητικά συνδυάζει το μεγαλύτερο ποσό «πληροφορίας» με το ελάχιστο ποσό «επικάλυψης». Υπάρχουν πολλά παραδείγματα εφαρμογής της τεχνικής OIF για την ενίσχυση των γεωλογικών χαρακτηριστικών στα δεδομένα του Landsat και πιο πρόσφατα σε αυτά του ASTER.

Η φασματική πληροφορία χρησιμοποιήθηκε για την ενίσχυση της επιφανειακής ορυκτολογίας μέσω της ανάλυσης των ιδιοτιμών των εικόνων PC, η τεχνική αυτή ονομάστηκε “Crosta technique” από το όνομα του δημιουργού της. Η επιλεκτική ανάλυση PC χρησιμοποιώντας δύο φασματικά κανάλια οδηγεί σε εικόνες τρισθενούς σιδήρου (χρησιμοποιώντας PC2 στα κανάλια 1 και 3 του Landsat TM) και εικόνες υδροξυλίων (χρησιμοποιώντας PC2 στα κανάλια 5 και 7 του Landsat TM).

Τα δεδομένα του θεματικού χαρτογράφου Landsat (TM) χρησιμοποιήθηκαν ευρέως από την κοινότητα της γεωλογικής τηλεπισκόπησης για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, στις οποίες περιλαμβάνονται: η γεωλογική, λιθολογική και οικοδομική χαρτογράφηση, η παρακολούθηση ηφαιστειακών αποθέσεων και της ηφαιστειακής δραστηριότητας, η χαρτογράφηση κοραλλιογενών υφάλων, η ανίχνευση διαρροών αργού πετρελαίου, η χαρτογράφηση κατολισθήσεων και θέματα που σχετίζονται με ορυκτολογική εξερεύνηση. Τα δεδομένα του Landsat (TM) έχουν επίσης ενσωματωθεί με άλλα αερομεταφερόμενα γεωφυσικά (βαρυτικά, μαγνητικά, ακτίνων γ) και διαστημικά (SAR, SIR-C) δεδομένα τηλεπισκόπησης για την προώθηση ολοκληρωμένων χωρικών χαρτογραφικών προσεγγίσεων.

Η ΕΠΟΧΗ ΤΟΥ ASTER

Τα τελευταία χρόνια, ο ASTER ,ξεκίνησε στις 18 Δεκεμβρίου του 1999 από την πλατφόρμα “Terra”, παρέχει στη κοινότητα της γεωλογικής τηλεπισκόπησης ενισχυμένες δυνατότητες ορυκτολογικής χαρτογράφησης. Ο ASTER κατασκευάστηκε με: τρία κανάλια στο VNIR με 15m χωρική διακριτική ικανότητα, έξι κανάλια στο SWIR με 30m χωρική διακριτική ικανότητα, και πέντε κανάλια στο TIR με 90m χωρική διακριτική ικανότητα. Ταυτόχρονα, υπάρχει και ένα κανάλι στο εγγύς υπέρυθρο, το οποίο προσφέρεται για στερεοσκοπική δυνατότητα κατά μήκος της τροχιάς. Το πλάτος σάρωσης (swath width) είναι 60km και η χρονική διακριτική ικανότητα είναι μικρότερη των δεκαέξι ημερών. Τα βαθμονομημένα προϊόντα ASTER (ακτινοβολία, ανάκλαση, εκπομπή, θερμοκρασία) μπορούν να ρυθμιστούν κατευθείαν.

Δυστυχώς, ο ASTER δεν έχει κανάλι στο μπλε μήκος κύματος, ενώ ο Landsat TM έχει, με αποτέλεσμα να μην έχει την δυνατότητα παραγωγής σύνθετων εικόνων με φυσικά χρώματα. Ωστόσο, ο ASTER έχει στερεοσκοπική ικανότητα που του επιτρέπει την παραγωγή των DEM’s, καθώς επίσης έχει και τα κανάλια στο SWIR που του επιτρέπουν τον υπολογισμό ενός πλήθους ορυκτολογικών δεικτών. Προπαντός τα στενά κανάλια στο SWIR αλλά και τα επιπρόσθετα κανάλια στο TIR επιτρέπουν το βήμα από τον καθορισμό των δεικτών μεταβολών (με τον Landsat TM) στον καθορισμό των ορυκτολογικών δεικτών.

Διάφοροι λόγοι καναλιών έχουν προταθεί για τον καθορισμό των ορυκτολογικών δεικτών:

• δείκτης χαλαζία: κανάλι 11/κανάλι 10, κανάλι 11/κανάλι 12, κανάλι 13/κανάλι 10
• δείκτης βιοτίτη- επίδοτου- χλωρίτη- αμφιβολίτη: (κανάλι 6+ κανάλι 9)/ (κανάλι 7+ κανάλι 8)
• δείκτης ανθρακικών τύπου σκαρν- επίδοτου: (κανάλι 6+ κανάλι 9)/ (κανάλι 7+ κανάλι 8), κανάλι 13/ κανάλι 14
• δείκτης γρανατών- πυρόξενων: κανάλι 12/ κανάλι 13
• δείκτης οξειδίου του σιδήρου: κανάλι 2/ κανάλι 1
• δείκτης λευκού μαρμαρυγία σε βάθος Al-OH: (κανάλι 5+ κανάλι 7)/ κανάλι 6
• δείκτης ανθρακικών σε βάθος Mg OH: (κανάλι 6+ κανάλι 9)/ (κανάλι 7+ κανάλι 8)
• δείκτης αφθονίας ανθρακικών: κανάλι 13/ κανάλι 14

Τα κανάλια του ASTER SWIR επιτρέπουν σε κάποιο βαθμό την χαρτογράφηση της επιφανειακής ορυκτολογίας (υπό τον όρο ότι τα δεδομένα είναι δυνατό να μετατραπούν σε επιφανειακή ανάκλαση και υπό τον όρο ότι οι ορυκτολογικές εμφανίσεις είναι σχετικά μεγάλες ώστε να μπορούν να φανούν στο φασματικό αποτύπωμα του ASTER). Πρόσφατη έρευνα έδειξε ότι μέσω του ASTER είναι δυνατός ο διαχωρισμός ορυκτολογικών ομάδων, όπως αυτές των αργιλικών ορυκτών (καολινίτης, αλουνίτης, dickite), των φυλλοπυριτικών εξαλλοιωμένων ορυκτών (σερικίτης) και των προπυλιτικών ορυκτών (ασβεστίτης, επίδοτο, χλωρίτης). Παρόλα αυτά, η ίδια μελέτη κατέληξε στο συμπέρασμα ότι λεπτομερής χαρτογράφηση με διαχωρισμένο του καολινίτη από τον αλουνίτη δεν είναι εφικτή.

Οι εφαρμογές του ASTER στην γεωλογία είναι πάμπολλες. Έχει χρησιμοποιηθεί εκτενώς στην λιθολογική χαρτογράφηση. Επίσης, υπάρχουν αρκετές μελέτες πάνω στους γρανίτες, στις οφιολιθικές ακολουθίες και στα υποκείμενα πετρώματα. Παρόλο που ο ASTER χρησιμοποιείται ευρέως από την βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου, υπάρχουν λίγα άρθρα που αναφέρονται σε αυτήν την εφαρμογή του. Οι περισσότερες μελέτες επικεντρώνονται στην χρησιμότητα του ASTER στην ορυκτολογική εξερεύνηση, δίνοντας ιδιαίτερη έμφαση στα γεωθερμικά, υδροθερμικά, ανθρακικά, βαρυτικά και εβαποριτικά συστήματα. Κάποιες εργασίες εστιάζουν σε πιο γενική λιθολογική χαρτογράφηση (έχει χρησιμοποιηθεί για την χαρτογράφηση γρανιτοειδών στο δυτικό Νεπάλ). Μια καινούρια εφαρμογή του ASTER σχετίζεται με την χαρτογράφηση της ορυκτολογικής σύστασης των πεδίων που αποτελούνται από αμμόλοφους, αποκαλύπτοντας έτσι τα «μονοπάτια» μεταφοράς της άμμου. Τέλος, μια ενδιαφέρουσα εφαρμογή είναι και η μέτρηση μετακινήσεων επιφανειών στο πέρασμα του χρόνου, μέσω της μεθόδου “COSI-Corr”.

ΑΙΣΘΗΤΗΡΕΣ

Το πρώτο φασματόμετρο σάρωσης εικόνας ήταν το SIS (Scanning Imaging Spectroradiometer) και κατασκευάστηκε κατά τις αρχές του 1970 για το διαστημικό κέντρο της NASA “Johnson Space Centre”. Έπειτα, το 1981 τα δεδομένα συλλέγονταν χρησιμοποιώντας ένα φασματόμετρο μονοδιάστατου προφίλ σχεδιασμένο από την “Geophysical Environmental Research Company”. Το φασματόμετρο αυτό αποκτούσε δεδομένα από 576 κανάλια καλύπτοντας μήκη κύματος 0,4-2,5μm και ακολουθήθηκε από το SMIRR (Shuttle Multispectral Infrared Radiometer) το 1981. Η πρώτη συσκευή απεικόνισης ήταν η FLI (Fluorescence Line Imager), η οποία κατασκευάστηκε από το υπουργείο αλιείας και ωκεανών του Καναδά το 1981. Το εργαστήριο αεριοπροώθησης της NASA ανέπτυξε το AIS (Airborne Imaging Spectrometer), του οποίου η πρώτη έκδοση λειτούργησε το 1983 (128 φασματικά κανάλια, 1,2-1,4μm, 32 εικονοστοιχεία για το AIS-1 και 64 για το AES-2). Από το 1987 μέχρι σήμερα, η NASA λειτουργεί τον AVIRIS (Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer), ο οποίος έχει 224 κανάλια, 0,4 έως 2,5μm φασματική περιοχή, διάστημα δειγματοληψίας και διακριτική ικανότητα μικρότερη από 10nm, FOV 30o, 614 pixel swath).

Πολλές εταιρείες αναπτύσσουν υπερφασματικούς αισθητήρες. Η Φιλανδική φασματική απεικόνιση (SPECIM) κατασκεύασε τον AISA (Airborne Imaging Spectrometer for Applications). Στον Καναδά, η ITRES ανέπτυξε τον CASI (Compact Airborne Spectrographic Imager) που λειτουργεί από το 1989. Η GER (Geophysical Environmental Research Corporation) δημιούργησε τον GERIS (GER Imaging Spectrometer). Η Αυστραλιανή εταιρεία “Integrated Spectronics” σχεδίασε τον HyMAP (HYperspectral MAPper).

Ο πρώτος φασματογράφος απεικόνισης δορυφορικών εικόνων ήταν ο LEWIS Hyperspectral Imager (HIS) από την εταιρεία TRW. Ο φασματογράφος αυτός ξεκίνησε το 1997 αλλά απέτυχε. Στο πλαίσιο του προγράμματος της NASA για την νέα χιλιετία δημιουργήθηκε ο Hyperion, που βασίστηκε στην γενική ιδέα του LEWIS. Η ευρωπαϊκή διαστημική εταιρεία λειτουργεί τον CHRIS (Compact High Resolution Imaging Spectrometer) επί του Proba-1 (9 χρόνια λειτουργίας).

Σήμερα οι GFZ και DLR αναπτύσσουν έναν υπερφασματικό διαστημικό αισθητήρα στο πλαίσιο του ENMAP (Environmental Mapping and Analysis Programme), του οποίου δοκιμαστική η έναρξη λειτουργίας προγραμματίζεται για τον Απρίλιο του 2015. Ένας άλλος αισθητήρας με την ονομασία PRISMA mission σχεδιάζεται να ξεκινήσει την λειτουργία του το 2012 από την Ιταλική Διαστημική Υπηρεσία. Επίσης η ESA εργάζεται στον Sentinel-2 mission (που θα φέρει ένα MultiSpectral Imager) και η NASA προγραμματίζει δοκιμαστική λειτουργία του HyspIRI το 2020. Ο Ιαπωνικός αισθητήρας HISUI (Hyperspectral Imager SUIte) επί του δορυφόρου ALOS-3 προγραμματίζεται να τεθεί σε δοκιμαστική λειτουργία το 2014.

Τέλος αξίζει να σημειωθεί ότι υπάρχουν δύο υπερφασματικοί αισθητήρες οι οποίοι περιστρέφονται γύρω από τον πλανήτη Άρη: ο CRISM και ο OMEGA.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΣΤΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ

Το VIS-SWIR μήκος κύματος:

Ο κύριος σκοπός των εφαρμογών της τηλεπισκόπησης στην γεωλογία ήταν και εξακολουθεί να είναι η ορυκτολογική εξερεύνηση. Συχνά αυτή σχετίζεται με υδροθερμικά συστήματα, καθώς αυτά περιέχουν πάρα πολλές φασματικά ενεργές ορυκτολογικές ομάδες όπως υδροξυλιούχα ορυκτά (υδροθερμικοί άργιλοι, θειικά), αμμωνιούχα ορυκτά, φυλλοπυριτικά, οξείδια του σιδήρου και ανθρακικά. Ένα κλασικό και καλομελετημένο υδροθερμικό σύστημα είναι ο χώρος δοκιμών NASA-JPL στα ορυχεία κυπρίτη της Νεβάδας. Στην βιβλιογραφία σχετικά με την υπερφασματική τηλεπισκόπηση κυριαρχούν μελέτες για επιθερμικά συστήματα χρυσού. Υπάρχουν λίγες έρευνες και για άλλα είδη κοιτασμάτων όπως: συστήματα τύπου Calril, Archean lode, skarns, Calcic skarn, και ηφαιστειακές μάζες θειούχου μεταλλεύματος (VMS).

Υπάρχουν κάποιες μελέτες που συνδέουν την φασματοσκοπία με την χημεία των ορυκτών ώστε να ανασκευάσουν τα «μονοπάτια» των ρευστών, αλλά και μερικές μελέτες της χρήσης υπερφασματικής τηλεπισκόπησης για λιθολογική χαρτογράφηση σε αρκτικές συνθήκες σε ένα γρανιτικό έδαφος, σε μια οφιολιθική ακολουθία και σε περιδοτίτες.

Επίσης η υπερφασματική τηλεπισκόπηση χρησιμοποιείται συχνά για την μελέτη μεταλλευτικών απορριμμάτων. Οι περισσότερες εργασίες επικεντρώνονται στα όξινα (acid-generating) ορυκτά των απορριμμάτων, όπως το πυρίτιο, και χαρτογραφούν την χωροταξική κατανομή του προϊόντος της οξείδωσης χρησιμοποιώντας το ως ένα δείκτη του επιπέδου της περιβαλλοντικής ρύπανσης.

Υπάρχουν λίγες απόπειρες σύνδεσης της υπερφασματικής τηλεπισκόπησης με τη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου. Οι περισσότερες από αυτές μελετάν τις διαρροές πετρελαίου και φυσικού αερίου και χαρτογραφούν τις πετρελαιοφόρες άμμους και εκτιμούν την συνολική πίσσα που περιέχεται σε αυτές.

Ενδιαφέρουσες εφαρμογές της υπερφασματικής τεχνολογίας με λίγες μελέτες σχετικά με αυτές είναι η τεχνική drill core imaging και η wall rock imaging.

Οι περισσότερες από τις παραπάνω μελέτες χρησιμοποιούν υπερφασματακά δεδομένα από αεροφωτογραφίες προερχόμενα κυρίως από τα AVIRIS και HyMAP. Εντούτοις κάποιοι ερευνητές υποστηρίζουν την χρήση των δορυφορικών υπερφασματικών αισθητήρων ALI, ASTER και Hyperion για ορυκτολογική χαρτογράφηση και χρησιμοποιούν τα δεδομένα του Hyperion για τον εντοπισμό υδροθερμικών μεταβολών.

Αξίζει να σημειωθεί ότι η υπερφασματική τηλεπισκόπηση χρησιμοποιήθηκε και στην πλανητική γεωλογία για την χαρτογράφηση και κατανόηση της σύστασης της επιφάνειας του Άρη. Τα τελευταία χρόνια υπάρχουν αρκετές μελέτες της γεωλογίας του Άρη που προέρχονται από την χρήση των CRISM και OMEGA. Οι πιο πρόσφατες μελέτες αποκάλυψαν την παρουσία σουλφιδίων, ένυδρων πυριτικών και φυλλοπυριτικών ορυκτών στον Άρη υποστηρίζοντας την ιδέα της ύπαρξης υδροθερμικών διεργασιών στον πλανήτη.

Το TIR μήκος κύματος:

Με τον πολυφασματικό σαρωτή TIR προκύπτουν πληροφορίες που χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με αυτές του VNIR-SWIR, καθώς μέσω του TIR αναγνωρίζονται ορυκτά τα οποία δεν μπορούσαν να αναγνωριστούν στο VNIR-SWIR τμήμα του φάσματος επειδή η διαγνωστικά χαρακτηριστική απορρόφησή τους είναι στο TIR φάσμα. Τέτοια ορυκτά είναι ο χαλαζίας, οι άστριοι, οι ολιβίνες και οι πυρόξενοι. Οι διαστημικές αποστολές που παρέχουν εικόνες στο TIR μήκος κύματος είναι ο ASTER, ο MODIS, ο SEVIRI/MSG και ο AVHRR-3/METOP. Αν και δίνουν την δυνατότητα λήψης της θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους, η χωρική και φασματική διακριτική τους ικανότητα είναι πολύ μικρή. Τέλος, δεδομένα από τον SEBASS χρησιμοποιούνται για γεωλογική χαρτογράφηση και δεδομένα από τον TES (Thermal Emission Spectrometer) για ορυκτολογική χαρτογράφηση του Άρη.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ

Ο Alexander Goetz, ένας από τους ιδρυτές της γεωλογικής τηλεπισκόπησης, αναγνώρισε τέσσερις τάσεις (και ανάγκες) αυτής: 1. ανάγκη για πιο ακριβείς μετρήσεις, όπου τα υπερφασματικά δεδομένα που προέρχονται από αεροφωτογραφίες θα προστίθενται στα υψηλής φασματικής διακριτικής ικανότητας και χοντρού αποτυπώματος αισθητήρες όπως MODIS και MERIS, 2. ανάγκη εκπαίδευσης πάνω στην τηλεπισκόπηση και υπερφασματική RS, ώστε να πραγματοποιηθεί συνειδητοποίηση της τεχνικής, 3. ανάγκη να διερευνηθεί η πρόοδος της τεχνολογίας των αισθητήρων και της υπολογιστικής δυναμικής ώστε να προωθηθούν οι ικανότητες των αισθητήρων και 4. ανάγκη για ένα υπερφασματικό όργανο σε τροχιά.