Πρόγραμμα GeoSat: Εφαρμογές Τηλεπισκόπησης για την παρακολούθηση της δυναμικης των Αστικών Συστημάτων
Από RemoteSensing Wiki
Τίτλος
The GeoSat Project: Using Remote Sensing to Keep Pace with Urban Dynamics
Πηγή
Συγγραφείς
T. Santos, S. Freire, J.A. Tenedório Research Centre for Geography and Regional Planning, Faculdade de Ciências Sociais e Humanas, FCSH, Universidade Nova de Lisboa, Portugal A. Fonseca, N. Afonso National Laboratory for Civil Engineering (LNEC), Lisbon, Portugal A. Navarro, F. Soares University of Lisbon, Faculty of Sciences, LATTEX-IDL, Portugal
Η παρούσα μελέτη εκπονήθηκε στο πλαίσιο του προγράμματος GeoSat για την εξαγωγή γεωγραφικών πληροφοριών μεγάλης κλίμακας από δορυφορικές εικόνες πολύ υψηλής ευκρίνειας. Σκοπός είναι η ανάπτυξη μεθόδων για την επιτάχυνση της διαδικασίας παραγωγής γεωγραφικών πληροφοριών για τον αστικό σχεδιασμό και την παρακολούθηση των χρήσεων γης.
Το κίνητρο του προγράμματος GeoSat
Η δυναμική του αστικού χώρου χαρακτηρίζεται από συνεχείς δραστηριότητες ανοικοδόμησης, κατεδάφισης, δενδροφύτευσης, δημιουργίας κοινόχρηστων χώρων κ.ά. Η δημιουργία και συνεχής ενημέρωση χαρτογραφικών βάσεων δεδομένων σε ένα διαρκώς εξελισσόμενο περιβάλλον αποτελεί σοβαρή πρόκληση.
Τα σημεία κλειδιά της εν λόγω δυναμικής είναι δύο και διακρίνονται στη χωρική διάσταση, δηλαδή στο διαθέσιμο χώρο όπου συντελείται η αστική ανάπτυξη, καθώς και στη χρονική διάσταση ή την περίοδο στην οποία διαδραματίζεται η τελευταία. Συγκεκριμένα, η χωρική δυναμική διακρίνεται σε εκτατική, δηλαδή στην προσθήκη νέων περιοχών στον αστικό χώρο, και σε εντατική, δηλαδή στην αύξηση του συντελεστή δόμησης σε μια περιοχή. Η χρονική δυναμική μπορεί να χαρακτηρισθεί ως ταχεία, μέση ή αργή, ανάλογα με το χρονικό διάστημα της μεταβολής. Οι χρονικές βάσεις αστικών δεδομένων έχουν άμεση εφαρμογή στην παρακολούθηση της αστικής διάχυσης, στην εκτίμηση περιβαλλοντικών επιπτώσεων, σε υδρολογικά μοντέλα, στην υποβάθμιση της επιφάνειας του εδάφους και στην ανάπτυξη τεχνικών πρόβλεψης μελλοντικών περιοχών αστικής ανάπτυξης.
Η ενημέρωση βάσεων κτηματολογικών δεδομένων, η διαχείριση αστικών περιοχών και η πρόβλεψη πιθανών καταστροφών όπως σεισμοί ή πλημμύρες απαιτούν την παραγωγή ψηφιακών χαρτών σε μεγάλη κλίμακα.
Η Δορυφορική Παρατήρηση της Γης για την υποστήριξη των διαδικασιών σχεδιασμού
Η χρήση αεροφωτογραφιών αποτελεί την πιο κοινή πηγή δεδομένων για τη χαρτογράφηση των ανθρωπίνων δραστηριοτήτων στο αστικό περιβάλλον. Τις τελευταίες δεκαετίες, ωστόσο, χρησιμοποιούνται δορυφορικές εικόνες ως εναλλακτική πηγή δεδομένων για τη χαρτογράφηση του αστικού χώρου, ιδιαίτερα λόγω της υψηλής χωρικής διακριτικής τους ικανότητας. Η εν λόγω εξέλιξη συμπίπτει με την ανάδειξη νέων ολοκληρωμένων μεθόδων και πεδίων εφαρμογής, τα οποία προηγουμένως ανήκαν στον τομέα της εναέριας τηλεπισκόπησης (airborne remote sensing ) και πλέον δύναται να αντιμετωπισθούν με δορυφορικές τηλεπισκοπικές μεθόδους.
Οι δορυφορικές εικόνες πολύ υψηλής ανάλυσης (VHR), με χωρική διακριτική ικανότητα ίση ή μικρότερη του ενός μέτρου, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την εξαγωγή γεωγραφικών πληροφοριών σε τοπική κλίμακα και σε τακτά χρονικά διαστήματα, ενώ παράλληλα η απόκτηση και επεξεργασία τους είναι αρκετά πιο εύκολη και γρήγορη σε σχέση με τις αεροφωτογραφίες. Ωστόσο, η λεπτομέρεια και η ποιότητα της εξαγόμενης πληροφορίας εξακολουθεί να είναι κατώτερη της πληροφορίας που εξάγεται με φωτογραμμετρικές μεθόδους.
Δείγματα εφαρμογών
Στην παρούσα μελέτη παρουσιάζονται τρεις εφαρμογές του προγράμματος GeoSat, η ενημέρωση υφιστάμενων χαρτών, η χαρτογράφηση αδιαπέραστων επιφανειών και η ανάλυση των δυνατοτήτων ηλιακής οροφής.
Α. Ενημέρωση Υφιστάμενων Χαρτών
Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε για την ενημέρωση χάρτη σε περιοχή ανατολικά της Λισαβόνας βασίσθηκε σε υπάρχον χαρτογραφικό υπόβαθρο του 1998 κλίμακας 1:1000, σε δορυφορικές εικόνες και υψομετρικά δεδομένα. Τα υψομετρικά δεδομένα συγκεντρώθηκαν με το κανονικοποιημένο ψηφιακό μοντέλο εδάφους (normalized Digital Surface Model), με το οποίο απεικονίζεται η ανύψωση όλων των αντικειμένων από το έδαφος. Το ψηφιακό μοντέλο της περιοχής που χρησιμοποιήθηκε είναι του 2006 και έχει ανάλυση ενός μέτρου. Η pansharp QuickBird δορυφορική εικόνα, αντίστοιχα, ελήφθη το 2005 και έχει μέγεθος pixel 0,6 μ. Σκοπός της εφαρμογής είναι η παραγωγή επικαιροποιημένης πληροφορίας για τις κατηγορίες ¨Κτίρια¨, ¨Παραρτήματα¨ και ¨Ερείπια¨ που παρουσιάζοντα στο χάρτη του 1998. Με τη δημιουργία του νέου χάρτη, η διαδικασία ταυτοποίησης των αλλαγών κατάφερε να εντοπίσει τις δομές που λείπουν και να εντοπίσει τις νέες.
Β. Χαρτογράφηση Αδιαπέραστων Επιφανειών
Ως αδιαπέραστες επιφάνειες μπορούν να ορισθούν κυρίως ανθρωπογενή στοιχεία, όπως δρόμοι, κτίρια, πεζοδρόμια και περιοχές στάθμευσης, στις οποίες δε μπορεί να διεισδύσει το νερό στο έδαφος. Πλέον, αποτελούν δείκτη εκτίμησης της βιωσιμότητας των αλλαγών χρήσεων γης λόγω της αστικής ανάπτυξης.
Ένας επικαιροποιημένος και λεπτομερής χάρτης αδιαπερατότητας για ολόκληρη την πόλη της Λισαβόνας δημιουργήθηκε με τη χρήση δορυφορικών εικόνων IKONOS-2 και του κανονικοποιημένου ψηφιακού μοντέλου εδάφους του 2006. Η ταξινόμηση στόχευσε στην εξαγωγή τριών βασικών καλύψεων εδάφους, της βλάστησης, των αδιαπέραστων επιφανειών και του εδάφους. Ο χάρτης των αδιαπέραστων επιφανειών, με την απόκρυψη των λοιπών κατηγοριών, περιλαμβάνει ένα μεγάλο εύρος υλικών με διαφορετικές φασματικές ιδιότητες. Σε δεύτερη ταξινόμηση διακρίθηκαν έξι κατηγορίες (Δέντρα,, χαμηλή βλάστηση, κτίρια, δρόμοι, λοιπές αδιαπέραστες επιφάνειες, έδαφος και νερό) με τελική συνολική ακρίβεια χάρτη 89%.
Γ. Ανάλυση των Δυνατοτήτων Ηλιακής Οροφής με τη χρήση δεδομένων LiDAR
Η μέθοδος που εφαρμόσθηκε χρησιμοποιεί υψομετρικά δεδομένα για την εκτίμηση της δυνατότητας ενσωμάτωσης ηλιακών συστημάτων ενέργειας σε κτίρια μιας αστικής συνοικίας. Η χρήση δεδομένων LiDAR μπορεί να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην ανάλυση της καταλληλότητας των κτιρίων για υποδοχή ηλιακών συστημάτων.
Στην παρούσα εφαρμογή αναλύθηκε η καταλληλότητα των κτιριακών οροφών για την εγκατάσταση ηλιακών συστημάτων σε περιοχή συνολικής έκτασης 625 ha και εκτιμήθηκε η βέλτιστη τοποθεσία φωτοβολταϊκών συστημάτων. Ο προσδιορισμός της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας σε επίπεδο οροφής συνεπάγεται τη μοντελοποίηση της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε κάθε θέση. Τα δεδομένα που απαιτούνται είναι ένα ψηφιακό μοντέλο εδάφους και τα ¨ίχνη¨ των κτιρίων. Η διαδικασία περιλάμβανε τέσσερα βήματα: α) τον υπολογισμό της ηλιακής ακτινοβολίας για τη συνολική επιφάνεια, β) την εκτίμηση της ηλιακής ακτινοβολίας σε επίπεδο οροφής, γ) τον εντοπισμό των βέλτιστων θέσεων για την εγκατάσταση φωτοβολταϊκών συστημάτων και δ) ποσοτικοποίηση της ενέργειας που μπορεί να παραχθεί.
