ΥΠΕΡΦΑΣΜΑΤΙΚΟΙ ΕΚΤΕΣ ΚΑΙ ΝΕΡΟ: ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΙΡΙΣ HYPERSPECTRAL SENSORS AND WATER: PROJECT IRIS

Transcript

1 ΥΠΕΡΦΑΣΜΑΤΙΚΟΙ ΕΚΤΕΣ ΚΑΙ ΝΕΡΟ: ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΙΡΙΣ Καραθανάση Β. 1, Ρόκος. 1, Αργιαλάς. 1, Αναστασιάδης 2 Μ., Τσακίρη Μ. 3, Κουµαντάκης Ι. 4, Κατέβας Ν. 5 Καραγεώργης Α. 6 Εργ. Τηλεπισκόπησης ΕΜΠ 1, ΑΝΚΟ Α.Ε. 2, Εργ. Γεωδαισίας ΕΜΠ 3, Εργ. Τεχνικής Γεωλογίας & Υδρογεωλογίας ΕΜΠ 4, Tµ. Αυτοµατισµού ΤΕΙ Χαλκίδας 5, EΛ.ΚΕ.Θ.Ε. 6 KEYWORDS: νερό, υπερφασµατικοί δέκτες, PID controller, ροµποτική διάταξη, διαφορικός εντοπισµός θέσης, portal ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στo πλαίσιο της ενσωµάτωσης της περιβαλλοντικής έρευνας στις πολιτικές αποφάσεις ανάπτυξης στην Ελλάδα, έχει εγκριθεί από τη Γ.Γ.Ε.Τ. το ερευνητικό έργο «ΙΡΙΣ. Ανάπτυξη ενός αεροµεταφερόµενου συστήµατος τηλεπισκοπικών υπερφασµατικών δεκτών (ΑΥ ) για την εύρεση υποθαλάσσιων και παράκτιων πηγών γλυκού νερού». Στην εργασία αυτή τεκµηριώνεται η επιλογή των ΑΥ ως εργαλείου ανεύρεσης υποθαλάσσιων πηγών γλυκού νερού και περιγράφεται ο σχεδιασµός και οι απαραίτητες διατάξεις του συστήµατος ΙΡΙΣ. HYPERSPECTRAL SENSORS AND WATER: PROJECT IRIS Karathanassi V. 1, Rokos D. 1, Argialas D. 1, Anastasiadis M. 2, Tsakiri Μ. 3, Κoumantakis J. 4, Katevas Ν. 5 Karageorgis Α. 6 Lab. of Remote Sensing NTUA 1, ΑΝΚΟ S.A. 2, Lab. of Geodosy NTUA 3, Lab. of Geology and Hydrogeology NTUA 4, Automation Dept. T.E.I. 5, Hell. Center of Marine Res. 6 KEYWORDS: water, hyperspectral sensors, PID controller, differential positioning, portal ABSTRACT In the framework of the program National Environment and sustainable development, the General Secretariat of Research and Technology has funded the project: IRIS. Development of an airborne remote sensing hyperspectral system for the detection of submarine and coastal springs. This paper investigates the potential of using hyperspectral sensors for submarine spring detection and provides a brief description of the functional specifications and design of the IRIS platform. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

2 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η έλλειψη νερού σε πολλές περιοχές του πλανήτη µας οδήγησε στη συστηµατική έρευνα για ανίχνευση υπογείων νερών. Καρστικοί υδροφόροι ορίζοντες εκφορτίζονται µέσω υποθαλάσσιων και παράκτιων πηγών στη θάλασσα. Στη χώρα µας εκτιµάται ότι πολλές καρστικές πηγές εκβάλλουν στη θάλασσα [1]. Η ανίχνευσή τους είναι σηµαντική, ιδιαίτερα εάν αυτές βρίσκονται σε νησιά όπου το πρόβληµα λειψυδρίας είναι σοβαρό και η τουριστική ανάπτυξή τους εξαρτάται ιδιαίτερα από τις διαθέσιµες ποσότητες πόσιµου νερού. Η συνεχώς αυξανόµενη ζήτηση γλυκού νερού για κατανάλωση και για δραστηριότητες, οδήγησαν τη διεθνή επιστηµονική κοινότητα στην ανάπτυξη νέων µεθόδων και στη χρήση νέων τεχνολογιών, µεθόδων και τεχνικών όπως αυτές της ανάλυσης και επεξεργασίας δορυφορικών τηλεπισκοπικών απεικονίσεων για την ανίχνευση υπόγειων και παράκτιων πηγών νερού [2]. H δυνατότητα παρατήρησης και παρακολούθησης µεγάλων επιφανειών του πλανήτη µας είναι το βασικό πλεονέκτηµα των µεθόδων αυτών. Οι περιορισµένες όµως δυνατότητες ραδιοµετρικής και γεωµετρικής ανάλυσης των δορυφορικών πολυφασµατικών δεκτών περιόρισαν τη χρήση των απεικονίσεων αυτών στην ανίχνευση των υποθαλάσσιων και παράκτιων πηγών [3]. Οι παραπάνω περιορισµοί ξεπεράστηκαν µε τη χρήση αεροµεταφερόµενων υπερφασµατικών δεκτών οι οποίοι την τελευταία δεκαετία έδειξαν έντονη ανάπτυξη. H έρευνα σχετική µε τη χρήση υπερφασµατικών δεδοµένων επίσης σηµείωσε µεγάλη ανάπτυξη την τελευταία δεκαετία. Το πλήθος των σχετικών εφαρµογών οδήγησε στο σχεδιασµό και ανάπτυξη διαφορετικών αεροµεταφερόµενων υπερφασµατικών συστηµάτων. έκτες που λειτουργούν στην περιοχή µm του φάσµατος της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας (ΗΑ) σχεδιάστηκαν για έρευνα στο νερό, όπως π.χ. η ανίχνευση λεπτών φασµατικών δοµών στα παράκτια νερά και έχουν δυνατότητες έρευνας και στη χλωροφύλλη της βλάστησης και στην ανίχνευση των µετάλλων. Υπερφασµατικοί δέκτες στην περιοχή του θερµικού υπέρυθρου (8-12µm) χρησιµοποιούνται για την εύρεση της θερµοκρασίας και της ίδιας εκποµπής ακτινοβολίας των σωµάτων. Βασιζόµενοι στη διεθνή εµπειρία, η ερευνητική οµάδα η οποία συστάθηκε από ερευνητές: της εταιρείας Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών ΑΝΚΟ Α.Ε., του Εργαστηρίου Τηλεπισκόπησης της Σχολής Αγρονόµων - Τοπογράφων Μηχ/κών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, του Εργαστηρίου Τεχνικής Γεωλογίας & Υδρογεωλογίας της Σχολής Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

3 Μεταλλειολόγων Μηχ/κών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, του Ελληνικού Κέντρου Θαλάσσιων Ερευνών, της εταιρείας συστηµάτων και εφαρµογών Πληροφορικής SPIRIT Α.Ε., της Αναπτυξιακής Κυθήρων Α.Ε. και της ηµοτικής Επιχείρηση Ύδρευσης και Αποχέτευσης Σκοπέλου, πρότεινε και εγκρίθηκε στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράµµατος «Ανταγωνιστικότητα», την ανάπτυξη ενός αεροµεταφερόµενου συστήµατος τηλεπισκοπικών υπερφασµατικών δεκτών για την εύρεση υποθαλάσσιων και παράκτιων πηγών γλυκού νερού. Πρόγραµµα «ΙΡΙΣ» [4]. Σκοπός του προγράµµατος ΙΡΙΣ είναι η ανάπτυξη ενός επιχειρησιακού συστήµατος για την ανίχνευση υποθαλάσσιων και παράκτιων πηγών νερού, βασισµένου σε υπερφασµατικά δεδοµένα. Το έργο συνδυάζοντας βασική και βιοµηχανική έρευνα αποσκοπεί στην: 1) Ανάπτυξη ενός επιχειρησιακού αεροµεταφερόµενου υπερφασµατικού συστήµατος που θα λειτουργεί στο ορατό, εγγύς (VIS/NIR) και θερµικό (TIR) υπέρυθρο τµήµα του φάσµατος της ΗΑ. 2) Ανίχνευση υποθαλάσσιων και υπόγειων νερών µε ανάλυση και επεξεργασία υπερφασµατικών δεδοµένων σε περιοχές ενδεικνυόµενες από σχετικές υδρογεωλογικές µελέτες. Στις πιλοτικές εφαρµογές θα υπάρχει σύγχρονη υποστήριξη των τηλεπισκοπικών µεθόδων µε επιτόπιες µετρήσεις της σύστασης του θαλάσσιου νερού. Στην εργασία αυτή τεκµηριώνεται η επιλογή των αεροµεταφερόµενων υπερφασµατικών δεκτών ως βασικού εργαλείου διερεύνησης και ανεύρεσης υποθαλάσσιων πηγών γλυκού νερού και περιγράφεται ο σχεδιασµός και οι απαραίτητες διατάξεις του υπερφασµατικού συστήµατος ΙΡΙΣ. 2. ΥΠΕΡΦΑΣΜΑΤΙΚΟΙ ΕΚΤΕΣ ΚΑΙ ΝΕΡΟ Βασική υπόθεση χρήσης των υπερφασµατικών δεδοµένων για την ανίχνευση υποθαλάσσιων και παράκτιων πηγών είναι ότι τα δεδοµένα αυτά ύστερα από κατάλληλη επεξεργασία µπορούν να συµβάλλουν στην ανίχνευση µεταβολών των παραµέτρων της [4]: θερµοκρασίας του νερού (TIR απεικονίσεις), σύστασης του νερού π.χ. σε αλατότητα, συγκέντρωση αιωρούµενων σωµατιδίων, χλωριόντων κλπ. (VIS/NIR απεικονίσεις), κάλυψης του βυθού και ιδιαίτερα της υδροφόρας βλάστησης (VIS/NIR απεικονίσεις). Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

4 Στη διεθνή βιβλιογραφία υπάρχει ευρύ αντικείµενο διερεύνησης της καταλληλότητας των υπερφασµατικών δεδοµένων για µετρήσεις µεταβολής της θερµοκρασίας του νερού των ποταµών, των ωκεανογραφικών παραµέτρων όπως των αιωρηµάτων, της χλωροφύλλης α και των διαλυµένων οργανικών ουσιών, της ανακλαστικότητας του νερού, της εποχιακής µεταβολής της ποιότητας του νερού, της οπτικής συµπεριφοράς του νερού και τέλος για τον εντοπισµό εσωτερικών παλιρροϊκών κυµατισµών. Επιπλέον υπάρχει σηµαντική έρευνα σχετική µε τη βαθµονόµηση των υπερφασµατικών δεκτών σε περιβάλλον λειτουργίας και την επεξεργασία των υπερφασµατικών δεδοµένων µέσω ατµοσφαιρικών µοντέλων διόρθωσης και στατιστικής τους ανάλυσης. Η ταξινόµηση των θεµάτων έρευνας σχετικής µε τη χρήση των υπερφασµατικών δεδοµένων, ορίζει τρεις βασικές ενότητες έρευνας: 2.1 απογραφή της ποιότητας και της σύστασης του νερού, 2.2 µέτρηση της θερµοκρασίας του νερού, και 2.3 καταγραφή των εσωτερικών κυµατισµών. Μεταξύ αυτών οι δύο πρώτες αφορούν άµεσα στην προτεινόµενη έρευνα. 2.1 Απογραφή της ποιότητας και της σύστασης του νερού Οι Wernand, M. R., S. J. Shimwell, et al. [5], σε έρευνά τους χρησιµοποίησαν δεδοµένα από προγράµµατα µε αεροµεταφερόµενους υπερφασµατικούς δέκτες, τα οποία συνέπιπταν µε σηµεία δειγµατοληψίας σε τέσσερις διαφορετικές παράκτιες περιοχές, για να εξετάσουν την ισχύ και την ευρωστία των ηµι-εµπειρικών αλγορίθµων χρώµατος παράκτιων υδάτων. Μια βασική παρατήρηση της συγκεκριµένης µελέτης είναι ότι εάν οι θαλάσσιες µετρήσεις δεν έχουν διεξαχθεί ταυτόχρονα µε τη λήψη των τηλεπισκοπικών µετρήσεων, η αξία τους είναι µικρή καθώς οι παράκτιες ζώνες είναι εξαιρετικά δυναµικές και οι µεταβολές της σύνθεσης των υδάτων είναι συχνά ταχύτατες. Οι Jorgensen, P. V. and K. Edelvang, [6] εκτίµησαν το συνολικό εναιώρηµα µε χρήση δεδοµένων του αεροµεταφερόµενου υπερφασµατικού τηλεπισκοπικού δέκτη CASI. Οι Mustard, J. F., M. L. Staid, et al., [7] ανέπτυξαν ποσοτικές µεθόδους για την εξαγωγή της ισοτοπικής αφθονίας καθώς και της συµβολής των συστατικών αυτών στις καταγεγραµµένες τιµές ανακλαστικότητας του υπερφασµατικού τηλεπισκοπικού δέκτη AVIRIS. Στην έρευνα των Ostlund, C., P. Flink, et al., [8] γίνεται προσπάθεια συσχέτισης των ποιοτικών παραµέτρων του νερού της λίµνης Erken στη Σουηδία µε τις τιµές ανακλαστικότητας τηλεπισκοπικών απεικονίσεων του υπερφασµατικού δέκτη CASI καθώς και του δορυφορικού τηλεπισκοπικού δέκτη Landsat TΜ. Στην έρευνα αναδεικνύεται η δυνατότητα Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

5 χαρτογράφησης της χλωροφύλλης και των εναιωρηµάτων µε χρήση απεικονίσεων του δέκτη CASI σε συγκεκριµένα µήκη κύµατος της ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας. Στόχος της έρευνας των Ammenberg, P., P. Flink, et al., [9] ήταν η αξιολόγηση ενός αναλυτικού µοντέλου το οποίο θα περιγράφει την οπτική συµπεριφορά του νερού. Χρησιµοποιήθηκε ο δέκτης CASI και ένα µοντέλο οπτικής συµπεριφοράς του νερού το οποίο µέσω εµπειρικών σχέσεων συνδέει τη συγκέντρωση της χλωροφύλλης, των εναιωρηµάτων και της διαλυµένης οργανικής ουσίας µε την ανάκλαση και την απορρόφηση της προσπίπτουσας ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας. Η µεθοδολογία είναι εξαιρετικά δυναµική και έχει το σηµαντικό πλεονέκτηµα ότι δεν εξαρτάται από τον τηλεπισκοπικό δέκτη. Στην έρευνα των Flink, P., T. Lindell, et al., [10] έγινε ανάλυση των στατιστικών ιδιοτήτων των απεικονίσεων του υπερφασµατικού δέκτη CASI µε στόχο τη σύνταξη χάρτη συγκέντρωσης χλωροφύλλης. Ο υπολογισµός της συγκέντρωσης χλωροφύλλης από λόγο καναλιών αποδείχθηκε απολύτως ικανοποιητικός. Ο στόχος της έρευνας των Galvao, L.S., W. Pereira, et al., [11] ήταν να κατανοηθεί η φασµατική συµπεριφορά των λιµνών Pantanal και των σχετικών παραλλαγών των φυσικοχηµικών παραµέτρων τους. Τα υπερφασµατικά τηλεπισκοπικά δεδοµένα του δέκτη AVIRIS που χρησιµοποιήθηκαν αποδείχθηκαν εξαιρετικής σηµασίας στην επιλογή δεδοµένων πεδίου στις λίµνες αυτές, επειδή επέτρεψαν έναν καλύτερο εντοπισµό των µεταβολών ανακλαστικότητας και των σχετικών παραµέτρων των καναλιών απορρόφησης ως συνέπεια της µεταβολής των συστατικών του νερού. 2.2 Μέτρηση της θερµοκρασίας του νερού Στόχος της έρευνας των Roquebrune-Cap-Martin, Gilli, E., [12] ήταν η ανίχνευση υποθαλάσσιων πηγών µε µετρήσεις αλατότητας και θερµοκρασίας νερού. Η συσχέτιση των βροχοπτώσεων µε την εκτόνωση των πηγών επιτεύχθηκε µε συνεχείς µετρήσεις επί µακρό χρονικό διάστηµα. ύο είναι τα βασικά συµπεράσµατα της έρευνας η οποία πραγµατοποιήθηκε: α) όποτε υπάρχει εκτόνωση µίας πηγής η αλατότητα και η θερµοκρασία µειώνονται και β) στη συγκεκριµένη περιοχή µελέτης η εκτόνωση των πηγών λαµβάνει χώρα 8-9 ηµέρες µετά τη βροχόπτωση. Στόχος της έρευνας των Torgersen, C. E., R. N. Faux, et al., [13] ήταν η εκτίµηση των χωρικών προτύπων της θερµοκρασίας των ποταµών σε κλίµακα κατάλληλη για τον έλεγχο της ποιότητας του νερού και τη διαχείριση της αλιείας. Χρησιµοποιήθηκε ένας θερµικός τηλεπισκοπικός δέκτης Thermovision 1000 Forward Looking Infrared ο οποίος καταγράφει στην περιοχή 8-12nm µε ακρίβεια µέτρησης 0.2 C. Πραγµατοποιήθηκε Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

6 επίσης παράλληλη λήψη µε µία ψηφιακή Video camera Sony VX-1000 ( nm). Οι λήψεις έγιναν µε ελικόπτερο ενώ παράλληλα µε την πτήση έγιναν και επίγειες µετρήσεις της θερµοκρασίας µε ψηφιακά θερµόµετρα ακρίβειας 0.2 C. Αποδείχθηκε δε ότι οι θερµικές τηλεπισκοπικές απεικονίσεις αποτελούν ένα αποτελεσµατικό µέσο για τη χαρτογράφηση χωρικά συνεχών θερµικών προτύπων στα ποτάµια. 3. ΑΡΧΙΤΕΚΤΟΝΙΚΗ ΤΟΥ ΥΠΕΡΦΑΣΜΑΤΙΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΙΡΙΣ Ένα αεροµεταφερόµενο υπερφασµατικό σύστηµα περιλαµβάνει υπερφασµατικούς δέκτες, αδρανειακό σύστηµα και σύστηµα πλοήγησης (GPS/INS), υπολογιστή και λογισµικό ελέγχου πτήσεων. Το σύνολο των παραπάνω µονάδων τοποθετούνται σε µικρό αεροσκάφος για την παραγωγή αεροµεταφερόµενων υπερφασµατικών δεδοµένων [4]. Η σύγχρονη λήψη φασµατικών δεδοµένων και δεδοµένων GPS (Global Positioning System) / INS (Inertial Navigation System) επιτρέπει τη διόρθωση των παραγοµένων υπερφασµατικών απεικονίσεων από κραδασµούς του αεροπλάνου, και τη γεωδαιτική αναφορά ή γεωαναφορά των απεικονίσεων. Για τον ακριβέστερο προσδιορισµό της θέσης του δέκτη απαιτείται η χρήση διαφορικής διάταξης GPS/ΙΝS. Στην περίπτωση που αυτό είναι µονής διάταξης τότε υπάρχει δυνατότητα βελτίωσης των µετρήσεών του µε προσθήκη διαφορικής διάταξης. Σπανίως, λόγω απότοµων διορθώσεων του πιλότου ή σηµαντικών αναταράξεων του αεροσκάφους εξαιτίας τυρβωδών φαινοµένων, η κλίση του αεροσκάφους βγαίνει εκτός του εύρους που µπορεί να µετρήσει το αδρανειακό σύστηµα. Το γεγονός αυτό, όποτε συµβαίνει, δηµιουργεί µεγάλα λάθη στην γεωαναφορά της εικόνας. Εάν στη βάση του υπερφασµατικού δέκτη τοποθετηθεί σύστηµα κλειστού βρόγχου ροµποτικής διάταξης, ο προσανατολισµός της κάµερας θα αποκλίνει πολύ λίγο από την κατακόρυφο και έτσι αυτό το πρόβληµα θα απαλειφθεί. Επιπροσθέτως, το έντονο τράνταγµα του δέκτη λόγω ταλαντώσεων του αεροπλάνου δηµιουργεί πιο θολές εικόνες. Με το σύστηµα κλειστού βρόγχου της ροµποτικής διάταξης θα κρατιέται πιο σταθερά ο δέκτης ως προς την κατακόρυφο, αυξάνοντας δραστικά την ποιότητα της εικόνας. Η ασύρµατη µεταφορά δεδοµένων, η δυνατότητα ταχείας αποθήκευσης µεγάλου όγκου δεδοµένων και η προ-επεξεργασία, εάν ενσωµατωθούν σε σύστηµα υπερφασµατικού δέκτη, το σύστηµα µπορεί να χρησιµοποιηθεί και για εφαρµογές σε πραγµατικούς χρόνους. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

7 Ο σχεδιασµός εποµένως του υπερφασµατικού συστήµατος ΙΡΙΣ περιλαµβάνει τις εξής διατάξεις και σταθµούς: 3.1 ιάταξη τηλεπισκοπικών δεκτών, 3.2 ιάταξη συστήµατος GPS/INS, 3.3 Ροµποτική διάταξη 3.4 ιάταξη ασύρµατης µεταφοράς στη γη των υπερφασµατικών δεδοµένων 3.5 Σταθµό επεξεργασίας υπερφασµατικών δεδοµένων 3.6 Σταθµό διάθεσης των αποτελεσµάτων του συστήµατος IRIS Οι µονάδες των διατάξεων θα συνδεθούν κατάλληλα µεταξύ τους (system integration) και θα τοποθετηθούν σε αεροσκάφος τύπου PIPER PA- 31P NAVAJO. 3.1 ιάταξη των τηλεπισκοπικών δεκτών Αυτή περιλαµβάνει τον υπερφασµατικό ηλεκτροοπτικό δέκτη (SHU) CASI II ο οποίος λειτουργεί στο ορατό και εγγύς υπέρυθρο τµήµα της ΗΑ (VIS/NIR: µm, 244 κανάλια), και το θερµικό δέκτη ΤΑΒΙ (TIR 8-12µm). Οι δύο δέκτες εγκαθίστανται εναλλακτικά στο αεροπλάνο και συνδέονται µε τις υπόλοιπες συσκευές αυτής της διάταξης οι οποίες είναι: 1) µονάδα ελέγχου (ICU), 2) µονάδα παροχής 3) µονάδα απεικόνισης (οθόνη flat panel). 3.2 ιάταξη συστήµατος GPS/INS Το σύστηµα GPS/INS είναι το C-MIGITS III και αποτελείται από ένα αδρανειακό αισθητήρα (solid-state Digital Quartz Inertial Measurement Unit, DQI) της BEI Systron Donner Inertial Division (BEI-SDID) και τον GPS δέκτη Jupiter LP µε 12 κανάλια και δυνατότητα µετρήσεων C/A (Coarse/Acquisition) κώδικα. Το διάνυσµα κατάστασης του φίλτρου Κάλµαν που χρησιµοποιείται για τον υπολογισµό της βέλτιστης λύσης ναυσιπλοΐας αποτελείται από 28 παραµέτρους που αφορούν στη θέση, ταχύτητα, σφάλµατα, κ.α. του C-MIGITS III. Το σύστηµα C-MIGITS III µπορεί να λειτουργήσει και µε χρήση εξωτερικών δεκτών GPS εφαρµόζοντας διαφορικό εντοπισµό θέσης. Οι κατασκευαστές του συστήµατος δίνουν τις ακρίβειες του Πίνακα 1 τόσο για αυτόνοµη όσο και για χρήση µε διαφορικό εντοπισµό. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

8 Παράµετρος C/A ιάταξη ιαφορική ιάταξη Θέση (SEP) 3.9m 3.0m Ταχύτητα (1σ, οριζοντ./υψοµετρ) 0.5/0.5 m/s 0.1/0.1 m/s Κατάσταση αεροσκάφους (Attitude, 1σ pitch & roll) 1.0 mrad 1.0 mrad Χρόνος (1 σ) 1 µs 1 µs Προσανατολισµός (1σ) 1.5 mrad 1.0 mrad ΠΙΝΑΚΑΣ 1. Ακρίβειες του C-MIGITS III κατά τον κατασκευαστή Για το σύστηµα ΙΡΙΣ επιλέγεται η διάταξη χρήσης του C-MIGITS III µε διαφορικό εντοπισµό. Οι προδιαγραφές της επιλεγµένης διάταξης παρατίθενται στον πίνακα 2 [14]. Επιπλέον Hardware Ζεύγος GPS δεκτών, εγκατεστηµένων στο αεροπλάνο και σε σταθµό αναφοράς αντίστοιχα Επιπλέον Software GPS post-processing software Τύπος επίλυσης Post-processing θέσης Τύπος επίλυσης Real-time ΠΙΝΑΚΑΣ 2. Απαιτήσεις της διάταξης σύνδεσης για το σύστηµα C-MIGITS III 3.3 Ροµποτική διάταξη Βασική λειτουργία της ροµποτικής διάταξης (σχήµα 1) είναι να κρατάει σταθερό τον προσανατολισµό της κάµερας (κλίση, περιστροφή) ώστε ο άξονας του οπτικού πεδίου της να είναι πάντοτε κατακόρυφος. Για το λόγο αυτό η ροµποτική διάταξη θα έχει δύο βαθµούς ελευθερίας. Σχήµα 1. Η ροµποτική διάταξη Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

9 Ο άξονας της περιστροφικής άρθρωσης του πρώτου βαθµού ελευθερίας θα είναι παράλληλος µε τον άξονα της κλίσης (pitch) του αεροπλάνου ενώ ο άξονας της περιστροφικής άρθρωσης του δεύτερου βαθµού ελευθερίας θα είναι παράλληλος µε τον άξονα της περιστροφής (roll) του αεροπλάνου. Για την κίνηση των αρθρώσεων θα χρησιµοποιηθούν DC ηλεκτροκινητήρες ενώ για τη µέτρηση της κλίσης και της περιστροφής της κάµερας (οι οποίες είναι και οι µεταβλητές που θέλουµε να ελέγξουµε) θα χρησιµοποιηθεί η µονάδα C-MIGITS III η οποία κυρίως προορίζεται για τη γεωαναφορά των υπερφασµατικών εικόνων [14]. 3.4 ιάταξη ασύρµατης µεταφοράς στη γη των υπερφασµατικών δεδοµένων ύο εναλλακτικές διατάξεις µελετώνται για την ασύρµατη µεταφορά των υπερφασµατικών δεδοµένων: είτε µέσω επίγειου σταθµού (σχήµα 2α) ή µέσω δορυφόρου (σχήµα 2β) [14]. (α) (β) Σχήµα 2: Εναλλακτικές διατάξεις ασύρµατης µεταφοράς δεδοµένων 3.5 Σταθµός επεξεργασίας υπερφασµατικών δεδοµένων Στο σταθµό επεξεργασίας των υπερφασµατικών δεδοµένων θα υλοποιούνται οι προεπεξεργασίες και επεξεργασίες των υπερφασµατικών δεδοµένων. Στις προεπεξεργασίες περιλαµβάνονται α) ραδιοµετρικές διορθώσεις µε σκοπό τη βελτιστοποίηση της ποιότητας των υπερφασµατικών εικόνων, β) ατµοσφαιρικές διορθώσεις (εφ όσον τα απαραίτητα δεδοµένα της ατµόσφαιρας είναι διαθέσιµα), και γ) γεωµετρικές διορθώσεις απαραίτητες για τη γεωαναφορά των εικόνων. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

10 Στις επεξεργασίες περιλαµβάνονται αλγόριθµοι υπολογισµού των στατιστικών παραµέτρων µε σκοπό τη µείωση των υπερφασµατικών καναλιών, την ανάδειξη των βέλτιστων και την ταξινόµηση των υπερφασµατικών δεδοµένων. 3.6 Σταθµός διάθεσης των αποτελεσµάτων του συστήµατος IRIS O σταθµός διάθεσης των αποτελεσµάτων του συστήµατος IRIS αφορά στη δηµιουργία ενός διαδικτυακού τόπου, όπου θα παρουσιάζονται τα αποτελέσµατα των διαδικασιών ανίχνευσης υποθαλάσσιων και υπόγειων νερών και πιο συγκεκριµένα τα αποτελέσµατα της επεξεργασίας των πρωτογενών υπερφασµατικών δεδοµένων (raw data) από τις αντίστοιχες µεθόδους και τεχνικές. Ο πρωταρχικός σκοπός του διαδικτυακού τόπου είναι να ενηµερώσει την ελληνική ερευνητική κοινότητα για το έργο, για τις µεθόδους και τα αποτελέσµατά του καθώς και να παρέχει χρήσιµη πληροφορία σε µελλοντικές έρευνες στο χώρο. Με αυτή την έννοια, ο διαδικτυακός τόπος µπορεί να θεωρηθεί ως ένα Web portal ειδικού σκοπού και ως τέτοιο θα αντιµετωπιστεί κατά τη διαδικασία υλοποίησής του. Στο σχήµα 2 παρουσιάζεται η αρχιτεκτονική ανάπτυξης του portal [15]. Σχήµα 2. Αρχιτεκτονική ανάπτυξης του Portal Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

11 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Koumantakis J. (1987) Inventory of Karstic Springs in Biotia and Fokida, IGME Hydrologic and Hydrogeologic Research, No Raitala, J.T. (1986) «Satellite data in aquatic research Some ideas for future studies», Symp. on R. S. for Resources Development and Environmental Management, Enschede, August, p Bogle,F.R., K. Loy (1995) The application of thermal infrared thermography in the identification of submerged Springs in Chickamauga Reservoir, Hamilton County, Tennessee, Proc. 5th Multidisciplinary Conf. on Sinkholes and Engineering and Environmental Impacts of Karst, Gatlinburg, Tennessee, pp ΙΡΙΣ consortium (2002) «Ανάπτυξη αεροµεταφερόµενου συστήµατος τηλεπισκοπικών υπερφασµατικών δεκτών για την εύρεση υποθαλάσσιων και παράκτιων πηγών γλυκού νερού» Πρόταση η οποία κατατέθηκε στο µέτρο 4.5, Προγράµµατος Ανταγωνιστικότητα, Γ Κοινοτικό πλαίσιο Στήριξης. 5. Wernand M. R., S. J. Shimwell, et al. (1998) "Evaluation of specific semi-empirical coastal colour algorithms using historic data sets" Aquatic Ecology, 32, pp Jorgensen P. V., and K. Edelvang (2000) "CASI data utilized for mapping suspended matter concentrations in sediment plumes and verification of 2-D hydrodynamic modelling" International Journal of Remote Sensing, 21(11), pp Mustard J. F., M. L. Staid, et al. "Atmospheric Correction And Inverse Modelling Of AVIRIS Data To Obtain Water Constituent Abundances" 8. Ostlund C., P. Flink, et al. (2001) "Mapping of the water quality of Lake Erken, Sweden, from Imaging Spectrometry and Landsat Thematic Mapper" Science of the Total Environment 268(1-3), pp Ammenberg P., P. Flink, et al. (2002) "Bio-optical modelling combined with remote sensing to assess water quality" International Journal of Remote Sensing, 23(8), pp Flink P., T. Lindell, et al. (2001) "Statistical analysis of hyperspectral data from two Swedish lakes" Science of the Total Environment, 268(1-3), pp Galvao L. S., W. Pereira, et al. (2003) "Spectral reflectance characterization of shallow lakes from the Brazilian Pantanal wetlands with field and airborne hyperspectral data." International Journal of Remote Sensing, 24(21), pp Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου

12 12. Gilli, E. (1999) "Detection of submarine springs and precision of the impluvium by measurement of variations of salinity. Example of the Cabbe-Massolins spring (Roquebrune-Cap-Martin, France)" Earth & Planetary Sciences, 329, pp Torgersen C. E., R. N. Faux, et al. (2001) "Airborne thermal remote sensing for water temperature assessment in rivers and streams" Remote Sensing of Environment, (76), pp ΙΡΙΣ consortium (2004) «Αρχιτεκτονική συστήµατος ΙΡΙΣ», Παραδοτέο 1.2, ΦΠ48, Μέτρο 4.5 Προγράµµατος Ανταγωνιστικότητα, Γ Κοινοτικό πλαίσιο Στήριξης. Heleco 05, ΤΕΕ, Αθήνα, 3-6 Φεβρουαρίου