Ανίχνευση μετατοπίσεων εντός αρχαιολογικών χώρων στην Κύπρο ...

Από RemoteSensing Wiki

Πίνακας περιεχομένων 1 Ανίχνευση μετατοπίσεων εντός αρχαιολογικών χώρων στην Κύπρο μετά από σεισμό 5,6 Ρίχτερ μέσω της υβριδικής συνδεόμενης επεξεργασίας συστήματος σε νέφωση Pipeline (HyP3) και του Sentinel-1 ραντάρ συμβολομετρικού συνθετικού διαφράγματος (InSAR) 2 Εισαγωγή 3 Μεθοδολογία 4 Αποτελέσματα 5 Συμπεράσματα

Ανίχνευση μετατοπίσεων εντός αρχαιολογικών χώρων στην Κύπρο μετά από σεισμό 5,6 Ρίχτερ μέσω της υβριδικής συνδεόμενης επεξεργασίας συστήματος σε νέφωση Pipeline (HyP3) και του Sentinel-1 ραντάρ συμβολομετρικού συνθετικού διαφράγματος (InSAR)

Εισαγωγή

Αντικείμενο της εφαρμογής είναι η ανίχνευση μετατοπίσεων εντός αρχαιολογικών χώρων στην Κύπρο μετά από σεισμό 5,6 Ρίχτερ. Δεδομένα, όπως αυτά του Sentinel-1, έχουν προσφέρει νέες ευκαιρίες για παρακολούθηση αρχαιολογικών χώρων και μνημείων με συστηματικό τρόπο και ιδιαίτερα μετά από σεισμούς. Τα τελευταία χρόνια έχουν γίνει μεγάλες προσπάθειες για να παρέχονται σε όλους τους χρήστες έτοιμα δεδομένα σε σύντομο χρονικό διάστημα.

Κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας, σημειώθηκαν πρόοδοι της διαστημικής τεχνολογίας έχοντας ενεργοποιήσει νέες μεθοδολογίες για την παρακολούθηση περιοχών αρχαιολογικού ενδιαφέροντος σε όλο τον κόσμο. Πρόσφατες μελέτες έδειξαν ότι οπτικοί αισθητήρες και αισθητήρες ραντάρ μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση δραστηριοτήτων λεηλασίας σε συγκρουόμενες περιοχές. Ωστόσο αρκετά δωρεάν πακέτα λογισμικού έχουν αναπτυχθεί στο πρόσφατο παρελθόν και είναι επί του παρόντος διαθέσιμα, παραμένουν τεχνικά πολύπλοκα και μπορεί να είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθούν από μη ειδικούς.

Η Κύπρος επλήγη από ισχυρούς σεισμούς (Εικόνα 1), από την αρχαιότητα, καθώς βρίσκεται σε μια σεισμική ζώνη στο περιθώριο των δύο τεκτονικών πλακών, δηλαδή η πλάκα της Ανατολίας στα βόρεια και η Αφρικανική πλάκα στο νότο, σχηματίζουν το λεγόμενο «Κυπριακό τόξο." Το κυπριακό τόξο βρίσκεται στη σύγκρουση μεταξύ αυτών των δύο πλακών που συναντώνται στο νότιο τμήμα της Κύπρου. Το σεισμικό δίκτυο της Κύπρου περιλαμβάνει έξι σεισμικούς σταθμούς σε όλη την Κύπρο, και παρέχει τιμές που σχετίζονται με τη μέγιστη επιτάχυνση εδάφους (PGA), τη μέγιστη ταχύτητα εδάφους, και τη μέγιστη μετατόπιση εδάφους.

Μεθοδολογία

Για την μεθοδολογία χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος InSAR GAMMA, καθώς έγινε και η ανάλυση με χρήση εικόνων Sentinel, που αποτελείται από 11 βήματα εν συντομία.

Βήμα 1: Προσδιορισμός της επικαλυπτόμενης περιοχής στο Sentinel. Σε αυτό το στάδιο, οι εισαγόμενες εικόνες κόβονται, ώστε να επικαλύπτουν την περιοχή. Βήμα 2: Λήψη ενός διαθέσιμου ψηφιακού υψομετρικού μοντέλου (DEM) αρχείο, που καλύπτει την περιοχή επικάλυψης. Βήμα 3: Σχηματισμός πίνακα αναζήτησης μεταξύ DEM και SAR εικόνες. Σε αυτό το βήμα, λαμβάνονται υπόψη τα ύψη του εδάφους που δημιουργούνται. Βήμα 4: Δημιουργία διαφορικού παρεμβολογράμματος, σε αυτό το βήμα δημιουργείται και ο ρυθμός παραμόρφωσης χρησιμοποιώντας διανύσματα σε κατάστασης τροχιάς. Βήμα 5: Αφαίρεση της φάσης επίπεδης γείωσης. Βήμα 6: Αφαίρεση της τοπογραφικής φάσης. Βήμα 7: Βελτίωση της υποτελούς εικόνας με την κύρια εικόνα λόγω συμψηφισμών. Βήμα 8: Επαναδειγματοληψία της υποτελούς εικόνας για να ταιριάζει με την κύρια. Βήμα 9: Δημιουργία του τελικού παρεμβολογράμματος. Βήμα 10: Ξετυλίγοντας τη φάση χρησιμοποιώντας την ελάχιστη ροή κόστους αλγόριθμος (MCF). Βήμα 11: Γεωκωδικοποίηση των αποτελεσμάτων και ολοκλήρωση της δημιουργίας.

Αποτελέσματα

Το πρώτο αποτέλεσμα που προκύπτει από την επεξεργασία InSAR είναι το τυλιγμένο συμβολόγραμμα, το οποίο υποδεικνύει τα περιθώρια που αντιστοιχούν στο μισό μήκος κύματος του ραντάρ (Εικόνα 2). Το τυλιγμένο συμβολόγραμμα είναι χρήσιμο για σκοπούς απεικόνισης, καθώς δείχνει την παραμόρφωση σε πολλαπλάσια του μισού του αισθητήρα μήκος κύματος. Τα συμβολομετρικά περιθώρια αντιπροσωπεύουν έναν πλήρη κύκλο 2π. Τα περιθώρια εμφανίζονται σε ένα συμβολόγραμμα ως κύκλοι με χρώματα, με κάθε κύκλο να αντιπροσωπεύει σχετική διαφορά εύρους. Τέλος, δημιουργήθηκε ένας χάρτης κάθετης μετατόπισης από την πλατφόρμα με την υπόθεση ότι η συμβολομετρική φάση σχετίζεται μόνο με την τοπογραφία. Οι θετικές τιμές που υποδεικνύουν ανύψωση και αρνητικές τιμές δείχνουν καθίζηση. Ο χάρτης συνοχής του συμβολογράμματος είναι ένας κρίσιμος δείκτης που δείχνει την αξιοπιστία της συμβολομετρικής φάσης (Εικόνα 3). Οι τιμές συνοχής κυμαίνονται από 0 έως 1, όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός, τόσο υψηλότερη η συνοχή. Επομένως, οι κατακόρυφες μετατοπίσεις και το τυλιγμένο συμβολόγραμμα επηρεάζεται από το θόρυβο, ενώ το μπλε χρώμα υποδεικνύει περιοχές με λιγότερο θόρυβο και επομένως τα αποτελέσματα είναι περισσότερα ακριβή. Γενικά, η συμβολομετρική φάση επηρεάζεται από τέσσερις παραμέτρους όπως αυτές περιγράφονται:

1) Τοπογραφικές παραμορφώσεις που προκύπτουν από ελαφρώς διαφορετικές γωνίες θέασης των διελεύσεων δύο δορυφόρων. 2) Τα ατμοσφαιρικά φαινόμενα. 3) Μετατόπιση εμβέλειας του στόχου ραντάρ. 4) Άλλοι θόρυβοι όπως εφέ αποσυσχέτισης.

Η συμβολομετρική φάση (Δφ) εκτιμάται χρησιμοποιώντας την παρακάτω εξίσωση: Δϕ = 4π λ ΔR + α + t + θόρυβος.

Συμπεράσματα

Τα αποτελέσματα που προέκυψαν αξιοποιούνται για την κατανόηση των πιθανών επιπτώσεων των σεισμών σε αρχαιολογικούς χώρους. Σημαντικό είναι ότι η περιοχή που είναι το επίκεντρο του σεισμού συμπίπτει με σημαντικούς αρχαιολογικούς χώρους και μνημεία στο δυτικό τμήμα της Κύπρου, στην πόλη της Πάφου. Η ανάλυση InSAR οδήγησε σε μικρές μετατοπίσεις εδάφους στη συγκεκριμένη περιοχή, τόσο από τις εικόνες που λαμβάνονται σε ανοδική τροχιά και το σεισμικό δίκτυο. Υπό το πρίσμα των παραπάνω γίνεται φανερό ότι έχουν σημειωθεί μετατοπίσεις σε περιοχές της UNESCO, τοποθεσίες πολιτιστικής κληρονομιάς.

Πηγή: Agapiou, A., & Lysandrou, V. (2020). Detecting displacements within archaeological sites in Cyprus after a 5.6 magnitude scale earthquake event through the hybrid pluggable processing pipeline (HyP3) cloud-based system and sentinel-1 interferometric synthetic aperture radar (InSAR) analysis. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 13, 6115-6123.