ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ :

Transcript

1 ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΔΙΑΠΑΝΕΠΣΤΗΜΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΝΑΥΤΙΚΗ ΚΑΙ ΘΑΛΑΣΣΙΑ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΕΠΙΣΤΗΜΗ ΑΘΗΝΑ, ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2012 ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ : Διερεύνηση αντικειμενοστρεφούς μεθοδολογίας ανάλυσης εικόνας, για την εξαγωγή διακριτών (γεω)μορφολογικών χαρακτηριστικών, από ψηφιακό μοντέλο αναγλύφου πυθμένα. Το υποθαλάσσιο ηφαίστειο Κολούμπο. Πηγή : Nomikou et. al., 2012b. ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : ΑΡΓΙΑΛΑΣ ΔΗΜΗΤΡΗΣ Το υποθαλάσσιο ηφαίστειο Κολούμπο. Αποτελέσματα Αντικειμενοστρεφούς Ανάλυσης Εικόνας. ΦΟΙΤΗΤΡΙΑ : ΜΠΑΜΠΟΥΡΔΑ ΔΕΣΠΟΙΝΑ

2 Διερεύνηση αντικειμενοστρεφούς μεθοδολογίας ανάλυσης εικόνας, για την εξαγωγή διακριτών (γεω)μορφολογικών χαρακτηριστικών, από ψηφιακό μοντέλο αναγλύφου πυθμένα. Λέξεις κλειδιά : Αντικειμενοστρεφής ανάλυση εικόνας, Γεωμορφές, Κολούμπο, Θαλάσσιος πυθμένας, Ελληνικό ηφαιστειακό τόξο. Key words : Object based image analysis, Geomorphology, Koloumbo, Seabed, Greek volcanic arc. Εκπόνηση Διπλωματικής Εργασίας : Μπαμπουρδά Δέσποινα Αγρονόμος και Τοπογράφος Μηχανικός Ε.Μ.Π. Επιβλέπων Καθηγητής : Αργιαλάς Δημήτρης Καθηγητής Ε.Μ.Π. Εγκρίθηκε από την τριμελή εξεταστική επιτροπή: Δημήτης Αργιαλάς Σπυρίδων Α. Μαυράκος Βασιλεία Καραθανάση Καθηγητής Ε.Μ.Π. Καθηγητής Ε.Μ.Π. Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Ε.Μ.Π. ΑΘΗΝΑ, ΟΚΤΩΒΡΙΟΣ 2012 Διπλωματική Εργασία Μπαμπουρδά Δέσποινα II

3 Δηλώνω ότι, όλα τα στοιχεία τα οποία δεν είναι προϊόν της παρούσας εργασίας, συνοδεύονται από την εκάστοτε βιβλιογραφική αναφορά ΜΠΑΜΠΟΥΡΔΑ ΔΕΣΠΟΙΝΑ ΑΓΡΟΝΟΜΟΣ ΚΑΙ ΤΟΠΟΓΡΑΦΟΣ ΜΗΧΑΝΙΚΟΣ Ε.Μ.Π. Διπλωματική Εργασία Μπαμπουρδά Δέσποινα III

4 ΕΥΧΑΡΙΣΤΙΕΣ Με την ολοκλήρωση της παρούσας διπλωματικής, θα ήθελα αρχικά να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα καθηγητή μου κ. Αργιαλά Δημήτρη, Καθηγητή Ε.Μ.Π., για την εμπιστοσύνη που επέδειξε στο πρόσωπό μου με την ανάθεση της παρούσας διπλωματικής, για τις πολύτιμες επιστημονικές του παρατηρήσεις και υποδείξεις και ιδιαίτερα για τη σημαντική υποστήριξη και τη δύναμη που μου μετέδωσε για την ολοκλήρωση της παρούσας εργασίας. Θα ήθελα να ευχαριστήσω θερμά την κ. Νομικού Παρασκευή, Λέκτορα Γεωλογικής Ωκεανογραφίας και Φυσικής Γεωγραφίας, στο Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος του Πανεπιστημίου Αθηνών, για την άψογη συνεργασία μας και για την πολύτιμη βοήθειά της σε όλα τα στάδια ολοκλήρωσης της παρούσας διπλωματικής. Ευχαριστώ πολύ τον Τζώτσο Άγγελο, Υποψήφιο Διδάκτορα Ε.Μ.Π., για τις πολύτιμες επιστημονικές συμβουλές του. Εκφράζω τις ευχαριστίες μου στα μέλη της εξεταστικής επιτροπής, κ. Μαυράκο Σπυρίδων, Καθηγητή Ε.Μ.Π. και κ. Καραθανάση Βασιλεία, Αναπληρώτρια Καθηγήτρια Ε.Μ.Π., για τη μελέτη της διπλωματικής μου εργασίας και για τις εύστοχες παρατηρήσεις τους. Τέλος, θα ήθελα να ευχαριστήσω την οικογένειά μου, στην οποία και οφείλω αυτό που είμαι σήμερα. Τους ευχαριστώ που είναι και θα είναι πάντα δίπλα μου. Τους ευχαριστώ ιδιαίτερα που μου έδωσαν τα εφόδια να γίνω ένας ελεύθερος άνθρωπος και με έμαθαν να χαίρομαι τη ζωή σαν να είναι ένα ευχάριστο παιχνίδι. Θα ήθελα να αφιερώσω αυτή μου την προσπάθεια στους γονείς μου, Νίκο και Μαρίκα. Ευχαριστίες IV

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Η μορφολογία του θαλάσσιου πυθμένα παρουσιάζει ιδιαίτερο επιστημονικό ενδιαφέρον. Σε αυτόν, παρατηρείται μεγάλος αριθμός γεωμορφολογικών σχηματισμών, η παρακολούθηση και η μελέτη των οποίων βοηθά στην εξαγωγή πληροφοριών σχετικά με τη δημιουργία και την εξέλιξη του ωκεάνιου φλοιού της γης στη διάρκεια των χρόνων. Η μελέτη της μορφολογίας του ωκεάνιου πυθμένα ωστόσο, βοηθάει και στην εκτίμηση και πρόληψη φυσικών κινδύνων από τον άνθρωπο. Στον ωκεάνιο πυθμένα βρίσκονται πλήθος ενεργών ηφαιστείων ανά τον κόσμο καθώς και ενεργές ρηξιγενείς ζώνες. Τέλος, η ανάπτυξη ανθρώπινων δραστηριοτήτων στον υποθαλάσσιο χώρο, καθιστά απαραίτητη τη γνώση της μορφολογίας του θαλάσσιου πυθμένα. Διαδικασίες όπως, η εξόρυξη υδρογονανθράκων καθώς και η κατασκευή υποθαλάσσιων τεχνικών έργων (υποθαλάσσιες σήραγγες, γέφυρες, σταθερές εξέδρες-jackets, ανεμογεννήτριες κτλ.), απαιτούν τη γνώση της μορφολογίας του θαλάσσιου πυθμένα της εκάστοτε περιοχής μελέτης. Επακόλουθο όλων των παραπάνω, είναι το έντονο επιστημονικό ενδιαφέρον σχετικά με τις μεθόδους αποτύπωσης και γνώσης της μορφολογίας του θαλάσσιου πυθμένα. Η συνεργασία και συνεισφορά επιστημόνων διαφορετικών ειδικοτήτων, όπως σε κάθε περίπτωση, έτσι και για τον συγκεκριμένο σκοπό, μπορεί να αποφέρει τα βέλτιστα αποτελέσματα. Πρόλογος V

6 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα διπλωματική εργασία, αφορά τη μελέτη του θαλάσσιου πυθμένα από ψηφιακά μοντέλα αναγλύφου πυθμένα, με τη χρήση αντικειμενοστρεφούς ανάλυσης εικόνας. Έχει ως στόχο την αυτοματοποιημένη εξαγωγή γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών πυθμένα, στον οποίο εντοπίζεται έντονη ηφαιστειακή δραστηριότητα. Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στη λεκάνη της Ανύδρου, όπου δεσπόζει το υποθαλάσσιο ηφαίστειο του Κολούμπο, καθώς και μικρότεροι υποθαλάσσιοι ηφαιστειακοί κώνοι, 7 χλμ βορειοανατολικά της Σαντορίνης. Για το σκοπό αυτό, έγινε χρήση ψηφιακού μοντέλου αναγλύφου πυθμένα ανάλυσης 50mx50m (το οποίο αποτελεί πνευματική ιδιοκτησία του ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε και παραχωρήθηκε αποκλειστικά για την εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής) και των παραγώγων αυτού : Slope (Κλίση), Topographic Position Index (TPI- Δείκτης τοπογραφικής θέσης) και Terrain Ruggedness Index (TRI- Δείκτης τραχύτητας εδάφους), τα οποία δημιουργήθηκαν στο ελεύθερο λογισμικό Quantum GIS 7.4. Η εφαρμογή της αντικειμενοστρεφούς ανάλυσης εικόνας πραγματοποιήθηκε στο λογισμικό ecognition 8.7. Δημιουργήθηκαν συνολικά εννέα επίπεδα κατάτμησης και ταξινόμησης με στόχο την παραγωγή του τελικού επιπέδου κατάτμησης level 5, στο οποίο και ταξινομήθηκαν οι τελικές κατηγορίες γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών : υπόβαθρο εικόνας (background), υποθαλάσσια λεκάνη (basin), βάση του κρατήρα (crater floor), κρατήρες ηφαιστειακών δόμων (craters of volcano cone), πλευρά ηφαιστείου (flank of volcano), εσωτερικά πρανή κρατήρα με έντονες κλίσεις (inner crater walls -great slopes), εσωτερικά πρανή κρατήρα με ήπιες κλίσεις (inner crater walls -mild slopes), ηφαιστειακοί δόμοι/κώνοι με έντονες κλίσεις (volcano dome/cone with great slopes), ηφαιστειακοί δόμοι με ήπιες κλίσεις (volcano dome with mild slopes), ηφαιστειακοί δόμοι με ήπιες κλίσεις ή κορυφές ηφαιστειακών δόμων (volcano dome with mild slopes or peak of volcano dome) και περιοχές έντονης κλίσης (great slopes). Τα αποτελέσματα της μεθόδου αξιολογήθηκαν με τη χρήση αλγορίθμων του λογισμικού (που αφορούν την ευστάθεια της ταξινόμησης), αλλά και με ποιοτική και ποσοτική σύγκριση των αποτελεσμάτων με υπάρχων χαρτογραφικό υλικό. Ο έλεγχος ευστάθειας της ταξινόμησης έδωσε πολύ καλά αποτελέσματα, με τις μέσες τιμές να βρίσκονται κατά κύριο λόγο κοντά στη μονάδα. Περίληψη VI

7 Κατά την ποιοτική αξιολόγηση εντοπίστηκαν κάποιες διαφορές στα πλευρά του Κολούμπο, και τρεις περισσότεροι ηφαιστειακοί δόμοι στα αποτελέσματα της ταξινόμησης σε σχέση με αυτά που αναδεικνύονται στο υπάρχων ερευνητικό υλικό. Τα όρια των υπόλοιπων ηφαιστειακών δόμων/κώνων, των εσωτερικών πρανών και της βάσης του κρατήρα, ταξινομήθηκαν και προσδιορίστηκαν σχεδόν όπως αυτά εκτιμήθηκαν από την κ. Νομικού (Λέκτορα Γεωλογικής Ωκεανογραφίας και Φυσικής Γεωγραφίας, στο Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος του Πανεπιστημίου Αθηνών). Κατά την ποσοτική αξιολόγηση, με την εξαγωγή των δεικτών (Completeness, Correctness και Overall Quality), τα αποτελέσματα ήταν πολύ καλά, με τους δείκτες να κυμαίνονται στο διάστημα [60.52%, 98.90%]. Περίληψη VII

8 ABSTRACT TITLE : "Investigation of an object based image analysis methodology for the extraction of discrete (geo) morphological features from digital seabed elevation models". This thesis concerns the study of the seafloor through digital seabed elevation models, using object based image analysis methods. It is intended to the automated extraction of geomorphological features from the seabed in regions presenting intense volcanic activity. The study area is located around the submarine volcano of the Kolumbo (in the submarine area northeast of the Santorini island). For this purpose, a digital elevation model of the seabed with a resolution of 50mx50m was obtained from Hellenic Centre For Marine Research for the purpose of this thesis. Derivatives of the DEM such us: Slope, Topographic Position Index (TPI) and Terrain Ruggedness Index (TRI), were created in the open source software "Quantum GIS 7.4". The implementation of the object based image analysis was performed in ecognition 8.7 software. Nine segmentation and classification levels where created in order to produce the final level segmentation "level 5", in which were classified the final categories of geomorphological features: background, basin, crater floor, crater of volcano cone, flank of volcano, inner crater walls (great slopes), inner crater walls (mild slopes), volcano dome/cone with great slopes, volcano dome with mild slopes, volcano dome with mild slopes or peak of volcano dome and great slopes. The results of the method were evaluated using classification stability measures and with qualitative and quantitative comparison of the results with existing map. The stability check of the classification gave very good results, with mean values around 1. In the qualitative assessment some differences in the flank of Koloumbo were identified, and three more volcanic domes were extracted compared with those obtained from existing map. The boundaries of other volcanic domes/cones, inner crater walls and crater floor, were classified and identified almost as estimated by Ms Nomikou (Lecturer in Geological Oceanography and Physical Geography, Department of Geology and Geoenvironment, University of Athens). In the quantitative evaluation employing the accuracy indices (Completeness, Correctness and Overall Quality), the results were very good with the indices ranging over the interval [60.52%, 98.90%]. Abstract VIII

9 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελ. ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 : ΕΙΣΑΓΩΓΗ...1 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ...2 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.1. : Το εσωτερικό της Γης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.2. : Το Ανάγλυφο των Ωκεάνιων Πυθμένων ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.3. : Η Τεκτονική των Λιθοσφαιρικών Πλακών ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.4 : Το Ορογενετικό Τόξο : Το Ελληνικό Ορογενετικό Τόξο : Το Ελληνικό Ηφαιστειακό Τόξο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.5. : Ηφαίστεια : Η Δομή του Ηφαιστείου : Τύποι Ηφαιστείων : Πρόγνωση Ηφαιστειακού Κινδύνου...27 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.6 : Το Υποθαλάσσιο Ηφαίστειο Κολούμπο : Ιστορικά Στοιχεία : Η Μορφολογία του Κολούμπο ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.7. : Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας : Προηγούμενες Μελέτες και Υπάρχων Ερευνητικό Υλικό : Η Μέθοδος της Αντικειμενοστρεφούς Ανάλυσης Εικόνας : Η Μεθοδολογία της Κατάτμησης των Εικόνων : Η Μεθοδολογία της Ταξινόμησης των Εικόνων :Αξιολόγηση Αποτελεσμάτων...51 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 : ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ...52 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3.1. : Δεδομένα Επεξεργασίας ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3.2. : Φωτοερμηνεία της Υπό Μελέτη Περιοχής ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3.3. : Χαρακτηριστικά Γεωμορφών από Προηγούμενο Ερευνητικό Υλικό ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3.4. : Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition : Δημιουργία Επιπέδου Level : Δημιουργία Επιπέδου Level : Δημιουργία Επιπέδου Level : Δημιουργία Επιπέδου Level Περιεχόμενα ΙΧ

10 : Δημιουργία Επιπέδου Level : Δημιουργία Επιπέδου Level : Δημιουργία Επιπέδου Level : Δημιουργία Επιπέδου Level : Δημιουργία Επιπέδου Level Συνοπτικός Αλγόριθμος των Επιπέδων Κατάτμησης και Ταξινόμησης ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4.1. : Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της αντικειμενοστρεφούς ανάλυσης των δεδομένων της υπό μελέτη περιοχής : Ποιοτική Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων ταξινόμησης : Στατιστικοί Έλεγχοι των Αποτελεσμάτων της Ταξινόμησης, μέσω του Λογισμικού : Ποσοτική αξιολόγηση των αποτελεσμάτων, με την εξαγωγή των δεικτών Completeness, Correctness και Overall Quality ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 : ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΚΑΙ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5.1 : Συμπεράσματα ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5.2 : Προοπτικές ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ Περιεχόμενα Χ

11 ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ, ΠΙΝΑΚΩΝ ΚΑΙ ΣΧΗΜΑΤΩΝ ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΕΙΚΟΝΩΝ : ΣΕΛ. Εικόνα 2.1 : Ένα απλοποιημένο μοντέλο της δομής του εσωτερικού της Γης. Η γήινη σφαίρα αποτελείται από ομόκεντρα στρώματα διαφορετικού πάχους, σύστασης και πυκνότητας...3 Εικόνα 2.2 : Οι μεγαλύτερες μορφολογικές ενότητες των θαλάσσιων πυθμένων. Η σχηματική τομή είναι κάθετα στον άξονα μιας ενεργούς ωκεάνιας ράχης...6 Εικόνα 2.3 : Μεσοωκεάνια ράχη και ρήγματα "μετασχηματισμού"...8 Εικόνα 2.4 : Απεικόνιση των στοιβάδων της λιθόσφαιρας και της ασθενόσφαιρας...9 Εικόνα 2.5 : Η ηπειρωτική λιθόσφαιρα, λόγω της μικρότερης πυκνότητας που παρουσιάζει, σε σχέση με την ωκεάνια, επιπλέει πιο εύκολα στην ασθενόσφαιρα και εξ' αιτίας του μεγάλου πάχους της, εισχωρεί αρκετά πιο βαθιά μέσα σ' αυτή (δημιουργώντας μια βαθιά ρίζα), ακριβώς όπως και ένα παγόβουνο...9 Εικόνα 2.6 : Ισοστατικές επανορθώσεις στο γήινο φλοιό. Καθώς επιπλέον μάζα προστίθεται σε ένα τέμαχος της λιθόσφαιρας (ιζηματογένεση, μαγματικές διεισδύσεις, παγετώνες κλπ.), αυτό τείνει να καταβυθιστεί. Αντίθετα αν απομακρύνεται μάζα (διάβρωση, τήξη παγετώνων κλπ.), το τέμαχος τείνει να ανυψωθεί...10 Εικόνα 2.7 : Οι επτά κύριες και ορισμένες μικρότερες, τεκτονικές λιθοσφαιρικές πλάκες της Γης...11 Εικόνα 2.8. : Οι τύποι των ορίων ανάμεσα στις τεκτονικές λιθοσφαιρικές πλάκες της Γης...12 Εικόνα 2.9 : Η κατανομή της ηφαιστειακής δραστηριότητας και των σεισμών στο περι-ειρηνικό τόξο, ακολουθεί τα όρια των πλακών, καθώς τα φαινόμενα αυτά σχετίζονται άμεσα με τις γεωδυναμικές διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα εκεί...14 Εικόνα 2.10 : Σχηματική απεικόνιση σε τομή των επιμέρους τμημάτων ενός ορογενετικού τόξου...15 Εικόνα 2.11 : Σύγκλιση μιας ωκεάνιας και μιας ηπειρωτικής πλάκας, με υποβύθιση της πρώτης κάτω από τη δεύτερη (περίπτωση Άνδεων)...17 Εικόνα 2.12 : Σχηματική απεικόνιση σε στερεοδιάγραμμα του σημερινού ελληνικού τόξου. Με πράσινο χρώμα σημειώνεται το μετωπικό τμήμα της προωθούμενης ευρασιατικής πλάκας, ενώ με πορτοκαλί η υποβυθιζόμενη αφρικανική πλάκα (τα βέλη δείχνουν τη φορά υποβύθισης). Από την ανάτηξη των πετρωμάτων της τελευταίας παράγεται μάγμα, που ανερχόμενο στην επιφάνεια δημιουργεί το τόξο των ηφαιστείων του Αιγαίου. Η προστριβή των δύο πλακών παράγει σεισμούς στα Ιόνια νησιά και το νότιο Αιγαίο (Κρήτη, Δωδεκάνησα)...19 Εικόνα 2.13 : Οι κυριότερες μορφοτεκτονικές ενότητες του Ελληνικού Τόξου...19 Εικόνα 2.14: Στιγμιότυπο ηφαιστειακής έκρηξης. Εκτόξευση πυρακτωμένης λάβας...21 Εικόνα 2.15 : Σχηματική απεικόνιση τυπικού κωνικού ηφαιστείου σε τομή...23 Εικόνα 2.16 : Τρισδιάστατη απεικόνιση της καλδέρας της Σαντορίνης...24 Ευρετήριο Εικόνων ΧΙ

12 Εικόνα 2.17 : Το σχετικό σχήμα και μέγεθος διάφορων τύπων ηφαιστείων...25 Εικόνα 2.18 : Αποχρωματισμένο νερό ανεβαίνει πάνω από το σημείο έκρηξης του υποθαλάσσιου ηφαιστείου El Hierro στις Κανάριες Νήσους...29 Εικόνα 2.19 : Ανάδυση ελαφρόπετρας από την υποθαλάσσια έκρηξη του 2009, στα νησιά της Tonga, στο Νότιο Ειρηνικό...29 Εικόνα 2.20 : Εκτόξευση τέφρας και αερίων κατά την υποθαλάσσια έκρηξη του 2009, στα νησιά της Tonga, στο Νότιο Ειρηνικό...29 Εικόνα 2.21 : Το μετεωρολογικό φαινόμενο της αστραπής, στην έκρηξη του ηφαιστείου Cordon Caulle στη Χιλή...29 Εικόνα 2.22 : Νέφος αερίων ταξιδεύει πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας ανοιχτά των ανατολικών ακτών του νησιού Montserrat στις Μικρές Αντίλλες...31 Εικόνα 2.23 : Βαθυμετρικός- τεκτονικός χάρτης της περιοχής ανατολικά και νοτιοανατολικά της Σαντορίνης...32 Εικόνα 2.24 : Στρωματογραφία κατά μήκος της γραμμής Κολούμπο, με τομογράφο υποδομής πυθμένα (Air Gun 10ci single channel seismic profiling)...33 Εικόνα 2.25 : Βαθυμετρικός χάρτης γύρω από την περιοχή της Σαντορίνης...34 Εικόνα 2.26 : Βαθυμετρικός χάρτης γύρω από την περιοχή του Κολούμπο η διάταξη των ηφαιστειακών δόμων...35 Εικόνα 2.27: Υδροθερμικός πόρος στον κρατήρα του ηφαιστείου Κολούμπο...37 Εικόνα 2.28 :Υδροθερμική καμινάδα ύψους 4 m στον κρατήρα του ηφαιστείου Κολούμπο. Οι πλευρές της καμινάδας είναι καλυμμένες με μικροοργανισμούς Εικόνα 2.29:Συσσωμάτωμα πολυμεταλλικών σουλφιδίων και θειικών αλάτων...37 Εικόνα 2.30 : Συνένωση των αντικειμένων που έχουν ταξινομηθεί ως parts...45 Εικόνα 2.31 : Επέκταση των αντικειμένων που ανήκουν στην κλάση γόνο seeds, με την ένωσή τους με γειτονικά αντικείμενα που ανήκουν στην κλάση candidate Ν1. Σημειώνεται ότι, τα δύο αντικείμενα στο κέντρο της εικόνας που ανήκουν στην κλάση γόνο, μετά την εφαρμογή του αλγορίθμου, επεκτείνονται σε όλο το χώρο που καταλαμβάνουν τα γειτονικά αντικείμενα που ανήκουν στην κλάση candidate, παραμένοντας ωστόσο δύο ξεχωριστά αντικείμενα...46 Εικόνα 3.1 : Απεικόνιση των βαθυμετρικών δεδομένων στο ΕΓΣΑ 87, μέσω του ελεύθερου λογισμικού Quantum GIS...54 Εικόνα 3.2 : Απεικόνιση του παραγώγου του ψηφιακού μοντέλου εδάφους slope μέσω του ελεύθερου λογισμικού Quantum GIS...56 Εικόνα 3.3 : Γραφική απεικόνιση των τιμών του (TPI)...57 Εικόνα 3.4 : Απεικόνιση του δείκτη TPI (Δείκτης τοπογραφικής θέσης), μέσω του ελεύθερου λογισμικού Quantum GIS...59 Εικόνα 3.5 : Αναπαράσταση τμήματος ψηφιακού μοντέλου εδάφους με τη μορφή καννάβου, όπου ο δείκτης TRI για το κεντρικό εικονοστοιχείο δίνεται από τη σχέση : TRI= Y[Σ(Χij-X00)2 ] ½, όπου Χij είναι το υψόμετρο κάθε γειτονικού εικονοστοιχείου του εικονοστοιχείου (0,0)...60 Εικόνα 3.6 : Απεικόνιση του δείκτη TRI (Δείκτης τραχύτητας εδάφους), μέσω του ελεύθερου λογισμικού Quantum GIS...61 Εικόνα 3.7 : Τρισδιάστατη απεικόνιση του Κολούμπο...62 Εικόνα 3.8 : Βαθυμετρικά δεδομένα στην περιοχή του Κολούμπο. Απεικόνιση Equalizing : Standard Deviation (3.00), στο λογισμικό ecognition...63 Ευρετήριο Εικόνων ΧΙΙ

13 Εικόνα 3.9 : Λεπτομερής βαθυμετρικός χάρτης των ηφαιστειακών δόμων και κώνων που βρίσκονται πιο κοντά στο ηφαίστειο του Κολούμπο (VC2, VC3, VC4, VC5, VC6, VC7)...64 Εικόνα 3.10 : Λεπτομερής βαθυμετρικός χάρτης των ηφαιστειακών δόμων και κώνων VC9, VC10, VC11, και VC12, στην περιοχή του Κολούμπο...65 Εικόνα 3.11 : Λεπτομερής βαθυμετρικός χάρτης των ηφαιστειακών δόμων που βρίσκονται στη μεγαλύτερη απόσταση από τον Κολούμπο (VC13, VC14, VC15, VC17, VC18)...65 Εικόνα 3.12: Παράθυρο εφαρμογής του ecognition 8.7. Απεικόνιση των βασικών παραθύρων επιλογής : Process Tree, Class Hierarchy, Feature View και Image Object Information...70 Εικόνα 3.13 : Απεικόνιση του παραγώγου του ψηφιακού μοντέλου αναγλύφου πυθμένα slope...71 Εικόνα 3.14: Απεικόνιση στο λογισμικό ecοgnition, των αντικειμένων του επιπέδου κατάτμησης 5, που έχουν για το θεματικό επίπεδο layer 2 (που αποτελεί το παράγωγο του ψηφιακού μοντέλου αναγλύφου πυθμένα, slope ), τιμή μεταξύ των ορίων [0,3]...71 Εικόνα 3.15: Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level Εικόνα 3.16: Δημιουργία των κλάσεων : interesting area 1 και background 1 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν...73 Εικόνα 3.17: Απεικόνιση αποτελεσμάτων κατάτμησης και ταξινόμησης επιπέδου level 1. Με μοβ απόχρωση απεικονίζεται η περιοχή ενδιαφέροντος, για την οποία και υπάρχουν βαθυμετρικά δεδομένα...74 Εικόνα 3.18: Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level Εικόνα 3.19 : Δημιουργία των κλάσεων : background 2 και basin like 2 (slope<4%) και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν...76 Εικόνα 3.20 : Δημιουργία των κλάσεων : flank volcano like 2 (slope >3%), volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 2, volcano dome/cone with mild slopes 2 (>5%,<11%) και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν...77 Εικόνα 3.21 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level Εικόνα 3.22: Απεικόνιση μέρους των αντικειμένων κατάτμησης του επιπέδου level Εικόνα 3.23: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 2, μετά την εντολή merge region. Εμφάνιση μόνο της κλάσης volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 2, τα αντικείμενα της οποίας θα χρησιμοποιηθούν σε επόμενο στάδιο για την εξαγωγή της κατηγορίας volcano dome/cone with great slopes, του επιπέδου level Εικόνα 3.24 : Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level Εικόνα 3.25 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 3, πριν την εντολή merge region...81 Εικόνα 3.26 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 3, πριν την εντολή merge region. Εμφάνιση μόνο της κλάσης volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 3, τα αντικείμενα της οποίας θα χρησιμοποιηθούν σε επόμενο στάδιο για την εξαγωγή της τελικής κατηγορίας volcano dome/cone with great slopes final, του επιπέδου level 3, μετά την εφαρμογή της εντολής merge region...82 Ευρετήριο Εικόνων ΧΙΙΙ

14 Εικόνα 3.27: Χρήση του εργαλείου feature view στο επίπεδο level 3. Απεικόνιση των αντικειμένων που έχουν τιμή στο χαρακτηριστικό Relative border to volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 3, στο διάστημα [0.55, 1]...82 Εικόνα 3.28: Ιεραρχία κλάσεων επιπέδου level 3, μετά την εντολή merge region...83 Εικόνα 3.29: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 3, μετά την εντολή merge region...85 Εικόνα 3.30 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 3, μετά την εντολή merge region. Εμφάνιση μόνο της τελικής κατηγορίας : ηφαιστειακοί δόμοι/κώνοι με μεγάλες κλίσεις (>10%)...85 Εικόνα 3.31 : Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level Εικόνα 3.32 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 4, πριν την εντολή merge region...87 Εικόνα 3.33 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 4, πριν την εντολή merge region. Εμφάνιση μόνο της κλάσης inner crater walls like 4, τα αντικείμενα της οποίας θα χρησιμοποιηθούν σε επόμενο στάδιο για την εξαγωγή της τελικής κατηγορίας inner crater walls final, του επιπέδου level 4, μετά την εφαρμογή της εντολής merge region...87 Εικόνα 3.34 : Ιεραρχία κλάσεων επιπέδου level 4, μετά την εντολή merge region...88 Εικόνα 3.35 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 4, μετά την εντολή merge region...90 Εικόνα 3.36 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 4, μετά την εντολή merge region. Εμφάνιση μόνο των τελικών κατηγοριών : inner crater walls (great slope), inner crater walls (mild slope) και crater floor...90 Εικόνα 3.37 : Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level Εικόνα 3.38: Ιεραρχία κλάσεων επιπέδου level Εικόνα 3.39: Δημιουργία των κλάσεων : background 6 και not volcano dome/cone like 6 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν...92 Εικόνα 3.40: Δημιουργία της κλάσης : volcano dome/cone with mild slope or peak /crater of volcano dome/cone with great slopes like 6 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν...93 Εικόνα 3.41: Δημιουργία των κλάσεων : crater of volcano cone like 6 και volcano with mild slopes or peak of volcano dome with great slopes like 6 (a) και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν...94 Εικόνα 3.42: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 6, πριν την εντολή merge region...95 Εικόνα 3.43: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 6, μετά την εντολή merge region...95 Εικόνα 3.44: Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level Εικόνα 3.45: Δημιουργία των κλάσεων : background 7 και not volcano dome with mild slope like 7 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν...97 Εικόνα 3.46: Δημιουργία της κλάσης volcano dome with mild slope like 7 (b) και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν...98 Εικόνα 3.47: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 7, πριν την εντολή merge region...99 Εικόνα 3.48: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 7, μετά την εντολή merge region...99 Ευρετήριο Εικόνων ΧΙV

15 Εικόνα 3.49: Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level Εικόνα 3.50: Απεικόνιση (με τη χρήση του παραθύρου Feature View των αντικειμένων με κλίση [3,10] στο επίπεδο κατάτμησης level 5. Στο νότιο (τονισμένο) τμήμα του Κολούμπο δεν είναι διακριτά τα όριά του σε σχέση με τη γύρω περιοχή Εικόνα 3.51: Αποτελέσματα κατάτμησης επιπέδου level 8. Δημιουργία αντικειμένων με ορατά τα νότια όρια των πλευρών του Κολούμπο Εικόνα 3.52: Δημιουργία των κλάσεων : background 8 και not flank volcano like 8 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν Εικόνα 3.53: Δημιουργία της κλάσης : flank volcano like 8 και η συνάρτηση συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκε Εικόνα 3.54: Απεικόνιση αποτελεσμάτων κατάτμησης και ταξινόμησης επιπέδου level 8. Εικόνα (α), πριν την εκτέλεση της εντολής merge region, εικόνα (β), μετά την εκτέλεση merge region για όλες τις κλάσεις του level 8. Στον κόκκινο κύκλο βρίσκονται τα νότια όρια των πλευρών του Κολούμπο Εικόνα 3.55: Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level Εικόνα 3.56: Ιεραρχία κλάσεων επιπέδου level Εικόνα 3.57: Δημιουργία των κλάσεων background 9, basin like 9 (slope <4%) και basin like 9 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν Εικόνα 3.58: Δημιουργία των κλάσεων flank volcano like (a) 9 και not flank volcano like 9 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν Εικόνα 3.59: Δημιουργία των κλάσεων flank volcano like (b) 9 και crater floor 9 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν Εικόνα 3.60: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level Εικόνα 3.61: Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level Εικόνα 3.62: Ιεραρχία κλάσεων επιπέδου level 5, πριν την εφαρμογή της εντολής merge region Εικόνα 3.63: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level Εικόνα 3.64: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 5. Απόκρυψη των κατηγοριών : υποθαλάσσια λεκάνη και περιοχές έντονης κλίσης, για την καλύτερη διάκριση των υπόλοιπων κατηγοριών Εικόνα 4.1: Αποτελέσματα ταξινόμησης του τελικού επιπέδου level Εικόνα 4.2: Χάρτης κλίσεων γύρω από την περιοχή του Κολούμπο Με κόκκινη γραμμή είναι τα όρια των ηφαιστειακών δόμων/κώνων των πλευρών του Κολούμπο, των εσωτερικών πρανών και της βάσης του κρατήρα, έτσι όπως σχεδιάστηκαν με το χέρι κατά την εκτίμηση της κ. Νομικού. Η κόκκινη αρίθμηση δείχνει τους ηφαιστειακούς δόμους/κώνους για τους οποίους έχουν πραγματοποιηθεί μετρήσεις από το ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε Εικόνα 4.3: Αποτελέσματα ταξινόμησης του τελικού επιπέδου level Εικόνα 4.4: Χάρτης κλίσεων γύρω από την περιοχή του Κολούμπο Με κόκκινη γραμμή είναι τα όρια των ηφαιστειακών δόμων/κώνων των πλευρών του Κολούμπο, των εσωτερικών πρανών και της βάσης του κρατήρα, έτσι όπως σχεδιάστηκαν με το χέρι κατά την εκτίμηση της κ. Νομικού. Η κόκκινη αρίθμηση δείχνει τους ηφαιστειακούς δόμους/κώνους για τους οποίους έχουν πραγματοποιηθεί μετρήσεις από το ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε Εικόνα 4.5: Αποτελέσματα ταξινόμησης του τελικού επιπέδου level Ευρετήριο Εικόνων ΧV

16 Εικόνα 4.6: Χάρτης κλίσεων γύρω από την περιοχή του Κολούμπο Με κόκκινη γραμμή είναι τα όρια των ηφαιστειακών δόμων/κώνων των πλευρών του Κολούμπο, των εσωτερικών πρανών και της βάσης του κρατήρα, έτσι όπως σχεδιάστηκαν με το χέρι κατά την εκτίμηση της κ. Νομικού. Η κόκκινη αρίθμηση δείχνει τους ηφαιστειακούς δόμους/κώνους για τους οποίους έχουν πραγματοποιηθεί μετρήσεις από το ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε Εικόνα 4.7: Η μέθοδος αξιολόγησης Accuracy Assessment, που παρέχει το λογισμικό και οι τέσσερις επιλογές αλγορίθμων Εικόνα 4.8: Χρωματική αναπαράσταση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το τελικό επίπεδο Εικόνα 4.9 : α) ψηφιοποίηση ορίων, όπως ορίστηκαν κατά την εκτίμηση της κ. Νομικού, β) ψηφιοποίηση των ορίων, όπως προέκυψαν από την αντικειμενοστρεφή ανάλυση της εικόνας ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΠΙΝΑΚΩΝ : ΣΕΛ. Πίνακας 2.1 : Ηφαιστειακά κέντρα (χερσαία και υποθαλάσσια), του ελληνικού ηφαιστειακού τόξου...20 Πίνακας 2.2 : Χαρακτηριστικά ηφαιστειακών δόμων (Πίνακας 1/2)...36 Πίνακας 2.3 : Χαρακτηριστικά ηφαιστειακών δόμων (Πίνακας 2/2)...36 Πίνακας 2.4 : Οι συναρτήσεις συμμετοχής που παρέχει το λογισμικό ecognition Πίνακας 2.5 : Τα χαρακτηριστικά features που παρέχει το λογισμικό ecognition 8.7, τα οποία σχετίζονται με το ίδιο το αντικείμενο ή με την κατηγορία των κλάσεων...49 Πίνακας 2.6 : Οι αλγόριθμοι ταξινόμησης που παρέχει το λογισμικό ecognition Πίνακας 3.1 : Πίνακας εφαρμογής της μετατροπής του συστήματος συντεταγμένων των δεδομένων, από το WGS 84 στο ΕΓΣΑ 87, μέσω του ελεύθερου λογισμικού Quantum GIS...53 Πίνακας 3.2 : Πίνακας εξαγωγής του παραγώγου του ψηφιακού μοντέλου εδάφους Slope στο ελεύθερο λογισμικό Quantum GIS...55 Πίνακας 3.3 : Πίνακας εφαρμογής του Δείκτη τοπογραφικής θέσης (TPI) στο ελεύθερο λογισμικό Quantum GIS...58 Πίνακας 3.4 : Πίνακας εφαρμογής του Δείκτη τραχύτητας εδάφους (TRI) στο ελεύθερο λογισμικό Quantum GIS...60 Πίνακας 3.5 : Πίνακας εφαρμογής της απεικόνισης Equalizing : Standard Deviation (3.00),στο λογισμικό ecognition. (το αποτέλεσμα της απεικόνισης παρουσιάζεται στην εικόνα 3.8)...63 Πίνακας 3.6 : Δημιουργία του νέου έργου εφαρμογής στο ecognition, στο οποίο θα πραγματοποιηθεί η αντικειμενοστρεφής ανάλυση εικόνας. Εισαγωγή των τεσσάρων θεματικών επιπέδων...68 Πίνακας 3.7 : Στην αριστερή στήλη απεικονίζονται τα επίπεδα κατάτμησης με βάση τη σειρά δημιουργίας τους, ενώ στην δεξιά στήλη απεικονίζεται, η θέση του αντίστοιχου επιπέδου της αριστερής στήλης, στην ιεραρχία των επιπέδων πολλαπλής κατάτμησης...69 Ευρετήριο Εικόνων και Πινάκων ΧVI

17 Πίνακας 3.8: Οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των κλάσεων του επιπέδου level 3, πριν την εφαρμογή της εντολής merge region...81 Πίνακας 3.9: Οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των κλάσεων του επιπέδου level 3, μετά την εφαρμογή της εντολής merge region...84 Πίνακας 3.10: Οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των κλάσεων του επιπέδου level 4, πριν την εφαρμογή της εντολής merge region...86 Πίνακας 3.11: Οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των κλάσεων του επιπέδου level 4, μετά την εφαρμογή της εντολής merge region...89 Πίνακας 3.12: Οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των κλάσεων του επιπέδου level Πίνακας 3.13: Συνοπτικός αλγόριθμος των επιπέδων κατάτμησης και ταξινόμησης Πίνακας 4.1: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο Πίνακας 4.2: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο Πίνακας 4.3: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο Πίνακας 4.4: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο Πίνακας 4.5: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο Πίνακας 4.6: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο Πίνακας 4.7: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο Πίνακας 4.8: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο Πίνακας 4.9: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο Πίνακας 4.10: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο Πίνακας 4.11: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο Πίνακας 4.12: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο Πίνακας 4.13: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο Πίνακας 4.14: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο Πίνακας 4.15: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο Ευρετήριο Πινάκων XVII

18 Πίνακας 4.16: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο Πίνακας 4.17: Δείκτες ποσοτικής αξιολόγησης των αποτελεσμάτων ΕΥΡΕΤΗΡΙΟ ΣΧΗΜΑΤΩΝ : ΣΕΛ. Σχήμα 2.1 : Αναπαράσταση ιεραρχίας πολλαπλών επιπέδων αντικειμένων, τα οποία αλληλοσχετίζονται μεταξύ τους, τόσο όσον αφορά αντικείμενα του ίδιου επιπέδου, όσο και αντικείμενα διαφορετικών επιπέδων...40 Σχήμα 2.2 : Η ροή εφαρμογής των βασικών διαδικασιών στην αντικειμενοστρεφή ανάλυση εικόνας...41 Σχήμα 2.3 : Κατάτμηση Chessboard...42 Σχήμα 2.4 : Κατάτμηση Quadree-based...42 Σχήμα 2.5 : Διάγραμμα ροής κατά την κατάτμηση σε πολλαπλά επίπεδα χωρικής ανάλυσης (multiresolution segmentation)...44 Σχήμα 2.6 : Απεικόνιση μεθόδων ταξινόμησης, α) συναρτήσεις συμμετοχής για τον ασαφή προσδιορισμό των ιδιοτήτων των αντικειμένων, β) ασαφής εκδοχή του αλγορίθμου του Εγγύτερου Γείτονα...48 Ευρετήριο Πινάκων και Σχημάτων XVIII

19 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1 :ΕΙΣΑΓΩΓΗ Από τη μελέτη που έχει πραγματοποιηθεί μέχρι σήμερα στο εργαστήριο Τηλεπισκόπησης της Σχολής Αγρονόμων και Τοπογράφων Μηχανικών του Ε.Μ.Π. : Miliaresis and Argialas, 1999 ; Αργιαλάς και Τζώτσος, 2002 ; Αργιαλάς κ.α., 2002 ; Siakavara and Argialas, 2011, κ.α., έχει γίνει σαφής η χρησιμότητα της αντικειμενοστρεφούς ανάλυσης εικόνας στην εξαγωγή γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών. Με αφορμή το υπάρχων ερευνητικό υλικό ανατέθηκε και η παρούσα εργασία, η οποία έχει ως στόχο την περαιτέρω διερεύνηση της αντικειμενοστρεφούς μεθοδολογίας ανάλυσης εικόνας, για τη μελέτη του υποθαλάσσιου αναγλύφου και την εξαγωγή διακριτών (γεω)μορφολογικών χαρακτηριστικών, από ψηφιακό μοντέλο αναγλύφου πυθμένα. Ταυτόχρονα, επιστήμονες πραγματοποιούν μελέτες στον υποθαλάσσιο χώρο, από ψηφιακά μοντέλα αναγλύφου πυθμένα με τη χρήση ηχοβολιστικών συστημάτων : Papanikolaou, et.al., 2002; Nomikou and Papanikolaou, 2011 ; Nomikou, et. al., 2012, κ.α. Με αφορμή τη συνεργασία του Εργαστηρίου Τηλεπισκόπησης της Σ.Α.Τ.Μ. (με υπεύθυνο καθηγητή τον κ. Αργιαλά Δημήτρη) με την κ. Νομικού Παρασκευή (Λέκτορα Γεωλογικής Ωκεανογραφίας και Φυσικής Γεωγραφίας, στο Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος του Πανεπιστημίου Αθηνών), έγινε μία προσπάθεια διερεύνησης της αντικειμενοστρεφούς ανάλυσης εικόνας σε ψηφιακό μοντέλο αναγλύφου πυθμένα (ανάλυσης 50mx50m). Η περιοχή μελέτης βρίσκεται στη λεκάνη της Ανύδρου, όπου δεσπόζει το υποθαλάσσιο ηφαίστειο του Κολούμπο, καθώς και μικρότεροι υποθαλάσσιοι ηφαιστειακοί κώνοι, 7 χλμ βορειοανατολικά της Σαντορίνης. Στα βαθυμετρικά δεδομένα της υποθαλάσσιας περιοχής του Κολούμπο, εφαρμόστηκε στην παρούσα εργασία η αντικειμενοστρεφής ανάλυση εικόνας με τη χρήση του λογισμικού ecognition 8.7. Πραγματοποιήθηκε εξαγωγή γεωμορφών ηφαιστειογενούς περιβάλλοντος τα αποτελέσματα των οποίων συγκρίθηκαν ποιοτικά και ποσοτικά με υπάρχοντα δεδομένα. Εισαγωγή 1

20 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2 : ΑΝΑΣΚΟΠΗΣΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑΣ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.1. : Το εσωτερικό της Γης. Στο εσωτερικό της γης έχουν εντοπιστεί δύο σημαντικές οριακές επιφάνειες : η ασυνέχεια Mohorοvicic και η ασυνέχεια Gutenberg. Η ασυνέχεια Mohorοvicic βρίσκεται σε βάθη που κυμαίνονται από 2-10km κάτω από τους ωκεάνιους πυθμένες μέχρι και 20-40km κάτω από τις ηπείρους, αν και στις ρίζες υψηλών οροσειρών (π.χ. Άλπεις, Ιμαλάια) το βάθος μπορεί να υπερβαίνει τα 60km. Η ασυνέχεια Gutenberg βρίσκεται σε βάθος 2900km. Με βάση τις μεγάλες αυτές ασυνέχειες, το εσωτερικό της Γης διαχωρίζεται σε τρία ανισομερή ομόκεντρα τμήματα : στο στερεό φλοιό, το μανδύα και τον πυρήνα (Εικόνα 2.1). Η διαστρωμάτωση αυτή ολοκληρώθηκε στις πρώτες φάσεις της ιστορίας της Γης (4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν), ως αποτέλεσμα της βαρυτικής συστολής της αρχέγονης ύλης, οπότε οι μικρότερης πυκνότητας και ελαφρότερες χημικές ενώσεις αναδύθηκαν στον αφρό (επιφανειακό τμήμα φλοιός), τα μεγαλύτερης πυκνότητας και βάρους συστατικά κατακάθισαν στα βαθύτερα τμήματα (πυρήνας), ενώ τα ενδιάμεσης πυκνότητας και βάρους συστατικά στο παχύ ενδιάμεσο τμήμα (μανδύας). Κριτήριο επομένως της διάκρισης αυτής ήταν κατά βάση η χημική σύσταση των διαφόρων ενώσεων, που προσδιόρισε την πυκνότητα και το βάρος τους. Ο στερεός φλοιός είναι η λεπτή επιφανειακή στοιβάδα που βρίσκεται πάνω από την ασυνέχεια Mohorοvicic. Στη σύστασή του επικρατούν ελαφρά χημικά στοιχεία (Si, Al, Ca, K, Na), συνήθως με τη μορφή οξειδίων, έχει μέση πυκνότητα 2,8 gr/cm 3 και δομείται από μια μεγάλη ποικιλία πετρωμάτων, με δεσπόζουσα την παρουσία βασαλτών στο τμήμα του κάτω από τους ωκεανούς (ωκεάνιος φλοιός) και γρανιτών στο ηπειρωτικό (χερσαίο) τμήμα (ηπειρωτικός φλοιός). Ο μανδύας είναι η παχιά ενδιάμεση στοιβάδα μεταξύ των δύο μεγάλων ασυνεχειών. Δομείται από πυριτικά πετρώματα πλούσια σε Fe και Mg, έχει αντιπροσωπευτική πυκνότητα από 3,3 έως 5,7 gr/ cm3 και αποτελεί την αποκλειστική πηγή Διακρίνεται σε Το εσωτερικό της Γης ανώτερο και κατώτερο μανδύα, με των την υλικών του φλοιού. παρεμβολή μιας 2

21 ενδιάμεσης μεταβατικής ζώνης σε βάθος από τα 350 έως τα 700km κάτω από την επιφάνεια (Εικόνα 2.1). Ο πυρήνας, το σφαιρικό μεταλλικό κουκούτσι της Γης, έχει σύσταση που κυριαρχεί ο σίδηρος και κατά συνέπεια πολύ μεγάλη αντιπροσωπευτική πυκνότητα (9,7 έως 16 gr/cm3 ). Με μια ασυνέχεια σε βάθος περίπου 5000km, διακρίνεται σε εξωτερικό πυρήνα (που βρίσκεται σε ένα είδος ρευστής κατάστασης) και σε εσωτερικό πυρήνα (που είναι το στερεό σφαιρικό κεντρικό τμήμα της Γης. Η θερμοκρασία στο κέντρο της Γης εκτιμάται ότι υπερβαίνει τους 5000οC, 'όσο δηλαδή είναι περίπου η θερμοκρασία στην επιφάνεια του Ήλιου. Η αναλογία πάχους των τριών αυτών τμημάτων στη Γη είναι περίπου 1 (φλοιός) : 72 (μανδύας) : 86 (πυρήνας), ενώ στους άλλους εσωτερικούς πλανήτες διαφοροποιείται κατά περίπτωση (Παπανικολάου και Σιδέρης, 2007). Εικόνα 2.1 : Ένα απλοποιημένο μοντέλο της δομής του εσωτερικού της Γης. Η γήινη σφαίρα αποτελείται από ομόκεντρα στρώματα διαφορετικού πάχους, σύστασης και πυκνότητας. Πηγή : Λέκκας κ.α., Το εσωτερικό της Γης 3

22 Ο στερεός φλοιός της Γης διακρίνεται σε ωκεάνιο φλοιό (που αναπτύσσεται κάτω από τους πυθμένες των ωκεανών) και ηπειρωτικό φλοιό (που δομεί τις ηπείρους) (Εικόνα 2.1). Πρόκειται για δύο τελείως διαφορετικά είδη φλοιού. Αποτελούνται από διαφορετικά πετρώματα, σχηματίζονται με διαφορετικές διαδικασίες και έχουν διαφορετική πορεία εξέλιξης στο χώρο και το χρόνο. Ο ωκεάνιος φλοιός παρουσιάζει μικρό σχετικά πάχος (μέση τιμή 6-8km) και μεγαλύτερη μέση πυκνότητά (3 gr/cm3), σχετικά με την πυκνότητα του ηπειρωτικού φλοιού (2,7 gr/cm3). Τα πετρώματά του έχουν σχεδόν αποκλειστικά μαγματική προέλευση, αφού ο κύριος κορμός του ωκεάνιου φλοιού δομείται από πυριγενή πετρώματα (κυρίως γάββρους στο βάθος και βασάλτες στην επιφάνεια), που σχηματίζονται από ψύξη-κρυστάλλωση μανδυακού μάγματος. Αυτά επικαλύπτονται από ένα λεπτό επίστρωμα ιζημάτων (ωκεάνιες αβυσσοπελαγικές αποθέσεις), που συνιστούν το μικρό ποσοστό πετρωμάτων του ωκεάνιου φλοιού μη μαγματικής προέλευσης (ιζηματογενή). Ο ωκεάνιος φλοιός παρουσιάζει μικρή σχετικά ηλικία των πετρωμάτων του, αφού το αρχαιότερο τμήμα σημερινού ωκεάνιου πυθμένα που βρίσκεται στο δυτικό Ειρηνικό, ανοιχτά της Ιαπωνίας, είναι ηλικίας μόλις 180 εκατομμυρίων ετών. Τέλος, ο ωκεάνιος φλοιός διαγράφει ένα συγκεκριμένο κύκλο ζωής που αρχίζει με τη γέννησή του στη μεσοωκεάνια ράχη και κλείνει με την εξαφάνισή του όταν βυθίζεται κάτω από τη γειτονική ήπειρο (κεφάλαιο 2.3). Ο ηπειρωτικός φλοιός παρουσιάζει σχετικά μεγάλο πάχος, που κυμαίνεται από 30-40km σε περιοχές με ήπια μορφολογία μέχρι 60-80km κάτω από μεγάλες οροσειρές (π.χ. Άλπεις, Ιμαλάια). Η μέση πυκνότητα των πετρωμάτων του είναι σχετικά μικρή (2,7 gr/cm3), γιατί περιέχει περισσότερα ελαφρά στοιχεία (π.χ. Si, K, Na, Al) και λιγότερα βαριά (π.χ. Fe, Mg, Ti) σε σχέση με τον ωκεάνιο φλοιό. Κατά συνέπεια, ο ηπειρωτικός φλοιός εκτός από παχύτερος είναι και ελαφρύτερος από τον ωκεάνιο φλοιό. Ο ηπειρωτικός φλοιός παρουσιάζει μεγάλο ηλικιακό εύρος, αφού τα αρχαιότερα γνωστά πετρώματα στους πυρήνες των ηπείρων, με βάση ραδιοχρονολογικά δεδομένα, έχουν ηλικία τεσσάρων δισεκατομμυρίων χρόνων (Παπανικολάου και Σιδέρης, 2007). Το εσωτερικό της Γης 4

23 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.2. : Το Ανάγλυφο των Ωκεάνιων Πυθμένων. Κύριες μορφολογικές ενότητες των θαλασσίων πυθμένων αποτελούν τα ηπειρωτικά περιθώρια (ενεργά ή σταθερά), οι ωκεάνιες λεκάνες και οι ωκεάνιες ράχεις (Λέκκας κ.α., 2006). Ηπειρωτικό Περιθώριο : Το συχνότερο υψόμετρο του γήινου φλοιού είναι τα 300 μέτρα και το συχνότερο βάθος τα μέτρα. Οι πυθμένες που βρίσκονται μεταξύ και μέτρων βάθος είναι πιο σπάνιοι. Οι αναδυόμενες ξηρές και οι βαθιές ωκεάνιες λεκάνες ανήκουν σε πολύ διαφορετικές περιοχές και χωρίζονται από το ηπειρωτικό περιθώριο, που αποτελεί μια στενή και περιορισμένη ζώνη μετάβασης. Οι χαρακτήρες του και η γεωλογική του ιστορία καθορίζονται, συγχρόνως, τόσο από τη γεωδυναμική εξέλιξη της ηπείρου, όσο και του ωκεανού (Εικόνα 2.2). Διακρίνονται δυο μεγάλες κατηγορίες ηπειρωτικών περιθωρίων, τα "ενεργά" και τα "σταθερά ή παθητικά". "Ενεργά" ονομάζονται εκείνα που χαρακτηρίζονται από μια ισχυρή σεισμικότητα και μια διαρκή ηφαιστειακή δραστηριότητα. Τα περιθώρια αυτά οριοθετούνται από βαθιές τάφρους, όπως π.χ. στην περιφέρεια του Ειρηνικού ωκεανού και αποτελούν σχεδόν μια συνεχή ζώνη. Τα άλλα ονομάζονται "σταθερά ή παθητικά", γιατί δεν παρουσιάζουν καμία ενεργό τεκτονική. Τέτοια είναι τα περισσότερα περιθώρια του Ατλαντικού ωκεανού. Γίνεται μια σύγκριση των δύο τύπων των ηπειρωτικών περιθωρίων, αν και αυτά δημιουργούνται από διαφορετικά γεωδυναμικά φαινόμενα. Στα ηπειρωτικά περιθώρια διακρίνονται οι παρακάτω περιοχές : Η κρηπίδα. Και στους δύο τύπους των περιθωρίων είναι σχετικά πλατιά, χιλιόμετρα κατά μέσο όρο και μερικές φορές πολλές εκατοντάδες χιλιόμετρα. Το βάθος είναι μικρό, από ή 180 μέτρα (Εικόνα 2.2). Όλες οι γεωλογικές μελέτες έχουν αποδείξει ότι πρόκειται για μια προέκταση της ξηράς, που καλύπτεται από ένα λεπτό πάχος σύγχρονων ιζημάτων και μικρό βάθος θαλασσινού νερού. Η ηπειρωτική κατωφέρεια. Αυτή αρχίζει από τα 200 μέτρα και φτάνει στα ή μέτρα στα σταθερά περιθώρια και έως μέτρα στα ενεργά. Η μέση μορφολογική κλίση είναι μικρή 4ο-5ο, αλλά συγκρινόμενη με αυτή της κρηπίδας, είναι Το Ανάγλυφο των Ωκεάνιων Πυθμένων 5

24 περίπου 20 φορές μεγαλύτερη (Εικόνα 2.2). Η ηπειρωτική κατωφέρεια αποκόπτεται από υποθαλάσσιες κοιλάδες (canyons), που αρχίζουν μερικές φορές από την ακτογραμμή. Το ηπειρωτικό χείλος. Οι πρόποδες της ηπειρωτικής κατωφέρειας ονομάζονται μερικές φορές ηπειρωτικά χείλη. Αυτά παρουσιάζουν μια μικρή κλίση (1% έως 1,5%, από μέτρα) και διασχίζονται από κοιλάδες, που οι απολήξεις τους δίνουν μια μορφή ριπιδίων. Το ηπειρωτικό χείλος σχηματίζεται είτε πάνω σε λεπτό ηπειρωτικό φλοιό, είτε σε ωκεάνιο. Τα ενεργά ηπειρωτικά περιθώρια (π.χ. Ειρηνικού ωκεανού) δεν περιέχουν ηπειρωτικό χείλος. Χαρακτηρίζονται από την παρουσία μιας περιθωριακής τάφρου, πλάτους χιλιομέτρων κατά μέσον όρο. Το μήκος της τάφρου μερικές φορές φτάνει τα εκατοντάδες χιλιόμετρα και μέσα σε αυτές βρίσκονται τα μεγαλύτερα βάθη της υδρογείου (π.χ. τάφρος των Tonga 10 km, τάφρος των Μαριάννων νήσων 11 km) (Λέκκας κ.α., 2006). Εικόνα 2.2 : Οι μεγαλύτερες μορφολογικές ενότητες των θαλάσσιων πυθμένων. Η σχηματική τομή είναι κάθετα στον άξονα μιας ενεργούς ωκεάνιας ράχης. Πηγή : Λέκκας κ.α, Το Ανάγλυφο των Ωκεάνιων Πυθμένων 6

25 Ωκεάνιες Λεκάνες : Η μορφολογία των ωκεάνιων λεκανών καθορίζεται κατά μεγάλο ποσοστό από τη φύση των πετρωμάτων που την αποτελούν. Το ηπειρωτικό χείλος στα σταθερά περιθώρια βρίσκεται κοντά σε πολύ ομαλές αβυσικές πεδιάδες, όπου υπάρχουν μόνο μερικά υποθαλάσσια βουνά, ενώ σπάνια σχηματίζονται κοιλάδες που επεκτείνονται μέχρι το χείλος. Αντίθετα, οι ωκεάνιοι πυθμένες, που περιβάλλουν τα ενεργά περιθώρια, παρουσιάζουν, συνήθως, έντονο ανάγλυφο. Εκτός από τα υποθαλάσσια βουνά, που οι διαστάσεις τους είναι της τάξεως των χιλιομέτρων, υπάρχει ένας μεγάλος αριθμός αβυσικών λόφων, που το ανάγλυφο τους δεν ξεπερνά ορισμένες εκατοντάδες μέτρα. Οι υποθαλάσσιοι αυτοί λόφοι, που βρίσκονται στις αβυσικές πεδιάδες, υπάρχουν και κάτω από την ηπειρωτική κατωφέρεια καλυπτόμενοι από ιζήματα και διαπιστώνονται με σεισμικές μεθόδους (μέθοδος ανακλάσεως). Στα σταθερά περιθώρια, το ανάγλυφο των αβυσικών πεδιάδων καλύπτεται από ιζήματα μεγάλου πάχους, κυρίως τουρβιδιτικά, που μεταφέρονται από την ήπειρο. Στα ενεργά περιθώρια, οι περιφερειακοί τάφροι σχηματίζουν ένα φράγμα, λόγω της κοιλότητας τους, που εμποδίζει την προέλαση των ιζημάτων που προέρχονται από την ήπειρο. Έτσι, οι αβυσικοί λόφοι καλύπτονται μόνο από χημικά ιζήματα πελαγικής προέλευσης, που τα χαρακτηρίζει μια αργή ιζηματογένεση (Λέκκας κ.α, 2006). Ωκεάνιες Ράχεις : Οι ωκεάνιες ράχεις βρίσκονται σε όλους τους ωκεανούς της υδρογείου, σχηματίζοντας ένα ενιαίο σύνολο μήκους χιλιομέτρων. Πρόκειται για εκτεταμένα ανυψώματα των θαλάσσιων πυθμένων, που η βάση τους βρίσκεται στα μέτρα βάθος και η κορυφή τους στα μέτρα. Το πλάτος τους είναι πολλές χιλιάδες χιλιόμετρα. Κατά μήκος της ράχης (άξονας συμμετρίας), παρατηρείται συχνά μια κεντρική κοιλάδα πλάτους 30 χιλιομέτρων περίπου, που ονομάζεται ωκεάνια τάφρος (Eικόνα 2.2). Οι ωκεάνιες ράχες είναι κομμένες από πολλά εγκάρσια ρήγματα, τα γνωστά ως ρήγματα "μετασχηματισμού" (Eικόνα 2.3). Όπως είναι γνωστό, στα ρήγματα αυτά υπάρχει μια έντονη σεισμική και ηφαιστειακή δραστηριότητα και έτσι οι ωκεάνιες ράχες χαρακτηρίζονται σαν "ενεργές" (Λέκκας, κ.α, 2006). Σύμφωνα με όλα τα παραπάνω γίνεται μια κατάταξη των διαφόρων μορφολογικών μονάδων στους ωκεανούς και στις ηπείρους, όχι με τη γεωγραφική έννοια, αλλά με τη γεωλογική. Έτσι οι ενεργές ράχεις και οι βαθιές ωκεάνιες λεκάνες, που τις συνοδεύουν, αποτελούν την Το Ανάγλυφο των Ωκεάνιων Πυθμένων 7

26 ωκεάνια περιοχή με τη γεωλογική έννοια. Αντίθετα, η κρηπίδα ανήκει στην ήπειρο από την οποία δύσκολα αποχωρίζεται. Τα ηπειρωτικά περιθώρια θεωρούνται μια ζώνη μετάβασης από τις ηπείρους στους ωκεανούς. Τέλος, η διάκριση των σταθερών με τα ενεργά περιθώρια είναι σημαντική, καθώς στα σταθερά περιθώρια δεν παρατηρείται καμία τεκτονική δράση, ενώ αντίθετα τα ενεργά είναι η έδρα των γεωδυναμικών φαινομένων (Λέκκας κ.α, 2006). Ρήγματα Μετασχηματισμού Εικόνα 2.3 : Μεσοωκεάνια ράχη και ρήγματα "μετασχηματισμού". Πηγή : Λέκκας κ.α, ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.3. : Η Τεκτονική των Λιθοσφαιρικών πλακών. Ως λιθόσφαιρα χαρακτηρίζεται το ανώτερο περίβλημα της υδρογείου, που αποτελείται από το φλοιό και ένα μέρος του ανώτερου μανδύα. Τα πετρώματα που την αποτελούν είναι ικανά να αντέξουν σε τάσεις της τάξεως του kilobar, χωρίς να ρέουν και γι' αυτό χαρακτηρίζεται ως άκαμπτη. Η λιθόσφαιρα, που κάθεται πάνω στην ασθενόσφαιρα, έχει ένα μέσο πάχος περί τα 100 χιλιόμετρα (Εικόνα 2.4). Η υποκείμενη της λιθόσφαιρας στοιβάδα μέχρι το βάθος των 350km, ονομάζεται ασθενόσφαιρα. Η ασθενόσφαιρα, χαρακτηρίζεται ως ένα μέσο πλαστικό, γιατί τα πετρώματα της παραμορφώνονται εύκολα όταν εξασκηθούν τάσεις της τάξεως ορισμένων εκατοντάδων bar. Έτσι, μπορεί να θεωρηθεί ως ένα μέσο ιξώδες τουλάχιστον στην κλίμακα των γεωλογικών φαινομένων. Εξαιτίας αυτής της πλαστικότητας, επιτρέπει Το Ανάγλυφο των Ωκεάνιων Πυθμένων και η Τεκτονική των Λιθοσφαιρικών Πλακών στη 8

27 λιθόσφαιρα να μετατοπίζεται και να εισχωρεί μέσα σ' αυτή σε βάθος μεγαλύτερο από 100 χιλιόμετρα (Εικόνα 2.4). Η ηπειρωτική λιθόσφαιρα, λόγω της μικρότερης πυκνότητας που παρουσιάζει σε σχέση με την ωκεάνια, επιπλέει πιο εύκολα στην ασθενόσφαιρα και εξ' αιτίας του μεγάλου πάχους της, εισχωρεί αρκετά πιο βαθιά μέσα σ' αυτή (δημιουργώντας μια βαθιά ρίζα), ακριβώς όπως και ένα παγόβουνο (Εικόνα 2.5). Η διαδικασία αυτή καθορίζεται από την ισοστατική ισορροπία και ανάλογα με το αν προστίθεται (π.χ. ιζηματογένεση, ηφαιστειότητα), ή αφαιρείται (π.χ. διάβρωση, τήξη παγετώνων), μάζα από τη λιθόσφαιρα αυτή ανυψώνεται ή καταβυθίζεται, προσπαθώντας να διατηρήσει την ισοστατική της ισορροπία (Εικόνα 2.6) (Λέκκας κ.α, 2006). Εικόνα 2.4 : Απεικόνιση των στοιβάδων της λιθόσφαιρας και της ασθενόσφαιρας. Πηγή : Λέκκας κ.α, Εικόνα 2.5 : Η ηπειρωτική λιθόσφαιρα, λόγω της μικρότερης πυκνότητας που παρουσιάζει, σε σχέση με την ωκεάνια, επιπλέει πιο εύκολα στην ασθενόσφαιρα και εξ' αιτίας του μεγάλου πάχους της, εισχωρεί αρκετά πιο βαθιά μέσα σ' αυτή (δημιουργώντας μια βαθιά ρίζα), ακριβώς όπως και ένα παγόβουνο. Πηγή : Λέκκας κ.α, Η Τεκτονική των Λιθοσφαιρικών Πλακών 9

28 Εικόνα 2.6 : Ισοστατικές επανορθώσεις στο γήινο φλοιό. Καθώς επιπλέον μάζα προστίθεται σε ένα τέμαχος της λιθόσφαιρας (ιζηματογένεση, μαγματικές διεισδύσεις, παγετώνες κλπ.), αυτό τείνει να καταβυθιστεί. Αντίθετα αν απομακρύνεται μάζα (διάβρωση, τήξη παγετώνων κλπ.), το τέμαχος τείνει να ανυψωθεί. Πηγή : Λέκκας κ.α, Τα χαρακτηριστικά του γήινου φλοιού είναι, σε ένα μεγάλο βαθμό, το άμεσο ή έμμεσο αποτέλεσμα των κινήσεων και μεταβολών της λιθόσφαιρας. Η θεωρία της Τεκτονικής των Λιθοσφαιρικών Πλακών περιγράφει αυτές τις κινήσεις και ερμηνεύει την παρατηρούμενη τεκτονική δραστηριότητα στη Γη, καθώς και την τεκτονική ιστορία και εξέλιξη που καταγράφεται στις ωκεάνιες λεκάνες. Η θεωρία αυτή υποστηρίζει ότι τη σημερινή εποχή η λιθόσφαιρα της Γης χωρίζεται σε επτά κύριες και αρκετές μικρότερες, λιθοσφαιρικές πλάκες, οι οποίες κινούνται σχετικά η μία με την άλλη (Εικόνα 2.7). Η κίνηση αυτή, αντιστοιχεί περίπου στην κίνηση ενός άκαμπτου σώματος, θεώρηση η οποία δεν σημαίνει ότι τελικά οι τεκτονικές πλάκες είναι άκαμπτες και μη παραμορφώσιμες, αλλά ότι, σε μια πρώτη προσέγγιση, οι διαδικασίες που σχετίζονται με την τεκτονική των πλακών δεν προϋποθέτουν παραμόρφωση στο εσωτερικό τους. Το μεγαλύτερο ποσοστό της παραμόρφωσης των πλακών συγκεντρώνεται σε ζώνες, δεκάδων ή εκατοντάδων χιλιομέτρων κατά μήκος των περιθωρίων Η Τεκτονική των Λιθοσφαιρικών Πλακών 10

29 των πλακών. Σε ορισμένες περιοχές, όμως, η παραμόρφωση εκτείνεται βαθιά στο εσωτερικό των πλακών (Λέκκας κ.α, 2006). Εικόνα 2.7 : Οι επτά κύριες και ορισμένες μικρότερες, τεκτονικές λιθοσφαιρικές πλάκες της Γης. Πηγή : Λέκκας κ.α, Οι τύποι των ορίων ανάμεσα στις λιθοσφαιρικές πλάκες (Εικόνα 2.8), περιλαμβάνουν αποκλίνοντα περιθώρια (divergent boundaries), όπου οι πλάκες απομακρύνονται η μία από την άλλη και τα οποία σχετίζονται με δημιουργία νέας λιθόσφαιρας, συγκλίνοντα ή αναλισκόμενα περιθώρια (convergent or consuming boundaries), αποκαλούμενα επίσης και ως ζώνες υποβύθισης (subduction zones), όπου καταστρέφεται λιθόσφαιρα, οι δε πλάκες κινούνται με τη μία να επίκειται της άλλης, που κατέρχεται μέσα στον μανδύα, κάτω από την επικείμενή της και, τέλος, συντηρητικά περιθώρια (conservative boundaries) ή περιθώρια ρηγμάτων μετασχηματισμού (transform fault boundaries), όπου η πλάκες κινούνται με οριζόντια κίνηση η μία σε σχέση με την άλλη, χωρίς να δημιουργείται ή να καταστρέφεται λιθόσφαιρα (Λέκκας κ.α, 2006). Η Τεκτονική των Λιθοσφαιρικών Πλακών 11

30 Εικόνα 2.8. : Οι τύποι των ορίων ανάμεσα στις τεκτονικές λιθοσφαιρικές πλάκες της Γης. Πηγή : Λέκκας κ.α, Στα αποκλίνοντα περιθώρια (μεσοωκεάνιες ράχες) παράγεται ωκεάνιος φλοιός, από τη μερική τήξη του αναδυόμενου μανδύα, που οδηγεί σε βασαλτικό μάγμα. Ηφαιστειακές διεισδύσεις και εκχύσεις αυτών των βασαλτών οδηγούν στη δημιουργία νέου ωκεάνιου φλοιού. Η σχετική κίνηση των πλακών δημιουργεί δομές στο φλοιό, που συνοδεύουν την έκταση (εφελκυσμό), στις ζώνες αυτές, όπως είναι τα συστήματα των κανονικών ρηγμάτων κοντά στην επιφάνεια και η πλαστική λέπτυνση στους βαθύτερους ορόφους. Στα αποκλίνοντα περιθώρια που αναπτύσσονται στις ηπείρους, η σχετική έκταση και λέπτυνση οδηγεί στη ταπείνωση της περιοχής και σε τελική ανάλυση στη κάλυψη της επιφάνειας από θάλασσα. Τέτοιες δομές, συχνά, βρίσκονται θαμμένες στις ηπειρωτικές κρηπίδες. Στις ζώνες υποβύθισης στα αναλισκόμενα περιθώρια, ο ωκεάνιος φλοιός ανακυκλώνεται μέσα στο μανδύα. Η πλάκα καταβυθίζεται μέσα στο εσωτερικό της Γης. Ιζήματα της υποβυθιζόμενης πλάκας αποξέονται, ενώ η μερική τήξη της υποβυθιζόμενης πλάκας δημιουργεί χαρακτηριστικά ηφαιστειακά τόξα στην επωθούμενη πλάκα (Λέκκας κ.α, 2006). Η Τεκτονική των Λιθοσφαιρικών Πλακών 12

31 Όταν η ταχύτητα εξαφάνισης ωκεάνιας λιθόσφαιρας στη ζώνη υποβύθισης γίνεται μεγαλύτερη εκείνης με την οποία παράγεται νέα στη μεσοωκεάνια ράχη, είναι φυσικό επακόλουθο κάποια στιγμή να υποβυθιστεί και η μεσοωκεάνια ράχη. Εξαφάνιση της μεσοωκεάνιας ράχης, σημαίνει ολοκλήρωση του λειτουργικού κύκλου του ωκεανού (δηλαδή, ουσιαστικά, το θάνατό του), αφού παύει πλέον η διαδικασία παραγωγής νέας ωκεάνιας λιθόσφαιρας (Παπανικολάου και Σιδέρης, 2007). Οι τεκτονικές διαδικασίες επηρεάζουν επίσης και άλλες διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα στη Γη. Για παράδειγμα, ο αριθμός, το μέγεθος και η γεωγραφική θέση των ηπείρων, διαφέρουν από περίοδο σε περίοδο, ως αποτέλεσμα των διαδικασιών της τεκτονικής των πλακών. Καθώς οι τελευταίες αλλάζουν τη μορφή και την κατανομή των ηπείρων και των ωκεάνιων λεκανών, οι τρόποι της ωκεάνιας και ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας αλλάζουν σημαντικά. Τα αποτελέσματα αυτών των αλλαγών στις περιβαλλοντολογικές συνθήκες οδηγούν με τη σειρά τους σε αλλαγές στα περιβάλλοντα ιζηματογένεσης και φυσικής επιλογής και εξέλιξης, όπως αποδεικνύεται από τις ιζηματολογικές και παλαιοντολογικές μελέτες, αντίστοιχα. Επειδή τα περιθώρια των πλακών αντιπροσωπεύουν θέσεις μεγάλων θερμικών ανωμαλιών στο φλοιό και το μανδύα, αυτές οι περιοχές ελέγχουν τη παρουσία και την κατανομή των ηφαιστειακών και μεταμορφωμένων πετρωμάτων, που μελετώνται από τη πετρολογία. Ομοίως, ο σχηματισμός, η συγκέντρωση και η παρουσία των ορυκτών κοιτασμάτων, επηρεάζονται από τις δομές και τα τεκτονικά περιβάλλοντα, όπως και από τις θερμικές ανωμαλίες στα περιθώρια των πλακών. Συνήθως, όρια πλακών αντιπροσωπεύουν, επίσης και οι περιοχές εκείνες όπου εκδηλώνεται το μεγαλύτερο μέρος της ηφαιστειακής και σεισμικής δραστηριότητας. Χαρακτηριστικά τέτοια παραδείγματα αποτελούν οι μεγάλες ηφαιστειακές εκρήξεις στη Σαντορίνη και οι μεγάλοι σεισμοί στο Ρήγμα της Βόρειας Ανατολίας, στο τέλος του εικοστού αιώνα. Στην Εικόνα 2.9, φαίνεται καθαρά το πώς η κατανομή της ηφαιστειακής δραστηριότητας και των σεισμών στο περι-ειρηνικό τόξο, ακολουθεί τα όρια των πλακών, καθώς τα φαινόμενα αυτά σχετίζονται άμεσα με τις γεωδυναμικές διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα εκεί (ζώνες σύγκλισης, ρήγματα μετασχηματισμού κλπ.). Σεισμοί που έχουν Η Τεκτονική των Λιθοσφαιρικών Πλακών 13

32 λάβει χώρα στο εσωτερικό των ηπείρων, πιθανά προέρχονται από την ενεργοποίηση παλαιών ρηγμάτων που σχηματίστηκαν σε ανάλογης ηλικίας περιθώρια πλακών (Λέκκας κ.α, 2006). Εικόνα 2.9 : Η κατανομή της ηφαιστειακής δραστηριότητας και των σεισμών στο περιειρηνικό τόξο, ακολουθεί τα όρια των πλακών, καθώς τα φαινόμενα αυτά σχετίζονται άμεσα με τις γεωδυναμικές διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα εκεί. Πηγή : Λέκκας κ.α, Η Τεκτονική των Λιθοσφαιρικών Πλακών 14

33 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.4. : Το Ορογενετικό Τόξο. Κατά τη σύγκλιση των πλακών, μία ωκεάνια λιθόσφαιρα υποβυθίζεται είτε κάτω από μία άλλη ωκεάνια είτε κάτω από ηπειρωτική λιθόσφαιρα. Και στις δύο περιπτώσεις, στη ζώνη σύγκλισης διαμορφώνεται μία σταθερού τύπου γεωμετρία επιμέρους τμημάτων, που συνολικά συνθέτουν αυτό που ονομάζουμε ορογενετικό τόξο. Κάθε τμήμα αντιστοιχεί σε μία ιδιαίτερη μορφολειτουργική δομή, έχει δηλαδή τη δική του μορφή και λειτουργία, ενταγμένη όμως στα πλαίσια της συνολικής λειτουργίας του ορογενετικού τόξου στο χώρο και το χρόνο. Η γεωμετρία αυτή διαμορφώνεται όταν αρχίζει η σύγκλιση και καταστρέφεται με την τελική σύγκρουση. Τα βασικά τμήματα ενός ορογενετικού τόξου, από τα πιο εξωτερικά προς τα εσωτερικότερα, είναι : η προτάφρος ή ωκεάνια τάφρος, το νησιωτικό τόξο, η οπισθοτάφρος, και το ηφαιστειακό τόξο (Εικόνα 2.10) (Παπανικολάου και Σιδέρης, 2007). Εικόνα 2.10 : Σχηματική απεικόνιση σε τομή των επιμέρους τμημάτων ενός ορογενετικού τόξου. Πηγή : Παπανικολάου και Σιδέρης, Το Ορογενετικό Τόξο 15

34 Η προτάφρος ή ωκεάνια τάφρος, είναι μία δομή βαθιάς υποθαλάσσιας λεκάνης, που σχηματίζεται περίπου στο όριο των πλακών που συγκλίνουν. Κύρια χαρακτηριστικά της είναι το τεράστιο μήκος (εκατοντάδες ή χιλιάδες km), το μικρό πλάτος (γύρω στα 100km) και το μεγάλο βάθος της (3-10km). Είναι χαρακτηριστικό ότι τέτοιες ωκεάνιες τάφροι περιβάλλουν τον Ειρηνικό ωκεανό σχεδόν στα 3/4 της περιμέτρου του, και μάλιστα εκεί εντοπίζονται τα μεγαλύτερα βάθη του (10.915m το μέγιστο βάθος θάλασσας παγκοσμίως στην τάφρο των Μαριάννων, ανατολικά των Φιλιππίνων. Αντίθετα, στον Ατλαντικό ωκεανό δεν υπάρχουν προτάφροι, γιατί τα περιθώριά του είναι σχεδόν παντού παθητικά (Kεφάλαιο 2.2). Το νησιωτικό τόξο, είναι μία τεράστια υποθαλάσσια οροσειρά στο μέτωπο της προωθούμενης πλάκας (δηλαδή εσωτερικότερα και παράλληλα προς την προτάφρο), που αναδύεται από τη θάλασσα σχηματίζοντας επιμήκη νησιά σε τοξοειδή διάταξη. Η οπισθοτάφρος, είναι μία λιγότερο βαθιά (σε σχέση με την προτάφρο) θαλάσσια λεκάνη πίσω από το νησιωτικό τόξο, ενώ η προτάφρος είναι μπροστά από το νησιωτικό τόξο. Το ηφαιστειακό τόξο, αποτελείται από μια σειρά ηφαιστείων διατεταγμένων τοξοειδώς, παράλληλα προς τις προηγούμενες δομές. Σχηματίζεται από ανοδικά κινούμενο μάγμα, που προέρχεται κυρίως από το λιώσιμο των πετρωμάτων της υποβυθιζόμενης πλάκας, όταν φτάσει σε βάθη μεγαλύτερα των 100km. Η θέση εκδήλωσης των ηφαιστείων είναι συνάρτηση της γωνίας και της ταχύτητας υποβύθισης, κατά κανόνα όμως το τόξο των ηφαιστείων εκδηλώνεται πάνω στο νησιωτικό τόξο. Υπάρχουν όμως και περιπτώσεις που αυτό γίνεται πίσω από το νησιωτικό τόξο, όπως συμβαίνει στο ελληνικό ορογενετικό τόξο, όπου τα ηφαίστεια (Σαντορίνη, Νίσυρος κ.α) εκδηλώνονται στα εσωτερικά πρανή της οπισθοτάφρου, περίπου 200 km πίσω από το όριο σύγκλισης. Ένας αρκετά διαφοροποιημένος τύπος ανάπτυξης ορογενετικών τόξων εμφανίζεται στην περίπτωση των ενεργών ηπειρωτικών περιθωρίων της Β. και της Ν. Αμερικής προς την πλευρά του Ειρηνικού. Κατά μήκος αυτών, εξελίσσεται η υποβύθιση ωκεάνιας λιθόσφαιρας της ειρηνικής και άλλων μικρότερων ωκεάνιων πλακών (Νάζκα, Κόκος κ.α.) κάτω από τις δύο ηπειρωτικές πλάκες (βορειοαμερικανική και νοτιοαμερικανική). Στην περίπτωση όμως αυτή : 1) η ορογενετική δομή δεν εκφράζεται με τη μορφή νησιωτικού τόξου αλλά ως χερσαία συνεχής οροσειρά (Άνδεις στη Ν. Αμερική, Βραχώδη όρη στη Β. Αμερική), και μάλιστα με ενσωματωμένο σ' αυτήν το ηφαιστειακό τόξο, και 2) πίσω από αυτήν δεν αναπτύσσεται Το Ορογενετικό Τόξο 16

35 οπισθοταφρική λεκάνη. -νησιωτικό/ηφαιστειακό Συνεπώς, τόξο αντί της σχηματικής οπισθοτάφρος), έχουμε ακολουθίας το ζεύγος (τάφρος (χερσαία οροσειρά/ηφαίστεια), που είναι τυπικότερα εκφρασμένο στις Άνδεις (Εικόνα 2.11). Σε κάθε μία από τις παραπάνω περιπτώσεις, ο γεωλογικά ενεργός χώρος ενός ορογενετικού τόξου (με τις επιμέρους δομές του) αναπτύσσεται ανάμεσα σε δύο ήρεμους ανενεργούς γεωλογικά χώρους: εκείνον που είναι μπροστά από το τόξο (και δεν έχει ακόμα επηρεαστεί από τις διαδικασίες της ορογένεσης) και ονομάζεται προχώρα, και αυτόν στο άλλο άκρο (πίσω από την οπισθοτάφρο), που έχει πλέον κατασιγάσει και ονομάζεται οπισθοχώρα (Εικόνα 2.10). Η προχώρα βρίσκεται στην υποβυθιζόμενη και η οπισθοχώρα στην προελαύνουσα πλάκα (Παπανικολάου και Σιδέρης, 2007). Χερσαία Οροσειρά Ηφαιστειακό Τόξο Προτάφρος Εικόνα 2.11 : Σύγκλιση μιας ωκεάνιας και μιας ηπειρωτικής πλάκας, με υποβύθιση της πρώτης κάτω από τη δεύτερη (περίπτωση Άνδεων). Πηγή : Παπανικολάου και Σιδέρης, ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Το Ελληνικό Ορογενετικό Τόξο. Ο ελληνικός χώρος βρίσκεται στο ενεργό νότιο ηπειρωτικό περιθώριο της Ευρασιατικής πλάκας, η οποία προελαύνει προς νότο και κάτω από το οποίο βυθίζεται η ωκεάνια λιθόσφαιρα της αφρικανικής πλάκας (Εικόνα 2.12). Στο γεγονός αυτό οφείλονται η έντονη τεκτονική δραστηριότητα, τα ηφαιστειακά φαινόμενα και η έντονη σεισμικότητα του ελληνικού χώρου. Αξιοσημείωτο είναι το γεγονός ότι το 50% της σεισμικής ενέργειας που εκλύεται στην Ευρώπη προέρχεται από τον ελληνικό χώρο. Η ταχύτητα κίνησης της Ευρασιατικής πλάκας στο τμήμα της Κρήτης (που έχει διεύθυνση προς νότο), φτάνει τα 4cm το χρόνο. Αντίθετα, η ταχύτητα κίνησης της Αφρικανικής πλάκας προς βορρά Το Ορογενετικό Τόξο και το Ελληνικό Ορογενετικό Τόξο είναι 1cm 17

36 το χρόνο. Η συνολική ταχύτητα σύγκλισης των δύο πλακών φθάνει τα 5cm το χρόνο. Σε κάθε αντίστοιχη περίπτωση, έτσι και στον ελληνικό χώρο, στα όρια σύγκλισης λιθοσφαιρικής πλάκας με ηπειρωτικό φλοιό με λιθοσφαιρική πλάκα ωκεάνιου φλοιού, σχηματίζονται προτάφρος, νησιωτικό τόξο, οπισθοτάφρος και ηφαιστειακό τόξο (Εικόνα 2.13). Η ελληνική τάφρος αποτελείται από μία σειρά υποθαλάσσιων λεκανών με βάθος μεγαλύτερο από 4km. Στην ελληνική τάφρο συναντώνται τα μεγαλύτερα βάθη της Μεσογείου με μέγιστο βάθος 5.093m, νοτιοδυτικά της Μεθώνης. Η τάφρος διασχίζει το Ιόνιο πέλαγος, περνά δυτικά και νότια της Κρήτης, της Καρπάθου, της Κάσου και Νοτιοανατολικά της Ρόδου. της Κρήτης διχάζεται σε κλάδους, όπως την τάφρο του Πλινίου, του Πτολεμαίου και του Στράβωνα. Νοτιοδυτικά και δυτικά της ελληνικής τάφρου βρίσκεται η μεσόγειος ράχη ή η υποθαλάσσια οροσειρά της Ανατολικής Μεσογείου, μια οροσειρά μήκους εκατοντάδων χιλιομέτρων και ύψους περίπου 2.000m πάνω από τον πυθμένα της θάλασσας. Το ελληνικό νησιωτικό τόξο (η τοξοειδής διάταξη του ελληνικού χώρου) σχηματίστηκε μετά το Μειόκαινο (πριν 13 εκατομμύρια χρόνια) με τις διεργασίες της ορογένεσης (οι ελληνίδες οροσειρές αποτελούν μέρη της Αλπικής οροσειράς). Από τότε υφίσταται συνεχή τεκτονική παραμόρφωση με αποτέλεσμα τη δημιουργία ενεργών ρηγμάτων και την πρόκληση πολυάριθμων σεισμών. Το ελληνικό τόξο συνδέει τις Δειναρικές Άλπεις με τις τουρκικές Ταυρίδες οροσειρές μέσω των ελληνίδων οροσειρών, των νησιών του Ιονίου, της Κρήτης, της Κάσου και της Ρόδου. Η τοξοειδής διάταξη των νησιών Κυθήρων, Κρήτης, Κάσου και Ρόδου συνιστά το λεγόμενο νησιωτικό τόξο. H εμπρόσθια τοξοειδής λεκάνη ή οπισθοτάφρος βρίσκεται μεταξύ του νησιωτικού και του ηφαιστειακού τόξου και έχει βάθη μικρότερα των 2km. Το ηφαιστειακό τόξο είναι παράλληλο προς την ελληνική τάφρο και απέχει μία μέση απόσταση 150km από αυτή. Αποτελείται από διάφορα νησιωτικά ηφαίστεια (όπως Πόρος, Μέθανα, Αίγινα, Μήλος, Σαντορίνη, Νίσυρος και Κως) με τοξοειδή διάταξη. Τα ηφαίστεια αυτά έχουν σχηματιστεί από την τήξη της βυθιζόμενης αφρικανικής πλάκας πριν από 2,5 εκατομμύρια χρόνια. Το σχηματιζόμενο γρανιτικό μάγμα αναδυόμενο προς την επιφάνεια ψύχεται και κρυσταλλούμενο σχηματίζει πλουτωνίτες στο βάθος και ηφαίστεια με τοξοειδή διάταξη στην επιφάνεια (Κονισπολιάτης, 2009). Το Ελληνικό Ορογενετικό Τόξο 18

37 Εικόνα 2.12 : Σχηματική απεικόνιση σε στερεοδιάγραμμα του σημερινού ελληνικού τόξου. Με πράσινο χρώμα σημειώνεται το μετωπικό τμήμα της προωθούμενης ευρασιατικής πλάκας, ενώ με πορτοκαλί η υποβυθιζόμενη αφρικανική πλάκα (τα βέλη δείχνουν τη φορά υποβύθισης). Από την ανάτηξη των πετρωμάτων της τελευταίας παράγεται μάγμα, που ανερχόμενο στην επιφάνεια δημιουργεί το τόξο των ηφαιστείων του Αιγαίου. Η προστριβή των δύο πλακών παράγει σεισμούς στα Ιόνια νησιά και το νότιο Αιγαίο (Κρήτη, Δωδεκάνησα). Πηγή : Παπανικολάου και Σιδέρης, Εικόνα 2.13 : Οι κυριότερες μορφοτεκτονικές ενότητες του Ελληνικού Τόξου. Πηγή: Nomikou and Papanikolaou, Το Ελληνικό Ορογενετικό Τόξο 19

38 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Το Ελληνικό Ηφαιστειακό Τόξο. Το ελληνικό ηφαιστειακό τόξο, αποτελείται τόσο από τα χερσαία ηφαιστειακά κέντρα, Μέθανα, Πόρος, Μήλος, Σαντορίνη, Κως και Νίσυρος, όσο και από τα υποθαλάσσια ηφαιστειακά κέντρα, Παυσανίας (δυτικά του Σαρωνικού κόλπου), Κολούμπο και από άλλους μικρότερους ηφαιστειακούς δόμους (βορειοανατολικά της Σαντορίνης), καθώς και από την υποθαλάσσια περιοχή γύρω από τη Νίσυρο (Εικόνα 2.13 και Πίνακας 2.1) (Nomikou et. al., 2012c). Πίνακας 2.1 : Ηφαιστειακά κέντρα (χερσαία και υποθαλάσσια), του ελληνικού ηφαιστειακού τόξου. Πηγή: Nomikou et. al., 2012c. Το Ελληνικό Ηφαιστειακό Τόξο 20

39 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.5. : Ηφαίστεια. Ως ηφαίστεια χαρακτηρίζονται οι θέσεις πάνω στην επιφάνεια της Γης, όπου διάπυρο ρευστό υλικό ενδογήινης προέλευσης (μάγμα) βρίσκει διέξοδο και εκχύνεται με τη μορφή λάβας, μαζί με στερεά και αέρια αναβλήματα υψηλών θερμοκρασιών (Εικόνα 2.14). Ο όρος προέρχεται από τον Ήφαιστο, θεό της φωτιάς κατά την αρχαιότητα. Μάγμα και λάβα δεν είναι όροι ταυτόσημοι, με την έννοια ότι η λάβα είναι το ποσοστό του αρχικού μάγματος που διέφυγε της ενδογήινης κρυστάλλωσης- λιθοποίησης κι έφτασε μέχρι την επιφάνεια σε ρευστή κατάσταση. Στα σημεία εξόδου, σχηματίζονται από τα ηφαιστειακά αναβλήματα χαρακτηριστικές γεωμορφές κωνικού συνήθως σχήματος, οι οποίες αν βρίσκονται στη στεριά, χαρακτηρίζονται ως χερσαία ηφαίστεια, ενώ αν βρίσκονται σε θαλάσσιους πυθμένες, χαρακτηρίζονται ως υποθαλάσσια ηφαίστεια. Η υποθαλάσσια ηφαιστειακή δραστηριότητα υπερέχει συντριπτικά της χερσαίας, καταλαμβάνοντας ποσοστό, σχεδόν 80% (Παπανικολάου και Σιδέρης, 2007). Εικόνα 2.14: Στιγμιότυπο ηφαιστειακής έκρηξης. Εκτόξευση πυρακτωμένης λάβας. Πηγή: eruptions/ Ηφαίστεια 21

40 Η διάρκεια ζωής ενός ηφαιστείου ποικίλλει χρονικά, ανάλογα με το μηχανισμό που ελέγχει τη λειτουργία του. Για παράδειγμα, τα ηφαίστεια της Σαντορίνης και της Νισύρου λειτουργούν τα τελευταία χρόνια, ενώ η μεσοωκεάνια ράχη του Ατλαντικού, που, είναι μία τεράστιου μήκους ηφαιστειακή υποθαλάσσια οροσειρά στον άξονα του ωκεανού, άρχισε να λειτουργεί πριν από 70 εκατομμύρια χρόνια και θα συνεχίσει για πολλά χρόνια ακόμη. Ένα ηφαίστειο αρχίζει το ν κύκλο ζωής του από τη στιγμή που πρωτοεκδηλώνεται η δράση του και τον ολοκληρώνει όταν αδρανοποιηθεί και απολιθωθεί οριστικά το υπόγειο δίκτυο μαγματικής κυκλοφορίας που το τροφοδοτούσε, για ευρύτερους γεωδυναμικούς λόγους. Το ηφαίστειο, ως βουνό, παραδίδεται έκτοτε στην αποκλειστική δράση της αποσάθρωσης και της διάβρωσης και με την πάροδο του χρόνου εξαλείφεται, με μόνη μαρτυρία προηγούμενης ύπαρξής του, τα ηφαιστειακά πετρώματα που παρήγαγε κατά το διάστημα της λειτουργίας του, από την ψύξη λιθοποίηση της λάβας και των άλλων αναβλημάτων. Η εκροή λάβας σε ένα ηφαίστειο δεν είναι συνεχής και συνδέεται με τις επαναλαμβανόμενες φάσεις εκρηκτικής του δραστηριότητας, στις οποίες παρεμβάλλονται μεγάλα χρονικά διαστήματα ηρεμίας. Σ' αυτά, οι μόνες ενδείξεις ζωής του ηφαιστείου είναι οι ατμίδες που εκχέονται από αυτό, δηλαδή υδρατμοί και δύσοσμα αέρια (υδρόθειο, οξείδια του αζώτου κ.α.). Τα ηφαίστεια με καταγεγραμμένη εκρηκτική δραστηριότητα μέσα στους ιστορικούς χρόνους, χαρακτηρίζονται ως ενεργά (δηλαδή ικανά να επαναδραστηριοποιηθούν ανά πάσα στιγμή και στο μέλλον). Υπάρχουν ωστόσο και πολλά ηφαίστεια που δεν έχουν ιστορικά καταγεγραμμένη δράση, είτε γιατί η ανενεργή περίοδός τους υπερκαλύπτει τους ιστορικούς χρόνους, είτε γιατί βρίσκονται σε περιοχές με χρονικά περιορισμένες ιστορικές καταγραφές. Αυτά χαρακτηρίζονται ως κοιμώμενα και η μελλοντική τους δραστηριοποίηση δεν μπορεί να αποκλειστεί. Τέλος, σβησμένα χαρακτηρίζονται τα ηφαίστεια που όλα τα δεδομένα δείχνουν πως έχουν ολοκληρώσει τον κύκλο ζωής τους και έχουν πλέον απονεκρωθεί. Περίπου 700 ενεργά ηφαίστεια είναι καταγεγραμμένα στις ηπείρους και τα νησιά της Γης, ενώ πολλές χιλιάδες είναι αυτές που έχουν εντοπιστεί στους ωκεάνιους πυθμένες (Παπανικολάου και Σιδέρης, 2007). Ηφαίστεια 22

41 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Η Δομή του Ηφαιστείου. Τα ηφαίστεια αποτελούν τις ορατές απολήξεις εκτεταμένων και πολύπλοκων υπόγειων δικτύων, διαμέσου των οποίων συντελείται η ανοδική κίνηση του μάγματος από το βάθος προς την επιφάνεια. Βασικό τμήμα της δομής των περισσότερων ηφαιστείων είναι ο κεντρικός αγωγός (central vent), ένας σχεδόν κατακόρυφος κυλινδρικός σωλήνας, απ' όπου διέρχεται η λάβα πριν εκχυθεί στον αέρα ή στο θαλασσινό νερό. Γύρω από αυτόν δομείται το υπόλοιπο σώμα του ηφαιστείου, από αλλεπάλληλα στρώματα λάβας και τέφρας κατά τις διαδοχικές εκρηκτικές φάσεις, όσο αυτό είναι ενεργό (Εικόνα 2.15) (Παπανικολάου και Σιδέρης, 2007). Εικόνα 2.15 : Σχηματική απεικόνιση τυπικού κωνικού ηφαιστείου σε τομή. Πηγή : Παπανικολάου και Σιδέρης, Η Δομή του Ηφαιστείου 23

42 Ο κεντρικός αγωγός στο ανώτερο άκρο παίρνει ένα χοανοειδές σχήμα, το οποίο αποτελεί τον κρατήρα (crater) του ηφαιστείου. Εκτός από τον κεντρικό κρατήρα στην κορυφή του ηφαιστείου, μπορεί να υπάρχουν και δευτερεύοντες πλευρικοί (flanking craters), που τροφοδοτούνται από μικρότερα παρακλάδια του κεντρικού αγωγού. Στο κατώτερο άκρο του κεντρικού αγωγού υπάρχει ο μαγματικός θάλαμος (magma chamber), μια δεξαμενή μάγματος στον ανώτερο φλοιό, που τροφοδοτεί υπό μορφή δευτερογενούς εστίας το ηφαίστειο. Η πρωτογενής όμως μαγματική εστία, δηλαδή ο χώρος όπου σχηματίζεται αρχικά το μάγμα κι αρχίζει την ανοδική του πορεία, είναι πολύ πιο βαθιά. Συνήθως μετά από μία εξαιρετικά μεγάλη έκρηξη ακολουθεί προσωρινή αδρανοποίηση του μαγματικού θαλάμου και αναστολή της λειτουργίας του ηφαιστείου. Τότε, λόγω της απώλειας στήριξης, είναι πιθανών να σωριαστεί η στέγη του ηφαιστείου (δηλαδή ο κρατήρας και κάποιο τμήμα του κεντρικού αγωγού), οπότε σχηματίζεται μια λεβητοειδής εγκατακρημνισιγενής μορφή, πολύ ευρύτερη του κρατήρα, που ονομάζεται καλδέρα (caldera) του ηφαιστείου. Μία από τις πιο εντυπωσιακές καλδέρες στον κόσμο, είναι αυτή που έχει σχηματιστεί στο ηφαίστειο της Σαντορίνης μετά τη μεγάλη έκρηξη του 1615π.Χ. και οριοθετείται από το ομώνυμο νησί και τα νησάκια Θηρασία και Ασπρονήσι, ενώ στο κέντρο της αναδύονται οι νησίδες Παλαιά και Νέα Καμένη (από σχετικά πρόσφατες εκρήξεις του ηφαιστείου, μέχρι και το 1950). Η καλδέρα της Σαντορίνης έχει κατακλυστεί από τα νερά της θάλασσας, που έχει 400m μέγιστο βάθος σχεδόν (Εικόνα 2.16) (Παπανικολάου και Σιδέρης, 2007). Εικόνα 2.16 : Τρισδιάστατη απεικόνιση της καλδέρας της Σαντορίνης. Πηγή : Βουλαδάκη και Παπαδημητρίου, Η Δομή του Ηφαιστείου 24

43 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Τύποι Ηφαιστείων. Το σχήμα των ηφαιστείων ποικίλει, από τους τέλειους κώνους ( Mount Fuji στην Ιαπωνία και Mayon στις Φιλιππίνες) μέχρι υψίπεδα λάβας στη Ισλανδία (Εικόνα 2.17). Οι κεντρικοί αγωγοί μπορεί να είναι τεράστιες κυκλικές λεκάνες, οι καλδέρες (διαμέτρου πολλών χιλιομέτρων), μέχρι και πολύ μικροί κρατήρες, διαμέτρου λίγων μέτρων (Decker and Decker, 1997). Εικόνα 2.17 : Το σχετικό σχήμα και μέγεθος διάφορων τύπων ηφαιστείων. Πηγή : Siebert et. al., Το ιξώδες του μάγματος καθώς αυτό εκρήγνυται, παίζει καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση του σχήματος του ηφαιστείου. Η έκχυση πολύ παχύρρευστης λάβας, σχηματίζει έναν απόκρημνο δόμο λάβας, ο οποίος ονομάζεται δόμος λάβας - lava dome (Εικόνα 2.17). Τα στέρεα κομμάτια που πετάγονται από τον αγωγό (vent) του ηφαιστείου και αποτίθενται γύρω από τον κρατήρα αυτού, σχηματίζουν τον ονομαζόμενο κώνο σκωριών - cinder cone. Αυτοί οι σχηματισμοί, έχουν ευθείες πλευρές με κλίση γύρω στους 30 βαθμούς. Αντίθετα, η πολύ ρευστή λάβα, ρέει σε μεγάλες αποστάσεις και ήπιες κλίσεις, σχηματίζοντας υψίπεδα ή μικρής κλίσης ηφαιστειακούς σχηματισμούς, που ονομάζονται ασπιδόμορφα ηφαίστεια - shield volcanoes (Decker and Decker, 1997). Τύποι Ηφαιστείων 25

44 Πολλά ηφαίστεια αρχίζουν να εκρήγνυται με την εκτόξευση ηφαιστειακής τέφρας, η οποία ακολουθείται από την έκχυση λάβας. Αυτή η εναλλαγή ηφαιστειακής τέφρας και λάβας, σχηματίζει τις απότομες κοίλες πλαγιές των συνήθων ηφαιστειακών σχηματισμών, γνωστών ως στρωματοηφαίστεια stratovolcanoes ή σύνθετα ηφαίστεια composite volcanoes. Οι σχηματισμοί δακτύλιοι τόφφων - tuff rings και maars, είναι ηφαιστειακοί σχηματισμοί που δημιουργούνται από την εκτόξευση υλικού, όπου η λάβα έρχεται σε επαφή με υπόγεια ύδατα μικρού βάθους. Ένας σχηματισμός maar, είναι ένας επίπεδος κρατήρας με χαμηλό ύψος αποθέσεων γύρω από αυτόν, που προέρχονται κυρίως από την υποσκαφή του κρατήρα παρά από νέο ηφαιστειακό υλικό. Ο κρατήρας του συνήθως γεμίζει με υπόγεια ύδατα,σχηματίζοντας μία λίμνη (Εικόνα 2.17). Η λέξη maar προέρχεται από τη λατινική λέξη mare που σημαίνει θάλασσα. Ένας σχηματισμός tuff ring, δημιουργείται από πυροκλαστικό υλικό που σχηματίζει ένα δαχτυλίδι γύρω από τον κρατήρα. Το υλικό που σχηματίζει το δαχτυλίδι είναι ένας συνδυασμός από πετρώματα από την υποσκαφή του κρατήρα αλλά και από νέο ηφαιστειακό υλικό. Όταν ένα ηφαίστειο εκτοξεύει μεγάλες ποσότητες μάγματος, δημιουργείται ένα κενό στη θέση κάτω από το έδαφος όπου βρίσκονταν το υλικό που εκτοξεύθηκε. Στο σημείο που δημιουργείται το κενό, το έδαφος υποχωρεί και δημιουργείται έτσι, μία μεγάλη κυκλική λεκάνη με απότομες πλαγιές ύψους αρκετών εκατοντάδων μέτρων, η οποία ονομάζεται καλδέρα caldera (Εικόνα 2.17). Τέλος, η μορφή ενός ηφαιστείου μπορεί να είναι σύνθετη. Ένα κώνος σκωριών, για παράδειγμα, μπορεί να είναι το πρώιμο στάδιο για τη δημιουργία ενός στρωματοηφαιστείου. Η κατάρρευση της κορυφής του στρωματοηφαιστείου, λόγω πολύ έντονης έκρηξης, οδηγεί στην δημιουργία καλδέρας, στο χείλος της οποίας μπορεί να εμφανιστούν μεταγενέστερα, δόμοι λάβας. Αυτή η διαφοροποίηση της μορφής ενός ηφαιστείου στο χρόνο, μπορεί να χαρακτηριστεί με τον όρο σύνθετο ηφαίστειο complex volcano (Decker and Decker, 1997). Τύποι Ηφαιστείων 26

45 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Πρόγνωση Ηφαιστειακού Κινδύνου. Κάθε χρόνο περίπου 50 ηφαίστεια εκρήγνυται ανά τον κόσμο. Σε περιπτώσεις βίαιων εκρήξεων, η απειλή για τους κατοίκους των γύρω περιοχών είναι μερικές φορές πολύ μεγάλη. Οι κίνδυνοι μπορεί να είναι είτε πρωτογενείς, δηλαδή να συνδέονται άμεσα με την εκρηκτική ηφαιστειακή δράση (π.χ. ροές λάβας, πτώση τέφρας, απελευθέρωση δηλητηριωδών αερίων, τσουνάμι κ.α.), είτε δευτερογενείς, δηλαδή πιο μακροπρόθεσμες δυσμενείς επιπτώσεις στον ευρύτερο χώρο (π.χ. όξινη βροχή, παροδικές μεταβολές στο κλίμα κ.α.). Έτσι, οι ηφαιστειακές εκρήξεις συγκαταλέγονται στα φυσικά καταστροφικά φαινόμενα υψηλού κινδύνου και η πρόγνωση της εκρηκτικής διέγερσης είναι για τις γύρω περιοχές θέμα ζωτικής σημασίας. Αυτή, γίνεται κυρίως με στατιστικές μεθόδους (περιοδικότητα παλαιότερων εκρήξεων) και επιπρόσθετα με συνεχή παρακολούθηση της συμπεριφοράς του ηφαιστείου, με εστίαση στη σεισμικότητα που προκαλείται από τις μαγματικές διεργασίες κατά την επερχόμενη φάση της διέγερσης. Η παρακολούθηση γίνεται με δίκτυα σεισμογράφων γύρω από το ηφαίστειο, επισήμανση απότομων αλλαγών στη χημική σύσταση των εκπεμπόμενων αερίων, παρατήρηση αύξησης της θερμοκρασίας και της παροχής τω θερμών πηγών κι ακόμη μαγνητικές, βαρυτικές και ηλεκτρικές ανωμαλίες. Κατά τη φάση διέγερσης ενός ηφαιστείου, επίσης, ο μαγματικός θάλαμος ανατήκεται και διογκώνεται, προκαλώντας ανεπαίσθητες μεταβολές στα τοπογραφικά χαρακτηριστικά του ηφαιστειακού κώνου. Σήμερα, οι μεταβολές αυτές είναι ανιχνεύσιμες τόσο με επίγειες γεωδαιτικές μεθόδους, όσο και με δορυφορικές μετρήσεις. Γενικά, η πρόγνωση του ηφαιστειακού κινδύνου είναι πολύ ευχερέστερη από την πρόγνωση του σεισμικού κινδύνου, γιατί τα ηφαίστεια προειδοποιούν και ο επικίνδυνος χώρος είναι γεωγραφικά σαφώς προσδιορισμένος (Παπανικολάου και Σιδέρης, 2007). Πρόγνωση Ηφαιστειακού Κινδύνου 27

46 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.6. : Το Υποθαλάσσιο Ηφαίστειο Κολούμπο. ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Ιστορικά Στοιχεία. Η τελευταία ηφαιστειακή εκδήλωση κατά μήκος της γραμμής Κολούμπο είναι η μόνη ιστορική εξωκαλδερική ηφαιστειακή δραστηριότητα στη Σαντορίνη, η οποία δημιούργησε ένα υποθαλάσσιο ηφαιστειακό οικοδόμημα γνωστό έως σήμερα ως ύφαλο Κολούμπο (Βουγιουκαλάκης κ.α., 1994). Το υποθαλάσσιο ηφαίστειο του Κολούμπο έδωσε τη μοναδική έως τώρα έκρηξη το 1650, η οποία προκάλεσε καταστροφές τόσο στη Σαντορίνη όσο και στα γειτονικά νησιά. Οι περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την έκρηξη του 1650, προέρχονται από ιστορικές καταγραφές ατόμων που βρίσκονταν στη Σαντορίνη και στα γειτονικά νησιά τη στιγμή της έκρηξης. Αυτές τις καταγραφές τις συνέλεξε ο Ferdinand A. Fouqué και τις δημοσίευσε στο βιβλίο του Santorini et ses Eruptions, το 1879, στο οποίο περιέχονται πολύτιμες πληροφορίες για την εξέλιξη της έκρηξης και τις συνέπειες αυτής, στους ανθρώπους της περιοχής εκείνης της εποχής. Παρόμοιες αναφορές υπάρχουν και στο βιβλίο Ecclesiastical History of the Island of Thera του ιερέα Daniel Denaxas, ο οποίος σημειώνει ότι, από το 1649 υπήρχε έντονη σεισμική δραστηριότητα στη Σαντορίνη η οποία και συνεχίστηκε μέχρι και το Η εμφάνιση σεισμικής δραστηριότητας γύρω από την περιοχή ενός ηφαιστείου, αποτελεί και το πρώτο σημάδι μιας επερχόμενης έκρηξης, με την ένταση και τη συχνότητα των σεισμικών δονήσεων να αυξάνονται καθώς πλησιάζει η στιγμή της έκρηξης. Οι πηγές αναφέρουν ότι έξι μέρες πριν την έκρηξη, η θάλασσα είχε ένα ανοιχτό πράσινο χρώμα (λόγω της ανάδυσης του μάγματος και της ανάμειξής του με το θαλασσινό νερό) (Εικόνα 2.18), ενώ το απόγευμα της 27 η Σεπτεμβρίου (οπότε έγινε και η πρώτη ηφαιστειακή έκρηξη), πυκνά σύννεφα άρχισαν να αναδύονται από το εσωτερικό της θάλασσας. Νέφη αερίων και πυρωμένο ηφαιστειακό υλικό πετάγονταν στον ουρανό. Μικρές σεισμικές δονήσεις συνέχιζαν να λαμβάνουν χώρα και μεγάλες ποσότητες ελαφρόπετρας που εκτοξεύονταν από το ηφαίστειο, κάθονταν στην επιφάνεια της θάλασσας, παίρνοντας τη μορφή φτερών που επιπλέουν (Εικόνα 2.19). Η εικόνα αυτή Ιστορικά Στοιχεία του Κολούμπο συνεχίστηκε και την 28 η 28

47 Σεπτεμβρίου και μπορεί να παρομοιαστεί με την εικόνα της υποθαλάσσιας έκρηξης στα νησιά της Τόνγκα, στον Νότιο Ειρηνικό, που πραγματοποιήθηκε το 2009 (Εικόνα 2.20) (Nomikou et. al., 2012a). Εικόνα 2.18 : Αποχρωματισμένο νερό ανεβαίνει πάνω από το σημείο έκρηξης του υποθαλάσσιου ηφαιστείου El Hierro στις Κανάριες Νήσους. Πηγή : Nomikou et. al., 2012a. Εικόνα 2.19 : Ανάδυση ελαφρόπετρας από την υποθαλάσσια έκρηξη του 2009, στα νησιά της Tonga, στο Νότιο Ειρηνικό. Πηγή : Nomikou et. al., 2012a. Εικόνα 2.20 : Εκτόξευση τέφρας και αερίων κατά την υποθαλάσσια έκρηξη του 2009, στα νησιά της Tonga, στο Νότιο Ειρηνικό. Πηγή : Nomikou et. al., 2012a. Την 29η Σεπτεμβρίου του 1650, πραγματοποιήθηκε η μεγαλύτερη έκρηξη του ηφαιστείου, με αστραπές και βροντές να κατακλύζουν την ατμόσφαιρα (Εικόνα 2.21). Ο ήχος των εκρήξεων, έφτασε σε απόσταση 400km, ενώ οι σεισμικές δονήσεις που πραγματοποιήθηκαν έγιναν αισθητές μέχρι και την Κρήτη (σε απόσταση περίπου 100km) (Nomikou et. al., 2012a). Εικόνα 2.21 : Το μετεωρολογικό φαινόμενο της αστραπής, στην έκρηξη του ηφαιστείου Cordon Caulle στη Χιλή. Πηγή : Nomikou et. al., 2012a. Ιστορικά Στοιχεία του Κολούμπο 29

48 Ισχυροί άνεμοι μετέφεραν την ηφαιστειακή στάχτη ανατολικά και την εναπόθεσαν σαν λευκό στρώμα σκόνης στις δυτικές ακτές της Τουρκίας. Η επιφάνεια της θάλασσας καλύφτηκε με ελαφρόπετρα,η οποία ξεβράστηκε στις ακτές των γειτονικών νησιών. Η ηφαιστειακή δραστηριότητα σταμάτησε στις 23:00 της 29η Σεπτεμβρίου και ξεκίνησε εκ νέου τα μεσάνυχτα και συνεχίστηκε και την 30 η Σεπτεμβρίου. Στη συνέχεια, η ηφαιστειακή δραστηριότητα άρχισε να εξασθενεί έως ότου σταμάτησε μετά από λίγες μέρες. Οι κάτοικοι της Σαντορίνης και των γειτονικών νησιών, επηρεάστηκαν από δύο φυσικές συνέπειες της έκρηξης του Κολούμπο : 1) από την εκπομπή τοξινών αερίων, που ταξιδεύουν σε μεγάλες αποστάσεις πάνω από το νερό (Εικόνα 2.22) και 2) από την εκδήλωση τσουνάμι. Τουλάχιστον 50 άνθρωποι και χιλιάδες ζώα έχασαν τη ζωή τους κατά μήκος της βορειανατολικής ακτής της Θήρας που εισέπνευσαν τοξικές αναθυμιάσεις. Πολύ ήταν αυτοί που έχασαν τις αισθήσεις τους για αρκετές ώρες. Τα αέρια της έκρηξης ήταν πολύ όξινα και με μεγάλη περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα και χλώριο, γεγονός που αποδεικνύεται από τον αποχρωματισμό ιερών σκευών και νομισμάτων των εκκλησιών καθώς και πινάκων και τοίχων σε πολλά κτίρια. Το βράδυ της 2 η Οκτωβρίου εννέα ναύτες που γύριζαν από το νησί της Αμοργού, πέθαναν από ασφυξία και ξεβράστηκαν στις ακτές της Θήρας. Ένα ακόμη νέφος τοξικών αερίων που έφτασε στις ακτές της Σαντορίνης την 4 η Νοεμβρίου, παγίδευσε μία ομάδα ανθρώπων, οι 20 περίπου από τους οποίους, έχασαν προσωρινά τις αισθήσεις τους. Η δεύτερη φυσική συνέπεια μίας μεγάλης υποθαλάσσιας ηφαιστειακής έκρηξης, είναι η εκδήλωση τσουνάμι. Τουλάχιστον ένα τσουνάμι κατέκλυσε τις ανατολικές ακτές της Σαντορίνης. Παρασύρθηκαν ζώα, καταστράφηκαν κτίρια και αμπελώνες και διαβρώθηκε μέρος του οδοστρώματος. Έχουν επίσης αποκαλυφθεί, ερείπια εκκλησιών και κτιρίων στην Περίσσα και το Καμάρι, που σαρώθηκαν από τη διέλευση του τσουνάμι, τα οποία πιθανών χτίστηκαν κατά την ελληνιστική περίοδο (330 π.χ. έως 30 π.χ.). Η εκδήλωση του τσουνάμι έγινε αισθητή και στις ακτές άλλων νησιών (όπως στην Ίο και στη Σίκινο). Υπάρχουν αναφορές και για σκάφη του Τουρκικού στόλου που ήταν δεμένα βόρεια του Ηρακλείου της Κρήτης, τα οποία παρασύρθηκαν από το τσουνάμι (Nomikou et. al., 2012a). Ιστορικά Στοιχεία του Κολούμπο 30

49 Εικόνα 2.22 : Νέφος αερίων ταξιδεύει πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας ανοιχτά των ανατολικών ακτών του νησιού Montserrat στις Μικρές Αντίλλες. Πηγή : Nomikou et. al., 2012a. Την 4η και 5η Νοεμβρίου πραγματοποιήθηκαν κάποιες απομονωμένες εκρήξεις με εκτόνωση αερίου και παρουσία μικρής έντασης σεισμικής δραστηριότητας. Μετά από μία αύξηση της έντασης της σεισμικής δραστηριότητας και της υποθαλάσσιας διαταραχής, τις πρώτες μέρες του Δεκεμβρίου του 1650, ολοκληρώθηκε η εκτόνωση του υποθαλάσσιου ηφαιστείου Κολούμπο (Nomikou et. al., 2012a). Η ανακατασκευή του ηφαιστειακού γεγονότος συνοψίζεται στα εξής : Η έξοδος του μαγματικού υλικού προκαλείται στις αρχές του 1649 από τεκτονικά σεισμικά γεγονότα, το οποίο και αρχίζει να οικοδομεί το υποθαλάσσιο ηφαιστειακό κέντρο του Κολούμπο σε ένα πυθμένα βάθους 300m. Η εκρηκτική ηφαιστειακή δραστηριότητα αρχίζει στις 27 Σεπτέμβρη του Η κένωση μέρους του μαγματικού θαλάμου, συνεπάγεται την κατάρρευση του υπερκείμενου οικοδομήματος και τη δημιουργία του καλδερικού βυθίσματος, προκαλώντας παλιρροϊκό κύμα. Η ηφαιστειακή δραστηριότητα, συνεχίζεται κυρίως με την απελευθέρωση μαγματικών αερίων, μέχρι και την εξασθένιση και την ολοκλήρωσή της, καθώς η εκβάθυνση του πόρου (-500m) δεν επιτρέπει τη συνέχιση της εκδήλωσης εκρηκτικής δραστηριότητας (Cantner et. al., 2010). Ιστορικά Στοιχεία του Κολούμπο 31

50 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Η Μορφολογία του Κολούμπο. Από ωκεανογραφικές έρευνες που πραγματοποιήθηκαν στον υποθαλάσσιο χώρο της Σαντορίνης από το 2001 έως το 2011, σε συνεργασία των University of Rhode Island(URI-USA), του Ελληνικού Κέντρου Θαλάσσιων Ερευνών (ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε.), του Ινστιτούτου Γεωλογικών και Μεταλλευτικών ερευνών (Ι.Γ.Μ.Ε.) και του Πανεπιστημίου της Αθήνας (τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος), συλλέχθηκαν δεδομένα βαθυμετρίας της περιοχής (Nomikou, 2003; Nomikou et. al., 2012b). Χρησιμοποιήθηκαν το σύστημα πολυδιαυλικής βυθομέτρησης βαθέων υδάτων (multibeam system, 20kHz, SEABEAM 2120), τομογράφος υποδομής πυθμένα (Air Gun 10ci single channel seismic profiling), πυρηνολήπτες βαρύτητας και κιβωτιοειδείς δειγματολήπτες (Box Corers). Παρατηρήθηκε ότι, το βορειοδυτικό όριο της λεκάνης Άνυδρος (βορειοανατολικά του υποθαλάσσιου χώρου της Σαντορίνης), είναι μία 50km μήκους ρηξιγενής ζώνη με διεύθυνση 45ο βορειοανατολικά, η οποία ονομάζεται ρηξιγενής ζώνη Ίος (Ios Fault Zone, IFZ). Το νοτιοανατολικό όριο της λεκάνης Άνυδρος παρουσιάζει μεγαλύτερη μορφολογική και τεκτονική πολυπλοκότητα, αποτελείται από διαδοχικά ρηξιγενή τεμάχη και ονομάζεται ρηξιγενής ζώνη Άνυδρος (Anydhros Fault Zone, AFZ), με γενική διεύθυνση 30 ο βορειοανατολικά (Εικόνα 2.23) (Σακελλαρίου κ.α., 2010). Εικόνα 2.23 : Βαθυμετρικός- τεκτονικός χάρτης της περιοχής ανατολικά και νοτιοανατολικά της Σαντορίνης. Πηγή: Σακελλαρίου κ.α., Η Μορφολογία του Κολούμπο 32

51 Στη λεκάνη Άνυδρος, συναντώνται περισσότεροι από 20 ηφαιστειακοί δόμοι. Οι δόμοι αυτοί έχουν σχεδόν ευθύγραμμη διάταξη με γενική κατεύθυνση 30ο βορειοανατολικά. Ο μεγαλύτερος εξ αυτών υποθαλάσσιος δόμος είναι ο Κολούμπο, με διάμετρο 3km, πλάτος κρατήρα 1500m και βάθος πυθμένα στο εσωτερικό του κρατήρα 505m (Εικόνες 2.24 και 2.25). Η απόσταση των δύο ρηξιγενών ζωνών (Ιός και Άνυδρος) είναι 30km νοτιοδυτικά της Σαντορίνης, γύρω από την περιοχή του Κολούμπο είναι 16km, ενώ βορειοανατολικά από το νησάκι Άνυδρος, η απόσταση φτάνει μόνο τα 8km (Εικόνα 2.23). Η διατομή του υποθαλάσσιου ηφαιστείου Κολούμπο, όπως συλλέχθηκε με τομογράφο υποδομής πυθμένα φαίνεται στη εικόνα 2.24 (Σακελλαρίου κ.α., 2010). Εικόνα 2.24 : Στρωματογραφία κατά μήκος της γραμμής Κολούμπο, με τομογράφο υποδομής πυθμένα (Air Gun 10ci single channel seismic profiling). Πηγή: Σακελλαρίου κ.α., Από την στρωματογραφία σε χαρακτηριστικά σημεία της περιοχής, παρατηρήθηκε ότι, το μέγεθος και το ύψος των ηφαιστειακών δόμων μειώνεται προς τα βορειοανατολικά, αποδεικνύοντας έτσι ότι η ηφαιστειακή δραστηριότητα μειώνεται καθώς αυξάνεται η απόσταση από τον Κολούμπο (Nomikou et.al., 2012b). Το συμπέρασμα των ερευνών που πραγματοποιήθηκαν είναι ότι, η διακριτή γραμμή του Κολούμπο είναι μία ενεργή (πιθανώς δεξιόστροφη) ζώνη ολίσθησης. Η γραμμή του Κολούμπο αποτελεί εύκολη δίοδο, από την οποία εξέρχεται μαγματικό υλικό και είναι ζώνη δημιουργίας τάφρων και ηφαιστειακών δόμων, με μεγαλύτερο εξ αυτών το υποθαλάσσιο ηφαίστειο Κολούμπο (Εικόνα 2.26) (Σακελλαρίου κ.α., 2010). Η Μορφολογία του Κολούμπο 33

52 Εικόνα 2.25 : Βαθυμετρικός χάρτης γύρω από την περιοχή της Σαντορίνης. Πηγή: Nomikou et. al., 2012b. Η Μορφολογία του Κολούμπο 34

53 Εικόνα 2.26 : Βαθυμετρικός χάρτης γύρω από την περιοχή του Κολούμπο η διάταξη των ηφαιστειακών δόμων. Πηγή : Nomikou et. al., 2012b. Η Μορφολογία του Κολούμπο 35

54 Από την εξερεύνηση της περιοχής τον Αύγουστο του 2010 με το Ω/Κ "Nautilus", του Ο.Ε.Τ. (Οcean Exploration Trust, USA), (ΝΑ007), συλλέχθηκαν πληροφορίες σχετικά με τις κλίσεις, τις κορυφές και τους κρατήρες 19 ηφαιστειακών δόμων (Πίνακες 2.2 και 2.3). Πίνακας 2.2 : Χαρακτηριστικά ηφαιστειακών δόμων (Πίνακας 1/2). Πηγή: Nomikou et. al., 2012b. Πίνακας 2.3 : Χαρακτηριστικά ηφαιστειακών δόμων (Πίνακας 2/2). Πηγή: Nomikou et. al., 2012b. Η Μορφολογία του Κολούμπο 36

55 Οι περισσότεροι από από τους ηφαιστειακούς αυτούς δόμους έχουν σχεδόν κυκλική μορφή με απότομες κλίσεις επιφανειών και ορισμένοι από αυτούς έχουν κρατήρα. Οι κορυφές τους βρίσκονται σε βάθη 130m έως και 370m, με επικρατέστερα τα βάθη μεταξύ 200m και 350m. Η βάση των ηφαιστειακών δόμων, βρίσκεται σε βάθη από 350m έως 450m (Εικόνα 2.26) (Nomikou et. al., 2012b). Από έρευνες που πραγματοποιήθηκαν το 2006, από μια αποστολή του NOOA Ocean Explorer (National Oceanic and Atmospheric Administration), βρέθηκε ένα εκτεταμένο υδροθερμικό πεδίο στον πυθμένα του κρατήρα του Κολούμπο. Από τους υδροθερμικούς πόρους (οι οποίοι είναι καλυμμένοι με ένα παχύ στρώμα από βακτηρίδια) (Εικόνα 2.27), εξέρχονται υπέρθερμα υδροθερμικά ρευστά, με θερμοκρασίες έως και 220οC. Οι αποθέσεις πολυμεταλλικών σουλφιδίων και θειικών αλάτων, έχουν σχηματίσει καμινάδες ύψους έως και 4m (Εικόνες 2.28 και 2.29) (Sigurdsson et. al., 2006; Carey et. al., 2011; Kilias et. al., 2011). Εικόνα 2.27: Υδροθερμικός πόρος στον κρατήρα του ηφαιστείου Κολούμπο. Πηγή: noaa.gov. Εικόνα 2.28 :Υδροθερμική καμινάδα Εικόνα 2.29:Συσσωμάτωμα ύψους 4 m στον κρατήρα του ηφαιστείου πολυμεταλλικών Κολούμπο. Οι πλευρές της καμινάδας σουλφιδίων και είναι καλυμμένες με μικροοργανισμούς. θειικών αλάτων. Πηγή: Πηγή: Η Μορφολογία του Κολούμπο 37

56 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2.7. : Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας. ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Προηγούμενες Μελέτες και Υπάρχων Ερευνητικό Υλικό. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες όπου η διαθεσιμότητα των ψηφιακών μοντέλων εδάφους έχει αυξηθεί και η ακρίβεια των δεδομένων έχει βελτιωθεί, έχουν αναπτυχθεί αλγόριθμοι εξαγωγής χαρακτηριστικών από ψηφιακά μοντέλα εδάφους. Τα συστήματα γεωγραφικών πληροφοριών, επιτρέπουν την ανάλυση στις τρεις διαστάσεις, μεγάλης έκτασης περιοχών μελέτης. Η συστηματική προσέγγιση, ωστόσο, για την ανάπτυξη συστημάτων ταξινόμησης γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών, είναι ακόμα σε ερευνητικό στάδιο. Οι πιο πρόσφατες έρευνες περιλαμβάνουν τη μέθοδο cluster ανάλυσης με τη χρήση αλγορίθμων γενίκευσης (Friedrich, 1996; Romstad, 2001) ή τη χρήση της ασαφούς λογικής σε δεδομένα αναγλύφου (Irvin et al., 1997; De Bruin and Stein, 1998; Burrough et al., 2000; MacMillan et al., 2000). Κάποιο αλγόριθμοι έχουν αναπτυχθεί για τον προσδιορισμό συνηθισμένων σχηματισμών, όπως γραμμικές ή κυκλικές μορφές (Cross, 1988; Parrot and Taud, 1992), ενώ άλλοι προσδιορίζουν ειδικούς σχηματισμούς, π.χ. βουνά (Miliaresis and Argialas, 1999; Miliaresis, 2001), κορυφές βουνών (Tribe, 1990), περιοχές καθίζησης ή κορυφογραμμές (Chorowicz et al., 1995) ή άλλα χαρακτηριστικά (Tang, 1992; Walsh et al., 1998). Πολλές μέθοδοι αποβλέπουν στον χαρακτηρισμό των πλαγιών (Dikau, 1990; McDermid and Franklin, 1995; Irvin et al., 1997; Burrough et al., 2000; MacMillan et al., 2000; Urban et al., 2000). Οι περισσότερες μέθοδοι βασίζονται στην ανάλυση των εικονοστοιχείων και στην ανάλυση των δύο ή τριών γειτόνων (Drăguţ and Blaschke, 2006). Η αντικειμενοστρεφής ανάλυση χρησιμοποιείται για την παρακολούθηση αστικών και μη περιοχών, για τη συλλογή πληροφοριών σε περιπτώσεις καταστροφών, αλλά και σε εφαρμογές συστημάτων GIS (Nussbaum and Menz, 2008). Το ερευνητικό πλαίσιο για τον προσδιορισμό της συμβολής της αντικειμενοστρεφούς ανάλυσης εικόνας στην εξαγωγή γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών περιλαμβάνει τις μελέτες ταξινόμησης του αναγλύφου σε λεκάνες, ορεινούς όγκους και πρόποδες (Αργιαλάς και Τζώτσος, 2004), κορυφές και πόδια βουνών (Drăguţ and Blaschke, 2006), κορυφογραμμές, πεδιάδες και κανάλια (Gercek, 2010) κ.α. Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 38

57 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Η Μέθοδος της Αντικειμενοστρεφούς Ανάλυσης Εικόνας. Η αντικειμενοστρεφής ανάλυση εικόνας (Object Based Image Analysis, OBIA), είναι μία σχετικά νέα μεθοδολογία ψηφιακής ανάλυσης και ταξινόμησης εικόνων. Σύμφωνα, με τον ευρέως αποδεκτό ορισμό από τους Hay και Castilla (2006) : Η αντικειμενοστρεφής ανάλυση εικόνας αποτελεί μία ειδική εφαρμογή των Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIScience), που έχει σκοπό να εισάγει στην ανάλυση της εικόνας σημασιολογικά αντικείμενα αυτής, τα οποία επιφέρουν χωρικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά. Με τις διαδικασίες της κατάτμησης και της ταξινόμησης, η αντικειμενοστρεφής ανάλυση εικόνας, καταφέρνει να εξετάζει και να συνδέει διαφορετικά αντικείμενα (Gercek, 2010). Η λογική της κατάτμησης των εικόνων πρωτοεμφανίστηκε στα μέσα της δεκαετίας 1970 (Haralick et al., 1973), ωστόσο μόλις το 2000 παρουσιάστηκε για πρώτη φορά από τους (Baatz and Schape, 2000) η μέθοδος κατάτμησης εικόνας (γνωστής και ως κατάτμησης πολλαπλής ανάλυσης- multiresolution segmentation), η οποία κατάφερε να εφαρμοστεί σε ένα νέο λογισμικό, το ecognition. Η νέα αυτή μεθοδολογία συνδυάζει αλγορίθμους ανάλυσης εικόνας χαμηλού, μεσαίου και υψηλού επιπέδου σε ένα ενιαίο περιβάλλον λογισμικού (Αργιαλάς και Τζώτσος, 2002). Τα αποτελέσματα της αντικειμενοστρεφούς ανάλυσης μπορούν να εξαχθούν υπό μορφή εικόνας ράστερ, αλλά και υπό μορφή πολυγώνων, διευκολύνοντας τη συνεργασία με Συστήματα Πληροφοριών Γης (ΣΠΓ GIS). Η όλη διαδικασία ανάλυσης μίας εικόνας μπορεί να αποθηκευτεί σε ένα μικρού μεγέθους ψηφιακό πρωτόκολλο και να εφαρμοστεί σε άλλες παρόμοιες εικόνες, διατηρώντας σταθερές τις συνθήκες επεξεργασίας και αυτοματοποιώντας την (Δερζέκος και Αργιαλάς, 2002). Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 39

58 To λογισμικό ecognition προσφέρει τη δυνατότητα δημιουργίας μια ιεραρχίας πολλαπλών επιπέδων από ομοιογενή ως προς το τόνο και σχήμα αντικείμενα της εικόνας, τα οποία κάθε στιγμή γνωρίζουν τόσο τους γείτονες τους στο ίδιο επίπεδο, αλλά και τα αντικείμενα που βρίσκονται πάνω ή κάτω από αυτά (Σχήμα 2.1). Ταυτόχρονα γίνεται υπολογισμός στατιστικών παραμέτρων που αφορούν στις τιμές χρώματος των αντικειμένων (μέσες τιμές τόνου, τυπικές αποκλίσεις, υφή κ.α.), αλλά και ιδιοτήτων που αφορούν στο σχήμα των αντικειμένων (προσανατολισμός, μήκος, πλάτος, επιμήκυνση, καμπυλότητα, συμπαγότητα κ.α.) (Αργιαλάς κ.α., 2002). Σχήμα 2.1 : Αναπαράσταση ιεραρχίας πολλαπλών επιπέδων αντικειμένων, τα οποία αλληλοσχετίζονται μεταξύ τους, τόσο όσον αφορά αντικείμενα του ίδιου επιπέδου, όσο και αντικείμενα διαφορετικών επιπέδων. Πηγή : ecognition Developer 8.7 User's Guide, Κυκλοφορούν πολλές εκδόσεις του λογισμικού με την πιο πρόσφατη την ecognition Developer 8.7. Οι διάφορες εκδόσεις βασίζονται όλες στην θεωρία που αναφέρθηκε παραπάνω, με μόνη διαφορά την προσθήκη περισσότερων αλγορίθμων τόσο κατάτμησης όσο και ταξινόμησης στις πιο πρόσφατες εκδόσεις, προκειμένου να αξιοποιείται η τεχνολογική πρόοδος στον τομέα των λογισμικών αντικειμενοστρεφούς ανάλυσης εικόνων (Σιακαβάρα, 2011). Στην παρούσα εργασία χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό ecognition Developer 8.7. Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 40

59 Η εφαρμογή της αντικειμενοστρεφούς ανάλυσης εικόνας, απαιτεί δύο βασικές διαδικασίες επεξεργασίας αυτής, την κατάτμηση και την ταξινόμηση. Με το τέλος και της ταξινόμησης, πραγματοποιείται αξιολόγηση των αποτελεσμάτων μέσω του λογισμικού. Η σειρά εφαρμογής των διαδικασιών αυτών απεικονίζεται στο σχήμα 2.2, ενώ οι τρεις αυτές διαδικασίες αναλύονται στα επόμενα υποκεφάλαια. Σχήμα 2.2 : Η ροή εφαρμογής των βασικών διαδικασιών στην αντικειμενοστρεφή ανάλυση εικόνας. Πηγή : Anders et. al., ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Η Μεθοδολογία της Κατάτμησης των Εικόνων. Το πρώτο βήμα για την αντικειμενοστρεφή ανάλυση της εικόνας, είναι η κατάτμηση της. Συνήθως, ως κατάτμηση ορίζεται η υποδιαίρεση οντοτήτων (όπως είναι τα αντικείμενα της εικόνας), σε μικρότερα μέρη. Ωστόσο, για το λογισμικό ecognition, κατάτμηση της εικόνας ονομάζεται οποιαδήποτε διαδικασία δημιουργεί καινούργια αντικείμενα ή μεταβάλλει τη μορφολογία των υπαρχόντων αντικειμένων της εικόνας με βάση συγκεκριμένα κριτήρια. Στο λογισμικό ecognition υπάρχουν δύο αρχές κατάτμησης : η από πάνω προς τα κάτω κατάτμηση, όπου διαιρείται ένα αντικείμενο σε μικρότερα αντικείμενα (top down strategy), και η από κάτω προς τα πάνω κατάτμηση, όπου ενώνονται μικρά αντικείμενα για τη δημιουργία ενός μεγαλύτερου αντικειμένου (bottom up strategy) (ecognition Developer 8.7 User's Guide, 2011). Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 41

60 Το ecognition 8.7 παρέχει τέσσερις μεθοδολογίες κατάτμησης τύπου Top- down : 1. Κατάτμηση Chessboard. Είναι ο πιο απλός αλγόριθμος κατάτμησης. Κόβει την εικόνα σε ίσα τετράγωνα, με διάσταση ίση με αυτή που ορίζει ο χρήστης (Σχήμα 2.3). Σχήμα 2.3 : Κατάτμηση Chessboard. Πηγή : ecognition Developer 8.7 User's Guide, Κατάτμηση Quadree-based. Ο αλγόριθμος δημιουργεί τετράγωνα διαφορετικού μεγέθους, αφού ο χρήστης ορίσει κάποια κριτήρια ομοιογένειας. Η αρχική εικόνα διαιρείται σε τέσσερα τετράγωνα κάθε ένα από τα οποία με τη σειρά τους διαιρούνται και αυτά σε άλλα τέσσερα τετράγωνα κ.ο.κ. (Σχήμα 2.4). Η διαδικασία υποδιαίρεσης επαναλαμβάνεται έως ότου τα κριτήρια ομοιογένειας να πληρούνται σε κάθε τετράγωνο. Σχήμα 2.4 : Κατάτμηση Quadree-based. Πηγή : ecognition Developer 8.7 User's Guide, Κατάτμηση Contrast filter. Είναι πολύ γρήγορος αλγόριθμος και τα αποτελέσματα της κατάτμησης χρησιμοποιούνται ως αρχικά δεδομένα για περαιτέρω επεξεργασία. Σε κάποιες περιπτώσεις μπορεί να απομονώνει τα αντικείμενα ενδιαφέροντος σε ένα μόνο βήμα. Σε αυτές τις περιπτώσεις δε χρειάζεται να δημιουργηθούν αντικείμενα μικρότερα από το αντικείμενο ενδιαφέροντος. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως αρχικό βήμα ανάλυσης για την βελτίωση των τελικών αποτελεσμάτων ανάλυσης εικόνας. Ο αλγόριθμος είναι ιδιαίτερα χρήσιμος σε περιπτώσεις όπου τα αντικείμενα της εικόνας είναι ευδιάκριτα. Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 42

61 4. Κατάτμηση Contrast split. Ο αλγόριθμος είναι παραπλήσιος με τον αλγόριθμο κατάτμησης multi-threshold (που θα περιγραφεί παρακάτω). Διαιρεί την εικόνα σε σκοτεινές και φωτεινές περιοχές με βάση μία τιμή κατωφλίωσης, η οποία μεγιστοποιεί την αντίθεση μεταξύ των δύο περιοχών. Ο αλγόριθμος υπολογίζει το καταλληλότερο κατώφλι ξεχωριστά για κάθε αντικείμενο. Αρχικά πραγματοποιείται μία κατάτμηση Chessboard και μετά πραγματοποιείται διαχωρισμός σε κάθε τετράγωνο (ecognition Developer 8.7 User's Guide, 2011). Οι μεθοδολογίες κατάτμησης τύπου Bottom-up που παρέχει το ecognition 8.7 είναι οι εξής : 1. Κατάτμηση Multiresolution (η οποία και χρησιμοποιήθηκε στην παρούσα εργασία, διότι λαμβάνει υπόψη την πολυπλοκότητα των δεδομένων με τη μεγαλύτερη δυνατή ακρίβεια). Ο αλγόριθμος ενώνει pixels ή υπάρχοντα αντικείμενα. Αναγνωρίζει και ενώνει τα pixel ή τα αντικείμενα (ανάλογα με το επίπεδο κατάτμησης της εικόνας) και τα ενώνει με γειτονικά, με βάση κάποια κριτήρια ομοιογένειας. Αυτά τα κριτήρια ομοιογένειας, είναι ένας συνδυασμός φασματικών και σχηματικών κριτηρίων. Ο χρήστης μπορεί να τροποποιεί το αποτέλεσμα της κατάτμησης μεταβάλλοντας την παράμετρο κλίμακας (scale parameter). Όσο μεγαλύτερη είναι η παράμετρος κλίμακας, τόσο μεγαλύτερα είναι τα αντικείμενα που δημιουργούνται. Τα κριτήρια ομοιογένειας. Τα κριτήρια ομοιογένειας στην κατάτμηση Multiresolution, καθορίζουν το βαθμό ομοιογένειας που πρέπει να παρουσιάζει ένα νέο σχηματιζόμενο αντικείμενο. Αυτό υπολογίζεται από τον συνδυασμό χρωματικών και σχηματικών ιδιοτήτων των αρχικών και τελικών αντικειμένων. Η χρωματική ομοιογένεια βασίζεται στην τυπική απόκλιση των φασματικών τιμών, ενώ η σχηματική ομοιογένεια βασίζεται στην απόκλιση της ιδιότητας ενός σχήματος να είναι συμπαγές (ή ομαλό). Τα κριτήρια ομοιογένειας μπορούν να διαμορφωθούν με το να ορίσει ο χρήστης τα βάρη για τα κριτήρια του σχήματος και της ιδιότητας ενός σχήματος να είναι συμπαγές (Σχήμα 2.5) (ecognition Developer 8.7 User's Guide, 2011). Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 43

62 Το βάρος για το κριτήριο του σχήματος μπορεί να πάρει τιμή 0,9. Η τιμή αυτή καθορίζει σε ποιο βαθμό το σχήμα επηρεάζει το αποτέλεσμα της κατάτμησης, σε σχέση με το κριτήριο χρώματος (στην παρούσα διπλωματική, η τιμή χρώματος αντιστοιχεί σε τιμή βάθους, δεδομένου ότι χρησιμοποιείται ψηφιακό μοντέλο αναγλύφου πυθμένα, έναντι εικόνας). Για παράδειγμα, για βάρος στο σχήμα ίσο με 0,6, αυτόματα συνεπάγεται βάρος στο χρώμα ίσο με 0,4. Η αντίστοιχη σχέση ισχύει και για τα βάρη για το κριτήριο συμπαγούς σχήματος και για το κριτήριο ομαλότητας (των ορίων των αντικειμένων). Όσο μεγαλύτερο είναι το βάρος για το κριτήριο συμπαγούς σχήματος, τόσο μικρότερο είναι το βάρος για το κριτήριο ομαλότητας (ecognition Developer 8.7 User's Guide, 2011). Σχήμα 2.5 : Διάγραμμα ροής κατά την κατάτμηση σε πολλαπλά επίπεδα χωρικής ανάλυσης (multiresolution segmentation). Πηγή : Σιακαβάρα, Κατάτμηση Multi-threshold και Automatic Threshold. Ο αλγόριθμος εμφανίζεται για πρώτη φορά στο λογισμικό ecognition Developer 8.7. Διαιρεί την εικόνα και ταξινομεί τα αντικείμενα με βάση ένα ορισμένο κατώφλι τιμή για το εικονοστοιχείο. Αυτό το κατώφλι μπορεί να οριστεί από το χρήστη ή να οριστεί αυτόματα με τον αλγόριθμο Automatic Threshold. Το κατώφλι μπορεί να οριστεί για ολόκληρη την εικόνα ή για ορισμένα αντικείμενα. Ο αλγόριθμος χρησιμοποιεί ένα συνδυασμό μεθόδων ιστογράμματος και μετρήσεων ομοιογένειας της κατάτμησης σε πολλαπλά επίπεδα χωρικής ανάλυσης, για να υπολογίσει ένα κατώφλι, με το οποίο θα διαιρεθεί ο επιλεγμένος αριθμός των εικονοστοιχείων σε δύο υποκατηγορίες. Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 44

63 3. Κατάτμηση Spectral difference. Ο αλγόριθμος ενώνει γειτονικά αντικείμενα αν η διαφορά της φασματικής τους τιμής είναι μικρότερη από την τιμή που έχει οριστεί ως μέγιστη φασματική διαφορά. Ο αλγόριθμος δε μπορεί να δημιουργήσει νέα αντικείμενα με βάση των επίπεδο εικονοστοιχείων της εικόνας (ecognition Developer 8.7 User's Guide, 2011). Αφού πραγματοποιηθεί το πρώτο στάδιο της κατάτμησης, το λογισμικό παρέχει τη δυνατότητα ανασχηματισμού των αντικειμένων που έχουν προκύψει από την αρχική κατάτμηση. Αυτός ο ανασχηματισμός πραγματοποιείται με δύο βασικούς αλγόριθμους: τον αλγόριθμο Merge region και τον αλγόριθμο Grow Region. Ο αλγόριθμος Merge Region, ενώνει όλα τα γειτονικά αντικείμενα μιας κλάσης σε ένα μεγάλο αντικείμενο. Η ταξινόμηση δεν αλλάζει, παρά μόνο μειώνεται ο αριθμός των αντικειμένων (Εικόνα 2.30). Εικόνα 2.30 : Συνένωση των αντικειμένων που έχουν ταξινομηθεί ως parts. Πηγή : ecognition Developer 8.7 Reference Book, Ο αλγόριθμος Grow Region, επεκτείνει όλα τα αντικείμενα τα οποία ανήκουν στην κλάση που έχει οριστεί ως γόνος (seed), με την ενσωμάτωση γειτονικών αντικειμένων, τα οποία βρίσκονται στις κλάσεις που έχουν οριστεί ως υποψήφιες (candidate) (Εικόνα 2.31) (ecognition Developer 8.7 User's Guide, 2011). Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 45

64 Εικόνα 2.31 : Επέκταση των αντικειμένων που ανήκουν στην κλάση γόνο seeds, με την ένωσή τους με γειτονικά αντικείμενα που ανήκουν στην κλάση candidate Ν1. Σημειώνεται ότι, τα δύο αντικείμενα στο κέντρο της εικόνας που ανήκουν στην κλάση γόνο, μετά την εφαρμογή του αλγορίθμου, επεκτείνονται σε όλο το χώρο που καταλαμβάνουν τα γειτονικά αντικείμενα που ανήκουν στην κλάση candidate, παραμένοντας ωστόσο δύο ξεχωριστά αντικείμενα. Πηγή : ecognition Developer 8.7 Reference Book, ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Η Μεθοδολογία της Ταξινόμησης των Εικόνων. Το επόμενο βήμα μετά την κατάτμηση της εικόνας, είναι η ταξινόμηση των αντικειμένων με τη χρήση κανόνων ασαφούς λογικής, για τη δημιουργία οντοτήτων που αναπαριστούν την πραγματικότητα. Η ταξινόμηση βασίζεται σε στατιστικά μεγέθη που λέγονται χαρακτηριστικά features που αφορούν το σχήμα, την τοπολογία και την ιεραρχία των αντικειμένων (Gercek, 2010). Αρχικά δημιουργούνται οι κλάσεις, και στη συνέχεια ταξινομούνται τα αντικείμενα σε αυτές. Η κάθε κλάση ορίζεται από ένα σύνολο συνθηκών (που αφορούν τις ιδιότητεςχαρακτηριστικά των αντικειμένων), τις οποίες θα πρέπει να πληρεί ένα αντικείμενο για να ανήκει στην εκάστοτε κλάση. Το λογισμικό παρέχει δύο τύπους ορισμού των συνθηκών των ιδιοτήτων των αντικειμένων: 1. τη χρήση κατωφλίων (όπου ελέγχεται εάν τα αντικείμενα τηρούν τις συνθήκες ορίων των ιδιοτήτων των αντικειμένων ή όχι) και 2. τη χρήση κανόνων ασαφούς λογικής (όπου ορίζεται ο βαθμός συμμετοχής που πρέπει να πληρεί η εκάστοτε ιδιότητα του αντικειμένου) (ecognition Developer 8.7 User's Guide, 2011). Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 46

65 Η ταξινόμηση με τη χρήση κανόνων ασαφούς λογικής, πραγματοποιείται με δύο τρόπους (Σχήμα 2.6) : 1. Με τη χρήση δειγμάτων-samples (που ορίζει ο χρήστης για κάθε κλάση) και την εφαρμογή της ασαφούς εκδοχής του αλγορίθμου του εγγύτερου γείτονα. Ο αλγόριθμος, συγκρίνει κάθε αντικείμενο με το σύνολο των δειγμάτων των διαφορετικών κλάσεων και το ταξινομεί στην κλάση, της οποίας τα δείγματα αποτελούν τον εγγύτατο γείτονα του αντικειμένου (όσον αφορά τις τιμές των ιδιοτήτων του αντικειμένου ) (Gercek, 2010). 2. Με τη χρήση συναρτήσεων συμμετοχής (membership functions). Οι συναρτήσεις συμμετοχής ορίζονται από τον χρήστη και αφορούν τις ιδιότητες των αντικειμένων (Πίνακας 2.4) (ecognition Developer 8.7 User's Guide, 2011). Για κάθε αντικείμενο υπολογίζεται η τιμή συμμετοχής του σε κάθε κατηγορία και κατατάσσεται στην κλάση στην οποία το αντικείμενο παρουσιάζει τη μεγαλύτερη τιμή συμμετοχής (Gercek, 2010). Πίνακας 2.4 : Οι συναρτήσεις συμμετοχής που παρέχει το λογισμικό ecognition 8.7. Πηγή : ecognition Developer 8.7 User's Guide, 2011, Σιακαβάρα, Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 47

66 Σχήμα 2.6 : Απεικόνιση μεθόδων ταξινόμησης, α) συναρτήσεις συμμετοχής για τον ασαφή προσδιορισμό των ιδιοτήτων των αντικειμένων, β) ασαφής εκδοχή του αλγορίθμου του Εγγύτερου Γείτονα. Πηγή : Gercek, Κατά την ταξινόμηση, τόσο με τη χρήση δειγμάτων-samples, όσο και με τη χρήση συναρτήσεων συμμετοχής, είναι απαραίτητη η χρήση των ιδιοτήτων των αντικειμένων οι οποίες ονομάζονται features. Τα αντικείμενα που δημιουργούνται κατά την αντικειμενοστρεφή ανάλυση εικόνας, φέρουν πολύ περισσότερες ιδιότητες από αυτές που φέρει κάθε εικονοστοιχείο ξεχωριστά. Ένα από τα πιο καθοριστικά βήματα για την ακρίβεια των αποτελεσμάτων της ταξινόμησης, είναι η εύρεση και η χρήση των ιδιοτήτων features που θα χρησιμοποιηθούν σε κάθε κλάση καθώς και οι τιμές που αυτές θα λαμβάνουν (Gercek, 2010). Παραδείγματα ιδιοτήτων των αντικειμένων είναι το μέγεθός τους, η μέση τιμή φωτεινότητας σε κάθε κανάλι, τον πλήθος των γειτονικών αντικειμένων κτλ. Τα χαρακτηριστικά feature που προσφέρει το λογισμικό ecognition 8.7, χωρίζονται σε δύο βασικές κατηγορίες (Πίνακας 2.5) : Στα χαρακτηριστικά που συσχετίζονται με το αντικείμενο Object-related features, και Στα χαρακτηριστικά που συσχετίζονται με την κλάση Class-related features Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 48

67 Πίνακας 2.5 : Τα χαρακτηριστικά features που παρέχει το λογισμικό ecognition 8.7, τα οποία σχετίζονται με το ίδιο το αντικείμενο ή με την κατηγορία των κλάσεων. Πηγή : ecognition Developer 8.7. Παρατηρούμε ότι, τα χαρακτηριστικά σχετίζονται με ιδιότητες του αντικειμένου όπως είναι η μέση τιμή (mean) ή η τυπική απόκλιση (Standard deviation) φωτεινότητας στα διάφορα κανάλια, το σχήμα του αντικειμένου (shape) κτλ., καθώς και με ιδιότητες που συσχετίζουν το αντικείμενο με την κατηγορία των κλάσεων (που βρίσκονται στο ίδιο ή σε διαφορετικό επίπεδο κατάτμησης), όπως για παράδειγμα το αν το αντικείμενο αποτελεί ένα σύνολο από άλλα υποαντικείμενα μιας κλάσης (Relations to sub objects Existence of) κτλ. Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 49

68 Το λογισμικό ecognition 8.7 παρέχει τέσσερις αλγορίθμους ταξινόμησης (Πίνακας 2.6) : 1. Τον αλγόριθμο ταξινόμησης Assign Class. Είναι ο πιο απλός αλγόριθμος ταξινόμησης. Χρησιμοποιεί μία τιμή-κατώφλι για να καθορίσει εάν ένα αντικείμενο ανήκει σε μία κλάση ή όχι. Ο αλγόριθμος αυτός χρησιμοποιείται όταν η χρήση ενός μόνο κατωφλίου είναι αποτελεσματική για την ταξινόμηση. 2. Τον αλγόριθμο Classification. Ο αλγόριθμος χρησιμοποιεί τις συνθήκες που ορίζουν τις κλάσεις για να ταξινομήσει τα αντικείμενα. Ο αλγόριθμος χρησιμοποιείται όταν απαιτείται η χρήση της ασαφούς λογικής στις συναρτήσεις συμμετοχής, ή όταν απαιτείται ο συνδυασμός συνθηκών για τον ορισμό μίας κλάσης. 3. Τον αλγόριθμο Hierarchical Classification. Ο αλγόριθμος χρησιμοποιείται σε εφαρμογές με πολυσύνθετη ιεραρχία κλάσεων, όπου πραγματοποιείται ταξινόμηση αντικειμένων που βρίσκονται σε διαφορετικά επίπεδα κατάτμησης. 4. Τον αλγόριθμο Advanced Classification. Ο αλγόριθμος εκτελεί ειδικές εφαρμογές. Ο χρήστης ορίζει τόσο τις ίδιες παραμέτρους με αυτές που πρέπει να ορίσει κατά την εφαρμογή του αλγορίθμου Classification, όσο και επιπρόσθετες ειδικές παραμέτρους (ecognition Developer 8.7 User's Guide, 2011). Πίνακας 2.6 : Οι αλγόριθμοι ταξινόμησης που παρέχει το λογισμικό ecognition 8.7. Πηγή : ecognition Developer 8.7. Στην παρούσα διπλωματική εργασία εφαρμόζεται ο αλγόριθμος Hierarchical Classification, με σκοπό τη δημιουργία και τη χρήση εννέα διαφορετικών επιπέδων κατάτμησης. Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 50

69 ΚΕΦΑΛΑΙΟ :Αξιολόγηση Αποτελεσμάτων. Το λογισμικό παρέχει τέσσερις στατιστικούς ελέγχους για την αξιολόγηση της ποιότητας της ταξινόμησης : Classification Stability, Best Classification Result, Error Matrix based on TTA Mask και Error Matrix based on Samples. Ο αλγόριθμος Classification Stability, εκφράζει την επί της εκατό διαφορά της τιμής συμμετοχής της πρώτης κατηγορίας από τη δεύτερη καλύτερη κλάση στην οποία το αντικείμενο πρέπει να ταξινομηθεί. Στον πίνακα εφαρμογής του αλγορίθμου, εμφανίζονται τα στατιστικά μεγέθη : αριθμός αντικειμένων, μέση τιμή, τυπική απόκλιση, μέγιστη και ελάχιστη τιμή, τα οποία αναφέρονται στη σχέση της πρώτης καλύτερης κλάσης από τη δεύτερη καλύτερη κλάση και υπολογίζονται ανά κατηγορία. Ο αλγόριθμος Best Classification Result, εμφανίζει στατιστικά μεγέθη (αριθμός αντικειμένων, μέση τιμή, τυπική απόκλιση, μέγιστη και ελάχιστη τιμή), τα οποία και υπολογίζονται για τους μέγιστους βαθμούς συμμετοχής με τους οποίους ταξινομήθηκαν τα αντικείμενα στην εκάστοτε κλάση-κατηγορία. Οι αλγόριθμοι Classification Stability και Best Classification Result, εκτελούνται και στην παρούσα εργασία (Κεφάλαιο ). Ο αλγόριθμος Error Matrix based on TTA Mask, συγκρίνει τα αποτελέσματα της ταξινόμησης με τιμές αναφοράς που αναφέρονται σε δεδομένες περιοχές ελέγχου (τις οποίες εμείς ορίζουμε) και έχουν ως αναφορά την οντότητα των εικονοστοιχείων (γεωαναφερόμενα εικονοστοιχεία). Τέλος, ο αλγόριθμος Error Matrix based on Samples συγκρίνει τα αποτελέσματα της ταξινόμησης με δείγματα (και όχι εικονοστοιχεία) που εμείς ορίζουμε (ecognition Developer 8.7 User's Guide, 2011). Μεθοδολογία και Λογισμικό Επεξεργασίας 51

70 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3 : ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ ΚΑΙ ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3.1. : Δεδομένα Επεξεργασίας. Το ψηφιακό μοντέλο εδάφους, αποτελεί ένα σύνολο υψομετρικών τιμών που αντιστοιχούν σε συγκεκριμένα σημεία με γνωστές γεωγραφικές συντεταγμένες στην γήινη επιφάνεια και είναι το βασικό αρχείο δεδομένων για οποιαδήποτε επιπλέον διαδικασία μοντελοποίησης ψηφιακού αναγλύφου (Gercek, 2010). Τα ψηφιακά μοντέλα αναγλύφου πυθμένα, παράγονται από απλά ή πολυδιαυλικά ηχοβολιστικά συστήματα. Η χωρική ανάλυση ποικίλει και κυμαίνεται από 10m έως 100m. Αυτής της ανάλυσης τα ψηφιακά μοντέλα αναγλύφου πυθμένα, παράγονται κυρίως από ερευνητικές ομάδες σε συγκεκριμένες περιοχές μελέτης και γι' αυτό η διαθεσιμότητα και η έκταση των διαθέσιμων περιοχών είναι περιορισμένη (Grosse et. al., 2011). Τα δεδομένα που χρησιμοποιήθηκαν στην παρούσα εργασία, αποτελούν πνευματική ιδιοκτησία του ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε. (Ελληνικό Κέντρο Θαλάσσιων Ερευνών) και παραχωρήθηκαν αποκλειστικά για την εκπόνηση της παρούσας διπλωματικής, σε συνεργασία με τη Δρ. Παρασκευή Νομικού. Παραχωρήθηκε ψηφιακό μοντέλο αναγλύφου πυθμένα μορφής (.grd), με ανάλυση (50mΧ 50m), που απεικονίζει τη μορφολογία της περιοχής γύρω από το υποθαλάσσιο ηφαίστειο του Κολούμπου. Για την επεξεργασία των δεδομένων στο λογισμικό του ecognition, χρησιμοποιήθηκαν τρία παράγωγα του ψηφιακού μοντέλου εδάφους : Slope (Κλίση), Topographic Position Index (TPIΔείκτης τοπογραφικής θέσης) και Terrain Ruggedness Index (TRI- Δείκτης τραχύτητας εδάφους). Τα παράγωγα αυτά, δημιουργήθηκαν στο ελεύθερο λογισμικό Quantum GIS 7.4. Δεδομένα Επεξεργασίας 52

71 Αρχικά, τα δεδομένα αποθηκεύτηκαν σε μορφή.tiff ( area_kolumbo_latlon.tiff ) μέσω του λογισμικού ArcGis και στη συνέχεια έγινε εισαγωγή της εικόνας στο Quantum GIS 7.4. Τα δεδομένα της αρχικής εικόνας ( area_kolumbo_latlon.tiff ) βρίσκονται στο παγκόσμιο σύστημα αναφοράς συντεταγμένων WGS 84, και με την εντολή : raster προβολή επαναπροβολή του Quantum GIS (Πίνακας 3.1), προβλήθηκαν τα δεδομένα της εικόνας στο ελληνικό σύστημα αναφοράς γεωγραφικών συντεταγμένων ΕΓΣΑ 87. Τα δεδομένα της νέας εικόνας area_kolumbo_epsg2100.tiff (Εικόνα 3.1), αναφέρονται στο ΕΓΣΑ 87. Πίνακας 3.1 : Πίνακας εφαρμογής της μετατροπής του συστήματος συντεταγμένων των δεδομένων, από το WGS 84 στο ΕΓΣΑ 87, μέσω του ελεύθερου λογισμικού Quantum GIS. Δεδομένα Επεξεργασίας 53

72 Εικόνα 3.1 : Απεικόνιση των βαθυμετρικών δεδομένων στο ΕΓΣΑ 87, μέσω του ελεύθερου λογισμικού Quantum GIS. Στην Εικόνα 3.1 παρατηρείται ότι, με σκούρους τόνους του γκρι απεικονίζονται τα σημεία του πυθμένα που έχουν το μεγαλύτερο βάθος, ενώ οι περιοχές με το μικρότερο βάθος απεικονίζονται με ανοιχτούς τόνους του γκρι. Δεδομένα Επεξεργασίας 54

73 Slope Ο αλγόριθμος μετράει το ρυθμό μεταβολής του υψομέτρου στην κατεύθυνση με τη μεγαλύτερη κλίση. Η κλίση είναι η αιτία για την επιρροή της βαρύτητας στην ροή των υδάτων και άλλων υλικών, συνεπώς παίζει καθοριστικό ρόλο στην υδρολογία και την γεωμορφολογία. Η κλίση επηρεάζει την επιφανειακή και την υπόγεια ροή και εξαιτίας της περιεκτικότητας του εδάφους σε νερό, προκαλείται το φαινόμενο της διάβρωσης, η δημιουργία νέων χωμάτινων σχηματισμών και άλλες σημαντικές διαδικασίες. Η κλίση συνήθως υπολογίζεται με τη μέθοδο πεπερασμένων διαφορών (Wilson and Gallant, 2000 ; Δεκαβάλλα, 2011). Η κλίση παράχθηκε στο Quantum GIS (Πίνακας 3.2) και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην εικόνα 3.2. Πίνακας 3.2 : Πίνακας εξαγωγής του παραγώγου του ψηφιακού μοντέλου εδάφους Slope στο ελεύθερο λογισμικό Quantum GIS. Δεδομένα Επεξεργασίας 55

74 Εικόνα 3.2 : Απεικόνιση του παραγώγου του ψηφιακού μοντέλου εδάφους slope μέσω του ελεύθερου λογισμικού Quantum GIS. Στην εικόνα 3.2 παρατηρείται ότι, στο παράγωγο slope, οι περιοχές με έντονες κλίσεις απεικονίζονται με ανοιχτούς τόνους του γκρι. Δεδομένα Επεξεργασίας 56

75 Topographic Position Index Ο δείκτης τοπογραφικής θέσης (Topographic Position Index), συγκρίνει το υψόμετρο κάθε εικονοστοιχείου του ψηφιακού μοντέλου εδάφους, με το μέσο υψόμετρο μιας συγκεκριμένης περιοχής γύρω από το εικονοστοιχείο. Θετικές τιμές του δείκτη τοπογραφικής θέσης, αναπαριστούν περιοχές οι οποίες έχουν μεγαλύτερο υψόμετρο από το μέσο υψόμετρο των γειτονικών τους περιοχών και χαρακτηρίζονται ως κορυφές, ενώ αρνητικές τιμές του δείκτη τοπογραφικής θέσης, αναπαριστούν περιοχές οι οποίες βρίσκονται σε μικρότερο υψόμετρο σε σχέση με το υψόμετρο των γειτονικών τους περιοχών και χαρακτηρίζονται ως κοιλάδες. Περιοχές όπου η τιμή του δείκτη τοπογραφικής θέσης είναι κοντά στο μηδέν, είτε είναι επίπεδες περιοχές (εάν η κλίση είναι κοντά στο μηδέν), είτε είναι περιοχές σταθερής κλίσης (αν η κλίση είναι αρκετά μεγαλύτερη από το μηδέν) (Εικόνα 3.3) (Weiss, 2001). Εικόνα 3.3 : Γραφική απεικόνιση των τιμών του (TPI). Πηγή : Weiss, Δεδομένα Επεξεργασίας 57

76 Ο δείκτης TPI παράχθηκε στο Quantum GIS (Πίνακας 3.3) και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην εικόνα 3.4. Πίνακας 3.3 : Πίνακας εφαρμογής του Δείκτη τοπογραφικής θέσης (TPI) στο ελεύθερο λογισμικό Quantum GIS. Δεδομένα Επεξεργασίας 58

77 Εικόνα 3.4 : Απεικόνιση του δείκτη TPI (Δείκτης τοπογραφικής θέσης), μέσω του ελεύθερου λογισμικού Quantum GIS. Στην Εικόνα 3.4 παρατηρείται ότι, με άσπρο χρώμα απεικονίζονται τα σημεία του θαλάσσιου πυθμένα με θετικές τιμές TPI, ενώ με μαύρο χρώμα τα σημεία με αρνητικές τιμές TPI. Δεδομένα Επεξεργασίας 59

78 Terrain Ruggedness Index Ο δείκτης τραχύτητας εδάφους απεικονίζει το βαθμό ετερογένειας που παρουσιάζει το έδαφος. Ο αλγόριθμος υπολογίζει τη συνολική μεταβολή του υψομέτρου μεταξύ ενός εικονοστοιχείου και των οκτώ γειτονικών του εικονοστοιχείων (Εικόνα 3.5) (Riley et.al., 1999). Ο δείκτης παράχθηκε στο Quantum GIS (Πίνακας 3.4) και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην εικόνα 3.6. Εικόνα 3.5 : Αναπαράσταση τμήματος ψηφιακού μοντέλου εδάφους με τη μορφή καννάβου, όπου ο δείκτης TRI για το κεντρικό εικονοστοιχείο δίνεται από τη σχέση : TRI= Y[Σ(Χij-X00)2 ] ½, όπου Χij είναι το υψόμετρο κάθε γειτονικού εικονοστοιχείου του εικονοστοιχείου (0,0). Πηγή : Riley et. al, Πίνακας 3.4 : Πίνακας εφαρμογής του Δείκτη τραχύτητας εδάφους (TRI) στο ελεύθερο λογισμικό Quantum GIS. Δεδομένα Επεξεργασίας 60

79 Εικόνα 3.6 : Απεικόνιση του δείκτη TRI (Δείκτης τραχύτητας εδάφους), μέσω του ελεύθερου λογισμικού Quantum GIS. Στην Εικόνα 3.6 παρατηρείται ότι, με ανοιχτούς τόνους του γκρι απεικονίζονται οι περιοχές με μεγάλες τιμές του δείκτη TRI, ενώ όσο αυτός πλησιάζει το μηδέν, η απεικόνιση των σημείων του θαλάσσιου πυθμένα γίνεται με πιο σκούρους τόνους του γκρι. Δεδομένα Επεξεργασίας 61

80 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3.2. : Φωτοερμηνεία της Υπό Μελέτη Περιοχής. Στόχος της παρούσας έρευνας είναι η διερεύνηση της χρήσης της αντικειμενοστρεφούς ανάλυσης εικόνας στην ταξινόμηση γεωμορφολογικών σχηματισμών γύρω από την ηφαιστειακή περιοχή του υποθαλάσσιου ηφαιστείου Κολούμπο, από ψηφιακά μοντέλα αναγλύφου πυθμένα. Πρωταρχικό βήμα για την επίτευξη του στόχου αυτού, αποτελεί ο προσδιορισμός των γεωμορφολογικών γνωρισμάτων (ποσοτικών και ποιοτικών) που συναντώνται στην περιοχή μελέτης. Παρατηρώντας τα δεδομένα της υπό μελέτη περιοχής του Κολούμπο, μπορεί κανείς να αναγνωρίσει συγκεκριμένα γεωμορφολογικά γνωρίσματα, όπως είναι ο κρατήρας και τα πλευρά του ηφαιστείου, αλλά και οι ηφαιστειακοί κώνοι/δόμοι που βρίσκονται μέσα στη λεκάνη της Ανύδρου. Αναλυτικά, τα αποτελέσματα της φωτοερμηνείας της περιοχής, οδήγησαν στην αναγνώριση και κατηγοριοποίηση συγκεκριμένων γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών τα οποία αφορούν την συγκεκριμένη περιοχή και παρουσιάζονται στις εικόνες 3.7, 3.8, 3.9, 3.10 και Βάση του κρατήρα Εσωτερικά πρανή κρατήρα Κορυφή ηφαιστειακού δόμου Ηφαιστειακός κώνος Πλευρά ηφαιστείου Πλευρά ηφαιστειακού δόμου Υποθαλάσσια λεκάνη Εικόνα 3.7 : Τρισδιάστατη απεικόνιση του Κολούμπο. Παράγωγο από: Nomikou et. al., 2012d. Με φωτοερμηνεία στην Εικόνα 3.7, παρατηρείται ότι, τα εσωτερικά πρανή του κρατήρα γίνονται εύκολα διακριτά (λόγω της πολύ μεγάλης κλίσης τους και του κυκλικού τους σχήματος), σε αντίθεση με τα όρια των πλευρών του Κολούμπο, τα οποία δεν μπορούν να οριστούν σαφώς, μόνο με φωτοερμηνεία. Φωτοερμηνεία της Υπό Μελέτη Περιοχής 62

81 Να σημειωθεί ότι, τα θεματικά επίπεδα μπορούν να απεικονιστούν με Red, Green ή/και Blue στο λογισμικό ecognition (Πίνακας 3.5). 1. Η βάση του κρατήρα Πλευρά ηφαιστειακού δόμου 3. Εσωτερικά πρανή κρατήρα 4. Πλευρά ηφαιστείου. 5. Υποθαλάσσια Λεκάνη. 6. Περιοχή με έντονη κλίση. 7. Κορυφή παρασιτικού δόμου. 8. Ηφαιστειακός 5 κώνος(παρουσία κρατήρα). Εικόνα 3.8 : Βαθυμετρικά δεδομένα στην περιοχή του Κολούμπο. Απεικόνιση Equalizing : Standard Deviation (3.00), στο λογισμικό ecognition. Πίνακας 3.5 : Πίνακας εφαρμογής της απεικόνισης Equalizing : Standard Deviation (3.00),στο λογισμικό ecognition. (το αποτέλεσμα της απεικόνισης παρουσιάζεται στην εικόνα 3.8). Φωτοερμηνεία της Υπό Μελέτη Περιοχής 63

82 Να σημειωθεί ότι, ως ηφαιστειακός δόμος χαρακτηρίζεται ο παρασιτικός σχηματισμός που δεν έχει κρατήρα, ενώ ως ηφαιστειακός κώνος, χαρακτηρίζεται ο σχηματισμός με την παρουσία κρατήρα (σύμφωνα με την κατηγοριοποίηση των ηφαιστειακών σχηματισμών, (Κεφάλαιο 2.5.2). Στην εικόνα 3.9 απεικονίζονται κάποιοι από τους ηφαιστειακούς δόμους γύρω από το Κολούμπο, καθώς και ένας ηφαιστειακός κώνος (κρατήρας). Ηφαιστειακός δόμος Ηφαιστειακός κώνος Εικόνα 3.9 : Λεπτομερής βαθυμετρικός χάρτης των ηφαιστειακών δόμων και κώνων που βρίσκονται πιο κοντά στο ηφαίστειο του Κολούμπο (VC2, VC3, VC4, VC5, VC6, VC7). Πηγή: Nomikou et. al., 2012b. Φωτοερμηνεία της Υπό Μελέτη Περιοχής 64

83 Στην Εικόνα 3.10, σημειώνεται ο ηφαιστειακός κώνος, ο οποίος αποτελείται από έναν κρατήρα και δύο κορυφές. Ηφαιστειακός κώνος Κρατήρας ηφαιστειακού κώνου Εικόνα 3.10 : Λεπτομερής βαθυμετρικός χάρτης των ηφαιστειακών δόμων και κώνων VC9, VC10, VC11, και VC12, στην περιοχή του Κολούμπο. Πηγή: Nomikou et. al., 2012b. Κορυφές ηφαιστειακού κώνου Εικόνα 3.11 : Λεπτομερής βαθυμετρικός χάρτης των ηφαιστειακών δόμων που βρίσκονται στη μεγαλύτερη απόσταση από τον Κολούμπο (VC13, VC14, VC15, VC17, VC18). Πηγή: Nomikou et. al., 2012b. Φωτοερμηνεία της Υπό Μελέτη Περιοχής 65

84 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3.3. : Χαρακτηριστικά Γεωμορφών από Προηγούμενο Ερευνητικό Υλικό. Από προηγούμενες μελέτες, έχουν εξαχθεί συμπεράσματα σχετικά με τις γεωμορφές του υποθαλάσσιου αναγλύφου, αλλά και των ηφαιστειακών δομών συγκεκριμένα, τα οποία και χρησιμοποιούνται ως δεδομένα στην παρούσα εργασία. Οι περιοχές πολύ μεγάλων κλίσεων στον υποθαλάσσιο πυθμένα (20% - 50%), ανήκουν σε μία από τις παρακάτω κατηγορίες γεωμορφών : Σε ρηξιγενή ζώνη, αν είναι ένας επιμήκης σχηματισμός (Papanikolaou et. al., 2002 ; Nomikou et. al., 2011 ; Gorini, 2009). Σε εσωτερικά πρανή κρατήρα, αν είναι κυκλικός σχηματισμός (Nomikou et. al., 2012a). Χαρακτηριστικά αναφέρεται ότι, οι μεγάλες κλίσεις στον υποθαλάσσιο χώρο γύρω από την περιοχή του Κολούμπο, είναι ρηξιγενείς ζώνες (εάν είναι επιμήκεις σχηματισμοί), ή ηφαιστειακοί κώνοι (αν είναι κυκλικοί σχηματισμοί). Συγκεκριμένα, για την περιοχή του Κολούμπο, στα εσωτερικά πρανή του κρατήρα, παρουσιάζονται κλίσεις μεγαλύτερες από 35% (Nomikou et. al., 2012a ; Nomikou et.al., 2012b). Σχετική αναφορά γίνεται και από τους (Rowland and Garbeil, 2000), όπου αναφέρουν ότι, οι μεγαλύτερες κλίσεις σε ένα ηφαίστειο τύπου καλδέρας (στη κατηγορία στην οποία ανήκει και το Κολούμπο, σύμφωνα με την ταξινόμηση του κεφαλαίου 2.5.2), συναντώνται στο σημείο κατάρρευσης του εδάφους, με κλίσεις που φτάνουν και τις 90ο. Ως βάση γνώσης τα παραπάνω, το πρώτο γεωμορφολογικό χαρακτηριστικό που αναγνωρίζεται στην δεδομένη μελέτη, με τη χρήση του λογισμικού ecognition, είναι τα εσωτερικά πρανή του κρατήρα του ηφαιστείου (κυκλικός σχηματισμός με πολύ μεγάλες κλίσεις). Η αναγνώριση των εσωτερικών πρανών του κρατήρα, υποδεικνύει την ύπαρξη ενός ηφαιστειογενούς περιβάλλοντος. Χαρακτηριστικά Γεωμορφών από Προηγούμενο Ερευνητικό Υλικό 66

85 Οι κωνικοί σχηματισμοί, διακρίνονται από τις θετικές τιμές του αναγλύφου (Kervyn et. al., 2007). Στην παρούσα εφαρμογή του λογισμικού ταξινόμησης, οι ηφαιστειακοί δόμοι διακρίνονται λόγω της θετικής τιμής του δείκτη TPI (Κεφάλαιο 2.5.2), σε σχέση με τους ηφαιστειακούς κώνους (παρουσία κρατήρα), οι οποίοι διακρίνονται λόγω των αρνητικών τιμών του δείκτη TPI. Και οι ηφαιστειακοί κώνοι και οι ηφαιστειακοί δόμοι, είναι σχεδόν κυκλικοί, συμπαγής σχηματισμοί. Η απότομη αλλαγή της κλίσης, ορίζει τα όρια μέχρι τα οποία φτάνουν οι ηφαιστειογενείς αποθέσεις (Kervyn et. al., 2007 ; Grosse et. al., 2011). Με βάση τις τιμές των κλίσεων (αλλαγή τιμών από μηδενικές σε μικρές ή σχετικά μεγάλες κλίσεις), γίνεται η αναγνώριση των πλευρών του Κολούμπο με τη χρήση της αντικειμενοστρεφούς ανάλυσης εικόνας. Χαρακτηριστικά Γεωμορφών από Προηγούμενο Ερευνητικό Υλικό 67

86 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3.4. : Τα στάδια εφαρμογής κατάτμησης και ταξινόμησης της εικόνας στο λογισμικό ecognition. Για την επεξεργασία των δεδομένων στο λογισμικό ecognition, ως πρώτο βήμα, εισάγονται τα διαφορετικά θεματικά επίπεδα της υπό μελέτη περιοχής. Στην συγκεκριμένη εφαρμογή, έγινε εισαγωγή τεσσάρων θεματικών επιπέδων : το ίδιο το ψηφιακό μοντέλο αναγλύφου πυθμένα καθώς και τα τρία παράγωγα αυτού (Slope, TPI και TRI), όπως αυτά αναλύονται στο Κεφάλαιο 3.1. Τα θεματικά επίπεδα που εισήχθησαν στο λογισμικό, απεικονίζονται στον Πίνακα 3.6, στον οποίο φαίνεται ότι, τα βαθυμετρικά δεδομένα χαρακτηρίζονται ως Layer 1, το παράγωγο του ψηφιακού μοντέλου εδάφους slope ως Layer 2, το παράγωγο TPI χαρακτηρίζεται ως Layer 3, ενώ το παράγωγο TRI ως Layer 4. Πίνακας 3.6 : Δημιουργία του νέου έργου εφαρμογής στο ecognition, στο οποίο θα πραγματοποιηθεί η αντικειμενοστρεφής ανάλυση εικόνας. Εισαγωγή των τεσσάρων θεματικών επιπέδων. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 68

87 Αφού πραγματοποιήθηκε η εισαγωγή και η απεικόνιση των δεδομένων, στη συνέχεια εκτελέστηκε ένα σύνολο δοκιμών κατάτμησης τύπου multiresolution segmentation, με την εφαρμογή πληθώρας συνδυασμών παραμέτρου κλίμακας, κριτηρίων ομοιογένειας και βαρών για κάθε θεματικό επίπεδο (image layer). Με βάση τη φωτοερμηνεία των δεδομένων και τα αποτελέσματα των δοκιμών επιλέχθηκαν τελικά εννέα διαφορετικά επίπεδα κατάτμησης. Η ονομασία των επιπέδων κατάτμησης, ορίστηκε να είναι αντίστοιχη της σειράς δημιουργίας τους, για λόγους εύκολης κατανόησης και ερμηνείας. Η ιεραρχία των επιπέδων κατάτμησης παρουσιάζεται στον Πίνακα 3.7. Πίνακας 3.7 : Στην αριστερή στήλη απεικονίζονται τα επίπεδα κατάτμησης με βάση τη σειρά δημιουργίας τους, ενώ στην δεξιά στήλη απεικονίζεται, η θέση του αντίστοιχου επιπέδου της αριστερής στήλης, στην ιεραρχία των επιπέδων πολλαπλής κατάτμησης. Το επόμενο βήμα μετά την κατάτμηση των εικόνων, είναι η δημιουργία των κλάσεων, με την επιλογή και εφαρμογή συναρτήσεων οι οποίες θα ορίζουν την κάθε κλάση ξεχωριστά. Τα βασικά εργαλεία του λογισμικού που χρησιμοποιήθηκαν και στην παρούσα εργασία, είναι τα παράθυρα επιλογών (Εικόνα 3.12) : Process Tree, στο οποίο διαμορφώθηκαν οι αλγόριθμοι κατάτμησης και ταξινόμησης. Class Hierarchy, όπου γίνεται η δημιουργία και ο ορισμός των κλάσεων. Feature View, το οποίο δίνει τη δυνατότητα στο χρήστη να επιλέγει οποιοδήποτε χαρακτηριστικό και να παρατηρεί πώς αυτό το χαρακτηριστικό είναι κατανεμημένο στα δεδομένα. Image Object Information, στο οποίο ο χρήστης επιλέγει τα χαρακτηριστικά (και τις τιμές αυτών), που θα είναι ορατά για κάθε αντικείμενο κατάτμησης. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 69

88 Εικόνα 3.12: Παράθυρο εφαρμογής του ecognition 8.7. Απεικόνιση των βασικών παραθύρων επιλογής : Process Tree, Class Hierarchy, Feature View και Image Object Information. Τα Features και το παράθυρο Feature View, που παρέχει το λογισμικό, είναι υψίστης σημασίας τόσο για τη φωτοερμηνεία των δεδομένων όσο και για τη δημιουργία και τον ορισμό των κλάσεων. Για κάθε Feature και για κάθε επίπεδο κατάτμησης, υπάρχει η δυνατότητα απεικόνισης των αντικειμένων που βρίσκονται εντός των επιθυμητών ορίων που ορίζει ο χρήστης. Ένα παράδειγμα χρήσης του εργαλείου Feature View, παρουσιάζεται στην εικόνα 3.14, όπου διακρίνονται τα αντικείμενα με τιμή κλίσης [0%,3%], όπως αυτά προέκυψαν μετά την κατάτμηση του επιπέδου 5 και λαμβάνοντας υπόψη το θεματικό επίπεδο των κλίσεων (Εικόνα 3.13). Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 70

89 Εικόνα 3.13 : Απεικόνιση του παραγώγου του ψηφιακού μοντέλου αναγλύφου πυθμένα slope. Εικόνα 3.14: Απεικόνιση στο λογισμικό ecοgnition, των αντικειμένων του επιπέδου κατάτμησης 5, που έχουν για το θεματικό επίπεδο layer 2 (που αποτελεί το παράγωγο του ψηφιακού μοντέλου αναγλύφου πυθμένα, slope ), τιμή μεταξύ των ορίων [0%,3%]. Στην Εικόνα 3.14, τα αντικείμενα με μικρές κλίσεις απεικονίζονται με μπλε χρώμα, ενώ τα αντικείμενα με μεγαλύτερες κλίσεις απεικονίζονται με πράσινο χρώμα. Στη συνέχεια αναλύεται η μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία των επιπέδων κατάτμησης και ταξινόμησης. Η σειρά παρουσίασης των επιπέδων, ακολουθεί τη σειρά με την οποία αυτά δημιουργήθηκαν. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 71

90 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Δημιουργία Επιπέδου Level 1. Το επίπεδο level 1, δημιουργήθηκε για τον αρχικό διαχωρισμό των περιοχών στις οποίες υπάρχουν βαθυμετρικά δεδομένα και θα αποτελέσουν την περιοχή ενδιαφέροντος (interesting area 1), από τις περιοχές όπου δεν υπάρχουν βαθυμετρικά δεδομένα (background 1). Για το σκοπό, αυτό πραγματοποιήθηκε κατάτμηση πολύ μικρής κλίμακας (=10) και σχηματίστηκαν πολύ μικρά αντικείμενα. Για την κατάτμηση χρησιμοποιήθηκε μόνο το θεματικό επίπεδο της κλίσης με βάρος 1, ενώ το κριτήριο σχήματος έναντι χρώματος (shape) τέθηκε ίσο με 0,1 και το κριτήριο συμπαγούς σχήματος έναντι ομαλότητας ορίων (compactness) ίσο με 0,5 (Εικόνα 3.15). Με δοκιμές, παρατηρήθηκε ότι, για κατατμήσεις με μικρές τιμές παραμέτρου κλίμακας (scale) (όπως και στο level 1), οι μεταβολές των τιμών των κριτηρίων ομοιογένειας, μεταβάλλουν ανεπαίσθητα το αποτέλεσμα της κατάτμησης. Εικόνα 3.15: Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level 1. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 72

91 Στην κλάση interesting area 1, ταξινομήθηκαν αντικείμενα τα οποία είχαν τιμές στο θεματικό επίπεδο του ψηφιακού μοντέλου αναγλύφου πυθμένα (ύψος), μεγαλύτερες από (-700m) (αυτό γιατί, τα αντικείμενα στα άκρα της εικόνας, στα οποία και δεν έχουν συλλεχθεί βαθυμετρικά δεδομένα, είτε έχουν τιμή στο χαρακτηριστικό mean layer 1 ίση με -9999, είτε δεν έχουν καθόλου τιμή), ενώ τα αντικείμενα τα οποία δεν ταξινομήθηκαν στη κλάση interesting area 1, ταξινομήθηκαν στη κλάση background 1, με την εντολή : not interesting area 1 (Εικόνα 3.16). Εικόνα 3.16: Δημιουργία των κλάσεων : interesting area 1 και background 1 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 73

92 Αφού πραγματοποιήθηκε ταξινόμηση των αντικειμένων, στη συνέχεια εκτελέστηκε η εντολή merge region και για τις δύο κλάσεις, έτσι ώστε τα γειτονικά αντικείμενα της ίδιας κλάσης να ενωθούν σε ένα. Τα αποτελέσματα της κατάτμησης και της ταξινόμησης του level 1 παρουσιάζονται στην εικόνα Εικόνα 3.17: Απεικόνιση αποτελεσμάτων κατάτμησης και ταξινόμησης επιπέδου level 1. Με μοβ απόχρωση απεικονίζεται η περιοχή ενδιαφέροντος, για την οποία και υπάρχουν βαθυμετρικά δεδομένα. Όπως παρατηρείται και στην Εικόνα 3.17, μετά την εφαρμογή της εντολής merge region, η κατηγορία interesting area 1, αποτελείτο από ένα μόνο αντικείμενο. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 74

93 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Δημιουργία Επιπέδου Level 2. Το επόμενο επίπεδο κατάτμησης που δημιουργήθηκε είναι το level 2. Το level 2 δημιουργήθηκε με σκοπό μία πρωταρχική διάκριση των αντικειμένων σε τέσσερις κατηγορίες εύρους τιμών κλίσεων, με τελικό στόχο την διάκριση των αντικειμένων που είναι πιθανών να ανήκουν σε ηφαιστειακούς δόμους ή κώνους με μεγάλη κλίση (>10%) ή σε εσωτερικά πρανή κρατήρα. Χρησιμοποιήθηκε μικρή παράμετρος κλίμακας (=10), και σχηματίστηκαν πολύ μικρά αντικείμενα. Για την κατάτμηση χρησιμοποιήθηκε μόνο το θεματικό επίπεδο της κλίσης με βάρος 1, ενώ το κριτήριο σχήματος έναντι χρώματος (shape) τέθηκε ίσο με 0,9 και το κριτήριο συμπαγούς σχήματος έναντι ομαλότητας ορίων (compactness) ίσο με 0,9 (Εικόνα 3.18). Παρατηρήθηκε ότι, η οποιαδήποτε μεταβολή των κριτηρίων ομοιογένειας δεν μεταβάλει αισθητά τα αποτελέσματα κατάτμησης, λόγω του πολύ μικρού μεγέθους των αντικειμένων. Εικόνα 3.18: Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level 2. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 75

94 Δημιουργήθηκαν συνολικά πέντε κλάσεις : background 2, basin like 2 (slope<4%), flank volcano like 2 (slope >3%), volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 2 και volcano dome/cone with mild slopes 2 (>5%,<11%). Σε όλες τις κλάσεις χρησιμοποιήθηκε μόνο το χαρακτηριστικό της κλίσης (mean layer 2) (Εικόνες 3.19 και 3.20). Εικόνα 3.19 : Δημιουργία των κλάσεων : background 2 και basin like 2 (slope<4%) και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 76

95 Εικόνα 3.20 : Δημιουργία των κλάσεων : flank volcano like 2 (slope >3%), volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 2, volcano dome/cone with mild slopes 2 (>5%,<11%) και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 77

96 Εικόνα 3.21 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 2. Εικόνα 3.22: Απεικόνιση μέρους των αντικειμένων κατάτμησης του επιπέδου level 2. Στην Εικόνα 3.21 απεικονίζονται τα αποτελέσματα της ταξινόμησης του επιπέδου level 2. Παρατηρείται ότι, έχουν διακριθεί (με κίτρινο χρώμα) τα αντικείμενα που πιθανών ανήκουν σε ηφαιστειακούς δόμους/κώνους με μεγάλες κλίσεις (>10%) ή σε εσωτερικά πρανή κρατήρα. Ωστόσο, στην κατηγορία αυτή έχουν ενταχθεί και αντικείμενα που δεν θα έπρεπε να ενταχθούν. Γι' αυτό θα δημιουργηθεί ένα νέο επίπεδο level 3, στο οποίο θα γίνει ο προσδιορισμός των αντικειμένων που αποτελούν τελικά την κατηγορία ηφαιστειακοί δόμοι/κώνοι με μεγάλες κλίσεις (>10%), ενώ σε άλλο επίπεδο level 4, θα προσδιοριστούν τα αντικείμενα που αποτελούν τελικά την κατηγορία εσωτερικά πρανή κρατήρα. Στην Εικόνα 3.22, παρατηρείται το πολύ μικρό μέγεθος των αντικειμένων του επιπέδου level 2. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 78

97 Για κάθε κλάση πραγματοποιήθηκε η εντολή merge region για την ένωση των γειτονικών αντικειμένων της ίδιας κλάσης. Στην Εικόνα 3.23, φαίνονται τα αντικείμενα μετά την εφαρμογή της εντολής merge region και απεικονίζεται με μοβ χρώμα η κατηγορία volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 2, για την οποία και δημιουργήθηκε το level 2, έτσι ώστε να γίνεται εύκολα διακριτή, σε σχέση με τις υπόλοιπες κατηγορίες του επιπέδου, οι οποίες εμφανίζονται με άσπρο χρώμα. Εικόνα 3.23: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 2, μετά την εντολή merge region. Εμφάνιση μόνο της κλάσης volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 2, τα αντικείμενα της οποίας θα χρησιμοποιηθούν σε επόμενο στάδιο για την εξαγωγή της κατηγορίας volcano dome/cone with great slopes, του επιπέδου level 3. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 79

98 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Δημιουργία Επιπέδου Level 3. Στόχος αυτού του επιπέδου είναι ο εντοπισμός των ηφαιστειακών δόμων/κώνων με μεγάλη κλίση (>10%). Η κατάτμηση του επιπέδου 3 είναι ίδια με αυτήν του επιπέδου 2. Χρησιμοποιήθηκε μικρή παράμετρος κλίμακας (=10) και δημιουργήθηκαν πολύ μικρά αντικείμενα. Για την κατάτμηση χρησιμοποιήθηκε μόνο το θεματικό επίπεδο της κλίσης με βάρος 1, ενώ το κριτήριο σχήματος έναντι χρώματος (shape) τέθηκε ίσο με 0,9 και το κριτήριο συμπαγούς σχήματος έναντι ομαλότητας ορίων (compactness) ίσο με 0,9, για τη δημιουργία συμπαγών και ομαλών σχημάτων (Εικόνα 3.24). Εικόνα 3.24 : Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level 3. Στην αρχική ταξινόμηση αυτού του επιπέδου (πριν την εφαρμογή της εντολής merge region ), στόχος ήταν η διάκριση των αντικειμένων που μοιάζουν με ηφαιστειακούς δόμους/κώνους με μεγάλες κλίσεις (>10%) ή με εσωτερικά πρανή κρατήρα (όπως αυτά ταξινομήθηκαν στο level 2) και η περαιτέρω εξομάλυνση των ορίων αυτών των αντικειμένων. Για αυτό το σκοπό, δημιουργήθηκαν οι κλάσεις που υπάρχουν και στο level 2 με τη μόνη διαφορά, στη δημιουργία της κλάσης volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 3, όπου προστέθηκε και η συνάρτηση Relative border to (Πίνακας 3.8). Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 80

99 Κλάση Χαρακτηριστικό Συνάρτηση Αριστερό Δεξί (before merge region) συμμετοχής Όριο Όριο Background 3 Existence of super objects background 2 (1) 0 2 Basin like 3 (slope <4%) Existence of super objects basin like 2 (slope <4%) (1) 0 2 Flank volcano like 3 (slopes >3%) Existence of super objects flank volcano like 2 (slopes>3%) (1) 0 2 Existence of volcano dome/cone w ith mild slopes 3 (>5%,<11%) (0) 0 2 w alls like 3 Rel. Border to volcano dome/cone w ith great slopes (>10%) or inner crater w alls like 3 0,5 0,55 or (max) Existence of super objects volcano dome/cone w ith great slopes (>10%) or inner crater w alls like 2 (1) Volcano dome/cone w ith great slopes (>10%) or inner crater and (min) Not volcano dome/cone w ith mild slopes 3 (>5%,<11%) volcano dome/cone w ith mild Existence of super objects volcano dome/cone w ith mild slopes 2 (>5%,<11%) (1) slopes 3 (>5%,<11%) Πίνακας 3.8: Οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των κλάσεων του επιπέδου level 3, πριν την εφαρμογή της εντολής merge region. Εικόνα 3.25 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 3, πριν την εντολή merge region. Στην Εικόνα 3.25, απεικονίζεται η κατηγορία volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 3 με κίτρινο χρώμα, όπως αυτή είχε προσδιοριστεί και στο επίπεδο 2, με τη διαφορά να βρίσκεται στα όρια των αντικειμένων αυτής της κατηγορίας, όπου αυτά έχουν εξομαλυνθεί. Για την εύκολη οπτική αντίληψη της βασικής κατηγορίας volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 3, απεικονίζονται στην εικόνα 3.26 όλες οι υπόλοιπες κατηγορίες με άσπρο χρώμα. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 81

100 Εικόνα 3.26 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 3, πριν την εντολή merge region. Εμφάνιση μόνο της κλάσης volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 3, τα αντικείμενα της οποίας θα χρησιμοποιηθούν σε επόμενο στάδιο για την εξαγωγή της τελικής κατηγορίας volcano dome/cone with great slopes final, του επιπέδου level 3, μετά την εφαρμογή της εντολής merge region. Εικόνα 3.27: Χρήση του εργαλείου feature view στο επίπεδο level 3. Απεικόνιση των αντικειμένων που έχουν τιμή στο χαρακτηριστικό Relative border to volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 3, στο διάστημα [0.55, 1]. Στην Εικόνα 3.27 φαίνεται η χρήση του εργαλείου feature view. Με μπλε χρώμα απεικονίζονται τα αντικείμενα που έχουν τιμή στο χαρακτηριστικό Relative border to volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 3, κοντά στο 0.55, ενώ με πράσινο χρώμα απεικονίζονται τα αντικείμενα που έχουν τιμή κοντά στο 1. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 82

101 Στη συνέχεια, εφαρμόστηκε η εντολή merge region για όλες τις κλάσεις του level 3 και πραγματοποιήθηκε εκ νέου ταξινόμηση των αντικειμένων έτσι ώστε να γίνει χρήση των ιδιοτήτων της ολοκληρωμένης δομής ηφαιστειακού δόμου (η έκταση, η ιδιότητα συμπαγούς σχήματος και οι θετικές τιμές του δείκτη TPI). Εικόνα 3.28: Ιεραρχία κλάσεων επιπέδου level 3, μετά την εντολή merge region. Μετά την εφαρμογή της εντολής merge συνολικά region δημιουργήθηκαν δεκατέσσερις κλάσεις (Εικόνα 3.28).Οι κλάσεις background 3, basin like 3 (slope <4%), crater of volcano cone final 3, flank volcano like 3 (slope>3%), volcano dome with mild slopes or peak of volcano dome final 3 και volcano dome/cone with mild slopes 3 (>5%.<11%), περιέχουν αντικείμενα, όπως αυτά έχουν ταξινομηθεί σε άλλα επίπεδα (Πίνακας 3.9). Οι κλάσεις volcano dome with mild slope final 3, volcano dome/cone with great slopes (>10%) or inner crater walls like 3, volcano dome/cone with great slopes final (not merge a) 3, volcano dome/cone with great slopes final (not merge b) 3, volcano dome/cone with great slopes final (not merge c) 3, volcano dome/cone with great slopes final (not merge d) 3, χρησιμοποιούν τις συναρτήσεις Existence of και Rel. border to. Η κλάση volcano dome/cone with great slopes final (after merge) 3, σχεδιάστηκε να περιλαμβάνει τα χαρακτηριστικά Area, Compactness και Mean Layer 3 (TPI), ενώ τα αντικείμενα που μένουν αταξινόμητα, εντάσσονται στην κλάση Not volcano dome/cone 3 (Πίνακας 3.9). Ανακεφαλαιώνοντας, ο βασικός στόχος αυτού του επιπέδου ήταν ο εντοπισμός των ηφαιστειακών δόμων/κώνων με μεγάλη κλίση (>10%). Η κατηγόρια αυτή προσδιορίστηκε με τη χρήση πέντε συνολικά κλάσεων : με την κλάση volcano dome/cone with great slopes final (after merge) 3, τα χαρακτηριστικά της οποίας εκμεταλλεύονται την ιδιότητες των αντικειμένων μετά την εφαρμογή της εντολής merge region ( Area, Compactness και Mean Layer 3 (TPI)), ενώ οι κλάσεις volcano dome/cone with great slopes final (not merge a,b,c,d) 3, έχουν ως στόχο να εξομαλύνουν τα όρια των αντικειμένων της κλάσης volcano dome/cone with great slopes final (after merge) 3, ή να εντάξουν σε αυτή, πολύ μικρά αντικείμενα τα οποία αυτή περιβάλλει. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 83

102 Κλ άση Χαρακτηριστικό Συνάρτηση Αριστερό Δεξί συμμετοχής Exis te nce of super obje cts background 2 (1) Όριο 0 Όριο 2 Existence of s uper objects basin like 2 (s lope <4%) (1) Existe nce of s upe r objects volcano dom e w ith m ild slope lik e 7 (b) (4) 0 2 Re l. Border to volcano dom e w ith m ild slope final 3 0,5 0,6 Exis tence of volcano dom e /cone w ith m ild slopes 3 (>5%,<11%) (0) 0 2 Re l. Border to volcano dom e /cone w ith great s lope s (>10%) or inne r crate r w alls like 3 0,5 0,55 Existe nce of s uper objects volcano dom e/cone w ith great slopes (>10%) or inner crater w alls lik e 2 (1) (afte r m e rge r egion) Background 3 Not crater of volcano cone final 3 Bas in lik e 3 (slope <4%) Not volcano dom e w ith m ild s lope final 3 and (m in) Not volcano dom e w ith m ild slope s or peak of volcano dom e final 3 Not volcano dom e/cone w ith gre at slopes final (not m e rge a) 3 Not volcano dom e /cone w ith great s lope s final (not m erge b) 3 Not volcano dom e/cone w ith gre at slopes final (not m e rge c) 3 Crater of volcano cone final 3 Exis te nce of super obje cts crater of volcano cone like 6 (3) Existence of s uper objects flank volcano lik e 2 (slope s >3%) (1) Not volcano dom e w ith m ild s lope final 3 Flank volcano like 3 (s lope >3%) Not volcano dom e w ith m ild slope s or peak of volcano dom e final 3 and (m in) Not volcano dom e /cone w ith great s lope s final (not m erge b) 3 Not volcano dom e/cone w ith gre at slopes final (not m e rge c) 3 Not volcano dom e /cone w ith great s lope s final (not m erge d) 3 Volcano dom e w ith m ild slopr final 3 and (m in) Volcano dom e w ith m ild s lope s or pe ak of volcano dom e final 3 Volcano dom e/cone w ith gre at slopes (>10%) or inner crate r w alls lik e 3 or (m ax) Existence of s upe r objects volcano dom e w ith m ild s lopes like 6 (a) (3) and (m in) Not volcano dom e/cone w ith m ild s lope s 3 (>5%,<11%) Not volcano dom e/cone 3 Not volcano dom e w ith m ild s lope final 3 Not volcano dom e w ith m ild slope s or peak of volcano dom e final 3 and (m in) Not volcano dom e/cone w ith gre at slopes final (after m erge ) 3 Not volcano dom e /cone w ith gre at s lopes final (not m e rge a) 3 Not volcano dom e /cone w ith great s lope s final (not m erge b) 3 Not volcano dom e/cone w ith gre at slopes final (not m e rge c) 3 Not volcano dom e /cone w ith great s lope s final (not m erge d) 3 Area Volcano dom e /cone w ith gre at slope s final (afte r m erge )3 Com pactne ss 2,3 2,4 and (m in) Mean layer 3 (TPI) -0,0008-0,0007 V olcano dom e /cone w ith great s lope s final (not m e rge a) 3 Re l. Border to volcano dom e/cone w ith gre at slopes final (after m erge ) 3 0,33 0,34 Re l. Border to volcano dom e/cone w ith gre at slopes final (after m erge ) 3 0,36 0,37 Rel. Border to volcano dom e/cone w ith great s lope s final (not m erge a ) 3 0,36 0,37 Rel. Borde r to volcano dom e /cone w ith great s lope s final (afte r m erge ) 3 0,2 0,21 Rel. Border to volcano dom e/cone w ith great s lope s final (not m erge a ) 3 0,16 0,17 Rel. Borde r to volcano dom e w ith m ild s lope s or pe ak of volcano dom e final 3 0,1 0,11 Re l. Border to volcano dom e/cone w ith great slopes final (not m e rge c) 3 0,089 0,09 Existence of supe r obje cts volcano dom e/cone w ith m ild s lope s 2 (>5%,<11%) (1) 0 2 V olcano dom e /cone w ith great s lope s final (not m e rge b) 3 or (m ax) V olcano dom e /cone w ith great s lope s final (not m e rge c) 3 and (m in) V olcano dom e /cone w ith great s lope s final (not m e rge d) 3 and (m in) Volcano dom e /cone w ith m ild slopes 3 (>5%,<11%) or (m ax) Not volcano dom e /cone w ith gre at s lopes final (not m e rge c) 3 Not volcano dom e w ith m ild s lope final 3 Not volcano dom e /cone w ith gre at s lopes final (not m e rge a) 3 Not volcano dom e /cone w ith great s lope s final (not m erge b) 3 and (m in) Not volcano dom e/cone w ith gre at slopes final (not m e rge c) 3 Not volcano dom e /cone w ith great s lope s final (not m erge d) 3 Πίνακας 3.9: Οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των κλάσεων του επιπέδου level 3, μετά την εφαρμογή της εντολής merge region. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 84

103 Εικόνα 3.29: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 3, μετά την εντολή merge region. Εικόνα 3.30 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 3, μετά την εντολή merge region. Εμφάνιση μόνο της τελικής κατηγορίας : ηφαιστειακοί δόμοι/κώνοι με μεγάλες κλίσεις (>10%). Στις Εικόνες 3.29 και 3.30 παρουσιάζονται τα αντικείμενα που ανήκουν σε ηφαιστειακούς δόμους/κώνους με μεγάλες κλίσεις (>10%), με σκούρο ροζ και μοβ χρώμα αντίστοιχα. Μπορούν να διακριθούν 10 ηφαιστειακοί δόμοι/κώνοι με έντονες κλίσεις. Στο επόμενο επίπεδο level 4, θα γίνει διάκριση των αντικειμένων που ανήκουν στα εσωτερικά πρανή κρατήρα, από τις περιοχές με έντονες κλίσεις και εντοπισμός της βάσης του κρατήρα. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 85

104 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Δημιουργία Επιπέδου Level 4. Το level 4 δημιουργήθηκε για τον εντοπισμό των εσωτερικών πρανών του κρατήρα του ηφαιστείου (ήπιας ή έντονης κλίσης), καθώς και της βάσης του κρατήρα. Αρχικά, έγινε κατάτμηση με μικρή παράμετρο κλίμακας (=10) (Εικόνα 3.31) και ταξινομήθηκαν τα αντικείμενα που πιθανών ανήκουν στα εσωτερικά πρανή του κρατήρα inner crater walls like 4, με βάση τις πολύ μεγάλες τιμές κλίσεων και τη συνάρτηση Rel. border to (Πίνακας 3.10). Εικόνα 3.31 : Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level 4. Κλάση Χαρακτηριστικό (bef ore merge region) Συνάρτηση Α ριστερό Δεξί συμμετοχής Όριο Όριο Background 4 Not mean layer Basin like 4 (slope <4%) Mea Layer Flank volcano like 4 (slope >3%) Mean Layer and (min) Not inner crater w alls like Rel. Border to inner crater w alls like 4 0,5 0,55 Mean Layer Mean Layer Mean Layer Not volcano dome/cone w ith mild slopes 4 (>5%,<11%) Inner crater w alls like 4 Existence of volcano dome/cone w ith mild slopes 4 (>5%,<11%) (0) and (m in) or (max) Volcano dome/cone w ith mild slopes 4 (>5%,<11%) and (min) Not inner crater w alls like 4 Πίνακας 3.10: Οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των κλάσεων του επιπέδου level 4, πριν την εφαρμογή της εντολής merge region. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 86

105 Εικόνα 3.32 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 4, πριν την εντολή merge region. Εικόνα 3.33 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 4, πριν την εντολή merge region. Εμφάνιση μόνο της κλάσης inner crater walls like 4, τα αντικείμενα της οποίας θα χρησιμοποιηθούν σε επόμενο στάδιο για την εξαγωγή της τελικής κατηγορίας inner crater walls final, του επιπέδου level 4, μετά την εφαρμογή της εντολής merge region. Εσωτερικά πρανή κρατήρα, κυκλικός σχεδόν σχηματισμός. Στις Εικόνες 3.32 και 3.33, με κίτρινο και μοβ χρώμα αντίστοιχα, απεικονίζονται τα αντικείμενα που πιθανών ανήκουν στα εσωτερικά πρανή κρατήρα. Παρατηρείται ότι, τα αντικείμενα που ανήκουν στα εσωτερικά πρανή κρατήρα, δημιουργούν έναν κυκλικό σχεδόν σχηματισμό. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 87

106 Αφού προσδιορίστηκε η κατηγορία inner crater walls like 4, στη συνέχεια εφαρμόστηκε η εντολή merge region για όλες τις κλάσεις και με τη δημιουργία καινούργιων κλάσεων, προσδιορίστηκαν οι τελικές κατηγορίες χαρακτηριστικών : εσωτερικά πρανή κρατήρα ήπιας κλίσης, εσωτερικά πρανή κρατήρα έντονης κλίσης και η βάση του κρατήρα. Δημιουργήθηκαν συνολικά δεκαέξι κλάσεις (Εικόνα 3.34). Οι συναρτήσεις συμμετοχής των κλάσεων, παρουσιάζονται στον πίνακα 3.11, ενώ τα αποτελέσματα της ταξινόμησης στις εικόνες 3.35 και Εικόνα 3.34 : Ιεραρχία κλάσεων επιπέδου level 4, μετά την εντολή merge region. Να σημειωθεί ότι σύμφωνα με τη ιεραρχία των κλάσεων (Εικόνα 3.34), οι κλάσεις γόνοι κληρονομούν τα χαρακτηριστικά των κύριων κλάσεων. Για παράδειγμα η κλάση Basin like 4, κληρονομεί τα χαρακτηριστικά που έχει η κλάση basin like 4 (slope <4%). Στον πίνακα 3.11 που παρουσιάζεται παρακάτω περιλαμβάνονται μόνο τα χαρακτηριστικά που έχει η ίδια η κλάση (contained) και όχι τα χαρακτηριστικά που κληρονομούνται στις κλάσεις γόνους από τις κύριες κλάσεις (inherited) (τα οποία και γίνονται εμφανή παρατηρώντας την ιεραρχία των κλάσεων (Εικόνα 3.34)). Οι κλάσεις : background 4, basin like 4 (slope <4%), basin like 4, flank volcano like 4 (slope>3%), not crater floor 4, inner crater walls like 4, not inner crater walls 1/2 4, not inner crater walls 2/2 4, volcano dome/cone with mild slopes 4 (>5%,<11%) και volcano dome/cone with mild slopes 4, είναι βοηθητικές κλάσεις για να δημιουργηθούν οι κλάσεις για τις οποίες και δημιουργήθηκε το επίπεδο level 4 : crater floor final (after merge) 4 και crater floor final (not merge) 4, που αποτελούν τη βάση του κρατήρα, καθώς και οι κλάσεις inner crater walls (mild slope) final 4 (εσωτερικά πρανή κρατήρα με ήπια κλίση) και inner crater walls (great slope) final (after merge) 4, inner crater walls (great slope) final (not merge a) 4, inner crater walls (great slope) final (not merge b) 4 (εσωτερικά πρανή κρατήρα με έντονη κλίση). Να σημειωθεί ότι με την ονομασία after merge ορίζουμε τα αντικείμενα που συνενώθηκαν σε ένα ενιαίο αντικείμενο μετά το merge region, ενώ με την ονομασία not merge, ορίζουμε τα αντικείμενα που δεν συνενώθηκαν, λόγω των πολλαπλών επιπέδων κατάτμησης. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 88

107 Κλάση Χαρακτηριστικό (after m erge region) Συνάρτηση Αριστερό Δεξί συμμετοχής Όριο Όριο Background 4 Not m ean layer Basin like 4 (slope <4%) Mea Layer Basin like 4 Area and (m in) Not crater floor final (after m erge ) 4 Area Distance to inner crater w alls (great slope) final (after m erge) Mean Layer 3-0,001 0 Mean Layer 4 0,23 0, Flank volcano like 4 (slope >3%) Not existence of super objects volcano dom e w ith m ild slopes or peak of volcano dom e w ith great slopes like 6 (a) (4) Mean Layer and (m in) Not inner crater w alls like ,5 0,55 Mean Layer Area Mean Layer 3-0,001 0 Mean Layer 4 0,9 1 Not existence of super objects volcano dom e w ith m ild slope like 7 (b) (5) 0 2 0,62 0,63 Not crater w alls (m ild slope) final 4 Crater floor final (after m erge) 4 and (m in) Not volcano dom e/cone w ith m ild slopes 4 (>5%,<11%) Crater floor final (not m erge) 4 Rel. border to crater floor final (after m erge 4) Not crater floor 4 Not crater floor final (not m erge ) 4 Inner crater w alls (m ild slope) final 4 Distance to crater floor final (after m erge) 4 and (m in) Not crater floor final (after m erge ) 4 Not crater floor final (not m erge ) 4 Not inner crater w alls (great slope) final (after m erge) 4 Not inner crater w alls (great slope) final (not m erge b) 4 Inner crater w alls like 4 or (m ax) Inner crater w alls (great slope) final (after m erge) 4 Existence of volcano dom e/cone w ith m ild slopes 4 (>5%,<11%) (0) and (m in) Rel. Border to inner crater w alls like 4 and (m in) Not inner crater w alls 1/2 4 Not inner crater w alls (great slope) final (after m erge) 4 Inner crater w alls (great slope) final (not m erge a) 4 Not inner crater w alls 2/2 4 Rel. Border to inner crater w alls (great slope) final (after m erge) 4 Volcano dom e/cone w ith m ild slopes 4 (>5%,<11%) Mean Layer Mean Layer ,6 Not inner crater w alls (great slope) final (not m erge a) 4 and (m in) Not inner crater w alls like 4 Inner crater w alls (great slope) final (not m erge b) 4 Volcano dom e/cone w ith m ild slopes 4 Rel. Border to inner crater w alls (great slope) final (after m erge) 4 and (m in) Not inner crater w alls (m ild slope) final 4 Not inner crater w alls (great slope) final (not m erge b) 4 Πίνακας 3.11: Οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των κλάσεων του επιπέδου level 4, μετά την εφαρμογή της εντολής merge region. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 89

108 Εικόνα 3.35 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 4, μετά την εντολή merge region. Εικόνα 3.36 : Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 4, μετά την εντολή merge region. Εμφάνιση μόνο των τελικών κατηγοριών : inner crater walls (great slope), inner crater walls (mild slope) και crater floor. Στην Εικόνα 3.35 παρατηρείται ότι, τα μικρά αντικείμενα που περιβάλλονται από τα εσωτερικά πρανή κρατήρα, ταξινομούνται και αυτά σε αυτήν την κατηγορία. Στην Εικόνα 3.36 παρατηρείται η κυκλική μορφή των εσωτερικών πρανών του κρατήρα, τα οποία και περιβάλλουν τη βάση του κρατήρα. Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 90

109 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Δημιουργία Επιπέδου Level 6. Το level 6 δημιουργήθηκε για τον εντοπισμό των ηφαιστειακών δόμων με ήπια κλίση ή των κορυφών των ηφαιστειακών δόμων με έντονη κλίση και των κρατήρων των ηφαιστειακών κώνων. Στα προηγούμενα επίπεδα (3 και 4) δεν ήταν δυνατός ο εντοπισμός αυτών των κατηγοριών, λόγω του μικρού τους μεγέθους και της ήπιας κλίσης τους. Για το λόγο αυτό, δημιουργήθηκε το επίπεδο level 6, για την κατάτμηση του οποίου, χρησιμοποιήθηκε το θεματικό επίπεδο των βαθυμετρικών δεδομένων με βάρος 3, έναντι του θεματικού επιπέδου των κλίσεων στο οποίο δόθηκε βάρος 1. Με την κατάτμηση των βαθυμετρικών δεδομένων, τα αντικείμενα που παράγονται μοιάζουν με τις ισοβαθείς, γεγονός που επιτρέπει τη διάκριση των παραπάνω κατηγοριών, λόγω της συμπαγούς δομής τους. Επιλέχθηκε μεγάλη παράμετρος κλίμακας ίση με 100, έτσι ώστε κάθε κατηγορία γεωμορφολογικού χαρακτηριστικού να αποτελείται από ένα έως τρία αντικείμενα. Το κριτήριο σχήματος έναντι χρώματος (shape) τέθηκε ίσο με 0,1 και το κριτήριο συμπαγούς σχήματος έναντι ομαλότητας ορίων (compactness) ίσο με 0,9, για τη δημιουργία συμπαγών και ομαλών σχημάτων (Εικόνα 3.37). Εικόνα 3.37 : Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level 6. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 91

110 Δημιουργήθηκαν συνολικά πέντε κλάσεις : background 6, not volcano dome/cone like 6, volcano dome/cone with mild slope or peak /crater of volcano dome/cone with great slopes like 6, crater of volcano cone like 6 και volcano with mild slopes or peak of volcano dome with great slopes like 6 (a) (Εικόνα 3.38). Οι συναρτήσεις συμμετοχής των κλάσεων παρουσιάζονται στις εικόνες 3.39 έως Εικόνα 3.38: Ιεραρχία κλάσεων επιπέδου level 6. Οι δύο κλάσεις crater of volcano cone like 6 και volcano with mild slopes or peak of volcano dome with great slopes like 6 (a), είναι οι κλάσεις για τις οποίες και δημιουργήθηκε τo level 6. Εικόνα 3.39: Δημιουργία των κλάσεων : background 6 και not volcano dome/cone like 6 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 92

111 Εικόνα 3.40: Δημιουργία της κλάσης : volcano dome/cone with mild slope or peak /crater of volcano dome/cone with great slopes like 6 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν. Να σημειωθεί ότι η κλάση volcano dome/cone with mild slope or peak /crater of volcano dome/cone with great slopes like 6, αποτελεί την κύρια κλάση για τις κλάσεις γόνους : crater of volcano cone like 6 και volcano with mild slopes or peak of volcano dome with great slopes like 6 (a) και κατά συνέπεια τους κληροδοτεί τα χαρακτηριστικά της. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 93

112 Εικόνα 3.41: Δημιουργία των κλάσεων : crater of volcano cone like 6 και volcano with mild slopes or peak of volcano dome with great slopes like 6 (a) και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν. Τα αντικείμενα της κλάσης crater of volcano cone like 6 έχουν αρνητικές τιμές του δείκτη TPI (Mean layer 3), καθώς βρίσκονται σε χαμηλότερα ύψη από τα γειτονικά τους αντικείμενα, σε αντίθεση με τα αντικείμενα της κλάσης volcano with mild slopes or peak of volcano dome with great slopes like 6 (a) που παρουσιάζουν θετικές τιμές του δείκτη TPI (Mean layer 3), καθώς βρίσκονται σε μεγαλύτερα ύψη από τα γειτονικά τους αντικείμενα. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 94

113 Μετά την ταξινόμηση εφαρμόστηκε η εντολή merge region για όλες τις κλάσεις. Εικόνα 3.42: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 6, πριν την εντολή merge region. Εικόνα 3.43: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 6, μετά την εντολή merge region. Στις Εικόνες 3.42 και 3.43, παρατηρούνται 21 ηφαιστειακοί δόμοι ήπιας κλίσης ή κορυφές ηφαιστειακών δόμων έντονης κλίσης και δύο κρατήρες ηφαιστειακών κώνων. Παρατηρώντας την κατάτμηση της Εικόνας 3.42, διακρίνονται τρεις ηφαιστειακοί δόμοι (σε κόκκινο περίγραμμα) που δεν έχουν ταξινομηθεί στα επίπεδα 2,3 ή 6, γιατί είναι ήπιας κλίσης και μεγάλου μεγέθους δόμοι) για την ταξινόμηση των οποίων δημιουργήθηκε το επίπεδο 7. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 95

114 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Δημιουργία Επιπέδου Level 7. Το level 7 δημιουργήθηκε για τον εντοπισμό των ηφαιστειακών δόμων με ήπια κλίση, οι οποίοι δεν ταξινομήθηκαν στο επίπεδο level 6 (με μεγάλο σχετικά μέγεθος). Για το σκοπό αυτό επιλέχθηκε να χρησιμοποιηθεί στην κατάτμηση το θεματικό επίπεδο των βαθυμετρικών δεδομένων με βάρος 1 και το θεματικό επίπεδο των κλίσεων επίσης με βάρος 1. Με τη χρήση στην κατάτμηση, των βαθυμετρικών δεδομένων, τα αντικείμενα που παράγονται μοιάζουν με τις ισοβαθείς, γεγονός που επιτρέπει τη διάκριση της κατηγορίας των ηφαιστειακών δόμων, λόγω της συμπαγούς δομής τους. Επιλέχθηκε μεγάλη παράμετρος κλίμακας ίση με 260, κριτήριο σχήματος έναντι χρώματος (shape) τέθηκε ίσο με 0,3 και το κριτήριο συμπαγούς σχήματος έναντι ομαλότητας ορίων (compactness) ίσο με 0,9 (Εικόνα 3.44). Εικόνα 3.44: Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level 7. Στο level 7 δημιουργήθηκαν συνολικά τρεις κλάσεις : background 7, not volcano dome with mild slope like 7 και volcano dome with mild slope like 7 (b) (Εικόνες 3.45 και 3.46). Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 96

115 Εικόνα 3.45: Δημιουργία των κλάσεων : background 7 και not volcano dome with mild slope like 7 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν. Για την ταξινόμηση των αντικειμένων που ανήκουν στην κλάση volcano dome with mild slope like 7 (b), χρησιμοποιήθηκαν τιμές συμπαγούς σχήματος (<1,84), θετικές τιμές του δείκτη TPI (mean layer 3) (>0,0035), τιμές κλίσεων στο διάστημα (5,14) και η εντολή να μην έχουν σχετικά όρια με αντικείμενα της κλάσης background 7 (δεδομένου ότι, στα όρια της εικόνας δεν έχει γίνει η κατάτμηση των αντικειμένων έτσι όπως θα γίνονταν αν η περιοχή ενδιαφέροντος συνεχίζονταν και έτσι, αν ταξινομούνταν τα αντικείμενα κοντά στην περιοχή background 7 κάποια από αυτά ίσως ταξινομούνταν στην κλάση volcano dome with mild slope like 7 (b) λανθασμένα) (Εικόνα 3.46). Μετά την ολοκλήρωση της ταξινόμησης, εφαρμόστηκε η εντολή merge region για όλες τις κλάσεις του επιπέδου. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 97

116 Εικόνα 3.46: Δημιουργία της κλάσης volcano dome with mild slope like 7 (b) και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 98

117 Εικόνα 3.47: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 7, πριν την εντολή merge region. Εικόνα 3.48: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 7, μετά την εντολή merge region. Στις Εικόνες 3.47 και 3.48 παρατηρούνται οι 5 ηφαιστειακοί δόμοι (με κίτρινο χρώμα), οι οποίοι ταξινομήθηκαν σε αυτό το επίπεδο. Τα επίπεδα 8 και 9 που ακολουθούν, δημιουργήθηκαν για την τελευταία κατηγορία αντικειμένων που θα εξαχθεί στην παρούσα εργασία και είναι τα πλευρά του Κολούμπο. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 99

118 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Δημιουργία Επιπέδου Level 8. Το επίπεδο level 8 δημιουργήθηκε για τη διάκριση των πλευρών του ηφαιστείου στη νότια πλευρά του. Επειδή στην νότια περιοχή του ηφαιστείου, οι κλίσεις είναι έντονες και συνεχίζουν να είναι έντονες και εκτός της περιοχής του ηφαιστείου (σύμφωνα με φωτοερμηνεία) (Εικόνα 3.50), ήταν απαραίτητη η δημιουργία ενός μεγάλου επιπέδου κατάτμησης, έτσι ώστε, με τη δημιουργία μεγάλων αντικειμένων (για τη δημιουργία των οποίων λαμβάνεται υπόψη η ομοιογένεια της ευρύτερης περιοχής) να προσδιοριστούν τα νότια όρια των πλευρών του ηφαιστείου (Εικόνα 3.51). Για την κατάτμηση χρησιμοποιήθηκε μόνο το θεματικό επίπεδο της κλίσης. Επιλέχτηκε παράμετρος κλίμακας ίση με 300 (για τη δημιουργία μεγάλων αντικειμένων), το κριτήριο σχήματος έναντι χρώματος (shape) ίσο με 0,1 και το κριτήριο συμπαγούς σχήματος έναντι ομαλότητας ορίων (compactness) ίσο με 0,9 (για τη δημιουργία συμπαγών σχημάτων) (Εικόνα 3.49). Εικόνα 3.49: Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level 8. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 100

119 Εικόνα 3.50: Απεικόνιση (με τη χρήση του παραθύρου Feature View των αντικειμένων με κλίση [3,10] στο επίπεδο κατάτμησης level 5. Στο νότιο (τονισμένο) τμήμα του Κολούμπο δεν είναι διακριτά τα όριά του σε σχέση με τη γύρω περιοχή. Εικόνα 3.51: Αποτελέσματα κατάτμησης επιπέδου level 8. Δημιουργία αντικειμένων με ορατά τα νότια όρια των πλευρών του Κολούμπο. Δημιουργήθηκαν τρεις κλάσεις : background 8, flank volcano like 8 και not flank volcano like 8. Στην κλάση background 8, ταξινομήθηκαν τα αντικείμενα που δεν έχουν τιμές ύψους (mean layer 1) μεγαλύτερες από -700 (αυτό γιατί δεν συναντώνται στη περιοχή τιμές βάθους μεγαλύτερες από 700). Για την κλάση not flank volcano like 8, χρησιμοποιήθηκε το κριτήριο Area για το οποίο δόθηκαν τιμές μεγαλύτερες από pixels και η εντολή not background 8 (Εικόνα 3.52). Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 101

120 Εικόνα 3.52: Δημιουργία των κλάσεων : background 8 και not flank volcano like 8 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν. Το κριτήριο Area χρησιμοποιήθηκε για την κλάση not flank volcano like 8 γιατί, τα αντικείμενα του level 8, έχουν μεγάλο εμβαδόν ( > pixels) στις περιοχές μεγάλης ομοιογένειας (στις περιοχές δηλαδή όπου δεν συναντάται έντονο ανάγλυφο πυθμένα, στις οποίες και δεν είναι πιθανών να υπάρχει ηφαιστειογενής γεωμορφή). Όσα αντικείμενα δεν ανήκουν στην κλάση background 8 και δεν ταξινομήθηκαν στην κλάση not flank volcano like 8, ταξινομήθηκαν ως flank volcano like 8 (Εικόνα 3.53). Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 102

121 Εικόνα 3.53: Δημιουργία της κλάσης : flank volcano like 8 και η συνάρτηση συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκε. α β Εικόνα 3.54: Απεικόνιση αποτελεσμάτων κατάτμησης και ταξινόμησης επιπέδου level 8. Εικόνα (α), πριν την εκτέλεση της εντολής merge region, εικόνα (β), μετά την εκτέλεση merge region για όλες τις κλάσεις του level 8. Στον κόκκινο κύκλο βρίσκονται τα νότια όρια των πλευρών του Κολούμπο. Μετά την ταξινόμηση των αντικειμένων εφαρμόστηκε η εντολή merge region για όλες τις κλάσεις του επιπέδου, έτσι ώστε τα γειτονικά αντικείμενα της ίδιας κλάσης να συνενωθούν (Εικόνα 3.54 (β)). Το επίπεδο level 8, δημιουργήθηκε για τη διάκριση των νότιων ορίων των πλευρών του Κολούμπο. Έτσι, όπως θα παρουσιαστεί παρακάτω (υποκεφάλαιο ), τα αντικείμενα που έχουν ταξινομηθεί στο level 8 ως not flank volcano like 8, δεν θα αποτελέσουν αντικείμενα της τελικής κατηγορίας των πλευρών του ηφαιστείου. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 103

122 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Δημιουργία Επιπέδου Level 9. Το level 9 δημιουργήθηκε μετά τη δημιουργία όλων των προηγούμενων επιπέδων και την εφαρμογή της εντολής merge region σε όλα να προαναφερθέντα επίπεδα. Η δημιουργία του έχει ως στόχο τον προσδιορισμό των πλευρών του ηφαιστείου. Για τη κατάτμηση χρησιμοποιήθηκε μόνο το θεματικό επίπεδο των βαθυμετρικών δεδομένων, τέθηκε παράμετρος κλίμακας (=1), κριτήριο σχήματος έναντι χρώματος (shape) τέθηκε ίσο με 0,1 και το κριτήριο συμπαγούς σχήματος έναντι ομαλότητας ορίων (compactness) ίσο με 0,5 (Εικόνα 3.55). Εικόνα 3.55: Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level 9. Δημιουργήθηκαν συνολικά εφτά κλάσεις (Εικόνα 3.56). Οι κλάσεις για τις οποίες και δημιουργήθηκε το level 9, είναι οι κλάσεις : flank volcano like (a) 9 και flank volcano like (b) 9. Οι συναρτήσεις συμμετοχής των κλάσεων παρουσιάζονται στις εικόνες 3.57 έως Εικόνα 3.56: Ιεραρχία κλάσεων επιπέδου level 9. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 104

123 Εικόνα 3.57: Δημιουργία των κλάσεων background 9, basin like 9 (slope <4%) και basin like 9 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 105

124 Εικόνα 3.58: Δημιουργία των κλάσεων flank volcano like (a) 9 και not flank volcano like 9 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν. Η κλάση flank volcano like (a) 9, προσδιορίστηκε με βάση την κλάση crater floor που είχε προσδιορίστηκε στο level 4 και την κλάση not flank volcano like 8, που δημιουργήθηκε στο level 8. Τα αντικείμενα που απέχουν από την κλάση crater floor 9 απόσταση μικρότερη από 905 pixels και δεν ανήκουν στην κλάση not flank volcano like 8 ταξινομούνται ως flank volcano like (a) 9. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 106

125 Εικόνα 3.59: Δημιουργία των κλάσεων flank volcano like (b) 9 και crater floor 9 και οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν. Αντικείμενα που έχουν έκταση μικρότερη από pixels και σχετικά όρια με την κλάση flank volcano like (a) 9 (>0,7), ταξινομήθηκαν ως flank volcano like (b) 9. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 107

126 Στην Εικόνα 3.60 απεικονίζονται τα αποτελέσματα της ταξινόμησης του επιπέδου 9. Όπως παρατηρείται και στην Εικόνα 3.60, τα αντικείμενα που αποτελούν πιθανών τα πλευρά του ηφαιστείου, περιβάλλουν εξ ορισμού τη βάση του κρατήρα. Εικόνα 3.60: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 9. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 108

127 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Δημιουργία Επιπέδου Level 5. Το επίπεδο level 5 θα αποτελέσει και τον τελικό χάρτη της παρούσας μελέτης, στο οποίο παρουσιάζονται τα γεωμορφολογικά χαρακτηριστικά που προσδιορίστηκαν συνολικά. Πραγματοποιήθηκε κατάτμηση μικρής παραμέτρου κλίμακας (=10). Χρησιμοποιήθηκε μόνο το θεματικό επίπεδο των κλίσεων (layer 2), το κριτήριο σχήματος έναντι χρώματος (shape) τέθηκε ίσο με 0,9 και το κριτήριο συμπαγούς σχήματος έναντι ομαλότητας ορίων (compactness) ίσο με 0,9 (Εικόνα 3.61). Εικόνα 3.61: Παράθυρο επιλογής παραμέτρων κατάτμησης του επιπέδου level 5. Έγινε εισαγωγή των τελικών κατηγοριών που προσδιορίστηκαν στα προηγούμενα επίπεδα με τη συνάρτηση Existence of, ενώ η κλάση inner crater walls (great slope) 2/2 5, δημιουργήθηκε για να ταξινομηθεί ένα αντικείμενο ως εσωτερικά πρανή κρατήρα (Πίνακας 3.12). Η υποθαλάσσια λεκάνη επίσης, για λόγους χαρτογραφικής αναπαράστασης χωρίστηκε σε τέσσερις κατηγορίες εύρους τιμών βάθους (Εικόνα 3.62). Εικόνα 3.62: Ιεραρχία κλάσεων επιπέδου level 5, πριν την εφαρμογή της εντολής merge region. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 109

128 Κλάση Χαρακτηριστικό Συνάρτηση Αριστερό Δεξί συμμετοχής Όριο Όριο Not m ean layer M ean laye r (be fore m erge re gion) Background 5 Basin lik e 5 (slope <4%) Not crate r floor 5 and (m in) Not crater of volcano cone 5 Not flank volcano lik e 5 Not inner crate r w alls (m ild s lope) 5 Not volcano dom e w ith m ild slope s or pe ak of volcano dom e 5 Not volcano dom e/cone w ith great slope s 5 Not volcano w ith m ils slope 5 Basin (depth<=-450m ) M ean laye r Basin (depth>-350m ) M ean laye r Basin (depth>-450m and <-400m ) M ean laye r and (m in) M ean laye r Basin (depth>=-400m and <=-350m ) M ean laye r and (m in) M ean laye r Crater floor Existence of s uper obje cts crate r floor final (afte r m erge ) 4 (1) 0 2 or (m ax) Existence of s uper objects crate r floor final (not m erge ) 4 (1) 0 2 Crate r of volcano cone 5 Existe nce of super obje cts crater of volcano cone final 3 (2) 0 2 Exis tence of s upe r objects flanl volcano like (a) 9 (4) 0 2 Exis tence of super objects flanl volcano lik e (b) 9 (4) Flank of volcano like 5 Not crate r floor 5 Not inner crate r w alls (great slope) 1/2 5 and (m in) Not inner crate r w alls (m ild s lope) 5 or (m ax) Flank of volcano 5 and (m in) Not crater of volcano cone 5 Not volcano dom e w ith m ild slope s or pe ak of volcano dom e 5 Not volcano dom e/cone w ith great slope s 5 Not volcano w ith m ils slope 5 Inner crate r w alls (great slope ) 2/2 5 Distance to crater floor 5 Great slope s 5 Not background 5 Not bas in lik e 5 (slope <4%) Not crate r floor 5 Not crater of volcano cone 5 Not flank volcano 5 Not inner crate r w alls (great slope) 1/2 5 Not inner crate r w alls (great slope) 2/2 5 Not inner crate r w alls (m ild s lope) 5 Not volcano dom e w ith m ild slope s or pe ak of volcano dom e 5 Not volcano dom e/cone w ith great slope s 5 Not volcano w ith m ils slope 5 and (m in) Inner crate r w alls (great slope ) 1/2 5 Exis tence of supe r objects inner crater w alls (gre at slope) final (after m erge) or (m ax) Existence of s uper objects inne r crater w alls (great s lope) final (not m erge a) Exis tence of s upe r objects inner crater w alls (gre at slope) final (not m erge b) Inner crate r w alls (m ild s lope) 5 Exis tence of supe r objects inne r crater w alls (m ild slope) final 4 (1) 0 2 and (m in) Not rel. Borde r to inner crate r w alls (great s lope) 1/ Volcano dom e w ith m ild s lopes or peak of volcano dom e 5 Existence of s uper obje cts volcano dom e w ith m ild slope s or peak of volcano dom e final 3 (2) Exis te nce of super objects volcano dom e/cone w ith gre at slopesfinal (after m erge) 3 (2) Volcano dom e/cone w ith gre at slopes 5 Existe nce of super obje cts volcano dom e/cone w ith great slope sfinal (not m e rge a) 3 (2) 0 2 or (m ax) Exis tence of supe r objects volcano dom e/cone w ith gre at slopes final (not m erge b) 3 (2) 0 2 Existe nce of super obje cts volcano dom e/cone w ith great slope sfinal (not m e rge c) 3 (2) 0 2 Exis tence of supe r objects volcano dom e/cone w ith gre at slopes final (not m erge d) 3 (2) 0 2 Existe nce of super objects volcano dom e w ith m ild slope final 3 (2) 0 2 Volcano dom e w ith m ild slope 5 Πίνακας 3.12: Οι συναρτήσεις συμμετοχής που χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία των κλάσεων του επιπέδου level 5. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 110

129 Εικόνα 3.63: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 5. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 111

130 Εικόνα 3.64: Απεικόνιση αποτελεσμάτων ταξινόμησης επιπέδου level 5. Απόκρυψη των κατηγοριών : υποθαλάσσια λεκάνη και περιοχές έντονης κλίσης, για την καλύτερη διάκριση των υπόλοιπων κατηγοριών. Παρατηρώντας τις Εικόνες 3.63 και 3.64, διακρίνονται 23 συνολικά ηφαιστειακοί δόμοι/κώνοι. Από αυτούς, οι εννέα είναι ηφαιστειακοί δόμοι με έντονες κλίσεις, ένας ηφαιστειακός κώνος (με έντονες κλίσεις, δύο κορυφές και έναν κρατήρα), ένας ηφαιστειακός κώνος (ηφαιστειακός κρατήρας), και δώδεκα ηφαιστειακοί δόμοι με ήπιες κλίσεις. Στον πίνακα 3.13 του επόμενου υποκεφαλαίου, παρουσιάζονται συνολικά τα επίπεδα κατάτμησης και ταξινόμησης, οι κλάσεις που δημιουργήθηκαν, αλλά και οι σχέσεις που αναπτύσσονται μεταξύ τους. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 112

131 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Συνοπτικός Αλγόριθμος των Επιπέδων Κατάτμησης και Ταξινόμησης. Πίνακας 3.13: Συνοπτικός αλγόριθμος των επιπέδων κατάτμησης και ταξινόμησης. Τα Στάδια Εφαρμογής Κατάτμησης και Ταξινόμησης της Εικόνας στο Λογισμικό ecognition 113

132 ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4 : ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4.1. : Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων της αντικειμενοστρεφούς ανάλυσης των δεδομένων της υπό μελέτη περιοχής. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων πραγματοποιήθηκε με τρεις τρόπους : Με ποιοτική αξιολόγηση των αποτελεσμάτων, με εφαρμογή φωτοερμηνείας και οπτικής σύγκρισης μεταξύ των παραγόμενων προϊόντων και του υπάρχοντος υλικού. Με χρήση στατιστικών ελέγχων που παρέχει το λογισμικό, οι οποίοι δείχνουν τη σταθερότητα της ταξινόμησης των αντικειμένων στις κλάσεις και αναδεικνύουν την αποτελεσματικότητα των κανόνων που χρησιμοποιήθηκαν για την περιγραφή των τάξεων. Με ποσοτική αξιολόγηση των αποτελεσμάτων, με την εξαγωγή των δεικτών Completeness, Correctness και Overall Quality (Wiedemann et. al., 1998; Mariano et. al., 2002; Doucette et. al.,2004). ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Ποιοτική Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων ταξινόμησης. Στην παρούσα εργασία, προσδιορίστηκαν συνολικά 23 ηφαιστειακοί δόμοι/κώνοι εκ των οποίων : εννέα ηφαιστειακοί δόμοι με έντονες κλίσεις, ένας ηφαιστειακός κώνος (με έντονες κλίσεις, δύο κορυφές και έναν κρατήρα), ένας ηφαιστειακός κώνος (ηφαιστειακός κρατήρας), και δώδεκα ηφαιστειακοί δόμοι με ήπιες κλίσεις (Εικόνα 4.1). Από τις δημοσιευμένες εργασίες έχουν γίνει μετρήσεις για 19 ηφαιστειακούς δόμους/κώνους, ενώ τα όρια των ηφαιστειακών δόμων/κώνων όπως έχουν σχεδιαστεί με το χέρι κατά την εκτίμηση της κ. Νομικού (Λέκτορα Γεωλογικής Ωκεανογραφίας και Φυσικής Γεωγραφίας, στο Τμήμα Γεωλογίας και Γεωπεριβάλλοντος του Πανεπιστημίου Αθηνών), σε έναν χάρτη κλίσεων (με σκοπό αυτά να συγκριθούν με τα αποτελέσματα της παρούσας εργασίας), αναδεικνύουν 20 ηφαιστειακούς δόμους/κώνους (Εικόνα 4.2). Από την παρούσα εργασία έχουν προσδιοριστεί κατά συνέπεια, τρεις ηφαιστειακοί δόμοι περισσότεροι, σε σχέση με αυτούς που έχουν εντοπιστεί σε προηγούμενο ερευνητικό υλικό (Εικόνα 4.1). Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 114

133 Εικόνα 4.1: Αποτελέσματα ταξινόμησης του τελικού επιπέδου level 5. 1 Ηφαιστειακός δόμος με έντονες κλίσεις 2 Ηφαιστειακός κώνος (έντονες κλίσεις, δύο κορυφές, κρατήρας) 3 Ηφαιστειακός κώνος (κρατήρας) 4 Ηφαιστειακός δόμος με ήπιες κλίσεις Δόμοι που προσδιορίστηκαν στην παρούσα εργασία και δεν έχουν εντοπιστεί σε προηγούμενο ερευνητικό υλικό Εικόνα 4.2: Χάρτης κλίσεων γύρω από την περιοχή του Κολούμπο Με κόκκινη γραμμή είναι τα όρια των ηφαιστειακών δόμων/κώνων των πλευρών του Κολούμπο, των εσωτερικών πρανών και της βάσης του κρατήρα, έτσι όπως σχεδιάστηκαν με το χέρι κατά την εκτίμηση της κ. Νομικού. Η κόκκινη αρίθμηση δείχνει τους ηφαιστειακούς δόμους/κώνους για τους οποίους έχουν πραγματοποιηθεί μετρήσεις από το ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε. Πηγή χάρτη κλίσεων: Nomikou et. al., 2012b. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 115

134 Όσον αφορά τα όρια των πλευρών του ηφαιστείου, παρουσιάζουν ομοιότητες αλλά και διαφορές. Στο νοτιοανατολικό τμήμα του ηφαιστείου, τα όρια όπως προκύπτουν από την ταξινόμηση μοιάζουν με αυτά που έχουν σχεδιαστεί από την κ. Νομικού (Εικόνες 4.3 και 4.4). Το βορειοανατολικό και δυτικό τμήμα των ορίων όμως, όπως αυτά έχουν προκύψει από την ταξινόμηση (Εικόνα 4.3), διαφέρουν από τα όρια που έχουν σχεδιαστεί στην εικόνα 4.4. Εικόνα 4.3: Αποτελέσματα ταξινόμησης του τελικού επιπέδου level 5. b α, b και c (σημεία όπου τα αποτελέσματα ταξινόμησης των πλευρών του Κολούμπο διαφέρουν από τα αποτελέσματα του υπάρχοντος ερευνητικού υλικού) c a Εικόνα 4.4: Χάρτης κλίσεων γύρω από την περιοχή του Κολούμπο Με κόκκινη γραμμή είναι τα όρια των ηφαιστειακών δόμων/κώνων των πλευρών του Κολούμπο, των εσωτερικών πρανών και της βάσης του κρατήρα, έτσι όπως σχεδιάστηκαν με το χέρι κατά την εκτίμηση της κ. Νομικού. Η κόκκινη αρίθμηση δείχνει τους ηφαιστειακούς δόμους/κώνους για τους οποίους έχουν πραγματοποιηθεί μετρήσεις από το ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε. Πηγή χάρτη κλίσεων: Nomikou et. al., 2012b. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων b c a 116

135 Τα όρια των εσωτερικών πρανών και της βάσης του κρατήρα, όπως αυτά ταξινομήθηκαν (Εικόνα 4.5) και όπως προέκυψαν κατά την εκτίμηση της κ. Νομικού (Εικόνα 4.6), είναι σχεδόν όμοια. Εικόνα 4.5: ταξινόμησης του level 5. Αποτελέσματα τελικού επιπέδου Εσωτερικά πρανή κρατήρα Βάση κρατήρα Εικόνα 4.6: Χάρτης κλίσεων γύρω από την περιοχή του Κολούμπο Με κόκκινη γραμμή είναι τα όρια των ηφαιστειακών δόμων/κώνων των πλευρών του Κολούμπο, των εσωτερικών πρανών και της βάσης του κρατήρα, έτσι όπως σχεδιάστηκαν με το χέρι κατά την εκτίμηση της κ. Νομικού. Η κόκκινη αρίθμηση δείχνει τους ηφαιστειακούς δόμους/κώνους για τους οποίους έχουν πραγματοποιηθεί μετρήσεις από το ΕΛ.ΚΕ.Θ.Ε. Πηγή χάρτη κλίσεων: Nomikou et. al., 2012b. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 117

136 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Στατιστικοί Έλεγχοι των Αποτελεσμάτων της Ταξινόμησης, μέσω του Λογισμικού. Το λογισμικό παρέχει τέσσερις αλγορίθμους αξιολόγησης των αποτελεσμάτων (Εικόνα 4.7), από τους οποίους στην παρούσα εργασία μπορούν να χρησιμοποιηθούν οι δύο : Classification Stability και Best Classification Result. Οι άλλοι δύο αλγόριθμοι : Error Matrix based on TTA Mask και Error Matrix based on Samples, χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές όπου έχουν δημιουργηθεί μάσκες - mask ή έχουν χρησιμοποιηθεί δείγματα- samples, αντίστοιχα. Εικόνα 4.7: Η μέθοδος αξιολόγησης Accuracy Assessment, που παρέχει το λογισμικό και οι τέσσερις επιλογές αλγορίθμων. Τα αποτελέσματα των αλγορίθμων Classification Stability και Best Classification Result, παρουσιάζονται είτε με τη χρήση χρωματικής κλίμακας, είτε σε μορφή πίνακα με αριθμητικές τιμές των αποτελεσμάτων. Στην παρούσα εργασία, δίνεται ένα παράδειγμα χρωματικής απεικόνισης για τον αλγόριθμο Classification Stability, στο τελικό επίπεδο 5, ενώ όλα τα υπόλοιπα αποτελέσματα παρουσιάζονται σε μορφή πίνακα. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 118

137 Τα αποτελέσματα του αλγόριθμου Classification Stability για όλα τα επίπεδα δίνουν αποδεκτά αποτελέσματα, με μεγάλη σχετικά σταθερότητα σε όλες σχεδόν τις κλάσεις (Εικόνα 4.8, Πίνακες ). Μέγιστη τιμή σταθερότητας Μηδενική τιμή σταθερότητας Εικόνα 4.8: Χρωματική αναπαράσταση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το τελικό επίπεδο 5. Στην Εικόνα 4.8 παρατηρείται ότι, το μεγαλύτερο μέρος των δεδομένων του επιπέδου 5 έχει ταξινομηθεί με πολύ μεγάλες τιμές σταθερότητας (πράσινο χρώμα). Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 119

138 Πίνακας 4.1: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο 5. Πίνακας 4.2: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο 4. Οι μέσες τιμές των πινάκων 4.1 έως 4.8, βρίσκονται κατά κύριο λόγο κοντά στη μονάδα. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 120

139 Πίνακας 4.3: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο 3. Πίνακας 4.4: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο 2. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 121

140 Πίνακας 4.5: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο 6. Πίνακας 4.6: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο 7. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 122

141 Πίνακας 4.7: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο 8. Πίνακας 4.8: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Classification Stability, για το επίπεδο 9. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 123

142 Τα αποτελέσματα του αλγορίθμου Best Classification Result παρουσιάζονται σε μορφή πίνακα και είναι και αυτά αποδεκτά (Πίνακες ). Πίνακας 4.9: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο 5. Πίνακας 4.10: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο 4. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 124

143 Οι μέσες τιμές των πινάκων 4.9 έως 4.16 πλησιάζουν τη μονάδα. Πίνακας 4.11: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο 3. Πίνακας 4.12: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο 2. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 125

144 Πίνακας 4.13: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο 6. Πίνακας 4.14: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο 7. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 126

145 Πίνακας 4.15: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο 8. Πίνακας 4.16: Απεικόνιση των αποτελεσμάτων εφαρμογής του αλγορίθμου Best Classification Result, για το επίπεδο 9. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 127

146 ΚΕΦΑΛΑΙΟ : Ποσοτική αξιολόγηση των αποτελεσμάτων, με την εξαγωγή των δεικτών Completeness, Correctness και Overall Quality. Οι καθιερωμένοι δείκτες για την ποσοτική αξιολόγηση της ανίχνευσης και του εντοπισμού αντικειμένων και μεταβολών είναι οι δείκτες Completeness, Correctness και Overall Quality (Wiedemann et. al., 1998; Mariano et. al., 2002; Doucette et. al.,2004). Η πληρότητα προσδιορίζει το ποσοστό των δεδομένων ελέγχου (ground truth) που έχουν ανιχνευθεί από τον αλγόριθμο. H ορθότητα το ποσοστό των δεδομένων ελέγχου που έχουν ανιχνευθεί σωστά από τον αλγόριθμο και η ολική ποιότητα προσδιορίζει ένα γενικευμένο δείκτη που συνδυάζει τις μετρήσεις για την πληρότητα και την ορθότητα των αποτελεσμάτων. Για τη εξαγωγή των δεικτών αυτών, ήταν απαραίτητη η ψηφιοποίηση των ορίων των αντικειμένων όπως αυτά παράχθηκαν από την ταξινόμηση και όπως σχεδιάστηκαν με το χέρι από την κ. Νομικού (δεδομένα ελέγχου). Η ψηφιοποίηση πραγματοποιήθηκε στο λογισμικό ArcGis (Εικόνες 4.9α και 4.9β). α β Εικόνα 4.9 : α) ψηφιοποίηση ορίων, όπως ορίστηκαν κατά την εκτίμηση της κ. Νομικού, β) ψηφιοποίηση των ορίων, όπως προέκυψαν από την αντικειμενοστρεφή ανάλυση της εικόνας. Αξιολόγηση των αποτελεσμάτων 128