Αναγνώριση γεωμορφών από ψηφιακά μοντέλα εδάφους και τηλεπισκοπικές απεικονίσεις με τεχνικές εμπείρων συστημάτων, αναγνώρισης προτύπων...

Transcript

1 Αναγνώριση γεωμορφών από ψηφιακά μοντέλα εδάφους και τηλεπισκοπικές απεικονίσεις με τεχνικές εμπείρων συστημάτων, αναγνώρισης προτύπων... Διαβάστε τη διατριβή (Online) Κατεβάστε τη διατριβή σε μορφή PDF (6.45 MB) (Η υπηρεσία είναι διαθέσιμη μετά από δωρεάν εγγραφή) Online παραγγελία της διατριβής (σε έντυπη ή ψηφιακή μορφή) (Η υπηρεσία είναι διαθέσιμη μετά από δωρεάν εγγραφή) Πρέπει να είστε εγγεγραμένος χρήστης για έχετε πρόσβαση σε όλες τις υπηρεσίες του ΕΑΔΔ Είσοδος / Εγγραφή Όλα τα τεκμήρια στο ΕΑΔΔ προστατεύονται από πνευματικά δικαιώματα. Εναλλακτικός τίτλος Συγγραφέας Recognition of landforms from digital elevation models and satelite imagery with expert systems, pattern recognition and image processing techniques Μηλιαρέσης, Γεώργιος Ημερομηνία 2000 Ίδρυμα Εξεταστική επιτροπή Επιστημονικό πεδίο Λέξεις-κλειδιά Χώρα Γλώσσα Άλλα στοιχεία Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ). Τμήμα Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών. Τομέας Τοπογραφίας. Εργαστήριο Τηλεπισκόπισης Αργιαλάς Δημήτριος Ρόκος Δημήτριος Γεωργόπουλος Ανδρέας Κόλλιας Στέφανος Κουτσόπουλος Κ. Κάβουρας Μ. Σελλής Τιμολέων Μηχανική & Τεχνολογία Επιστήμες Πολιτικού Μηχανικού Γεωμορφομετρία; Τεχνητή νοημοσύνη; Ασαφή σύνολα; Γλωσσολογική μεταβολή; Τηλεπισκοπικές απεικονίσεις; Φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά Ελλάδα Ελληνικά 262 σελ. : εικ., πίνακες Share 0 Tw eet 0 0 Share Όροι χρήσης Προστασία Δεδομένων Copyright EKT Η ανανεωμένη έκδοση του Αποθετηρίου του Εθνικού Αρχείου Διδακτορικών Διατριβών αναπτύσσεται στο πλαίσιο της πράξης "Εθνικό Πληροφοριακό Σύστημα Έρευνας και Τεχνολογίας/Κοινωνικά Δίκτυα Περιεχόμενο Παραγόμενο από Χρήστες" που υλοποιείται από το Εθνικό Κέντρο Τεκμηρίωσης. Η πράξη εντάσσεται στο Επιχειρησιακό Πρόγραμμα "Ψηφιακή Σύγκλιση" του ΕΣΠΑ (με τη συγχρηματοδότηση της Ελλάδας και της Ευρωπαϊκής Ένωσης - Ευρωπαϊκό Ταμείο Περιφερειακής Ανάπτυξης).

2 Αναγνώριση Γεωμορφών από Ψηφιακά Μοντέλα Εδάφους και Τηλεπισκοπικές Απεικονίσεις με Τεχνικές Εμπείρων Συστημάτων, Αναγνώρισης Προτύπων και Ανάλυσης Εικόνας Διδακτορική διατριβή Γιώργος Χαραλάμπου Μηλιαρέσης Εθνικό Μετσόβειο Πολυτεχνείο Τμήμα Αγρονόμων Τοπογράφων Μηχανικών Τομέας Τοπογραφίας Εργαστήριο Τηλεπισκόπισης Σεπτέμβριος, 2000

3 ii Αναγνώριση Γεωμορφών από Ψηφιακά Μοντέλα Εδάφους και Τηλεπισκοπικές Απεικονίσεις με Τεχνικές Εμπείρων Συστημάτων, Αναγνώρισης Προτύπων και Ανάλυσης Εικόνας Διδακτορική διατριβή Γιώργος Χαραλάμπου Μηλιαρέσης Εθνικό Μετσόβειο Πολυτεχνείο Τμήμα Αγρονόμων Τοπογράφων Μηχανικών Τομέας Τοπογραφίας Εργαστήριο Τηλεπισκόπισης Σεπτέμβριος, 2000 Επταμελής Εξεταστική Επιτροπή 1. Αν. Καθηγητής Δ. Αργιαλάς (επιβλέπων) 2. Καθηγητής Δ. Ρόκος (μέλος τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής) 3. Καθηγητής Α. Γεωργόπουλος (μέλος τριμελούς συμβουλευτικής επιτροπής) 4. Καθηγητής Κ. Κουτσόπουλος 5. Επ. Καθηγητής Μ. Κάβουρας 6. Καθηγητής Σ. Κόλλιας 7. Καθηγητής Τ. Σελλής

4 iii Αφιερώσεις: στους γονείς μου και στην μνήμη του καθηγήτη του γεωλογικού Μιχαλή Μουτσούλα που με εισήγαγε στην τηλεπισκόπιση και στην μαθηματική γεωγραφία. Ευχαριστίες: Στον κον Αργιαλά (επιβλέπων), στον κον Γεωργόπουλο και στον κον Ρόκο (μέλη της τριμελούς) και στην κα Μπαλοδήμου (πρόεδρο του τμήματος). Επίσης πρέπει να εκφράσω την ευγνωμοσύνη μου στην C. Verdin και στην Karen Tomasovic που διευκόλυναν την έρευνα μου μετά από ένα που τους έστειλα. Η πρώτη (US. Geological Survey) μου έστειλε τα τρία κομματάκια (ένα στην Αμερική και δυο στο Ιράν) του ψηφιακού μοντέλου εδάφους GTOPO30 που ζήτησα έναν χρόνο πριν το GTOPO30 απελευθερωθεί-κυκλοφορήσει διαμέσου του InterNet. Η δεύτερη (Executive Director της Death Valley Natural History Association) μου έστειλε τον καλύτερο χάρτη των οροσειρών της Nevada που υπάρχει (τον συνέθεσε ο Atwood στις αρχές του περασμένου αιώνα).

5 iv. The dispersion of Babel and the confusion of the languages (Genesis 11:1-9) The Lord came downward to see the tower and said: If they begin to build this tower as one people, speaking a single language, then nothing they plan for themselves will be impossible. The Lord destroyed the tower and confused their language, so that they will not understand each other. A voyage to Laputa, Balnibarbi, Luggnag, Glubbdubdrib and Japan. { in Gulliver's Travels by Jonathan Swift (1727) } The Knowledge I had in Mathematicks gave me great Assistance in acquiring their Phraseology, which depended much upon that Science and Musick; and in the latter I was not unskilled. Their Ideas are perpetually conversant in Lines and Figures. If they would, for Example, praise the Beauty of a Woman, they describe it by Rhombs, Circles, Parallelograms, Ellipses, and other Geometrical Terms; or by Words of Art drawn from Musick, needless here to repeat. Οι απόψεις που εκφράζονται σε αυτή την διατριβή είναι προσωπικές.

6 v Αναγνώριση Γεωμορφών από Ψηφιακά Μοντέλα Εδάφους και Τηλεπισκοπικές Απεικονίσεις με Τεχνικές Εμπείρων Συστημάτων, Αναγνώρισης Προτύπων και Ανάλυσης Εικόνας Λέξεις Κλειδιά: Γεωμορφομετρία, Κατάτμηση εικόνας, Τεχνητή νοημοσύνη, Κανόνες παραγωγής, Aσαφή σύνολα, Γλωσσολογική μεταβλητή, GTOPO30, Σύστημα γεωταξινόμισης, Φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά. Περίληψη Η διατριβή αυτή υλοποιεί συμβολικές και ποσοτικές αναπαραστάσεις της τοπογραφικής και γεωμορφολογικής γνώσης και υλοποιεί ένα πλαίσιο για την φωτοερμηνεία των γεωμορφών από φυσιογραφική κλίμακα έως της γεωμορφές τρίτης τάξης. Με αυτό τον τρόπο αντιμετωπίζεται σε ένα βαθμό η υποκειμενικότητα και η αβεβαιότητα που συνοδεύει τις ποιοτικές-συμβολικές αναπαραστάσεις που χρησιμοποιούνται στην περιγραφή της φυσικής πραγματικότητας και στην επικοινωνία του χρήστη με ένα έμπειρο σύστημα. Ας σημειωθεί ότι υποκειμενικές εκτιμήσεις είναι απαραίτητες και κατά την διαδικασία ποσοτικοποίησης των δεδομένων και αναπαράστασης της γνώσης. Αρχικά γίνεται συλλογή της γνώσης που αφορά την ερμηνεία των γεωμορφών από μικρή (φυσιογραφική) έως μεγάλη κλίμακα στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range (Ν.Δ.. Η.Π.Α.) και οργάνωσης της σε ένα σύστημα γεωταξινόμησης. Το προτεινόμενο σύστημα περιλαμβάνει γεωμορφές με τάξη μεγέθους από το επίπεδο της φυσιογραφικής περιφέρειας έως γεωμορφές τέταρτης τάξης. Η ταξινόμηση γίνεται με τις παραμέτρους: τάξη μεγέθους, μορφή, φυσικές διεργασίες και διάταξη. Μετά γίνεται προσδιορισμός εξειδικευμένων φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών για τις γεωμορφές της περιοχής μελέτης. Με την προτεινόμενη μεθοδολογία επιτεύχθηκε η τυποποίηση της φωτοερμηνευτικής γνώσης σε ένα συστηματικό πλαίσιο. Μετά αναπτύχθηκε ένα εννοιολογικό πλαίσιο που χρησιμοποιεί ιεραρχίες από τάξεις και αντικείμενα (δομική γνώση) σε συνδυασμό με κανόνες παραγωγής (διαδικαστική γνώση) για την φωτοερμηνεία γεωμορφών. H αναπαράσταση του πλαισίου έγινε στο υβριδικό κέλυφος ανάπτυξης εμπείρων συστημάτων Smart Elements με α) ιεραρχίες τάξεων και αντικειμένων και β) κανόνες παραγωγής οι οποίοι δρουν επαναληπτικά και μέχρι να ολοκληρώσει ο χρήστης την ερμηνεία του συνόλου των γεωμορφών της περιοχής μελέτης. Η επαλήθευση των κανόνων παραγωγής που αναφέρονται στην ταύτιση των γεωμορφών της περιοχής μελέτης με συγκεκριμένα πρότυπα γεωμορφών έχει σαν αποτέλεσμα την δημιουργία δυναμικών αντικειμένων γεωμορφών που περιγράφουν τις γεωμορφές στο πεδίο όπου διεξάγεται η φωτοερμηνεία. Κατά αυτό τον τρόπο προσδιορίζεται και υλοποιείται το διαδικαστικό πλαίσιο που οδηγεί στην φωτοερμηνεία των γεωμορφών της περιοχής μελέτης σε σχέση με το φυσιογραφικό περιβάλλον και τις χωρικές σχέσεις τους. Παρά όλα αυτά οι συμβολικές αναπαραστάσεις της γνώσης εισάγουν αβεβαιότητα και ασάφεια στις περιγραφές της φυσικής πραγματικότητας και δημιουργούν προβλήματα στην επικοινωνία του χρήστη με το έμπειρο σύστημα. Για αυτό τον λόγο στην συνέχεια γίνεται ποσοτικοποίηση της φυσιογραφικής γνώσης. Για αυτό τον σκοπό ολοκληρώνονται συγκεκριμένες γεωμορφομετρικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την ταξινόμηση του γήινου ανάγλυφου και τον εντοπισμό γεωμορφολογικών αντικειμένων, με τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας για την κατάτμηση της εικόνας σε ομοιογενείς περιοχές, την εύρεση συνδεδεμένων μερών των περιοχών, την αναπαράσταση και περιγραφή του σχήματος των περιοχών και την αναγνώριση τους. Το αποτέλεσμα είναι ο αυτοματοποιημένος εντοπισμός-οριοθέτηση και η παραμετρική αναπαράσταση των ορεινών αντικειμένων από το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο εδάφους (GTOPO30). Η παραμετρική αναπαράσταση των ορεινών όγκων αποτελεί την ποσοτική γνώση πεδίου η οποία αντιστοιχεί στους ποιοτικούς όρους και στις εκφράσεις που χρησιμοποιούν οι φυσιογράφοι στις περιγραφές τους. Οι ποσοτικές αναπαραστάσεις των ορεινών αντικειμένων χρησιμοποιούνται προκειμένου να προσδιορισθούν τα ασαφή σύνολα που περιγράφουν τις γλωσσολογικές μεταβλητές που χρησιμοποιούν οι έμπειροι στην περιγραφή των ορεινών όγκων. Έτσι ορίζεται το πεδίο ορισμού και οι καμπύλες βαθμού συμμετοχής που αντιστοιχούν στις λεκτικές τιμές των γλωσσολογικών μεταβλητών: μέγεθος, επιμήκυνση, μέσο υψόμετρο, τοπικό ανάγλυφο, υψομετρικό ολοκλήρωμα και της κλίσης για τα ορεινά αντικείμενα. Κατά αυτό τον τρόπο προκύπτει μια ποσοτική αναπαράσταση της φωτοερμηνευτικής γλώσσας σε συγκεκριμένο πεδίο ορισμού που χρησιμοποιείται στην επίλυση προβλημάτων. Πιο συγκεκριμένα με τον μέγιστο βαθμό προσέγγισης εξετάζεται ο βαθμός ομοιότητας της γλωσσολογικής παραμετρικής περιγραφής των ορεινών αντικειμένων του Ιράν στο πεδίο ορισμού της φυσιογραφικής φωτοερμηνευτικής γλώσσας των ορεινών αντικειμένων της ενότητας Great Basin.

7 vi Recognition of Landforms from Digital Elevation Models and Satellite Imagery with Expert Systems, Pattern Recognition and Image Processing Techniques Keywords: Geomorphometry, Region growing segmentation, Artificial intelligence, Rule-based expert system, Fuzzy sets, Linguistic variable, Object oriented programming, GTOPO30, Terrain analysis, Pattern elements. ABSTRACT Βoth symbolic and numeric representations of the terrain knowledge are implemented and lead to the construction of a framework for the photo-interpretation of landforms from large (3 rd order) to small (physiographic) scale. In this research effort while the earlier developed landform interpretation procedures are still used, knowledge related to the physiographic region of a site and to the spatial pattern of related landforms is also represented. The conception of the various indicators encompassed a study of physiographic books and reports and it was achieved through trial and error experimentation and lead to a formalization of a terrain vocabulary composed of pattern elements describing each terrain term. Then the domain knowledge was formalized and programmed within an expert system (Smart Elements). Building this expert system involved identifying, naming, describing, and organizing knowledge pertaining to physiographic regions (provinces and sections), and their component features. The compiled factual and structural descriptions were represented within an expert system tool by using appropriate definitions of classes, sub-classes, hierarchies, spatial relations, and rule structures. The expert system representation has the drawback in that it employs mostly qualitative terrain indicators which occasionally could be vague and ambiguous to novice and inexperienced interpreters. Thus the following approaches were developed in order to partially assist in the representation of ambiguity of these terrain terms. A. Extraction and parametric representation of mountains. It is the computer-assisted segmentation of digital elevation models into discrete landforms through image processing operators and geomorphometric techniques and the subsequent quantification (parametric representation) of the discrete landforms and physiographic regions based on geomorphologic attributes A.1. A methodology was developed for the segmentation of certain physiographic features (mountains, basins and piedmont slopes) observed in the Great Basin Section from the GTOPO30 Global digital elevation model. A region growing segmentation algorithm using as seeds ridge and valley pixels and appropriate gradient region growing criteria, was applied for the extraction of mountains and basins. Certain artifacts were recognized and corrected using local physiographic knowledge. The pixels that remained unclassified were assigned to the class of piedmont slope pixels. The results were evaluated by comparing the boundaries of the extracted features a) to those interpreted from the digital elevation model and b) to those depicted in existing physiographic maps. It was found that the features extracted were in accordance with the features depicted on maps and on the DEM. A.2. Then a methodology was design for the identification of mountain objects, their parametric representation and their classification. The mountain objects were identified through a connected component-labelling algorithm applied on the class of mountain points. Each mountain object was represented by the set of points belonging to the object boundary and those forming the object region. The mountains have been described by a set of qualitative attributes related to their size, shape and geomorphologic characteristics. Twelve attributes were computed per mountain object on the basis of the digital elevation model and the corresponding

8 vii object boundary set and object region set of points. These quantitative attributes were used as descriptors in a parametric representation of mountain objects. The classification of mountain objects was achieved through the implementation of a K- means clustering algorithm applied to the parametric representation of mountain objects. The mountain objects were grouped into four clusters that appeared to be spatially arranged to distinct geographic regions. These results were compared with existing maps and they were found to be in accordance with existing physiographic descriptions available for the study area. B. Fuzzy representation and fuzzy pattern recognition of mountains. It uses fuzzy sets to handle the ambiguity or lexical uncertainty of terrain indicators. In particular, fuzzy sets are used as a calculus for the representation of a natural geomorphic language in the Great Basin geomorphologic context and the resulting representation formed a knowledge-base used for the recognition of mountains in Zagros Ranges section. B.1. The quantitative description of the mountain objects was taken in to account in order to develop a fuzzy set representation of the linguistic variables (qualitative attributes) describing the mountain objects in the Great Basin geomorphic context. Labels were defined for each linguistic variable and the domain of each variable was quantified by considering the values of the corresponding geomorphometric attribute. Then, partitioning of the domain took place on the basis of both existing geomorphic knowledge and heuristic rules. Finally, each linguistic label was assigned to either a triangular or trapezoid fuzzy set, assuming that adjacent fuzzy sets had 50% overlap. The fuzzy sets allowed the quantitative representation of the geomorphic language in the Great Basin context. B.2. Then the fuzzy set representation of the natural geomorphic language defined for the extensional mountain ranges of the Great Basin was used for the representation of other types of landscapes such as those of the compressional Zagros mountain ranges where continent to continent coalition and folding is observed. First, the mountains of the Zagros Section were extracted from the GTOPO30 and were parametrically represented by a feature vector that contained the same arithmetic attributes {diameter, eccentricity, mean elevation, local relief, massiveness, and gradient} used earlier for the Great Basin. Then, each feature vector that represented a mountain object in the Zagros Ranges was transformed to a fuzzy vector using the criterion of maximum membership and subsequently patterns in the Great Basin geomorphic context were found that most closely resemble the mountain objects in the Zagros Section. Finally, fuzzy pattern recognition was applied and the overall assessment of the resemblance of the fuzzy vectors of Zagros mountains to the Great Basin geomorphic context was derived on the basis of the maximum approaching degree. It was concluded that the derived fuzzy set representation was inappropriate for the representation of the mountain objects in Zagros since the mean elevation, size and occasionally gradient of Zagros Mountains were outside of the domain of the corresponding linguistic variables of the Great Basin. The terrain vocabulary composed of pattern elements that was represented within the expert system can be used to enhance the perceptual and mental models of the novice interpreter and will guide him during the photo-interpretation. On the other hand the numeric representation of the terrain (surface parameterization into spatially discrete landforms, and the fuzzy set representation of the physiographic indicators in the Great Basin context) makes terrain interpretation "objective" although it entails much human intervention and subjectivity (thresholds selection). Additionally the research facts evaluated the physiographic information content of GTOPO30 and pointed out its value and applications to regional geology and geomorphology.

9 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Είναι σαφές ότι η διαδικασία επίλυσης προβλημάτων στην φωτοερμηνεία είναι ακόμη, πέρα από επιστήμη και τέχνη (Argialas και Mintzer 1992). Το διαδικαστικό πλαίσιο για την επίλυση του προβλήματος ακόμη λείπει και τα βιβλία δεν αναπτύσσουν τις απαραίτητες θεωρίες και στρατηγικές που είναι απαραίτητες προκειμένου να καθοδηγηθούν οι αρχάριοι στην διαδικασία του προσδιορισμού των γεωμορφών με φωτοερμηνεία (Αργιαλάς 1994). Δημιουργείται έτσι η ανάγκη να μελετηθεί συστηματικά η διαδικασία του προσδιορισμού συμπερασμάτων στην φωτοερμηνεία γεωμορφών, προκειμένου να κατανοηθεί καλύτερα και να τυποποιηθεί αυτή η διαδικασία, και να αναπτυχθεί ένα συστηματικό πλαίσιο για την αναγνώριση των γεωμορφών από αεροφωτογραφίες. Ένα εργαλείο για την ικανοποιητική αναπαράσταση των διαδικασιών επίλυσης προβλημάτων που έχουν να κάνουν με την γνώση και εμπειρία είναι τα έμπειρα συστήματα. Τα έμπειρα συστήματα αναπαριστούν την γνώση με συστήματα παραγωγής, προσφέρουν μεθόδους και εργαλεία για την αναπαράσταση τόσο των γεγονότων, όσο και της διαδικασίας επίλυσης προβλημάτων (κανόνες παραγωγής). Έτσι μπορούν να βοηθήσουν στην ανακάλυψη και τυποποίηση των δένδρων απόφασης για την φωτοερμηνεία που δεν περιγράφεται απόλυτα στην βιβλιογραφία, με αποτέλεσμα ανθρώπινη εμπειρία να απαιτείται για τον προσδιορισμό της (Αργιαλάς 1994). Οι προηγούμενες προσπάθειες αφορούσαν ένα διαδικαστικό πλαίσιο ερμηνείας γεωμορφών με μεθόδους εμπείρων συστημάτων μεγάλης κλίμακας (Argialas και Narasimhan 1988a, 1988b). Το πλαίσιο της φυσιογραφικής ανάλυσης έχει περιγραφει (Fenneman 1931) αλλά δεν είχε τυποποιηθεί στο περιβάλλον ενός εμπείρου συστήματος. Τα προβλήματα ορολογίας στην δομική γνώση, η έλλειψη σαφούς διαδικαστικής γνώσης και η ανάγκη κατάτμησης του ανάγλυφου σε συγκεκριμένες δομικές ενότητες ώθησαν την έρευνα να επεκταθεί σε μια κατεύθυνση ποσοτικής εξαγωγής και παραμετρικής αναπαράστασης των στοιχείων του γήινου ανάγλυφου. Οι συμβολικές αναπαραστάσεις της γνώσης που χρησιμοποιούνται στην φωτοερμηνεία εισάγουν αβεβαιότητα και ασάφεια στις περιγραφές της φυσικής πραγματικότητας και δημιουργούν προβλήματα στην επικοινωνία του χρήστη με το έμπειρο σύστημα. Οι φυσιογράφοι χρησιμοποιούν ποιοτικούς γλωσσολογικούς όρους και εκφράσεις προκειμένου να περιγράψουν το φυσιογραφικό και γεωμορφολογικό περιβάλλον. Αυτές οι ποιοτικές εκφράσεις είναι από την φύση, τους υποκειμενικές και ασαφείς, αφού την φυσική μας γλώσσα την χαρακτηρίζει η ασάφεια και η ανακρίβεια (Ross, 1995). Έτσι λοιπόν θα βοηθούσε, να αυτοματοποιηθεί η διαδικασία της φυσιογραφικής ανάλυσης με την χρήση τεχνικών από τα πεδία της Γεωμορφομετρίας και της Ψηφιακής Ανάλυσης και Επεξεργασίας Εικόνας, προκειμένου να εξαχθούν, αναπαρασταθούν και αναγνωρισθούν τα φυσιογραφικά αντικείμενα από μέτριας διακριτικής ικανότητας ψηφιακά υψομετρικά μοντέλα. Αυτό θα ήταν μεγάλη βοήθεια ειδικά σε αρχάριους φωτοερμηνευτές και θα μπορούσε να βοηθήσει στην ποιότητα και στην ακρίβεια της φωτοερμηνείας. Από την άλλη πλευρά μία τέτοια προσπάθεια, μπορεί να οδηγήσει στην ποσοτικοποίηση της διαδικασίας της φωτοερμηνείας σε φυσιογραφική κλίμακα. Παρόλα αυτά υπάρχουν περιορισμοί που θέτονται από την διακριτική ικανότητα και την ακρίβεια του ψηφιακού μοντέλου εδάφους, το οποίο αποτελεί μια διακριτή προσέγγιση της φυσικής πραγματικότητας. Επιπλέον οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται για την εξαγωγή των ορεινών αντικειμένων και την περιγραφή τους έχουν προβλήματα, περιορισμούς και μερικές φορές αποτελούν γενικεύσεις της φυσικής πραγματικότητας (Blair 1986) ενώ οδηγούν σε ποσοτικές αναπαραστάσεις που είναι δύσκολο να ερμηνευτούν. Δηλαδή με άλλα λόγια δεν υπάρχει αντιστοιχία των ποιοτικών συμβολικών περιγραφών με τα ψηφιακά δεδομένα που προκύπτουν από τις ποσοτικές επεξεργασίες και αναπαραστάσεις. Αρα χρειάζεται να γίνει συσχέτιση της φυσικής φωτοερμηνευτικής γλώσσας με τα ποσοτικά δεδομένα και παραμέτρους που προκύπτουν από την κατάτμηση του ανάγλυφου σε δομικές ενότητες και την παραμετρική τους περιγραφή, προκειμένου να δημιουργηθεί μια βάση γνώσης. Σήμερα η θεωρία των ασαφών συνόλων (Zadeh 1965, 1972) είναι η μεθοδολογία που επιτρέπει να αναπαραστήσουμε στο περιβάλλον των ηλεκτρονικών υπολογιστών την φυσική γλώσσα συσχετίζοντας τις ποιοτικές με τις ποσοτικές εκφράσεις. viii

10 Για να αντιμετωπισθούν τα παραπάνω προβλήματα και ελλείψεις η διατριβή έχει ως γενικότερο στόχο την υλοποίηση συμβολικών και ποσοτικών αναπαραστάσεων της γεωμορφολογικής γνώσης που θα οδηγήσει στην φωτοερμηνεία των γεωμορφών από φυσιογραφική κλίμακα έως τις γεωμορφές τρίτης τάξης. Οι ειδικότεροι στόχοι αυτής της διατριβής ήταν: 1) Συλλογή της γνώσης που αφορά την ερμηνεία των γεωμορφών από μικρή (φυσιογραφική) έως μεγάλη κλίμακα στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range τόσο της περιγραφικής και όσο και της διαδικαστικής φωτοερμηνευτικής γνώσης. 2) Η αναπαράσταση (τυποποίηση) τόσο της δομικής όσο και της διαδικαστικής γνώσης σε ένα κέλυφος εμπείρου συστήματος (Smart Elements). 3) Πρόσληψη και ποσοτικοποίηση της φυσιογραφικής γνώσης στην υποενότητα Great Basin από μέτριας διακριτικής ικανότητας ψηφιακά υψομετρικά δεδομένα (GTOPO30). a) Εξαγωγή των δομικών ενοτήτων του ανάγλυφου (οροσειρές, επικλινή πεδία, λεκάνες απόθεσης) σε φυσιογραφική κλίμακα b) Παραμετρική περιγραφή των οροσειρών. 4) Aναπαράσταση στο περιβάλλον των ηλεκτρονικών υπολογιστών της φυσικής γλώσσας και της ποσοτικής της έκφρασης. a) Οι ποσοτικές αναπαραστάσεις των οροσειρών χρησιμοποιούνται προκειμένου να προσδιορισθούν τα ασαφή σύνολα που περιγράφουν τις γλωσσολογικές μεταβλητές που χρησιμοποιούν οι έμπειροι στην περιγραφή των οροσειρών. Ετσι προκύπτει μια ποσοτική αναπαράσταση της φυσιογραφικής φωτοερμηνευτικής γλώσσας στο πεδίο ορισμού της Great Basin. b) Η ποσοτική αναπαράσταση της φυσιογραφικής φωτοερμηνευτικής γλώσσας χρησιμοποιείται στην διαδικασίας επίλυσης φωτοερμηνευτικών προβλημάτων (σύγκριση των ορεισειρών Zagros με τις οροσειρές στην υπο-ενότητα Great Basin). Οι περιοχές GREAT BASIN (USA) και ΖΑGROS RANGES (IRAN) δεν επιλέχθηκαν τυχαία. Στην πρώτη υπάρχει το πιο χαρακτηριστικό και εκτεταμένο παράδειγμα εφελκυστικών οροσειρών στην γη (tensional mountain ranges) ενώ στην δεύτερη περιοχή υπάρχουν έντονα συμπιεσμένες οροσειρές (compresional mountain ranges συγκεκριμένου τύπου συμπίεσης γιατί υπάρχουν και άλλου τύπου αποτελέσματα) και είναι πάλι το πιο εκτεταμένο φαινόμενο στην γη (Howell, 1995). Η δυτική Ελλάδα εν γένει, ο Κορινθιακός κόλπος κ.α. αποτελούν μια μικρογραφία του Great Basin (USA) αλλά τότε το GTOPO30 της Ελλάδας δεν είχε ολοκληρωθεί ακόμη. Στο κεφάλαιο 1 και 2 η συμβολή της διατριβής είναι α) στην τυποποίηση της φωτοερμηνείας μικρής κλίμακας και β) στην ενσωμάτωση της σε ένα βαθμό σε ένα έμπειρο σύστημα.. Στο κεφάλαιο 3 και 4 είναι η μαθηματικοποίηση της φυσιογραφικής ανάλυσης και η εφαρμογή της μεθοδολογίας στην φωτοερμηνεία. Πιο αναλυτικά 1. Συλλογή και τυποποίηση της φωτοερμηνευτικής γνώσης για την αναγνώριση γεωμορφών από μικρή (φυσιογραφική) σε μεγάλη κλίμακα και ανάστροφα 2. Η αναπαράσταση της φωτοερμηνείας μικρής κλίμακας σε ένα έμπειρο σύστημα 3. Η αναπτυξή μεθοδολογίας για τον εντοπισμό φυσιογραφικών αντικειμένων από ψηφιακά μοντέλα εδάφους. Σε άλλους τομείς (στρατιωτικές εφαρμογές ανάλυση πεδίου) έχει αναπτυχθεί η μέθόδος της Graf & Usery (1992) που εφαρμόστηκε σε DEM 30 μέτρων. Στην συγκεκριμένη διατριβή αναπτύχθηκε μεθοδολογία για το GTOPO30 με διακριτική ικανότητα 1 χιλιόμετρο και όλα αυτά τα προβλήματα που προκύπτουν από τον τρόπο που προσδιορίζεται η τιμή του υψομέτρου ανά τετραγωνικό χιλιόμετρο. Η μεθοδολογία λειτουργεί αρκετά καλά ως προς την εξαγωγή του σχήματος και εντοπίζει όχι μόνο τις οροσειρές (διάκριση mountain και σε non-mount όπως έκαναν οι Graff and Usery (1992) αλλά γίνεται κατάτμηση στις 3 δομικές ενότητες του αναγλύφου που ορίζονται στην φυσιογραφική κλίμακα (οροσειρές, επικλινή πεδία και λεκάνες απόθεσης). 4. Επιπλέον εδώ έγινε παραμετρική αναπαράσταση των οροσειρών (κάθε οροσειρά αναπαραστάθηκε με ένα σύνολο από αριθμητικές τιμές) 5. Αναπτύχθηκε μεθοδολογία για την ταξινόμηση των οροσειρών της ίδιας φυσιογραφικής ενότητας αλλά και την σύγκριση οροσειρών διαφορετικών φυσιογραφικών ενοτήτων. ix

11 x Δομή της Διατριβής. Η διατριβή αποτελείται από τα ακόλουθα κεφάλαια: Κεφάλαιο 1: 51 σελίδες, 29 σχήματα, 31 πίνακες και διαγράμματα. Κεφάλαιο 2: 79 σελίδες, 68 σχήματα, 9 πίνακες και διαγράμματα. Κεφάλαιο 3: 64 σελίδες, 40 σχήματα και διαγράμματα, 16 πίνακες,. Κεφάλαιο 4: 61 σελίδες, 19 σχήματα, 28 πίνακες. Συμπεράσματα: 2 σελίδες. 1. Κεφάλαιο 1. Σε αυτό το κεφάλαιο γίνεται, καταγραφή και τυποποίηση της γνώσης που αφορά την φωτοερμηνεία γεωμορφών στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range (Ν.Δ.. Η.Π.Α.) και οργάνωσης της σε ένα σύστημα γεωταξινόμησης. Στο πρώτο στάδιο έγίνε σύνθεση του πλαισίου οργάνωσης της γνώσης. Στο δεύτερο στάδιο έγινε παραμετρική αναπαράσταση των γεωμορφών ως προς τα φωτοερμηνευτικά τους χαρακτηριστικά στο σύστημα γεωταξινόμησης. 2. Κεφάλαιο 2. Σε αυτό το κεφάλαιο αναπτύχθηκε ένα εννοιολογικό πλαίσιο που χρησιμοποιεί ιεραρχίες από τάξεις και αντικείμενα (δομική γνώση) σε συνδυασμό με κανόνες παραγωγής (διαδικαστική γνώση) για την φωτοερμηνεία γεωμορφών από α) τα γεωμορφολογικά τους χαρακτηριστικά, β) την χωρική διάταξη τους και γ) την φυσιογραφία της περιοχής μελέτης. H αναπαράσταση του πλαισίου έγινε στο υβριδικό κέλυφος ανάπτυξης εμπείρων συστημάτων Nexpert Object (Smart Elements) με α) ιεραρχίες τάξεων και αντικειμένων και β) κανόνες παραγωγής οι οποίοι δρουν επαναληπτικά και μέχρι να ολοκληρώσει ο χρήστης την ερμηνεία του συνόλου των γεωμορφών της περιοχής μελέτης. Η επαλήθευση των κανόνων παραγωγής που αναφέρονται στην ταύτιση των γεωμορφών της περιοχής μελέτης με συγκεκριμένα πρότυπα γεωμορφών έχει σαν αποτέλεσμα την δημιουργία δυναμικών αντικειμένων γεωμορφών. Αυτά περιγράφουν τις γεωμορφές στο πεδίο όπου διεξάγεται η φωτοερμηνεία και αποτελούν το κατώτατο επίπεδο της ιεραρχίας τάξεων η οποία αναπαριστά την δομική φωτοερμηνευτική γνώση. 3. Κεφάλαιο 3. Σε αυτό το κεφάλαιο ολοκληρώνονται συγκεκριμένες γεωμορφομετρικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται για την ταξινόμηση του γήινου ανάγλυφου και τον εντοπισμό γεωμορφολογικών αντικειμένων, με τεχνικές ψηφιακής επεξεργασίας για την κατάτμηση της εικόνας σε ομοιογενείς περιοχές, την εύρεση συνδεδεμένων μερών των περιοχών, την αναπαράσταση και περιγραφή του σχήματος των περιοχών και την αναγνώριση τους. Στόχος είναι ο εντοπισμός, η οριοθέτηση και η παραμετρική περιγραφή φυσιογραφικών αντικειμένων από το ψηφιακό υψομετρικό μοντέλο GTOPO30 όπως οι οροσειρές, οι πρόποδες των βουνών και οι λεκάνες απόθεσης στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range. Η μεθοδολογία οδηγεί στην αυτοματοποιημένη πρόσληψη και ποσοτικοποίηση της φυσιογραφικής γνώσης από μέτριας διακριτικής ικανότητας ψηφιακά μοντέλα εδάφους. Επιπλέον η παραμετρική αναπαράσταση των ορεινών όγκων της φυσιογραφικής ενότητας Basin and Range αποτελεί την ποσοτική γνώση πεδίου (context) η οποία αντιστοιχεί στους ποιοτικούς όρους και εκφράσεις που χρησιμοποιούν οι φυσιογράφοι στις περιγραφές τους. 4. Κεφάλαιο 4. Σε αυτό το κεφάλαιο η ποσοτική παραμετρική αναπαράσταση των ορεινών όγκων χρησιμοποιείται για να ορισθεί το πεδίο ορισμού και οι καμπύλες βαθμού συμμετοχής (τριγωνικής ή τραπεζοειδούς μορφής) που αντιστοιχούν στις λεκτικές τιμές των γλωσσολογικών μεταβλητών: μέγεθος (διάμετρος), επιμήκυνση (εκκεντρότητα), μέσο υψόμετρο, τοπικό ανάγλυφο, υψομετρικό ολοκλήρωμα και μέσο μέτρο της κλίσης για τα ορεινά αντικείμενα της φυσιογραφικής ενότητας Great Basin η οποία είναι μια υποδιαίρεση (ενότητα) της περιφέρειας Basin and Range. Κατά αυτό τον τρόπο ορίζεται μια βάση γνώσης, η οποία αντιστοιχεί την γλωσσολογική περιγραφή των ορεινών αντικειμένων, στην παραμετρική τους αναπαράσταση (αριθμητικές τιμές) και εφαρμόζεται ο μέγιστος βαθμός προσέγγισης για να ελεγχθεί η σχετική ομοιότητα των ορεινών αντικειμένων του Ιράν, στην γλωσσολογική αναπαράσταση της ενότητας Great Basin. Ta αποτελέσματα αποδεικνύουν ότι τα ορεινά αντικείμενα στο Ιράν έχουν διαφορετική γλωσσολογική αναπαράσταση και η διαφορoποίηση αυτή καταγράφεται στην παραμετρική αναπαράσταση των ορεινών αντικειμένων που εντοπίζονται από το ψηφιακό μοντέλο GTOPO30.

12 ΚΕΦΑΛΑΙΟ A Σύστημα Γεω-Ταξινόμησης και Φωτοερμηνευτικά Κλειδιά για Τεκτονικές Αλλουβιακές Λεκάνες (Terrain Classification System and Photo-Interpretation Keys for Intermontane Basins) Περίληψη Κεφαλαίου Σε αυτό το κεφάλαιο παρουσιάζεται η ανάγκη για την καταγραφή και τυποποίηση της γνώσης που αφορά την φωτοερμηνεία γεωμορφών καθώς και τα προβλήματα που ανακύπτουν κατά την διάρκεια αυτής της προσπάθειας σε συνδυασμό με την οργάνωση της φωτοερμηνευτικής γνώσης σε ένα σύστημα γεωταξινόμησης. Η προσπάθεια εξειδικεύεται σε συγκεκριμένη περιοχή μελέτης, την φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range στις Ν.Δ. Η.Π.Α. Στην περιοχή αυτή, παρατηρούνται τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες, οι οποίες αντιστοιχούν σε τεκτονικά βυθίσματα που γεμίζουν με αλλουβιακές αποθέσεις. Ο προσδιορισμός της γνώσης για την φωτοερμηνεία των τεκτονικών αλλουβιακών λεκανών βασίζεται στις αρχές της φωτοερμηνείας, στη θεωρία της γεωταξινόμησης (terrain analysis) αλλά και στη γεωμορφολογική-γεωλογική θεώρηση των γεωμορφών. H συλλογή της γνώσης γίνεται από ειδικές βιβλιογραφικές αναφορές. Η υλοποίηση της μεθοδολογίας γίνεται σε δύο στάδια:! Το πρώτο στάδιο περιλαμβάνει την σύνθεση του πλαισίου οργάνωσης της γνώσης, με βάση τα προϋπάρχοντα συστήματα γεωταξινόμησης και τις εξειδικευμένες γεωμορφολογικές και γεωλογικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή μελέτης. Το προτεινόμενο σύστημα γεωταξινόμησης περιλαμβάνει όλες τις γεωμορφές με τάξη μεγέθους από το επίπεδο της φυσιογραφικής περιφέρειας έως τις γεωμορφές τέταρτης τάξης. Η ταξινόμηση γίνεται με τέσσερις παραμέτρους: α) τάξη μεγέθους, β) μορφή, γ) φυσικές διεργασίες και δ) φυσική διάταξη των γεωμορφών στο γεωμορφολογικό περιβάλλον.! Στο δεύτερο στάδιο γίνεται παραμετρική αναπαράσταση των γεωμορφών της περιοχής μελέτης μέσω των φωτοερμηνευτικών τους χαρακτηριστικών στο πλαίσιο οργάνωσης που παρέχει το σύστημα ταξινόμησης. Η υλοποίηση της προσπάθειας αυτής οδήγησε στον προσδιορισμό νέων και πιο εξειδικευμένων φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών και των τιμών τους για τις γεωμορφές με τάξη μεγέθους μεγαλύτερη ή ίση με 2 (φυσιογραφική περιφέρεια, φυσιογραφική ενότητα, φυσιογραφικό αντικείμενο, την τοπογραφική μορφή, γεωμορφές 3 ης και 4 ης τάξης κ.α.) Με την προτεινόμενη μεθοδολογία επιτυγχάνεται: 1. Tυποποίηση της φωτοερμηνευτικής γνώσης, η οποία αποτελεί την βάση ανάπτυξης ενός συστηματικού πλαισίου για την αναγνώριση των γεωμορφών από αεροφωτογραφίες. 2. Δίνεται ένα αρχικό διαδικαστικό πλαίσιο (στρατηγική) προκειμένου να καθοδηγηθούν αρχάριοι στην διαδικασία του προσδιορισμού γεωμορφών με φωτοερμηνεία.

13 2 Κεφάλαιο A Πίνακας Περιεχομένων A.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΚΑΙ ΣΤΟΧΟΙ 5 A.1.1 Το πρόβλημα και η ανάγκη 6 Α.1.2 Φωτοερμηνεία 7 Α.1.3 Κλείδες φωτοερμηνείας 9 Α.1.4 Συστήματα γεωταξινόμησης 13 A.1.5 Ερμηνεία γεωμορφών από τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά τους 16 Α.1.6 Γεωμορφολογική-γεωλογική θεώρηση γεωμορφών 22 Α.1.7 Περιοχή μελέτης 26 A Basin and Range 26 A Death Valley 30 Α.1.8 Στόχοι 32 A.2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ 33 A.2.1. ΣΥΣΤΗΜΑ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗΣ ΓΙΑ ΤΕΚΤΟΝΙΚΕΣ ΑΛΛΟΥΒΙΑΚΕΣ ΛΕΚΑΝΕΣ 34 Α Τάξη μεγέθους 34 Α Φυσικές διεργασίες 35 Α Μορφή 37 Α Διάταξη 39 A Περιγραφή του προτεινόμενου συστήματος γεωταξινόμησης 40 Α.2.2. ΠΑΡΑΜΕΤΡΙΚΗ ΑΝΑΠΑΡΑΣΤΑΣΗ ΓΕΩΜΟΡΦΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΑ ΦΩΤΟΕΡΜΗΝΕΥΤΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥΣ 41 Α Φυσιογραφική περιφέρεια και φυσιογραφική ενότητα 41 Α Φυσιογραφικά αντικείμενα 43 Α Τοπογραφικές μορφές 44 Α Γεωμορφές 3 ης τάξης 45 Α.4. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ 49 Α.5.ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 50 Α.5.1 Βιβλιογραφία 50

14 3 Κεφάλαιο A Πίνακας Περιεχόμενων Σχημάτων Σ χ ή μ α τ α 1 Ανάπτυξη αλλουβιακών ριπιδιών στις Άνδεις. 7 2 Ηφαιστειακός κώνος με σαφή ανάπτυξη σκιάσεων. 8 3 Επιφανειακές αποθέσεις εβαποριτών (Racetrack playa). 8 4 Αλλουβιακές προσχώσεις. 8 5 Κώνοι κορημάτων γύρω από λόφους μάρτυρες Αλλουβιακά ριπίδια με το χαρακτηριστικό ημικωνικό Σχήμα Υδρογραφικά δίκτυα με διαφορετική υφή Αποθέσεις εβαποριτών με την χαρακτηριστική φωτογραφική υφή V και U τύπου διαβρωτικές χαραδρώσεις Ανάπτυξη διαβρωτικής χαράδρωσης Χαρακτηριστικός τύπος βλάστησης σε ερημική περιοχή των νοτιοδυτικών Η.Π.Α Κώνος κορημάτων Διάγραμμα που δεικνύει την φυσική διεργαςία (ροές βαρύτητας) η οποία δημιουργεί τους κώνους κορημάτων Διάγραμμα στο οποίο απεικονίζεται η ανάπτυξη και η μορφή ενός αλλουβιακού ριπιδίου Τμήματα από δορυφορική εικόνα του θεματικού χαρτογράφου (Landsat Thematic Mapper) που αντιστοιχoύν στα κανάλια 1 και 5 για την περιοχή Death Valley και τμήμα 24 του αντίστοιχου τοπογραφικού χάρτη (USGS 1: ). 16 Τμήμα δορυφορικής εικόνας στην οποία δεικνύετε η ανάπτυξη Bajadas και η χωρική θέση των γεωμορφών στην τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη Death Valley Διάγραμμα που δεικνύει την ανάπτυξη αλλουβιακών ριπιδίων μπροστά από φαράγγια κατά μήκος του μετώπου μίας οροσειράς Χάρτης της φυσιογραφικής περιοχής Basin and Range Εικόνα radar (Ν.Δ. Η.Π.Α.) στην οποία έχει οριοθετηθεί η περιοχή Basin and Range Τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες και η γεωγραφική θέση της κοιλάδας Death Valley στον φυσιογραφικό χάρτη της Καλιφόρνιας και της Νεβάδα Αρχικό στάδιο της γεωμορφολογικής εξέλιξης μίας κλειστής αλλουβιακής λεκάνης Τελικό στάδιο της γεωμορφολογικής εξέλιξης μίας κλειστής αλλουβιακής λεκάνης Τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη Death Valley, δορυφορική εικόνα Landsat TM Φωτοερμηνεία της δορυφορικής εικόνας (Landsat TM) που αντιστοιχεί στην τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη απόθεσης Death Valley (Σχήμα 20) Διάγραμμα που προσομοιώνει την σχετική χωρική και υψομετρική θέση των γεωμορφών του τμήματος της τεκτονικής αλλουβιακής λεκάνης Death Valley που 31 εικονίζεται στο Σχήμα Οι μικρής κλίμακας τεκτονικές δομές στην τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη Death Valley και η επίδραση τους στην χωροθέτηση των γεωμορφών που αναπτύσσονται στους 31 πρόποδες των βουνών. 27 Ψηφιακές ισοϋψείς καμπύλες στην περιοχή Death Valley (1:100,000 scale digital line graph data, USGS 1997) Μηχανισμός δημιουργίας εφελκυστικών τάσεων στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range Οι φάσεις της τεκτονικής εξέλιξης και η επέκταση (εφελκυσμός) της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin and Range τα τελευταία 40 εκ. χρ. 36 Πίνακας Περιεχόμενων Διαγραμμάτων Ροής Διαγράμματα Ροής 1 Διχοτομική κλείδα για την φωτοερμηνεία των κοιλάδων ερημικού κλίματος. 12

15 4 Κεφάλαιο A Πίνακας Περιεχόμενων Πινάκων Π ί ν α κ ε ς 1 Εργα και δραστηριότητες στα οποία έχει εφαρμογή η φωτοερμηνεία. 5 2 Επιλογικές κλείδες για τον προσδιορισμό αλλουβιακών ριπιδίων Επιλογικές κλείδες για τον προσδιορισμό κώνων κορημάτων Υποδιαιρέσεις του συστήματος γεωταξινόμησης PUCE Αμερικάνικο σύστημα γεωταξινόμησης ITC γεωμορφολογικό σύστημα γεωταξινόμησης Επιλογικές κλείδες για αλλουβιακά ριπίδια (Alluvial Fans), αποθέσεις εβαποριτών (Playas) και αλλουβιακές προσχώσεις (Valley Fills). 8 Φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά γεωμορφών Ταξινόμηση γεωμορφών με βάση την τάξη μεγέθους Επιλογικές κλείδες για την φωτοερμηνεία επικλινών πεδίων (pediments) Επιλογικές κλείδες για την φωτοερμηνεία μπαχάντας (bajadas) Ιεραρχική ταξινόμηση των γεωμορφών της περιοχής Basin and Range Τάξεις μεγέθους και τα αντίστοιχα αντικείμενα γεωμορφών στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range. 14 Ταξινόμηση των φυσικών διεργασιών σε σχέση με τους φορείς γεωμορφολογικής δράσης. 15 Τάξεις μεγέθους και η ονοματολογία των τάξεων των γεωμορφών σε συνδυασμό με τις φυσικές διεργασίες που αναπτύσσονται στην περιφέρεια Basin and Range. 16 Mορφή των γεωμορφών που δημιουργούνται από ενδογενείς φυσικές διεργασίες Mορφή των γεωμορφών που δημιουργούνται από εξωγενείς φυσικές διεργασίες Mορφή των γεωμορφών στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range Γεωμορφές για τάξη μεγέθους 2, Xωρική κατανομή (πρότυπο γεωμορφών) σε συνάρτηση της τάξης μεγέθους Φυσιογραφικά χαρακτηριστικά της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin and Range Συγκριτική παρουσίαση των φυσιογραφικών χαρακτηριστικών των ενοτήτων Great Basin and Sonoran Desert. 23 Φυσιογραφικά χαρακτηριστικά των οροςειρών και των λεκανών της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin and Range. 24 Φυσιογραφικά χαρακτηριστικά των οροςειρών και των λεκανών για τις ενότητες Great Basin and Sonoran Desert. 25 Φυσιογραφικά χαρακτηριστικά των τεκτονικών αλλουβιακών λεκανών Φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά των τοπογραφικών μορφών στις τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες. 27 Γενικά φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά γεωμορφών Γεωμορφομετρικά φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά Γεωμορφολογικά φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά Χωρικά φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά

16 5 Κεφάλαιο A Α.1. Εισαγωγή και Στόχοι Oι γεωεπιστήμονες συχνά απαιτείται να συλλέξουν πληροφορίες για το φυσικό περιβάλλον που είναι απαραίτητες στον σχεδιασμό και στην εκτέλεση τεχνικών έργων (Πίνακας 1). Η συλλογή τέτοιων πληροφοριών είναι χρονοβόρα διαδικασία και έχει κόστος. Επιπροσθέτως, το είδος και η ποιότητα (ποιοτική ή ποσοτική, ακρίβεια, κ.α.) της πληροφορίας που απαιτείται, διαφέρει όχι μόνο ανάλογα με το είδος του έργου που εκτελείται αλλά και με το στάδιο εκτέλεσης στο οποίο ευρίσκεται (προμελέτη, στάδιο εκπόνησης περιβαλλοντικών επιπτώσεων, επιλογή θέσης εγκατάστασης, στάδιο υλοποίησης). Στο αρχικό στάδιο (χωροθέτηση του έργου ή της δραστηριότητας, προσδιορισμός περιβαλλοντικών επιπτώσεων, οργάνωσης της εκτέλεσης του έργου, κ.α.) τα δεδομένα που χρειάζονται είναι ποιοτικά και περισσότερο γενικά, όπως η εκτίμηση του βάθους του υδροφόρου ορίζοντα και του μητρικού πετρώματος, το είδος και τα χαρακτηριστικά του εδάφους, τα υδρολογικά χαρακτηριστικά της περιοχής μελέτης, κ.α. (Way 1978). Στο τελικό στάδιο γίνεται επίγειος έλεγχος, δειγματοληψία του εδάφους, εργαστηριακός έλεγχος κ.α., αφού απαιτούνται ποσοτικά δεδομένα με μεγάλη ακρίβεια. Πίνακας Α.1 Εργα-δραστηριότητες που έχει εφαρμογή η φωτοερμηνεία (Leighty 1973). Συγκοινωνιακά Eργα Προεπιλογή-Χωροθέτηση Δραστηριοτήτων Yδατικοί Πόροι Ειδικά προβλήματα Οδοποιία. Σιδηροδρομικά Εργα. Αγωγοί μεταφοράς (φυσικού αερίου, υδρεύσεως, τηλεπικοινωνιών, ηλεκτρικού ρεύματος κ.α.). Αερολιμενικές εγκαταστάσεις. Αστικών συγκροτημάτων. Στρατιωτικές εγκαταστάσεις. Βιομηχανικές περιοχές. Τεχνητών φραγμάτων. Παροχή νερού. Εργα συλλογής / διάθεσης επιφανειακού νερού για αγροτική χρήση. Εργα συλλογής υπογείων υδάτων. Εργα διευθέτησης χειμάρρων. Εργα αποφυγής κατολισθήσεων, σταθεροποίησης κλίσεων. Πολεοδομικός και χωροταξικός σχεδιασμός σε εθνικό, νομαρχιακό και αστικό επίπεδο. Για να υποβοηθηθεί το αρχικό στάδιο αναπτύχθηκε τεχνική για την εξαγωγή πληροφορίας από αεροφωτογραφίες (Way 1978) η οποία ονομάστηκε ανάλυση πεδίου (Terrain Analysis). Η ανάλυση πεδίου αποτελεί μία προσπάθεια των γεωεπιστημόνων να αναπτύξουν μια κοινή γλώσσα επικοινωνίας για τα φυσικά πεδία, τις υποδιαιρέσεις τους και τα αντίστοιχα τεχνικά τους χαρακτηριστικά και η οποία οδήγησε σε μια σειρά από διαφορετικά συστήματα γεωταξινόμησης (Ollier 1977). Τα συστήματα αυτά εκφράζουν διαφορετικές πρακτικές και μεθοδολογίες. Η ανάλυση πεδίου αναπτύχθηκε κύρια στις Η.Π.Α. την δεκαετία του 1940 και εντάχθηκε στο Αμερικανικό Σύστημα Ταξινόμησης Πεδίου (U.S. Landform System) στο οποίο η κύρια μονάδα κατάτμησης είναι η γεωμορφή (Way 1978). Οι γεωμορφές είναι φυσικές ενότητες, που όταν αναπτύσσονται κάτω από όμοιες συνθήκες κλίματος, αποσάθρωσης και διάβρωσης παρουσιάζουν διακριτές και προβλέψιμες φυσικές ιδιότητες και οπτικά χαρακτηριστικά στις αεροφωτογραφίες (Way 1978).

17 6 Κεφάλαιο A Βασικοί στόχοι της ανάλυσης πεδίου είναι η αναγνώριση των γεωμορφών με βάση τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά που προσδιορίζονται από αεροφωτογραφίες και ο καθορισμός των τεχνικών τους ιδιοτήτων και συμπεριφοράς σε σχέση με συγκεκριμένα τεχνικά έργα (Way 1978, Αργιαλάς 1994). Από την άλλη πλευρά τα συστήματα γεωταξινόμησης παρέχουν το πλαίσιο στο οποίο οργανώνεται η φωτοερμηνευτική γνώση και η κωδικοποίηση της σε διαφορετικές κλίμακες και για διαφορετικές ενότητες-υποδιαιρέσεις του πεδίου (Van Zuidam κ.α. 1979). Α.1.1 Tο Πρόβλημα και η Ανάγκη Η διαδικασία επίλυσης προβλημάτων στην φωτοερμηνεία είναι ακόμη τέχνη χωρίς επαρκή επιστημονική και θεωρητική τεκμηρίωση (Argialas and Mintzer 1992). Το διαδικαστικό πλαίσιο για την επίλυση του προβλήματος ακόμη λείπει και τα βιβλία δεν αναπτύσσουν τις απαραίτητες θεωρίες και στρατηγικές που είναι απαραίτητες προκειμένου να καθοδηγηθούν οι αρχάριοι στην διαδικασία του προσδιορισμού των γεωμορφών με φωτοερμηνεία (Αργιαλάς 1994). Έτσι, η στρατηγική επίλυσης του προβλήματος της ερμηνείας γεωμορφών δεν είναι ξεκάθαρη, άμεση και μονοσήμαντη. Δημιουργείται έτσι η ανάγκη να τυποποιηθεί αυτή η διαδικασία, και να αναπτυχθεί ένα συστηματικό πλαίσιο για την αναγνώριση των γεωμορφών από αεροφωτογραφίες (Leighty 1973, Argialas and Narasimhan 1988a, 1988b). Η περιγραφή των γεωμορφών με βάση τα φωτοερμηνευτικά τους χαρακτηριστικά παρουσιάζει κάποια μεθοδολογικά προβλήματα. Οι κύριες αιτίες είναι ότι τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά αποτελούν ποιοτικές κατά κύριο λόγο περιγραφές των χαρακτηριστικών που παρατηρεί ο ερμηνευτής στην αεροφωτογραφία, οι οποίες εκφράζονται διαμέσου της φυσικής ανθρώπινης γλώσσας (από την φύση της, ασαφής και ανακριβής). Πολλά φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά έχουν σχετικές τιμές, όπως για παράδειγμα ο φωτογραφικός τόνος που εξαρτάται από το είδος του φωτογραφικού φιλμ που χρησιμοποιείται, το ύψος του ηλίου την στιγμή της λήψης, από την εποχή, το κλίμα κ.α. Μέχρι σήμερα δεν υπάρχει μία πλήρης και συστηματοποιημένη περιγραφή των φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών. Σε αυτό το κεφάλαιο γίνεται καταγραφή της γνώσης που αφορά την φωτοερμηνεία γεωμορφών καθώς και τα προβλήματα που ανακύπτουν κατά την διάρκεια αυτής της προσπάθειας σε συνδυασμό με την οργάνωση της φωτοερμηνευτικής γνώσης σε ένα σύστημα γεωταξινόμησης. Η προσπάθεια εξειδικεύεται σε συγκεκριμένη περιοχή μελέτης (Basin and Range) στις Ν.Δ. Η.Π.Α. Οι βιβλιογραφικές πηγές που χρησιμοποιήθηκαν είναι στα αγγλικά για αυτό και η τυποποίηση της γνώσης στους πίνακες που ακολουθουν γίνεται με αγγλικη ορολογία. Ετσι εξυπηρετήται η αναπαράσταση της γνώσης στο έμπειρο σύστημα (Κεφάλαιο Β) αφού μόνο τα αγγλικά υποστηρίζονται.

18 7 Κεφάλαιο A A.1.2 Φωτοερμηνεία Φωτοερμηνεία είναι η διεργασία συλλογής δεδομένων και σύνθεσης στοιχείων από μία αεροφωτογραφία έτσι ώστε να επιτευχθεί ο προσδιορισμός φυσικών και ανθρωπογενών αντικειμένων και διεργασιών (Lillesand and Kiefer 1987, Pandey 1987). Όταν παρατηρούμε μία αεροφωτογραφία διαπιστώνουμε την ύπαρξη αντικειμένων ποικίλου σχήματος και μεγέθους που αντιστοιχούν σε αντικείμενα του φυσικού περιβάλλοντος ή σε ανθρωπογενής κατασκευές. Μερικά από αυτά μπορεί να ερμηνευτούν άμεσα ενώ άλλα δυσκολότερα ή και καθόλου, ανάλογα με τις ικανότητες και την εμπειρία του παρατηρητή (Lillesand and Kiefer 1987). Μία συστηματική μελέτη φωτοερμηνείας περιλαμβάνει την συλλογή πολλών χαρακτηριστικών. Τα χαρακτηριστικά που θεωρούνται κάθε φορά διαφέρουν ανάλογα με το πεδίο εφαρμογής της φωτοερμηνείας (Leuder 1959, Miller κ.α. 1961, Strandberg 1967). Για παράδειγμα, στην γεωλογική φωτοερμηνεία ο στόχος είναι ο προσδιορισμός των γεωμορφών, της λιθολογίας και της τεκτονικής με σκοπό την απεικόνιση των γεωλογικών δομών και των χωρικών συσχετίσεων τους στον χάρτη, τον προσδιορισμό των φυσικών διεργασιών, την σύνθεση της υπεδαφικής γεωμετρίας των στρωμάτων και της γεωλογικής ιστορίας (Pandey 1987, Drury 1993). Η διαδικασία και τα χαρακτηριστικά στα οποία επικεντρώνεται μια έρευνα εξειδικεύονται ανάλογα με τους στόχους της. Παραδείγματα αποτελούν, ο εντοπισμός πετρελαϊκών κοιτασμάτων (Pandey 1987), ο εντοπισμός μεταλλοφόρων κοιτασμάτων (Legg 1995), η τεχνική γεωλογική χαρτογράφηση (Dearman 1991), η υδρογεωλογική έρευνα (Pandey, 1987, Legg 1995) κ.α. Σε γενικές γραμμές τα ακόλουθα οκτώ βασικά χαρακτηριστικά των αντικειμένων μίας αεροφωτογραφίας συλλέγονται κατά κανόνα στην διάρκεια της φωτοερμηνείας (Lillesand and Kiefer 1987, Pandey 1987): 1. Μέγεθος (size): Το μέγεθος των αντικειμένων συσχετίζεται με την ένταση και με το είδος των φυσικών διεργασιών (Pandey 1987). 2. Σχήμα (Shape): Αναφέρεται στην γενική μορφή ή στο περίγραμμα διακριτών αντικειμένων. Στην περίπτωση στερεοσκοπικής παρατήρησης το σχήμα μπορεί να ορίζεται έμμεσα από το ύψος του αντικειμένου (Pandey 1987, Lillesand and Kiefer 1987). Παραδείγματα αντικειμένων που μπορούν να προσδιορισθούν άμεσα από το σχήμα τους είναι, τα αλλουβιακά ριπίδια (Σχήμα 1) και οι ηφαιστειακοί κώνοι (Σχήμα 2). Σχήμα Α.1 Ανάπτυξη αλλουβιακών ριπιδιών στις Άνδεις, (Instituto Geografico Militar, Argentina, in Drury 1993).

19 8 Κεφάλαιο A 3. Σκιάσεις (Shadows): Το σχήμα ή το περίγραμμα των σκιάσεων συσχετίζεται άμεσα με το μέγεθος και το σχήμα του αντικειμένου (Καρτέρης 1986), αποτελεί μία εκτίμηση για το σχετικό ύψος των αντικειμένων και βοηθά στον ορισμό ενός σχετικού υψομετρικού μοντέλου της περιοχή μελέτης (Wang κ.α. 1983). Επιπλέον οι σκιές έχουν χρησιμοποιηθεί για την εξαγωγή μέρους του υδρογραφικού δικτύου από αεροφωτογραφίες (Haralick κ.α. 1985). Παράλληλα οι σκιές δημιουργούν προβλήματα αφού είναι σχεδόν αδύνατη η συλλογή φασματικών πληροφοριών από τις Σχήμα Α.2 Ηφαιστειακός κώνος (Klyuchevskaya Volcano, Kamchatka, Russia) με σαφή ανάπτυξη σκιάσεων (USGS Declassified Intelligence Imagery 1997). περιοχές που καλύπτουν (Σχήμα 2). Το μέγεθος τους εξαρτάται από το ύψος του ηλίου, την ύπαρξη νέφωσης και από τον προσανατολισμό και το σχετικό ύψος των αντικειμένων. 4. Πρότυπο/Μορφή (pattern): Αναφέρεται στην χωρική-γεωμετρική τοποθέτηση συγκεκριμένων αντικειμένων (Pandey 1987). Παραδείγματα προτύπων αποτελούν το πρότυπο του υδρογραφικού δικτύου (Αργιαλάς κ.α. 1988) το πρότυπο των γεωμορφών/landform pattern (Pandey 1987), κ.α. Tα πρότυπα μπορεί να αναφέρονται είτε σε μεγάλη (local) είτε σε μικρή κλίμακα (regional) και συσχετίζονται με συγκεκριμένες φυσικές διεργασίες (Pandey 1987). Σχήμα A.3 Επιφανειακές αποθέσεις εβαποριτών-racetrack playa (Strahler et al. 1992). 5. Φωτογραφικός Τόνος (photo-tone ή hue): Αντιπροσωπεύει το σχετικό ποσό φωτός που ανακλάται από ένα αντικείμενο (Σχήμα 3 και Σχήμα 4) και καταγράφεται από το συγκεκριμένο καταγραφικό όργανο (φωτογραφική μηχανή, πολυφασματικός σαρωτής, κ.α.). Ο φωτογραφικός τόνος εξαρτάται, πέραν της ανακλαστικότητας της επιφάνειας του αντικειμένου (Pandey 1987) και από: Σχήμα Α.4 Αλλουβιακές προσχώσεις (in Way 1987). την σχετική θέση/προσανατολισμού του αντικειμένου σε σχέση με την εκπεμπόμενη ακτινοβολία (πχ ήλιος), το γεωγραφικό πλάτος (το ποσό της προσπίπτουσας ακτινοβολίας μειώνεται με την αύξηση του πλάτους στην περίπτωση που η πηγή ενέργειας είναι ο ήλιος), το είδος του καταγραφικού μέσου (ευαισθησία φωτογραφικού φιλμ, κανάλι πολυφασματικού σαρωτή, κ.α.).

20 9 Κεφάλαιο A 6. Φωτογραφική Υφή (Texture): Προσδιορίζει την συχνότητα αλλαγής των τόνων και την χωρική τους τοποθέτηση σε μία αεροφωτογραφία. Παράγεται από την συνάθροιση μονάδων τόσων μικρών που είναι σχεδόν αδύνατο να διακριθούν αυτόνομα στην αεροφωτογραφία (Καρτέρης 1986, Pandey 1987). Είναι χρήσιμο στοιχείο για την διάκριση αντικειμένων που έχουν τον ίδιο τόνο. Η δημιουργία συγκεκριμένης υφής οφείλεται στην τοποθέτηση των δένδρων σε σχέση με την κλίμακα της αεροφωτογραφίας (Καρτέρης 1986), σε διατάξεις διακλάσεων σε ηφαιστειακά πετρώματα (Pandey 1987), κ.λ.π. 7. Διάταξη (Site): Είναι η κατά χώρο διευθέτηση των αντικειμένων και μπορεί να είναι φυσική ή ανθρωπογενής (Καρτέρης 1986). Η φυσική διάταξη είναι συνήθως το αποτέλεσμα της τοπογραφίας του εδάφους και αναφέρεται στο υδρογραφικό δίκτυο, στην διάβρωση του εδάφους κ.λ.π. (Καρτέρης 1986). Για παράδειγμα οι αποθέσεις εβαποριτών εμφανίζονται κατά κανόνα στους πυθμένες των αλλουβιακών λεκανών απόθεσης στην φυσιογραφική περιοχή Basin and Range των Η.Π.Α. ενώ τα αλλουβιακά ριπίδια αναπτύσσονται στις εξόδους φαραγγιών (canyons) σε μία σχετικά επίπεδη λεκάνη. 8. Σχέση με το Περιβάλλον/Συσχέτιση (Association): Το στοιχείο αυτό δεν αφορά άμεσα κάποιο φωτοερμηνευτικό χαρακτηριστικό του αντικειμένου, απλά ο φωτοερμηνευτής συσχετίζει τα αντικείμενα ή την θέση αυτών με άλλα αντικείμενα ή φυσικές διεργασίες και καταστάσεις (Καρτέρης 1986). Για παράδειγμα η εμφάνιση επιμηκών οροσειρών μεταξύ εναλλασσόμενων τεκτονικών αλλουβιακών λεκανών υποδηλώνει πιθανώς την ύπαρξη της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin and Range (Fenneman 1931). Α.1.3. Κλείδες Φωτοερμηνείας Για την υποβοήθηση της φωτοερμηνείας και ιδιαίτερα των αρχάριων φωτοερμηνευτών έχουν δημιουργηθεί κλείδες φωτοερμηνείας ή αναγνώρισης. Οι κλείδες φωτοερμηνείας (Argialas και Mintzer 1992) έχουν δύο μορφές (επιλογικές ή διχοτομικές): Επιλογικές Κλείδες Φωτοερμηνείας (Selective Keys): Είναι διαγράμματα κατακόρυφων είτε πλάγιων είτε επίγειων φωτογραφιών, που δείχνουν την τυπική εμφάνιση των υπό φωτοερμηνεία αντικειμένων ή καταστάσεων (Way 1973, Lillesand and Kiefer 1987). Τα παραπάνω συνοδεύονται από περιγραφές των μορφολογικών καθώς και των φωτογραφικών στοιχείων της φωτοερμηνείας (Πίνακας 1 και 2). Έτσι δίνεται η δυνατότητα στον φωτοερμηνευτή μετά από σύγκριση να επιλέξει την περίπτωση που ταιριάζει περισσότερο στο αντικείμενο ή κατάσταση που ερμηνεύει.

21 10 Κεφάλαιο A Πίνακας A.2 Επιλογικές κλείδες για τον προσδιορισμό αλλουβιακών ριπιδίων. Airphoto Identification of Alluvial Fans (Lillesand and Kiefer 1987)! Topography: Fan-Shaped, with a slope of 2 to 15 percent away from apex.! Drainage and Erosion: Excellent internal drainage. Limited surface drainage system with few gullies. Numerous distributary (constructional) channels.! Phototone: General light; distributary channels may be darker.! Vegetation and Landuse: General lack of vegetation along active distributary channels; may be heavier vegetation at base of fan due to groundwater seepage. Humid areas often cultivated; natural vegetation on fan may contrast with adjacent landforms. Alluvial Fans in granular material (in Pandey 1987)! Climate: Tropical and subtropical desert.! Type of Photograph and Scale: Panchromatic Vertical Aerial Photograph at scale 1: ! Description: An alluvial fan is a depositional, fan-shaped, gently sloping landform with a distributary drainage pattern. Alluvial fans are comprised of granular material ranging from silt to boulders. Grain size varies along the fan with the coarse material near the apex or point of origin. The cross-sectional shape of an alluvial fan is related to grain size distribution. The steeper the fan side slopes the greater the proportion of coarse material.! Engineering Characteristics and Problems: Because alluvial fans contain sands and gravel they are source of these material for construction purpose. Because of their granular nature, alluvial fans act as recharge areas for ground water. Caliche layers or petrocalcic, which can be present in alluvial fans in arid environments might influence excavation. Vehicular mobility of alluvial fans is generally better parallel to drainage ways than perpendicular to them. [Source U.S. Army, Eng. Topo. Labs, Virginia, U.S.A.] Relationship between the terrain unit of Alluvial Fan with the various terrain characteristics and land qualities (Van Zuidam κ.α. 1979)! Relief-Morphology: Frequently in Valley bottoms. Gently sloping. Concave form, sometimes convex. Smooth surface, if the hinterland consists of loose fine textured rock and if no vertical incision exists. Otherwise, steep V or U-shaped gullies. Dentritic distributary drainage pattern. Density varies.! Process: Deposition by sheetfloods and overbank flows.! Rock Type: Alluvial unconsolidated material; frequently rounded and sorted.! Soil: Sometimes thick deposits but real soil development is absent if fan formation is active.! Hydrologic Situation: Surface water may be present depending on the climate. Ground water is present, even in dry periods, particularly in the lower part of fan. Seepage may occur at the fan toe.! Vegetation and Landuse: Natural vegetation and agricultural landuse possible. Στον Πίνακα 2 γίνεται παράθεση από επιλογικές κλείδες για αλλουβιακά ριπίδια από διαφορετικές πηγές. Είναι σαφές ότι η δεύτερη κλείδα (U.S. Army, Eng. Topo. Labs, Virginia, U.S.A. in Pandey 1987) επικεντρώνεται κύρια στα τεχνικά χαρακτηριστικά των αλλουβιακών ριπιδιών σε σχέση με συγκεκριμένα τεχνικά προβλήματα. Επιπλέον γίνεται ιδιαίτερη αναφορά στο κλίμα, αλλά και στο είδος-κλίμακα της αεροφωτογραφίας από την οποία μπορεί να γίνει η πρόσληψη των στοιχείων που αναφέρονται. Στην τρίτη κλείδα (Van Zuidam κ.α.1979) γίνεται άμεση αναφορά στις φυσικές διεργασίες (process) ενώ οι διαβρωτικές χαραδρώσεις (gullies) εντάσσονται στο ανάγλυφο-μορφολογία (relief-morphology) και όχι στα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά του υδρογραφικού δικτύου-διάβρωσης (drainage and erosion) όπως

22 11 Κεφάλαιο A γίνεται στην πρώτη κλείδα (Lillesand and Kiefer 1987). Είναι σαφές ότι υπάρχουν διαφορετικές τυποποιήσεις των φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών από τις οποίες καμία δεν είναι πλήρης σε γνωστικό περιεχόμενο. Στον Πίνακα 3 δίνεται επιλογική κλείδα για τους κώνους κορημάτων (Lueder 1959) η οποία συνοδεύεται από το Σχήμα 5 όπου γίνεται άμεση αναφορά στην σχετική χωρική θέση (Location) εμφάνισης της γεωμορφής. Πίνακας A.3 Επιλογική κλείδα για τον προσδιορισμό κώνων κορημάτων (Talus Cones). Η αντίστοιχη προς τον Πίνακα εικόνα δίνεται στο Σχήμα 5. Aerial-photographic Characteristics of Talus Deposits (Lueder 1959 )! Topography: steeply sloping 20 to 40 degrees. Talus cones and alluvial cones have similar shapes.! Location: invariably at the foot of rock cliffs and steep slopes.! Association with various scars above.! Drainage, Landcover,Landuse: Lack of surface drainage, vegetation and landuse.! Phototone: Uniform and generally light-gray tones. Διχοτομικές Κλείδες Φωτοερμηνείας (Elimination Keys): Αυτές έχουν διαμορφωθεί έτσι ώστε η φωτοερμηνεία να γίνεται σταδιακά από τις γενικές στις ειδικές κατηγορίες αντικειμένων η καταστάσεων, με την μορφή ζευγών εναλλακτικών λύσεων από τις οποίες κάθε φορά, ο Σχήμα A.5 Κώνοι κορημάτων (Talus Cones) γύρω από λόφους φωτοερμηνευτής απορρίπτει την μία μέχρι που να μάρτυρες/inselbergs (in Clark and Small 1987). καταλήξει στην πιθανή τελική κατηγορία (Καρτέρης, 1986, Lillesand and Kiefer 1987, Argialas and Mintzer 1992). Για τις ανάγκες της παρούσης διατριβής συντέθηκε η διχοτομική κλείδα φωτοερμηνείας (Διάγραμμα 1) των κοιλάδων ερημικού κλίματος που ακολουθεί στην επόμενη σελίδα. Οι κοιλάδες αυτές είναι προϊόν (Peterson 1981) είτε της διάβρωσης (Major Desert Valleys: canyons, arroyos, κ.λ.π.) είτε του γεμίσματος ενός τεκτονικού βυθίσματος με αλλουβιακό υλικό (τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες/intermontane basins). Οι τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες διακρίνονται σε δύο κατηγορίες ανάλογα με το εάν είναι: Kλειστές (bolson:drainage pattern=centripetal). Το υδρογραφικό δίκτυο δεν έχει διέξοδο σε μια γειτονική λεκάνη ή στην θάλασσα αλλά παγιδεύεται με αποτέλεσμα το σταδιακό γέμισμα της κοιλάδας με αλλουβιακό υλικό και την μετεξέλιξη των γεωμορφών της λεκάνης από αλλουβιακά ριπίδια (alluvial fans) σε μπαχάντας (bajadas) (Leuder 1959). Aνοικτές (semibolson: external drainage) το υδρογραφικό δίκτυο έχει διέξοδο σε μια γειτονική λεκάνη (Peterson 1981, Leuder 1959) με συνέπεια να διαβρώνει τον πυθμένα της λεκάνης (δημιουργία arid floodplain).

23 12 Κεφάλαιο A erosional excavation Process? alluvial filling of tectonic depressions Major Desert Valleys (canyons etc.) Intermontane Basins Drainage? external Bolson Desert Valleys identification centripetal Semibolson concave Shape (3d)? plain Dissection? great gentle Initial filling stage Advanced filling stage Initial dissection stage (possibility for external drainage) Topographic form dissected? piedmont slope basin floor Late dissection stage (dissection of alluvial fans & bajadas) Secondary dissection stage (the axial stream dissects the valley fill & playas ) Διάγραμμα A.1 Διχοτομική κλείδα για την φωτοερμηνεία των κοιλάδων ερημικού κλίματος. Η κλείδα συνετέθει για τις ανάγκες της διατριβής από γεωμορφολογική και φυσιογραφική γνώση που είναι διαθέσιμη στους Peterson 1981, Lueder 1958, Fenneman Οι κοιλάδες διακρίνονται ανάλογα με την γενεσιουργό αιτία (process) σε δύο κατηγορίες α)διάβρωσης (πχ Canyons) και β)τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες (Intermontane Basins). Οι τελευταίες διακρίνονται σε δύο ακόμη κατηγορίες ανάλογα με το εάν είναι κλειστές (bolson:drainge pattern=centripetal) ή ανοικτές (semibolson: external drainage).στην συνέχεια γίνεται περαιτέρω διάκριση ανάλογα με το στάδιο της φυσικης διεργασίας πού είναι σε εξέλιξη (alluvial filling or dissection) με βάση το γεωμορφομετρικό σχήμα (3d shape of basins:concave or plain) ή τα επιφανειακά χαρακτηριστικά διάβρωσης (dissection degree).

24 13 Κεφάλαιο A Α.1.4 Συστήματα Ταξινόμησης Πεδίου Τα συστήματα ταξινόμησης πεδίου είναι το προϊόν μιας ευρείας προσπάθειας για την ταξινόμηση του ανάγλυφου (Terrain Classification), με στόχο να δοθεί η δυνατότητα στους γεωεπιστήμονες να αναπτύξουν μια κοινή γλώσσα επικοινωνίας για τα φυσικά πεδία, τις υποδιαιρέσεις τους και τα τεχνικά τους χαρακτηριστικά (Ollier 1977). Αρκετές μεθοδολογίες και πρακτικές είναι διαθέσιμες για την ταξινόμηση του πεδίου (Terrain Classification). Οι πιο διαδεδομένες ταξινομήσεις (Way 1978) είναι, το Αυστραλιανό Σύστημα / P.U.C.E. (Pattern Unit Component Evaluation) που βασίζεται στην κατάτμηση της περιοχής μελέτης σε στοιχειώδης μονάδες πεδίου (Terrain Units) και το Αμερικανικό Σύστημα / U.S. Landform System στο οποίο η κύρια μονάδα κατάτμησης είναι η γεωμορφή. Πιο συγκεκριμένα: PUCE. Βασίζεται στην αρχή ότι κάθε περιοχή μπορεί μονοσήμαντα να αντιπροσωπευθεί με βάση την τοπογραφία της, τις παραμέτρους της κλίσης, την υποκείμενη λιθολογία, τα τεκτονικά γεωλογικά χαρακτηριστικά, το έδαφος και την βλάστηση (Dearman 1991). Λειτουργεί σε τέσσερα κύρια επίπεδα γενίκευσης (Πίνακας 4). Πίνακας Α.4 Υποδιαιρέσεις του συστήματος γεωταξινόμησης PUCE (Dearman 1991). Φυσιογραφική (Province) Πρότυπο/Μορφή (Terrain Pattern) Περιφέρεια Πεδίου Στοιχειώδης Μονάδα Πεδίου (Terrain Unit) Συνιστώσα Μονάδας Πεδίου (Terrain Component) Μία περιοχή με σταθερή γεωλογία, η οποία προσδιορίζεται από γεωλογικό χάρτη σε κλίμακα 1: Μια περιοχή που συνίσταται από μία γεωμορφή και έχει επαναλαμβανόμενη τοπογραφία, συγκεκριμένες συσχετίσεις εδαφών και τύπων φυσικής βλάστησης. Μια περιοχή στην οποία εμφανίζεται μια γεωμορφή, η οποία καλύπτεται από χαρακτηριστικό τύπο εδάφους και στην οποία αναπτύσσεται χαρακτηριστική βλάστηση. Είναι ένας περιορισμένος αριθμός συνιστωσών που απαρτίζουν κάθε στοιχειώδη μονάδα πεδίου και οι οποίες έχουν πάντα την ίδια χωρική τοποθέτηση μέσα στην στοιχειώδη μονάδα πεδίου, και παρουσιάζουν ξεχωριστές τιμές κλίσης, εδάφους και βλάστησης. Αμερικάνικο σύστημα γεωταξινόμησης. Σε αυτή την προσέγγιση, γεωμορφές ορίζονται οι μορφολογικές ενότητες του ανάγλυφου, οι οποίες έχουν προέλθει από συγκεκριμένες γεωμορφολογικές και γεωλογικές φυσικές διεργασίες, η επίδραση των οποίων αντανακλάται τόσο στην λιθολογική/εδαφολογική τους σύσταση και στην τοπογραφική τους μορφή, όσο και στην σχετική τους θέση στο γεωμορφολογικό/φυσιογραφικό περιβάλλον (Leighty 1973, Way 1978, Lillesand and Kiefer 1987, Pandey 1987). Η μεθοδολογία λειτουργεί σε τρία επίπεδα γενίκευσης (Πίνακας 5). Η θεωρία αυτή τυποποιεί την μορφή και τα λιθολογικά χαρακτηριστικά κάθε γεωμορφής και τα αντιστοιχίζει με εξειδικευμένα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά όπως η τοπογραφική μορφή, η μορφή του υδρογραφικού δικτύου, ο φωτογραφικός τόνος του εδάφους, η χρήση γης και το είδος της βλάστησης κ.α., τα οποία χρησιμοποιούνται στην διαδικασία της φωτοερμηνείας για τον προσδιορισμό των γεωμορφών.

25 14 Κεφάλαιο A Πίνακας Α.5 Αμερικανικό σύστημα γεωταξινόμησης (Way 1978). Stages in Terrain Map Scale Terrain factors used for description Classification 1. Major Landform 1: Geology or major surficial geological categories 2. Landform 1: :10000 Geomorphology/geology basic characteristic of rock and soil 3. Subunits 1:4800-1:1200 Soil types, texture, depth, stoniness, erosion, ground water, topographic slopes. Επιπροσθέτως, ο προσδιορισμός μίας γεωμορφής από την ερμηνεία των φωτογεωμορφολογικών κλειδιών περιοχής οδηγεί στο να συνάγουμε το είδος των φυσικών διεργασιών από τις οποίες δημιουργήθηκε, την λιθολογία της, καθώς και τα τεχνικά χαρακτηριστικά της και τις φυσικές της ιδιότητες. Η σύγκριση των δύο συστημάτων οδηγεί στo συμπέρασμα (Way 1978) ότι το PUCE είναι πιο γενικευμένο, η εφαρμογή του είναι πιο εύκολη, οδηγεί στην δημιουργία πιο ομοιόμορφων στοιχειωδών κατατμήσεων και σχεδιάσθηκε για την εφαρμογή σε περιοχές που καθόλου ή λίγη γνώση είναι διαθέσιμη. Από την άλλη πλευρά στο σύστημα των γεωμορφών, οι κατατμήσεις καθορίζονται (Way 1978) από τις ανάγκες των τεχνικών έργων (project scale, project by project basis) και την επιλογή θέσεων υλοποίησης των έργων (site specific). Άλλα συστήματα ταξινόμησης πεδίου είναι: Το Oxford-MEXE (Military Engineering Experimental Establishment). Αυτό αναπτύχθηκε στις σαβάνες της Αφρικής για τον σχεδιασμό αυτοκινητοδρόμων (Dearman, 1991). Σε αυτό το σύστημα αναγνωρίζονται επτά κατηγορίες πεδίου σε σχέση με το κλίμα, την γεωλογία και το είδος της γεωμορφής. Οι επτά κύριες υποδιαιρέσεις του συστήματος αυτού είναι Terrain Category, Land Zone, Land Province, Land Region, Land System, Land Facet, Land Element. Για παράδειγμα στην κύρια υποδιαίρεση Gentle Hills with broad terraced valleys (Land System) διακρίνουμε τέσσερις υποδιαιρέσεις α) Hill, β) Terrace, γ) Minor Valley, δ) Major Valley (Land Facets), ενώ σε μια Major Valley διακρίνουμε τρία Land Elements, α) floodplain, β) main stream, γ) abandoned channels (Dearman 1991). Το ITC Γεωμορφολογικό Σύστημα (Πίνακας 6) στο οποίο οι κύριες υποδιαιρέσεις είναι η γεωμορφολογική περιφέρεια, η κύρια γεωμορφολογική μονάδα, η γεωμορφολογική μονάδα και η γεωμορφολογική λεπτομέρεια. Μία συγκριτική παράθεση των υποδιαιρέσεων των διαφόρων συστημάτων ταξινόμησης πεδίου σε σχέση με τις υποδιαιρέσεις του ITC συστήματος δίνεται στον Πίνακα 6 που ακολουθεί.

26 Κεφάλαιο 15 A Πίνακας Α.6 ITC σύστημα γεωταξινόμησης. Οι υποδιαιρέσεις του και η σύγκριση του με τα άλλα συστήματα (Van Zuidam κ.α. 1979). ITC - Geomorphological Classification system Level Main Characteristics Scales Physiographic ITC Oxford- CSIRO CSIRO Land DOS Soviet Terrain MEXE Geomech. Research and System Classification Classification Div. Grant Reg. Surv. Physiographic Terrain Land region Terrain Complex Land Land Landscape Province (and Land Province System Region Province system) Province Main Terrain Land system Terrain Land system Land Mestnosti Physiographic System Pattern System Unit Detailed Terrain Unit Land Facet Terrain Unit Land Unit Land Facet Urochischa Physiographic Unit Physiographic Terrain Land Element Terrain Site Facies Component Component Element Geomorphologic Province Highly generalized. Genesis and lithology are most important. Displays a small range of surface form and properties expressive of a <1: lithological unit or a close lithological association of comparable geometric evolution. Main Moderately generalized. Relief, lithology and >1: geomorphologic genesis are the main criteria for classification Unit Displays a recurrent pattern of genetically linked terrain components. Geomorphologic No or mirror generalizations in areal classes. >1: Unit Details may be generalized. Relief, lithology and genesis are the main classification criteria. Reasonably homogeneous and fairly distinct from surrounding terrain. Geomorphologic No generalization in areal classes. No or mirror >1: Detail generalization in details. Relief is most important classification criterion. Basically uniform in landform lithology, soil vegetation and processes.

27 16 Κεφάλαιο A A.1.5 Ερμηνεία Γεωμορφών από τα Φωτοερμηνευτικά Χαρακτηριστικά τους Ο προσδιορισμός των γεωμορφών από τα φωτοερμηνευτικά τους κλειδιά είναι αναπόσπαστο τμήμα της τεχνικής ανάλυσης πεδίου (Way 1978) η οποία είναι γενικότερα εφαρμόσιμη στις γεωεπιστήμες (Lillesand and Kiefer, 1987) και έχει επιτυχώς εφαρμοσθεί για περισσότερο από 4 δεκαετίες σε πολλές περιοχές του κόσμου (ιδιαίτερα σε δυσπρόσιτες περιοχές) και σε ποικίλου είδους και σε μεγάλο αριθμό προβλημάτων (Way 1978). Η ανάλυση πεδίου (Terrain Analysis) τυποποιεί την μορφή και τα λιθολογικά χαρακτηριστικά κάθε γεωμορφής και τα αντιστοιχίζει με εξειδικευμένα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά που χρησιμοποιούνται στην διαδικασία της φωτοερμηνείας για τον προσδιορισμό των γεωμορφών (Way 1978, Lillesand and Kiefer 1979, Mintzer 1983, Mintzer and Messmore 1984). Ο στόχος είναι ο προσδιορισμός των τεχνικών χαρακτηριστικών των γεωμορφών για να εξυπηρετηθούν ανάγκες όπως η χωροθέτηση και η υλοποίηση τεχνικών έργων. Ακολουθεί η αναλυτική περιγραφή των φωτοερμηνευτικών κλειδιών που χρησιμοποιούνται για τον προσδιορισμό των γεωμορφών στην ανάλυση πεδίου: 1. Τοπογραφία (Topography). Κατά τον Way (1978) η τοπογραφία μιας γεωμορφής υποδεικνύεται από τον βαθμό διάτμησης και ασυνέχειας (degree of dissection and discontinuity) της γεωμορφής και τυπικές εκφράσεις που περιγράφουν την τοπογραφία είναι: flat, flat table rocks, massive hills, soft rounded hills, steep rounded hills, karst topography, terracing, parallel ridges, saw toothed ridges, bold domelike hills, A-shaped hills, parallel laminations, undulating, snakelike ridges, conical hills, pitted plains. Κατά τον Way (1978) άλλες εκφράσεις υποδηλώνουν επιπρόσθετα το οριζοντιογραφικό (planimetric) σχήμα της γεωμορφής όπως fan-shaped (Σχήμα 6), star-shaped, crescent shaped, drumlin shaped κ.α.. Σχήμα A.6 Αλλουβιακά ριπίδια με το χαρακτηριστικό ημικωνικό σχήμα μπροστά από φαράγγια. Περιοχή Death Valley California (by Frank M. Hanna in McGeary et al. 1994) Κατά τους Lillesand and Kiefer (1987) κάθε γεωμορφή έχει χαρακτηριστική τοπογραφική μορφή στην οποία συμπεριλαμβάνεται το μέγεθος και το σχήμα. Ένα άλλο στοιχείο που μπορεί να θεωρηθεί είναι το τρισδιάστατο σχήμα της γεωμορφής (3d shape). Για παράδειγμα το αλλουβιακό ριπίδιο έχει συνήθως ημικωνικό τρισδιάστατο σχήμα (Σχήμα 6).

28 17 Κεφάλαιο A 2. Μορφή και Υφή του Υδρογραφικού Δικτύου Η υφή και η μορφή (πρότυπο) του υδρογραφικού δικτύου υποδηλώνουν την λιθολογία (bedrock type) και τις υδρολογικές συνθήκες της περιοχής (Lillesand and Kiefer 1987, Way 1978), ενώ συσχετίζονται με την τεκτονική (Pandey 1987, Ollier 1981). Σχήμα Α.7 Υδρογραφικά δίκτυα με διαφορετική υφή. Η υφή (Σχήμα 7) του υδρογραφικού δικτύου (drainage density) ταξινομείται σε μία από τις ακόλουθες κατηγορίες: fine textured, medium textured, coarse textured. Τα πρότυπα του υδρογραφικού δικτύου (drainage pattern) ταξινομούνται σαν dentritic, angulate, rectangular, annular, trellis, centripetal,parallel κ.α. Εάν και τα πρότυπα του υδρογραφικού δικτύου συσχετίζονται με συγκεκριμένες φυσικές διεργασίες όπως περιγράφει με πολύ σαφήνεια o Pandey (1987), ο προσδιορισμός του προτύπου που αντιστοιχεί σε γεωμορφή ποικίλει και είναι ασαφής στην βιβλιογραφία. Παράδειγμα αποτελεί το πρότυπο του υδρογραφικού δικτύου του αλλουβιακού ριπιδίου το οποίο με βάση τις φυσικές διεργασίες είναι διχοτομικό [dichotomic is a variety of dendritic pattern in which the streams diverge from rather than to converge towards the main stream (Pandey 1987)]. Ακολουθούν άλλες βιβλιογραφικές αναφορές για το πρότυπο του υδρογραφικού δικτύου του αλλουβιακού ριπιδίου: Way (1978) στην σελ. 314, radial-braided. Lueder (1959) στην σελ. 164, radial pattern of braided dry channels. Pandey (1987) στην σελ. 167, braided pattern. Pandey (1987) στην σελ. 160, dichotomic. Pandey (1987) στην σελ. 291, distributary drainage pattern. Lillesand and Kiefer (1986) στην σελ. 286, internal drainage. Rackocki (1981), generally dendritic in dissected fans. 3. Φωτογραφικός Τόνος (Phototone Intensity) και Υφή (texture). Σχήμα A.8 Αποθέσεις εβαποριτών με χαρακτηριστική υφή (scrabbled), (by USGS, in Way 1978). Συνδέονται άμεσα με το είδος της βλάστησης, τον τύπο των εδαφών, την υγρασία του εδάφους και τον τύπο των πετρωμάτων (Καρτέρης, 1986). Ο φωτογραφικός τόνος προσδιορίζεται με αρκετές παραμέτρους όπως: Ο φωτογραφικός τόνος (Phototone Variation / Intensity) προσδιορίζεται με βάση τις ακόλουθες εκφράσεις (Way 1978): Dark gray ή black, Dull gray, Light gray, White.

29 18 Κεφάλαιο A H ομοιομορφία του τόνου (Phototone Uniformity) κατά τον Way (1978) χαρακτηρίζεται ως scrabbled (Σχήμα 8), uniform, mottled, banded. Ο Pandey (1978) αναφέρεται στην υφή του φωτογραφικού τόνου (Phototone Texture) και την ταξινομεί σε εννέα κατηγορίες (Coarse, Medium, Fine, Smooth, Rough, Rippled, Mottled, Specleled or Granular and Cris-Cross) ενώ παραθέτει αντιπροσωπευτικά σχήματα για κάθε κατηγορία. Επίσης ο Way (1978) ορίζει την μετάβαση του τόνου στα όρια των γεωμορφών (sharpness of tone boundary) που καθορίζεται με τις εκφράσεις: sharp-distinct (υποδηλώνει απότομη μεταβολή στην περιεχόμενη υγρασία) και gradual-fuzzy (υποδηλώνει βαθμιαίες αλλαγές στην περιεχόμενη υγρασία). 4. Διαβρωτικές Χαραδρώσεις (Gullies) Σχηματίζονται από την διάβρωση των εδαφών εξ αιτίας των ρεόντων νερών και δίνουν σημαντικές πληροφορίες στον εδαφολόγο σχετικά με την υφή και την συνεκτικότητα των εδαφών (Καρτέρης 1986). Στον Way (1978) γίνεται αναφορά στην συχνότητα και στο τύπο των διαβρωτικών χαραδρώσεων. Πιο συγκεκριμένα: H συχνότητα των χαραδρώσεων (gullies) density) εκφράζεται με τους όρους: none, few, many, vary. Ο τύπος των χαραδρώσεων/gully type (η μορφή της διατομής της χαράδρωσης κάθετα προς την διεύθυνση απορροής) εκφράζεται με τους όρους: Box Shaped (Ushaped), V-shaped (Σχήμα 9), Sag and Swale type (Way 1978). H χωρική κατανομή των χαραδρώσεων/gullies spatial distribution εκφράζεται είτε άμεσα είτε έμμεσα με τους όρους: along the base or edge of a drumlin, near the base of kame slopes, in dissected lake beds (Way 1978). Yπάρχουν εκφράσεις στον Way (1978) οι οποίες εμπλέκουν διάφορα στοιχεία όπως για παράδειγμα:! white-fringed gullies (αφορά τον φωτογραφικό τόνο/white και την χωρική κατανομή/fringed),! parallel gullies (η οποία αναφέρεται στο πρότυπο/pattern των διαβρωτικών χαραδρώσεων),! short gullies (μάλλον αναφέρεται στο βάθος),! soft U-shaped gullies. Σχήμα Α.9 V και U Τύπου διαβρωτικές χαραδρώσεις. Σχήμα Α.10 Ανάπτυξη διαβρωτικής χαράδρωσης σε υπάρχουσα χαράδρωση (in Yakushova 1986). Επιπρόσθετα στον Lueder (1959) δίνεται μια τυποποίηση των πιθανών χαρακτηριστικών των διαβρωτικών χαραδρώσεων (probable gully characteristics) σε σχέση με διαφορετικά εδάφη. Οι ιδιότητες που αποδίδονται στις χαραδρώσεις είναι

30 19 Κεφάλαιο A Length (short, long, variable), Depth (variable, shallow, moderate, great), Width (variable, narrow, wide, extremely variable), Cross Section (variable, V,U), Plan (simple and direct, smoothly curving, intricate), Profile (uniform gradient, gentle, steep), Descriptive (swalelike, troughlike, nick). 5. Βλάστηση (Vegetation). Η παρουσία ή απουσία της βλάστησης είναι ένα σημαντικό στοιχείο για την εξαγωγή γενικών συμπερασμάτων που αφορούν την κατάσταση και τα χαρακτηριστικά των εδαφών (Way 1973) και του κλίματος (Σχήμα 11). Για παράδειγμα :! Οι σχιστόλιθοι σε ξηρό κλίμα δεν έχουν βλάστηση ενώ σε υγρό κλίμα έχουν πυκνή βλάστηση (Pandey 1987).! Τα ασβεστολιθικά πετρώματα δεν είναι πρόσφορο έδαφος για την ανάπτυξη κωνοφόρων δένδρων που προτιμούν όξινο περιβάλλον μητρικού πετρώματος και όχι ανθρακικό (Pandey 1987). Σχήμα Α.11 Χαρακτηριστικός τύπος Στην βλάστηση αποδίδονται είτε άμεσα είτε βλάστησης σε ερημική περιοχή των νοτιοδυτικών Η.Π.Α. (in McGeary and έμμεσα τρεις κατηγορίες χαρακτηριστικών: Plummer 1994). Πυκνότητα βλάστησης (vegetation density): none, sparse, dense (Way 1978). Tύπος βλάστησης (vegetation type): marsh, grass, scrub, trees, κ.α. (Way 1978) καθώς και συνδυασμοί όρων όπως some trees, scrubs and grasses, κ.α. Χωρική κατανομή της βλάστησης (spatial distribution of vegetation): along drainage ways, an outer frige surrounding landform, scattered scrubs and grasses, a peppered appearance, grided patterns, irregular shapes of fields, κ.α. (Way 1978). Πίνακας Α.7 Επιλογικές κλείδες για αλλουβιακά ριπίδια (Alluvial Fans), αποθέσεις εβαποριτών (Playas) και αλλουβιακές προσχώσεις (Valley Fills) κατά Way (1978). Alluvial Fans: These formations are constructed by sediments from loaded streams when streams change gradient abruptly at the emerge of a steep valley onto a relatively flat surface. The highest and coarsest portion of the fan is near the apex, where boulders and cobbles are found. The fan slopes toward the outer fringe with slopes varying between 2 to 10 degrees. The landform is discussed as a type of alluvial deposit. Valley Fills. They are alluvial materials that occupy valleys and basins and they transported from surrounding uplands. They occur in semiarid and arid climates. Valley fills are initiated by the formation of alluvial fans; these coalesce and fill the valley with alluvial materials. This landform is discussed as a type of alluvial deposit. Playas are lakebed formations found in semiarid or arid climates. Generally they occupy low basins which may have been former lakes and which may periodically be filled with water. These formations consist of stratified silts and clays that contain large quantities of soluble salts. Playas are also referred to as dry lakes, alkali flats or salinas.

31 20 Κεφάλαιο A 6. Χρήσεις γης/κάλυψη γης (Landuse/Landcover). Η σχέση μεταξύ εδαφών και της χρήσης/κάλυψης της γης είναι λιγότερη ισχυρή γιατί επηρεάζεται σοβαρά από τον ανθρώπινο παράγοντα (Καρτέρης, 1986). Οι όροι που χρησιμοποιούνται στον Way (1978) για την περιγραφή των χρήσεων γης και της κάλυψης γης είναι: Barren, Natural cover, Cultivated, Forested, Wooded, Developed καθώς και οι συνδυασμοί που ακολουθούν: 1. Συνδυασμοί διαβάθμισης πχ Barren to Cultivated, Cultivated to Natural Cover. 2. Συνδυασμοί ύπαρξης δύο ή τριών εννοιών ταυτόχρονα όπως Barren and forested, Developed and wooded, κ.α. 3. Συνδυασμοί διάζευξης όπως Barren or forested, Forested or Barren, Natural Cover or Developed κ.α. Είναι σαφές ότι πολλοί συνδυασμοί δεν είναι σωστοί νοηματικά ή επιδέχονται περισσότερες από μία ερμηνείες. Παράδειγμα: H έκφραση Barren to Cultivated δεν είναι σωστή εάν το Barren αναφέρεται στην πυκνότητα της βλάστησης γιατί δεν μπορεί να υπάρχει διαβάθμιση ανάμεσα δύο διαφορετικές έννοιες. Δεν είναι σαφής ο νοηματικός διαχωρισμός μεταξύ των εκφράσεων natural cover και forested αφού το forested είναι και ένα είδος natural cover. Τα ίδια ισχύουν για τις εκφράσεις cultivated-developed, forested-wooded. Στον Πίνακα 7 απεικονίζονται περιγραφές που συνοδεύουν επιλογικές κλείδες φωτοερμηνείας για επιλεγμένες γεωμορφές (Playa, Alluvial Fan, Valley Fill) και στον Πίνακα 8 τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά των ίδιων γεωμορφών (Way 1978). Πίνακας Α.8 Φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά γεωμορφών (Way 1978) Landform Topography Drainage Photo-Tone Vegetation and Landuse Gullies Playa Flat basin None Light, scrabbled Barren and cultivated None Alluvial Fan Fan Shaped Radial braided Light gray Scattered scrub and grasses None Valley Fill Filled Valley bottoms Parallel Braided Uniform light gray Natural or Cultivated None Η μέχρι τώρα ανάλυση μας οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η παραμετρική αναπαράσταση των γεωμορφών μέσω των φωτοερμηνευτικών τους χαρακτηριστικών παρουσιάζει τα παρακάτω μεθοδολογικά προβλήματα:

32 21 Κεφάλαιο A! Η τυποποίηση των γεωμορφών επιτυγχάνεται με έξι κατηγορίες φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών (τοπογραφία, βλάστηση, χρήση γης, υδρογραφικό δίκτυο, διαβρωτικές χαραδρώσεις, φωτογραφικός τόνος) οι οποίες είναι γενικές και ευρείες. Παράδειγμα η τοπογραφία: άλλοι συγγραφείς συμπεριλαμβάνουν στην τοπογραφία, το μέγεθος και την μορφή της γεωμορφής, άλλοι αναφέρονται στο τρισδιάστατο σχήμα ή στο οριζοντιογραφικό σχήμα ή προτιμούν μια γεωμορφολογική έκφραση της μορφής στην οποία εμπλέκεται ο βαθμός διάτμησης της γεωμορφής (Way 1978) κ.α.! Ο ορισμός των φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών δεν είναι τυποποιημένος αλλά γίνεται πολλές φορές με προτάσεις ή ακόμη και με παραγράφους οι οποίες εμπεριέχουν πληροφορίες που εμπλέκουν διαφορετικά φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά! Η τιμή ενός συγκεκριμένου φωτοερμηνευτικού χαρακτηριστικού για μια συγκεκριμένη γεωμορφή διαφέρει από συγγραφέα σε συγγραφέα, (παράδειγμα το πρότυπο του υδρογραφικού δικτύου του αλλουβιακού ριπιδίου). Ο βασικός λόγος των διαφοροποιήσεων πέρα από την ασάφεια και την αοριστία που παρουσιάζει (από την φύση του) το ανθρώπινο μέσο επικοινωνίας (η φυσική μας γλώσσα) είναι ότι στην ανάλυση πεδίου και ιδιαίτερα στην προσέγγιση που περιγράφει ο Way (1978) δεν λαμβάνεται υπόψη η δυναμική που υπάρχει στην φύση. Αυτό έχει σαν συνέπεια να θεωρείται ότι σε γενικές γραμμές οι γεωμορφές έχουν σταθερά φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά ενώ αυτά μεταβάλλονται χρονικά και χωρικά ανάλογα με το στάδιο της γεωμορφολογικής εξέλιξης (παράδειγμα: alluvial_fan.drainage_pattern=dichotomic αλλά dissected_alluvial_fan.drainage_pattern=dentritic).! Επιπλέον υπάρχουν φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά όπως η διάταξη (χωρικές σχέσεις) που αναφέρονται έμμεσα στις υπάρχουσες περιγραφές.

33 22 Κεφάλαιο A Α.1.6 Γεωμορφολογική-Γεωλογική Θεώρηση των Γεωμορφών Η γεωμορφολογία μελετά την φύση, την προέλευση και την διαδικασία δημιουργίας του γήινου ανάγλυφου, μέσα από την καταγραφή των φυσικών χημικών και βιολογικών διεργασιών που δημιουργούν ή τροποποιούν τις γεωμορφές (Keller and Pinder 1996). Είναι σαφές ότι η γεωμορφολογία παρέχει το πλαίσιο από το οποίο αντλείται η ονομασία και τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των γεωμορφών καθώς και οι φυσικές διεργασίες δημιουργίας τους, οι οποίες συσχετίζονται άμεσα με τα τεχνικά χαρακτηριστικά και τις ιδιότητες τους. Από την άλλη πλευρά το γεωλογικό περιβάλλον (λιθολογία, τεκτονική, υδρογεωλογικές συνθήκες, κ.α.) παρέχει το υπόβαθρο στο οποίο αναπτύσσονται οι γεωμορφές και καθορίζει σε ένα αρκετά μεγάλο βαθμό το είδος και την ένταση των φυσικών διεργασιών (πχ ενδογενείς διεργασίες) τόσο σε μικρή όσο και σε μεγάλη κλίμακα. Επιπλέον η γεωλογία και η γεωμορφολογία καθορίζουν το περιβάλλον στο οποίο αναπτύσσεται η πανίδα και η χλωρίδα (οικοσύστημα) σε μία περιοχή και προσδιορίζουν έτσι άμεσα το είδος των χρήσεων γης και τις ανθρωπογενείς δραστηριότητες που μπορούν να λάβουν χώρα. Κατά τους Keller and Pinder (1996), οι γεωμορφές είναι επιφανειακά αντικείμενα, τα οποία συνιστούν την γήινη επιφάνεια και μπορεί να έχουν ποικίλα μεγέθη (οροσειρές, λόφοι, μικρά φαράγγια, αλλουβιακά ριπίδια, κ.α.). Μια ταξινόμηση των γεωμορφών με βάση την κλίμακα (τάξη μεγέθους) δίνεται στον Πίνακα 9 που ακολουθεί. Πίνακας Α.9 Ταξινόμηση των γεωμορφών βάση την τάξη μεγέθους (Short and Blair 1986). Order Lateral Dimensions (km) Examples 1 > Continents, Ocean basins. 2 [ ] 3 [ ] Tectonic Units 4 [ ] 5 [ 1-10 ] 6 [0,1-1] 7 [0,01 0,1] 8 [0,001-0,01] 9 [0,0001-0,001] 10 [0, ,0001] Erosional Depositional Units Geomorphic Process Units! Physiographic provinces, mountain belts.! Sedimentary basins, mountain ranges.! Volcano, fault block mountains, troughs.! Deltas, piedmonts, major valleys.! Floodplains, alluvial fans, moraines.! Terraces, sand dunes, gullies.! Hillslopes, sections of stream channel.! River bars, pools and riffles, beach cusps.! Fluvial or eolian ripples, glacial striations. Με βάση τα παραπάνω, ένα φυσικό πεδίο σε οποιαδήποτε κλίμακα μεγέθους μπορεί να εκτιμηθεί/ταξινoμηθεί από γεωμορφολογική και γεωλογική άποψη με βάση τρεις συνιστώσες: 1. Τις μετρήσιμες γεωμετρικές/μορφομετρικές του ιδιότητες. 2. Τα χαρακτηριστικά του υλικού από το οποίο απαρτίζεται η επιφάνεια και το υπέδαφος (λιθολογία). 3. Τις φυσικές διεργασίες (ενδογενείς και εξωγενείς) που λαβαίνουν χώρα και οι οποίες είναι συνάρτηση του κλίματος, της λιθολογίας (πχ. μηχανική αποσάθρωση), της τεκτονικής (πχ. ανοδικές κινήσεις του γήινου φλοιού) κ.α.

34 23 Κεφάλαιο A Στην γεωμορφολογική θεώρηση, οι γεωμορφές αποτελούν δυναμικά αντικείμενα του γήινου περιβάλλοντος οι οποίες μορφοποιούνται συνεχώς από φυσικές διεργασίες των οποίων το είδος και η ένταση συνεχώς μεταβάλλεται. Αυτό έχει σαν συνέπεια:! Η ίδια μορφή να είναι το αποτέλεσμα διαφορετικών φυσικών διεργασιών. Σχήμα A.12 Κώνος κορημάτων ( Clark and Small 1987). Ένα τέτοιο παράδειγμα αποτελούν τα αλλουβιακά ριπίδια και οι κώνοι κορημάτων (Σχήμα 12) που παρουσιάζουν χαρακτηριστική ημικωνική τρισδιάστατη μορφή (Πίνακας 3). Η μόνη διαφορά που εντοπίζεται αφορά την μεγαλύτερη κλίση από 20 έως 40 μοίρες που Σχήμα A.13 Διάγραμμα που παρουσιάζουν οι κώνοι κορημάτων (πιο χονδρόκοκκο δεικνύει την φυσική διεργασία (ροές βαρύτητας) η οποία υλικό) σε σχέση με τα αλλουβιακά ριπίδια (1 έως 12 δημιουργεί τους κώνους κορημάτων. μοίρες) κατά τον Lueder (1959). Η φυσική διεργασία που δημιουργεί τους κώνους κορημάτων (Σχήμα 13) είναι ροές βαρύτητας (gravity flows) ενώ τα αλλουβιακά ριπίδια αποτίθενται στην έξοδο φαραγγιών σε μία επίπεδη λεκάνη όταν ελαττώνεται η ταχύτητα και άρα η μεταφορική σε ιζήματα ικανότητα του αντίστοιχού ποταμού (Σχήμα 14).! Τα μορφολογικά και τα επιφανειακά χαρακτηριστικά μιας γεωμορφής μεταβάλλονται χωρικά μέσα στην ίδια γεωμορφή με την ανάπτυξη διαφορετικών φυσικών διεργασιών σε διαφορετικά τμήματα της. Παράδειγμα αποτελεί η διαδικασία αύξησης των αλλουβιακών ριπιδίων (Σχήμα 14) κατά την οποία εναλλάσσονται διεργασίες απόθεσης και διάβρωσης μέσα στο ίδιο αλλουβιακό ριπίδιο. Δηλαδή το ποτάμι που δημιουργεί το ριπίδιο σιγά-σιγά εγκιβωτίζεται στα κορήματα που έχει ήδη αποθέσει στην είσοδο του φαραγγιού, όποτε αρχίζει να Σχήμα A.14 Διάγραμμα στο οποίο απεικονίζεται η διαβρώνει τον αρχικό κώνο ανάπτυξη και η μορφή ενός αλλουβιακού ριπιδίου. ιζημάτων και να τον αποθέτει σε δορυφορικούς κώνους που σχηματίζονται στην περίμετρο του αρχικού κώνου (Leuder 1959). Έτσι επιτυγχάνεται μετατόπιση των ιζημάτων από το κέντρο προς την περιφέρεια του αλλουβιακού ριπιδίου με αποτέλεσμα

35 24 Κεφάλαιο A την αύξηση του μεγέθους του. Παράλληλα, οι ζώνες με διαβρωτικές χαραδρώσεις μετατοπίζονται προς την περιφέρεια όπως και οι ζώνες της βλάστησης.! Τα επιφανειακά χαρακτηριστικά μιας γεωμορφής μεταβάλλονται εποχικά. Ένα τέτοιο παράδειγμα αποτελεί η εποχική μεταβολή του φωτογραφικού τόνου και της βλάστησης σε μια γεωμορφή. Πιο συγκεκριμένα οι αποθέσεις εβαποριτών σε μια επίπεδη λεκάνη απόθεσης (playas) στην ερημική περιοχή των Ν.Δ. Η.Π.Α. έχουν φωτογραφικό τόνο λευκό (Fenneman 1931, Way 1978). Εποχικά, οι λεκάνες απόθεσης (basin floor) καλύπτεται από αβαθής λίμνες (playa lakes). Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα την αλλαγή του φωτογραφικού τόνου των επιφανειακών αποθέσεων εβαποριτών από λευκό σε μια απόχρωση του γκρί/μαύρου, ανάλογα με το μήκος κύματος στο οποίο γίνεται η λήψη της αεροφωτογραφίας (Σχήμα 15). Badwater Basin Badwater Basin ΤΜ/Κανάλι 1 TM/Κανάλι 5 Τοπογραφικός Χάρτης Σχήμα A.15 Τμήματα από δορυφορική εικόνα του θεματικού χαρτογράφου (Landsat Thematic Mapper) που αντιστοιχoύν στα κανάλια 1 και 5 για την περιοχή Death Valley και τμήμα του αντίστοιχου τοπογραφικού χάρτη(usgs 1: ). Η περιοχή είναι εντός της λεκάνης απόθεσης η οποία καλύπτεται από αποθέσεις εβαποριτών και συμπεριλαμβάνει το βύθισμα Badwater Basin το οποίο είναι 300 περίπου μέτρα κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας. Είναι σαφής η διάκριση στο κανάλι 5 (Mid Infrared:1,55-1,75) της ρηχής εποχικής λίμνης που καλύπτει την Badwater Basin σε σχέση με το κανάλι 1 (Water Penetration Band, Blue:0,45-0,52). Πίνακας A.10 Επιλογική κλείδα για την φωτοερμηνεία επικλινούς πεδίου (pediments). Η κλείδα συντέθηκε με βάση γνώση που παρατίθεται από τους Ritter κ.α. (1995) και Lueder (1959) σε συνδυασμό με τις επιλογικές κλείδες των αλλουβιακών ριπιδίων (Πίνακας 2) και των αλλουβιακών κώνων(πίνακας 3). Selective PhotoInterpretation Key for Pediment! Topography: Fan shaped in plan view, narrowing toward the mountain front and widening downslope (triangular facets). They are not monotonous smooth, flat surfaces but they are dissected by incised stream channels and dotted with inselebergs. The relief is low. Gradient is in the range 0 to 11 degrees! Drainage Pattern: Dichotomic. Drainage Texture is coarse.! Location: a gently inclined erosion surface of low relief typically developed in arid or semiarid regions at the foot of a receding mountain slope.! Process: Fluvial erosion. Sheetfloods erode weathered bedrock surfaces, lateral erosion by streams (streamfloods, episodic high-intensity discharges confined to channels).! Η προοδευτική διαφοροποίηση των γεωμορφών δίνει γένεση σε άλλες γεωμορφές. Παράδειγμα αποτελεί η δημιουργία της γεωμορφής μπαχαντα (Σχήμα 16, Πίνακας 11) Bajadas Canyon (valley mouth) Pediment Playa Σχήμα A.16 Τμήμα δορυφορικής εικόνας στην οποία δεικνύετε η ανάπτυξη μπαχάντα στην τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη Death Valley (California).

36 25 Κεφάλαιο A από την σύγκλιση αλλουβιακών ριπιδίων που δημιουργούνται κατά μήκος φαραγγιών που εκβάλουν σε μία λεκάνη μπροστά από το μέτωπο μίας οροσειράς (Ritter κ.α. 1995, Leuder 1959). Πίνακας A.11 Επιλογικές κλείδες για την φωτοερμηνεία bajadas. Η κλείδα συντέθηκε με βάση γνώση που παρατίθεται από τους Ritter κ.α. (1995) και Lueder (1959) σε συνδυασμό με τις επιλογικές κλείδες των αλλουβιακών ριπιδίων (Πίνακας 2) και των αλλουβιακών κώνων (Πίνακας 3). Selective PhotoInterpretation Key for Bajadas They also called coalesced fans, alluvial slopes or alluvial aprons.! Climate: The term bajada is usually restricted to semiarid and desert regions.! Location It extends along the base of a mountain range. Some bajadas are separated from each other by a carved-rock pediment into which they may gradually merge.! Topography: It is a continuous alluvial apron. The transverse profile is undulating.! Drainage Pattern: Dichotomic.! Process: The geomorphologic mechanism for the creation of bajadas, is performed by entrenchment of mountain stream, which feeds fan with sediment, resulting to shift of fan apex downfan. The most suitable geomorphologic conditions responsible for bajada formations are given hereunder : 1. Where closed spaced streams discharge from a mountainous region across a piedmont 2. If the catchment area is large and the depositional basin is small and so bajadas will comprise the entire piedmont area. Στο Σχήμα 17 δεικνύετε το αρχικό στάδιο της Mountain Range Canyons παράλληλης ανάπτυξης διαδοχικών αλλουβιακών Pediment ριπιδίων κατά μήκος του μετώπου μίας οροσειράς. Σε ένα μεταγενέστερο στάδιο Alluvial (Σχήμα 16) η συνεχής Fan Mountain Front ανάπτυξη των αλλουβιακών (Normal Fault) ριπιδίων (λόγω συνεχούς Σχήμα A.17 Διάγραμμα που δεικνύει την ανάπτυξη αλλουβιακών τροφοδοσίας με ιζήματα) έχει ριπιδίων (alluvial fans) μπροστά από φαράγγια (canyons) κατά μήκος του μετώπου (mountain front) μίας οροσειράς (mountain range) στην σαν αποτέλεσμα την φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range. δημιουργία της γεωμορφής bajadas κατά μήκος του μετώπου της οροσειράς και το σταδιακό γέμισμα της λεκάνης απόθεσης με αλλουβιακά κορήματα.

37 26 Κεφάλαιο A Α.1.7 Περιοχή Μελέτης Α Basin and Range Η περιοχή μελέτης εντοπίζεται στην φυσιογραφική περιφέρεια (province) Basin and Range (Σχήματα 18 και 19) η οποία αντιστοιχεί περίπου στο 10% των Η.Π.Α. και καλύπτει σχεδόν όλη την Πολιτεία της Νεβάδα και μικρότερα τμήματα άλλων πολιτειών. Στην περιοχή παρατηρείται μία μοναδική στο είδος της φυσιογραφία από επιμήκης οροσειρές μεταξύ των οποίων παρεμβάλλονται τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες (Fenneman 1931). H περιφέρεια εντάσσεται στις ορεινές έρημους (mountainous deserts), μια ιδιαίτερη κατηγορία ερημικών περιοχών, οι οποίες διαφέρουν εξ ολοκλήρου από τις έρημους που χαρακτηρίζονται από αχανής πεδινές εκτάσεις. Στην Basin and Range τα υψηλά βουνά αποτελούν νησιά μη ερημικού κλίματος σε σχέση με τις περιβάλλουσες πεδινές εκτάσεις, ενώ οι ξεχωριστές γεωμορφές που συναντούνται στις πεδινές εκτάσεις (αποθέσεις εβαποριτών) και στους πρόποδες των βουνών (αλλουβιακά ριπίδια) τους δίνουν ένα ξεχωριστό χαρακτήρα. Μερικά παραδείγματα τέτοιων φυσιογραφικών περιοχών σε άλλες περιοχές του κόσμου πέραν των Η.Π.Α. είναι, η παράκτια έρημος της Χιλής-Περού στον Ειρηνικό Ωκεανό, οι πτυχωμένες οροσειρές στον Περσικό Κόλπο, κ.α. Η περιφέρεια Basin and Range διαιρείται περαιτέρω σε πέντε ενότητες (sections).η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται στην μελέτη των ενοτήτων της Great Basin και της Sonoran Desert (Σχήμα 18) καθώς και της τεκτονικής αλλουβιακής λεκάνης Death Valley (Σχήμα 19). Οι υπό μελέτη ενότητες έχουν κατά τους Fenneman (1931) και Peterson (1981) τα ακόλουθα φυσιογραφικά χαρακτηριστικά: Σχήμα Α.18 Χάρτης της φυσιογραφικής περιοχής Basin and Range (Levin 1989). Που περιλαμβάνει τις (υποδιαιρέσεις) ενότητες (Sections) Great Basin, Sonoran Desert.! Η Great Basin ανήκει στο βόρειο τμήμα της περιφέρειας. H έκταση της γήινης επιφάνειας που καλύπτεται από οροσειρές αντιστοιχεί στο 50% της συνολικής επιφάνειας και είναι ίση με αυτή που καλύπτεται από τις λεκάνες απόθεσης. Σχεδόν όλες οι υδρογραφικές λεκάνες είναι κλειστές/bolsons (δεν έχουν διέξοδο/outlet point σε άλλη λεκάνη). Παρατηρούνται υψηλές οροσειρές που Σχήμα Α.19 Εικόνα radar των Ν.Δ. Η.Π.Α. στην οποία, έχει οριοθετηθεί η περιοχή Basin and Range (Thomson κ.α. 1993).

38 27 Κεφάλαιο A αντιπροσωπεύουν κεκλιμένα τεκτονικά τεμάχη (tilted fault blocks). Η περιοχή είναι στο στάδιο νεότητας.! H Sonaran Desert είναι στο Νότο. Ευρίσκεται στο στάδιο ωριμότητας. Οι οροσειρές είναι πολύ μικρές σε μέγεθος και καταλαμβάνουν μόλις το 1/5 της συνολικής επιφάνειας. Οι υδρογραφικές λεκάνες δεν είναι κλειστές (semi-bolson type). Οι άλλες τρεις ενότητες (Sections) της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin and Range είναι το Salton Trough, το Mexican Highland και το Sacramento Section. Σε μία φυσιογραφική περιοχή ή υποδιαίρεση της, τα κύρια φυσιογραφικά αντικείμενα που την αποτελούν έχουν κατά τον Leighty (1973) α) δεδομένη γεωμορφολογική ιστορία, β) καθορισμένη δομή εν γένει, γ) συγκεκριμένα φυσικά χαρακτηριστικά και δ) προβλέψιμη χωροθέτηση και αλληλουχία των γεωμορφών 3ης τάξης ανάγλυφου (relief order). Στην συγκεκριμένη περίπτωση, κατά τον Peterson (1981), τα κύρια φυσιογραφικά αντικείμενα στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range είναι: 1 Ορεινές Περιοχές (highlands) που αντιστοιχούν στις οροσειρές και στα βουνά. 2 Διαβρωσιγενείς Κοιλάδες (major desert valleys) που αντιστοιχούν σε φαράγγια (canyons, arroyos κ.λ.π.) τα οποία έχουν διανοιχτεί από την διάβρωση. 3 Τεκτονικές Αλλουβιακές Λεκάνες (intermontane basins) οι οποίες αντιπροσωπεύουν λεκάνες που δεν έχουν διανοιχτεί από την διάβρωση αλλά αντιστοιχούν σε τεκτονικά βυθίσματα που γεμίζουν με αλλουβιακές αποθέσεις (Διάγραμμα 1). Οι τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες είναι πολύ πλατύτερες και μεγαλύτερες σε μέγεθος από τις διαβρωσιγενείς κοιλάδες (Peterson, 1981) και χαρακτηρίζονται (Leuder 1959) είτε σαν κλειστές (bolson type) εάν το υδρογραφικό δίκτυο δεν έχει διέξοδο σε μία διπλανή λεκάνη ή προς την θάλασσα, είτε σαν ανοικτές (semi-bolson type) εάν το υδρογραφικό δίκτυο έχει διέξοδο. Στο φυσιογραφικό χάρτη του Artwood (1965) στο βόρειο-ανατολικό τμήμα του φαίνεται ένα τμήμα από τις τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες της περιφέρειας Basin and Range (Σχήμα 20), ενώ στο νότιο-ανατολικό τμήμα σημειώνεται η Σχήμα Α.20 Τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες και η γεωγραφική θέση της κοιλάδας Death γεωγραφική θέση της τεκτονικής Valley (μέσα στο τετράγωνο πλαίσιο) στον φυσιογραφικό χάρτη της Καλιφόρνιας και της αλλουβιακής λεκάνης Death Valley. Νεβάδα (Atwood 1965).

39 28 Κεφάλαιο A Στην συνέχεια προχωρούμε σε ένα ακόμη επίπεδο ανάλυσης, στο οποίο κατά τον Peterson (1981) το φυσιογραφικό αντικείμενο υποδιαιρείται σε φυσιογραφικά μέρη/physiographic parts. Τα φυσιογραφικά μέρη φαίνεται να αποτελούν μία υποδιαίρεση του ανάγλυφου στην οποία συγκεκριμένες γεωμορφές ομαδοποιούνται ανάλογα με την ευρύτερη τοπογραφία (topographic shape), την σχετική θέση με άλλα φυσιογραφικά μέρη και την γεωγραφική κλίμακα. Σε μία τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη διακρίνουμε σε γενικές γραμμές τα ακόλουθα φυσιογραφικά μέρη (Πίνακας 12) κατά τον Peterson (1981):! Πρόποδες του Βουνού (Piedmont Slope) που σχηματίζουν μία μεγάλη σε μέγεθος μορφή, η οποία περιβάλλει τις ορεινές ζώνες, είναι παράλληλη με το μέτωπο των ορεινών όγκων (mountain front) και συμπεριλαμβάνει τις υπό κλίση γεωμορφές μεταξύ του μετώπου του βουνού μέχρι την σχεδόν επίπεδη λεκάνη απόθεσης (Peterson 1981).! Λεκάνες Απόθεσης (Basin Floor) σχηματίζουν σχεδόν επίπεδες μορφές μεταξύ δύο παράλληλων οροσειρών (Peterson 1981), οι οποίες περιβάλλονται από τις γεωμορφές που αντιστοιχούν στους πρόποδες των βουνών. Πίνακας Α.12 Ιεραρχική ταξινόμηση των γεωμορφών της περιοχής Basin and Range (Peterson 1981). Desert Areas Plain Deserts Mountainous Deserts Landforms 1) Alluvial Fan, 2) Bahada, 3) Pediment 4) Playa, 5) Valley Fill Physiographic Part 1) Piedmont Slope 2) Basin Floor Major Physiographic Features 1) Highlands 2) Major Desert Valleys 3) Intermontane Basins Section 1) Great Basin 2) Sonoran Desert 3) Saltoon Trough 4) Mexican Highla Province Sahara Basin and Range U.S.A. Peru and Chile Coastal Deserts

40 29 Κεφάλαιο A Οι γεωμορφές που εντοπίζονται στα φυσιογραφικά μέρη μίας τεκτονικής αλλουβιακής λεκάνης διαφέρουν ανάλογα με το στάδιο γεωμορφολογικής εξέλιξης. Τα στάδια αυτά διακρίνονται ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του υδρογραφικού δικτύου σε δύο μεγάλες κατηγορίες α) στάδιο της κλειστής λεκάνης (bolson) και β) στάδιο της ανοικτής λεκάνης (semi-bolson). Πιο αναλυτικά τα στάδια και οι υποδιαιρέσεις της γεωμορφολογικής εξέλιξης μίας τεκτονικής αλλουβιακής λεκάνης είναι: 1 Κλειστές Αλλουβιακές Λεκάνες (Leuder 1959) 1.1 Αρχικό Στάδιο (initial filling stage). Οι πρόποδες του βουνών που περιβάλουν την λεκάνη καλύπτονται από αλλουβιακά ριπίδια που προσδίδουν ένα γενικό κοίλο (concave) Σχήμα ενώ ο πυθμένας της λεκάνης καλύπτεται από αποθέσεις εβαποριτών (Σχήμα 21). 1.2 Τελικό Στάδιο (advanced filling stage). Τα αλλουβιακά ριπίδια μετεξελίσσονται σε bajadas τα οποία συγκλίνουν προς το κέντρο της λεκάνης και τελικά η λεκάνη γεμίζει από αλλουβιακό υλικό (valley fill) και αποκτά ένα επίπεδο Σχήμα (Σχήμα 22). Alluvial Fan Bajadas Σχήμα Α.21 Αρχικό στάδιο της γεωμορφολογικής εξέλιξης μίας κλειστής αλλουβιακής λεκάνης (Leuder 1959). Σχήμα Α.22 Τελικό στάδιο της γεωμορφολογικής εξέλιξης μίας κλειστής αλλουβιακής λεκάνης (Leuder 1959). 2 Ανοικτές Αλλουβιακές Λεκάνες (Peterson 1981) 2.1 Aρχικό Στάδιο. Μόλις έχει παρέλθει το τελικό στάδιο της κλειστής τεκτονικής αλλουβιακής λεκάνης και έχει δημιουργηθεί ένα σημείο υπερχείλισης (overflow point), μια διέξοδος (drainage basin outlet) του υδρογραφικού δικτύου προς μία γειτονική λεκάνη. 2.2 Eνδιάμεσο Στάδιο. Το υδρογραφικό δίκτυο έχει διαμορφώσει την έξοδο του στην γειτονική λεκάνη ενώ διαβρώνει τον πυθμένα της λεκάνης απόθεσης. Αυτό έχει σαν συνέπεια να μην υπάρχουν αποθέσεις εβαποριτών στον πυθμένα της λεκάνης απόθεσης. 2.3 Τελικό στάδιο.το υδρογραφικό δίκτυο επεκτείνεται (οπισθοχωρούσα διάβρωση) και διαβρώνει ακόμη και τις γεωμορφές που βρίσκονται στους πρόποδες των βουνών.

41 30 Κεφάλαιο A A Death Valley Ένα αντιπροσωπευτικό παράδειγμα Τεκτονικής Αλλουβιακής Λεκάνης (Intermontane Basin) αποτελεί η κοιλάδα Death Valley (Σχήμα 23). H κοιλάδα αυτή ευρίσκεται γεωγραφικά στην περιοχή ανατολικά της οροσειράς Σιέρα Νεβάδα, στο νοτιοδυτικό τμήμα της ενότητας Great Basin και μεταξύ των γεωγραφικών συντεταγμένων 36 ο έως 38 ο Β και 118 ο έως 116 ο Δ. Panamint Range Black Mountains H λεκάνη απόθεσης (basin floor) της Death Valley είναι σχεδόν επίπεδη και καλύπτεται από αποθέσεις εβαποριτών (playas) ενώ Σχήμα Α.23 Τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη Death Valley / California. Δορυφορική εικόνα Landsat TM. Στο ορθογώνιο πλαίσιο εντοπίζεται η περιοχή κοντά στους πρόποδες των βουνών στην οποία γίνεται φωτοερμηνεία γεωμορφών (Σχήμα 23 και 24). (piedmont slopes) εμφανίζονται αλλουβιακές προσχώσεις (valley fill). Οι πρόποδες των οροσειρών (piedmont slopes) που αναπτύσσονται εκατέρωθεν της λεκάνης απόθεσης (basin floor) διαφέρουν.! Όπως φαίνεται από την φωτοερμηνεία που έγινε στην αντίστοιχη δορυφορική εικόνα (Σχήμα 24) και από το ερμηνευτικό διάγραμμα που προέκυψε (Σχήμα 25), στα ανατολικά παρατηρούμε την ανάπτυξη αλλουβιακών ριπιδίων μπροστά από φαράγγια (canyons) ενώ στα δυτικά αναπτύσσεται bajadas σε όλη την έκταση του μετώπου της οροσειράς. Το γεγονός αυτό ερμηνεύεται σε σχέση με την τεκτονική. Σχήμα A.24 Φωτοερμηνεία τμήματος της δορυφορικής εικόναςς (Landsat TM) που αντιστοιχεί στην τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη απόθεσης Death Valley (Σχήμα 20). Διακρίνεται η χωροθέτηση των γεωμορφών 3 ης τάξης (alluvial fan, pediment, playa, bajada, valley fill) η οποία διαμορφώνει και το μοντέλο ανάπτυξης τους σε κάθε τεκτονική λεκάνη στην φυσιογραφική περιοχή Basin and Range (Argialas and Miliaresis, 1997-b).

42 31 Κεφάλαιο A Η κοιλάδα Death Valley αναπτύσσεται ανατολικά της οροσειράς Paramint Range και δυτικά της οροσειράς Black Mountains (Σχήμα 23). Οι οροσειρές είναι κεκλιμένα τεκτονικά τεμάχη, με αποτέλεσμα να υπάρχει ασυμμετρία μεταξύ των δυο πλευρών (Δυτικής και Ανατολικής) κάθε οροσειράς (Fenneman 1931, Keller and Pinder 1996). Σχήμα A.25 Διάγραμμα το οποίο προσομοιώνει την σχετική χωρική και υψομετρική θέση των γεωμορφών του τμήματος της τεκτονικής αλλουβιακής λεκάνης της Death Valley που εικονίζεται στο Σχήμα 24. Η ασυμμετρία των οροσειρών έχει σαν αποτέλεσμα οι υδρογραφικές λεκάνες στην ανατολική πλευρά της οροσειράς Paramint Range (Σχήμα 26) να έχουν μεγαλύτερο μέγεθος, έτσι υπάρχει μεγαλύτερη τροφοδοσία με αλλουβιακό υλικό με συνέπεια την δημιουργία Bajadas στην δυτική πλευρά της Death Valley (Σχήμα 27). Στην δυτική πλευρά της οροσειράς Black Mountains το μέγεθος των υδρογραφικών λεκανών είναι μικρότερο με συνέπεια την μικρότερη τροφοδοσία της λεκάνης με αλλουβιακό υλικό. Έτσι μπροστά από το μέτωπο της οροσειράς ανατολικά της Death Valley έχουμε αλλουβιακά ριπίδια (Σχήμα 27). Panamint Range Piedmont Slope with Bajadas Death Valley Piedmont Slope with Alluvial Fans Black Black Mountains Mountains Dowthrown block Regional Detachment (low angle) Σχήμα A.26 Οι μικρής κλίμακας τεκτονικές δομές στην τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη Death Valley και η επίδραση τους στην χωροθέτηση των γεωμορφών (landform pattern) που αναπτύσσονται στους πρόποδες των βουνών (piedmont slopes).

43 32 Κεφάλαιο A DLG File: Death Valley West DLG File: Death Valley East Σχήμα Α.27 Ψηφιακές ισοϋψής καμπύλες στην περιοχή Death Valley (1:100,000 scale digital line graph data, USGS 1997). Είναι ευχερής από το σχήμα των ισοϋψών καμπυλών, η διάκριση των γεωμορφών bajadas (gently sloping plain) από τα αλλουβιακά ριπίδια (fan shaped) εκατέρωθεν της λεκάνης απόθεσης. Α.1.8 Στόχοι Οι στόχοι που θα υλοποιηθούν στο πρώτο κεφάλαιο είναι: 1. Ορισμός ενός συστήματος ταξινόμησης πεδίου για τις τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες στην περιοχή Basin and Range των Ν.Δ. Η.Π.Α προκειμένου να δημιουργηθεί ένα εξειδικευμένο πλαίσιο οργάνωσης της φωτοερμηνευτικής και γεωμορφολογικήςγεωλογικής γνώσης για την περιοχή μελέτης. Η διαδικασία αυτή απαιτεί: 1.1. Τον προσδιορισμό α) των παραμέτρων με τις οποίες θα οργανωθούν οι γεωμορφές στο σύστημα ταξινόμησης πεδίου και β) των υποδιαιρέσεων του συστήματος Την αντιστοίχιση των γεωμορφών της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin and Range στις υποδιαιρέσεις του συστήματος ταξινόμησης. 2. Παραμετρική αναπαράσταση των γεωμορφών των τεκτονικών αλλουβιακών λεκανών της περιοχής μελέτης, με βάση τα φωτοερμηνευτικά τους χαρακτηριστικά. Ο δεύτερος στόχος προϋποθέτει:

44 33 Κεφάλαιο A 2.1. Τον προσδιορισμό των φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών (attributes) και των τιμών τους (attribute values) από βιβλιογραφικές αναφορές οι οποίες περιλαμβάνουν γεωμορφολογικές και γεωλογικές πηγές εκτός από τις κλείδες φωτοερμηνείες και την θεωρία της ανάλυσης πεδίου Την τυποποίηση των φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών στο πλαίσιο που καθορίζει το σύστημα ταξινόμησης πεδίου. Α.2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ Η μεθοδολογία ανίχνευσης και καταγραφής της φωτοερμηνευτικής γνώσης για τις τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες βασίζεται στις αρχές της φωτοερμηνείας (Pandey 1987, Lilessand and Kiefer 1987), στην θεωρία της ανάλυσης πεδίου (Way 1978) αλλά και στη! γεωμορφολογική θεώρηση των γεωμορφών (Keller and Pinder 1996, Goudie 1981), σύμφωνα με την οποία οι γεωμορφές είναι τα προϊόντα φυσικών διεργασιών η ένταση και το είδος των οποίων συνεχώς μεταβάλλεται,! γεωλογική θεώρηση στην οποία τα στοιχεία της γήινης επιφάνειας είναι προϊόντα μιας πολύπλοκης και μεταβαλλόμενης διεργασίας (τεκτονική των πλακών) η οποία μπορεί να αποκρυπτογραφηθεί έτσι ώστε να συντεθεί η γεωλογική ιστορία της περιοχής και να προσδιορισθούν οι ενδογενείς/εξωγενείς διεργασίες που έδρασαν στους γεωλογικούς αιώνες αλλά και αυτές που δρουν στην σημερινή φυσική πραγματικότητα (Moores and Twiss 1995, Keller and Pinder 1996, Keary and Vine 1996, Yeats κ.α. 1997, Siever 1988, Ollier 1981). Το πρώτο στάδιο περιλαμβάνει την σύνθεση του δομικού πλαισίου στο οποίο θα οργανωθούν-ταξινομηθούν οι γεωμορφές των τεκτονικών αλλουβιακών λεκανών. Το δομικό πλαίσιο θα συντεθεί με βάση τα προϋπάρχοντα συστήματα ταξινόμησης πεδίου (Way 1978, Van Zuidam κ.α. 1979, Ollier 1977, Dearman 1991) και τις εξειδικευμένες γεωμορφολογικές και γεωλογικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή μελέτης (Fenneman 1931, Lueder 1959, Atwood 1965, Peterson 1981). Στην συνέχεια γίνεται προσδιορισμός των φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών για τις γεωμορφές της περιοχής μελέτης με βάση το σύστημα ταξινόμησης πεδίου που ορίστηκε προηγουμένως. Η πρόσληψη και η οργάνωση της φωτοερμηνευτικής γνώσης γίνεται από επιλογικές κλείδες φωτοερμηνείας (Way 1978, Lillesand and Kiefer 1987) από βιβλία γεωλογίας (Pandey 1997) και γεωμορφολογίας (Ritter κ.α. 1995), από τεχνικές εκθέσεις (Peterson 1981) από φυσιογραφικές περιγραφές (Fenneman 1931, Atwood 1965) κ.α.

45 34 Κεφάλαιο A Α.2.1. Σύστημα Ταξινόμησης Πεδίου για Τεκτονικές Αλλουβιακές Λεκάνες Το προτεινόμενο σύστημα βασίζεται κύρια στην ιεραρχική ταξινόμηση των γεωμορφών της φυσιογραφική περιφέρειας Basin and Range από τον Peterson (1981) (Πίνακας 12) και στις φυσιογραφικές περιγραφές του Fenneman (1931). Πρώτα ορίζουμε τις παραμέτρους στις οποίες βασίζεται η οργάνωση του πεδίου σε δομικές ενότητες και με αυτό τρόπο συνθέτουμε σταδιακά το σύστημα ταξινόμησης. Οι παράμετροι επιλέγονται είτε από τα ήδη διαθέσιμα συστήματα ταξινόμησης (Πίνακας 6) είτε από την γεωλογική/γεωμορφολογική θεώρηση των γεωμορφών και είναι οι ακόλουθοι: 1. Τάξη μεγέθους (Van Engeln 1942 in Pandey 1987, Baker 1986 in Short κ.α. 1986) 2. Φυσικές διεργασίες (Pandey 1987, Van Zuidam κ.α.1979). 3. Μορφή (Pandey 1987, Way 1978). 4. Διάταξη (Pandey 1987, Way 1978, Καρτέρης 1986, Lillesand and Kiefer 1987). Η διαδικασία καθορισμού των τιμών των παραμέτρων γίνεται από βιβλιογραφικές πηγές (Pandey 1987, Fenneman 1931) και από τεχνικές μελέτες-εκθέσεις (πχ. Peterson 1981). Α Τάξη Μεγέθους H τάξη μεγέθους/relief order (Van Engeln 1942 in Pandey 1987) αναφέρεται στην κλίμακα των γεωμορφών και αποτελεί μία πρώτη προσπάθεια ταξινόμησης του γήινου πεδίου με βάση την κλίμακα παρατήρησης (πχ. δορυφορικές εικόνες NOAA/AVHRR, Landsat/MSS, Landsat/TM, Spot/Pan, αεροφωτογραφίες χαμηλού ύψους, κ.α.). O ορισμός των τάξεων μεγέθους των γεωμορφών και η αντιστοίχηση τους με τις γεωμορφές της φυσιογραφικής περιοχής Basins and Range βασίζεται στις ακόλουθες έννοιες κλειδιά:! Όλα τα στοιχεία της γήινης επιφάνειας (οροσειρές, αλλουβιακά ριπίδια, κ.α.) ανεξαρτήτου μεγέθους και κλίμακας, θεωρείται ότι ανήκουν σε μία ιεραρχία, την ιεραρχία των γεωμορφών. Η άποψη αυτή είναι σε αντιστοιχία με τον Πίνακα 9 (Baker 1986, in Short and Blair [eds.] 1986).! Οι τάξεις μεγέθους έχουν αντιπροσωπευτεί ποσοτικά με δεκαδικά νούμερα. Ο λόγος είναι ότι θέλουμε να διατηρηθεί η θεώρηση του Van Engeln (1942, in Pandey 1987) για τις τρίτης (αλλουβιακά ριπίδια, λιμναίες αποθέσεις εβαποριτών/playas) και τέταρτης τάξης γεωμορφές (διαβρωτικές χαραδρώσεις/gullies, κ.α.) ενώ από την άλλη πλευρά θέλουμε να διευρύνουμε την διακριτική ικανότητα της δεύτερης τάξης μεγέθους του Van Engeln έτσι ώστε να συμπεριλάβει τις υποδιαιρέσεις της φυσιογραφικής ανάλυσης του Fenneman (1931) και του Peterson (1981). Αποτέλεσμα αυτής της προσπάθειας είναι ο Πίνακας 13.

46 35 Κεφάλαιο A Πίνακας A.13 Τάξεις μεγέθους και τα αντικείμενα γεωμορφών στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range. Τάξεις Γεωμορφών Τάξη Μεγέθους 1 Earth Αντικείμενα γεωμορφών της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin and Range Planet / Πλανήτης Tectonic Plates / 1,5 North America Plate Τεκτονικές Πλάκες Physiographic Province / 2 Basins and Range Φυσιογραφική Περιφέρεια) Section / 2,25 Sonoran Desert, Great Basin Ενότητα Physiographic Feature / 2,5 Intermontane Basins Φυσιογραφικό Αντικείμενο Topographic Form / 2,75 Piedmont Slope, Basin Floor Τοπογραφική Μορφή 3 d order Landform / 3 Alluvial Fan, Bajadas, Pediment, Playa, Valley Fill Γεωμορφές 3 ης τάξης Landform Component / 4 Apex of Alluvial Fan, DownFan Στοιχεία Γεωμορφής 3 ης Outer Vegetation Fringe of Alluvial Fan Στις τρεις στήλες Πίνακα 13 δίνεται α) η ονοματολογία των τάξεων μεγέθους των γεωμορφών (δομικών ενοτήτων του πεδίου) β) η τάξη μεγέθους και γ) τα αντικείμενα των γεωμορφών για την φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range. Α Φυσικές Διεργασίες (Process) Οι φυσικές διεργασίες διακρίνονται σε δύο κατηγορίες α) τις ενδογενείς και β) τις εξωγενείς (Pandey 1987). Οι ενδογενείς διεργασίες περιλαμβάνουν τα μαγματικά φαινόμενα (πλουτωνισμός και ηφαιστειότητα) και την τεκτονική. Στην προκειμένη περίπτωση, η τάση άνωσης του μανδύα (Σχήμα 28) δημιουργεί λέπτυνση του φλοιού, εφελκυστικές τάσεις και κανονικά ρήγματα στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range (McGeary Σχήμα A.28 Μηχανισμός δημιουργίας εφελκυστικών τάσεων στην περιφέρεια κ.α. 1994). Ανεξάρτητα από τις ενδογενείς διεργασίες Basin and Range (Mc Geary κ.α. 1994). που παρατηρούμε σήμερα, η γεωλογική ιστορία της περιφέρειας Basin and Range είναι πολύ πιο σύνθετη και περιλαμβάνει (Elston 1978 in Ollier 1981): Μεσοζωικός αιώνας: την ανάδυση από την θάλασσα και την διάβρωση της, με συνέπεια την παροχή ιζημάτων στα γεωσύγκλινα (Rocky Mountains, Coastal Range). Από τα μέσα του Τριτογενούς (40 εκ. χρ.) έως σήμερα έχουμε 4 φάσεις τεκτονικής εξέλιξης (Σχήμα 29): 1. Φάση α (38 εκ. χρ.-andean arc stage): δημιουργία νησιωτικού τόξου τύπου Άνδεων που συνοδεύτηκε από μαγματική δραστηριότητα που περιέλαβε πλουτώνια φαινόμενα (γρανοδιοριτές) και ηφαιστειακά φαινόμενα (ανδεσιτικά ηφαίστεια).

47 36 Κεφάλαιο A 2. Φάση β (33 εκ. χρ.-late Andean Arc Stage): o ωκεάνιος φλοιός (τεκτονική πλάκα Ειρηνικού) είναι στην ζώνη υποβύθισης ενώ ο εφελκυσμός της οπισθοτάφρου έχει σαν αποτέλεσμα την διείσδυση πλουτωνιτών. 3. Φάση γ (27 εκ. χρ.-main back arc extension): Είναι η κύρια φάση εφελκυσμού στην οπισθοτάφρο. Έχει ολοκληρωθεί η υποβύθιση, και επικρατεί αποσυμπίεση των πετρωμάτων με δημιουργία εφελκυστικών τεκτονικών δομών συνοδεία μαγματικών φαινομένων (βασαλτικοί ανδεσιτές). 4. Φάση δ (1 εκ. χρ.-intraplate block faulting): Σπάσιμο του φλοιού σε τεμάχη που σχημάτισαν τις οροσειρές και τις τεκτονικές λεκάνες. Οι οροσειρές είναι κεκλιμένες και οριοθετούνται από ρήγματα με μεγάλη κλίση (η οποία μειώνεται με το βάθος). Η άνοδος των οροσειρών οφείλεται συχνά στην διείσδυση λακκολίθων. Σχήμα A.29 Οι φάσεις της τεκτονικής εξέλιξης και η επέκταση (εφελκυσμός) της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin and Range τα τελευταία 40 εκ. έτη, (Ollier 1981). Οι εξωγενείς δυνάμεις (Πίνακας 14) διακρίνονται σε διεργασίες διάβρωσης (erosional) και απόθεσης (depositional) και στην συνέχεια σε υπό-κατηγορίες ανάλογα με τον φορέα της γεωμορφολογικής δράσης (agent). Οι φορείς γεωμορφολογικής δράσης (Strahler κ.α.1992) είναι το νερό (υδροστρωματοροή:ροή κατά στρώσεις, ποτάμια:κατευθυνόμενη ροή), ο άνεμος, τα θαλάσσια ρεύματα, η βαρύτητα, κ.α. Πίνακας A.14 Ταξινόμηση των φυσικών διεργασιών σε σχέση με τους φορείς γεωμορφολογικής δράσης (Strahler κ.α. 1992, Pandey 1987). Process (Φυσικές διεργασίες) Endogenic Processes (produce initial landforms) Exogenic Processes (produce sequential landforms) Magmatism Tectonism Erosional Depositional Plutonism Volcanism Plate Tectonic Theory (Moores and Twiss 1995, Keller and Pinder 1996, Keary and Vine 1996, Yeats κ.α. 1997, Siever 1988) Fluvial Gravitational Glacial Marine Eolian etc. Fluvial FluvioLacustrine Gravitational Eolian etc.

48 37 Κεφάλαιο A H γήινη επιφάνεια είναι το αποτέλεσμα της συνδυασμένης δράσης ποικίλων ενδογενών και εξωγενών φυσικών διεργασιών. Οι γεωμορφές είναι το αποτέλεσμα της εξειδίκευσης διαφόρων φυσικών διεργασιών σε δεδομένη κλίμακα παρατήρησης (τάξη μεγέθους). Ένα τέτοιο παράδειγμα αποτελεί η ανάπτυξη και χωροθέτηση των γεωμορφών στην τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη Death Valley (Σχήμα 26). Στον Πίνακα 15 η δεύτερη στήλη αναφέρεται στις κύριες φυσικές διεργασίες που ενεργούν ανά κλίμακα μεγέθους. Πίνακας A.15 Τάξεις των γεωμορφών σε συνδυασμό με τις κύριες φυσικές διεργασίες που αναπτύσσονται στη φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range. Τάξεις Γεωμορφών Planet / Πλανήτης) Tectonic Plates / Τεκτονικές Πλάκες Physiographic Province / Φυσιογραφική Περιφέρεια Section (Ενότητα) Physiographic Feature / Φυσιογραφικό Αντικείμενο Topographic Form / Τοπογραφική Μορφή 3 d order Landform / Γεωμορφές τρίτης τάξης Α Μορφή (relief type) Φυσικές διεργασίες Earth: Endogenic and Exogenic Processes. North America Plate: Endogenic"Tectonism and partially plutonism and volcanism. Basin and Range: Endogenic"Tectonism (extension, intraplate block normal faulting) and plutonism. Exogenic " According to erosion cycle (Fenneman 1931). Great Basin: Youthful (erosion stage) Sonoran Desert: Maturity (erosion stage) Intermontane Basin: Deposition (alluvial filling) and Tectonism (tectonic depressions, tilted fault blocks) Piedmont Slope: Erosional and Depositional and Tectonism partially since the tilting of mountain ranges is responsible for the erosional and depositional fources intensity and distribution. Basin Floor: Deposition and Tectonism partially since the basins are actually downthrown block (tectonic depressions). Alluvial Fan: Depositional Fluvial and partially tectonism since they are developed in front of a mountain front which is actually a normal fault scarp. Bajadas: Depositional-Fluvial and partially tectonism since normal faulting is responsible for their shifting downslope towards the basin floor. Valley Fill: Depositional-Fluvial and partially tectonism since they are developed in tectonic depressions. Playa: Depositional-Fluviolacustrine and partially tectonism since they are developed in tectonic depressions. Pediment: Erosional-Fluvial and partially tectonism since they are developed mainly on active fault scarps. Ο Pandey 1987 έχει προσδιορίσει μία γενικευμένη ταξινόμηση των γεωμορφών (Πίνακες 16 and 17) ανάλογα με την μορφή σε 7 κατηγορίες (Mountain, Hill, Ridge, Plateau, Plain, valley, Basin). Είναι σαφές από τους πίνακες 16 και 17 ότι η ίδια μορφή μπορεί να είναι το προϊόν διαφορετικών φυσικών διεργασιών. Ο Way (1978) αναφέρεται στην μορφή με τον όρο «τοπογραφία» χρησιμοποιώντας σύνθετες εκφράσεις (massive hills, parallel ridges, κ.α.) που περιέχουν πληροφορία που αφορά τις φυσικές διεργασίες, την χωρική κατανομή και την μορφή των γεωμορφών. Στο προτεινόμενο σύστημα ταξινόμησης θέλουμε να γίνεται ξεχωριστά αναφορά στην μορφή, στην φυσική διεργασία και στην διάταξη (χωρική κατανομή) των γεωμορφών. Για αυτό τον λόγο ακολουθείται (Πίνακας 18) η κατηγοριοποίηση της μορφής κατά Pandey (1987) στην οποία έχουν τροποποιηθεί λίγο οι κατηγορίες (Πίνακας 19).

49 38 Κεφάλαιο A Πίνακας A.16 Μορφή των γεωμορφών από ενδογενείς φυσικές διεργασίες (Pandey1987). Terrain Type - Relief Feature Mountain Hill Ridge Endogenic Processes Magmatic Processes Plutonic Volcanic Batholith,Dome, Lacolith, Volcanic Cone,Volcanic Stock Dome Batholith,Boss, Dome, Volcanic cone, Volcanic Island, Lacolith, Steptoe dome, Volcanic island, Stock Volcanc plug Dyke Coulee, Dyke, Lava flow Lava Tongue Tectonic Processes Anticline,Syncline,Horst Structural Dome, Salt Dome Island, Horst Anticline, Syncline,Dip slope, Homocline,, Fault scarp Plateau Dome Volcanic Plateau Shield Plateau Plain Island Shield Lava Flow, Island Plain Island, Karst Plain, Plain Valley Dyke Valley, Fracture or Fracture or joint valley Fault line, Joint line, joint valley Fracture line, Rift valley Basin Caldera, Crater Graben, Cirque Πίνακας A.17 Μορφή των γεωμορφών από εξωγενείς φυσικές διεργασίες (Pandey1987). Terrain Type - Relief Feature Mountain Hill Ridge Plateau Plain Valley Basin Depositional Processes Gravitational Fluvial Eolian Talus cone, Talus slope, Debris slide, Rock slide, Rock glacier, Debris flow, Earth flow, Mud flow, Slump terrace, Solifluction, Avalanch Alluvial fan, Escarpment, Natural Levee,River bar, Point bar, Island, Apron, Arcuate delta, Digital delta, Fluvial plain, Estuarine delta, Flood plain, Outwash Plain, Terrace plain, Canyon, Gully,Rill, Valley Sand dune, Complex dune, Barchan, Clay dune, Loess hill Longitudinal dune, Whale back,transverse dune, Complex dune, Loess ridge Desert pavement, Gassi plain, Loess plain, Erg, Hammada Marine, Littoral, Fluviolacustrine, etc. Erosional Processes Monadnock,Inselberg, Exfoliation dome,cirque Horn, Mesa Monadnock, Inselberg Exfoliation dome, Mesa Butte, Flatiron, Hums Inlier, Outlier, Volcanic neck, Pinnacles Anticlinical ridge, Dip slope, Synclinical ridge, Guesta scarp, Hogback, Ridge crest, Fault line scarp, Homoclinical ridge, Sill scarp, Rock drumlin, Clastic dyke Topographic Bench, Karst Plateau,Plateau Topographic Bench, Karst Plain, Pediment Anticlinical valley, Water gap, Synclinical valley, Homoclinical valley,glacial trough, Canyon, Gully, Sinkhole Πίνακας A.18 Μορφή των γεωμορφών στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range. Τάξεις Γεωμορφών Μορφή Planet Earth: Spheroid (3 d Object Shape) Tectonic Plates North America Plate Physiographic Province Basin and Range Section Great Basin, Sonoran Desert Physiographic Feature Intermontane Basin: basin, Topographic Form Piedmont Slope: gently sloping plain Basin Floor: plain 3 d order Landform Alluvial Fan: semi-conical hill, gently sloping plain Bajadas, Pediment: gently sloping plain Valley Fill,Playa: plain

50 39 Κεφάλαιο A Στον Πίνακα 18 η προτεινόμενη κατηγοριοποίηση των μορφών αναφέρεται σε τάξεις μεγέθους μεγαλύτερες ή ίσες από 2,5. Για τι γεωμορφές με τάξη μεγέθους από 1,5 έως και 2,25 (τεκτονικές πλάκες, φυσιογραφικές περιφέρειες και ενότητες) η Πίνακας A.19 αναφορά στην μορφή αφορά μόνο το οριζοντιογραφικό Σχήμα Γεωμορφές για τάξη (planimetric shape) της γεωγραφικής ενότητας. Στo υπό-σύνθεση σύστημα ταξινόμησης συμπεριλαμβάνουμε μία επιπλέον κατηγορία μορφής (Πίνακας 19) για τις οροσειρές (Mountain Ranges) και τις μεγέθους 2, Mountain Semi-conical hill Hill Ridge 5. Plateau διαβαθμίσεις α) semi-conical hill για τους λόφους (αλλουβιακά 6. Valley ριπίδια/alluvial fans) και β) gently sloping plain για τις επίπεδες 7. Plain 8. Gently sloping plain εκτάσεις (pediments, bajadas). 9. Basin Α Διάταξη / site (Χωρική Κατανομή-Χωρικές Σχέσεις Γεωμορφών) Η διάταξη (site) σαν φωτοερμηνευτικό χαρακτηριστικό ορίζεται σαν η κατά χώρο διευθέτηση των αντικειμένων που είναι συνήθως το αποτέλεσμα της τοπογραφίας του εδάφους (Καρτέρης 1986, Lillesand and Kiefer, 1987). Η διάταξη των γεωμορφών αναφέρεται έμμεσα στις εκφράσεις (parallel ridges, parallel laminations, κ.α.) που χρησιμοποιεί ο Way (1978) προκειμένου να ορίσει την «τοπογραφία» των γεωμορφών. O Pandey (1987) αναφέρεται στα πρότυπα των γεωμορφών (Landform Pattern) και τα συσχετίζει με το Σχήμα σε συνδυασμό με την χωρική κατανομή των γεωμορφών (ridge and valley pattern, low plain with sink-holes, the cluster of sand dunes). Επιπλέον ο Pandey (1987) αναφέρεται στην εξάρτηση του προτύπου γεωμορφών από την κλίμακα (local and regional landform pattern). Ο Leighty (1973) θεωρεί ότι σε μια φυσιογραφική περιφέρεια τα φυσιογραφικά αντικείμενα που την αποτελούν έχουν προβλέψιμη χωροθέτηση και αλληλουχία των 3 ης τάξης γεωμορφών. Στο υπό σύνθεση σύστημα ταξινόμησης η διάταξη των γεωμορφών αφορά την χωρική κατανομή των γεωμορφών της ίδιας τάξης μεγέθους εντός της γεωμορφής ανώτερης τάξης στην οποία υπάγονται (Πίνακας 20). Πίνακας A.20 Xωρική κατανομή (πρότυπο γεωμορφών) σε συνάρτηση της τάξης μεγέθους. Δομικές Ενότητες Πεδίου / Διάταξη Γεωμορφών Τάξεις Γεωμορφών Planet Spatial distribution of Earth in the Solar System Tectonic Plates Spatial Distribution of Tectonic Plates in planet Earth Physiographic Province Spatial distribution of Physiographic Provinces of U.S.A. in North American Plate Section Spatial distribution of Sections (Great Basin, Sonoran Desert, etc.) in Basin and Range Province. Physiographic Feature Spatial distribution of physiographic features (Mountain Ranges, Intermontane Basins) in Great Basin Physiographic Section. Topographic Form Spatial distribution of topographic forms (Piedmont Slope, Basin Floor) in an Intermontane Basin. 3 d order Landform Spatial distribution of 3 rd landforms (Alluvial Fan, Bajada, Pediment) in a Piedmont Slope Spatial distribution of 3 rd landforms (Playa, Valley Fill) in Basin Floor.

51 40 Κεφάλαιο A Α Περιγραφή του Προτεινόμενου Συστήματος Γεωταξινόμησης Το σύστημα ταξινόμησης (πίνακες 13, 15, 18 και 19) έχει ως κύριες υποδιαιρέσεις τις α) Φυσιογραφική Περιφέρεια, β) Φυσιογραφική Ενότητα, γ) Φυσιογραφικό Αντικείμενο, δ) Τοπογραφική Μορφή, ε) Γεωμορφές 3 ης τάξης, στ) Στοιχεία Γεωμορφών 3 ης Τάξης. Κάθε μια από τις υποδιαιρέσεις περιλαμβάνει γεωμορφές που έχουν συγκεκριμένη τάξη μεγέθους, μορφή, διάταξη και είναι το προϊόν συγκεκριμένων φυσικών διεργασιών στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range. Πιο συγκεκριμένα: Η φυσιογραφική περιφέρεια και οι φυσιογραφικές ενότητες καθορίστηκαν στην φυσιογραφική ανάλυση του Fenneman (1931). Σημειώνουμε ότι α) σε μία φυσιογραφική περιφέρεια δραστηριοποιείται εν γένει ο ίδιος συνδυασμός ενδογενών δυνάμεων και στις φυσιογραφικές ενότητες της ίδιας φυσιογραφικής περιφέρειας δρουν οι ίδιες ενδογενείς δυνάμεις σε γενικές γραμμές, αλλά διαφοροποιείται η ένταση των εξωγενών δυνάμεων. To φυσιογραφικά αντικείμενα αποτελούν το προϊόν της εξειδίκευσης των ενδογενών δυνάμεων σε μια φυσιογραφική ενότητα (ανώτερη τάξη μεγέθους). Παράδειγμα αποτελούν οι Intermontane Basins και οι οροσειρές (Mountain Ranges) στην περιφέρεια Basin and Range. Οι τοπογραφικές μορφές αποτελούν αντικείμενα που διαφοροποιούνται ως προς την μορφή και ανήκουν σε συγκεκριμένο φυσιογραφικό αντικείμενο. Οι τοπογραφικές μορφές προκύπτουν κύρια από την διαφοροποίηση των διεργασιών απόθεσης, διάβρωσης και από την διάταξη (piedmont slope:erosion/deposition and parallel to mountain front, basin floor:deposition and between two piedmont slopes). Οι γεωμορφές προέρχονται κύρια από την διαφοροποίηση των εξωγενών διεργασιών σε κλίμακα μεγέθους μικρότερη από αυτή της τοπογραφικής μορφής (Piedmont Slope: pediment[fluvial erosion], alluvial fan[fluvial deposition], bajadas[fluvial deposition] and Basin Floor valley fill[fluvial deposition], playa [fluviolacustrine] ). Στο σύστημα ταξινόμησης δεν περιλαμβάνεται άμεσα η λιθολογία η οποία συσχετίζεται με την γεωλογική ιστορία (Σχήμα 29) και με φυσικές διεργασίες που είναι σε εξέλιξη σήμερα και μορφοποιούν τις γεωμορφές. Η λιθολογία χρησιμεύει κύρια στον προσδιορισμό τεχνικών χαρακτηριστικών και ιδιοτήτων που είναι απαραίτητα στην υλοποίηση τεχνικών έργων (Way 1978). Στην παρούσα προσπάθεια ο στόχος είναι ο προσδιορισμός της γεωμορφής από τα φωτοερμηνευτικά της χαρακτηριστικά

52 41 Κεφάλαιο A Α.2.2 Παραμετρική Αναπαράσταση Γεωμορφών με βάση τα Φωτοερμηνευτικά Χαρακτηριστικά τους Η παραμετρική αναπαράσταση των γεωμορφών με βάση τα φωτοερμηνευτικά τους χαρακτηριστικά έχει σαν στόχο τον εντοπισμό και την οριοθέτηση των γεωμορφών από αεροφωτογραφίες αλλά και την τυποποίηση των γεωμορφομετρικών και γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών τους. Τα φωτοερμηνευτικά κλειδιά δεν ορίζονται μόνο για τις γεωμορφές 3 ης τάξης (Way 1978) αλλά για το σύνολο των γεωμορφών της περιοχής μελέτης με τάξη μεγέθους μεγαλύτερη ή ίση από 2. Ο προσδιορισμός γίνεται ιεραρχικά από το επίπεδο της φυσιογραφικής περιφέρειας έως και τις γεωμορφές 3 ης τάξης με βάση την κατάτμηση του πεδίου που ορίστηκε στο σύστημα ταξινόμησης για τις τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες. Α Φυσιογραφική Περιφέρεια-Ενότητες Οι φυσιογραφικοί δείκτες αναφέρονται στα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά των γεωμορφών από τάξη μεγέθους 2 έως και Σε αυτό το επίπεδο οι δείκτες προσδιορίζονται σύμφωνα με τους Argialas and Miliaresis (1996) από φυσιογραφικές περιγραφές (Fenneman 1931), από τεχνικές εκθέσεις (Peterson 1987) από εγχειρίδια φωτοερμηνείας (Lueder 1959), από την μελέτη της περιοχής έρευνας (Basin and Range, Great Basin, Death Valley) κ.α. Στο παράδειγμα που ακολουθεί (Argialas and Miliaresis 1996) δεικνύεται ο προσδιορισμός ενός φυσιογραφικού δείκτη και της τιμής του από μια παράγραφο της φυσιογραφίας των Η.Π.Α. του Fenneman (1931): While the area occupied by mountains is smaller in this section than in the Great Basin, the extent of rock platforms, bare of detritus or only thinly covered is correspondingly large. It is estimated that 1/5 is covered by mountains, 2/5 by rock platforms and the remaining 2/5 by deposits of detritus. [Fenneman 1931, ChapterSonoran Desert Section-Basins], H ιδιότητα που συνάγεται για την ενότητα Sonoran Desert είναι proportion_of_mountain_ranges_versus_piedmont_slope_versus_basin με τιμή 20%:40% :40%.Στον πίνακες 21 και 22 δίνονται οι φυσιογραφικοί δείκτες για την περιφέρεια Basin and Range και τις ενότητες Great Basin, Sonoran Desert αντίστοιχα. Πίνακας Α.21 Τα φυσιογραφικά χαρακτηριστικά της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin and Range. Province.name Province.geographic_location Province.climate Province.relief_order 2 Province.Landform_pattern Province.Process.Endogenic Province.Process.Exogenic Basin and Range S.W. U.S.A. Desert, semi-arid Mountain ranges intervening basins Intraplate block (normal) faulting Erosion of mountains and deposition of vast amount of alluvium in basins.

53 42 Κεφάλαιο A Πίνακας Α.22 Συγκριτική παρουσίαση των φυσιογραφικών χαρακτηριστικών των ενοτήτων Great Basin and Sonoran Desert. Section.name Great Basin Sonoran Desert Section.geographic_location Section.climate Northern Part of Basin and Range Province Desert, Semi-Arid Section.relief_order 2,5 2,5 Southern Part of Basin and Range Province Section.erosion_cycle Youthful Maturity Section.landform_pattern.proportion_of_mountain _ranges_versus_piedmont_slope_versus_basins Section.hypsometric_distribution 50%-0%-50% 20% : 40% : 40% More than 1/2 of the surface is 3000 ft above sea level More than 1/2 of the surface is below 2000 ft Η φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range είναι σύνθεση φυσιογραφικών αντικειμένων όπως οι οροσειρές και οι τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες. Τα χαρακτηριστικά των φυσιογραφικών αντικειμένων αναφέρονται λεπτομερώς στην φυσιογραφία του Fenneman (1931) και οδηγούν στην σύνθεση φυσιογραφικών δεικτών με τάξη μεγέθους 2.5 (Πίνακας 23). Στον Πίνακα 24 δίνεται η εξειδίκευση των φυσιογραφικών δεικτών τάξης μεγέθους 2.5 για τις ενότητες Great Basin και Sonoran Desert. Πίνακας Α.23 Τα φυσιογραφικά χαρακτηριστικά των οροσειρών και των λεκανών (γεωμορφές τάξης 2,5) της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin and Range. Physiographic_Feature.type Mountain Ranges in Basin and Range! Mountain_Range.relief_order 2,25! Mountain_Range.evidence.presence True! Mountain_Range.evidence.number Many! Mountain_Range.evidence.frequency High! Mountain_Range.shape.planimetric Elongated! Mountain_Range.shape.symmetry_of_range_sides Assymetric (evidence of tilting of mountain blocks caused by normal faulting)! Mountain_Range.shape.continuity Rather great (fairly continous)! Mountain_Range.shape.height_variation No great and sudden (little)! Mountain_Range.shape.3 d _dissection True (notched and segmented)! Mountain_Range.shape.mountain_front_sinuosity Little (rather straight, indicator of faulting)! Mountain_Range.shape.mountain_front_gradient Great! Mountain_Range.landform_pattern.spatial_arrangement Roughly parallel! Mountain_Range.process.endogenic Tectonism (tilted faulted blocks)! Mountain_Range.process.exogenic Erosion Physiographic_Feature.type (Intermontane) Basins in Basin and Range! Basin.evidence.presence True! Basin.evidence.number Many! Basin.evidence.frequency High! Basin.phototone.intensity White (playa), light gray (valley fill), dark

54 43 Κεφάλαιο A (temporal-seasonal shallow lakes)! Basin.process.endogenic Tectonic depressions (normal faulting)! Basin.process.exogenic Deposition (alluvial filling) Πίνακας Α.24 Φυσιογραφικά χαρακτηριστικά των οροσειρών και των λεκανών ( τάξη μεγέθους 2,5) των ενοτήτων Great Basin and Sonoran Desert. Mountain Ranges of section Great Basin Sonoran Desert! Mountain_Range.relative_size Large Small! Mountain_Range.width 6 to 15 miles commonly -! Mountain_Range.length 50 to 70 miles commonly -! Mountain_Range.relative_relief High Low! Mountain_Range.height ft above the base, ft above sea level! Mountain_Range.tectonic_evidences_observ ed! Mountain_Range.gradient_change_at_piedm ont_angle Great (the majority has fault origin) Rather abrupt (evidence of faulting) Low (the minority seem to have a fault origin) Not abrupt (Intermontane) Basins of section Great Basin Sonoran Desert! Basin.drainage_integration_degree Low,none (independence of drainage basins)! Basin.shape Predominatly concave than plain High (dependence of drainage basins) - Rather plain than concave! Basin.undrained_basins_frequency High Low (less prelevant)! Basin.bolsons_frequency High (more prelevant) Low (rather none)! Basin.semi-bolson_frequency Very few High! Basin.evidence_of_drainage_outlet None Yes! Basin.drainage_pattern Centripetal, internal External Α Φυσιογραφικά Αντικείμενα Οι τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες είναι αντικείμενα τάξης μεγέθους 2,5 (Πίνακας 13). Οι φωτοερμηνευτικοί δείκτες και οι γεωμορφές 3 ης τάξης που αντιστοιχούν σε αυτή την τάξη μεγέθους είναι συνάρτηση του σταδίου γεωμορφολογικής εξέλιξης (Διάγραμμα 1, Σχήμα 21 και 22) στο οποίο ευρίσκεται η τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη, όπως φαίνεται στον Πίνακα 25. Προηγουμένως (πίνακες 24 και 25) έχουν αναφερθεί οι φυσιογραφικοί δείκτες των λεκανών (basins) της φυσιογραφικής περιφέρειας Basins and Range και των ενοτήτων Great Basin και Sonoran Desert. Οι λεκάνες αυτές είναι τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες όμως στους πίνακες 23 και 24 οι φυσιογραφικοί δείκτες:! προσδιορίζονται σε μικρότερη κλίμακα παρατήρησης (πχ. χάρτες ή αεροφωτογραφίες μικρότερης κλίμακας) και

55 44 Κεφάλαιο A! αποσκοπούν στην διάκριση/αναγνώριση της περιφέρειας και των ενοτήτων από τα χαρακτηριστικά των φυσιογραφικών αντικειμένων (οροσειρές, λεκάνες) στην κλίμακα παρατήρησης: φυσιογραφική περιφέρεια ή φυσιογραφική ενότητα. Πίνακας Α.25 Φυσιογραφικά χαρακτηριστικά (physiographic indicators) των τεκτονικών αλλουβιακών λεκανών (Intermontane Basins). Physiographic_feature.type Intermontane Basin Physiographic_feature.province Physiographic_feature.section Physiographic_feature.climate.relief_order 2,5 Basin and Range Great Basin, Sonoran Desert Desert, semi-arid.relief_type Depression, basin.landform_pattern A basin floor in between of two piedmont slopes.process.endogenic Normal faulting.process.exogenic Alluvial deposition, erosion 1 st level of Classification " Bolson Semi-bolson.drainage centripetal external.evidence_of_drainage_outlet false true 2 d level of classification " (geomorphic stage) Initial filling Advanced filling Initial Secondary Late 3d_shape concave plain plain - Drainage_pattern braided braided anastomosing Evidence_of_an_axial_stream no no yes Piedmont_slope.landform_pattern alluvial fan bajadas bajadas bajadas floodplain Basin_floor.landform_pattern playa, valley fill valley fill floodplain Basin_floor.phototone_intensity white, light gray - variable Dissection_degree none (not yet witnesses destructive erosion) none intermediate (basin floor is dissected by the axial stream) deep (axial stream radiates on piedmont slope) Gully_density none,few few many many Α Τοπογραφικές Μορφές Οι τοπογραφικές μορφές μιας τεκτονικής αλλουβιακής λεκάνης είναι ο πυθμένας της λεκάνης (basin floor) και οι πρόποδες των βουνών (piedmont slope ) που περιβάλλουν την λεκάνη. Όπως δεικνύεται προηγουμένως (Πίνακας 25) οι γεωμορφές και το πρότυπο των γεωμορφών 3 ης τάξης (landform pattern) που παρατηρούνται σε μία τοπογραφική μορφή είναι συνάρτηση των φυσικών διεργασιών, δηλαδή προσδιορίζονται από το στάδιο γεωμορφολογικής εξέλιξης

56 45 Κεφάλαιο A (Πίνακας 25, Διάγραμμα 1) στο οποίο ευρίσκεται η τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη στην οποία ανήκει η τοπογραφική μορφή. Στον Πίνακα 26 προσδιορίζονται τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά των τοπογραφικών μορφών μίας τεκτονικής αλλουβιακής λεκάνης χωρίς να γίνεται αναφορά στις γεωμορφές ή στο πρότυπο των γεωμορφών 3ης τάξης (αυτά περιγράφονται τον Πίνακα 25). Πίνακας Α.26 Φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά των τοπογραφικών μορφών στις τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες. Topographic_form.type Piedmont slope Basin floor! Topographic_form.relief_order 2,75 2,75! Topographic_form.reliuef_type Gently sloping plain Basin! Topographic_form.gradient Gentle Almost level! Topographic_form.landform_pattern 2.75 Occurs upslope of a basin floor! Topographic_form.landform_pattern 2.5 Occurs at the base of a mountain range Occours downslope of a piedmont slope, surrounded by mountain ranges! Topographic_form.process.endogenic Tilted fault blocks Tectonic depression! Topographic_form.process.exogenic Fluvial Deposition and fluvial erosion Fluvial deposition Fluviolacustrine deposition A Γεωμορφές 3ης Τάξης Ο προσδιορισμός των φωτοερμηνευτικών κλειδιών των γεωμορφών 3 ης τάξης γίνεται σε αντιστοιχία με την μεθοδολογία υλοποίησης του συστήματος γεωταξινόμησης και πιο συγκεκριμένα με τις παραμέτρους α) φυσική διεργασία, β) μορφή, και γ) διάταξη. Δηλαδή από θεωρούνται:! τα γεωμορφομετρικά τους χαρακτηριστικά (Πίνακας 28)! τις συγκεκριμένες φυσικές διεργασίες στις οποίες οφείλουν την γένεση και μορφοποίηση τους (Πίνακας 29) και! την διάταξη τους στο γεωμορφολογικό περιβάλλον (Πίνακας 30) σε σχέση με τις γεωμορφές, ίδιας, ανώτερης και κατώτερης τάξης. Τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά που αναφέρονται στoν φωτογραφικό τόνο, στις διαβρωτικές χαραδρώσεις, στην χρήση γης, στην βλάστηση και στο υδρογραφικό δίκτυο κ.α. ενσωματώνονται σε μία κατηγορία που ονομάζεται γενικά φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά (Πίνακας 27). Ο προσδιορισμός των παραμέτρων και των τιμών της παραμετρικής αναπαράστασης των γεωμορφών γίνεται από τους πίνακες 2, 3,7, 8, 10, 11 και από βιβλιογραφική γνώση (Way 1978, Ritter κ.α. 1995, Strahler κ.α. 1992, Pandey 1987, Lillesand and Kiefer 1987, Fenneman 1931, Peterson 1981, Leighty 1973, Leuder 1959, Rachocki 1981).

57 46 Κεφάλαιο A General Pattern Drainage Πίνακας Α.27 Γενικά φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά γεωμορφών. 3 rd order Landforms Elements Alluvial Fan/Bajadas Pediment Valley fill Playa Pattern Dichotomic Dichotomic Parallel None Texture Coarse Coarse Coarse None Gully Phototone Vegetation Density Shape Intensity Texture Uniformity None, Few,many V shaped Longitudinal gullies Light gray Light gray to medium Uniform Interlaced Uniform, with dark tones (vegetation) along drainage channels. Few None are found outside the drainage None Light gray Light gray White, Light gray - medium Darker(shallow lake) Uniform Uniform, Scrabbled Uniform, with numerous black dots (vegetation) along the drainage pattern Uniform or Variable Gridded (cultivated) Irregular, (moisture differences) Density None, sparse Sparse, dense None, medium None, little Type Grass,reeds, shurbs Grass,reeds, shurbs and few trees Shrubs,reeds,grasses, cultivated Shrubs,reeds,grasses Spatial_dist Near the outer fringle Uniform A vegetation ring ribution Along drainage ways surrrounding playa Landuse- Landcover Overall Barren Natural cover Cultivated Natural cover Agricultural Barren gricultural Πίνακας Α.28 Γεωμορφομετρικά φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά. Geomorphometric 3 rd order Landforms Pattern Elements Alluvial Fan Bajadas Pediment Valley fill Playa Planimetric Fan shaped, Semi-circular, continuous alluvial appron Fan-shaped Triangular Variable, Elongated (along structural axis in tectonic basins) Shape Size Elevation Slope 3d_shape Curvature Semi-conical Gently sloping plain Plain Concave radially and convex transversely Gently sloping plain Plain Transverse profile is undulating Semi-conical Plain Plain Plain along but across is either concave or convex Plain (gradual slopes away from mounts) Plain Areal_extent 1 to few sq kms Few m to 9000 sqkm Relative_areal _extent Variable Variable Varies Radial_extent 700 m to more than 100 km Relief Low Low Low None Highest_point At the valley mouth Toward the piedmont angle Lowest_point Towards the basin floor Towards the basin floor Microtopogra Boulders - Dissected by Few rocks Humocky relief phy shoulders in the incised strems and islands of 1 to 2 meters apex dotted with outcroping in Desiccation inselbergs the valley cracks, polygon Gently rolling hills Inselbergs pans,beach and valleys ridges Average Flat / near flat (<2%) Gently sloping undulating (2 to 6%) Values_range 1 to 10 degrees 0 to 11 degrees Flat or near flat (<2%) Flat, near flat (0<2%)

58 47 Κεφάλαιο A Πίνακας Α.29 Γεωμορφολογικά φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά γεωμορφών. Geomorphological 3 rd order Landforms Pattern Elements Alluvial Fan, bajadas Pediment Valley Fill Playa Climate.type Arid Landform_origin Sequential Sequential Sequential Sequential Main.geomorphic_force Exogenic! Exogenic_process.type Deposition Erosion Deposition Deposition! Formation_process. Fluvial deposition Fluvial erosion Fluvial deposition Fluviolacustrine deposition! Formation_agent Loaded streams Sheetfloods Lateral erosion by streams Loaded streams! Formation_agent.process Braided! Formation_mechanism Abrupt change of stream velocity and gradient Sudden change from a confined to an unconfined flow Sheetfloods erode weathered bedrock surfaces Lateral erosion by streams Streams deposition of vast amounts of alluvium Runoff accumulation Subsurface seepage Episodic flow and evaporation exceeding precipitation! Water_regime Ephemeral Ephemeral Ephemeral Ephemeral! Formation_triggering_pr Heavy rain, Snow melt ocess Secondary.geomorphic_for Endogenic ce.type! Endogenic.Process.type Tectonism! Formation_agent Normal faulting! Formation_mechanism Movement of normal fault shift the alluvial fan (extents) in downslope direction) Mountain front is actually the scarp of a normal fault Basin floor is actually a tectonic derpression Formation_locus Most_Favourable_forming _physiographic_conditions Alluvial Fan: At the emerge nce of a steep valley into a relative ly flat surface Bajadas: Parallel to montain front Ιn front of a sequence of valley mouths. Where closed spaced streams discharge from mountainous region across a piedmont A gently inclined erosion surface of low relief at the foot of a receding mountain slope Elongate mountain ranges subject to episodic heavy precipitation Flat valley bottoms Closed depression, Tectonic lowland, Baselevel plains Closed basins/ depressions in arid regions in which loaded streams end Ο προσδιορισμός των γεωμορφολογικών φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών των γεωμορφών γίνεται κύρια με βάση την φυσική διεργασία που τις δημιουργεί, όπως φαίνεται στο Πίνακα 29. Eίναι σαφές από τον Πίνακα 29 ότι εκτός από τις εξωγενείς διεργασίες και ενδογενείς διεργασίες μορφοποιούν τις γεωμορφές τρίτης τάξης στην συγκεκριμένη φυσιογραφική περιφέρεια. Όμως, σε αυτή την τάξη μεγέθους οι διεργασίες οι οποίες ευθύνονται κύρια για την γένεση των γεωμορφών 3 ης τάξης είναι οι εξωγενείς. Επιπλέον εκτός από τις φυσικές διεργασίες λαμβάνεται υπόψη:! το κλίμα ( ο κύριος παράγοντας που ρυθμίζει την ένταση και το είδος των εξωγενών δυνάμεων),! οι τοπικές γεωμορφολογικές συνθήκες που ευνοούν την δημιουργία της γεωμορφής και δρουν στην γειτονιά απόθεσης της (formation locus) και

59 48 Κεφάλαιο A! οι ευρύτερες γεωμορφολογικές συνθήκες (most favourable forming physiographic conditions). Πίνακας Α.30 Χωρικά φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά. Συντομογραφίες: Tf=Topographic form και Lf=Landform. Γενική μορφή (κανόνας) χωρικής σχέσης Χωρικές σχέσεις γεωμορφών 1. Tf is contained in Physiographic Feature [Piedmont slope, basin Floor] is contained in Intermontane Basin 2. Tf occurs adjacent to Tf Piedmont Slope occurs adjacent to Basin Floor 3. Tf occurs adjacent to and downslope of Tf Basin Floor occurs adjacent to and downslope of Piedmont Slope 4. Tf occurs adjacent to and upslope of Tf Piedmont Slope occurs adjacent to and upslope of Basin Floor 5. Tf contains in Lf Basin Floor contains in [Playa, Valley Fill] 6. Lf is contained in Tf [Playa, Valley Fill] is contained in Basin floor [Pediment,Alluvial Fan,Bajada] is contained in Piedmont Slope 7. Lf contains in Lf Valley Fill contains in Playa 8. Lf is contained in Lf Playa is contained in Valley Fill, occasionally 9. Lf occurs adjacent to Lf [Pediment,Alluvial Fan,Bajada,Valley Fill, Playa] occurs adjacent to [Pediment,Alluvial Fan, Bajada, Valley Fill, Playa] 10. Lf occurs adjacent and transverse to slope to Lf [Alluvial Fan,Pediment, Bajada] occurs adjacent and transverse to slope to [Alluvial Fan, Pediment, Bajada] 11. Lf occurs adjacent to and downslope of Lf [Alluvial Fan,Bajada, Valley Fill, Playa] occurs adjacent to and downslope of Pediment [Valley Fill, Playa] occurs adjacent to and downslope of Alluvial Fan Valley Fill, Playa] occurs adjacent to and downslope of Bajada 12. Lf occurs adjacent to and upslope of Lf Alluvial Fan,Bajada, Pediment occurs adjacent to and upslope of Playa, Valley Fill Pediment occurs adjacent to and upslope of Alluvial Fan, Bajada 13. Lf surrounds Lf Valley Fill surronds Playa 14. Lf is surrounded by Lf Playa is surrounded by Valley Fill 15. Lf partially surrounds in upslope direction Lf [Playa,Valley Fill] partially surrounds in upslope direction Alluvial Fan 16. Lf is partially surrounded in downslope direction by Lf Alluvial Fan is partially surrounded in downslope direction by [Playa, Valley Fill] 17. Lf occurs adjacent to and downslope of (occurs in front of) Tf Alluvial Fan occurs adjacent to and downslope of a [Valley Mouth, Upland Valley] 18. Lf is bounded downslope by Surface Feature Alluvial Fan is bounded downslope by a Vegetation Ring, occasionally Alluvial Fan is bounded downslope by White Phototones, occasionally 19. Lf is bounded-surrounded by Surface Feature Playa is bounded-surrounded by a vegetation ring, occasionally 20. Surface Feature bounds in upslope Α Vegetation Ring bounds in upslope direction Alluvial Fan direction Lf 21. Lf Element is part-of Landfrom Boulder is part of Alluvial Fan Shoulder is part of Alluvial Fan Apex is part of Alluvial Fan DownFan is part of Alluvial Fan Οι χωρικές σχέσεις (φυσική διάταξη) των γεωμορφών 3ης τάξης προσδιορίζονται (Πίνακας 30) σε σχέση με τις γεωμορφές ανώτερης τάξης στις οποίες εμπεριέχονται και σε σχέση με τις γεωμορφές κατώτερης τάξης (τις οποίες μερικές φορές εμπεριέχουν). Επιπλέον αφορούν την τοποθέτηση στο χώρο των γεωμορφών τρίτη τάξης έτσι όπως αυτή καθορίζεται από την

60 49 Κεφάλαιο A σχετική υψομετρική τοποθέτηση και την γειτνίαση των γεωμορφών τρίτης τάξης μεταξύ τους (Argialas and Miliaresis 1997). Παραδείγματα: α) σε διεύθυνση ανάντη της κλίσης ως προς το αλλουβιακό ριπίδιο/upslope of an alluvial fan, β) δίπλα σε/adjacent to. 3. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ Η γνώση που είναι απαραίτητη για την φωτοερμηνεία γεωμορφών οργανώθηκε σε ένα εξειδικευμένο σύστημα ταξινόμησης πεδίου. Το προτεινόμενο σύστημα συμπεριλαμβάνει όχι μόνο το δομικό πλαίσιο και τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά για τις γεωμορφές τρίτης τάξης αλλά το σύνολο των γεωμορφών, από το επίπεδο της φυσιογραφικής περιφέρειας έως τις γεωμορφές τέταρτης τάξης. Η τυποποίηση της γνώσης στο σύστημα γεωταξινόμησης γίνεται με τέσσερις κύριες παραμέτρους οι οποίες αφορούν, την τάξη μεγέθους, την μορφή, τις φυσικές διεργασίες και την φυσική διάταξη των γεωμορφών στο γεωμορφολογικό περιβάλλον. Από τα παραπάνω προέκυψε η ανάγκη προσδιορισμού:! νέων ή πιο εξειδικευμένων φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών και των τιμών τους, τα οποία θα αναφέρονται στην τάξη μεγέθους, στην μορφή, στις φυσικές διεργασίες και στην διάταξη,! φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών για γεωμορφές με τάξη μεγέθους μεγαλύτερη η μικρότερη από τρία (όπως για την φυσιογραφική περιφέρεια, την φυσιογραφική ενότητα, το φυσιογραφικό αντικείμενο, την τοπογραφική μορφή κ.α.) Ο προσδιορισμός μπορεί να γίνει σε ένα βαθμό από βιβλιογραφικές αναφορές, όπως έγινε σε αυτό το κεφαλαίο, στο οποίο συντέθηκε ένα σύστημα γεωταξινόμησης για τις αλλουβιακές τεκτονικές λεκάνες και έγινε η παραμετρική αναπαράσταση των γεωμορφών της περιοχής μελέτης διαμέσου των φωτοερμηνευτικών τους χαρακτηριστικών, στο δομικό πλαίσιο που παρείχε το σύστημα γεωταξινόμησης. Με την προτεινόμενη μεθοδολογία: 1. έγινε μία πρώτη τυποποίηση της φωτοερμηνευτικής γνώσης, η οποία αποτελει την βάση ανάπτυξης ενός συστηματικού πλαισίου για την αναγνώριση των γεωμορφών από αεροφωτογραφίες, 2. δόθηκε ένα πρώτο διαδικαστικό πλαίσιο (στρατηγική) για την επίλυση προβλήματος προκειμένου να καθοδηγηθούν αρχάριοι στην διαδικασία του προσδιορισμού των γεωμορφών με φωτοερμηνεία.

61 50 Κεφάλαιο A Α.5.1. Βιβλιογραφία Α.5.ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1. American Society of Photogrammetry, Manual of Photographic Interpretation, American Society of Photogrammetry, Washington D.C. 2. Argialas D., J. Lyon, O. Mintzer, Quantitative Description and Classification of Drainage Patterns. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, Vol. 54, No. 4, pp Argialas D. and O. Mintzer The potential of hypermedia to photointerpretation education and training. In:L. Fritz and J. Lucas (eds.): International Archieves of Photogrammetry and Remote Sensing, XVII ISPRS Congress, Washington DC., August , Commission VI, XXIX, part B: Αργιαλάς Δ., Πως η Ψηφιακή Τηλεπισκόπιση Προσεγγίζει τη Νοημοσύνη του Φωτοερμηνευτή. Πυρφόρος (Μαρτιος-Απρίλιος), σελ Argialas D., G. Miliaresis, Physiographic Knowledge Acquisition: Identification, Conceptualization and Representation. Technical Paper, Annual Convention of America Society for Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. 1, pp Argialas D., G. Miliaresis, 1997-a. Landform Spatial Knowledge Acquisition: Identification, Conceptualization and Representation. Technical Paper, Annual Convention of America Society for Photogrammetry and Remote Sensing, Vol., pp. 7. Argialas D., G. Miliaresis, 1997-b. An Object Oriented Representaton Model for the Landforms of an Arid Climate Intermontane Basin: Case Study of Death Valley, California. 23rd Annual Conference and Exhibition of the Remote Sensing Society, The University of Reading, Session:Land Surface Processes II, pp Atwood W Physiographic Provinces of North America (revised edition). Ginn and Co. Boston Mass. 9. Bates, R., J. Jackson, Glossary of Geology. American Geological Institute. Alexandria, Virginia, 788 p. 10. Clark M., J. Small, Slopes and Weathering. Cambridge University Press, 122 p. 11. Dearman W., Engineering Geological Mapping. Butterworth-Heinemann Ltd, 387 p. 12. Drury S., Image Interpretation in Geology. Chapman and Hall, 283 p. 13. Evans A., Introduction to Mineral Exploration. BlackWell Science Ltd., 396 p. 14. Fenneman, N., Physiography of Western United States. McGraw-Hill book, Co., New York, NY. 15. Goudie A. (editor), Geomorphological Technques. British Geomorphological Research Group, Allen and Unwin, London, 395 p. 16. Haralick R., S. Wang, I.G. Shapiro, J.B. Campell, Extraction of Drainage Network by Using the Consistent Labelling Technique, Remote Sensing of Environment, 18: Καρτέρης Μ.,1986. Δασική Αεροφωτογραφία. University Studio Press, Θεσσαλονίκη, 362 σελ. 18. Keller, E., N. Pinter, Active Tectonics: Earthquakes, Uplift and Landscape. Prentice Hall, New Jersey, pp Kearey P., F. Vine, Global Tectonics (second edition). Blackwell Science Ltd, pp Leighty R., A Logical Approach Toward Terrain Pattern Recognition for Engineering Purposes, Ph.D. Dissertation. Department of Civil Engineering, The Ohio State University, Columbus, Ohio, 231p. 21. Legg A., Remote Sensing and G.I.S.: Geological Mapping, Mineral Exploration and Minning. John Wiley and Sons-Praxis Publishing Ltd., 166 p. 22. Levin H., Contemporary Physical Geology. Saunders College Publishing

62 51 Κεφάλαιο A 23. Leuder, D., Aerial Photographic Interpretation Principles and Applications. McGraw-Hill Book Co., New York 24. Lillesand T., R. Kiefer, Remote Sensing and Image Interpretation (Second Edition). John Wiley and Sons Inc, 721 p. 25. McGeary D., C. Plummer, Physical Geology Earth Revealed. WCB, 533 p. 26. Miller, V., and C. Miller, Photogeology. McGraw-Hill Book Co. Inc., New York 27. Mintzer, O., Engineering Applications.- In:Colwell R. (Editor): Manual of Remote Sensing. American Society of Photogrammetry.-Falls Church, Virginia. 28. Mintzer, O., J. Messmore, Terrain Analysis Procedural Guide for Surface Configuration.- Technical Report ETL U.S. Army Corps of Engineer, Engineer Topographic Laboratory, Virginia. 29. Moores E., R. Twiss, Tectonics. W.H. Freeman and Company, pp Ollier C., Terrain Classification: Methods, Applications and Principles in Applied Geomorphology (edited by J. Halls). Elsevier Scientific Publishing Co. 31. Ollier C., Tectonics and Landforms. Longman, New York, 322 p. 32. Pandey S., Principles and Applications of PhotoGeology. John Wiley and Sons Inc, New Delphi, India, 366 p. 33. Peterson F., Landforms of the Basin and Range Province Defined for Soil Survey. Technical Bulletin 28, Nevada Agricultural Experiment Station. 34. Ritter D., R. Kochel, J. Miller, Process Geomorphology (3d edition). Wm. C. Brown Publishers. 35. Rachocki A., Alluvial Fans. John Wiley and Sons, 161 p. 36. Sabins F., 1986.Remote Sensing Principles and Interpretation. Freeman and Company, New York, 439p. 37. Siever R Sand. American Scientifc Library distributed by W.H. Freeman and Company, pp Short N., R. Blair, 1986 (eds.). Geomorphology from Space, A Global Overview of Regional Landforms. NASA SP-486,U.S. Government Printing Office, Washington, D.C. 39. Strahler A.H., A.N. Strahler, Modern Physical Geography. John Wiley and Sons Inc, 638 p. 40. Strandberg, G., Aerial discovery Manual. John Willey and Sons, Inc., New York 41. Thomson G., J. Turk, 1993, Earth Sciences and the Environment. Saunders College Publishing 42. USGS: Declassified Intelligence Satellite Photographs, dclass/dclass.html 43. U.S.G.S: DLG and DRG format, content, and structure, National Mapping Program, GeoSpatial Data Standards, Van Zuidam R., F. van Zuidam-Canelado, 1979, VII-6, Terrain Analysis and Classification Using Aerial Photographs. ITC Textbook. 45. Von Bandat, H., AeroGeology. Gulf Publishing Cp., Houston, Texas. 46. Yakushova, A., Geology with Elements of Geomorphology. Mir Publisher Moscow, 1986, 400p. 47. Yeats, R.S., K. Sieh, C.R. Allen, The Geology of Earthquakes. Oxford University Press, Oxford, 568 p. 48. Wang S., D. Elliot, J. Campell, R. Erich, R. Haralick Spatial Reasoning in Remote Sensing. IEEE Transactions on GeoScience and Remote Sensing, Vol. GE-21, No 1, pp Way, D., Terrain Analysis. Dowden, Hutchinson and Ross Inc., Stroudsburg, Pennsylvania, 438p.

63 Κεφάλαιο Β ΚΕΦΑΛΑΙΟ Β Αναπαράσταση της Φωτοερμηνευτικής Γνώσης της Φυσιογραφικής Περιφέρειας Basin και Range (N.W. U.S.A.) στο Υβριδικό Κέλυφος Εμπείρου Συστήματος NΕxpert Object (Representation of the Photo-Interpretation Knowledge for the Basin και Ranges Physiographic Province in the Hybrid Expert System Shell, NΕxpert Object) Περίληψη Κεφαλαίου Στο πρώτο κεφάλαιο ορίσθηκε ένα σύστημα γεωταξινόμησης για τις τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin και Range και έγινε η συλλογή και οργάνωση της γεωμορφολογικής, γεωλογικής και φυσιογραφικής γνώσης σε ένα εξειδικευμένο ιεραρχικό πλαίσιο. Το πλαίσιο αυτό αντιστοιχεί σε μια παραμετρική αναπαράσταση των γεωμορφών ως προς την τάξη μεγέθους, τις φυσικές διεργασίες, την μορφή και την διάταξη. Με βάση αυτή την παραμετρική αναπαράσταση, αναπτύχθηκε ένα εννοιολογικό πλαίσιο που χρησιμοποιεί ιεραρχίες από τάξεις και αντικείμενα (δομική γνώση) σε συνδυασμό με κανόνες παραγωγής (διαδικαστική γνώση) για την φωτοερμηνεία γεωμορφών από α) τα γεωμορφολογικά τους χαρακτηριστικά, β) την διάταξη τους και γ) την φυσιογραφία της περιοχής μελέτης. H αναπαράσταση του εννοιoλογiκού πλαισίου για την φωτοερμηνεία των γεωμορφών έγινε στο υβριδικό κέλυφος εμπείρου συστήματος Nexpert Object με την ανάπτυξη, α) ιεραρχιών τάξεων και αντικειμένων και β) κανόνων παραγωγής οι οποίοι δρουν επαναληπτικά και μέχρι να ολοκληρώσει ο χρήστης την ερμηνεία του συνόλου των γεωμορφών της περιοχής μελέτης. Οι κανόνες παραγωγής υλοποιούν δομές που αντιστοιχούν σε γνωστικές νησίδες, σε συνδεόμενους βρόγχους επανάληψης και σε δενδρικές δομές διάζευξης. Παράλληλα η μεθοδολογία εξαγωγής συμπερασμάτων (στρατηγική) μεταβάλλεται από ανοικτών πυλών σε κλειστών πυλών και αντίστροφα, ανάλογα με τις τρέχουσες ανάγκες κατά την διάρκεια εκτέλεσης της εφαρμογής. Η επαλήθευση των κανόνων παραγωγής που αναφέρονται στην ταύτιση των γεωμορφών της περιοχής μελέτης με συγκεκριμένα πρότυπα γεωμορφών έχει σαν αποτέλεσμα την δημιουργία δυναμικών αντικειμένων. Τα δυναμικά αντικείμενα περιγράφουν τις γεωμορφές στο πεδίο όπου διεξάγεται η φωτοερμηνεία και αποτελούν το κατώτατο επίπεδο της ιεραρχίας τάξεων η οποία αναπαριστά την δομική φωτοερμηνευτική γνώση. Η προτεινόμενη μεθοδολογία επαυξάνει τις δυνατότητες των σημερινών εμπείρων συστημάτων για την ερμηνεία γεωμορφών αφου ενσωματώνει δομές που επιτρεπουν την αναγνώριση γεωμορφών σε σχέση με το φυσιογραφικό περιβάλλον και την γετνίαση τους (χωρικά κριτήρια).

64 2 Κεφάλαιο B Πίνακας Περιεχόμενων Σελ. Β.1 ΕIΣΑΓΩΓΗ και ΣΤΟΧΟΙ 8 Β.1.1 Συστήματα Παραγωγής 11 Β.1.2 Έμπειρα συστήματα 12 Β Βάση Γνώσης 12 Β Μέθοδος Συμπερασματολογίας 14 Β Yλοποίηση Εμπείρων Συστημάτων 15 Β.1.3 Ερμηνεία Γεωμορφών με Συστήματα Παραγωγής 17 B.1.4 Κέλυφος Εμπείρου Συστήματος NExpert Object 18 Β Tάξεις 18 Β Αντικείμενα 19 Β Δίκτυο Αντικειμένων-Κλάσεων 20 Β Κανόνες Παραγωγής 21 Β Στρατηγική 23 Β Δομές Κανόνων Παραγωγής 25 Β Δυναμικά Αντικείμενα και η Αναφορά τους σε Κανόνες Παραγωγής 27 B.1.5 Περιοχή Μελέτης 30 B.1.6 Τοποθέτηση του Προβλήματος και Στόχοι 31 B.2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ 35 Β.2.1. Περιγραφική Γνώση - Δομική Γνώση 37 B Γεωμορφές 3 ης τάξης 37 B Φυσιογραφία 41 B Ιεραρχία των Γεωμορφών στην Περιοχή Μελέτης 43 Β.2.2. Διαδικαστική Γνώση 45 Β Προσδιορισμός των Γεωμορφών 3 ης Τάξης 47 Β Πρότυπα Σύγκρισης 47 Β Ενεργοποίηση των Προτύπων Σύγκρισης 48

65 3 Κεφάλαιο B Πίνακας Περιεχόμενων Σελ. Β Αρχικοποίηση Γνωστικών Νησίδων 48 Β Προσδιορισμός της Γεωμορφής του Πεδίου από τις Συνθήκες των Προτύπων Β Έλεγχος της Υπόθεσης Ταύτισης της Γεωμορφής Πρότυπο. Β Δημιουργία Δυναμικών Αντικειμένων 51 Β Προσδιορισμός Φυσιογραφικής Περιφέρειας - Ενότητας 55 με Β Προσδιορισμός Φυσιογραφικών Αντικειμένων και Τοπογραφικών Μορφών Β Προσδιορισμός Γεωμορφών 3 ης Τάξης Μεγέθους από την Διάταξη στο Χώρο Β Προσδιορισμός Φυσιογραφικής Περιφέρειας από Γεωμορφή 3 ης Τάξης Μεγέθους και Αντίστροφα B.3. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑ 63 Β.4. ΠΑΡΑΡΤΗΜΑΤΑ 65 Β.4.1 Διάλογος Επικοινωνίας για τον Προσδιορισμό Φυσιογραφικής Περιφέρειας από Γεωμορφή 3 ης Τάξης Μεγέθους B.4.2 Προσδιορισμός Φυσιογραφικής Περιφέρειας κατά την Φορά Ορθής Συλλογιστικής Αλυσίδας. B.4.3 Προσδιορισμός Γεωμορφής 3 ης Τάξης Μεγέθους από την Διάταξη στο Χώρο Προϋπάρχουσας Γεωμορφής Β.4.4 Βιβλιογραφία 78

66 4 Κεφάλαιο B Πίνακας Περιεχόμενων Σχημάτων α.α. Σχήμα Σελ. 1. Βαθιά και ρηχή γνώση Μεθοδολογίες αναζήτησης στην βάση γνώσης σε σχέση με το είδος της συλλογιστικής αλυσίδας. 3. Λογικό διάγραμμα στο οποίο διαγράφεται η αλληλουχία των πέντε σταδίων ανάπτυξης ενός εμπείρου συστήματος. 4. Ο επεξεργαστής τάξεων του Nexpert Object Οι ιδιότητες της τάξης LF_Alluvial_Fan_PE στον επεξεργαστή τάξεων Ο επεξεργαστής αντικειμένων του Nexpert Object Δίκτυο Αντικειμένων-Τάξεων Κληρονομικότητα ιδιοτήτων από τάξη σε αντικείμενο Κανόνας παραγωγής για τον προσδιορισμό του αλλουβιακού ριπιδίου στον επεξεργαστή κανόνων του Nexpert Object. 10. Κανόνας παραγωγής για την επαλήθευση της υπόθεσης της ύπαρξης αλλουβιακών προσχώσεων (valley fill). 11. Τελεστές για τις συνθήκες ενός κανόνα παραγωγής Τελεστές για τις ενέργειες ενός κανόνα παραγωγής Δίκτυο Κανόνων του Nexpert Object Απεικόνιση στο δίκτυο αντικειμένων-τάξεων των αντικειμένων που αντιστοιχούν στις υποθέσεις των κανόνων παραγωγής. 15. Οι αρχικές συνθήκες της στρατηγικής στο Nexpert Object Βρόγχος επανάληψης στο δίκτυο κανόνων παραγωγής Ιεραρχία δυναμικών αντικειμένων στο δίκτυο τάξεων-αντικειμένων Εμφάνιση των γεωμορφών που έχουν προσδιορισθεί δυναμικά με διαδοχικές ερμηνείες των ιδιοτήτων των αντίστοιχων αντικειμένων. 19. Παράθυρο διαλόγου με τις γεωμορφές που έχουν προσδιορισθεί δυναμικά με διαδοχικές ερμηνείες των ιδιοτήτων των αντίστοιχων αντικειμένων (Σχήμα 17) με εφαρμογή της υπόθεσης H_xShow_Landforms (Σχήμα 18). 20. Εικόνα μικροκυμάτων των Ν.Δ. Η.Π.Α. στην οποία, έχει οριοθετηθεί η περιοχή Basin και Range. 21. Οι κύριες ενότητες (Great Basin και Sonoran Desert) της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin και Range. 22. Διάγραμμα το οποίο προσομοιώνει την σχετική χωρική θέση των γεωμορφών της τεκτονικής αλλουβιακής λεκάνης Death Valley California που ανήκει στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin και Range. 23. Αντικειμενοστραφής αναπαράσταση των αντικειμένων της φυσιογραφικής περιφέρειας και των ενοτήτων στην Περιοχή μελέτης. 24. Αντικειμενοστραφής αναπαράσταση των γεωμορφών 3ης τάξης μεγέθους και των τοπογραφικών μορφών στην περιοχή μελέτης. 25. Τάξεις με τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά των γεωμορφών 3ης τάξης μεγέθους

67 5 Κεφάλαιο B α.α. Σχήμα Σελ. 26. Τάξη με τους χωρικούς δείκτες των γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους Γεωμορφολογική ιεραρχία γεωμορφών -κορυφαίο τμήμα Γεωμορφολογική ιεραρχία γεωμορφών-επίπεδο γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους Φυσιογραφική Ιεραρχία Ιεραρχία φυσιογραφικών αντικειμένων και τοπογραφικών μορφών Η ιεραρχία των τάξεων γεωμορφών του πεδίου Δυναμικά αντικείμενα και η συσχέτιση τους με τις ιεραρχίες γεωμορφών και την ιεραρχία γεωμορφών του πεδίου. 33. Διάγραμμα επισκόπησης του δικτύου κανόνων παραγωγής της εφαρμογής Το κεντρικό μενού επιλογών της εφαρμογής Ο κορυφαίος κανόνα παραγωγής (H_start_top) που ενεργοποιεί την εφαρμογή Πρότυπο για τον προσδιορισμό ενός εβαποριτών από την διάταξη στο χώρο Πρότυπο για τον προσδιορισμό επικλινούς πεδίου από τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά. 38. Πρότυπο προσδιορισμού αλλουβιακού ριπιδίου από γεωμορφολογικές συνθήκες Δομής διάζευξης με δύο κλάδους με διαφορετική προτεραιότητα εκτέλεσης Αρχικοποίηση γνωστικής νησίδας Διάλογος επικοινωνίας που οδηγεί την αναζήτηση στον προσδιορισμό μιας άγνωστης γεωμορφής 3 ης τάξης μεγέθους από τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά κατά την φορά της ορθής συλλογιστικής αλυσίδας. 42. Δομή διάζευξης που προσανατολίζει την αναζήτηση στον έλεγχο της ταύτισης γεωμορφής 3 ης τάξης μεγέθους με συγκεκριμένο πρότυπο. 43. Διάλογος επικοινωνίας που αντιστοιχεί στην δομή διάζευξης του σχήματος Οι τρεις εναλλακτικές λύσεις που προβλέπονται στην δομή διάζευξης που αντιστοιχεί στην υπόθεση LFHGMPESR_Rhactions 45. Ο κανόνας παραγωγής new ο οποίος αντιστοιχεί στο κλάδο της δομής διάζευξης της υπόθεσης LFHGMPESR_RHactions ο οποίος δημιουργεί ένα νέο δυναμικό αντικείμενο, το οποίο αντιστοιχεί σε γεωμορφή 3 ης τάξης μεγέθους. 46. Δομή κανόνων παραγωγής της υπόθεσης LFHPE_xASSIGNMENT_ to_object Ανάθεση τιμών στα πεδία του δυναμικού αντικειμένου LF_x Ο κλάδος της διάζευξης της υπόθεσης LFHGMPESR_ Rhactions που ελέγχει εάν ο προσδιορισμός της γεωμορφής στο τρέχον στάδιο (dummy_task) είναι ίδιος με την προϋπάρχουσα γεωμορφή LF_x.abelongs_to, όπου x ο αύξων αριθμός της προϋπάρχουσας γεωμορφής (existing_landform). 49. Απεγκλωβισμός της αναζήτησης από την γνωστική νησίδα προσδιορισμός γεωμορφής 3 ης τάξης μεγέθους από τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά, εάν αποτύχει η αναγνώριση της γεωμορφής του πεδίου. 50. Κεντρικό μενού επιλογών που αντιστοιχεί στην δομή διάζευξης που ενεργοποιεί την γνωστική νησίδα φυσιογραφία. 51. Δημιουργία των δυναμικών αντικειμένων PH_1 και PH_2 που είναι μέλη των τάξεων P_Basin_and_Range και P_Basin_and_ Range_Youthful αντίστοιχα

68 6 Κεφάλαιο B α.α. Σχήμα Σελ. 52. Το δένδρο που δημιουργεί η δομή διάζευξης της υπόθεσης PH_Basin_and_Range σε συνδυασμό με την PH_Basin_and_Range_Refinement. Η δεύτερη υπόθεση ενεργοποιείται στις ενέργειες των κανόνων παραγωγής της πρώτης. 53. Δύο από τους τρεις κλάδους της δομής διάζευξης που αντιστοιχεί στην υπόθεση PH_Basin_and_Range. 54. Δύο από τους κλάδους της δομής διάζευξης που αντιστοιχεί στην υπόθεση PH_Basin_and_Range_Refinement. 55. Ο κανόνας παραγωγής που δημιουργεί τα δυναμικά αντικείμενα που συνδέονται με τις τάξεις των φυσιογραφικών περιφερειών-ενοτήτων. 56. Κανόνας παραγωγής για τον προσδιορισμό από φυσιογραφικούς δείκτες ενός φυσιογραφικού αντικειμένου (Physiographic_Part) που αντιστοιχεί σε Τεκτονική Αλλουβιακή λεκάνη (Intermontane Basin). 57. Δομή διάζευξης που υλοποιεί ένα επίπεδο αναζήτησης σε βάθος το οποίο διακρίνει μια τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη σε ανοικτή ή κλειστή. 58. Κανόνας παραγωγής για τον προσδιορισμό της τοπογραφικής μορφής λεκάνη απόθεσης (Basin Floor). 59. Κανόνας παραγωγής για τον προσδιορισμό της τοπογραφικής μορφής επικλινές πεδίο (Piedmont Slope/Piedmont Plain). 60. Σχέσεις μέρους-όλου (is a part of) μεταξύ αντικειμένων Σχέσεις κληρονομικότητας (is a kind of) μεταξύ αντικειμένων και τάξεων Η υπόθεση για την διάταξη των γεωμορφών 3ης τάξης Διάλογος επικοινωνίας ο οποίος κατευθύνει την αναζήτηση στην γειτονιά ενός αλλουβιακού ριπιδίου σε διεύθυνση ανάντη της κλίσης ως προς το αλλουβιακό ριπίδιο. 64. Κανόνας παραγωγής για τον προσδιορισμό των γεωμορφών 3ης τάξης μεγέθους (Valley Fill, Playa, Pediment) που είναι στην γειτονιά ενός αλλουβιακού ριπιδίου (τοπογραφική μορφή=επικλινές πεδίο και χωρικός τελεστής= downslope). 65. Κανόνας παραγωγής για τον προσδιορισμό των γεωμορφών 3ης τάξης μεγέθους (Valley Fill, Playa, Pediment) που είναι στην γειτονιά ενός αλλουβιακού ριπιδίου (τοπογραφική μορφή=επικλινές πεδίο και χωρικός τελεστής= απροσδιόριστος / unknown). 66. Κανόνας παραγωγής για τον προσδιορισμό των γεωμορφών 3ης τάξης μεγέθους (Valley Fill, Playa, Pediment) που είναι στην γειτονιά ενός αλλουβιακού ριπιδίου (τοπογραφική μορφή=επικλινές πεδίο και χωρικός τελεστής= κάθετα ως προς την κλίση). 67. Κανόνας παραγωγής για τον προσδιορισμό των γεωμορφών 3ης τάξης μεγέθους (Valley Fill, Playa, Pediment) που είναι στην γειτονιά ενός αλλουβιακού ριπιδίου (τοπογραφική μορφή=επικλινές πεδίο και χωρικός τελεστής= upslope). 68. Η ιεραρχία των αντικειμένων στην περιοχή μελέτης

69 7 Κεφάλαιο B Πίνακας Περιεχόμενων Πινάκων α.α. Πίνακας σελ. 1. Έμπειρα συστήματα στο χώρο των γεω-επιστημών Προϋποθέσεις για την αντιμετώπιση προβλημάτων με έμπειρα συστήματα Τα στάδια πρόσληψης, οργάνωσης, τυποποίησης και αναπαράστασης της περιγραφικής γνώσης σε ένα πεδίο έρευνας 4. Οι στόχοι του μηχανικού γνώσης και του εμπείρου κατά την υλοποίηση ενός έμπειρου συστήματος Τα πέντε άλληλα-εξαρτώμενα και επικαλυπτόμενα στάδια της ανάπτυξης ενός εμπείρου συστήματος με συστήματα παραγωγής. 6. Τελεστές που χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση των συνθηκών ή των ενεργειών ενός κανόνα παραγωγής στο Nexpert Object. 7. Η γεωμορφολογική ιεραρχία με μερικές από τις ιδιότητες και τις τιμές των ιδιοτήτων. 8. Αναπαράσταση κανόνα παραγωγής σε μορφή κειμένου, με βάση την τυποποίηση (rule format) που ακολουθείται στο κέλυφος εμπείρου συστήματος Νexpert Object. 9. Περιγραφή των αντικειμένων που ορίζονται (μεταβλητές) στις ενέργειες των κανόνων παραγωγής που είναι στην γνωστική νησίδα αναγνώρισης γεωμορφής 3ης τάξης μεγέθους

70 8 Κεφάλαιο B Β.1 Εισαγωγή και Στόχοι Οι φωτοερμηνευτές κατά την ερμηνεία μίας αεροφωτογραφίας δεν ακολουθούν μια τυποποιημένη διαδικασία αλλά ο κάθε ένας αναπτύσσει διαφορετική μεθοδολογία. Οι τρεις παράμετροι που μπορούν να θεωρηθούν ότι εξειδικεύουν την φωτοερμηνεία είναι: α) η βάση γνώσης του φωτοερμηνευτή, β) ο στόχος της φωτοερμηνείας που καθορίζεται από το προς επίλυση φωτοερμηνευτικό πρόβλημα και γ) η στρατηγική επίλυσης των φωτοερμηνευτικών προβλημάτων. Πιο συγκεκριμένα: 1. Η βάση γνώσης αποτελείται κατά τον Ignisio (1992) από βαθιά και ρηχή γνώση.! Η βαθιά γνώση (deep knowledge) αποκτάται από την τυπική μελέτη (εκπαιδευτική διαδικασία) του συγκεκριμένου επιστημονικού πεδίου και είναι διαθέσιμη στην επιστημονική κοινότητα με την μορφή βιβλίων, τεχνικών εγχειριδίων, εκπαιδευτικών Σχήμα Β.1 Βαθιά (Deep) και ρηχή (Shallow) γνώση σεμιναρίων και παραδόσεων, κ.α. (Harmon και King 1985). Η βαθιά γνώση στην ουσία αποτελεί το επιστημονικό υπόβαθρο που έχει αναπτύξει ο φωτοερμηνευτής διαμέσου της εκπαιδευτικής διαδικασίας και της εντρύφησης του με συγκεκριμένο αντικείμενο.! Η ρηχή γνώση (shallow knowledge) αποτελεί την εμπειρία που έχει αναπτύξει ο φωτοερμηνευτής στην επίλυση των εξειδικευμένων προβλημάτων που αντιμετωπίζει στο εργασιακό του περιβάλλον και η οποία δεν είναι καταγεγραμμένη και τυποποιημένη. Η βάση γνώσης διαφέρει, αφού οι φωτοερμηνευτές έχουν άλλη εκπαίδευση και διαφορετικά ενδιαφέροντα. Παράδειγμα:! ένας μηχανικός έχει εκπαιδευτεί να αναγνωρίσει γεωμορφές προκειμένου να προβαίνει σε σειρά υποθέσεων και συμπερασμάτων που αφορούν τα τεχνικά χαρακτηριστικά του εδάφους στην περιοχή μελέτης ενώ! ένας γεωλόγος έχει εκπαιδευτεί να αναγνωρίζει γεωμορφές με στόχο να εντοπίσει τις ποικίλες φυσικές ενδογενείς και εξωγενείς διεργασίες προκειμένου να αποκρυπτογραφήσει την γεωλογική ιστορία της περιοχής μελέτης.

71 9 Κεφάλαιο B Παράλληλα και η ρηχή γνώση που αναπτύσσουν οι φωτοερμηνευτές είναι διαφορετική αφού συσχετίζεται σε μεγάλο βαθμό με το εργασιακό περιβάλλον και με το εξειδικευμένο αντικείμενο απασχόλησης. 2. Ο στόχος/σκοπός (goal) της φωτοερμηνείας καθορίζεται από το προς επίλυση φωτοερμηνευτικό πρόβλημα. Για παράδειγμα, στην γεωλογική φωτοερμηνεία, σε γενικές γραμμές, προσδιορίζεται η λιθολογία, οι φυσικές διεργασίες η τεκτονική, οι γεωμορφές κ.α., με σκοπό την απεικόνιση των γεωλογικών δομών και των χωρικών συσχετίσεων τους στον χάρτη και την σύνθεση της υπεδαφικής γεωμετρίας των στρωμάτων της περιοχής μελέτης (Pandey 1987, Drury 1993). Στην συνέχεια οι στόχοι της γεωλογικής φωτοερμηνείας εξειδικεύονται ακόμη περισσότερο, ανάλογα με τις ειδικές απαιτήσεις του προβλήματος που αντιμετωπίζεται. Παραδείγματα αποτελούν, ο εντοπισμός πετρελαϊκών κοιτασμάτων (Pandey 1987), ο εντοπισμός μεταλλοφόρων κοιτασμάτων (Legg 1995), η τεχνική γεωλογική χαρτογράφηση (Dearman 1991), η υδρογεωλογική έρευνα (Pandey, 1987, Legg 1995) κ.α. 3. Η στρατηγική επίλυσης των φωτοερμηνευτικών προβλημάτων αφορά την γενική ή ειδική μεθοδολογία που ακολουθείται κατά την επίλυση ενός φωτοερμηνευτικού προβλήματος. Η γενική μεθοδολογία επίλυσης που διδάσκεται σε εκπαιδευτικά ιδρύματα είναι να γίνει κατάτμηση της φωτογραφίας σε επιμέρους αντικείμενα (γεωμορφές, τεκτονικές δομές, τοπογραφικές μορφές κ.α.). Στην συνέχεια γίνεται προσδιορισμός των φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών (υδρογραφικό δίκτυο, λιθολογία, κ.α.) των αντικειμένων αυτών και αναγνώριση τους (ASPRS 1997). Καθώς συγκεντρώνονται όλο και περισσότερα στοιχεία και γνώση για όλο και περισσότερα επιμέρους αντικείμενα, μορφοποιείται μια συνολική εικόνα για α) τις φυσικές διεργασίες που λαβαίνουν χώρα στην περιοχή, β) την λιθολογία, γ) την τεκτονική κ.α. Η γενική γνώση για την περιοχή μελέτης συμπληρώνεται στην συνέχεια με την συλλογή πιο εξειδικευμένων στοιχείων ανάλογα με το τύπο του προς επίλυση φωτοερμηνευτικού προβλήματος (Pandey 1987). Στην πράξη ο στόχος επιτυγχάνεται συνήθως όχι διαμέσου μίας τυποποιημένης διαδικασίας αλλά με μία διαδικασία που είναι μάλλον μυστηριώδης και απρόβλεπτη όσο αναφορά την μεθοδολογία που θα ακολουθήσει συγκεκριμένος φωτοερμηνευτής στην αντιμετώπιση ενός συγκεκριμένου προβλήματος. Η εξήγηση που δίνεται είναι ότι ο φωτοερμηνευτής προσπαθεί να ταυτίσει το τρέχον πρόβλημα, με υπάρχοντα στο μυαλό του πρότυπα και νοητικές εικόνες. Η ταύτιση αυτή τον οδηγεί συνειρμικά στην διαδικασία προσέγγισης της λύσης του προβλήματος. Είναι σαφές ότι εάν έχει αναπτύξει στο παρελθόν τα ίδια η παρεμφερή πρότυπα-νοητικές εικόνες με το προς αντιμετώπιση πρόβλημα, τότε η προσέγγιση της επίλυσης θα είναι ταχύτερη, πιο ανεξήγητη και

72 10 Κεφάλαιο B μυστηριώδης. Αν δεν έχει τέτοια πρότυπα στην διάθεση του, τότε θα ακολουθηθεί μία πιο αναλυτική διαδικασία, όπως αυτή που περιγράφηκε προηγουμένως. Είναι σαφές ότι η διαδικασία επίλυσης προβλημάτων στην φωτοερμηνεία είναι ακόμη τέχνη χωρίς επιστημονική και θεωρητική τεκμηρίωση (Argialas και Mintzer 1992). Το διαδικαστικό πλαίσιο για την επίλυση του προβλήματος ακόμη λείπει και τα βιβλία δεν αναπτύσσουν τις απαραίτητες θεωρίες και στρατηγικές που είναι απαραίτητες προκειμένου να καθοδηγηθούν οι αρχάριοι στην διαδικασία του προσδιορισμού των γεωμορφών με φωτοερμηνεία (Argialas και Minzer 1992, Αργιαλάς 1994). Επιπροσθέτως, η ερμηνεία των γεωμορφών είναι χρονοβόρα διαδικασία, προϋποθέτει ένταση εργασίας και έχει υψηλό κόστος. Δημιουργείται έτσι η ανάγκη να μελετηθεί συστηματικά η διαδικασία του προσδιορισμού συμπερασμάτων στην φωτοερμηνεία γεωμορφών, προκειμένου να κατανοηθεί καλύτερα και να τυποποιηθεί αυτή η διαδικασία, και να αναπτυχθεί ένα συστηματικό πλαίσιο για την αναγνώριση των γεωμορφών από αεροφωτογραφίες (Leighty 1973 και 1979, Argialas και Narasimhan 1988a, 1988b). Τα έμπειρα συστήματα που αναπαριστούν την γνώση με συστήματα παραγωγής προσφέρουν μεθόδους και εργαλεία για την αναπαράσταση τόσο των γεγονότων (δεδομένα, υποθέσεις, αντικείμενα), όσο και της διαδικασίας επίλυσης του προβλήματος (κανόνες παραγωγής) και έτσι μπορούν να βοηθήσουν στην ανακάλυψη και τυποποίηση των δένδρων απόφασης για την φωτοερμηνεία γεωμορφών (Αργιαλάς 1994). Τα τελευταία χρόνια, επιστήμονες που εργάζονται για την ανάπτυξη συστημάτων με κανόνες παραγωγής έχουν υλοποιήσει αρκετά πειραματικά έμπειρα συστήματα σε διάφορα πεδία των γεω-επιστημών (Πίνακας 1). Πίνακας Β.1 Έμπειρα συστήματα στο χώρο των γεω-επιστημών. Όνομα Περιγραφή PROSPECTOR Αναζήτηση ορυκτών πόρων (McCammon 1993) DNESYS Χαρτογράφηση υδρογραφικών δικτύων από ψηφιακά μοντέλα εδάφους (Qyan et al. 1990) SEDRULE Προσδιορισμός ιζηματογενούς περιβάλλοντος (Demers 1990) GOLDFINDER Αναζήτηση χρυσού (Hawkes 1992) BURMIN Κοιτάσματ μολυβδου-ψευδαργύρου (Wadge et al. 1992) Ανάλυση υδρογραφικών προτύπων (Hadipriono et al. 1990) Τεχνική γεωλογία (Usery et al. 1988) Χρήσεις γης από δορυφορικές φωτογραφίες SPOT (Johnson 1994)

73 11 Κεφάλαιο B Β.1.1 Συστήματα Παραγωγής Τα συστήματα παραγωγής (production systems) αποτελούν μία μεθοδολογία που είναι ιδιαίτερα σημαντική στην Τεχνητή Νοημοσύνη, κυρίως σε προβλήματα που αφορούν την κωδικοποίηση του ανθρώπινου μηχανισμού νόησης. Ένα σύστημα παραγωγής συνίσταται (Luger και Stubblefield 1993) από:! Κανόνες παραγωγής (production rules). Έχουν την μορφή ενός ζεύγους από συνθήκεςενέργειες: IF [συνθήκες] Then [ενέργειες]. Ο κανόνας εκφράζει έναν κρίκο της αλυσίδας επίλυσης του προβλήματος. Οι συνθήκες του κανόνα παραγωγής καθορίζουν τις προϋποθέσεις ή τα γεγονότα που πρέπει να είναι αληθή για την εφαρμογή του κανόνα ενώ οι ενέργειες προσδιορίζουν νέα γεγονότα που συνιστούν τα επόμενα βήματα στην διαδικασίας επίλυσης. Ο κανόνας παραγωγής ενεργοποιείται με βάση την ταύτιση των συνθηκών του κανόνα με ένα πρότυπο από γεγονότα.! Την μνήμη εργασίας (working memory) που αποτελεί μία στιγμιαία περιγραφή της διαδικασίας αναζήτησης (reasoning process) και η οποία καθορίζει το στιγμιαίο πρότυπο γεγονότων που συγκρίνεται με τις συνθήκες των κανόνων παραγωγής. Η επαλήθευση κάποιων κανόνων έχει σαν αποτέλεσμα την τροποποίηση της μνήμης εργασίας με βάση τις ενέργειες που υλοποιούνται από τους αληθής κανόνες παραγωγής, οι οποίοι επανακαθορίζουν το στιγμιαίο πρότυπο γεγονότων.! Τον κανόνα ελέγχου προσπέλασης της γνώσης (the recognize-act style). Στην μνήμη εργασίας δημιουργείται ένα υποσύνολο από τους κανόνες παραγωγής των οποίων οι συνθήκες ικανοποιούνται από το στιγμιαίο πρότυπο των γεγονότων. Αυτό το υποσύνολο λέγεται ανταγωνιστικό σύνολο κανόνων (conflict set) και οι κανόνες του είναι δυνητικά πραγματοποιήσιμοι. Τελικά από τους κανόνες αυτούς επιλέγεται ένας μόνο, με βάση μία στρατηγική που ονομάζεται επίλυση αντιθέσεων (conflict resolution) και οι ενέργειες που προβλέπει ο κανόνας αυτός, υλοποιούνται αλλάζοντας το περιεχόμενο της μνήμης εργασίας. Στην συνέχεια καθορίζεται το νέο ανταγωνιστικό σύνολο κανόνων και γίνεται επιλογή του κανόνα που θα υλοποιηθεί. Η διαδικασία συνεχίζεται μέχρι να μην υπάρχουν κανόνες στην μνήμη εργασίας οι συνθήκες των οποίων ικανοποιούνται από το στιγμιαίο πρότυπο γεγονότων. Υπάρχουν πολλές διαδικασίες επιλογής ενός κανόνα από το ανταγωνιστικό σύνολο κανόνων. Η πιο απλή μεθοδολογία βασίζεται στην επιλογή του πρώτου κανόνα του οποίου οι συνθήκες ικανοποιούνται. Στο κέλυφος εμπείρου συστήματος Neuron Object η επιλογή μπορεί να καθοριστεί με βάρη που δίδονται στους κανόνες παραγωγής (Neuron Data 1993c).

74 12 Κεφάλαιο B Β.1.2 Έμπειρα Συστήματα Τα έμπειρα συστήματα είναι ένα πεδίο της τεχνητής νοημοσύνης το οποίο προσπαθεί να μιμηθεί την μεθοδολογία επίλυσης και την αποτελεσματικότητα των εμπείρων σε ένα εξειδικευμένο πεδίο εφαρμογής (Luger και Stubblefield 1993). Οι προϋποθέσεις για την επίλυση ενός προβλήματος με την ανάπτυξη ενός εμπείρου συστήματος, δίνονται στο Πίνακα που ακολουθεί (Πίνακας 2). Πίνακας Β.2 Προϋποθέσεις για την αντιμετώπιση προβλημάτων με έμπειρα συστήματα (Luger και Stubblefield 1993). 1. Το προς επίλυση πρόβλημα πρέπει να περιορισμένο και να αφορά ένα συγκεκριμένο πεδίο εφαρμογής. 2. Ύπαρξη εμπειρίας στο συγκεκριμένο πεδίο εφαρμογής αλλά και εμπείρων που είναι πρόθυμοι να συνεργαστούν. 3. Τα προβλήματα που αντιμετωπίζονται από τα έμπειρα συστήματα πρέπει να επιλύονται διαμέσου της συμβολικής αναπαράστασης της γνώσης και της συμβολικής λογικής (symbolic reasoning techniques) και όχι με την χρήση των παραδοσιακών υπολογιστικών μεθοδολογιών (αριθμητική ανάλυση, επιχειρησιακή έρευνα, στατιστική, κ.α.). Η γνώση που χρησιμοποιείται στα έμπειρα συστήματα συνήθως δεν είναι διαθέσιμη σε βιβλία αλλά προέρχεται από την εμπειρία και την κρίση εμπείρων στο συγκεκριμένο αντικείμενο (Luger και Stubblefield 1993). Η αποτελεσματικότητα τους και η επιτυχία τους εξαρτάται (Harmon και King 1985) από:! Την συλλογή των γεγονότων και των υποθέσεων που χρησιμοποιούν οι έμπειροι.! Την αποτελεσματική αναπαράσταση της γνώσης στον υπολογιστή. Τα κύρια στοιχεία ενός εμπείρου συστήματος (Parsaye et al. 1989) είναι η βάση γνώσης (knowledge base) και η μέθοδος συμπερασματολογίας (inference engine). Στα έμπειρα συστήματα γίνεται διαχωρισμός της μεθοδολογίας συμπερασματολογίας από την βάση γνώσης (Luger και Stubblefield 1993) και έτσι δίνεται η δυνατότητα στον μηχανικό γνώσης να απασχοληθεί αποκλειστικά μόνο με την πρόσληψη της γνώσης και την οργάνωση της (problem solving strategy). Β Βάση Γνώσης Στη βάση γνώσης (knowledge base) ενσωματώνεται/αναπαρίσταται η διαδικαστική και η περιγραφική γνώση για το συγκεκριμένο πεδίο (domain).! H περιγραφική γνώση (δομική γνώση, γνώση γεγονότων) αναφέρεται στις έννοιες (τάξεις) και τα γεγονότα (αντικείμενα) του προβλήματος. Η αναπαράσταση της περιγραφικής γνώσης γίνεται συνήθως με μια αντικειμενοστραφή αναπαράσταση (Booch 1994, Coad και Yourdon 1991) στην οποία περιλαμβάνεται η χρήση α) τάξεων (class) και υπο-τάξεων (sub-class) για τις έννοιες, β) αντικειμένων (object)

75 13 Κεφάλαιο B και υπό-αντικειμένων (sub-object) για τα γεγονότα του προβλήματος και γ) πεδίων (attribute - attribute value) για τις ιδιότητες και τις αντίστοιχες τιμές τους (Rich και Knight 1991). Τα στάδια πρόσληψης και αναπαράστασης της περιγραφικής γνώσης (Parsaye et al. 1989) είναι πέντε (Πίνακας 3).! Η διαδικαστική γνώση (Rich και Knight 1991) αναφέρεται στην στρατηγική επίλυσης του προβλήματος. Αυτή επενεργεί επί της περιγραφικής γνώσης για να εξάγει συμπεράσματα και αποφάσεις. Η αναπαράσταση της διαδικαστικής γνώσης γίνεται με ένα σύνολο από κανόνες παραγωγής. Πίνακας Β.3 Τα στάδια πρόσληψης, οργάνωσης, τυποποίησης και αναπαράστασης της περιγραφικής γνώσης σε ένα πεδίο έρευνας (Parsaye et al. 1989). 1. Ονομασία (Naming). Προσδιορισμός και ονοματολογία των εννοιών και των αντικειμένων του προβλήματος. 2. Περιγραφή (Describing). Περιγραφή των εννοιών και των αντικειμένων με μία σειρά από ιδιότητες και τις αντίστοιχες τιμές τους. 3. Οργάνωση των εννοιών (Organizing). 4. Συσχέτιση των αντικειμένων (Relating). Προσδιορισμός της ιεραρχικής δομής των εννοιών με βάση την αρχή της κληρονομικότητας (inheritance mechanism) σύμφωνα με την οποία οι ιδιότητες της κλάσης (ανώτερο επίπεδο) κληρονομούνται στην υποκλάση [class " sub-class = sub-class is a kind of class] με την οποία είναι συνδεδεμένη. Παράδειγμα: η τάξη των γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους (με πεδία: όνομα γεωμορφής, φυσική διεργασία, οριζοντιογραφικό σχήμα κ.α.) έχει σαν υπο-τάξη την τάξη του αλλουβιακού ριπιδίου που κληρονομεί από την ανώτερη τάξη, τις ιδιότητες αλλά όχι και τις τιμές των ιδιοτήτων της. Oι συσχετίσεις είναι οι σύνδεσμοι (links) που συσχετίζουν αντικείμενα είτε με κλάσεις [object is a kind of a class] είτε με αντικείμενα [object is a part of object]. Πιο αναλυτικά:! Ο σύνδεσμος is a kind of εκφράζει την κληρονομικότητα (Booch 1994) και αναφέρεται σε συσχέτιση μεταξύ έννοιας και αντικειμένου (class"object). Παράδειγμα η γεωμορφή LF_1 ανήκει στην κλάση γεωμορφών του αλλουβιακού ριπιδίου.! O σύνδεσμος is a part of αναφέρεται σε σχέσεις μέρους-όλου (whole-part) μεταξύ αντικειμένων (Coat et al. 1991). Παράδειγμα: LF_1 is a part of a Topographic_Form_3. 5. Συνθήκες (Constraining). Ένα αντικείμενο μπορεί να έχει ενσωματωμένες συνθήκες στα πεδία ιδιοτήτων προκειμένου να διενεργούνται έλεγχοι όταν η τιμή του πεδίου αλλάζει. Υπάρχουν δύο τύποι συνθηκών (Methods):! Συνθήκη Χρήσης της Τιμής του Πεδίου (If-needed predicate). Πριν διαβασθεί ή χρησιμοποιηθεί η τιμή του πεδίου πρέπει να ικανοποιηθεί η συνθήκη χρήσης (μπορεί να είναι κανόνας παραγωγής).! Συνθήκη Μεταβολής της Τιμής του Πεδίου (If-added predicate). H συνθήκη αυτή καθορίζει τους όρους που πρέπει να ικανοποιούνται πριν μεταβληθεί η τιμή του πεδίου.

76 14 Κεφάλαιο B Β Μέθοδος Συμπερασματολογίας (inference engine) Η μεθοδολογία εξαγωγής συμπερασμάτων (inference engine) εφαρμόζει τα δεδομένα της βάσης γνώσης στην επίλυση του προβλήματος. Oι μέθοδοι συμπερασματολογίας (inference engine) σε ένα έμπειρο σύστημα διακρίνεται ως προς τρία χαρακτηριστικά (Harmon και King 1985): 1 Μεθοδολογία αναζήτησης σε ένα κανόνα παραγωγής: 1.1 Ορθή συλλογιστική αλυσίδα όπου ελέγχεται η αντιστοιχία των υποθέσεων των κανόνων παραγωγής με τα δεδομένα. 1.2 Ανάστροφη συλλογιστική αλυσίδα, όπου ο συλλογισμός αρχίζει μετά του αποδεικτέου και οπισθοδρομώντας επιδιώκει να ελεγχθεί η αλήθεια των επιμέρους υποθέσεων ή γεγονότων που χρειάζονται για την απόδειξη του. 1.3 Αμφίδρομη, στην οποία Backward chaining ενεργοποιούνται ορθές και ανάστροφες συλλογιστικές αλυσίδες ανάλογα με τις ανάγκες της ερμηνείας. 2 Μεθοδολογία αναζήτησης στην βάση γνώσης : 2.1 Αναζήτηση σε πλάτος (Breath-first search). Στην αναζήτηση αυτή, οι συνθήκες όλων των κανόνων που ανήκουν στο ανταγωνιστικό υποσύνολο στην μνήμη εργασίας ενεργοποιούνται, πριν εξετασθούν σε βάθος τα γεγονότα και οι κανόνες που προκύπτουν από την υλοποίηση κάθε κανόνα (Σχήμα 2). 2.2 Αναζήτηση σε βάθος (Depth-first search). Οι συνθήκες του κανόνα παραγωγής που έχει ενεργοποιηθεί και τα γεγονότα και οι κανόνες που ενεργοποιούνται από αυτόν, εξετάζονται μία-μία και εξαντλητικά σε όλο και μεγαλύτερο βάθος μέχρι να επαληθευτεί ο στόχος που έχει τεθεί ή να οδηγηθεί σε αδιέξοδο (dead end) η διαδικασία αναζήτησης οπότε και εξετάζονται τα εναλλακτικά σενάρια που έχουν ενεργοποιηθεί στο ανώτερο επίπεδο (Σχήμα 2). 3 Κατάσταση των γεγονότων στην διάρκεια της διαδικασίας αναζήτησης (Monotonic, non monotonic reasoning). Breadth-first Depth-first Forward chaining Σχήμα Β.2 Μεθοδολογίες αναζήτησης στην βάση γνώσης (Breath first, Depth first) σε σχέση με το είδος της συλλογιστικής αλυσίδας (Harmon και Κing 1985).

77 15 Κεφάλαιο B 3.1 Στατική κατάσταση γεγονότων (Monotonic Reasoning). Όλοι οι κανόνες και τα γεγονότα που αποδεικνύονται αληθή ή εσφαλμένα στην διάρκεια της διαδικασίας αναζήτησης διατηρούν την κατάσταση αυτή μέχρι να ολοκληρωθεί η αναζήτηση. 3.2 Δυναμική κατάσταση γεγονότων (Non Monotonic Reasoning). Σε αυτή την διαδικασία γίνεται επαναδιαπραγμάτευση μίας υπόθεσης η οποία έχει αποδειχθεί ψευδής ή αληθής επειδή κάποια γεγονότα που οδηγούν στην υπόθεση αυτή έχουν μεταβληθεί από ψευδή σε αληθή και αντίστροφα. Το αποτέλεσμα της μεθοδολογίας εξαγωγής συμπερασμάτων δημιουργεί ένα δίκτυο εξαγωγής συμπερασμάτων που υποδηλώνει τον τρόπο με τον οποίο χρησιμοποιήθηκαν οι κανόνες παραγωγής ώστε να εξαχθούν τα τελικά συμπεράσματα. Επιπλέον τα έμπειρα συστήματα χρησιμοποιούνται σε πεδία εφαρμογών στα οποία τα δεδομένα, οι κανόνες και κατά συνέπεια τα εξαγόμενα συμπεράσματα είναι αβέβαια, ασαφή η ανακριβή. Για αυτό τον λόγο μέθοδοι στατιστικής συμπερασματολογίας (Θεώρημα Bayes) και ασαφούς λογικής (fuzzy logic) έχουν προταθεί και έχουν ενσωματωθεί τόσο στην μεθοδολογία αναπαράστασης της γνώσης όσο και στην μεθοδολογία συμπερασματολογίας (Παναγιωτόπουλος 1988). Β Yλοποίηση Εμπείρων Συστημάτων Οι άνθρωποι που εμπλέκονται κύρια στην υλοποίηση ενός εμπείρου συστήματος (Πίνακας 4) είναι ο μηχανικός της γνώσης (knowledge engineer) και ο έμπειρος (domain expert). Πίνακας Β.4 Οι στόχοι του μηχανικού γνώσης και του εμπείρου κατά την υλοποίηση ενός έμπειρου συστήματος (Luger και Stubblefield 1993). Έμπειρος! Παρέχει στην μηχανικό γνώσης, την εξειδικευμένη γνώση και εμπειρία (μεθοδολογία επίλυσης, δένδρα λήψης αποφάσεων, χειρισμός ασαφών και ελλιπών δεδομένων) που έχει αναπτύξει στο συγκεκριμένο πεδίο. Μηχανικός γνώσης! Επιλογή του λογισμικού του εμπείρου συστήματος.! Πρόσληψη της γνώσης από τον έμπειρο.! Αναπαράσταση της γνώσης στην βάση γνώσης του εμπείρου συστήματος. Αρχικά ο μηχανικός γνώσης αποκτά μία πρώτη επαφή με το αντικείμενο από βιβλιογραφικές πηγές, προκειμένου να είναι σε θέση να επικοινωνήσει στοιχειωδώς με τον έμπειρο. Στην συνέχεια ακολουθεί η διαδικασία της πρόσληψης του μηχανισμού επίλυσης του προβλήματος του εμπείρου (expert s problem-solving knowledge). Αυτό γίνεται (Lundberg και Holm 1990) με διαδοχικές συνεντεύξεις, με την παρακολούθηση της εργασίας του εμπείρου κατά την διάρκεια επίλυσης υποδειγματικών προβλημάτων, κ.α. Κατά κανόνα οι έμπειροι λόγω της εξοικείωσης που έχουν αποκτήσει με το πεδίο, θεωρούν αρκετά στοιχεία ή βήματα της διαδικασίας επίλυσης δεδομένα και δεν εξηγούν λεπτομερειακά ή δεν μπορούν

78 16 Κεφάλαιο B να εκφράσουν την διαδικασία επίλυσης. Για αυτό είναι χρήσιμο ο μηχανικός γνώσης να είναι αρχάριος ή αδαής με το αντικείμενο μελέτης, προκειμένου, να μπορέσει να εντοπίσει τα κενά που παρουσιάζει η περιγραφή του εμπείρου και να ζητήσει την συμπλήρωση τους. Όταν ο μηχανικός γνώσης διαμορφώσει μία ικανή εικόνα αρχίζει την υλοποίηση ενός πειραματικού συστήματος (prototype). Στην συνέχεια γίνονται διαδοχικοί έλεγχοι μαζί με τον έμπειρο με αποτέλεσμα την συμπλήρωση της βάσης γνώσης (Rich και Knight 1991). Τα στάδια της υλοποίησης (Σχήμα 3) τυποποιούνται στον Πίνακα 5. Reformulations Redesigns Refinements Identify Problem Find Concepts to Represent Knowledge Design structure to organize knowledge Formulate rules to embody knowledge Validate rules that organize knowledge IDENTIFICATION - CONCEPTUALISATION - FORMALISATION - IMPLEMENTATION - TESTING Σχήμα Β.3 Η αλληλουχία των πέντε σταδίων ανάπτυξης ενός εμπείρου συστήματος (Hayes-Roth et al. 1983). Πίνακας Β.5 Τα πέντε αλληλεξαρτώμενα και επικαλυπτόμενα στάδια της ανάπτυξης ενός εμπείρου συστήματος με συστήματα παραγωγής (Hayes-Roth et al. 1983). 1. Τοποθέτηση του προβλήματος Αρχικός προσδιορισμός (Identification)! των δεδομένων,! των υποθέσεων, των στόχων και! των διαδικασιών επίλυσης. 2. Σύλληψη της δομής (Conceptualization) 3. Τυποποίηση της γνώσης (Formalisation) 1. Αποκάλυψη των εννοιών κλειδιών του προβλήματος (ονοματολογίασυμβολισμός για τις τάξεις, τα αντικείμενα, τις ιδιότητες των αντικειμένων/τάξεων και τις τιμές των ιδιοτήτων). 2. Προσδιορισμός των σχέσεων μεταξύ των εννοιών. 3. Σύνθεση των κανόνων παραγωγής που περιγράφουν τις προσδιορισθείσες σχέσεις. Τα περιγραφικά δεδομένα και η διαδικαστική γνώση (κανόνες παραγωγής) που προσδιορίσθηκαν στο προηγούμενο στάδιο αναπαρίστανται στις δομές γνώσης ενός εμπείρου συστήματος. 4. Υλοποίηση (Implementation) Προγραμματισμός σε κατάλληλο λογισμικό εργαλείο (κέλυφος εμπείρου συστήματος). 5. Έλεγχος (Testing) Αξιολόγηση του εμπείρου συστήματος.

79 17 Κεφάλαιο B Β.1.3 Ερμηνεία Γεωμορφών με Συστήματα Παραγωγής Τα τελευταία χρόνια έχουν υλοποιηθεί αρκετά πειραματικά έμπειρα συστήματα για την ερμηνεία γεωμορφών (Αrgialas και Harlow 1990). Στην προσέγγιση του Αργιαλά και των συνεργατών του, γίνεται χρήση διαφορετικών μεθόδων αναπαράστασης της γνώσης προκειμένου να δημιουργηθεί ένα πειραματικό έμπειρο σύστημα για τον προσδιορισμό της γεωμορφής από την διάγνωση των φωτοερμηνευτικών κλειδιών. Τα συστήματα αυτά ονομάσθηκαν Έμπειρος Αναλυτής Πεδίου (ΤΑΧ) 1, 2 και 3.! TAX 1 (Argialas και Narasimhan 1988a, 1988b). Η βάση γνώσης περιλαμβάνει περιγραφικά δεδομένα που εκφράζουν συσχετίσεις των γεωμορφών με τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά τους και με τις αναμενόμενες φυσιογραφικές περιοχές. Τα περιγραφικά δεδομένα αντιπροσωπεύτηκαν με την τριπλέτα αντικείμενοιδιότητα-τιμή (OAV triplets) και οι συσχετίσεις εκφράστηκαν με δεσμευμένες πιθανότητες. Η στρατηγική της φωτοερμηνευτικής λογικής εκφράστηκε με κανόνες παραγωγής που είχαν την μορφή Hypothesis (H) If evidence (E) with LS,LN. Δηλαδή κάθε γεωμορφολογικό χαρακτηριστικό είναι μία μαρτυρία (Ε) που συμβάλει στην ενίσχυση ή εξασθένηση μίας υπόθεσης (Η) για μία συγκεκριμένη γεωμορφή με βάση το μέτρο επάρκειας (LS) μίας παρατήρησης και το μέτρο αναγκαιότητας της ύπαρξης του εκάστοτε φωτοερμηνευτικού χαρακτηριστικού (LN). Η γνώση δομήθηκε στην γλώσσα προγραμματισμού OPS5. Με δεδομένη την φυσιογραφική ζώνη της περιοχής μελέτης το σύστημα παράγει εύλογες υποθέσεις για την ύπαρξη συγκεκριμένων γεωμορφών τις οποίες αποδεικνύει ή απορρίπτει (με κάποιο βαθμό βεβαιότητας), βάση των φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών που εκμαιεύονται από τον χρήστη.! TAX 2 (Argialas 1989). Η σύλληψη έγινε με την εισαγωγή πλαισίων (Frames) τα οποία σχεδιάστηκαν για την αναπαράσταση των σχετικών τάξεων και αντικειμένων (φυσιογραφικές ζώνες, γεωμορφές). Τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά εκφράστηκαν διαμέσου των υποδοχών των πλαισίων. Με τον σχεδιασμό κατάλληλων κληρονομικών ιεραρχιών, επιτεύχθηκε η μεταβίβαση ιδιοτήτων αλλά και διαδικασιών από τις γενικευμένες από τις τάξεις στα αντικείμενα. Το έμπειρο σύστημα σχεδιάστηκε στο περιβάλλον ανάπτυξης εμπείρων συστημάτων Intelligence Compiler.! ΤΑΧ 3 (Narasimhan και Argialas 1988,1989). Το σύστημα αυτό σχεδιάστηκε για να αναπαραστήσει την ακρίβεια και την ασάφεια που συναντάται σε ποιοτικές περιγραφές όρων της ανάλυσης πεδίου.

80 18 Κεφάλαιο B Β.1.4 Κέλυφος Εμπείρου Συστήματος Nexpert Object Το κέλυφος εμπείρου συστήματος Nexpert Object (Neuron Data 1993a,b,c,d) είναι ένα περιβάλλον ανάπτυξης εμπείρων συστημάτων με συστήματα παραγωγής. Το Nexpert Object είναι ένα υβριδικό εργαλείο το οποίο επιτρέπει την ολοκλήρωση κανόνων παραγωγής και αντικειμένων, επιτρέποντας την επιτυχή αναπαράσταση της περιγραφικής και της διαδικαστικής γνώσης στο συγκεκριμένο πεδίο εφαρμογής. Στην παρουσίαση που ακολουθεί γίνεται περιγραφή των λειτουργιών του Nexpert Object που χρησιμοποιήθηκαν προκειμένου να εξυπηρετηθούν οι ανάγκες της παρούσας ερευνητικής προσπάθειας. Τα παραδείγματα που ακολουθούν προέρχονται από τον χώρο της γεωμορφολογίας. Β Tάξεις Η τάξη παρέχει το εννοιολογικό πλαίσιο περιγραφής των εννοιών ή με άλλα λόγια είναι η γενίκευση των αντικειμένων. Οι τάξεις ορίζονται στον επεξεργαστή κλάσεων (Σχήμα 4 και 5). Ο ορισμός τους περιλαμβάνει: 1. Τον καθορισμό των υπο-τάξεων (subclasses) που είναι εξειδικεύσεις των τάξεων (subclass is a kind of class). Δομούνται έτσι, ακολουθίες τάξεων και υπο-τάξεων βοηθώντας στην οργάνωση της γνώσης σε ένα ιεραρχικό πλαίσιο, με βάση την αρχή της κληρονομικότητας των ιδιοτήτων (Σχήμα 4) από τις τάξεις στις υπο-τάξεις και στα αντικείμενα. 2. Τον καθορισμό των ιδιοτήτων των τάξεων και των υπο-τάξεων. Οι ιδιότητες μπορεί να έχουν προκαθορισμένες τιμές (Σχήμα 5) κατά την εκκίνηση της εφαρμογής ή οι τιμές τους μπορεί να είναι απροσδιόριστες (Σχήμα 4). 3. Τον καθορισμό των μετά-ιδιοτήτων (meta-slots) που συνδέονται με τις ιδιότητες και καθορίζουν: α) την επιλογή τιμής για την ιδιότητα από μία λίστα εναλλακτικών τιμών, β) το σχόλιο (prompt) που αναγράφεται στο παράθυρο επικοινωνίας του χρήστη με το σύστημα όταν ζητηθεί η τιμή της ιδιότητας, κ.α. Σχήμα Β.4 Ο επεξεργαστής τάξεων (Class Editor) του Nexpert Object. Στο παράδειγμα ορίζεται η τάξη των γεωμορφών HLA01_Lf_PE. Δηλαδή προσδιορίζονται α)οι υποτάξεις (LF_Alluvial_Fan_PE, κ.α.) που εμπεριέχει και οι ιδιότητες της που είναι τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά (lfpe_boundary_type,κ.α.). Οι τιμές των ιδιοτήτων είναι (unknown). Στην τρίτη στήλη διακρίνεται ο τύπος του πεδίου (s=string) και τα μετα-πεδία/metaslots (εάν έχουν προσδιορισθεί μετά-πεδία το βέλος είναι μαύρο). Οι ιδιότητες της τάξης HLA01_Lf_PE κληρονομούνται στις τάξεις που εμπεριέχει.

81 19 Κεφάλαιο B 4. Το καθορισμό των μεθόδων (Methods) που αφορούν δύο μετά-εντολές:! Order of sources meta-slot. Προσδιορίζει από που θα προσληφθεί η τιμή της ιδιότητας όταν αυτή χρειαστεί στην διάρκεια της επίλυσης.! If change meta-slot (αναφέρονται σαν δαίμονες / daemons). Καθορίζει μία σειρά ενεργειών εάν μεταβληθεί η τιμή μίας ιδιότητας. Σχήμα Β.5 Οι ιδιότητες της τάξης LF_Alluvial_Fan_PE στον επεξεργαστή τάξεων (πχ. lfpe_drainage_pattern= dichotomic). Στο σχήμα 4 φανεται ότι κάποιες από τις ιδιότητες τις κληρονομεί από την τάξη HLA01_Lf_PE. Β Αντικείμενα Τα αντικείμενα είναι εξειδικεύσεις των τάξεων που δημιουργούνται κατά την διάρκεια της εκτέλεσης (Σχήμα 6) της εφαρμογής (δυναμικά αντικείμενα), ή αναπαριστούν ιδιότητες των κλάσεων, μεταβλητές στην βάση γνώσης (συνθήκες των κανόνων παραγωγής) κ.α. Η σύνδεση των αντικειμένων με τάξεις δημιουργεί ιεραρχικές δομές (οbject is an instance of a class) όπου κληρονομούνται ιδιότητες από τις τάξεις προς τα αντικείμενα. Αντικείμενα (sub-objects) μπορούν να συνδέονται με άλλα αντικείμενα (objects) εκφράζοντας μία σχέση μέρους-όλου (subobject is a part of object) με χαρακτηριστικό γνώρισμα ότι δεν ισχύει η κληρονομικότητα των ιδιοτήτων από το ανώτερο επίπεδο (object) στο κατώτερο (sub-object). Τα αντικείμενα περιγράφονται όπως και οι τάξεις από ιδιότητες και τις τιμές τους και από τις μεταεντολές/μεθόδους που συνδέονται με τις ιδιότητες. Σχήμα Β.6 Ο επεξεργαστής αντικειμένων (Object Editor) του Nexpert Object. Το δυναμικό αντικείμενο +LF_1 και οι τάξεις με τις οποίες συνδέεται LF_Alluvial Fan_PE, LF_Alluvial_Fan_GM και Temp_landforms. Διακρίνονται οι ιδιότητες του αντικειμένου που έχουν κληρονομηθεί από τις τάξεις με τις οποίες συνδέεται και οι τιμές τους.

82 20 Κεφάλαιο B Β Δίκτυο Αντικειμένων-Κλάσεων (Object Network) Στο δίκτυο αντικειμένων-κλάσεων καταγράφονται οι τάξεις και τα αντικείμενα της εφαρμογής και οι ιεραρχικές δομές που δημιουργούνται μεταξύ τους. Τα αντικείμενα διακρίνονται από τις τάξεις με ένα τρίγωνο και ένα κύκλο αντίστοιχα, που τοποθετείται πριν από το όνομα τους. Τα δυναμικά αντικείμενα προσδιορίζονται από το σύμβολο + ενώ οι ιδιότητες των κλάσεων ή των αντικειμένων από ένα τετράγωνο. Σχήμα Β.7 Δίκτυο Αντικειμένων-Tάξεων (Οbject network) του Nexpert. Το δυναμικό αντικείμενο +LF_1 (Σχήμα 6) είναι μέλος σε τρεις τάξεις οι οποίες είναι με την σειρά τους συνδέονται με άλλες τάξεις. Στο σχήμα 7 φαίνεται η ιεραρχική δομή που αφορά ένα δυναμικό αντικείμενο +LF_1 το οποία συνδέεται με τις τάξεις γεωμορφών: α)φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά του αλλουβιακού ριπιδίου (LF_Alluvial_Fan_PE), β)γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά του αλλουβιακού ριπιδίου (LF_Alluvial_Fan_GM) και γ)με την τάξη των δυναμικά προσδιορισμένων γεωμορφών (Temp_Landforms). Σχήμα Β.8 Κληρονομικότητα ιδιοτήτων από τάξη σε αντικείμενο στο Δίκτυο Αντικειμένων-Τάξεων. Η ιδιότητα για το πρότυπο του υδρογραφικού δικτύου (lfpe_drainage_pattern) κληρονομείται στο δυναμικό αντικείμενο +LF_1 από την τάξη LF_Alluvial_Fan_PE). Στο σχήμα 8 διακρίνεται η ιδιότητα lfpe_drainage_pattern και η διαθεσιμότητα της στις τάξεις με τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά των γεωμορφών (LF_Alluvial_Fan_PE, κ.α.) αλλά και στο δυναμικό αντικείμενο +LF_1 στο οποίο η ιδιότητα κληρονομείται από την τάξη LF_Alluvial_Fan_PE.

83 21 Κεφάλαιο B Β Κανόνες Παραγωγής Οι κανόνες παραγωγής είναι δομές γνώσης που συνιστούν τα βήματα του μηχανισμού επίλυσης. Στο Nexpert Object οι κανόνες δίνονται στον επεξεργαστή κανόνων (Σχήμα 9) στον οποίο διακρίνουμε: 1. τις συνθήκες (η αριστερή στήλη στον επεξεργαστή κανόνων), 2. τις ενέργειες (η δεξιά στήλη) και 3. την υπόθεση που αντιστοιχεί σε ένα αντικείμενο με τύπο λογικής μεταβλητής. Στο σχήμα 9 η υπόθεση είναι η HPE_Alluvial_Fan ενώ η ονομασία του κανόνα παραγωγής είναι η Alluvial_Fan_from_PE. Σχήμα Β.9 Κανόνας παραγωγής για τον προσδιορισμό του αλλουβιακού ριπιδίου στον επεξεργαστή κανόνων. Στις συνθήκες απαιτείται η επαλήθευση κατά την φορά της ανάστροφης συλλογιστικής αλυσίδας υποθέσεων για το πρότυπο του υδρογραφικού δικτύου (Yes YPE_Drainage_of_Alluvial_Fan), την τοπογραφία και την βλάστηση του αλλουβιακού ριπιδίου. Η γενική μορφή του κανόνα είναι: IF (...συνθήκες ) THEN ( ενέργειες-1 ) ELSE ( ενέργειες-2 ). Εάν οι συνθήκες του κανόνα παραγωγής ικανοποιηθούν τότε εκτελούνται οι ενέργειες-1 ενώ εάν ο κανόνας αποδειχθεί ψευδής εκτελούνται οι ενέργειες-2. Οι κανόνες στο Nexpert Object είναι συμμετρικοί αυτό σημαίνει ότι ενεργοποιούνται είτε κατά την φορά της ορθής είτε κατά την φορά της ανάστροφης συλλογιστικής αλυσίδας. Κάθε κανόνας έχει προτεραιότητα στην εκτέλεση (inference priority number) ίση με την μονάδα, εκτός εάν δηλωθεί διαφορετικά (Σχήμα 10). Οι συνθήκες και οι ενέργειες που υπάρχουν σε ένα κανόνα παραγωγής ορίζονται με μια σειρά από τελεστές (σχήματα 11 και 12). Στον Πίνακα 6 που ακολουθεί γίνεται μία συνοπτική των τελεστών. Σχήμα Β.10 Κανόνας παραγωγής για την επαλήθευση της υπόθεσης της ύπαρξης αλλουβιακών προσχώσεων (valley fill). Ο κανόνας είναι στη ίδια γνωστική νησίδα (ερμηνεία γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους από τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά) με τον κανόνα παραγωγής του σχήματος 9, αφού μοιράζονται την ίδια συνθήκη (task_pattern_elements= pattern elements ).

84 22 Κεφάλαιο B >, <, =, <>, Μεγαλύτερο, μικρότερο, ίσο, διάφορο, μεγαλύτερο >=, <= ή ίσο, μικρότερο ή ίσο. Yes Χρησιμοποιείται προκειμένου να ελεγχθεί εάν είναι αληθής μια υπόθεση (λογική μεταβλητή) από μία ανάδρομη συλλογιστική αλυσίδα. Assign Αναθέτει μία τιμή σε μία μεταβλητή (πχ. vegetation.density= sparse ). Ειδική περίπτωση: vegetation.density= vegetation.density. Στην περίπτωση εάν η τιμή της vegetation_density είναι άγνωστη, τότε γίνεται αναζήτηση της τιμής της, έτσι όπως προβλέπεται (κληρονομικότητα, μετάιδιότητες, κ.α.). Reset Ο τελεστής αυτός χρησιμοποιείται προκειμένου να θέσει την τιμή μίας μεταβλητής σαν απροσδιόριστη (unknown) επιτρέποντας τον επαναπροσδιορισμό της κατά την διάρκεια των επομένων βημάτων της διαδικασίας επίλυσης. CreateObject Δημιουργεί ένα δυναμικό αντικείμενο κατά την διάρκεια της εκτέλεσης της εφαρμογής. Εκτός από το όνομα του δυναμικού αντικειμένου πρέπει να δηλωθεί και η τάξη στην οποία ανήκει. Execute Ενεργοποιεί μία σειρά από εκτελέσιμες εξωτερικές ρουτίνες μέσα στο περιβάλλον του Nexpert Object. Παράδειγμα η ρουτίνα Message η οποία στέλνει ένα μήνυμα σε ένα γραφικό παράθυρο που εμφανίζεται στην οθόνη. Πίνακας B.6 Τελεστές που χρησιμοποιούνται για την υλοποίηση των συνθηκών ή των ενεργειών ενός κανόνα παραγωγής στο Nexpert Object. Σχήμα Β.11 Τελεστές για τις συνθήκες υποθέσεων Σχήμα Β.12 Τελεστές για τις ενέργειες υποθέσεων. Εκτός από τον επεξεργαστή κανόνων στον οποίο ορίζονται σειριακά οι κανόνες παραγωγής, Σχήμα Β.13 Δίκτυο Κανόνων του Nexpert Object. Διακρίνεται ο κανόνας παραγωγής του σχήματος 9 καθώς και οι κανόνες παραγωγής που συνδέονται με την υπόθεση προσδιορισμού της βλάστησης του αλλουβιακού ριπιδίου (H_Vegetation_Alluvial_Fan). Επεξήγηση συμβόλων: v=αληθής (true), x=ψευδής (false),?=δεν έχει ζητηθεί, =άγνωστη (unknown), +=>ενέργεια κανόνα,!=την τρέχουσα στιγμή ζητείται η τιμή της μεταβλητής. υπάρχει το δίκτυο κανόνων (Σχήμα 13) στο οποίο γίνεται επισκόπηση των κανόνων παραγωγής και φαίνεται ποιοι κανόνες και ποίες συνθήκες τους έχουν ικανοποιηθεί.

85 23 Κεφάλαιο B Με δεδομένο ότι οι υποθέσεις των κανόνων παραγωγής είναι αντικείμενα τύπου λογικής μεταβλητής, δίνεται η δυνατότητα να γίνει επισκόπηση των τιμών τους (true, false, unknown) στο δίκτυο αντικειμένων - τάξεων (object network), όπως φαίνεται στο Σχήμα 14. Σχήμα Β.14 Απεικόνιση στο δίκτυο αντικειμένων-τάξεων των αντικειμένων που αντιστοιχούν στις υποθέσεις των κανόνων παραγωγής (Σχήματα 9,10) για τον προσδιορισμό αλλουβιακού ριπιδίου / HPE_alluvial_fan (αληθής) και των αλλουβιακών προσχώσεων / HPE_Valley_fill (ψευδής). Β Στρατηγική (strategy) Στο Nexpert Object η στρατηγική αφορά τον προσδιορισμό των χαρακτηριστικών της μεθοδολογίας εξαγωγής συμπερασμάτων και τον προσδιορισμό των κανόνων κληρονομικότητας για τα αντικείμενα και τις τάξεις. Οι αρχικές συνθήκες (default conditions) που προσδιορίζουν την στρατηγική απεικονίζονται στο σχήμα 15. Πιο συγκεκριμένα:! Oρίζεται κληρονομικότητα των ιδιοτήτων από τις τάξεις προς τις υπο-τάξεις και τα αντικείμενα.! Αντίθετα δεν υπάρχει κληρονομικότητα των ιδιοτήτων μεταξύ ιεραρχιών αντικειμένων. Οι συνθήκες αυτές είναι σε αντιστοιχία με τις γενικές αρχές δόμησης Σχήμα Β.15 Οι αρχικές συνθήκες της στρατηγικής ιεραρχιών τάξεων και (default strategy) στο Nexpert Object. Εδώ καθορίζονται αντικειμένων, οι οποίες οι μεθοδολογίες αναζήτησης τόσο στους κανόνες παραγωγής όσο και στα αντικείμενα-τάξεις. αναφέρθηκαν προηγουμένως.! Σχετικά με την μεθοδολογία εξαγωγής συμπερασμάτων, οι συνθήκες που αναφέρονται στο σχήμα 15 (πχ. Exhaustive evaluation, δηλαδή εντοπισμός όλων των πιθανών εναλλακτικών λύσεων,

86 24 Κεφάλαιο B κ.α.) είναι αποδεκτές για τις ανάγκες της συγκεκριμένης εφαρμογής εκτός μίας εξαίρεσης. Η εξαίρεση αυτή αφορά την ύπαρξη ανοικτών πυλών ή μη (Forward through Gates) για τους κανόνες παραγωγής. Πιο συγκεκριμένα:! Εάν οι πύλες είναι ανοικτές τότε ενεργοποιούνται όλοι οι κανόνες οι οποίοι μοιράζονται μία συνθήκη η οποία είναι αληθής. Αυτή η τεχνική είναι πολύ χρήσιμη στην υλοποίηση μιας μεθοδολογίας για τον προσδιορισμό των γεωμορφών από τα φωτοερμηνευτικά τους χαρακτηριστικά μέσα από μία ορθή συλλογιστική αλυσίδα.! Εάν οι πύλες είναι κλειστές τότε η επαλήθευση μίας συνθήκης δεν πυροδοτεί τους κανόνες που μοιράζονται την συνθήκη αυτή. Η τελευταία τεχνική είναι χρήσιμη για τον επαλήθευση της ύπαρξης μίας συγκεκριμένης γεωμορφής από τα φωτοερμηνευτικά της χαρακτηριστικά μέσα από μία ανάδρομη συλλογιστική αλυσίδα. Eίναι σαφές ότι ενδιαφέρει η αλλαγή της στρατηγικής ως προς τις πύλες δυναμικά ανάλογα με τις τρέχουσες ανάγκες κατά την διάρκεια εκτέλεσης της παρούσης εφαρμογής. Αυτό επιτυγχάνεται με την χρήση του τελεστή STRATEGY (Σχήμα 11 και 12) με τον οποίο μπορεί να ανοίγουν ή να κλείνουν οι πύλες (Gates=on, Gates=off) είτε στις ενέργειες είτε στις συνθήκες ενός κανόνα παραγωγής.

87 25 Κεφάλαιο B Β Δομές Κανόνων Παραγωγής Οι κανόνες παραγωγής ανάλογα με τις συνθήκες και τις ενέργειες που εμπεριέχουν δημιουργούν δομές από κανόνες παραγωγής που συνδέονται, είτε διαμέσου κοινών συνθηκών, είτε με την ενεργοποίηση κανόνων με ανάδρομη συλλογιστική αλυσίδα (Yes Rule_Hypothesis), κ.α. Τρεις δομές ενδιαφέρουν άμεσα την παρούσα έρευνα, α) οι δενδρικές δομές κανόνων που συνθέτουν διαζεύξεις, β) οι γνωστικές νησίδες που εγκλωβίζουν την αναζήτηση σε σχέση με ένα στόχο και γ) οι δομές κανόνων που δημιουργούν βρόγχους επανάληψης. Πιο συγκεκριμένα:! Δενδρικές Δομές Διάζευξης. Πολλές φορές χρειάζεται, η ίδια υπόθεση να μπορεί να επαληθευτεί από κανόνες παραγωγής με διαφορετικές συνθήκες και ενέργειες. Η δυνατότητα αυτή μεταφράζεται σαν διάζευξη και δημιουργεί δενδρικές δομές κανόνων. Για παράδειγμα η ύπαρξη ενός αλλουβιακού ριπιδίου μπορεί να επαληθεύεται είτε α) από συνθήκες που συσχετίζονται με το πρότυπο του υδρογραφικού δικτύου και την μορφή του είτε β) μόνο από το οριζοντιογραφικό σχήμα της γεωμορφής και τις χωρικές σχέσεις της με άλλα στοιχεία του γεωμορφολογικού περιβάλλοντος. Στο δίκτυο κανόνων που εικονίζεται στο σχήμα 13, φαίνεται το δένδρο τριών κανόνων που οδηγούν στην ίδια υπόθεση (Η_Vegetation_of_Alluvial_Fan) που επαληθεύει την ύπαρξη της βλάστησης στην περιοχή μελέτης με τα χαρακτηριστικά της βλάστησης που αντιστοιχεί στο αλλουβιακό ριπίδιο. Στο συγκεκριμένο παράδειγμα, η πρώτη υπόθεση είναι ψευδής αφού lfpe_vegetation_density είναι few και όχι none ενώ η τρίτη υπόθεση είναι απροσδιόριστη (unknown) αφού η τιμή της συνθήκης lfpe_vegetation_spatial_distribution είναι απροσδιόριστή. Παρά όλα αυτά η υπόθεση Η_Vegetation_of_Alluvial_Fan επαληθεύεται από τον δεύτερο κανόνα παραγωγής.! Γνωστικές Νησίδες (Knowledge Islands). Οι κανόνες παραγωγής ομαδοποιούνται σε γνωστικές νησίδες (Knowledge Islands). Η γνωστική νησίδα ορίζεται σαν ένα σύνολο από κανόνες που μοιράζονται είτε όλοι είτε ανά δύο τουλάχιστον μία συνθήκη. Αυτό σημαίνει ότι εάν η στρατηγική επίλυσης είναι ανοικτών πυλών (gates on) και εφόσον μία από τις συνθήκες ενός κανόνα που ανήκει στην γνωστική νησίδα είναι αληθής, τότε η αναζήτηση θα εντοπισθεί στους κανόνες παραγωγής της γνωστικής νησίδας. Παράδειγμα αποτελούν οι κανόνες παραγωγής στα σχήματα 9 και 10, οι οποίοι μοιράζονται την συνθήκη task_pattern_elements= pattern elements και ανήκουν στην γνωστική νησίδα, προσδιορισμός γεωμορφής από τα φωτοερμηνευτικά της χαρακτηριστικά. Κατά αυτόν τον τρόπο στην βάση γνώσης μπορεί να δημιουργηθούν γνωστικές νησίδες για τον προσδιορισμό μίας γεωμορφής από τα γεωμορφολογικά της χαρακτηριστικά, τις χωρικές σχέσεις, τα γεωμορφολογικά δεδομένα, κ.α. Η κάθε

88 26 Κεφάλαιο B γνωστική νησίδα είναι ανεξάρτητη από την άλλη (η ενεργοποίηση μίας νησίδας δεν επιφέρει την ενεργοποίηση των κανόνων μίας άλλης νησίδας γνώσης).! Βρόγχοι Επανάληψης (Do Loops). Ένας βρόγχος επανάληψης (σχήμα 16) αποτελείται από ένα σύνολο κανόνων οι οποίοι ενεργοποιούνται επαναληπτικά μέχρι να ικανοποιηθεί μία συγκεκριμένη συνθήκη. Ο τελεστής reset (σχήμα 16) είναι το κλειδί για την υλοποίηση ενός βρόγχου επανάληψης. Ο τελεστής αυτός όταν εφαρμοστεί σε μία υπόθεση θέτει σαν απροσδιόριστες (unknown): α) την τιμή της υπόθεσης, β) τις τιμές των συνθηκών της και γ)τις τιμές όλων των ενεργειών των κανόνων παραγωγής που οδηγούν στην υπόθεση. Σχήμα Β.16 Βρόγχος επανάληψης που υλοποιείται με μία ορθή συλλογιστική αλυσίδα (H_start) σε συνδυασμό με την εφαρμογή του τελεστή reset. Στο δίκτυο κανόνων απεικονίζεται η στιγμή της εξόδου από τον βρόγχο επανάληψης (ο κανόνας που εμπεριέχει στην τιμή stop για την μεταβλητή tasktop έχει επαληθευθεί). Ο βρόγχος αποτελείται από δύο διαζεύξεις. Στην πρώτη διάζευξη (υπόθεση H_start) υπάρχουν οι επιλογές (κανόνες) Pattern Elements, Geomorphic Data και Stop. Η επιλογή stop οδηγεί στην έξοδο από τον βρόγχο επανάληψης. Η επιλoγή Geomorphic Data κάνει reset την αρχική διάζευξη και την πυροδοτεί ξανά, επιζητώντας τιμή για την μεταβλητή tasktop (Assign tasktop) διαμέσου μίας στρατηγικής ανοικτών πυλών. Η επιλογή Pattern Elements οδηγεί στην διάζευξη για φωτοερμηνευτικό προσδιορισμό νέας (new) ή προϋπάρχουσας (existing) γεωμορφής. Οι κανόνες της δεύτερης διάζευξης (new,existing) πυροδοτούν την αρχική διάζευξη με την ίδια μεθοδολογία με αυτή της επιλογής Geomorphic Data της πρώτης διάζευξης. Επιπλέον μπορούν να υλοποιηθούν σύνθετες δομές στις οποίες εμπεριέχονται συνδεόμενοι μεταξύ τους βρόγχοι επανάληψης (nested loops) σε συνδυασμό με συνδεόμενες διαζεύξεις. Οι συνδεμένοι βρόγχοι επανάληψης μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την υλοποίηση διαδοχικών φωτοερμηνευτικών σταδίων (sessions) κατά τα οποία γίνεται προσπάθεια να ερμηνευτεί επαναληπτικά το σύνολο των γεωμορφών σε μία περιοχή μελέτης, με διάφορες μεθοδολογίες (χωρικές σχέσεις των γεωμορφών, φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά, γεωμορφολογικά δεδομένα, κ.α.).

89 27 Κεφάλαιο B Β Δυναμικά Αντικείμενα και η Αναφορά τους σε Κανόνες Παραγωγής Τα δυναμικά αντικείμενα στο Nexeprt Object εκφράζουν σχέσεις και οντότητες που δημιουργούνται κατά την διάρκεια της εκτέλεσης της εφαρμογής. Για παράδειγμα οι γεωμορφές που ερμηνεύονται κατά την διάρκεια μιας φωτοερμηνευτικής εξέτασης σε μία δεδομένη περιοχή μελέτης μπορούν να αναπαρασταθούν με δυναμικά αντικείμενα (Σχήμα 17). Τα δυναμικά αντικείμενα συνδέονται με διάφορες τάξεις από τις οποίες κληρονομούν τις ιδιότητες τους (Σχήμα 17), οι τιμές των οποίων είτε υπολογίζονται στην διάρκεια της εκτέλεσης είτε κληρονομούνται από τις τάξεις. Η δημιουργία ενός αντικειμένου γίνεται στις ενέργειες ενός κανόνα παραγωγής με τον τελεστή CreateObject (Πίνακας 6). Σχήμα Β.17 Ιεραρχία δυναμικών αντικειμένων στο δίκτυο τάξεων-αντικειμένων. Τρία δυναμικά αντικείμενα γεωμορφών LF_1, LF_3, (αλλουβιακά ριπίδια) και LF_2 (pediment) προσδιορίζονται από τα φωτοερμηνευτικά τους χαρακτηριστικά. Τα αντικείμενα είναι μέλη της τάξης Temp_Lanforms και της τάξης των γεωμορφών στην οποία ανήκουν (LF_Alluvial_Fan_Pe, LF_Pediment_PE). O αριθμός των δυναμικών αντικειμένων που έχουν προσδιορισθεί αποθηκεύεται στο πεδίο Temp_landforms.ano (είναι 3). Η μεθοδολογία εντοπισμού των αντικειμένων γίνεται είτε από τα φωτοερμηνευτικά τους χαρακτηριστικά είτε από γεωμορφολογικά δεδομένα είτε από χωρικές συσχετίσεις και αποθηκεύεται στα πεδία LF_x.actask_PE, LF_x.actask_GM, και LF_x.actask_SR αντίστοιχα (x ο αύξων αριθμός του αντικειμένου. Παράδειγμα: LF_1.actask_PE=ok, LF_1.actask_GM=?, όπου ok=έχει προσδιορισθεί και?=απροσδιόριστο). Σε μία εφαρμογή είναι απαραίτητη η σύνθεση κανόνων παραγωγής με συνθήκες/ενέργειες οι οποίες αναφέρονται σε δυναμικά αντικείμενα. Αυτό σημαίνει ότι πρέπει να γίνεται μια γενικευμένη αναφορά στο όνομα ενός δυνητικά υπαρκτού αντικειμένου. Αυτό επιτυγχάνεται με τις ερμηνείες (interpretation) και τις ταυτίσεις ερμηνειών (Pattern Matchning).! Ερμηνείες (Interpretations). Η ερμηνεία μπορεί να θεωρηθεί σαν μια γενικευμένη αναφορά στις ιδιότητες ενός δυναμικού αντικειμένου στις συνθήκες ή στις ενέργειες ενός

90 28 Κεφάλαιο B κανόνα παραγωγής. Ένα παράδειγμα ερμηνείας δίνεται στο σχήμα 18 στην πρώτη ενέργεια του κανόνα παραγωγής Add_Instance, ο οποίος αντιστοιχεί στην υπόθεση H_xShow_Landforms. Η ενέργεια αυτή υλοποιείται με τον τελεστή assign ο οποίος αντιστοιχίζει την τιμή της ιδιότητας LF_ \tmpval\.abelongs_to του δυναμικού αντικειμένου LF_x (όπου x ακέραιος) στην μεταβλητή tmpst1. Σχήμα Β.18 Εμφάνιση των γεωμορφών που έχουν προσδιορισθεί δυναμικά με διαδοχικές ερμηνείες των ιδιοτήτων των αντίστοιχων αντικειμένων. Η υπόθεση H_xShow_Landforms αντιπροσωπεύει ένα βρόγχο επανάληψης που εκτελείται με ανοικτές τις πύλες, εκμεταλλευόμενη την δυναμική κατάσταση γεγονότων (Non Monotonic Reasoning) του Nexpert Object. Η υπόθεση ενεργοποιείται όταν δoθεί σαν αρχική τιμή (>0) στην μεταβλητή tmpval, ο αριθμός των γεωμορφών που έχουν αναγνωρισθεί (Temp_landforms.ano). Ο κανόνας Print τυπώνει στην οθόνη τα δυναμικά αντικείμενα γεωμορφών (Σχήμα 19) και την μεθοδολογία προσδιορισμού τους και μεταφέρει την αναζήτηση σε ανώτερο επίπεδο (έξοδος από τον βρόγχο, όταν έχουν εξετασθεί όλα τα δυναμικά αντικείμενα γεωμορφών, tmpval=0). O κανόνας Add_Ιnstance προσθέτει κάθε φορά στην αλφαριθμητική μεταβλητή tmpstout την τρέχουσα γεωμορφή (πχ. για tmpval=2"lf_2) καθώς και τις ιδιότητες (LF_2.actask_PE, κ.α.) που υποδηλώνουν την μεθοδολογία προσδιορισμού του αντίστοιχου αντικειμένου (LF_2). Στις τελευταίες δυο ενέργειες του, ο κανόνας Add_Instance θέτει την τιμή της υπόθεσης του βρόγχου σαν άγνωστη και μειώνει την τιμή της μεταβλητής tmpval κατά 1. Το τμήμα του ονόματος της ιδιότητας που εμπεριέχεται μεταξύ των χαρακτήρων \ \ είναι μια ερμηνεία, η οποία αντιστοιχεί στο περιεχόμενο της μεταβλητής tmpval που Σχήμα Β.19 Παράθυρο διαλόγου με τις γεωμορφές που έχουν προσδιορισθεί δυναμικά μετά από διαδοχικές ερμηνείες (Σχήμα 17), με εφαρμογή της υπόθεσης H_xShow_Landforms μεταβάλλεται δυναμικά (Σχήμα 18). στην διάρκεια της εκτέλεσης. Πρώτα υπολογίζεται η τιμή της ερμηνείας (πχ 3, 2 ή 1) και μετά καθορίζεται η ιδιότητα. Παράδειγμα (Σχήμα 17): εάν tmpval=1 τότε

91 29 Κεφάλαιο B LF_ \tmpval\.abelongs_to αντιστοιχεί σε " LF_1.abelongs_to και η τιμή της ιδιότητας είναι LF_Alluvial_Fan, ενώ εάν tmpval=2 τότε η ιδιότητα είναι η LF_2.abelongs_to με τιμή LF_Pediment.! Ταύτιση Προτύπων (Pattern Matching). Η ταύτιση προτύπων μας επιτρέπει να θέτουμε παραμέτρους που αναφέρονται σε όλα ή σε κάποια από τα αντικείμενα μίας κλάσης σε συνδυασμό με τελεστές που καθορίζουν συνθήκες ή ενέργειες κανόνων παραγωγής. Ερμηνείες μπορεί να εμπεριέχονται σε μία ταύτιση. Υπάρχουν δύο τύποι ταύτισης: 1. Καθολικός τελεστής { } : ο οποίος αναφέρεται σε όλα τα μέλη μίας τάξης ή σε όλα τα μέλη (υπό-αντικείμενα) ενός αντικειμένου. Η συνθήκη πρέπει να επαληθεύεται για όλα τα μέλη για να είναι αληθής. Παράδειγμα: {Temp_landforms}.abelongs_to = LF_Alluvial_Fan η οποία απαιτεί προκειμένου να είναι αληθής, όλα τα μέλη (αντικείμενα) της τάξης Temp_landforms (Σχήμα 17) η τιμή της ιδιότητας abelongs_to είναι LF_Alluvial_Fan. 2. Τελεστής ύπαρξης < > : επιτρέπει να ελεγχθεί εάν υπάρχουν μέλη μίας τάξης ή ενός αντικειμένου που ικανοποιούν την συνθήκη. Παράδειγμα: <Temp_landforms>.abelongs_to LF_Alluvial_Fan η οποία απαιτεί προκειμένου να είναι αληθής, ένα τουλάχιστον αντικείμενο της τάξης Temp_landforms (Σχήμα 17) να αντιστοιχεί σε αλλουβιακό ριπίδιο (η τιμή της ιδιότητας abelongs_to να είναι LF_Alluvial_Fan.

92 30 Κεφάλαιο B B.1.5 Περιοχή Μελέτης Η περιοχή μελέτης εντοπίζεται στην φυσιογραφική περιφέρεια (Province) Basin και Range που καλύπτει σχεδόν όλη την Πολιτεία της Νεβάδα (Σχήμα 21) και μικρότερα τμήματα άλλων πολιτειών (California, Utah, Arizona, κ.α.) ενώ σε έκταση αντιστοιχεί περίπου στο 10% των Η.Π.Α (Σχήμα 20). Η περιφέρεια Basin και Range διαιρείται σε πέντε ενότητες (sections). Η παρούσα διατριβή επικεντρώνεται στην μελέτη των ενοτήτων Great Basin και Sonoran Desert (Σχήμα 21) ενώ οι άλλες τρεις είναι οι Salton Trough, Mexican Highland και Sacramento Section. Σχήμα B.20 Εικόνα radar των Η.Π.Α. όπου οριοθετείται η περιοχή Basin και Range (Thomson et al. 1993). Στην περιφέρεια Basin και Range παρατηρείται μία μοναδική στο είδος φυσιογραφία, από επιμήκης οροσειρές (mountain ranges) μεταξύ των οποίων υπάρχει μία αλληλουχία σχεδόν επίπεδων λεκανών (Fenneman 1931) οι οποίες ονομάζονται τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες (Intermontane Basins). Τα περισσότερα από τα ποτάμια δεν έχουν διέξοδο στην θάλασσα (Fenneman 1931) και ρέουν από τα βουνά προς τις λεκάνες, όπου εξαφανίζονται σε επιφανειακές αποθέσεις εβαποριτών (salt alkali flats, playas) οι οποίες συχνά καλύπτονται από ρηχές εποχικές λίμνες (Playa lakes). Σχήμα B.21 Οι κύριες ενότητες (Great Basin, Sonoran Desert) της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin και Range (Helms 1986). Ένα αντιπροσωπευτικό παράδειγμα τεκτονικής αλλουβιακής λεκάνης αποτελεί η κοιλάδα Death Valley (Σχήμα 22). H κοιλάδα αυτή ευρίσκεται στο νοτιοδυτικό τμήμα της ενότητας Great Basin. H λεκάνη είναι σχεδόν επίπεδη και καλύπτεται από αποθέσεις εβαποριτών ενώ στους πρόποδες των βουνών (piedmont slopes) παρατηρείται η ανάπτυξη αλλουβιακών ριπιδίων, και επικλινών πεδίων (Σχήμα 22). Σχήμα B.22 Διάγραμμα (Hunt 1975) το οποίο προσομοιώνει την σχετική χωρική θέση των γεωμορφών της τεκτονικής αλλουβιακής λεκάνης Death Valley California.

93 31 Κεφάλαιο B Β.1.6 Τοποθέτηση του Προβλήματος - Στόχοι Η ερμηνεία γεωμορφών βασίζεται στον προσδιορισμό των γεωμορφών του πεδίου από τα φωτοερμηνευτικά τους χαρακτηριστικά σε συνδυασμό με γεωλογική-γεωμορφολογική γνώση, νοητικά πρότυπα και παραδειγματικές εικόνες. Αντιπροσωπευτικά παραδείγματα φωτοερμηνείας γεωμορφών και η περιγραφή της μεθοδολογίας φωτοερμηνείας είναι διαθέσιμα στον Way (1978) και στο εγχειρίδιο φωτοερμηνείας της Ένωσης Φωτογραμμετρίας και Τηλεπισκόπησης των Η.Π.Α. (ASPRS 1997). Στα παραδείγματα και στις περιγραφές αυτές, που πολλές φορές έχουν την μορφή επιλογικών κλείδων φωτοερμηνείας γεωμορφών, η τυποποίηση της γνώσης γίνεται με την μορφή πέντε συνήθως φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών (τοπογραφία, πρότυπο του υδρογραφικού δικτύου, χρήσεις γης, βλάστηση, φωτογραφικός τόνος, τύπος-συχνότητα χαραδρώσεων) ενώ συμπληρώνεται με άμεσες ή έμμεσες αναφορές τόσο στην γεωμορφολογία και στην φυσιογραφία (Leighty 1973) όσο και στις χωρικές σχέσεις των γεωμορφών (Way 1978). Η γνώση για τις χωρικές σχέσεις των γεωμορφών, τις γεωμορφολογικές συνθήκες (θέση στο γεωμορφολογικό περιβάλλον, μορφή, φυσικές διεργασίες, κ.α.) και η συσχέτιση μεταξύ της φυσιογραφίας και της φωτοερμηνείας γεωμορφών δεν έχει τυποποιηθεί με την μορφή φωτοερμηνευτικών κλειδιών και επομένως είναι δύσκολο για κάποιον που δεν είναι εξειδικευμένος να τις χρησιμοποιήσει στην διαδικασία της φωτοερμηνείας. Επιπλέον αυτή η γνώση δεν έχει συμπεριληφθεί στις προηγούμενες προσπάθειες για την ανάπτυξη εμπείρων συστημάτων για την φωτοερμηνεία γεωμορφών. Για παράδειγμα, στα έμπειρα συστήματα ανάλυσης πεδίου ΤΑΧ 1, ΤΑΧ 2, ΤΑΧ 3, Argialas και Narasimhan 1988a, 1988b, Argialas 1989) ο προσδιορισμός των γεωμορφών έγινε διαμέσου των τυπικών φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών (pattern elements). Αυτή η προσέγγιση συμπεριλαμβάνει ένα μικρό μέρος των δεδομένων που χρησιμοποιεί ο έμπειρος πριν λάβει μία απόφαση. Είναι λοιπόν ανάγκη να προσδιορισθεί, οργανωθεί, και τυποποιηθεί αυτή η γνώση προκειμένου να χρησιμοποιηθεί στην ανάπτυξη εμπείρων συστημάτων για τον προσδιορισμό των γεωμορφών (Argialas και Miliaresis 1996, 1997). Πρόσφατα, προτάθηκε ένα νοητικό πλαίσιο (Argialas και Miliaresis 1996, 1997a, 1997b) στο οποίο η φυσιογραφική γνώση (Σχήμα 23), η χωρική γνώση (Σχήμα 24), και η γεωμορφολογική γνώση, ενσωματώνονται στην διαδικασία φωτοερμηνείας γεωμορφών. Οι κύριες ιδέες κάτω από αυτή την θεώρηση είναι ότι:! Οι γεωμορφές είναι φυσικές ενότητες του πεδίου, συνήθως τρίτης τάξης ανάγλυφου οι οποίες όταν αναπτύσσονται κάτω από όμοιες συνθήκες κλίματος, αποσάθρωσης και

94 32 Κεφάλαιο B διάβρωσης παρουσιάζουν διακριτές και προβλέψιμες οπτικές και φυσικές ιδιότητες και χαρακτηριστικά.! Οι γεωμορφολογικές διεργασίες που ελέγχουν την ανάπτυξη μίας συγκεκριμένης γεωμορφής επίσης προσδιορίζουν το είδος των γεωμορφών που αναπτύσσονται στην γειτονιά της και συσχετίζονται με τις γεωμορφολογικές διεργασίες των γειτονικών γεωμορφών.! Σε δεδομένη φυσιογραφική περιοχή, οι γεωμορφές 3 ης τάξης εμφανίζουν προβλέψιμη σχετική χωρική κατανομή (landform pattern) στο φυσιογραφικό περιβάλλον (Leighty 1973).! Η προσδοκώμενη θέση μίας γεωμορφής σε ένα πεδίο και η συσχέτιση της με άλλες γεωμορφές μπορεί να τυποποιηθεί και να χρησιμοποιηθεί σε ένα συμβουλευτικό σύστημα παραγωγής που θα υποβοηθά τους χρήστες στον προσδιορισμό των γεωμορφών. Σχήμα Β.23 Αντικειμενοστραφής αναπαράσταση των αντικειμένων της φυσιογραφικής περιφέρειας και των ενοτήτων στην περιοχή μελέτης (Argialas και Miliaresis 1996). Παρατηρούμε ότι αντικείμενα είναι μέλη συγκεκριμένων τάξεων (is a kind of relationship) ενώ τα αντικείμενα συνδέονται μεταξύ τους με σχέσεις μέρους-όλου (part of relationship). Παράδειγμα τα αντικείμενα Great Basin και Sonoran Desert που είναι μέλη των τάξεων Basin και Range Youthful Stage και Basin και Range Maturity Stage αντίστοιχα, ενώ παράλληλα τα δύο αντικείμενα είναι τμήματα του αντικειμένου B και R USA που ανήκει στην τάξη Basin και Range Concept. Το εννοιολογικό πλαίσιο αντιστοιχεί σε μία αντικειμενοστραφή αναπαράσταση (Σχήματα 23 και 24) που χρησιμοποιεί ιεραρχίες από τάξεις και αντικείμενα σε συνδυασμό με κανόνες

95 33 Κεφάλαιο B παραγωγής για την περιγραφή της δομικής αλλά και της διαδικαστικής γνώσης στην τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη Death Valley της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin και Range H γνώση για τις χωρικές σχέσεις, τις γεωμορφολογικές και φυσιογραφικές συσχετίσεις των γεωμορφών και την εφαρμογή της στην φωτοερμηνεία γεωμορφών δεν είναι καταγεγραμμένη σε συγκεκριμένη πηγή με άμεσο τρόπο και η βήμα προς βήμα διαδικασία επίλυσης που απαιτείται για να προσδιορισθεί και να χρησιμοποιηθεί σωστά στην διαδικασία Σχήμα Β.24 Αντικειμενοστραφής αναπαράσταση των γεωμορφών 3 ης τάξης και των τοπογραφικών μορφών στην περιοχή μελέτης (Argialas και Miliaresis 1997a). Στα δύο επίπεδα (γεωμορφών 3 ης τάξης και τοπογραφικών μορφών) τα αντικείμενα είναι μέλη τάξεων που ανήκουν στο ίδιο επίπεδο (is a kind of relationship). Παράλληλα, τα αντικείμενα διαφορετικών επιπέδων σχετίζονται μεταξύ τους με σχέσεις μέρουςόλου (part of relationship). Παράδειγμα: LF1 (αλλουβιακό ριπίδιο) είναι τμήμα του TF2 (piedmont slope). της φωτοερμηνείας λείπει από την βιβλιογραφία (Argialas και Miliaresis 1996, 1997a). Για αυτό τον λόγο η γνώση αποκτήθηκε και συνετέθη μέσα από μια διαδικασία πειραματισμών και αναζητήσεων σε παραδείγματα και αναφορές που βρέθηκαν σε γεωμορφολογικά και

96 34 Κεφάλαιο B φυσιογραφικά βιβλία και τεχνικές εκθέσεις (Fenneman 1931 και 1938, Lueder 1959, Peterson 1981, McGeary και Plummer 1994, Ritter et al. 1995). Η πρόσληψη και οργάνωση της φωτοερμηνευτικής, γεωμορφολογικής, γεωλογικής, φυσιογραφικής γνώσης σε ένα εξειδικευμένο ιεραρχικό πλαίσιο δόθηκε στο πρώτο κεφάλαιο όπου ορίσθηκε ένα σύστημα ταξινόμησης πεδίου για τις τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin και Range. Στο προτεινόμενο σύστημα γίνεται αντιστοίχηση των γεωμορφών της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin και Range στις υποδιαιρέσεις του συστήματος ταξινόμησης (Φυσιογραφική περιφέρεια, Φυσιογραφική Ενότητα, Φυσιογραφικό Αντικείμενο, Τοπογραφική Μορφή, Γεωμορφή 3 ης Τάξης) ως προς τέσσερις παραμέτρους οι οποίες αναφέρονται στην τάξη μεγέθους, στις φυσικές διεργασίες, στην μορφή και στην διάταξη. Στόχοι αυτού του κεφαλαίου είναι η τυποποίηση της δομικής και της διαδικαστικής γνώσης στο υβριδικό κέλυφος εμπείρου συστήματος Nexpert Object για την ερμηνεία γεωμορφών από 1. τα γεωμορφολογικά τους χαρακτηριστικά, 2. την διάταξη τους (χωρικές σχέσεις) και 3. την φυσιογραφία της περιοχής μελέτης, προκειμένου να επαυξηθούν οι δυνατότητες των σημερινών εμπείρων συστημάτων για την ερμηνεία γεωμορφών όπως επίσης και να βελτιστοποιηθεί η σχεδίαση τους κατά τα στάδια τόσο της τοποθέτησης και σύλληψης του προβλήματος όσο και της αναπαράστασηςτυποποίησης του, στις δομές γνώσης του υβριδικού κελύφους εμπείρου συστήματος Nexpert Object.

97 35 Κεφάλαιο B Β.2 Μεθοδολογία Η τυποποίηση της γνώσης για τις γεωμορφές της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin και Range στο περιβάλλον του υβριδικού κελύφους εμπείρου συστήματος Nexpert Object περιλαμβάνει την αναπαράσταση τόσο της δομικής όσο της διαδικαστικής λεπτομερής βιβλιογραφικής γνώσης η οποία προσδιορίσθηκε στο κεφάλαιο Α. Πιο συγκεκριμένα για την δομική γνώση: 1. Ονομάζουμε τις γεωμορφές της περιοχής μελέτης. 2. Οργανώνουμε τις γεωμορφές σε ομάδες από τάξεις-υποτάξεις δημιουργώντας μια ιεραρχία τάξεων. Περιγράφουμε έτσι τις έννοιες του πεδίου σε ένα ιεραρχικό πλαίσιο με βάση την αρχή της κληρονομικότητας των ιδιοτήτων από το ανώτερο επίπεδο (τάξη) στο κατώτερο επίπεδο (υπο-τάξη) παρέχοντας έτσι επιπλέον επίπεδα λεπτομέρειαςεξειδίκευσης. Το κατώτατο επίπεδο των ιεραρχιών αυτών αποτελείται από δυναμικά αντικείμενα που είναι μέλη των υπο-τάξεων και τα οποία αντιστοιχούν σε γεωμορφές της περιοχής μελέτης. 3. Ορίζουμε το σύνολο των ιδιοτήτων και των αντίστοιχων τιμών οι οποίες περιγράφουν τις τάξεις και τα αντικείμενα που ορίσθηκαν προηγουμένως. Από την άλλη πλευρά για την αναπαράσταση της διαδικαστικής γνώσης (στρατηγική επίλυσης του προβλήματος) αναπτύσσεται μία δομή με κανόνες παραγωγής η οποία δρα επαναληπτικά και μέχρι να ολοκληρώσει ο χρήστης την ερμηνεία του συνόλου των γεωμορφών της περιοχής μελέτης. Εάν κατά την διάρκεια της διαδικασίας αναζήτησης κάποιοι κανόνες οι οποίοι προσδιορίζουν την ύπαρξη συγκεκριμένων γεωμορφών αποδειχθούν αληθείς, τότε δημιουργούνται τα αντίστοιχα δυναμικά αντικείμενα, τα οποία εντάσσονται στο ιεραρχικό πλαίσιο τάξεων κάτω από τις αντίστοιχες τάξεις. Οι κανόνες παραγωγής ομαδοποιούνται στις παρακάτω γνωστικές νησίδες: 1. Προσδιορισμός γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους 1.1. Από φωτοερμηνευτικούς δείκτες Από γεωμορφολογικούς δείκτες Από δείκτες που βασίζονται στις χωρικές συνθήκες-σχέσεις που διέπουν την τοποθέτηση στο χώρο της γεωμορφής, σε δεδομένο φυσιογραφικό και γεωμορφολογικό περιβάλλον Την μορφοποίηση υποθέσεων για την ύπαρξη γεωμορφής με βάση την γειτνίαση με ήδη προσδιορισθείσες γεωμορφές 3ης τάξης.

98 36 Κεφάλαιο B 1.5. Την επαλήθευση της ύπαρξης μίας γεωμορφής σαν συνάρτηση των χωρικών συσχετίσεων που πραγματοποιείται με έλεγχο των σχέσεων γειτνίασης μεταξύ των ήδη προσδιορισμένων γεωμορφών Την μορφοποίηση υποθέσεων για την ύπαρξη γεωμορφής σε δεδομένη φυσιογραφική περιφέρεια. 2. Προσδιορισμός της φυσιογραφικής περιφέρειας-ενότητας 2.1. Από φυσιογραφικούς φωτοερμηνευτικούς δείκτες Από ήδη προσδιορισθείσες γεωμορφές και τοπογραφικές μορφές. Η μεθοδολογία αναζήτησης σε κάθε γνωστική νησίδα ενεργοποιείται είτε κατά την φορά της ορθής είτε της ανάστροφης συλλογιστικής αλυσίδας (πχ προσδιορισμός ενός αλλουβιακού ριπιδίου από τα φωτοερμηνευτικά του χαρακτηριστικά είτε επαλήθευση της ύπαρξης του αλλουβιακού ριπιδίου από τα φωτοερμηνευτικά του χαρακτηριστικά). Για την υλοποίηση αυτών των παραπάνω χρησιμοποιούνται δομές από κανόνες παραγωγής που αντιστοιχούν είτε σε συνδεόμενους βρόγχους επανάληψης, είτε σε δενδρικές δομές διάζευξης, ενώ παράλληλα η μεθοδολογία εξαγωγής συμπερασμάτων (στρατηγική) μεταβάλλεται από ανοικτών πυλών σε κλειστών πυλών και αντίστροφα, ανάλογα με τις τρέχουσες ανάγκες κατά την διάρκεια εκτέλεσης της εφαρμογής.

99 37 Κεφάλαιο B Β.2.1. Περιγραφική Γνώση - Δομική Γνώση B Γεωμορφές 3 ης τάξης Η περιγραφή της δομικής γνώσης για τις γεωμορφές 3 ης τάξης γίνεται με την ανάπτυξη δύο ιεραρχιών.! Η πρώτη ονομάζεται H_Lanform_Top (Σχήματα 25,26) και περιλαμβάνει τις τάξεις με τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά (HLA01_Lf_PE) και τις χωρικές σχέσεις (HLA01_Lf_SR). Oι τάξεις αυτές εξειδικεύονται σε μια σειρά από τάξεις που αντιστοιχούν στην περιγραφή των φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών συγκεκριμένων γεωμορφών 3 ης τάξης. Παράδειγμα, η τάξη HLA01_Lf_PE περιλαμβάνει τις τάξεις Lf_Valley_Fill_PE, Lf_Pediment_PE, Lf_Alluvial_Fan_PE κ.α. ενώ στην τάξη HLA01_Lf_SR συμπεριλαμβάνονται αντίστοιχα οι τάξεις Lf_Valley_Fill_SR, Lf_Pediment_SR, LE_Alluvial_Fan_SR κ.α. H περιγραφή των γεωμορφών 3 ης τάξης που είναι μέλη της τάξης με τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά (Σχήμα 25) γίνεται με μια σειρά από ιδιότητες (lfpe_2d_planimmetric_shape, lfpe_drainage_pattern, lfpe_gullies_density, lfpe_phototone, κ.α.). Οι ιδιότητες κληρονομούνται από το ανώτερο επίπεδο (HLA01_Lf_PE) στο κατώτερο (Lf_Pediment_PE, Lf_Alluvial_Fan_PE κ.α.) ενώ οι τιμές των ιδιοτήτων προσδιορίζονται στο επίπεδο των τάξεων των γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους (παράδειγμα, HLA01_Lf_PE.lfpe_drainage_pattern= ενώ LF_Alluvial_Fan. lfpe_ drainage_pattern= dichotomic ).! Η δεύτερη ιεραρχία αντιστοιχεί σε μια γεωμορφολογική ταξινόμηση των γεωμορφών 3 ης τάξης με βάση της φυσικές διεργασίες (Strahler et al. 1992, Pandey 1987 ). Η κορυφαία τάξη ονομάζεται HPGP01_Geomorphic_Process (Σχήμα 27) και εξειδικεύεται στις τάξεις HGP02_Sequential και ΗGP02_Initial που περιλαμβάνουν τις γεωμορφές που έχουν προέλθει από εξωγενείς και ενδογενείς φυσικές διεργασίες αντίστοιχα. Στην συνέχεια και με περαιτέρω εξειδικεύσεις καταλήγουμε στο επίπεδο των γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους (Σχήμα 28) που περιλαμβάνει τις τάξεις γεωμορφών LF_Alluvial_ Fan_GM, LF_Valley_Fill_GM, LF_Playa_GM κ.α. Η οργάνωση των γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους στην γεωμορφολογική ιεραρχία γίνεται με μια σειρά από ζεύγη ιδιοτήτωντιμών (Πίνακας 7). Παράδειγμα, LF_Alluvial_Fan_GM.lfgm_geomorphic_ process = deposition ενώ LF_Alluvial_Fan_GM.lfgm_geomorphic_process= deposition.

100 38 Κεφάλαιο B Σχήμα Β.25 Τάξεις με τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά των γεωμορφών 3 ης τάξης. Οι τάξεις LF_Valley_Fill_PE, LF_Pediment_PE, LF_Alluvial_Fan_PE κ.α. είναι μέλη της τάξης HLA01_Lf_PE από την οποία κληρονομούν τις ιδιότητες τους (lfpe_boundary_type lfpe_drainage_pattern, κ.α.). Η τάξη HLA01_Lf_PE, μαζί με άλλες τάξεις όπως η τάξη HLA01_Lf_SR στην οποία εμπεριέχονται τα χωρικά χαρακτηριστικά των γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους είναι μέλη της τάξης HLA00_Landform_Top. Η HLA00_Landform_Top αντιπροσωπεύει την κορυφή της ιεραρχίας τάξεων στην οποία ενσωματώνονται τα φωτοερμηνευτικά, χαρακτηριστικά, οι χωρικοί δείκτες και τα τεχνικά χαρακτηριστικά (HLA01_Lf_Engineering, HLA01_Lf_Military, κ.α.) των γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους. Σχήμα Β.26 Τάξη με τους χωρικούς δείκτες των γεωμορφών 3 ης τάξης. Η τάξη ονομάζεται HLA01_Lf_SR και είναι μέλος της τάξης HLA00_Landform_Top. Στην τάξη HLA01_Lf_SR είναι μέλη οι τάξεις (LF_Valley_Fill_SR, LF_Pediment_SR, LF_Alluvial_Fan_SR, κ.α.) οι οποίες περιγράφουν τις (χωρικές) σχέσεις που διέπουν την διάταξη των γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους στον χώρο.

101 39 Κεφάλαιο B Σχήμα Β.27 Γεωμορφολογική ιεραρχία γεωμορφών - κορυφαίο τμήμα. Η κορυφαία τάξη HPGP01_Geomorphic_Process έχει μόνο δύο ιδιότητες τις geomorphic fources και geomorphic origin που κληρονομούνται στις τάξεις HGP02_Sequential και ΗGP02_Initial και λαβαίνουν τιμή (πχ lfgm_gemorphic fources=endogenic για την ιεραρχία HGP02_initial). Στην συνέχεια η τάξη HPGP02_Initial εξειδικεύεται στις HPGP03_Volcanic, HPGP03_Tectonic, HPGP03_Plutonic ενώ η τάξη HPGP02_Sequential στις τάξεις HPGP03_Erosional και HPGP03_Depositional. Σχήμα 28 Γεωμορφολογική ιεραρχία γεωμορφών-επίπεδο γεωμορφών 3 ης τάξης. Μεγέθους. Με την περαιτέρω εξειδίκευση των κορυφαίων τάξεων της γεωμορφολογικής ιεραρχίας καταλήγουμε στο επίπεδο των γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους. Παράδειγμα η τάξη LF_Playa_GM που είναι εξειδίκευση της τάξης HGP04_Fluvio_Lacustrine_ Deposition η οποία είναι μέλος της τάξης HGP03_Depositional.

102 40 Κεφάλαιο B Πίνακας B.7 Η γεωμορφολογική ιεραρχία με μερικές από τις ιδιότητες και τις τιμές των ιδιοτήτων. Οι ιδιότητες κληρονομούνται από το ανώτερο επίπεδο (αριστερές στήλες του Πίνακα) προς το κατώτερο επίπεδο (δεξιές στήλες του Πίνακα). Είναι σαφές ότι οι ιδιότητες με τις τιμές τους παρέχουν το πλαίσιο εξειδίκευσης των τάξεων που οδηγεί από την κορυφή της ιεραρχίας στο κατώτατο επίπεδο που είναι οι γεωμορφές 3 ης τάξης μεγέθους. 1.Geomorphic Process! Geomorphic fources! Geomorphic origin 1.1 Initial " Tectonic, Volcanic, Plutonic 1.2 Sequential! Geomorpgic fources=exogenic! Geomorphic origin=sequential " Erosional! Geomorpgic fources=exogenic! Geomorphic origin=sequential! Geomorphic Process=erosion " Depositional! Geomorphic fources=exogenic! Geomorphic origin=sequential! Geomorphic Process =deposition " Fluvial! Geomorpgic fources=exogenic! Geomorphic origin=sequential! Geomorphic Process=erosion! Formation Process= fluvial erosion! Climate= arid " Fluvial! Geomorphic fources=exogenic! Geomorphic origin=sequential! Geomorphic Process=deposition! Formation Process=fluvial deposition! Climate= arid " Fluviolacustrine " Playa! " Pediment! Geomorpgic fources=exogenic! Geomorphic origin=sequential! Geomorphic Process=erosion! Formation Process= fluvial erosion! Climate= arid! Formation agent=sheetfloods! Formation locus=gently sloping plains in piedmont plains " Alluvial Fan! Geomorphic fources=exogenic! Geomorphic origin=sequential! Geomorphic Process=deposition! Formation Process=fluvial! Climate= arid! Formation agent=loaded stream! Formation locus= at the emergence of a steep valley into a relatively flat surface " Valley Fill! Geomorphic fources=exogenic! Geomorphic origin=sequential! Geomorphic Process=deposition! Formation Process=fluvial! Climate= arid! Formation agent=loaded streams! Formation locus= closed depressions

103 41 Κεφάλαιο B B Φυσιογραφία Η δομική γνώση για την φυσιογραφία περιγράφεται με τρεις ιεραρχίες τάξεων οι οποίες ορίζουν ένα σύνολο από ζεύγη τιμών-ιδιοτήτων, για τις έννοιες της φυσιογραφικής περιφέρειας (Basin και Range Province, Great Basin Section, Sonoran Desert Section), των φυσιογραφικών αντικειμένων (Intermontane Basin) και των τοπογραφικών μορφών (Basin Floor, Piedmont Slope) στην περιοχή μελέτης. Πιο αναλυτικά:! Η ιεραρχία φυσιογραφικών περιφερειών εμπεριέχει σαν κορυφαία τάξη την Physiographic Provinces (Σχήμα 29), η οποία εξειδικεύεται στις τάξεις P_Basin_and_Range_Province, κ.α. Η τάξη P_Basin_and_Range_Province αναφέρεται στην έννοια (τύπος) που αντιστοιχεί στην φυσιογραφία της περιφέρειας Basin και Range και όχι στην περιφέρεια Basin και Range των Η.Π.Α. Η τάξη αυτή εξειδικεύεται σε δύο τάξεις που αντιστοιχούν στο στάδιο γήρατος (P_Basin_and_Range_Maturity) και στο στάδιο νεότητας (P_Basin_and_Range_Youthful) αντίστοιχα. Στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin και Range των Η.Π.Α. τα στάδια γήρατος και νεότητας αντιπροσωπεύονται από τις ενότητες Sonoran Desert και Great Basin αντίστοιχα (Fenneman 1931).! Στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin και Range διακρίνουμε επιπλέον τις τεκτονικές αλλουβιακές λεκάνες, η γενίκευση των οποίων είναι η τάξη SP_Intermontane_Basin που ανήκει στην ιεραρχία των φυσιογραφικών αντικειμένων (Σχήμα 30) με κορυφαία τάξη την SP_Physiographic_Part. Η τάξη SP_Intermontane_Basin εξειδικεύεται περαιτέρω στις τάξεις SP_Bolson και SP_SemiBolson οι οποίες αντιπροσωπεύουν υδρολογικά κλειστές ή ανοικτές λεκάνες αντίστοιχα.! Παράλληλα, σε μια τεκτονική αλλουβιακή λεκάνη διακρίνουμε τις μορφές basin floor, piedmont slope, οι γενικεύσεις των οποίων αντιστοιχούν στις τάξεις SR_Basin_Floor και SR_Piedmont_Slope αντίστοιχα και οι οποίες είναι μέλη της ιεραρχίας των τοπογραφικών μορφών (Σχήμα 30) με κορυφαία τάξη την SR_Topographic_Form. Τα αντικείμενα της ιεραρχίας των φυσιογραφικών αντικειμένων και των τοπογραφικών μορφών συνδέονται όχι μόνο μεταξύ τους, αλλά και με τα αντικείμενα τις ιεραρχίας των φυσιογραφικών περιφερειών με σχέσεις μέρους-όλου. Παράδειγμα: Sonoran Desert is part of Basin και Range Province U.S.A., Piedmont Slope is part of an Intermontane Basin, κ.α..

104 42 Κεφάλαιο B Σχήμα Β.29 Ιεραρχία Φυσιογραφικών Περιφερειών. Η Physiographic Provinces, είναι η κορυφαία τάξη που εξειδικεύεται στις τάξεις P_Basin_and_Range_Province, κ.α. Η τάξη P_Basin_and_Range_ Province αναφέρεται στην έννοια που αντιστοιχεί στην φυσιογραφική περιφέρεια Basin and Range των Η.Π.Α. και όχι στην συγκεκριμένη περιφέρεια. Στην συνέχεια η τάξη P_Basin_and_Range εξειδικεύεται σε δύο τάξεις που αντιστοιχούν στα επίπεδα νεότητας και γήρατος. Σχήμα Β.30 Ιεραρχία φυσιογραφικών αντικειμένων και Τοπογραφικών μορφών. Στην πρώτη ιεραρχία τα φυσιογραφικά αντικείμενα της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin και Range εξειδικεύονται στην τάξη των τεκτονικών αλλουβιακών λεκανών (SP_Intermontane_Basins). Στην συνέχεια γίνεται περαιτέρω εξειδίκευση ανάλογα με το υδρογραφικό δίκτυο στις τάξεις SP_Bolson και SP_SemiBolson. Στην ιεραρχία των τοπογραφικών μορφών παρατηρούμε εξειδίκευση στις τάξεις SR_Piedmont_Plain και SR_Basin_Floor.

105 43 Κεφάλαιο B B Ιεραρχία των Γεωμορφών στην Περιοχή Μελέτης Στην διάρκεια της φωτοερμηνείας, μια σειρά από γεωμορφές 3 ης τάξης, φυσιογραφικά αντικείμενα, τοπογραφικές μορφές και πιθανώς φυσιογραφικές περιφέρειες ερμηνεύονται και ονομάζονται γενικά γεωμορφές της περιοχής μελέτης (Σχήμα 32). Η ερμηνεία τους είναι αποτέλεσμα της επαλήθευσης συγκεκριμένων κανόνων παραγωγής, οι οποίοι δημιουργούν δυναμικά αντικείμενα και τα συνδέουν με κάποιες από τις τάξεις που ορίστηκαν προηγουμένως (έτσι κληρονομούν ιδιότητες) ενώ προσάπτουν τιμές σε μερικές από τις ιδιότητες. Οι ιδιότητες χωρίς τιμή κληρονομούν την τιμή τους από την τάξη με την οποία συνδέεται το αντικείμενο. Παρουσιάζεται η ανάγκη να προσάψουμε στα δυναμικά αντικείμενα ιδιότητες, οι οποίες να εμπεριέχουν την προέλευση τους (πχ. τον κανόνα παραγωγής ή τους κανόνες παραγωγής οι οποίοι τα δημιούργησαν), το όνομα τους, την σειρά εύρεσης, κ.α. Επομένως πρέπει να δημιουργηθεί μια νέα ιεραρχία. Η ιεραρχία αυτή έχει σαν κορυφαία τάξη την Temp_features (Σχήμα 31) η οποία εξειδικεύεται στις τάξεις Temp_landforms (γεωμορφές 3 ης τάξης), Temp_ph_provinces (φυσιογραφικές περιφέρειες), Temp_physiographic_features (φυσιογραφικά αντικείμενα) και Temp_topographic_forms (τοπογραφικές μορφές). Η περιγραφή των τάξεων της ιεραρχίας γίνεται με μια σειρά από ιδιότητες οι οποίες υποδηλώνουν: 1. Το είδος της γεωμορφής (a_belongs_to), 2. Το αύξοντα αριθμό προσδιορισμού της γεωμορφής (ano) και τον συνολικό αριθμό αντικειμένων που έχουν προσδιορισθεί (atotal_object_found), 3. Τους κανόνες παραγωγής με τους οποίους προσδιορίσθηκε η γεωμορφή (πχ. arulepath_gm, arulepath_pe), κ.α. Ένα παράδειγμα της αναγκαιότητας της ύπαρξης της ιεραρχίας γεωμορφών του πεδίου δίνεται στο σχήμα 32 όπου το δυναμικό αντικείμενο LF_1 ανήκει στις τάξεις Temp_Landforms, LF_Alluvial_Fan_PE, LF_Alluvial_Fan_SR, LF_Alluvial_Fan_GM. Δηλαδή το LF_1 αντιστοιχεί σε ένα αλλουβιακό ριπίδιο, η ύπαρξη του οποίου έχει επιβεβαιωθεί από τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά, τις χωρικές σχέσεις και τις γεωμορφολογικές συνθήκες. Παρόλα αυτά ο τρόπος προσδιορισμού του αντικειμένου (ποιοι κανόνες παραγωγής το επαλήθευσαν κ.α.) δεν μπορούν να απoκαλυφθούν από την σύνδεση του με τις αντίστοιχες τάξεις αλλά μόνο από τις ιδιότητες που κληρονομεί από την ιεραρχία Temp_Landforms και από την αντιστοιχία στις ιδιότητες αυτές συγκεκριμένων τιμών από τους κανόνες παραγωγής.

106 44 Κεφάλαιο B Σχήμα Β.31 Η ιεραρχία των γεωμορφών του πεδίου φωτοερμηνείας. Εξειδικεύεται στις τάξεις Temp_landforms (γεωμορφές 3 ης τάξης μεγέθους), Temp_ph_provinces (φυσιογραφικές περιφέρειες), Temp_physiographic_features (φυσιογραφικά αντικείμενα) και Temp_topographic_forms (τοπογραφικές μορφές). Σχήμα Β.32 Δυναμικά αντικείμενα και η συσχέτιση τους με τις ιεραρχίες γεωμορφών και την ιεραρχία γεωμορφών της περιοχής μελέτης. Τα δυναμικά αντικείμενα είναι γεωμορφές 3 ης τάξης μεγέθους. Επομένως είναι μέλη της τάξης γεωμορφών του πεδίου (Temp_landforms) και των τάξεων γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους στις οποίες έχουν αντιστοιχηθεί κατά την διάρκεια της φωτοερμηνείας. Παράδειγμα το δυναμικό αντικείμενο LF_1 ανήκει στις τάξεις Temp_Landforms, LF_Alluvial_Fan_PE, LF_Alluvial_Fan_SR, LF_Alluvial_Fan_GM. Δηλαδή το LF_1 αντιστοιχεί σε ένα αλλουβιακό ριπίδιο, η ύπαρξη του οποίου έχει επιβεβαιωθεί από τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά, τις χωρικές σχέσεις και την γεωμορφολογία.

107 45 Κεφάλαιο B Β.2.2. Διαδικαστική Γνώση Η διαδικαστική γνώση έχει την μορφή μίας σειράς δομών από κανόνες παραγωγής. Οι κανόνες αυτοί σχηματίζουν μια κεντρική δενδρική δομή που αντιστοιχεί σε ένα βρόγχο επανάληψης που περιλαμβάνει συνδεδεμένους βρόγχους επανάληψης, δομές διάζευξης και γνωστικές νησίδες (Σχήμα 33). Αυτό έχει σαν συνέπεια όταν υλοποιηθεί μια αναζήτηση, να ενεργοποιείται ξανά ο κορυφαίος κανόνας παραγωγής (H_Start_top) και να διεξάγεται νέα αναζήτηση ανάλογα με τις επιθυμίες του χρήστη (Σχήματα 34, 35). Με αυτό τον τρόπο δίνεται η δυνατότητα να ερμηνευθεί το σύνολο των γεωμορφών της περιοχής μελέτης διαμέσου επαναληπτικών αναζητήσεων, κάθε μια από τις οποίες μπορεί να είναι επιτυχής ή ανεπιτυχής. Σχήμα Β.33 Διάγραμμα επισκόπησης του δικτύου κανόνων παραγωγής της εφαρμογής. Στην διάρκεια μίας αναζήτησης, ο χρήστης μπορεί να κατευθύνει την φωτοερμηνεία (Σχήμα 34) προς την αναγνώριση: 1. γεωμορφής 3 ης τάξης μεγέθους (Landform Instances), 2. φυσιογραφικής περιφέρειας (Physiographic Context), Σχήμα Β.34 Το κεντρικό μενού επιλογών της εφαρμογής που αντιστοιχεί στην υπόθεση H_start_top (σχήμα 35) η οποία σχηματίζει μια δομή διάζευξης. 3. φυσιογραφικής περιφέρειας από μια γεωμορφή 3 ης τάξης μεγέθους (Landform to Physiographic Context), 4. γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους από την φυσιογραφική περιφέρεια (Physiographic Context to Landform), 5. γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους από την χωρική συσχέτιση με άλλες γεωμορφές (Spatial Reasoning). Σχήμα Β.35 Ο κορυφαίος κανόνα παραγωγής (H_start_top) που σχηματίζει μία δομή διάζευξης. H τιμή της μεταβλητής task_top προσδιορίζει την κατεύθυνση της αναζήτησης (γεωμορφές 3 ης τάξης, φυσιογραφικές περιφέρειες, κ.α.). Αυτό επιτυγχάνεται με μια δομή διάζευξης

108 46 Κεφάλαιο B που υλοποιείται με το κορυφαίο κανόνα παραγωγής H_Start_Top και η οποία κατευθύνει την αναζήτηση σε διαφορετικές γνωστικές νησίδες (Σχήμα 35). Στην διάρκεια μίας αναζήτησης γίνεται συνήθως προσπάθεια ταύτισης των φωτοερμηνευτικών κλειδιών μίας άγνωστης γεωμορφής του πεδίου, με πρότυπα που περιγράφονται από κανόνες παραγωγής και τα οποία αντιστοιχούν μερικώς η πλήρως στις τάξεις των ιεραρχιών γεωμορφών που ορίσθηκαν προηγουμένως. Όταν πραγματοποιηθεί η ταύτιση τότε δημιουργείται ένα δυναμικό αντικείμενο που συνδέεται με την αντίστοιχη τάξη. Σε άλλες περιπτώσεις, όπως για τον προσδιορισμό μιας φυσιογραφικής περιφέρειας από την ύπαρξη μίας γεωμορφής 3 ης τάξης η αναζήτηση είναι πολύ πιο σύνθετη, αφού πρέπει να προσδιορισθεί πρώτα η τοπογραφική μορφή στην οποία ανήκει η γεωμορφή 3 ης τάξης, το φυσιογραφικό αντικείμενο στο οποίο ανήκει η τοπογραφική μορφή κ.α.

109 47 Κεφάλαιο B Β Προσδιορισμός Γεωμορφών 3 ης Τάξης Β Πρότυπα Σύγκρισης Η διαδικαστική γνώση για τον προσδιορισμό των γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους περιγράφεται με μια σειρά από κανόνες παραγωγής που σχηματίζουν την γνωστική νησίδα «φωτοερμηνεία γεωμορφής 3 ης τάξης μεγέθους». Οι κανόνες παραγωγής αποτελούν τα «πρότυπα» σύγκρισης που αποφασίζουν για την ταύτιση της γεωμορφής του πεδίου με μια συγκεκριμένη γεωμορφή 3 ης τάξης μεγέθους. Τα πρότυπα ομαδοποιούνται σε τρεις μικρότερες γνωστικές νησίδες, για την ταύτιση της γεωμορφής του πεδίου με βάση, α) τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά, β) τις γεωμορφολογικές συνθήκες και γ) τις χωρικές σχέσεις. Η γεωμορφή του πεδίου σε κάθε πρότυπο περιγράφεται από αντικείμενα (Σχήματα 36,37,38) που αντιστοιχούν είτε σε φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά (lfpe_planimetric_shape, lfpe_drainage_ texture, lfpe_vegetation_density κ.α.), είτε σε γεωμορφολογικές συνθήκες (lfgm_geomorphic_fources, lfgm_ geomorphic_origin κ.α.) είτε σε δείκτες που αφορούν την διάταξη (lfsr_occurs_at, lfsr_contained_in, lfsr_contains_in, κ.α.). Σχήμα Β.36 Πρότυπο για τον προσδιορισμό εβαποριτών από την διάταξη στο χώρο. Σχήμα Β.37 Πρότυπο για τον προσδιορισμό ενός επικλινούς πεδίου από τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά. Στην συγκεκριμένη υπόθεση αντιστοιχούν δύο κανόνες παραγωγής που σχηματίζουν μια δομή διάζευξης. Tα πρότυπα αποφασίζουν όχι μόνο για την ύπαρξη μίας γεωμορφής 3 ης τάξης μεγέθους αλλά αναθέτουν τιμές στα πεδία του δυναμικού αντικειμένου που δημιουργείται. Σχήμα Β.38 Πρότυπο προσδιορισμού αλλουβιακού ριπιδίου από γεωμορφολογικές συνθήκες.

110 48 Κεφάλαιο B Οι δομές διάζευξης με κλάδους που έχουν διαφορετική προτεραιότητα εκτέλεσης (Σχήμα 39) κάνουν δυνατό τον προσδιορισμό μίας γεωμορφής ακόμη και εάν ο χρήστης είναι σε θέση να ορίσει τον ελάχιστο αριθμό συνθηκών που την προσδιορίζουν, ανεξάρτητα από την δυνατότητα του να περιγράψει το σύνολο των συνθηκών. Την μέγιστη προτεραιότητα την έχει ο κανόνας που περιλαμβάνει στις συνθήκες του το σύνολο των πεδίων που περιγράφονται στην αντίστοιχη τάξη. Την μικρότερη προτεραιότητα έχει ο κλάδος που περιλαμβάνει τον ελάχιστο αριθμό συνθηκών για την επιβεβαίωση της ύπαρξης της γεωμορφής. Σχήμα Β.39 Δομής διάζευξης (προσδιορισμός εβαποριτών από τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά), με δύο κλάδους με διαφορετική προτεραιότητα εκτέλεσης (1 και 5 αντίστοιχα). Β Ενεργοποίηση των Προτύπων Σύγκρισης Β Αρχικοποίηση των Γνωστικών Νησίδων Όπως αναφέρθηκε αρχικά η φωτοερμηνεία περιλαμβάνει πολλά επαναληπτικά στάδια, κατά τα οποία η κλήση μίας συγκεκριμένης γνωστικής νησίδας μπορεί να επαναληφθεί ανάλογα με τις επιθυμίες του χρήστη. Σε κάθε στάδιο δεν ενδιαφέρουν οι προηγούμενες τιμές των συνθηκών των κανόνων παραγωγής και των αντίστοιχων υποθέσεων, αφού κάθε φορά μια νέα γεωμορφή του πεδίου θεωρείται. Από την άλλη πλευρά στο Νexpert Object τα αντικείμενα που έχουν κάποια τιμή (πχ true, false, dichotomic, sparse, low, κ.α.) διατηρούν την τιμή τους στο νέο στάδιο. Το ίδιο ισχύει και για τις τιμές των υποθέσεων (είναι αντικείμενα στα Σχήμα Β.40 Αρχικοποίηση Γνωστικής Νησίδας. Ανάθεση της τιμής unknown (χρήση του τελεστή reset) στις συνθήκες (αντικείμενα) και στις υποθέσεις των κανόνων παραγωγής που συνθέτουν την νησίδα προσδιορισμού της γεωμορφής 3 ης τάξης μεγέθους από φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά.

111 49 Κεφάλαιο B οποία ανατίθενται τιμές του τύπου λογικής μεταβλητής, πχ true, false) που αντιστοιχούν στους κανόνες παραγωγής Το αποτέλεσμα είναι οι κανόνες παραγωγής που αντιστοιχούν σε υποθέσεις που έχουν απορριφθεί η αποδειχθεί αληθής στην διάρκεια προηγούμενου σταδίου να μην εξετάζονται στο νέο στάδιο. Για να μπορέσει να γίνει θεώρηση τους εκ νέου, πρέπει να αλλάξει η τιμή της υπόθεσης από true ή false σε unknown. Για αυτό τον λόγο πριν από την ενεργοποίηση μίας γνωστικής νησίδας γίνεται αρχικοποίηση της, με ανάθεση της τιμής unknown (χρήση του τελεστή reset) στα αντικείμενα που περιγράφουν την γεωμορφή του πεδίου και στις τιμές των υποθέσεων των κανόνων παραγωγής που συνθέτουν την νησίδα (Σχήμα 40). Β Μέθοδοι Φωτοερμηνείας Γεωμορφών Στην διάρκεια της φωτοερμηνείας ο ερμηνευτής μπορεί να έχει διακρίνει μια διακριτή ενότητα της γήινης επιφάνειας, θεωρώντας ότι αντιστοιχεί σε κάποια γεωμορφή 3 ης τάξης μεγέθους, χωρίς να μπορεί να προσδιορίσει το είδος της. Στην προσπάθεια ερμηνείας της γεωμορφής προσδιορίζει μια σειρά από οπτικές ιδιότητες και χαρακτηριστικά από την φωτογραφία και τα ταυτίζει με συγκεκριμένα πρότυπα. Η αναπαράσταση της παραπάνω μεθοδολογίας (Forward landform identification) στο Nexpert Object (Σχήμα 41) αντιστοιχεί στην ενεργοποίηση των κανόνων παραγωγής που αντιστοιχούν στα πρότυπα των γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους κατά την φορά της ορθής συλλογιστικής αλυσίδας. Πιο αναλυτικά, η γνωστική νησίδα «προσδιορισμός γεωμορφής 3ης τάξης μεγέθους» περιλαμβάνει τρεις μικρότερες γνωστικές νησίδες. Σε όλα τα πρότυπα που ανήκουν σε μια μικρότερη γνωστική νησίδα τοποθετείται μια κοινή συνθήκη. Πιο συγκεκριμένα, η γνωστική νησίδα προσδιορισμός γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους από τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά περιλαμβάνει την συνθήκη task_pe= Pattern_Elements (Σχήμα 37) ενώ η γνωστική νησίδα προσδιορισμός γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους από τις γεωμορφολογικές συνθήκες περιλαμβάνει την συνθήκη task_gm= Geomorphic_Process Σχήμα Β.41 Διάλογος επικοινωνίας (5 βήματα) που οδηγεί την αναζήτηση στον προσδιορισμό μιας άγνωστης γεωμορφής 3 ης τάξης από τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά κατά την φορά της ορθής συλλογιστικής αλυσίδας.

112 50 Κεφάλαιο B (Σχήμα 38) και η γνωστική νησίδα προσδιορισμός γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους από την διάταξη στο χώρο περιλαμβάνει την συνθήκη task_sr= Spatial_Reasoning (Σχήμα 36). Εάν η κοινή συνθήκη αποδειχθεί αληθής και οι πύλες (Gates) είναι ανοικτές τότε, το σύνολο των προτύπων που ανήκουν στην γνωστική νησίδα ενεργοποιούνται (ένταξη στο ανταγωνιστικό σύνολο κανόνων παραγωγής). Στην συνέχεια ζητούνται επιπλέον δεδομένα ανάλογα με την σειρά ενεργοποίησης των κανόνων παραγωγής που αντιστοιχούν στα πρότυπα και ανάλογα με τις συνθήκες που περιλαμβάνουν. Κατά αυτό τον τρόπο γίνεται προσδιορισμός μίας άγνωστης γεωμορφής του πεδίου με βάση τις συνθήκες που περιλαμβάνονται στα πρότυπα της γνωστικής νησίδας. Β Έλεγχος της Υπόθεσης Ταύτισης της Γεωμορφής με Πρότυπο. Κατά την διάρκεια της φωτοερμηνείας, ο ερμηνευτής μπορεί να θεωρήσει ότι η γεωμορφή του πεδίου ταυτίζεται με συγκεκριμένη γεωμορφή 3ης τάξης μεγέθους και να θέλει να επιβεβαιώσει την υπόθεση του, βάση των οπτικών ιδιοτήτων και των χαρακτηριστικών που παρατηρεί (backward landform idenfication). Για αυτό τον λόγο δημιουργήθηκε η δυνατότητα τοποθέτησης στο ανταγωνιστικό σύνολο κανόνων παραγωγής, των κανόνων παραγωγής που συνθέτουν ένα συγκεκριμένο πρότυπο κατά την φορά της ανάδρομης συλλογιστικής αλυσίδας. Για να αποφευχθεί η ενεργοποίηση των προτύπων που εντάσσονται στην ίδια γνωστική νησίδα διαμέσου της κοινής συνθήκης task_gm ή task_pe ή task_sr, οι πύλες (gates) κλείνουν. Η μεθοδολογία πραγματοποιείται με την υλοποίηση μίας δομής διάζευξης (Σχήματα 42 και 43). Σχήμα Β.42 Δομή διάζευξης που προσανατολίζει την αναζήτηση στον έλεγχο της ταύτισης γεωμορφής 3 ης τάξης με συγκεκριμένο πρότυπο. Σχήμα Β.43 Διάλογος επικοινωνίας που αντιστοιχεί στην δομή διάζευξης του σχήματος 42.

113 51 Κεφάλαιο B Β Δημιουργία Δυναμικών Αντικειμένων Όταν αποδειχθεί αληθής ένας κανόνας παραγωγής που αντιστοιχίζει την γεωμορφή του πεδίου σε ένα πρότυπο γεωμορφής 3 ης τάξης (Πίνακας 8), τότε οι ενέργειες του κανόνα παραγωγής αναθέτουν τιμές στα αντικείμενα dummy_task, which_rule και task_newexi (Πίνακας 9) τα οποία ενεργοποιούν μια σειρά από συνθήκες οι οποίες οδηγούν: 1. στην δημιουργία ενός δυναμικού αντικειμένου που συνδέεται με την αντίστοιχη τάξη της γεωμορφής 3 ης τάξης μεγέθους με την οποία ταυτίσθηκε η γεωμορφή του πεδίου, και 2. στην περιγραφή του δυναμικού αντικειμένου με μια σειρά από ιδιότητες που κληρονομούνται από τις ανώτερες τάξεις με τις οποίες είναι συνδεδεμένο. Πίνακας Β.8 Αναπαράσταση κανόνα παραγωγής σε μορφή κειμένου, με βάση την τυποποίηση (rule format) που ακολουθείται στο κέλυφος εμπείρου συστήματος Νexpert Object. Ο κανόνας παραγωγής αντιστοιχεί στην υπόθεση προσδιορισμού ενός αλλουβιακού ριπιδίου από τις τιμές δύο φωτοερμηνευτικών χαρακτηριστικών, α)του προτύπου του υδρογραφικού δικτύου και β)του οριζοντιογραφικού σχήματος. (@RULE= feature for Alluvial Fan from Pattern Elements"; (@LHS= (= (task_pe)("pattern_elements")) (Strategy (@EXHBWRD=FALSE;)) (= (lfpe_drainage_pattern) ("dichotomic")) (= (lfpe_planimetric_2d_shape) ("fan shaped")) ) (@HYPO= LFHPE_Alluvial_Fan) (@RHS= (Reset (task_newexi)) (Assign (v_new_or_existing) (task_newexi)) (Reset (LFHGMPESR_RHactions)) (Reset (dummy_task)) (Strategy (@EXHBWRD=TRUE;)) (Assign ("likely") (certainty)) (Assign ("ALFAN_PE_2") (whichrule)) (Assign ("LF_Alluvial_Fan_PE") (dummy_task)) ) ) Πίνακας Β.9 Περιγραφή των αντικειμένων που ορίζονται (μεταβλητές) στις ενέργειες των κανόνων παραγωγής που είναι στην γνωστική νησίδα αναγνώρισης γεωμορφής 3 ης τάξης μεγέθους. Αντικείμενο Τιμές Σχόλιο 1. Task_newexi New ή existing Ο χρήστης έχει προηγουμένως καθορίσει εάν η γεωμορφή έχει ήδη αναγνωρισθεί σε προηγούμενο στάδιο από διαφορετική γνωστική νησίδα. 2. whichrule Rule name Το όνομα του κανόνα παραγωγής που επαληθεύθηκε. 3. Dummy_task Landform Class Το όνομα της τάξης (πχ LF_Alluvial_Fan_PE) στην οποία θα συνδεθεί το δυναμικό αντικείμενο.

114 52 Κεφάλαιο B Tα δυναμικά αντικείμενα δημιουργούνται διαμέσου των κανόνων παραγωγής που αντιστοιχούν στους τρεις κλάδους της δομής διάζευξης της υπόθεσης LFHGMPESR_Rhactions (Σχήμα 44) και οι οποίοι ενεργοποιούνται από τις τιμές των αντικειμένων του Πίνακα 8. Ο ένας κλάδος ο οποίος εικονίζεται στο σχήμα 45, δημιουργεί ένα δυναμικό αντικείμενο για μια νέα γεωμορφή, που ορίζεται σαν μια γεωμορφή 3 ης τάξης μεγέθους η οποία δεν έχει προσδιορισθεί στην διάρκεια προηγουμένου σταδίου από διαφορετική γνωστική νησίδα. Ο κλάδος αυτός ενεργοποιείται με ανοικτές της πύλες και με βάση δύο συνθήκες: Σχήμα Β.44 Οι τρεις εναλλακτικές λύσεις που προβλέπονται στην δομή διάζευξης που αντιστοιχεί στην υπόθεση LFHGMPESR_Rhactions.! Η τιμή της μεταβλητής task_newexi να είναι ίση με new.! Η τιμή της μεταβλητή dummy_task να μην είναι απροσδιόριστη (unknown). Στην συνέχεια, οι ενέργειες του κανόνα διαβάζουν την τιμή του πεδίου Temp_landforms.ano της τάξης Temp_landforms και την αυξάνουν κατά ένα αφού μια νέα γεωμορφή τρίτης τάξης μεγέθους έχει βρεθεί. Μετά ακολουθούν διαδοχικές ερμηνείες (interpretations) στην διάρκεια των οποίων υλοποιείται (Σχήμα 45): Σχήμα Β.45 Ο κανόνας παραγωγής new ο οποίος αντιστοιχεί στο κλάδο της δομής διάζευξης της υπόθεσης LFHGMPESR_RHactions ο οποίος δημιουργεί ένα νέο δυναμικό αντικείμενο που αντιστοιχεί σε γεωμορφή 3 ης τάξης.! Δημιουργία του δυναμικού αντικειμένου LF_x, όπου x= Temp_landforms.ano+1 και σύνδεση του (με τον τελεστή CreatObject) με την τάξη που αντιστοιχεί στο dummy_task και με την τάξη Temp_landforms. Σχήμα Β.46 Δομή κανόνων παραγωγής της υπόθεσης LFHPE_xASSIGNMENT_ to_object.

115 53 Κεφάλαιο B! Ανάθεση τιμών στα πεδία του δυναμικού αντικείμενου LF_x με την ενεργοποίηση της υπόθεσης LFHPE_xASSIGNMENT _to_object κατά την φορά της ανάδρομης συλλογιστικής αλυσίδας (με το τελεστή Assign). Η υπόθεση LFHPE_xASSIGNMENT_to_object σχηματίζει μια δομή διάζευξης. Κάθε κλάδος της διάζευξης αντιστοιχεί σε ένα κανόνα παραγωγής ο οποίος έχει μια μόνο συνθήκη. Η συνθήκη ελέγχει εάν υπάρχει ταύτιση του ονόματος του κανόνα παραγωγής (μεταβλητή whichassign) που προσδιόρισε την γεωμορφή 3 ης τάξης μεγέθους. Σημείωση: στις ενέργειες του κλάδου new της υπόθεσης LFHGMPESR_Rhactions συμπεριλαμβάνεται η ανάθεση στην μεταβλητή whichassign της τιμή της μεταβλητής whichrule (Σχήμα 45). Εάν υπάρξει ταύτιση τότε γίνεται ανάθεση των ιδιοτήτων που περιγράφουν την γεωμορφή του πεδίου (αποτελούν μέρος των συνθηκών του κανόνα παραγωγής που επαληθεύτηκε) στις αντίστοιχες ιδιότητες του δυναμικού αντικειμένου που δημιουργήθηκε (Σχήμα 47). Σχήμα Β.47 Ανάθεση τιμών στα πεδία του δυναμικού αντικειμένου LF_x. Ο κανόνας παραγωγής ALFAN_PE_3 (κλάδος της δομής διάζευξης της υπόθεσης LFHPE_ xassignment_to_object) αναθέτει την περιγραφή της γεωμορφής του πεδίου (συνθήκες του κανόνα παραγωγής) στην περιγραφή του δυναμικού αντικειμένου LF_x (πεδίαιδιότητες). Οι άλλοι δύο κλάδοι της δομής διάζευξης της υπόθεσης LFHGMPESR_Rhactions (Σχήμα 44) ενεργοποιούνται εάν η γεωμορφή 3ής τάξης έχει προσδιορισθεί από άλλη γνωστική νησίδα σε προηγούμενο στάδιο. Πιο αναλυτικά: Σχήμα Β.48 Ο κλάδος της υπόθεσης LFHGMPESR_ Rhactions που ελέγχει εάν ο προσδιορισμός της γεωμορφής στο τρέχον στάδιο (dummy_task) είναι ίδιος με την προϋπάρχουσα γεωμορφή LF_x.abelongs_to, όπου x ο αύξων αριθμός της προϋπάρχουσας γεωμορφής (existing_landform).! Ο κλάδος με την μεγαλύτερη προτεραιότητα εκτέλεσης (Σχήμα 48) ελέγχει εάν οι δύο προσδιορισμοί αφορούν ίδιου τύπου γεωμορφή 3 ης τάξης (πχ LF_Alluvial_Fan_PE στο ένα στάδιο και LF_Alluvial_Fan_SR στο άλλο). Εάν οι τύποι γεωμορφών είναι διαφορετικοί (πχ LF_Alluvial_Fan_PE και LF_Playa_SR) τότε οι ενέργειες του κανόνα δεν δημιουργούν κανένα δυναμικό αντικείμενο και απεγκλωβίζουν την αναζήτηση από

116 54 Κεφάλαιο B την γνωστική νησίδα προσδιορισμός γεωμορφής 3 ης φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά. τάξης μεγέθους από τα! Ο κλάδος με την μικρότερη προτεραιότητα εκτέλεσης ενεργοποιείται εφόσον η προϋπάρχουσα γεωμορφή και η παρούσα γεωμορφή είναι του ιδίου τύπου και συνδέει το προϋπάρχον δυναμικό αντικείμενο με την τάξη γεωμορφών 3 ης τάξης που προσδιορίσθηκε στην διάρκεία του τωρινού σταδίου (δεν δημιουργείται νέο δυναμικό αντικείμενο). Οι τελευταίες ενέργειες των κλάδων της δομής διάζευξης που αντιστοιχεί στην υπόθεση LFHGMPESR_Rhactions (Σχήμα 45) απεγκλωβίζουν την αναζήτηση από την γνωστική νησίδα και την επαναφέρουν στο αρχικό επίπεδο (ενεργοποίηση της υπόθεσης H_start_top). Σχήμα Β.49 Απεγκλωβισμός της αναζήτησης, (ενεργοποίηση της υπόθεσης H_start_top) από την γνωστική νησίδα προσδιορισμός γεωμορφής 3 ης τάξης μεγέθους από τα φωτοερμηνευτικά χαρακτηριστικά, εάν αποτύχει η αναγνώριση της γεωμορφής του πεδίου. Εάν κανένα πρότυπο γεωμορφής 3 ης τάξης δεν ταυτισθεί με την γεωμορφή του πεδίου (όλες οι υποθέσεις των προτύπων είναι ψευδής) τότε δεν ενεργοποιείται ο κανόνας LFHGMPESR_Rhactions και η αναζήτηση απεγκλωβίζεται από την γνωστική νησίδα, με την ενεργοποίηση (πύλες ανοικτές) της υπόθεσης LFHPE_xReLOOP_due_to_fail (Σχήμα 49).

117 55 Κεφάλαιο B Β Προσδιορισμός Φυσιογραφικής Περιφέρειας-Ενότητας Η διαδικαστική γνώση για το προσδιορισμό της φυσιογραφίας της περιοχής μελέτης (Physiographic Context) ταυτίζει μια γεωμορφή του πεδίου 2 ης τάξης μεγέθους (Φυσιογραφική Περιφέρεια ή Ενότητα) με τα αντίστοιχα πρότυπα τα οποία ορίζονται με βάση τις τάξεις της φυσιογραφικής ιεραρχίας. Από πλευράς σχεδιασμού στο Nexpert Object Σχήμα Β.50 Κεντρικό μενού επιλογών που αντιστοιχεί στην δομή διάζευξης που αναπτύσσεται η ίδια μεθοδολογία με αυτή του ενεργοποιεί την γνωστική νησίδα φυσιογραφία. προσδιορισμού των γεωμορφών 3 ης τάξης μεγέθους. Πιο συγκεκριμένα η ενεργοποίηση των προτύπων περιλαμβάνει, αρχικοποίηση της γνωστικής νησίδας και προσδιορισμό της φυσιογραφικής περιφέρειας-ενότητας από φυσιογραφικούς δείκτες με ενεργοποίηση των υποθέσεων των κανόνων παραγωγής κατά την φορά είτε ορθής (Forward) είτε ανάστροφης (Backward) συλλογιστικής αλυσίδας (Σχήμα 50). Επιπλέον υπάρχουν κανόνες παραγωγής για την δημιουργία δυναμικών αντικειμένων (Σχήμα 51), για τον απεγκλωβισμό της αναζήτησης από την γνωστική νησίδα εάν κανένα πρότυπο δεν ταυτισθεί με την γεωμορφή του πεδίου κ.α.. Η μόνη διαφορά εστιάζεται στα διαφορετικά πρότυπα και στην διαφορετική δομή των προτύπων προκειμένου να υλοποιηθεί ένα επίπεδο αναζήτησης σε βάθος (refinement) από την φυσιογραφική περιφέρεια προς την φυσιογραφική ενότητα. Σχήμα Β.51 Δημιουργία των δυναμικών αντικειμένων PH_1 και PH_2 που είναι μέλη α) των τάξεων P_Basin_and_Range και P_Basin_and_Range _Youthful αντίστοιχα και β) της ιεραρχίας γεωμορφών του πεδίου (Temp_ph_provinces). Το αντικείμενο PH_2 αντιστοιχεί σε μια φυσιογραφική περιφέρεια του τύπου Basin και Range που ευρίσκεται στο στάδιο νεότητας. Εάν το αντικείμενο PH_2 ευρισκόταν στις Η.Π.Α. τότε θα αντιστοιχούσε στην φυσιογραφική ενότητα Great Basin.

118 56 Κεφάλαιο B Το πρότυπο προσδιορισμού της φυσιογραφικής περιφέρειας Basin και Range (υπόθεση PH_Basin_and_Range) αντιστοιχεί σε μια δομή διάζευξης με τρεις κλάδους (Σχήματα 52 και 53) και προσδιορίζει εάν η γεωμορφή του πεδίου αντιστοιχεί σε μια φυσιογραφική περιφέρεια του τύπου Basin και Range. Οι κανόνες παραγωγής που αντιστοιχούν σε κάθε κλάδο διαφέρουν μεταξύ τους μόνο ως προς τις συνθήκες και την προτεραιότητα εκτέλεσης (Σχήμα 53). Εάν κάποιος από τους κανόνες παραγωγής που αντιστοιχούν στους τρεις κλάδους αποδειχθεί αληθής (Σχήμα 53), τότε οι ενέργειες του αναθέτουν στην μεταβλητή temp_dummy_task την τιμή P_Basin_and_Range και πυροδοτούν την υπόθεση PH_Basin_and_Range_Refinement. Σχήμα Β.52 Το δένδρο που δημιουργεί η δομή διάζευξης της υπόθεσης PH_Basin_and_Range σε συνδυασμό με την PH_Basin_and_Range_Refinement. Η δεύτερη υπόθεση ενεργοποιείται στις ενέργειες των κανόνων παραγωγής της πρώτης. Σχήμα Β.53 Δύο από τους τρεις κλάδους της δομής διάζευξης της υπόθεσης PH_Basin_and_Range. Κάθε κλάδος έχει διαφορετική προτεραιότητα εκτέλεσης (1 και 5 αντίστοιχα). Πρώτα θα ενεργοποιηθεί ο κλάδος με προτεραιότητα 5, ο οποίος για να επαληθευτεί πρέπει να ικανοποιηθούν περισσότερες συνθήκες. Εάν η επαλήθευση του κλάδου αυτού αποτύχει τότε ενεργοποιείται ο κλάδος με προτεραιότητα εκτέλεσης ίση με 1.