Οπτική επιθεώρηση ζημιών σε κτίρια της πόλης Μπαμ με χρήση δορυφορικών εικόνων του δέκτη QuickBird μετά τον σεισμό του 2003

Από RemoteSensing Wiki

Πηγή

Department of Urban Environment Systems Graduate School of Engineering Chiba University

Τίτλος κειμένου

Visual Damage Interpretation of Buildings in Bam City Using QuickBird Images Following the 2003 Bam, Iran, Earthquake

Συγγραφείς

Fumio Yamazaki, Yoshihisa Yano, Masashi Matsuoka

Εισαγωγή

Ο εντοπισμός των καταστροφών μετά από ένα φυσικό φαινόμενο είναι ιδιαίτερα σημαντικός στην προσπάθεια διαχείρισης εκτάκτων αναγκών και πραγματοποίησης εργασιών αποκατάστασης. Ο οπτικός εντοπισμός τέτοιων καταστροφών, όπως οι ζημιές σε μεμονωμένα σπίτια μετά από σεισμό, μπορεί να γίνει με χρήση αεροφωτογραφιών ή μέσω δορυφορικών εικόνων που έχουν επιπλέον το πλεονέκτημα της παρατήρησης μεγάλων σε έκταση περιοχών με μία λήψη. Εντούτοις, η διαχωριστική ικανότητα των συμβατικών δορυφορικών εικόνων είναι πολύ μικρή (20 – 30m), γεγονός που αποτρέπει τον εντοπισμό καταστροφών σε κτίρια και γέφυρες. Δύο δορυφόροι των οποίων οι εικόνες χρησιμοποιούνται συχνά για απεικόνιση αστικών περιοχών, είναι ο Ikonos και ο Quickbird με διαχωριστική ικανότητα 1m και 0,6m αντίστοιχα. Στο παρόν άρθρο γίνεται χρήση εικόνων του δέκτη Quickbird, πριν και μετά τον σεισμό που έγινε στο Μπαμ του Ιράν στις 26 Δεκεμβρίου 2003. Σκοπός του άρθρου είναι η οπτική επιθεώρηση όλων των κτιρίων της πόλης Μπαμ για τον εντοπισμό ζημιών ώστε να αναδειχθούν οι δυνατότητες των δορυφορικών εικόνων υψηλής ανάλυσης.

Δεδομένα

ΕΙΚΟΝΑ 1: Pan-sharpened εικόνες RGB-3,2,1 της πόλης Μπαμ από το δέκτη Quickbird - αριστερά η εικόνα πριν το σεισμό και δεξιά η εικόνα μετά το σεισμό

Μετά το σεισμό στην πόλη Μπαμ έγινε λήψη εικόνων υψηλής ανάλυσης από τον δορυφόρο Ikonos και τον Quickbird. Επιπρόσθετα είχε πραγματοποιηθεί λήψη της ίδιας πόλης από τον Quickbird τρεις μήνες πριν από το συμβάν. Ο δορυφόρος Quickbird έχει τη δυνατότητα να μεταβάλλει τη γωνία λήψης της εικόνας, για αυτό και οι 2 εικόνες που διατίθενται για το Μπαμ έχουν διαφορετικές οπτικές γωνίες. Κατά συνέπεια, είναι δύσκολη η διαδικασία αυτοματοποιημένου εντοπισμού αλλαγών. Επιπλέον πρόβλημα αποτελούν οι αλλαγές στη σκιά των κτιρίων αλλά και στη βλάστηση σε λήψεις διαφορετικών χρονικών περιόδων. Έτσι, σε πρώτο στάδιο στην εργασία έγινε οπτική ερμηνεία των ζημιών. Για να εντοπιστούν οι καταστροφές, παρήχθησαν pan–sharpened εικόνες με συνδυασμό παγχρωματικών εικόνων ανάλυσης 0,6m και πολυφασματικών εικόνων ανάλυσης 2,4m. Με αυτήν την ενίσχυση τα κτίρια, τα αυτοκίνητα και τα συντρίμμια είναι παρατηρούνται με μεγάλη ευκολία.

Εφαρμογή

ΕΙΚΟΝΑ 2: Τελικό αποτέλεσμα της μεθόδου οπτικής επιθεώρησης. Τα επίπεδα ζημιών δημιουργήθηκαν με βάση την ταξινόμηση της Ευρωπαϊκής Μακροσεισμικής κλίμακας

ΕΙΚΟΝΑ 3: Σύγκριση του αποτελέσματος οπτικής επιθεώρησης από εικόνες Quickbird (αριστερή εικόνα) και αεροφωτογραφίες (δεξιά εικόνα)

Αρχικά, χρησιμοποιώντας την εικόνα του δέκτη Quickbird που ελήφθη πριν το σεισμό, έγινε εντοπισμός όλων των μεμονωμένων κτιρίων και καταχώρηση τους σε περιβάλλον GIS ενώ ορίστηκαν και οι κύριες οδικές αρτηρίες που περιβάλλουν τα οικοδομικά τετράγωνα. Η οπτική επιθεώρηση των ζημιών των κτιρίων πραγματοποιήθηκε με βάση την ταξινόμηση της Ευρωπαϊκής Μακροσεισμικής κλίμακας (EMS 1998). Συγκρίνοντας τις εικόνες πριν και μετά το σεισμικό γεγονός, ανιχνεύθηκαν τα κτίρια που περιβάλλονται από συντρίμμια, τα κτίρια που έχουν μερικώς καταρρεύσει και αυτά που έχουν καταρρεύσει ολοσχερώς, δηλαδή τις κατηγορίες 3,4 και 5 της κλίμακας. Οι κατηγορίες 1 και 2 είναι σχεδόν αδύνατο να ανιχνευθούν ακόμα και με την διαχωριστική ικανότητα των 0,6m που διαθέτει ο δέκτης Quickbird. Αντιθέτως θεωρείται εύκολος ο εντοπισμός καταστροφών κατηγορίας 5, καθώς υπήρχε μεγάλη συμφωνία μεταξύ των διαφόρων ερμηνευτών. Οι επιπτώσεις της σκιάς των κτιρίων καθώς και της βλάστησης γίνονται εμφανείς κατά την προσπάθεια ανίχνευσης κτιρίων κατηγορίας 4, η οποία θεωρείται πιο δύσκολη από την κατηγορία 5. Όσον αφορά στις ζημιές κατηγορίας 3, αυτές μπορούν να ανιχνευθούν κυρίως όταν υπάρχουν παραμορφώσεις στην οροφή των κτιρίων ή παρατηρούνται συντρίμμια γύρω από αυτά. Με τη μέθοδο της οπτικής επιθεώρησης με χρήση προσεισμικών και μετασεισμικών εικόνων, έγινε ταξινόμηση συνολικά 12.063 κτιρίων με βάση την έκταση των ζημιών τους η οποία παρουσιάζεται στην εικόνα 2. Ο αριθμός των κτιρίων που εντοπίστηκε για κάθε κατηγορία είναι ο εξής:

• Κατηγορία 1 και 2 : 1597 (μπλε χρώμα)

• Κατηγορία 3 : 3815 (πράσινο χρώμα)

• Κατηγορία 4 : 1700 (κίτρινο χρώμα)

• Κατηγορία 5 : 4951 (κόκκινο χρώμα)

Παράλληλα, πραγματοποιήθηκε έρευνα στο πεδίο από τους Hisada et al. (2005) ώστε να διαπιστωθεί η ακρίβεια της μεθόδου που χρησιμοποιήθηκε, με βάση την ίδια κλίμακα καταστροφών. Στην περιοχή που διεξήχθη η έρευνα, το ποσοστό των ζημιών κατηγορίας 5 ήταν 72%, ενώ με την οπτική παρατήρηση των εικόνων ήταν 64%. Η ταύτιση των αποτελεσμάτων σε αυτήν την περιοχή που χαρακτηρίζεται από μεγάλο αριθμό καταστροφών, θεωρείται αρκετά υψηλή. Μια δεύτερη σύγκριση των δύο εργασιών έγινε για μια περιοχή με λιγότερες καταστροφές στο δυτικό τμήμα του Μπαμ και κατέδειξε μικρές διαφορές στις ζημιές κατηγορίας 1 και 2 και απόλυτη ταύτιση στην κατηγορία 5. Αντιθέτως, υπήρχε σημαντική διαφορά στα αποτελέσματα της κατηγορίας 4 η οποία αποδίδεται στο γεγονός ότι τα κτίρια της περιοχής είναι καινούργια και οι καταστροφές είναι δύσκολο να παρατηρηθούν από μια εικόνα. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκε μια τελευταία σύγκριση για μια μεγαλύτερη έκταση που περιελάμβανε 421 κτίρια. Τα τελικά συμπεράσματα που προέκυψαν είναι πως πρέπει να αναμένεται ένας αριθμός λαθών που οφείλονται στην παράλειψη ζημιών κατά τη διαδικασία της οπτικής επιθεώρησης. Στην εικόνα 3 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα για το σύνολο της πόλης με βάση την οπτική επιθεώρηση από εικόνες Quickbird (ποσοστό κτιρίων κατηγορίας 5) και την επιθεώρηση από αεροφωτογραφίες. Παρατηρούνται αρκετές διαφορές μεταξύ των χαρτών αλλά υπάρχει μια γενικότερη συμφωνία ως προς τις ζημίες για κάθε περιοχή της πόλης.

Συμπεράσματα

Στο παρόν άρθρο παρουσιάστηκε η εργασία οπτικής επιθεώρησης ζημιών σε κτίρια της πόλης Μπαμ του Ιράν, με βάση εικόνες του δέκτη Quickbird πριν και μετά το σεισμό που συνέβη το Δεκέμβρη του 2003. Παράλληλα διεξήχθη επιτόπια έρευνα για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων της οπτικής παρατήρησης. Μέσω της σύγκρισης των δύο μεθόδων, είναι εμφανές ότι η τεχνική της οπτικής επιθεώρησης δίνει αρκετά ακριβή αποτελέσματα. Εντούτοις, παρατηρήθηκαν κάποιες παραλείψεις ζημιών που οφείλονται στους περιορισμούς που προκύπτουν από την ανάλυση των 0,6m που προσφέρει ο δέκτης Quickbird. Το γεγονός αυτό πρέπει να ληφθεί σοβαρά υπόψη στην προσπάθεια εκτίμησης ζημιών που γίνεται σε πρώιμο στάδιο.