Αξιολόγηση των εφαρμογών και του θεματικού πληροφοριακού περιεχομένου των δεδομένων των αυτόνομων αεροπλατφόρμων της υπηρεσίας γεωλογίας & χαρτογραφήσεων των ΗΠΑ

Abstract

Οι αεροπλατφόρμες Unmanned Aircraft Systems (UAS) ή Μη Επανδρωμένα Συστήματα – Αεροπλατφόρμες, αποτελούν ένα σχετικά νέο μέσο συλλογής δεδομένων σε περιορισμένης έκτασης γεωγραφικές περιοχές, που μας δίνουν αυτονομία στο προσδιορισμό του χρόνου λήψης των δεδομένων. Είναι πτητικά μέσα παντός καιρού (αφού πετούν σε μικρά υψόμετρα πολύ κάτω από τη νεφοκάλυψη) και παρέχουν ψηφιακά δεδομένα υπερυψηλής ανάλυσης. Μας επιτρέπουν να μελετήσουμε την εν δυνάμει εξέλιξη φυσικών διεργασιών, φυσικών καταστροφών και ανθρωπίνων δραστηριοτήτων. Σε αυτή τη μεταπτυχιακή διατριβή θα αναφερθούμε στις αεροπλατφόρμες UAS που χρησιμοποιεί η USGS (U.S. Geological Survey / Ινστιτούτο Γεωλογικών Ερευνών των Η.Π.Α.), στα καταγραφικά τους συστήματα, στα δεδομένα και στους τύπους των δεδομένων που παράγονται (υψομετρικά δεδομένα και φωτογραφίες) και σε ενδεικτικά project (research missions) που έχουν υλοποιηθεί από την αρμόδια διεύθυνση UAS της USGS.

Κύριος στόχος είναι να θεωρήσουμε τις βασικές παραμέτρους που χαρακτηρίζουν εικόνες, ψηφιακά και υψομετρικά μοντέλα υψηλής ανάλυσης, παράμετροι οι οποίες είναι η χωρική, η ραδιομετρική και η φασματική διακριτική ικανότητα. Επίσης να προσδιορίσουμε χρησιμοποιώντας κατά περίπτωση ήδη πεπειραμένες, αλλά και σύγχρονες (μη επιβλεπόμενη ταξινόμηση, εντοπισμός ασυνεχειών, εξαγωγή υδρολογικών αντικειμένων κ.α.) τεχνικές επεξεργασίας εικόνας, το θεματικό πληροφοριακό περιεχόμενο - τη θεματική διακριτική ικανότητα των εικόνων. Δηλαδή να προσδιορίσουμε δυνητικές εφαρμογές των εικόνων UAS σε μεγάλης κλίμακας εργασίες. Η αξιολόγηση και ο προσδιορισμός των δυνητικών εφαρμογών αυτών των δεδομένων είναι καίριας σημασίας σε σχέση με την κλιματική αλλαγή και τις συνεπαγόμενες φυσικές καταστροφές από ακραία καιρικά φαινόμενα, που αναγκάζουν τις αρμόδιες κρατικές αρχές να επανακαθορίζουν τις χρήσεις και τις καλύψεις γης προκειμένου να είναι λιγότερο επιδεκτικές στους κινδύνους που προκύπτουν.

Η μελέτη των φωτομωσαϊκών UAS και των αντίστοιχων υπερυψηλής ανάλυσης ψηφιακών υψομετρικών μοντέλων εδάφους, κατέδειξε ότι είναι δυνατή η αναγνώριση των δένδρων (ποώδης βλάστηση, χαρακτηρισμός φυλλοβόλων δένδρων), και των υπο-αντικειμένων τους (κλάδοι), των υποσυνόλων οικιστικών οντοτήτων (φράκτες, χώροι εκτροφής ζώων, ρυάκια και αγωγοί τροφοδοσίας με νερό, υδατοδεξαμενές), φυσικών διεργασιών όπως ζώνες απόθεσης - διάβρωσης ποταμών, την εκτίμηση του βάθους υδάτινων επιφανειών και του χαρακτηρισμού των ζωνών κροκαλοπαγών αποθέσεων. Εντοπίσθηκαν γραμμικά συστήματα που αντιστοιχούν σε χαρακτηριστικές γεωλογικές δομές, απόθεσης ιζηματογενών (στρώση) ή μεταμορφωμένων πετρωμάτων (σχιστόλιθοι). Αναγνωρίσθηκαν άνθρωποι χειριστές των UAS, ο τεχνικός εξοπλισμός ελέγχου και προγραμματισμού πτήσης, οχήματα και οι αλφαβητικοί και αριθμητικοί χαρακτήρες στην οροφή τους, γεωργικά και σκαπτικά μηχανήματα όπως και τα επιμέρους μηχανικά τους μέρη καθώς και ίχνη οχημάτων σε φυσικό έδαφος (εκτός επαρχιακού οδικού δικτύου). Τα κύρια φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά που χρησιμοποιήθηκαν αφορούν το μέγεθος, το σχήμα, τις σκιάσεις, το φωτογραφικό τόνο, το πρότυπο και τη διάταξη των αντικειμένων. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός πως το φωτοερμηνευτικό χαρακτηριστικό της συσχέτισης, επέτρεψε τον εντοπισμό πουλερικών σε αγροικία - φάρμα.

Η φασματική δειγματοληψία των εικόνων αντιστοιχεί σε έγχρωμα σύνθετα φυσικού χρώματος, χωρικής διακριτικής ικανότητας μόλις λίγων εκατοστών, τόσο για τα φωτομωσαικά όσο και για τα ψηφιακά υψομετρικά μοντέλα. Τα παραπάνω σε συνδυασμό με το θεματικό πληροφοριακό περιεχόμενο όπως προέκυψε από την φωτοερμηνεία, μας οδηγούν στο συμπέρασμα ότι η Θεματική Διακριτική Ικανότητα (Θ) στα υπό μελέτη φωτομωσαικά αντιστοιχεί στην τάξη 9. Τα παραδείγματα που εξετάζονται από την άποψη χρήσης των αεροπλατφόρμων στον τομέα διαχείρισης του φυσικού περιβάλλοντος, μας οδηγούν στο συμπέρασμα ότι αν χρησιμοποιηθούν θερμικοί υπέρυθροι αισθητήρες επί των αεροπλατφόρμων UAS, τότε η νυκτερινή λήψη 2-3 ώρες πριν την ανατολή του ήλιου, σε συνδυασμό με τα υπόβαθρα της ημερήσιας λήψης, θα δύναται να αποδοθούν ακόμη και το σύνολο της άγριας πανίδας στην περιοχή της κάθε μελέτης όπως και τα ενδιαιτήματα της. Εν κατακλείδι, προτείνεται η περαιτέρω διεύρυνση του πεδίου αξιοποίησης του συνδυασμού των τηλεπισκοπικών εργαλείων, UAS - θερμικοί υπέρυθροι αισθητήρες, αφού μέσω και των παραδειγμάτων που παρατίθενται αποδεικνύεται έμπρακτα η μεγάλη χρησιμότητα των παραγόμενων αποτελεσμάτων ανά περίπτωση.