Έρευνα μέσω της τηλεπισκόπησης για τα πλαστικά σε θαλάσσια και εσωτερικά ύδατα: Εξέλιξη, ευκαιρίες και προκλήσεις
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος τίτλος: Remote sensing research on plastics in marine and inland water: Development, opportunities and challenges
Μεταφρασμένος τίτλος Έρευνα μέσω της τηλεπισκόπησης για τα πλαστικά σε θαλάσσια και εσωτερικά ύδατα: Εξέλιξη, ευκαιρίες και προκλήσεις
Συγγραφείς: Zhixiong Chen, Wei Si, Verner Carl Johnson, Saheed Adeyinka Oke, Shuting Wang, Xinlin Lv, Mou Leong Tan, Fei Zhang
Δημοσιεύθηκε: Journal of Environmental Management 373 (2025) 123815
Σύνδεσμος πρωτότυπου κειμένου: [1]
Λέξεις-Κλειδιά: Τηλεπισκόπηση, Πλαστικά, Υδάτινοι πόροι, Ρύπανση Υδάτινων Πόρων
1. Εισαγωγή
Η ευρεία χρήση του πλαστικού, σε συνδυασμό με τη μεγάλη ανθεκτικότητά του στη φυσική αποδόμηση, έχει οδηγήσει στη συσσώρευση μακροπλαστικών, μικροπλαστικών και νανοπλαστικών σε ωκεανούς, θάλασσες, λίμνες και ποτάμια.
Οι επιπτώσεις αφορούν τόσο τα υδάτινα οικοσυστήματα όσο και την ανθρώπινη υγεία, καθώς τα πλαστικά εισέρχονται στην τροφική αλυσίδα και μεταφέρονται σε μεγάλες αποστάσεις μέσω υδρολογικών και ατμοσφαιρικών διεργασιών. Παραδοσιακά, η παρακολούθηση της πλαστικής ρύπανσης βασιζόταν σε επιτόπια δειγματοληψία και εργαστηριακές αναλύσεις (π.χ. FTIR), οι οποίες παρέχουν υψηλή ακρίβεια αλλά περιορισμένη χωρική κάλυψη.
Η εμφάνιση της τηλεπισκόπησης προσέφερε νέες δυνατότητες, επιτρέποντας συγχρονισμένες παρατηρήσεις μεγάλης κλίμακας με χαμηλότερο κόστος και αυξημένη συχνότητα. Η παρούσα μελέτη συνοψίζει την εξέλιξη της εφαρμογής της τηλεπισκόπησης στην παρακολούθηση της ρύπανσης πλαστικών σε θαλάσσια και εσωτερικά ύδατα (Marine and Inland Water Plastics Remote Sensing – MIWPRS).
Σκοπός της παρούσας ανάλυσης είναι η παρουσίαση της μεθοδολογικής προσέγγισης και των βασικών αποτελεσμάτων της σύγχρονης έρευνας στον τομέα αυτό.
2. Μεθοδολογία
Η ερευνητική προσέγγιση βασίζεται σε βιβλιομετρική και τεχνολογική ανάλυση της επιστημονικής παραγωγής της τελευταίας δεκαετίας. Τα δεδομένα αντλήθηκαν από τη βάση Web of Science για την περίοδο 2014–2023, με θεματική αναζήτηση που συνδύαζε όρους σχετικούς με πλαστικά, υδάτινα περιβάλλοντα και τηλεπισκόπηση. Συνολικά αναλύθηκαν 415–429 δημοσιεύσεις, αποτυπώνοντας τη ραγδαία αύξηση του ενδιαφέροντος μετά το 2018.
Για τη βιβλιομετρική χαρτογράφηση χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό CiteSpace, το οποίο επιτρέπει την ανάλυση συν-εμφάνισης λέξεων-κλειδιών (keywords), δικτύων συνεργασίας χωρών και χρονικής εξέλιξης θεματικών πεδίων. Μέσω ανάλυσης συστάδων (cluster analysis) και χρονογραμμών (timeline analysis), εντοπίστηκαν οι βασικές ερευνητικές κατευθύνσεις, όπως τα μικροπλαστικά, η θαλάσσια ρύπανση και οι τεχνικές μηχανικής μάθησης (machine learning).
Όσον αφορά τις τεχνικές ανίχνευσης, αξιοποιούνται πολυφασματικά και υπερφασματικά δεδομένα από δορυφόρους όπως οι Landsat 8 και Sentinel-2, καθώς και δεδομένα από μη επανδρωμένα αεροσκάφη (UAVs) και επίγειους αισθητήρες. Οι μέθοδοι επεξεργασίας περιλαμβάνουν φασματικούς δείκτες (π.χ. Plastic Index), παλινδρομικά μοντέλα, καθώς και αλγορίθμους/μέθοδοι μηχανικής μάθησης όπως είναι οι Random Forest, Support Vector Machines και Συνελικτικά Νευρωνικά Δίκτυα (CNN).
Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη συγχώνευση πολυπηγών δεδομένων (space–air–ground integration), η οποία ενισχύει την ακρίβεια ανίχνευσης και επιτρέπει τη μοντελοποίηση της χωρικής και χρονικής μετακίνησης των πλαστικών. Παράλληλα, αναπτύσσονται υδροδυναμικά μοντέλα για την προσομοίωση της μεταφοράς πλαστικών μέσω ρευμάτων και ποτάμιων ροών.
3. Αποτελέσματα
Η ανάλυση δείχνει ότι από το 2014 και έπειτα παρατηρείται εκθετική αύξηση των δημοσιεύσεων στον τομέα της τηλεπισκόπησης πλαστικών σε θαλάσσια και εσωτερικά ύδατα (MIWPRS), με κυρίαρχες χώρες την Κίνα και τις Ηνωμένες Πολιτείες. Οι βασικοί θεματικοί άξονες περιλαμβάνουν τα μικροπλαστικά, τη θαλάσσια περιβαλλοντική υγεία και τη ρύπανση, επιβεβαιώνοντας ότι το πεδίο συνδέεται άμεσα με ζητήματα οικολογικής βιωσιμότητας.
Τα αποτελέσματα καταδεικνύουν ότι η τηλεπισκόπηση μπορεί να εντοπίσει επιφανειακές συγκεντρώσεις μακροπλαστικών με υψηλή ακρίβεια, ιδιαίτερα όταν συνδυάζεται με τεχνικές μηχανικής μάθησης. Η χρήση φασματικών χαρακτηριστικών επιτρέπει τη διάκριση πλαστικών από άλλα επιπλέοντα υλικά, όπως φύκια ή αφρό. Ωστόσο, η ανίχνευση μικροπλαστικών και νανοπλαστικών παραμένει πρόκληση λόγω περιορισμών χωρικής ανάλυσης και παρεμβολών από τη θολότητα του νερού.
Επιπλέον, τα δεδομένα δείχνουν μετάβαση από απλές φασματικές προσεγγίσεις σε σύνθετα μοντέλα τεχνητής νοημοσύνης μετά το 2020. Η ενσωμάτωση αλγορίθμων τεχνητής νοημοσύνης βελτιώνει την ακρίβεια ταξινόμησης και επιτρέπει την επεξεργασία μεγάλων όγκων δεδομένων σε σχεδόν πραγματικό χρόνο. Παράλληλα, η ανάπτυξη βάσεων δεδομένων και διεθνών πλατφορμών ενισχύει τη διαφάνεια και τη συγκρισιμότητα αποτελεσμάτων.
Συνολικά, η έρευνα αναδεικνύει ότι η τηλεπισκόπηση αποτελεί ένα ισχυρό εργαλείο για την παρακολούθηση της πλαστικής ρύπανσης σε μεγάλη κλίμακα, αλλά απαιτείται περαιτέρω τεχνολογική βελτίωση για την ακριβή ανίχνευση μικρότερων σωματιδίων και την ολοκληρωμένη εκτίμηση οικολογικού κινδύνου. Ο συνδυασμός δορυφορικών δεδομένων, επιτόπιων μετρήσεων και προηγμένων μοντέλων ανάλυσης διαμορφώνει το μέλλον της περιβαλλοντικής διαχείρισης υδάτινων πόρων.
