Δορυφορική Τηλεπισκόπηση: Ανίχνευση και χαρτογράφηση χιονοστιβάδων

Από RemoteSensing Wiki

Τίτλος: Snow Avalanche Detection and Mapping by Satellite Remote Sensing

Συγγραφείς: Regula Frauenfelder, Norwegian Geotechnical Institute, Norway; Matthew J. Lato, BGC Engineering Inc., Canada; Marek Biskupič, Avalanche Prevention Center, Slovakia.

Έκδοση:2022 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS 2022).

Link: https://ieeexplore.ieee.org/document/9884381

Αυτοματοποιημένη ανίχνευση και χαρτογράφηση του χιονιού ,μέσω υπολογιστή ,από τις 02.04.2009 μετά από μια σφοδρές χιονοστιβάδες κατά την περίοδο 25.-31.03.2009. (παράρτημα) Παράδειγμα αλγορίθμου με χρωματική κωδικοποίηση . (Κύρια) Χιονοστιβάδες (πράσινο) μετά τον ανοιξιάτικο κύκλο χιονοστιβάδων του 2009, όπως χαρτογραφήθηκαν από τον αλγόριθμό μας σε ολόκληρη την περιοχή μελέτης. Πηγή δορυφορικών δεδομένων: Copyright © DigitalGlobe/WorldView-1- ευγενική χορηγία του Slovakian Avalanche Prevention και του Υπουργείου Εσωτερικών της Σλοβακίας, Τμήμα Επιστημονικών και Τεχνολογικής Ανάπτυξης)

Παράδειγμα από το Lavangsdalen (Βόρεια Νορβηγία), με χιόνι χιονοστιβάδων από έναν κύκλο χιονοστιβάδων στις αρχές του χειμώνα 2014/2015. (Πάνω) εικόνα SAR του Sentinel-1 στις 13.12.2014, δηλαδή πριν από έναν μεγάλο κύκλο χιονοστιβάδων: δύο μικρές χιονοστιβάδες είναι ορατές στο κέντρο της , (Μέση) εικόνα Sentinel-1 SAR μετά τον κύκλο χιονοστιβάδων , πολλές χιονοστιβάδες είναι ορατές ως λευκές κηλίδες, (Κάτω) σύνθετη εικόνα Κόκκινο-Πράσινο-Μπλε μεταξύ των εικόνων πριν και μετά τον κύκλο, καθιστώντας τα συντρίμμια της χιονοστιβάδας ορατά ως ανοιχτές πράσινες κηλίδες. Δορυφορικά δεδομένα , Πηγή: Copernicus Sentinel 2016, ανακτήθηκε από Copernicus Scientific Data Hub

Αυτόματα εντοπισμένες χιονοστιβάδες (μπλε περιοχές) στο Eikesdalen, σε εικόνα Quickbird από τις 13.4.2011. Περιοχές λανθασμένα ταξινομήθηκαν ως χιονοστιβάδες με μοβ χρώμα, και περιοχές όπου ο αλγόριθμος απέτυχε να ανιχνεύσει πραγματικές χιονοστιβάδες με πορτοκαλί χρώμα. Τα κίτρινα περιγράμματα αντιπροσωπεύουν χιονοστιβάδες που αναγνωρίστηκαν από μελέτη πεδίου, από τους ειδικούς της NGI. Δορυφορική εικόνα: © DigitalGlobe/Quickbird

ΣΤΟΧΟΣ

Σκοπός της μελέτης είναι η διερεύνηση της χρήσης δορυφορικών δεδομένων και δεδομένων ραντάρ, για την ανίχνευση και χαρτογράφηση καταστροφών από χιονοστιβάδες, με στόχο την καλύτερη εκτίμηση της επικινδυνότητας, των στρατηγικών περιορισμού τους και των μεθόδων πρόβλεψης για περιοχές που είναι επιρρεπείς σε χιονοστιβάδες.

ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ

Η σημασία της ανίχνευσης των χιονοστιβάδων οφείλεται στον μείζονα κίνδυνο που προκαλούν στις ορεινές περιοχές, τόσο για τους ανθρώπους όσο και για τις υποδομές. Η τηλεπισκόπηση επιτρέπει την παρακολούθηση περιοχών που είναι επιρρεπείς σε χιονοστιβάδες , οι οποίες είναι συχνά απρόσιτες ή επικίνδυνες για επιτόπου παρατηρήση.

ΜΕΘΟΔΟΙ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ

Οπτικές μέθοδοι:

Είναι οπτικές εικόνες υψηλής ανάλυσης (π.χ. Quickbird, WorldView-1) που χρησιμοποιούνται για τον επιτόπου ή αυτοματοποιημένο εντοπισμό των χιονοστιβάδων. Οι συνδυασμοί ζωνών ψευδοχρωμάτων (NIR, κόκκινο και πράσινο) ενισχύουν την ορατότητα των χιονοστιβάδων. Η ανάλυση γίνεται με τη χρήση μοντέλων ανάλυσης των εικόνων και με αλγορίθμους σχεδιασμένους για την αυτοματοποιημένη ανίχνευση συντριμμιών χιονοστιβάδας. Οι βασικές μεταβλητές που εξετάζονται είναι η φωτεινότητα, η υφή και η ομοιότητα μεταξύ των εικόνων.

Τηλεπισκόπηση με ραντάρ:

Με τη χρήση των κατάλληλων καναλιών και του δείκτη SAR, ιδίως από τους δορυφόρους Sentinel-1, μπορεί να ανιχνεύσει χιονοστιβάδες σε όλες τις καιρικές συνθήκες και συνθήκες φωτισμού. Τα ραντάρ εντοπίζουν τις αλλαγές στον χάρτη και τα υπολείμματα των χιονοστιβάδων με την σύγκριση εικόνων πριν και μετά το συμβάν. Χρησιμοποιώντας διαφορετικούς δείκτες ,μπορούμε να εντοπίσουμε τις υψηλές αντιθέσεις στη σκίαση , μεταξύ των χιονοστιβάδων και του άθικτου χιονιού.

ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Η χαρτογράφηση χιονοστιβάδων στη Νορβηγία και τη Σλοβακία πραγματοποιήθηκε με τη χρήση αυτοματοποιημένων μοντέλων που χρησιμοποιήθηκαν έναντι της χαρτογράφησης στο πεδίο από ειδικούς. Οι προκλήσεις που είχαν να αντιμετωπίσουν, ήταν η ευαισθησία των αισθητήρων και τα διαφορετικά αποτελέσματα που έδωσαν. Η ανίχνευση με ραντάρ αποδείχτηκε αποτελεσματική για τη χαρτογράφηση χιονοστιβάδων μεγάλης κλίμακας σε περιοχές όπως το Νεπάλ (μετά το σεισμό του 2015) και η Νορβηγία. Τα αποτελέσματα περιλάμβαναν και την ανεξαρτησία των χιονοστιβάδων από τις καιρικές συνθήκες και τις συνθήκες πρόσπτωσης του ήλιου .

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ

Η τηλεπισκόπηση είναι εξαιρετικά σημαντικό εργαλείο για την παρακολούθηση των χιονοστιβάδων, λόγο της εκτεταμένης χωρικής κάλυψης, των δεδομένων υψηλής ανάλυσης και της ενισχυμένης χαρτογράφησης ζωνών κινδύνου. Οι οπτικές εικόνες είναι καταλληλότερες για την ενημέρωση βάσεων δεδομένων μετά το συμβάν, ενώ οι εικόνες ραντάρ είναι πιο αξιόπιστες για την πρόβλεψη , σχεδόν σε πραγματικό χρόνο , λόγω της ανεξαρτησίας τους από τις καιρικές συνθήκες της εξεταζόμενης περιοχής. Η συνεχής ανάπτυξη αυτοματοποιημένων αλγορίθμων είναι απαραίτητη για την ενσωμάτωση αυτών των μεθόδων στις εκτιμήσεις των ειδικών διαχείρισης κρίσεων , για τον κίνδυνο χιονοστιβάδων. Η ενσωμάτωση της τηλεπισκόπησης στα συστήματα πρόβλεψης χιονοστιβάδων μπορεί να βελτιώσει σημαντικά τις προσπάθειες διαχείρισης και μείωσης του κινδύνου σε ευάλωτες ορεινές περιοχές παγκοσμίως.