Χαρτογράφηση κατολίσθησης χρησιμοποιώντας οπτικά και radar δεδομένα: μια περιπτωσιολογική μελέτη από το Αμύνταιο, Δυτική Μακεδονία Ελλάδος
Από RemoteSensing Wiki
Χαρτογράφηση κατολίσθησης χρησιμοποιώντας οπτικά και radar δεδομένα: μια περιπτωσιολογική μελέτη από το Αμύνταιο, Δυτική Μακεδονία Ελλάδος
Πρωτότυπος τίτλος: Landslide mapping using optical and radar data: a case study from Aminteo, Western Macedonia Greece
Συγγραφείς: A. Kyriou, K. Nikolakopoulos
Πηγή: https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/22797254.2019.1681905
Σκοπός
Η μελέτη αποσκοπεί στην εκμετάλλευση οπτικών και ραντάρ δεδομένων στοχεύοντας στη χαρτογράφηση μιας περιοχής κατολίσθησης που εντοπίζεται στο Αμύνταιο της Δυτικής Μακεδονίας στην Ελλάδα.
Εισαγωγή
Η εκτίμηση, πρόβλεψη και παρακολούθηση της κατολίσθησης αποτελούν σημεία-κλειδιά για την έρευνα ενός τέτοιου φαινομένου που συνιστά το πιο κοινό γεωλογικό ρίσκο παγκοσμίως. Έχουν αναπτυχθεί ποικίλες τεχνικές για την εκτίμηση του κινδύνου κατολίσθησης, ενώ τελευταία η έρευνα εστιάζει στη χρήση δεδομένων Παρατηρήσεων Γης από διαφορετικά μέσα Τηλεπισκόπησης. Μια επιτυχημένη μέθοδος που έχει αναπτυχθεί περιλάμβανε τη χρήση δεδομένων Landsat-8 και PALSAR-2 παράλληλα με τεχνικές Συστήματος Γεωγραφικών Πληροφοριών. Επίσης, έχουν χρησιμοποιηθεί πολύ-φασματικά και ραντάρ δεδομένα για την απογραφή και παρακολούθηση περιοχών κατολίσθησης. Έχει ήδη αποδειχθεί ότι η Συμβολομετρία ραντάρ αποτελεί σημαντικό εργαλείο ακόμα και για ευρείες περιοχές και η πιο κοινή μέθοδος στη χαρτογράφηση κατολίσθησης είναι η Συμβολομετρία Σταθερών Σκεδαστών (PSI). Η κατολίσθηση του 2017 στο Αμύνταιο συνέβη λόγω αλληλεπίδρασης της γεωλογικής δομής με τεκτονικές και ανθρώπινες δραστηριότητες με αποτέλεσμα τη μετακίνηση περισσότερων από 80 εκατομμυρίων κυβικών μέτρων υλικού καθώς και στην εκκένωση ενός ολόκληρου οικισμού.
Υπό μελέτη περιοχή και περιγραφή της κατολίσθησης
Η περιοχή μελέτης είναι το ορυχείο λιγνίτη στο Αμύνταιο της Δυτικής Μακεδονίας, στο Βορειο-Βορειοδυτικό τμήμα της Ελλάδας. Η τεκτονική τάφρος της Δυτικής Μακεδονίας περιλαμβάνει τα μεγαλύτερα αποθέματα λιγνίτη της χώρας που παράγει το 70% του ηλεκτρισμού της Ελλάδας. Η ευρύτερη περιοχή είναι γεωλογικά δομημένη με λιγνίτη Πλειόκαινου σε στρώματα, αποτελούμενο από εναλλακτικά στρώματα λιγνίτη χαμηλού πάχους με άργιλο και μάργα. Η κατολίσθηση συνέβη στις 10 Ιουνίου 2017 λόγω ενός συνδυασμού διαφορετικών παραγόντων, όπως παρουσία ρηγμάτων, υπόγειων υδροφορέων κάτω από το επίπεδο του ορυχείου και άσκηση πίεσης από το νερό, και άλλους. Η κορυφή της κατολίσθησης εκτιμάται στα 3 χμλ. και το συνολικό υλικό κατολίσθησης στους 25 εκατομμύρια τόνους λιγνίτη.
Υλικά και Μέθοδοι
Για τη μελέτη της περιοχής χρησιμοποιήθηκαν:
• Οπτικά δεδομένα: Landsat-8 και Sentinel-2 δεδομένα της περιοχής πριν και μετά την κατολίσθηση. Η ανάλυσή τους έγινε με τη χρήση πολυμεταβλητών μεθόδων PCA και ICA, καθώς και με τη διαδικασία αυτόματου εντοπισμού αλλαγών βασιζόμενη στην εκμετάλλευση του εργαλείου παρακολούθησης DeltaCue Site.
• Ραντάρ δεδομένα: Sentinel-1 δεδομένα για την ευρύτερη περιοχή του ορυχείου που επεξεργάστηκαν συμβολομετρικά. Η μέθοδος βασίστηκε στην εκτίμηση της μετατόπισης της γραμμής σκόπευσης του δορυφόρου (Line of Sight Displacement, LOS Displacement) και της κατακόρυφης μετατόπισης μέσω μετρήσεων συμβολομετρικής φάσης (συμβολομετρία ραντάρ συνθετικού ανοίγματος, Interferometric synthetic aperture radar, InSAR).
Αποτελέσματα
Από την ανάλυση των οπτικών δεδομένων προέκυψαν:
• εικόνες με τα δεδομένα Landsat-8 και Sentinel-2 πριν και μετά την κατολίσθηση, καθώς και ένας πίνακας με στατιστική ανάλυση της τεχνικής PCA
• εικόνες με τα αποτελέσματα των τεχνικών PCA και ICA με χρήση των δορυφορικών δεδομένων, όπου η χαρτογράφηση μέσω Sentinel-2 δεδομένων απεικόνισε με καλύτερο τρόπο τα σημεία όπου ολίσθησε το υλικό
• έπειτα από σύγκριση μεταξύ των διαδικασιών PCA και ICA για τα δεδομένα Landsat-8 παρατηρήθηκε ότι η δεύτερη τεχνική ταιριάζει περισσότερο στα πραγματικά όρια του υλικού κατολίσθησης
• οι εικόνες που προέκυψαν από τα δορυφορικά δεδομένα χρησιμοποιήθηκαν για χαρτογράφηση μέσω εφαρμογής μιας αυτόματου εντοπισμού αλλαγών διαδικασία με το εργαλείο DeltaCue Site (γρήγορη μέθοδος αλλά όχι τόσο ακριβής όσο οι παραπάνω)
Από την ανάλυση των δεδομένων ραντάρ προέκυψε ένα συμβολόγραμμα από τα δεδομένα Sentinel-1, καθώς επίσης εικόνες που αναπαριστούν τα αποτελέσματα εκτίμησης LOS (υψηλότερη τιμή LOS περίπου στα 4.5 μ) και της κατακόρυφης μετατόπισης (υψηλότερη τιμή σχεδόν 1.73 εκ). Γενικότερα, η μέτρηση LOS είναι πιο ευαίσθητη μέθοδος σχετικά με την κίνηση του εδάφους λόγω της γεωμετρίας των αισθητήρων SAR. Η έλλειψη ακρίβειας των τιμών κατακόρυφης μετατόπισης πιθανώς σχετίζεται με τον προσανατολισμό της κατολίσθησης. Είναι αξιοσημείωτο ότι η συγκεκριμένη προσέγγιση έχει την ικανότητα χαρτογράφησης της παραμόρφωσης του εδάφους που σχετίζεται με πληθώρα ρηγμάτων που βρίσκονται μεταξύ των οικισμών Βαλτονέρα και Ανάργυροι και έχουν ήδη αναγνωριστεί σε προγενέστερη μελέτη.
Συμπεράσματα
Εν κατακλείδι, διεξήχθησαν τα εξής συμπεράσματα:
• Τα δεδομένα Sentinel-1 και Sentinel-2 είναι αρκετά αποτελεσματικά για τη χαρτογράφηση κατολισθήσεων, ενώ οι εικόνες Sentinel-1 φαίνονται πολλά υποσχόμενες για την παρακολούθηση κατολίσθησης.
• Η τεχνική PCA έδωσε καλύτερα αποτελέσματα με δεδομένα Sentinel-2 σε σύγκριση με τα δεδομένα Landsat-8.
• Τα οπτικά δεδομένα θα μπορούσαν να ενισχυτικά προς τα δεδομένα ραντάρ παρέχοντας περισσότερη ακρίβεια και αξιοπιστία στα τελικά αποτελέσματα.
