Αναγνώριση γραμμώσεων με πιθανή δομική προέλευση με χρήση εικόνων ASTER και δεδομένων DEM στη Δυτική Κρήτη, Ελλάδα

Από RemoteSensing Wiki

Εικόνα 1: (α) Χάρτης της Ελλάδας που σημειώνεται η θέση της περιοχής μελέτης στη Δυτική Κρήτη. (β) Γεωλογικός χάρτης της Δυτικής Κρήτης με κλίμακα 1:200.000, ο οποίος απεικονίζει τους κύριους γεωλογικούς σχηματισμούς και τα κύρια ρήγματα στη περιοχή μελέτης ενώ επίσης γίνεται διάκριση και του υψομετρικού μοντέλου της περιοχής.

Εικόνα 2: Πίνακας που δείχνει τις συσχετίσεις μεταξύ των 14 καναλιών του δορυφόρου ASTER.

Εικόνα 3: Χάρτης κλίσεων στη περιοχή μελέτης. Με κίτρινο χρώμα παρατηρούνται οι μέγιστες κλίσεις ενώ με γκρι απεικονίζονται οι επίπεδες περιοχές.

Εικόνα 4: Εικόνες που προήλθαν από συνδυασμό των καναλιών nir και swir. Στην εικόνα (β) μπορούμε να διακρίνουμε το οδικό δίκτυο στο βόρειο τμήμα που απεικονίζεται με ανοιχτούς τόνους του γκρι και τους Νεογενείς σχηματισμούς που απεικονίζονται με σκούρους τόνους του γκρι.

Εικόνα 5: Απεικόνιση περιοχής μελέτης με χρήση των καναλιών nir και swir. Στα σημεία 1 ως 4 εντοπίζονται τεκτονικές επαφές λόγω της γραμμικής τους εμφάνισης και της χρωματικής τους αντίθεσης με τους περιβάλλοντες σχηματισμούς.

Εικόνα 6: Εικόνα περιοχής μελέτης με χρήση των καναλιών tir του δορυφόρου ASTER. Τα κίτρινα βέλη υποδηλώνουν γραμμώσεις (σκούροι τόνοι του γκρι) που πιθανών σχετίζονται με αυξημένη υγρασία εδάφους.

Εικόνα 7: Υδρογραφικό δίκτυο περιοχής μελέτης. Τα μαύρα σημεία δείχνουν αυξημένη υγρασία εδάφους ενώ οι γραμμώσεις που αντιστοιχούν στους αριθμούς 1 ως 11 εκτιμώνται ως πιθανά ρήγματα που ελέγχουν το υδρογραφικό δίκτυο.

Εικόνα 8: Έγχρωμο σύνθετο της περιοχής μελέτης στο οποίο μπορούμε να διακρίνουμε γραμμώσεις αλλά και τα όρια ορισμένων γεωλογικών σχηματισμών.

Εικόνα 9: (α) Χάρτης περιοχής που δείχνει τα ρήγματα βάσει μελετών του ΙΓΜΕ. (β) Χάρτης με τις γραμμώσεις που προέκυψαν από την επεξεργασία των δεδομένων από το δορυφόρο ASTER. Παρατηρούμε ότι υπάρχει αρκετά καλή συσχέτιση μεταξύ των πιστοποιημένων από το ΙΓΜΕ ρηγμάτων και των γραμμώσεων που εντοπίστηκαν κατά την επεξεργασία των δεδομένων.

Αντικείμενο εφαρμογής: Αναγνώριση γραμμώσεων με πιθανή δομική προέλευση με χρήση εικόνων ASTER και δεδομένων DEM στη Δυτική Κρήτη, Ελλάδα.

Πρωτότυπος τίτλος: IDENTIFICATION OF LINEAMENTS WITH POSSIBLE STRUCTURAL ORIGIN USING ASTER IMAGES AND DEM DERIVED PRODUCTS IN WESTERN CRETE, GREECE.

Συγγραφείς: Eirini S. Papadaki, Stelios P. Mertikas, and Apostolos Sarris

Σκοπός:

Η χρήση τεχνικών τηλεπισκόπησης έχει δείξει ότι μπορεί να συμβάλλει καθοριστικά στη γεωλογική χαρτογράφηση. Για το λόγο αυτό, η συγκεκριμένη εργασία παρουσιάζει μια έρευνα που ενισχύει την ύπαρξη γραμμώσεων που σχετίζονται με ρήγματα στη Δυτική Κρήτη χρησιμοποιώντας εικόνες από τον πολυφασματικό δορυφόρο ASTER και κάνοντας χρήση των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών.

Μέχρι τώρα, η γεωλογική χαρτογράφηση στηριζόταν σε έρευνες πεδίου, οι οποίες μπορεί να απαιτούσαν μεγάλο χρονικό διάστημα για τη περάτωσή τους. Με τη τηλεπισκόπηση όμως μπορούμε να εξάγουμε αποτελέσματα πολύ πιο γρήγορα αλλά και να μελετήσουμε και μεγαλύτερης έκτασης περιοχές. Η χρήση της τηλεπισκόπησης έρχεται να ενισχύσει τις έρευνες πεδίου και τον εντοπισμό ρηγμάτων καθώς και να βοηθήσει να εξαχθούν αποτελέσματα σε περιοχές όπου η πρόσβαση είναι δυσπρόσιτη λόγω φυτοκάλυψης (η οποία δυσκολεύει τον εντοπισμό και μελέτη των υποκείμενων πετρωμάτων) ή να αναδείξει τις μεταβολές που έχουν επέλθει δια μέσω του χρόνου και που έχουν προκληθεί από τη διάβρωση.

Τα ρήγματα στις τηλεπισκοπικές εικόνες εμφανίζονται ως γραμμικά ή καμπυλόγραμμα ίχνη και χαρακτηρίζονται ως γραμμώσεις που μπορεί να έχουν μήκος μερικά μέτρα ή και κάποια χιλιόμετρα. Ωστόσο, όλες οι γραμμώσεις δε σχετίζονται με ρήγματα. Οι γραμμώσεις αυτές θα μπορούσαν να σχετίζονται επίσης με λιθολογικά όρια, όρια μεταξύ διαφορετικών χρήσεων γης, αποχετευτικές γραμμές ή ακόμα και τεχνητά γραμμικά στοιχεία όπως δρόμοι.

Συχνά τα ρήγματα συνοδεύονται από συγκεκριμένες «διαδρομές» υγρασίας ή ανάπτυξης της βλάστησης, στοιχεία που μπορούν να χρησιμοποιηθούν στην έρευνα για τον εντοπισμό γραμμώσεων που σχετίζονται με ρήγματα.

Περιοχή μελέτης:

Η Κρήτη βρίσκεται στη μέση της Ανατολικής Μεσογείου. Από γεωτεκτονικής άποψης, η Κρήτη βρίσκεται στο όριο δύο λιθοσφαιρικών πλακών, της Ευρασιατικής και της Αφρικανικής (Εικόνα 1α).

Αποτελείται από καλύμματα πετρωμάτων διαφορετικής παλαιογεωγραφικής ηλικίας και προέλευσης. Συγκεκριμένα αποτελείται από προαλπικά πετρώματα που έχουν επηρεαστεί από 2 φάσεις μεταμόρφωσης με πιο πρόσφατη αυτή των υψηλών πιέσεων-χαμηλών θερμοκρασιών κατά το Ολιγόκαινο-Μειόκαινο, φάση που αποτελεί τη κύρια περίοδο μεταμόρφωσης των Ελληνίδων και αποτελούν το κατώτερο στρώμα πετρωμάτων στη Κρήτη. Το στρώμα αυτό διαχωρίζεται από το ανώτερο στρώμα αλπικών πετρωμάτων (πετρώματα ενότητας Τρίπολης και Πίνδου, που έχουν υποστεί και αυτά τη κύρια μεταμόρφωση των Ελληνίδων) μέσω ενός ρήγματος αποκόλλησης (Εικόνα 1β).

Λόγω της πολυπλοκότητας της τοποθεσίας της Κρήτης, παρατηρούνται αρκετά μεγάλα ρήγματα με διεύθυνση Βορρά-Νότου και Ανατολής-Δύσης καθώς και πλήθος μικρότερων ρηξιγενών δομών.

Μεθοδολογία:

Για τη συσχέτιση των γραμμώσεων στη περιοχή μελέτης με δομικά στοιχεία όπως είναι τα ρήγματα ακολουθήθηκαν τρία στάδια προκειμένου να εξαχθούν αποτελέσματα.

Πρώτο στάδιο:

Επεξεργασία εικόνας για εντοπισμό, ενίσχυση και ψηφιοποίηση των γραμμώσεων στη Δυτική Κρήτη χρησιμοποιώντας πολυφασματικές εικόνες από το δορυφόρο ASTER. Δόθηκε έμφαση κυρίως σε μεγάλες γραμμώσεις που ίσως έχουν σχέση με συγκεκριμένα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά και υδρογραφικά μοτίβα που σχετίζονται με ρήγματα.

Η εικόνα που χρησιμοποιήθηκε πάρθηκε στις 4 Ιουνίου 2002 και απεικονίζει μια έκταση 60 km x 60 km στη Δυτική Κρήτη. Η εικόνα ακολουθεί το σύστημα γεωαναφοράς WGS84 και το προβολικό σύστημα είναι το UTM (Universal Transverse Mercator).

Αρχικά έγιναν ατμοσφαιρικές διορθώσεις στα κανάλια nir (εγγύς υπέρυθρο) και swir (μικροκυματικό υπέρυθρο) ενώ επίσης μελετήθηκε και το κανάλι tir (θερμικό υπέρυθρο) προκειμένου να ανιχνεύσουμε μεταβολές στις τιμές της υγρασίας του εδάφους και οι οποίες πιθανόν να οφείλονται σε εδαφικές διαρρήξεις. Με τον τρόπο αυτό προέκυψαν εικόνες όπου αποτυπώνουν τις υψηλές τιμές της υγρασίας και εμφανίζονται ως σκουρόχρωμες περιοχές με χρήση της κλίμακας του γκρι.

Στη συνέχεια, η εικόνα που προήλθε από τα 14 κανάλια του δορυφόρου ASTER υπέστη εκ νέου γεωαναφορά στο Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα (GGRS87) και αλλαγή στο προβολικό σύστημα (Transverse Mercator) προκειμένου να μπορεί χρησιμοποιηθούν και επίγεια σημεία ελέγχου. Οι τεχνικές επεξεργασίας της εικόνας που χρησιμοποιήθηκαν είναι:

• Ανάλυση των κύριων χαρακτηριστικών προκειμένου να εντοπισθούν συσχετίσεις μεταξύ των 14 καναλιών του δορυφόρου ASTER (Εικόνα 2).

• Υπολογισμός κανονικοποιημένου δείκτη βλάστησης προκειμένου να εντοπιστούν διαφορές στην κάλυψη της βλάστησης, επωφελούμενοι της διαφορετικής απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας από τα φυτά (στη κόκκινη περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος υπάρχει μικρή ανακλαστικότητα ηλιακής ακτινοβολίας από τα φυτά σε αντίθεση με τη περιοχή του εγγύς υπέρυθρου). Πραγματοποιήθηκαν επίσης τεχνικές κατωφλίου και ταξινομήσεις ώστε να εντοπιστούν τα μοτίβα της βλάστησης.

• Δημιουργία ψευδών έγχρωμων συνθέτων, στα οποία τα αποτελέσματα που έχουν προκύψει από τις προηγούμενες επεξεργασίες είναι πιο εύκολο να γίνουν κατανοητές από το ανθρώπινο μάτι σε σχέση με εικόνες-σύνθετα με χρήση της κλίμακας του γκρι.

Δεύτερο στάδιο:

Στη συνέχεια, κατασκευάστηκε το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο (DEM) της περιοχής μελέτης, το οποίο έχει χωρική διακριτική ικανότητα 20 m x 20 m και κατακόρυφη ακρίβεια 7 m προκειμένου να γίνει τρισδιάστατη αναπαράσταση του εδάφους. Τα δεδομένα για αυτό το μοντέλο προήλθαν από ζεύγος στερεοσκοπικών εικόνων από το δορυφόρο SPOT 4, οι οποίες έχουν σύστημα γεωαναφοράς ίδιο με αυτό της εικόνας της περιοχής μελέτης δηλαδή GGRS87.

Από το υψομετρικό μοντέλο παρήχθησαν διάφοροι χάρτες όπως για παράδειγμα χάρτης κλίσεων (Εικόνα 3) από τον οποίο μπορούμε να οδηγηθούμε σε συμπεράσματα για πιθανή ύπαρξη ρηγμάτων.

Τρίτο στάδιο:

Πραγματοποιήθηκε αξιολόγηση των γραμμώσεων που προήλθαν από τις επεξεργασίες εικόνων ASTER με χρήση των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών προκειμένου εκτιμηθεί αν οι γραμμώσεις αυτές μπορεί να είναι δυνητικά ρήγματα.

Κάθε γραμμικό ή καμπύλο χαρακτηριστικό που εντοπίστηκε κατά την επεξεργασία της δορυφορικής εικόνας και ίσως σχετιζόταν με πιθανή αύξηση της συγκέντρωσης της υγρασίας του εδάφους ή με ευθυγραμμίσεις της βλάστης, ψηφιοποιήθηκε.

Στη συνέχεια, η μελέτη επικεντρώθηκε σε γραμμώσεις που εντοπίστηκαν σε: (α) περιοχές όπου η κλίση του εδάφους είναι μεγαλύτερη των 30°, (β) περιοχές όπου παρατηρήθηκε απότομη αλλαγή του υδρογραφικού μοτίβου, (γ) σε τεκτονικές επαφές μεταξύ γεωλογικών σχηματισμών.

Αποτελέσματα:

Από το πρώτο στάδιο επεξεργασίας της εικόνας προέκυψαν εικόνες με χρήση των καναλιών nir και swir του δορυφόρου ASTER (Εικόνα 4) και όπου μπορούμε να διακρίνουμε γραμμικά στοιχεία όπως είναι οι δρόμοι ή κάποιες εναλλαγές στους γεωλογικούς σχηματισμούς. Επίσης μπορούμε να διακρίνουμε κάποιες τεκτονικές επαφές μεταξύ των διαφορετικών γεωλογικών σχηματισμών (Εικόνα 5).

Με χρήση των καναλιών tir του δορυφόρου ASTER, έγινε δυνατός ο εντοπισμός γραμμώσεων κατά μήκος των οποίων παρατηρείται αυξημένη υγρασία του εδάφους κάτι που σχετίζεται πιθανώς με ύπαρξη ρηγμάτων (Εικόνα 6). Επιπλέον, με χρήση του χάρτη που απεικονίζει το υδρογραφικό δίκτυο της περιοχής μελέτης έγινε δυνατός ο εντοπισμός γραμμώσεων που σχετίζονται με ρήγματα, τα οποία ελέγχουν το υδρογραφικό δίκτυο (Εικόνα 7).

Με τη βοήθεια των έγχρωμων σύνθετων εικόνων που προήλθαν από την εικόνα του δορυφόρου ASTER έγινε προσδιορισμός των γραμμώσεων αλλά και σε ορισμένες περιπτώσεις προσδιορίστηκαν τα τεκτονικά όρια μεταξύ των γεωλογικών σχηματισμών (Εικόνα 8).

Τέλος συγκρίνοντας τα αποτελέσματα της παρούσας έρευνας με γεωλογικούς χάρτες του ΙΓΜΕ, μπορούμε να δούμε ότι η επεξεργασία των δεδομένων οδήγησε σε αποτελέσματα που συμφωνούν σε μεγάλο βαθμό με τα αποτελέσματα της επιτόπιας χαρτογράφησης (Εικόνα 9).

Συμπεράσματα:

Από τις επεξεργασίες προέκυψε ότι τόσο το κανάλι nir (εγγύς υπέρυθρο) όσο και το κανάλι tir (θερμικό υπέρυθρο) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό γραμμικών στοιχείων που σχετίζονται με την ανάπτυξη της βλάστηση και την συγκέντρωση της υγρασίας αντίστοιχα. Ωστόσο, μόνο με αυτά τα δεδομένα είναι δύσκολο να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα που να προσδιορίζουν τη προέλευση των γραμμώσεων.

Με τη βοήθεια όμως των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών και των μοντέλων που προκύπτουν από τη χρήση του DEM μπορούμε πιο εύκολα να προσδιορίσουμε το είδος των γραμμώσεων και τη προέλευσή τους.

Απαραίτητος είναι ο συνδυασμός χρήσης δορυφορικών εικόνων και έρευνας πεδίου προκειμένου να ανανεώνονται οι ήδη υπάρχοντες γεωλογικοί χάρτες της εκάστοτε περιοχής.

Πηγή στο διαδίκτυο: http://www.eproceedings.org/static/vol10_1/10_1_papadaki1.pdf