ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ Χρήση δεδομένων RADAR και τεχνικών συμβολομετρίας για την παρακολούθηση ενεργών κατολισθήσεων. Διπλωματική Εργασία Αγγελική Κυρίου Επιβλέπων Καθηγητής: Νικολακόπουλος Κωνσταντίνος Αναπληρωτής Καθηγητής τμήματος Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών Πάτρα, Μάρτιος 2017

2 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΣΧΟΛΗ ΘΕΤΙΚΩΝ ΕΠΙΣΤΗΜΩΝ ΤΜΗΜΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ Χρήση δεδομένων RADAR και τεχνικών συμβολομετρίας για την παρακολούθηση ενεργών κατολισθήσεων. Διπλωματική Εργασία Αγγελική Κυρίου Επιβλέπων Καθηγητής: Νικολακόπουλος Κωνσταντίνος Αναπληρωτής Καθηγητής τμήματος Γεωλογίας Πανεπιστημίου Πατρών Εγκρίθηκε από την τριμελή επιτροπή την Κ. Νικολακόπουλος Ν. Σαμπατακάκης Ι. Παρχαρίδης Αναπλ Καθηγητής Π.Π Καθηγητής Π.Π Αναπλ. Καθηγητής Χαρ.Π Πάτρα, Μάρτιος

3 Περίληψη Οι κατολισθήσεις αποτελούν μία από τις σημαντικότερες φυσικές καταστροφές, επηρεάζοντας άμεσα τόσο την ανθρώπινη ζωή όσο και το περιβάλλον. Εκδηλώνονται ως αποτέλεσμα της δράσης φυσικών (σεισμοί, ηφαιστειακές εκρήξεις, βροχοπτώσεις) αλλά και ανθρωπογενών (εκσκαφές, αποψίλωση, τεχνητές δονήσεις) παραγόντων και η έρευνα-παρακολούθησή τους συνιστά ένα από τα πιο κρίσιμα ζητήματα για το γεωλόγο-ερευνητή. Τα τελευταία χρόνια έχουν αναπτυχθεί τεχνικές που αξιοποιούν δεδομένα τα οποία λαμβάνονται μέσω δορυφορικών συστημάτων για τη διερεύνηση των κατολισθητικών φαινομένων. Μια τέτοια τεχνική είναι αυτή της συμβολομετρίας, η οποία συμβάλει στην απόκτηση πληροφοριών για την γήινη επιφάνεια μέσω μετρήσεων της φάσης του οπισθοσκεδαζόμενου σήματος του ραντάρ. Η συγκεκριμένη εργασία πραγματεύεται το θέμα της παρακολούθησης ενεργών κατολισθήσεων, αξιοποιώντας δεδομένα ραντάρ και τεχνικές συμβολομετρίας. Όσον αφορά τα δεδομένα της έρευνας επιλέχθηκαν εικόνες ραντάρ της αποστολής Sentinel-1, καλύπτοντας τις δυο περιοχές έρευνας τόσο πριν όσο και μετά την εκδήλωση του κατολισθητικού φαινομένου. Η επεξεργασία τους στα πλαίσια της παρακολούθησης κατολισθήσεων στηρίχθηκε σε τρεις βασικές προσεγγίσεις: α) συμβολογραφήματα, β) συμβολομετρικά Ψηφιακά Μοντέλα Επιφανείας (ΨΜΕ), γ) συμβολομετρία με τη χρήση σταθερών ανακλαστήρων. Ως περιοχές εφαρμογής της διαδικασίας ορίστηκαν οι κατολισθαίνουσες ζώνες που απαντώνται στους οικισμούς: α) Κλεπά, Αιτωλοακαρνανίας και β) Ανάληψη, Ηλείας. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε στις δύο περιπτώσεις και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στην εργασία

4 Abstract Landslides are one of the greatest natural disasters, affecting both human life and the environment. They occur as a result of natural (earthquakes, volcanic eruptions, intense rains) and man-made (deforestation, man-made vibrations) factors, while landslide s investigation and monitoring is one of the most critical aspects. Over the last years, satellite s observations are exploited in order to investigate landslides. Such a technique is interferometry, which contributes to obtaining information about Earth's surface through measurements of the phase of the backscattered radar s signal. This paper deals with the issue of monitoring of active landslides, using radar data and interferometric techniques. Regarding the data of the study, Sentinel-1 radar data were acquired, covering the selected areas before as well as after the landslide event. The processing in the framework of landslide monitoring based on three main approaches: a) interferograms, b) interferometric Digital Surface Models (DSMs), c) persistent scatterer interferometry. Two landslide zones were defines as study areas, which are located in the settlements of: a) Klepa, Aitoloakarnanias Prefecture and b) Analipsi, Ilias Prefecture. The methodology which was followed and the results are presented in this study

5 Πρόλογος Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στα πλαίσια του Μεταπτυχιακού Προγράμματος Σπουδών «Γεωεπιστήμες και Περιβάλλον» και συγκεκριμένα στην κατεύθυνση της Εφαρμοσμένης Περιβαλλοντικής Γεωλογίας και Γεωφυσικής. Το θέμα το οποίο πραγματεύεται είναι η παρακολούθηση ενεργών κατολισθήσεων με τη χρήση δεδομένων ραντάρ και τεχνικών συμβολομετρίας, τεχνικές οι οποίες τα τελευταία χρόνια παρουσιάζουν ραγδαία ανάπτυξη και ένα αρκετά ευρύ φάσμα εφαρμογών. Στο σημείο αυτό θα ήθελα να εκφράσω τις θερμές ευχαριστίες μου σε όλους τους ανθρώπους που συνέβαλαν στην εκπόνηση αυτής της διπλωματικής. Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω τον επιβλέποντα Αναπληρωτή Καθηγητή κ Κωνσταντίνο Νικολακόπουλο, για την εμπιστοσύνη που μου έδειξε αναθέτοντάς μου τη συγκεκριμένη εργασία, καθώς επίσης και για την συνολική του επιστημονική καθοδήγηση, την υποστήριξη και την ενθάρρυνση του καθ όλη τη διάρκεια των σπουδών μου. Επίσης ευχαριστώ ιδιαίτερα τον Καθηγητή κ Νικόλαο Σαμπατακάκη και τον Αναπληρωτή Καθηγητή κ Ισαάκ Παρχαρίδη που δέχθηκαν να συμμετέχουν στην Τριμελή Εξεταστική Επιτροπή της εργασίας. Ευχαριστίες θα ήθελα να εκφράσω στην υποψήφια διδάκτορα του τμήματος Κατερίνα Κάβουρα, για την παροχή ερευνητικού υλικού σχετικά με το θέμα των κατολισθήσεων. Δε θα έπρεπε να αμελήσω να ευχαριστήσω για την ψυχολογική υποστήριξη, την υπομονή και τις συμβουλές τους, όλα αυτά τα άτομα που ήταν «δίπλα μου» ακόμη και αν στην πραγματικότητα ήταν χιλιόμετρα μακριά. Τέλος ευχαριστώ θερμά την οικογένειά μου τόσο για την ηθική όσο και την υλική στήριξη που μου παρείχαν όλα αυτά τα χρόνια των σπουδών μου

6 Κατάλογος Περιεχομένων Περίληψη 2 Abstract 3 Πρόλογος 4 Κεφάλαιο 1: Κατολισθήσεις Γενικά Ταξινόμηση Κατολισθήσεων Παράγοντες που συμβάλλουν στην εκδήλωση κατολισθήσεων Ενεργότητα κατολισθήσεων Μέτρα προστασίας και σταθεροποίησης Κατανομή κατολισθήσεων στον ελληνικό χώρο 14 Κεφάλαιο 2:Συστήματα RADAR Γενικά Ιστορικό των συστημάτων RADAR Γεωμετρία λήψης και χωρική ανάλυση Γεωμετρικές παραμορφώσεις Είδη εικονοληπτικών συστημάτων RADAR Τεχνικές λήψης δεδομένων από RADAR συνθετικού ανοίγματος 26 Κεφάλαιο 3:Συμβολομετρία SAR απεικονίσεων Συμβομετρία RADAR-Εισαγωγικά Βασικές αρχές της συμβολομετρίας Παράγοντες που επηρεάζουν την ακρίβεια της συμβολομετρίας Είδη συμβολομετρίας Συμβολομετρία σταθερών ανακλαστήρων 33 Κεφάλαιο 4:Περιοχές εφαρμογής Περιοχή μελέτης 1:Κλεπά Αιτωλοακαρνανίας Γεωλογική επισκόπηση περιοχής Τεκτονικά-Υδρογεωλογικά-Κλιματικά στοιχεία Κατολισθητική ιστορία-έρευνα-παρακολούθηση Περιοχή μελέτης 2:Ανάληψη Ηλείας Γεωλογική επισκόπηση περιοχής Τεκτονικά-Υδρογεωλογικά-Κλιματικά στοιχεία Κατολισθητική ιστορία-έρευνα-παρακολούθηση 43 Κεφάλαιο 5:Διαδικασία επεξεργασίας Η αποστολή Sentinel Επεξεργασία SAR απεικονίσεων Δημιουργία συμβολογραφήματος Συμβολομετρικά Ψηφιακά Μοντέλα Επιφανείας (ΨΜΕ) Συμβολομετρία με τη χρήση σταθερών ανακλαστήρων 64 Συμπεράσματα 67 Βιβλιογραφία

7 Κατάλογος Εικόνων Εικόνα 1.1: Κατολίσθηση στην περιοχή La Conchita της Καλιφόρνια (1995) Εικόνα 1.2: Ταξινόμηση των μετακινήσεων μαζών κατά Varnes. Εικόνα 1.3: Οι σημαντικότεροι παράγοντες εκδήλωσης κατολισθήσεων (WP/WLI, 1994) Εικόνα 1.4: Μέτρα προστασίας εδαφικών πρανών Εικόνα 1.5: Μέτρα προστασίας βραχωδών πρανών Εικόνα 1.6: Καθορισμός ζωνών επικινδυνότητας κατολισθήσεων στον ελληνικό χώρο παρουσιάζοντας τον αριθμό των κατολισθήσεων ανά 100 km 2 Εικόνα 2.1: Παθητικός (δεξιά) και ενεργητικός (αριστερά) δέκτης τηλεπισκόπησης Εικόνα 2.2: Λειτουργία RADAR Εικόνα 2.3: Ανακλαστικότητα RADAR ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της γήινης επιφάνειας Εικόνα 2.4: Μικροκυματικό τμήμα ηλεκτρομαγνητικού φάσματος Εικόνα 2.5. Τα σημαντικότερα δορυφορικά συστήματα RADAR και το διάστημα λειτουργίας τους. Εικόνα 2.6: Εγγύς και μακρινή πλευρική απόσταση (αριστερά) & γωνία πρόσπτωσης και γωνία φωτισμού (δεξιά) Εικόνα 2.7: Γεωμετρία λήψης απεικόνισης Εικόνα 2.8: Χωρική ανάλυση στη διεύθυνση των πλαγίων αποστάσεων Εικόνα 2.9: Χωρική ανάλυση στη διεύθυνση του αζιμουθίου Εικόνα 2.10: Γεωμετρική παραμόρφωση: Σμίκρυνση Εικόνα 2.11: Γεωμετρική παραμόρφωση: Αναστροφή Εικόνα 2.12: Γεωμετρική παραμόρφωση: Σκίαση Εικόνα 2.13: Φωτισμός στόχου από RADAR συνθετικού ανοίγματος Εικόνα 2.14: Γεωμετρία λήψης Stripmap Εικόνα 2.15: Γεωμετρία λήψης ScanSAR Εικόνα 2.16: Γεωμετρία λήψης Spotlight Εικόνα 3.1: Συμβολογράφημα εικόνων RADAR - 6 -

8 Εικόνα 3.2: Γεωμετρία λήψης ενός συμβολομετρικού συστήματος SAR Εικόνα 4.1: Γεωγραφική τοποθέτηση της κοινότητας Κλεπάς Εικόνα 4.2: Τμήμα του κυρίου σώματος της κατολίσθησης Εικόνα 4.3: Γεωγραφική τοποθέτηση της κοινότητας Ανάληψης Εικόνα 4.4: Τμήμα της κατολισθαίνουσας ζώνης της Ανάληψης. Εικόνα 5.1: Sentinel-1 Εικόνα 5.2: Λειτουργίες λήψης δεδομένων του Sentinel-1 Εικόνα 5.3. Αριστερά: Συμβολογράφημα δεδομένων Sentinel-1 (ανοδικής τροχιάς) για την περιοχή της Λευκάδας (Πηγή: ερευνητική ομάδα Εφαρμογών Παρατήρησης της Γης από το Διάστημα, του Τμήματος Γεωγραφίας του Χαροκοπείου Πανεπιστημίου Αθηνών) Δεξιά: Συμβολογράφημα δεδομένων Sentinel-1 (ανοδικής τροχιάς) για την περιοχή της Λευκάδας όπως δημιουργήθηκε στα πλαίσια της παρούσας εργασίας με το πρόγραμμα SNAP. Εικόνα 5.4. Αριστερά: Συμβολογράφημα δεδομένων Sentinel-1(ανοδικής τροχιάς) για την περιοχή Amatrice (ESA) Δεξιά: Συμβολογράφημα δεδομένων Sentinel-1(ανοδικής τροχιάς) για την περιοχή Amatrice όπως δημιουργήθηκε στα πλαίσια της παρούσας εργασίας με το πρόγραμμα SNAP. Εικόνα 5.5. Αριστερά: ΨΜΕ από δεδομένα Sentinel-1(ανοδικής τροχιάς) πριν την κατολίσθηση. Δεξιά: ΨΜΕ από δεδομένα Sentinel-1(ανοδικής τροχιάς) μετά την κατολίσθηση. Εικόνα 5.6. Σημεία που λήφθηκαν από GPS και οι εγκάρσιες τομές δημιουργίας των υψομετρικών προφίλ. Εικόνα 5.7. Υψομετρικό προφίλ ΨΜΕ δεδομένων Sentinel-1 για την τομή 1 στην περιοχή της Κλεπάς. Εικόνα 5.8. Υψομετρικό προφίλ ΨΜΕ δεδομένων Sentinel-1 για την τομή 2 στην περιοχή της Κλεπάς. Εικόνα 5.9. Υψομετρικό προφίλ ΨΜΕ δεδομένων Sentinel-1 για την τομή 7 στην περιοχή της Κλεπάς. Εικόνα Υψομετρικό προφίλ ΨΜΕ δεδομένων Sentinel-1 για την τομή 9 στην περιοχή της Κλεπάς

9 Εικόνα Αριστερά: ΨΜΕ από δεδομένα Sentinel-1(ανοδικής τροχιάς) πριν την κατολίσθηση. Δεξιά: ΨΜΕ από δεδομένα Sentinel-1(ανοδικής τροχιάς) μετά την κατολίσθηση. Εικόνα Σημεία που λήφθηκαν από GPS και οι εγκάρσιες τομές δημιουργίας των υψομετρικών προφίλ. Εικόνα Υψομετρικό προφίλ ΨΜΕ δεδομένων Sentinel-1 για την τομή 1 στην περιοχή της Ανάληψης. Εικόνα Υψομετρικό προφίλ ΨΜΕ δεδομένων Sentinel-1 για την τομή 2 στην περιοχή της Ανάληψης. Εικόνα Επιλεγμένα σημεία στα ΨΜΕ στην περιοχή της Ανάληψης. Εικόνα Σταθερός ανακλαστήρας μικρών διαστάσεων. Εικόνα Σταθερός ανακλαστήρας μεγάλων διαστάσεων. Εικόνα Έλεγχος θέασης του σταθερού ανακλαστήρα στις Sentinel-1 απεικονίσεις. Κατάλογος Πινάκων Πίνακας 2.1. Χαρακτηριστικά των καναλιών Πίνακας 5.1. Τεχνικά χαρακτηριστικά του Sentinel-1 Πίνακας 5.2. Δεδομένα της αποστολής Sentinel-1 πριν την κατολίσθηση στην Κλεπά (Ανοδικής τροχίας). Πίνακας 5.3. Δεδομένα της αποστολής Sentinel-1 μετά την κατολίσθηση στην Κλεπά (Ανοδικής τροχιάς). Πίνακας 5.4. Δεδομένα της αποστολής Sentinel-1 πριν την κατολίσθηση στην Κλεπά (Καθοδικής τροχιάς). Πίνακας 5.5. Δεδομένα της αποστολής Sentinel-1 μετά την κατολίσθηση στην Κλεπά (Καθοδικής τροχιάς). Πίνακας 5.6. Δεδομένα της Ανάληψη. Πίνακας 5.7. Δεδομένα της Ανάληψη. αποστολής Sentinel-1 πριν την κατολίσθηση στην αποστολής Sentinel-1 μετά την κατολίσθηση στην Πίνακας 5.8. Τιμές υψομέτρου των δύο ΨΜΕ για τα επιλεγμένα σημεία

10 Κεφάλαιο 1: Κατολισθήσεις 1.1.Γενικά Οι κατολισθήσεις αποτελούν μία από τις σπουδαιότερες φυσικές καταστροφές, οι οποίες επηρεάζουν τόσο το φυσικό και ανθρωπογενές περιβάλλον, όσο και την ανθρώπινη ζωή (Εικόνα 1.1). Ο όρος «κατολίσθηση» έχει επικρατήσει εξαιτίας της απόδοσης του αγγλικού όρου (landslide), ωστόσο το γενικότερο φαινόμενο περιγράφεται πληρέστερα από τον όρο «μετακίνηση μαζών», ο οποίος χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά το 1978 από τον Varnes. Στις μετακινήσεις μαζών εντάσσεται κάθε μετακίνηση τμήματος πρανούς είτε είναι αποτέλεσμα ολίσθησης, κατάπτωσης, ανατροπής, ροής ή ερπυσμού, χωρίς όμως να περιλαμβάνονται φαινόμενα όπως οι καθιζήσεις, οι καταρρεύσεις ή οι μετακινήσεις πάγου. Οι μετακινήσεις αυτές αντιπροσωπεύουν την φυσική τάση του εδάφους να επανέλθει σε καθεστώς ισορροπίας, το οποίο διαταράχτηκε υπό την επίδραση φυσικού ή ανθρωπογενούς παράγοντα και μπορούν να εκδηλωθούν τόσο στην ξηρά όσο και σε θαλάσσιο ή λιμναίο περιβάλλον. Εικόνα 1.1: Κατολίσθηση στην περιοχή La Conchita της Καλιφόρνια (1995). Πηγή: USGS (

11 1.2.Ταξινόμηση Κατολισθήσεων Με την πάροδο του χρόνου προτάθηκαν διάφορες ταξινομήσεις για τις μετακινήσεις μαζών, οι οποίες λάμβαναν υπόψη παραμέτρους όπως ο τύπος και το είδος του υλικού μετακίνησης, την περιεχόμενη υγρασία του ολισθαίνοντος υλικού, την τύπο της κίνησης, την ταχύτητα της κίνησης, το αίτιο της κίνησης, το μηχανισμό ολίσθησης κ.α. τα πρώτα συστήματα ταξινόμησης που αναπτύχθηκαν ήταν αυτά των Shape (1939) και Varnes (1978), το δεύτερο εκ των οποίων επικράτησε εξαιτίας της διεθνούς αποδοχής του και της ευρείας χρήσης του. Πιο συγκεκριμένα, το σύστημα ταξινόμησης κατά Varnes (Εικόνα 1.2), διακρίνει τις μετακινήσεις μαζών ανάλογα με τον τύπο της μετακίνησης και το είδος του μετακινούμενου υλικού. Έτσι, σύμφωνα με τον τύπο της μετακίνησης απαντώνται: πτώσεις, ανατροπές, ολισθήσεις, πλευρικές εξαπλώσεις, ροές και σύνθετες μετακινήσεις, ενώ το μετακινούμενο υλικό είναι δυνατόν να ανήκει ή βραχώδες υπόβαθρο είτε στους εδαφικούς σχηματισμούς (κορήματα ή γαίες). Εικόνα 1.2: Ταξινόμηση των μετακινήσεων μαζών κατά Varnes. Πηγή: BGS (

12 1.3.Παράγοντες που συμβάλλουν στην εκδήλωση κατολισθήσεων Η εκδήλωση μιας κατολίσθησης είναι απόρροια ενός πλήθους προγενέστερων γεγονότων τα οποία επιδρούν στην κατάσταση ισορροπίας του πρανούς διαταράσσοντας την και συμβάλλοντας στην θραύση και την μετέπειτα μετακίνηση του. Συνεπώς, δυνάμεις αποσταθεροποίησης επιδρούν στο σταθερό πρανές, το οποίο αντιστέκεται αρχικά όμως με την πάροδο του χρόνου μετατρέπεται σε οριακά σταθερό έως την τελική διέγερση η οποία θα θέσει σε κίνηση μια μάζα. Η ομάδα εργασίας της UNESCO (1994) ταξινόμησε τους παράγοντες που σχετίζονται με την εκδήλωση κατολισθήσεων σύμφωνα με δύο βασικά κριτήρια: α) το αποτέλεσμα και το βαθμό επίδρασής τους και β) την προέλευσή τους. Όσον αφορά το πρώτο κριτήριο, οι παράγοντες διακρίνονται σε προκαταρκτικούς, οι οποίοι συντελούν στην προοδευτική αστάθεια του πρανούς και σε παράγοντες εναύσματος μετακίνησης, οι οποίοι προκαλούν την έναρξη της μετακίνησης. Συνήθως στους παράγοντες εναύσματος ανήκουν οι έντονες παρατεταμένες βροχοπτώσεις, σεισμικές δονήσεις, μεταβολές στη στάθμη του νερού, ηφαιστειακές εκρήξεις και η γρήγορη τήξη του χιονιού. Εξετάζοντας την προέλευσής τους οι παράγοντες κατηγοριοποιούνται σε αυτούς που σχετίζονται με: α) τις εδαφικές συνθήκες, β) τις γεωμορφολογικές διεργασίες, γ) τις φυσικές διεργασίες και δ) τις ανθρωπογενείς διεργασίες (Εικόνα 1.3). Εικόνα 1.3: Οι σημαντικότεροι παράγοντες εκδήλωσης κατολισθήσεων (WP/WLI,1994) Πηγή: Γεωλογία Τεχνικών Έργων, Γ. Κούκης-Ν. Σαμπατακάκης

13 1.4.Ενεργότητα κατολισθήσεων Καθοριστικής σημασίας σημείο για την έρευνα και μελέτη των κατολισθήσεων αποτελεί ο προσδιορισμός της ενεργότητάς τους. Ενεργές χαρακτηρίζονται οι κατολισθήσεις που είναι συνήθως πρόσφατες με εύκολα αναγνωρίσιμα μορφολογικά στοιχεία και απουσία αλλοίωσης από τις φυσικές διεργασίες. Κατολισθήσεις οι οποίες ενεργοποιούνται ενώ είχαν σταθεροποιηθεί και κινούνται σε επιφάνειες ολίσθησης που προϋπήρχαν με τη διατμητική τους αντοχή να πλησιάζει την παραμένουσα, καλούνται επανεργοποιημένες, ενώ αυτές οι οποίες μετακινήθηκαν κατά τον τελευταίο εποχικό κύκλο αλλά την παρούσα περίοδο δεν εμφανίζουν ίχνη μετακίνησης αναφέρονται ως παροδικά ανενεργές ή υπό αναστολή. Εν αντιθέσει με τις παραπάνω, αυτές που παραμένουν σταθερές για περισσότερο από ένα έτος χαρακτηρίζονται ως ανενεργές. Λαμβάνοντας υπόψη τα αίτια εκδήλωσης των κατολισθήσεων και το αν αυτά παραμένουν ή έχουν εκλείψει τότε οι κατολισθήσεις βρίσκονται σε λανθάνουσα κατάσταση ή χαρακτηρίζονται ως μη ενεργοποιήσιμες αντίστοιχα. Στην περίπτωση που σε μία ανενεργή κατολίσθηση έχουν ληφθεί μέτρα προστασίας και σταθεροποίησης, αυτή κρίνεται ως σταθεροποιημένη. Κάποιες κατολισθήσεις αφήνουν τα ίχνη τους ανεξίτηλα στα πρανή χωρίς ωστόσο να έχουν επανενεργοποιηθεί γι αυτό και χαρακτηρίζονται ως παλιές. Πέρα όμως του θέματος του καθεστώτος ενεργότητας, σημαντική είναι η περιγραφή των μετακινούμενων τμημάτων (κατανομή ενεργότητας). Αναλυτικότερα, αν μια κατολίσθηση επεκτείνεται προς τα κατάντη θεωρείται ότι είναι προωθούμενη, ενώ αν η επέκταση είναι προς τα ανάντη τότε η κατολίσθηση είναι ανάδρομη. Διευρυνόμενη κατολίσθηση χαρακτηρίζεται αυτή που επεκτείνεται σε μία ή και στις δύο πλευρές και μεγεθυνόμενη θεωρείται αυτή που ολοένα αυξάνει τις διαστάσεις της. Επιπλέον εξετάζοντας τον τρόπο εκδήλωσης των επιμέρους μετακινήσεων εντός της μάζας της κατολίσθησης, οι κατολισθήσεις διακρίνονται σε απλές, οι οποίες εκδηλώνονται με έναν τύπο μετακίνησης και σύνθετες στις οποίες γίνονται διαφορετικού τύπου μετακινήσεις σε διαφορετικά τμήματα της κατολισθαίνουσας μάζας. Κατολισθήσεις στις οποίες απαντώνται επαναλαμβανόμενες κινήσεις του ίδιου τύπου με επέκταση της επιφάνειας θραύσης και επικάλυψη του υλικού της μίας με το αντίστοιχο της άλλης κατολίσθησης, ονομάζονται πολλαπλές, ενώ σε περίπτωση μη επικάλυψης θεωρούνται ως διαδοχικές. 1.5.Μέτρα προστασίας και σταθεροποίησης Ο στόχος μιας ολοκληρωμένης έρευνας σε μια κατολισθαίνουσα ζώνη έγκειται στο σχεδιασμό κατάλληλων μέτρων προστασίας αποτελούμενων από εργασίες και κατασκευές τεχνικών έργων, οι οποίες προλαμβάνουν το φαινόμενο είτε συμβάλουν στην αποκατάσταση και σταθεροποίηση μιας εδαφικής μετακίνησης. Στις περισσότερες των περιπτώσεων τα μέτρα λαμβάνονται συνδυαστικά συνεισφέροντας στη συνολική ευστάθεια της ζώνης. Μέτρα προστασίας και σταθεροποίησης είναι δυνατόν να λαμβάνονται τόσο σε εδαφικά υλικά όσο και σε βραχώδη

14 παρουσιάζοντας αρκετές ομοιότητες. Στους βραχώδεις σχηματισμούς παρατηρείται ένας διακριτός διαχωρισμός μεταξύ προληπτικών και σταθεροποιητικών μέτρων, ο οποίος βασίζεται στο γεγονός ότι στα υλικά αυτά οι αστοχίες είναι συνηθέστερες γι αυτό και τα προληπτικά μέτρα αποτελούν βασική πρακτική εφαρμογής. Πιο συγκεκριμένα, στους εδαφικούς σχηματισμούς, τα μέτρα προστασίας ταξινομούνται σύμφωνα με την επίδρασή τους στη μεταβολή των ενεργητικών ή παθητικών δυνάμεων που εμπλέκονται στο φαινόμενο και το είδος του προβλεπόμενου τεχνικού έργου (Εικόνα 1.4). Αντίθετα, σε βραχώδεις σχηματισμούς, όπως αναφέρθηκε και παραπάνω, η ταξινόμηση των μέτρων προστασίας βασίζεται στον χρονικό παράγοντα στον οποίο αυτά υλοποιούνται (προληπτικά ή μέτρα σταθεροποίησης) (Εικόνα 1.5). Εικόνα 1.4: Μέτρα προστασίας εδαφικών πρανών. Πηγή: Γεωλογία Τεχνικών Έργων, Γ. Κούκης-Ν. Σαμπατακάκης

15 Εικόνα 1.5: Μέτρα προστασίας βραχωδών πρανών. Πηγή: Γεωλογία Τεχνικών Έργων, Γ. Κούκης-Ν. Σαμπατακάκης 1.6.Κατανομή κατολισθήσεων στον Ελληνικό χώρο Οι γεωλογικές και κλιματικές διεργασίες οι οποίες λαμβάνουν χώρα αέναα στην επικράτεια της Ελλάδας καθώς και οι σύγχρονες ανθρώπινες δραστηριότητες (αύξηση της αστικοποίησης κ.α.) συνέβαλλαν τόσο στην εκδήλωση των περισσότερων και εκτενέστερων κατολισθήσεων όσο και στην επαναδραστηριοποίηση παλαιότερων ζωνών. Αναλυτικότερα, ο ελληνικός χώρος χαρακτηρίζεται από έντονο οριζόντιο και κατακόρυφο διαμελισμό, ο οποίος είναι αποτέλεσμα των επάλληλων ορογενετικών κινήσεων και κατ επέκταση της ανάπτυξης σύνθετης γεωλογικής δομής και τεκτονικής καταπόνησης στους σχηματισμούς. Επιπροσθέτως, η έντονη ενεργή τεκτονική δράση εντατικοποιεί τους ρυθμούς διάβρωσης κάνοντας τους σχηματισμούς πιο επιρρεπείς σε αστοχία. Στο ίδιο πλαίσιο λειτουργούν και οι έντονες και παρατεταμένες βροχοπτώσεις συνεισφέροντας στην αύξηση της διαβρωτικής δράσης των χειμάρρων και στην υποσκαφή των πρανών. Όσον αφορά τις βροχοπτώσεις, παρατηρείται ότι το ετήσιο ύψος βροχής ελαττώνεται κατά κανόνα από τα δυτικά προς τα ανατολικά και από τα βόρεια προς τα νότια ως αποτέλεσμα της τοπογραφικής διαμόρφωσης του ελληνικού χώρου. Στα τέλη της δεκαετίας του 80 πραγματοποιήθηκε η πρώτη συστηματική καταγραφή των κατολισθητικών φαινομένων του ελληνικού χώρου μέσω ενός σχεσιακού συστήματος δεδομένων (Koukis and Zourkas, 1991). Η καταγραφή συνεχίζεται σήμερα και συγχρόνως η στατιστική επεξεργασία των δεδομένων, η οποία λαμβάνει υπόψη τα γενικά χαρακτηριστικά της περιοχής, τα κύρια χαρακτηριστικά της ολίσθησης, το μηχανισμό εκδήλωσης και τις κοινωνικές επιπτώσεις παρέχει χρήσιμη πληροφόρηση σχετικά με την κατάσταση που επικρατεί όσον αφορά τα

16 κατολισθητικά φαινόμενα. Παράλληλα, η δημιουργία ενός αρχείου κατολισθήσεων συνέβαλε στην εξαγωγή ενός χάρτη συχνότητας εμφάνισης κατολισθήσεων, ο οποίος θα μπορούσε να χαρακτηριστεί ως χάρτης επικινδυνότητας (Εικόνα 1.6). Σύμφωνα με το χάρτη ως επί το πλείστον κατολισθαίνουσες περιοχές απαντώνται στην Κεντρική και Δυτική Ελλάδα και κυρίως στον άξονα της γεωτεκτονικής ζώνης της Πίνδου. Ειδικότερα, οι περιοχές της Δυτικής Ελλάδας δομούνται γεωλογικά από πετρώματα λεπτομερή, κλαστικά, εναλλαγές λεπτών στρωμάτων με διαφορετικές μηχανικές ιδιότητες όπως ο φλύσχης, ενώ σύνηθες είναι το φαινόμενο σχηματισμοί μεγάλης αντοχής να υπέρκεινται σχηματισμών με μικρότερη αντοχή. Τα παραπάνω σε συνδυασμό με την έντονη τεκτονική καταπόνηση, την υψηλή σεισμικότητα και μορφολογικούς-κλιματικούς παράγοντες που ευνοούν την αποσάθρωση συντελούν στη δημιουργία μεγάλου πάχους υλικών επιρρεπών σε μετακίνηση. Στις περιοχές τις ΒΔ Ελλάδας οι μετακινήσεις οφείλονται κυρίως στην εμφάνιση των σχηματισμών του φλύσχη καθώς και στην παρουσία πλακωδών ασβεστολίθων, οι οποίοι είναι υπερκείμενοι μαλακών σχηματισμών. Όσον αφορά τις περιοχές της Κεντρικής Ελλάδας η εκδήλωση μετακινήσεων σχετίζεται κατά κύριο λόγο στη σύνθετη γεωμορφολογία (απότομες κλίσεις, μεγάλες αντιθέσεις υψομέτρων) και στις μεγάλου ύψους βροχοπτώσεις. Εικόνα 1.6: Καθορισμός ζωνών επικινδυνότητας κατολισθήσεων στον ελληνικό χώρο, παρουσιάζοντας τον αριθμό των κατολισθήσεων ανά 100 km 2. Πηγή: Koukis et al.,

17 Κεφάλαιο 2: Συστήματα RADAR 2.1.Γενικά Οι τηλεσκοπικοί δέκτες λαμβάνοντας υπόψη την πηγή της ενέργειας που καταγράφουν, αν δηλαδή είναι φυσικά διαθέσιμη (ηλιακή) ή αυτόνομη (εκπομπή ακτινοβολίας), διακρίνονται σε παθητικούς και ενεργητικούς αντίστοιχα (Εικόνα 2.1). Στην κατηγορία των ενεργητικών δεκτών ανήκουν τα συστήματα RADAR (RAdio Detection And Ranging), συντελώντας στην ανίχνευση και εκτίμηση της απόστασης με ραδιοκύματα. Οι δέκτες ραντάρ εκπέμπουν ηλεκτρομαγνητικούς παλμούς με συγκεκριμένη συχνότητα και μήκος κύματος από 1cm ως 1m προς ένα στόχο και στη συνέχεια καταγράφουν το επιστρεφόμενο σήμα, η ένταση και η χρονική καθυστέρηση του οποίου συμβάλουν στον υπολογισμό της απόστασης δέκτη στόχου αλλά και στη διάκριση των στόχων. Η λειτουργία των συστημάτων αυτών στα φασματικά κανάλια των ραδιοφωνικών κυμάτων και μικροκυμάτων (220MHz- 40GHz), τους επιτρέπει να λαμβάνουν εικόνες ακόμη και τη νύχτα, ανεξαρτήτως καιρικών συνθηκών, καθώς η ατμοσφαιρική απορρόφηση και σκέδαση είναι ελάχιστες στη ζώνη αυτή. Εικόνα 2.1. Παθητικός (δεξιά) και ενεργητικός (αριστερά) δέκτης τηλεπισκόπησης Πηγή: Canadian Centre of Remote Sensing Ένα σύστημα ραντάρ αποτελείται από μια γεννήτρια παραγωγής ηλεκτρομαγνητικών παλμών, ένα πομπό εκπομπής, ένα δέκτη, μια κεραία και ένα σύστημα επεξεργασίας και καταγραφής δεδομένων. Με τη λειτουργία καταγραφής των οπισθοσκεδαζομένων σημάτων δημιουργείται μια εικόνα της επιφάνειας σε δύο διαστάσεις, απεικονίζοντας τις διαφορετικές επιφάνειες με αποχρώσεις του γκρι (Εικόνα 2.2). Έτσι οι σκούρες αποχρώσεις του γκρι αναπαριστούν μικρή οπισθοσκέδαση, ενώ οι φωτεινότερες υψηλή οπισθοσκέδαση. Στην πραγματικότητα η εικόνα αυτή είναι ένας πίνακας δύο

18 διαστάσεων όπου για κάθε εικονοστοιχείο αντιστοιχεί ένας μιγαδικός αριθμός, όπου το πραγματικό και φανταστικό μέρος του δίνουν το πλάτος και τη φάση (εξισώσεις & 2.1-2). α = Im 2 + Re 2 (2.1-1) φ = arctan ( Im Re ) (2.1-2 ) Εικόνα 2.2. Λειτουργία RADAR Πηγή: Canadian Centre of Remote Sensing Τόσο το πλάτος, το οποίο αποτελεί ένα μέτρο της ανακλαστικότητας του στόχου, όσο και η φάση εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά παρατήρησης του ραντάρ (μήκος κύματος, πόλωση, γωνία βύθισης) αλλά και τα χαρακτηριστικά της γήινης επιφάνειας (μορφολογία, τραχύτητα εδάφους, διηλεκτρικές ιδιότητες των υλικών), αποτυπώνοντας μεταβολές στην επιφάνεια του εδάφους (Εικόνα 2.3). Εικόνα 2.3. Ανακλαστικότητα RADAR ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της γήινης επιφάνειας. Πηγή: JAXA Earth Observation Research Center

19 Ένα άλλο μέγεθος χαρακτηριστικό των συστημάτων ραντάρ είναι το μήκος κύματος, επιτρέποντας τη λήψη απεικονίσεων σε διάφορα κανάλια (Ka, K και Ku κανάλια, X κανάλι, C κανάλι, S κανάλι, L κανάλι, P κανάλι) (Πίνακας 2.1) (Εικόνα 2.4). Το μήκος κύματος καθορίζει το βάθος διείσδυσης του εκπεμπόμενου παλμού στη βλάστηση και στην επιφάνεια του εδάφους. Έτσι όσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος τόσο αυξάνεται το βάθος διείσδυσης. Πίνακας 2.1. Χαρακτηριστικά των καναλιών Κανάλι (Band) Συχνότητα (Frequency) Μήκος Κύματος (Wave length) P GHz cm L GHz cm S GHz cm C GHz cm X GHz cm Επιπλέον οι εκπεμπόμενοι ηλεκτρομαγνητικοί παλμοί εμφανίζονται πολωμένοι, δηλαδή έχουν προσανατολισμένο ηλεκτρικό πεδίο σε οριζόντια (Horizontal) ή κατακόρυφη (Vertical) διεύθυνση. Η πόλωση του εκπεμπόμενου παλμού συνδέεται άμεσα με τα χαρακτηριστικά της οπισθοσκέδασης με τη λήψη εικόνων παράλληλης πόλωσης HH (οριζόντια εκπομπή, οριζόντια λήψη) ή VV (κατακόρυφη εκπομπή, κατακόρυφη λήψη) να προτιμάται εξαιτίας των ισχυρών σημάτων επιστροφής. Εικόνα 2.4. Μικροκυματικό τμήμα ηλεκτρομαγνητικού φάσματος Πηγή: Canadian Centre of Remote Sensing

20 2.2.Ιστορικό των συστημάτων RADAR Οι πρώτες προσπάθειες δημιουργίας συστημάτων RADAR εντοπίζονται λίγο μετά το 1900, ενώ από το 1960 και μετά που σταμάτησε η αποκλειστική χρήση τους για στρατιωτικούς σκοπούς και επετράπη η αξιοποίησή τους σε πολιτικές εφαρμογές χαρτογράφησης, αναπτύχθηκε ένα μεγάλο πλήθος εναέριων και διαστημικών συστημάτων, τα οποία συντέλεσαν στη χαρτογράφηση και παρακολούθηση μεταβολών στην επιφάνεια της γης. Πρωτοπόροι στην ανάπτυξη αυτών των συστημάτων είναι οι Καναδοί και οι Γερμανοί εξαιτίας ως επί το πλείστον των καιρικών συνθηκών που συναντώνται στην επικράτειά τους, μολονότι ιδιαίτερα σημαντική είναι η συμβολή τόσο της Αμερικανικής Εθνικής Υπηρεσίας Αεροναυπηγικής και Διαστήματος (NASA) όσο και της Ευρωπαϊκής Διαστημικής Υπηρεσίας (ESA). Το πρώτο δορυφορικό σύστημα ραντάρ εικονοληπτικών δεδομένων τέθηκε σε τροχιά από τη NASA το 1978 στον γεωστατικό δορυφόρο SEASAT συλλέγοντας δεδομένα για περίπου μόνο έξι εβδομάδες και συνεισφέροντας στην κατασκευή νέων εκσυγχρονισμένων συστημάτων κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του Επιπροσθέτως μετά το 1990 παρατηρείται μια ραγδαία ανάπτυξη των δορυφορικών συστημάτων ραντάρ και κατ επέκταση αύξηση του ενδιαφέροντος της επιστημονική κοινότητας για την περιοχή των μικροκυματικών αισθητήρων μέσω της διάθεση στο επιστημονικό κοινό δεδομένων από τις αποστολές ERS-1 (ESA,1991), ERS-2 (ESA, 1995), JERS-1 (JAXA, 1992) και RADARSAT-1(CSA, 1995). Η επιτυχία των προηγουμένων αποστολών οδήγησε στην κατασκευή και εκτόξευση προηγμένων δορυφορικών εικονοληπτικών συστημάτων, ENVISAT ASAR (ESA, 2002), ALOS PALSAR (JAXA, 2006), RADARSAT-2 (CSA, 2007), TerraSAR-X (DLR, 2007), Cosmo-SkyMed (ASI, 2007) και ο νεότερος Sentinel-1 (ESA, 2014) (Εικόνα 2.5). Εικόνα 2.5. Τα σημαντικότερα δορυφορικά συστήματα RADAR και το διάστημα λειτουργίας τους. Πηγή: UNAVCO (

21 2.3. Γεωμετρία λήψης και χωρική ανάλυση Τα συστήματα ραντάρ σαρώνουν πλευρικά τη γήινη επιφάνεια σε λωρίδες κάθετα προς την κίνηση της πλατφόρμας, ανεξάρτητα αν αυτή είναι δορυφόρος ή αεροπλάνο, ενώ παράλληλα έχουν τη δυνατότητα λήψης τόσο κατά την ανοδική τροχιά (Νότο προς Βορρά) όσο και κατά την καθοδική (Βορρά προς Νότο). Η πλευρική αυτή σάρωση συμβάλλει στην καλύτερη διακριτική ικανότητα και κατ επέκταση στη βελτίωση της ανάλυσης της εικόνας. Ειδικότερα κατά την κίνηση της πλατφόρμας, τα ραντάρ εκπέμπουν δέσμη μικροκυματικής ακτινοβολίας, η οποία φωτίζει μια λωρίδα (swath) στο έδαφος που καλείται «ίχνος κεραίας». Το τμήμα της λωρίδας που βρίσκεται πλησιέστερα στο ίχνος της τροχιάς καλείται εγγύς πλευρική απόσταση (near range), ενώ αυτό που είναι μακρύτερα, μακρινή πλευρική απόσταση (far range)(εικόνα 2.6). Επιπλέον, η διεύθυνση της κίνησης του δορυφόρου χαρακτηρίζεται ως διεύθυνση του αζιμουθίου της απεικόνισης (azimuth direction), αντίθετα η κάθετη προς τη διεύθυνση του αζιμουθίου καλείται διεύθυνση των πλαγίων αποστάσεων της απεικόνισης (range direction) (Εικόνα 2.7). Εικόνα 2.6. Εγγύς και μακρινή πλευρική απόσταση (αριστερά) & Γωνία πρόσπτωσης και γωνία φωτισμού (δεξιά) Πηγή: Canadian Centre of Remote Sensing Τα συστήματα ραντάρ μετρούν την κεκλιμένη πλευρική απόσταση (slant range) μεταξύ του συστήματος και στόχου, ενώ η επίγεια πλευρική απόσταση (ground range) αποτελεί την προβολή της προαναφερθείσας (Εικόνα 2.7). Επιπλέον με τον όρο γωνία πρόσπτωσης (incidence angle) εννοείται η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ της διεύθυνσης του εκπεμπόμενου παλμού και της κατακορύφου (Εικόνα 2.6) (Εικόνα 2.7). Η γωνία θέασης (look angle) είναι η σχηματιζόμενη γωνία μεταξύ της

22 διεύθυνσης διάδοσης του παλμού και της κατακορύφου της θέσης της κινούμενης πλατφόρμας (Εικόνα 2.6) (Εικόνα 2.7) Εικόνα 2.7. Γεωμετρία λήψης απεικόνισης Πηγή: Christian Wolff ( Αξίζει να αναφερθεί ότι το εύρος της δέσμης φωτισμού, όσο και το πλάτος της λωρίδας λήψης εξαρτώνται από τις διαστάσεις τη κεραίας του ραντάρ και από το μήκος του ηλεκτρομαγνητικού παλμού, ενώ η μεταβολή της ισχύος του εκπεμπόμενου παλμού κατά τη διάρκεια εκπομπής και λήψης εκτιμάται από την εξίσωση του ραντάρ (εξίσωση 2.3-1) P r = P tg 2 λ 2 σ (4π) 3 R 4 L (2.3-1) Όπου, Pr: η ισχύς του λαμβανόμενου παλμού Pt: η ισχύς του εκπεμπόμενου παλμού λ: το μήκος κύματος του εκπεμπόμενου παλμού σ: η ενεργός διατομή του ραντάρ R: η κεκλιμένη απόσταση δέκτη-στόχου L: οι απώλειες του συστήματος G: το κέρδος της κεραίας

23 Όσον αφορά τη χωρική διακριτική ικανότητα ενός συστήματος ραντάρ αποτελεί την ελάχιστη απόσταση μεταξύ δύο αντικειμένων ίσης ανακλαστικότητας ώστε να εμφανιστούν μεμονωμένα σε απεικονίσεις ραντάρ. Η χωρική διακριτική ικανότητα εξαρτάται από τη γεωμετρία του αισθητήρα, τις ιδιότητες της μικροκυματικής (ανάκλαση, διάθλαση, σκέδαση), καθώς και από τα χαρακτηριστικά των εκπεμπόμενων παλμών, ενώ διακρίνεται στη χωρική διακριτική ικανότητα κατά την εδαφική απόσταση Rr (range resolution) και στην χωρική διακριτική ικανότητα κατά το αζιμούθιο Ra (azimuthal resolution). Η χωρική διακριτική ικανότητα κατά την εδαφική απόσταση αποτελεί την ελάχιστη απόσταση δύο αντικειμένων, η οποία πρέπει να είναι μεγαλύτερη από το μισό του πλάτους του παλμού (Εικόνα 2.8) και εκφράζεται από την εξίσωση Δr s = ct 2 = P 2 (2.3-2) Όπου, c: η ταχύτητα του φωτός t: η διάρκεια του παλμού P: το πλάτος του παλμού Εικόνα 2.8.Χωρική ανάλυση στη διεύθυνση των πλαγίων αποστάσεων Πηγή: Canadian Centre of Remote Sensing

24 Η χωρική διακριτική ικανότητα κατά το αζιμούθιο, είναι συνάρτηση του εύρους της δέσμης φωτισμού και δίνεται από την εξίσωση Ως εκ τούτου, δύο αντικείμενα σε ορισμένη απόσταση μπορούν να διακριθούν μεταξύ τους αν δεν βρίσκονται στο εύρος της δέσμης φωτισμού ταυτόχρονα (Εικόνα 2.9). Όπου, Δx = Rλ L (2.3-3) R: η απόσταση στη διεύθυνση των πλαγίων αποστάσεων L: το φυσικό μήκος της κεραίας στη διεύθυνση του αζιμουθίου λ: το μήκος κύματος του εκπεμπόμενου παλμού Εικόνα 2.9. Χωρική ανάλυση στη διεύθυνση του αζιμουθίου Πηγή: Canadian Centre of Remote Sensing 2.4.Γεωμετρικές παραμορφώσεις Η έλλειψη ομαλότητας της επιφάνειας του εδάφους δημιουργεί χαρακτηριστικές γεωμετρικές παραμορφώσεις στη διεύθυνση των πλαγίων αποστάσεων, αφού το ραντάρ μετρά τις κεκλιμένες αποστάσεις των χαρακτηριστικών της επιφάνειας και όχι την πραγματική οριζόντια απόσταση επί του εδάφους. Οι παραμορφώσεις αυτές είναι η σμίκρυνση, η αναστροφή και η σκίαση. Στο φαινόμενο της σμίκρυνσης η δέσμη του ηλεκτρομαγνητικού σήματος φθάνει γρηγορότερα στη βάση ενός αντικειμένου με προσανατολισμό προς το ραντάρ παρά στην κορυφή του με αποτέλεσμα η κεκλιμένη απόσταση να αποτυπώνεται συμπιεσμένη και οι επιφάνειες με φωτεινούς τόνους (Εικόνα 2.10)

25 Εικόνα Γεωμετρική παραμόρφωση: Σμίκρυνση Πηγή: Canadian Centre of Remote Sensing Όσον αφορά την αναστροφή πραγματοποιείται όταν η δέσμη του ραντάρ συναντάει πιο γρήγορα την κορυφή ενός αντικειμένου με προσανατολισμό προς το ραντάρ παρά τη βάση του, διατάσσοντας τα αντικείμενα σε αντίθετη θέση από της φυσικής τους πραγματικότητας (Εικόνα 2.11). Η σμίκρυνση και η αναστροφή γίνονται οξύτερες όσο μικρότερες είναι οι γωνίες πρόσπτωσης και οι αποστάσεις της λωρίδας φωτισμού από το ραντάρ, καθώς και σε ορεινό έδαφος. Εικόνα Γεωμετρική παραμόρφωση: Αναστροφή Πηγή: Canadian Centre of Remote Sensing Η σκίαση δημιουργείται όταν η δέσμη του ραντάρ δεν φωτίζει την επιφάνεια παράγοντας σκοτεινές περιοχές (Εικόνα 2.12). Ως φαινόμενο τείνει να αυξάνεται από τις κοντινότερες προς τις πιο μακρινές περιοχές, αποτελώντας απόρροια της αύξηση της γωνίας πρόσπτωσης και της γωνίας θέασης

26 Εικόνα Γεωμετρική παραμόρφωση: Σκίαση Πηγή: Canadian Centre of Remote Sensing 2.5.Είδη εικονοληπτικών συστημάτων RADAR Τα εικονοληπτικά ραντάρ κατηγοριοποιούνται σε ραντάρ πραγματικού ανοίγματος (Real Aperture Radar- RAR) και ραντάρ συνθετικού ανοίγματος (Synthetic Aperture Radar-SAR). Όσον αφορά τα ραντάρ πραγματικού ανοίγματος έχουν κυρίως φορέα μεταφοράς αεροσκάφος και η χωρική διακριτική τους ικανότητα είναι συνάρτηση του εύρους της δέσμης και σχετίζεται με την απόσταση δέκτη-στόχου. Αντίθετα στα ραντάρ συνθετικού ανοίγματος, ο φορέας μεταφοράς είναι δορυφόρος και η διακριτική τους ικανότητα μέσω επεξεργασίας του σήματος είναι ανεξάρτητη της απόστασης δέκτη-στόχου. Αναλυτικότερα, το συνθετικό άνοιγμα επιτρέπει τη βελτίωση της ανάλυσης της απεικόνισης στη διεύθυνση του αζιμουθίου. Η λειτουργία του συμβάλει την παραμονή του στόχου για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα στο πεδίο φωτισμού της κεραίας και στη παρατήρησή του από διαφορετικές θέσεις (Εικόνα 2.13). Η έννοια του συνθετικού ανοίγματος είναι δυνατό να περιγραφεί με τρεις διαφορετικούς τρόπους: Επεξεργασία της συχνότητας Doppler Σύνδεση από συστοιχίες κεραιών Εναρμόνιση δέκτη με το σήμα το οποίο λαμβάνει

27 Εικόνα Φωτισμός στόχου από RADAR συνθετικού ανοίγματος Πηγή: Η δημιουργία συστοιχίας απλών κεραιών συντελείται με την ύπαρξη πολλαπλών πάνελ, τα οποία τοποθετούνται σε σειρά και συνδέονται κατάλληλα, αυξάνοντας το φυσικό μήκος των κεραιών. Η παράταξη αυτή των πάνελ και η δημιουργία της συστοιχίας βοηθάει στην ενίσχυση του σήματος που λαμβάνεται από ένα στόχο και παράλληλα επιτρέπει τον έλεγχο του προσανατολισμού της δέσμης του εκπεμπόμενου σήματος. Όσον αφορά το φαινόμενο Doppler, οφείλεται στην κίνηση του ραντάρ σε σχέση με το στόχο. Για ένα ηλεκτρομαγνητικό παλμό με συχνότητα fs, το ραντάρ λαμβάνει την ηχώ του με μία μετατόπιση της συχνότητας, η οποία οφείλεται στο φαινόμενο Doppler. Όσο το ραντάρ προσεγγίζει το στόχο η συχνότητα του παλμού είναι υψηλότερη από την εκπεμπόμενη, ενώ όσο απομακρύνεται μειώνεται. 2.6.Τεχνικές λήψης δεδομένων από RADAR συνθετικού ανοίγματος Οι δέκτες των ραντάρ μπορούν να συλλέξουν δεδομένα με τρεις διαφορετικούς τρόπους ανάλογα με τον τρόπο φωτισμού της επιφάνειας. Ειδικότερα στην τεχνική Stripmap μια μεγάλη λωρίδα επιφάνειας φωτίζεται από μία σταθερής διεύθυνσης δέσμη ηλεκτρομαγνητικών παλμών με συνεχή και σταθερό ρυθμό (Εικόνα 2.14). Ακόμη, υπάρχει δυνατότητα επιλογής του πλάτους της απεικόνισης με αλλαγή της γωνίας φωτισμού της δέσμης και του εύρους, ενώ παράλληλα ο στόχος φωτίζεται για ορισμένο χρονικό διάστημα. Εικόνα Γεωμετρία λήψης Stripmap Πηγή: Christian Wolff (

28 Η τεχνική ScanSAR παρέχει τη δυνατότητα λήψης απεικονίσεων σε μεγαλύτερες λωρίδες με μεταβολή της γωνίας φωτισμού μιας δέσμης (Εικόνα 2.15). Η μεταβολή της γωνίας φωτισμού πραγματοποιείται με τη χρήση συγχρονισμένης συστοιχίας κεραιών, συμβάλλοντας στη λήψη απεικονίσεων από διαφορετικές γωνίες φωτισμού και διαφορετικές θέσεις του ραντάρ. Η τεχνική επιτυγχάνει μέτρια χωρική ανάλυση αλλά εκτεταμένη γεωγραφική κάλυψη. Εικόνα Γεωμετρία λήψης ScanSAR Πηγή: Christian Wolff ( Στην τεχνική λήψης Spotlight επιτυγχάνεται φωτισμός της ίδιας περιοχής από πολλαπλές γωνίες φωτισμού, χρησιμοποιώντας μια συγχρονισμένη συστοιχία απλών κεραιών. Παρά το γεγονός ότι η τεχνική επιτρέπει την απεικόνιση μικρότερης έκτασης περιοχών, παράγει απεικονίσεις με ιδιαίτερα υψηλή διακριτική ικανότητα (Εικόνα 2.16). Εικόνα Γεωμετρία λήψης Spotlight Πηγή: Christian Wolff (

29 Κεφάλαιο 3: Συμβολομετρία SAR απεικονίσεων 3.1.Συμβολομετρία RADAR-Εισαγωγικά Η τεχνική της συμβολομετρίας ραντάρ, γνωστή και ως InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar), αποτελεί την τελευταία εικοσαετία μία από τις πιο σημαντικές μεθόδους παρατήρησης της επιφάνειας του εδάφους και καταγραφής της εν δυνάμει παραμόρφωσής του που μπορεί να οφείλεται τόσο σε φυσικά φαινόμενα (κατολισθήσεις, σεισμοί, ηφαιστειακές εκρήξεις) όσο και σε ανθρωπογενή αίτια (γεωτρήσεις υδάτων/πετρελαίων, μεταλλεία). Η συμβολομετρία συνεισφέρει στην συλλογή πληροφοριών οι οποίες σχετίζονται με την τοπογραφία της Γης, χρησιμοποιώντας τουλάχιστον δύο εικόνες ραντάρ με ελαφρώς διαφορετικές θέσεις και ίδια διεύθυνση πόλωσης. Οι απεικονίσεις διακρίνονται σε κύρια (master/reference) και δευτερεύουσα (slave/match), ανάλογα με το χρόνο λήψης. Από το γινόμενο της μίας απεικόνισης με το συζυγή μιγαδικό της άλλης, παράγεται το συμβολογράφημα, το οποίο έχει ως συμβολομετρικό πλάτος το γινόμενο των δύο πλατών και ως συμβολομετρική φάση τη διαφορά των φάσεων των απεικονίσεων (Εικόνα 3.1). Πιο συγκεκριμένα, αν οι τιμές των εικονοστοιχείων των δύο απεικονίσεων είναι y Μ = A M e jφ M και y S = A S e jφ S, τότε προκύπτει ένα συμβολογράφημα ως εξής: Όπου, Συμβολόγραμμα = y M y S = A M A S e j(φ M φ S ) (3.1-1) AM, AS: τιμές πλάτους απεικονίσεων φm, φs: τιμές φάσης απεικονίσεων Η φάση σε ένα ορισμένο σημείο σχετίζεται με την απόσταση δορυφόρου-στόχου και την καθυστέρηση της φάσης που οφείλεται στην οπισθοσκέδαση του στόχου. Η φάση για την κύρια απεικόνιση δίνεται με την εξίσωση και για τη δευτερεύουσα από την εξίσωση φ M = 4π λ R M + φ scat (3.1-2) και φ S = 4π λ R S + φ scat (3.1-3) Όπου, λ: το μήκος κύματος του ηλεκτρομαγνητικού παλμού φscat: ο παράγοντας της φάσης που οφείλεται στην οπισθοσκέδαση RM, RS: οι αποστάσεις δορυφόρου-στόχου για τις δύο απεικονίσεις

30 Επιπροσθέτως, οι τιμές της φάσης εξαρτώνται από το φαινόμενο της εσωτερικής συμβολής, η οποία σχετίζεται με τα χαρακτηριστικά του υλικού του στόχου και κατ επέκταση η εσωτερική συμβολή δεν είναι δυνατόν να υπολογιστεί (πληροφορίες από πολλαπλούς στόχους). Εικόνα 3.1.Συμβολογράφημα εικόνων RADAR. Πηγή: JAXA Earth Observation Research Center 3.2. Βασικές αρχές της συμβολομετρίας Στο πλαίσιο της επεξεργασίας και ανάλυσης δεδομένων ραντάρ αναπτύχθηκαν ορισμένες βασικές έννοιες, οι οποίες σχετίζονται με τα χαρακτηριστικά των συστημάτων αυτών. Ειδικότερα, η απόσταση μεταξύ δύο αισθητήρων ενός συστήματος ραντάρ, οι οποίοι παρατηρούν την ίδια περιοχή από ελαφρώς διαφορετικές θέσεις στο διάστημα, χαρακτηρίζεται ως διάνυσμα βάσης (Baseline, B) και μπορεί να διακριθεί στην παράλληλη στη διεύθυνση των αποστάσεων της απεικόνισης συνιστώσα (Parallel Baseline, Bn) και στην εγκάρσια συνιστώσα (Perpendicular Baseline, Bp) (Εικόνα 3.2). Το διάνυσμα βάσης και συγκεκριμένα η εγκάρσια συνιστώσα του, ουσιαστικά δηλαδή η προβολή της δεύτερης τροχιάς πάνω στην πρώτη, διαδραματίζει ιδιαίτερα σημαντικό ρόλο στην καταλληλότητα ενός ζεύγους απεικονίσεων ραντάρ

31 Εικόνα 3.2.Γεωμετρία ενός συμβολομετρικού συστήματος SAR. Πηγή: ESA Παράλληλα, βασική έννοια της συμβολομετρίας είναι ο συνδυασμός δύο ή περισσοτέρων απεικονίσεων ραντάρ για την εξαγωγή πληροφοριών που σχετίζονται με τη διαφορά φάσης, η ποιότητα της οποίας εξαρτάται από το βαθμό ομοιότητας των απεικονίσεων ραντάρ που χαρακτηρίζεται ως συνάφεια. Η συνάφεια των απεικονίσεων δίνεται από την εξίσωση με τις τιμές της να κυμαίνονται από 0 έως 1. Όπου, γ = Ε[P 1 P 2 ] E[ P 1 2 ] E[ P 2 2 ] (3.2-1) P1, P2: οι τιμές των εικονοστοιχείων των δύο απεικονίσεων *: τελεστής ο οποίος αναφέρεται στο συζυγή μιγαδικό της δεύτερης απεικόνισης E[ ]: τελεστής πρόβλεψης Οι μηδενικές τιμές συνάφειας δηλώνουν πλήρη αποσυσχέτιση μεταξύ των απεικονίσεων, αντίθετα τιμές κοντά στη μονάδα παρουσιάζουν πλήρη συσχέτιση μεταξύ των εικόνων με τους κροσσούς των παραγόμενων συμβολογραφημάτων να εμφανίζουν υψηλή ευκρίνεια

32 Εξίσου σημαντικό παράγοντας της διαδικασίας είναι οι ιδιότητες της συμβολομετρικής φάσης, η οποία αποτελεί άθροισμα επιμέρους συνιστωσών και εκφράζεται με την παρακάτω μαθηματική εξίσωση: Όπου, φ = φ flat_earth + φ topo + φ disp + φ path + φ noise + n 2π (3.2-2) φflat_earth: φάση λόγω της επίπεδης γης φtopo: φάση λόγω της τοπογραφίας φdisp: φάση λόγω της εδαφικής παραμόρφωσης φpath: φάση λόγω της ατμοσφαιρικής καθυστέρησης του σήματος (ατμοσφαιρική επίδραση) φnoise: φάση λόγω του θορύβου n*2π: παράγοντας του ξετυλίγματος της φάσης (phase unwrapping) Η φάση που προκύπτει από τον όρο της επίπεδης γης σχετίζεται με την καμπυλότητα της γης, η οποία δημιουργεί μεταβολές της γωνίας παρατήρησης κατά μήκος της διεύθυνσης των πλαγίων αποστάσεων, ενώ ο όρος της φάσης λόγω τοπογραφίας συνδέεται με το μήκος της κάθετης συνιστώσας της βάσης (Bp), η οποία είναι δυνατόν να οδηγήσει στην εμφάνιση υπολειμματικής τοπογραφικής φάσης στα συμβολογραφήματα. Τόσο ο όρος της φάσης των ατμοσφαιρικών επιδράσεων όσο και η φάση που οφείλεται στο θόρυβο εισάγουν μη συστηματικά σφάλματα στις παρατηρήσεις της συμβολομετρίας. Η απομάκρυνση των ατμοσφαιρικών επιδράσεων είναι επίπονη διαδικασία, αντίθετα η απομάκρυνση του θορύβου απαιτεί την εφαρμογή φίλτρων. Το ξετύλιγμα της φάσης (phase unwrapping) είναι η διαδικασία κατά την οποία το ακέραιο πολλαπλάσιο του 2π προστίθεται στη μετρούμενη τιμή της φάσης ώστε να ανακτηθεί η πραγματική τιμή της. 3.3.Παράγοντες που επηρεάζουν την ακρίβεια της συμβολομετρίας Η ακρίβεια της συμβολομετρικής διαδικασίας διαμορφώνεται από μία σειρά παραγόντων όπως η γωνία όρασης, ο θόρυβος του συστήματος, η χωρική ανάλυση, το μήκος κύματος, η πόλωση και το εύρος της δέσμης φωτισμού. Ένα από τους παράγοντες που επιδρούν στην ακρίβεια είναι η τροχιά, η οποία παρέχει πληροφορίες σχετικά με τη γεωμετρία της λήψης και επιτρέπει την γνώση της ακριβούς θέσης και ταχύτητας του δορυφόρου για μια ορισμένη στιγμή και κατ επέκταση τον προσδιορισμό του διανύσματος βάσης. Επιπροσθέτως, ιδιαίτερη επίδραση στην ακρίβεια της διαδικασίας έχει η ατμόσφαιρα. Η μεταβολή των ατμοσφαιρικών συνθηκών στην ιονόσφαιρα και την τροπόσφαιρα, καθώς και η ποσότητα των υδρατμών συντελούν στη διάθλαση των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και ως εκ

33 τούτου συμβάλουν στη μη ορθή συμπροσαρμογή των απεικονίσεων και στη δημιουργία τεχνιτών σχημάτων/αντικειμένων στο συμβολογραφήματος. Η χωρική και χρονική αποσυσχέτιση είναι παράμετροι, οι οποίοι επηρεάζουν την ακρίβεια του συμβολογράμματος. Η χρονική αποσυσχέτιση οφείλεται στη μετακίνηση των κέντρων των μοναδιαίων σκεδαστών (δηλ. φυσικών ή άλλων αντικειμένων τα οποία ανακλούν το σήμα του ραντάρ) και στην περιστροφή του στόχου μεταξύ των λήψεων, ενώ παράλληλα σχετίζεται με την εποχή λήψης και τη χρονική διαφορά των λήψεων του συμβολομετρικού ζευγαριού. Οι λήψεις πρέπει να αναφέρονται σε ίδιες εποχές ώστε να εξασφαλίζονται ίδια χαρακτηριστικά στην επιφάνεια του εδάφους (φυτοκάλυψη, υγρασία) και κατ επέκταση κοινές τιμές οπισθοσκέδασης του ηλεκτρομαγνητικού παλμού. Από την άλλη πλευρά η χωρική αποσυσχέτιση είναι αποτέλεσμα της φύσης της συμβολομετρίας και οφείλεται στη διαφορετική γεωμετρία του διανύσματος βάσης. Έτσι μετά τη συμπροσαρμογή των απεικονίσεων παρατηρείται μια μικρή μετάθεση κάθε εικονοστοιχείου του συμβολομετρικού ζευγαριού στις δύο διευθύνσεις λήψης. 3.4.Είδη συμβολομετρίας Η συμβολομετρία σύμφωνα με τη χρονική διακριτική ικανότητα της πλατφόρμας μεταφοράς του ραντάρ, τη διεύθυνση σχηματισμού του διανύσματος της βάσης και του τρόπου αξιοποίησης των δεδομένων, διακρίνεται σε συμβολομετρία κατά πλάτος, συμβολομετρία κατά μήκος, επαναληπτική συμβολομετρία, διαφορική συμβολομετρία και συμβολομετρία πλήρως πολωμένων απεικονίσεων. Στη μέθοδο της συμβολομετρίας κατά πλάτος, χρησιμοποιούνται δύο κεραίες σε κάθετη διεύθυνσης με την τροχιά πτήσης, λαμβάνοντας δεδομένα για το σχηματισμό δύο απεικονίσεων ραντάρ. Οι δύο κεραίες λειτουργούν, η μία ως πομπός και δέκτης ηλεκτρομαγνητικού παλμού, ενώ η άλλη μόνο ως δέκτης. Οι διαφορές θέσεων αυτών των κεραιών προσδιορίζουν το διάνυσμα της βάσης, το οποίο είναι κάθετο στην τροχιά πτήσης. Η μέθοδος έχει βέλτιστα αποτελέσματα στη δημιουργία Ψηφιακών Μοντέλων Επιφανείας (ΨΜΕ). Η κατά μήκος συμβολομετρία απαιτεί την ύπαρξη δύο κεραιών, οι οποίες τοποθετούνται κατά μήκος της τροχιάς πτήσης. Οι δύο διαφορετικές θέσεις των κεραιών ορίζουν το διάνυσμα βάσης, το οποίο είναι παράλληλο στην τροχιά πτήσης. Η συμβολομετρία κατά μήκος βρίσκει εφαρμογές στη χαρτογράφηση υδάτινων πόρων, την ωκεανογραφία, τη μελέτη παγετώνων και την ανίχνευση κινούμενων αντικειμένων. Η μετακίνηση στόχου- αντικειμένου προκαλεί διαφορά φάσης κατά τη διάρκεια της μέτρησης και επιτρέπει τον υπολογισμό της ταχύτητας του στόχου (Εξίσωση 3.4-1) φ = 4π λ u V B x (3.4-1)

34 Όπου, λ: το μήκος κύματος των εκπεμπόμενων παλμών Bx: η συνιστώσα της βάσης Β στον άξονα x V: η ταχύτητα του αεροσκάφους u: η ταχύτητα του στόχου Στην επαναληπτική συμβολομετρία απαιτείται μία κεραία και η γνώση της ακριβούς τροχιάς πτήσης του συστήματος ραντάρ. Ο δορυφόρος πρέπει να διέλθει από την ορισμένη περιοχή τουλάχιστον δύο φορές σε κοντινές τροχιές με ελαφρώς διαφορετική γωνία λήψης. Το διάνυσμα της βάσης προσδιορίζεται από τις δύο διαφορετικές θέσεις λήψης των SAR απεικονίσεων. Η διαφορική συμβολομετρία αξιοποιείται στον εντοπισμό και παρακολούθηση γεωδυναμικών δεδομένων στην επιφάνεια της γης όπως η μετακίνηση παγετώνων, οι σεισμοί, οι κατολισθήσεις, τα ηφαίστεια. Η μέθοδος αποσκοπεί στην μέτρηση μικρής κλίμακας μετακινήσεων στην κατακόρυφη διεύθυνση και ουσιαστικά στη διεύθυνση των πλαγίων αποστάσεων. Σημαντικό σημείο της διαδικασίας αποτελεί η αφαίρεση του όρου της τοπογραφίας από ένα συμβολογράφημα το οποίο περιέχει την παραμόρφωση της επιφάνειας του εδάφους, ώστε να προσδιοριστεί η θέση του γεωδυναμικού φαινομένου και να εξαχθεί ένας χάρτης μετατόπισης. Η αφαίρεση του όρου της τοπογραφίας είναι δυνατό να πραγματοποιηθεί με τις εξής μεθόδους: Μέθοδος της Μικρής Βάσης Ζευγάρι SAR απεικονίσεων και Ψηφιακό Μοντέλο Εδάφους Μέθοδος των τριών SAR απεικονίσεων Μέθοδος των τεσσάρων SAR απεικονίσεων Μέθοδος των μονίμων σκεδαστών Μέθοδος των υποσυνόλων μικρών βάσεων 3.5.Συμβολομετρία σταθερών ανακλαστήρων Η τεχνική της διαφορικής συμβολομετρίας, όπως χαρακτηριστικά αναφέρθηκε και παραπάνω, αξιοποιείται στον εντοπισμό μεγάλης έντασης εδαφικών παραμορφώσεων που οφείλονται σε φαινόμενα όπως οι σεισμοί, οι ηφαιστειακές εκρήξεις, άλλες φυσικές διεργασίες. Ωστόσο η τεχνική εμφανίζει ορισμένους σημαντικούς περιορισμούς, στους οποίους εντάσσονται προβλήματα χωρικής και χρονικής αποσυσχέτισης καθώς επίσης και οι ατμοσφαιρικές επιδράσεις. Αναλυτικότερα, μετακινήσεις μικρότερες των 28 mm δεν είναι εύκολο να διαχωριστούν από τις επιμέρους επιδράσεις στο σήμα για συστήματα ραντάρ, τα οποία λειτουργούν στο κανάλι C της μικροκυματικής ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Ο σημαντικότερος παράγοντας που συμβάλει αποτρεπτικά στην αναγνώριση αυτών των μικρής

35 κλίμακας μετακινήσεων είναι οι ατμοσφαιρικές επιδράσεις. Στοχεύοντας στην υπέρβαση των παραπάνω περιορισμών αναπτύχθηκαν νέες τεχνικές επεξεργασίας των δεδομένων ραντάρ, οι οποίες συνεισέφεραν στον υπολογισμό μετακινήσεων με πολύ μεγάλη ακρίβεια (μερικά χιλιοστά) σε μεμονωμένα εδαφικά ή δομικά σημεία αλλά και εκτεταμένες αστικές ή ημιαστικές περιοχές. Γι αυτό ακριβώς το λόγο, επειδή δηλαδή η ανάλυση λαμβάνει χώρα σε συγκεκριμένα σημεία χαρακτηρίζονται ως τεχνικές σταθερών ανακλαστήρων και για πρώτη φορά εφαρμόστηκαν το 2000 από μια ερευνητική ομάδα του Πολυτεχνείου του Μιλάνο. Η τεχνική των σταθερών ανακλαστήρων αξιοποιεί σημεία στόχους, τα οποία έχουν κατασκευαστεί τόσο από τον άνθρωπο (κτίρια, γέφυρες, φράγματα, κ.α) όσο και φυσικούς ανακλαστήρες (πετρώματα) και σκεδάζουν σταθερά το σήμα του ραντάρ σε ένα ευρύ σύνολο εικόνων, συνθέτοντας ένα φυσικό γεωδαιτικό δίκτυο και υλοποιώντας ακριβείς υπολογισμούς των μικρο-μετακινήσεων της γήινης επιφανείας. Η συγκεκριμένη τεχνική εμφανίζει σημαντικά πλεονεκτήματα, σημαντικότερο εκ των οποίων είναι η δυνατότητα δημιουργίας χαρτών ταχύτητας της ετήσιας εδαφικής μετατόπισης σε ένα μεγάλο διάστημα (έως και 20 χρόνια) καθώς επίσης και η διερεύνηση των διακυμάνσεων της εδαφικής παραμόρφωσης σε σχέση με το χρόνο (χρονοσειρά) για κάθε ανακλαστήρα. Επιπροσθέτως, η τεχνική έχει σχετικά χαμηλό κόστος συγκριτικά με άλλες, αφού η συλλογή πολλών εικόνων ραντάρ που καλύπτουν εκτεταμένες περιοχές επιτρέπει την ταυτοποίηση μεγάλου πλήθους ανακλαστήρων και κατ επέκταση τον υπολογισμό της εδαφικής παραμόρφωσης. Παράλληλα, η τεχνική των σταθερών ανακλαστήρων είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί συμπληρωματικά με τα δεδομένα των δεκτών GNSS, τα οποία είναι ακριβή στην οριζόντια διεύθυνση ενώ υπολείπονται από πλευράς ακρίβειας σε σχέση με τα δεδομένα των ανακλαστήρων στην κατακόρυφη διεύθυνση. Πέραν όμως των πλεονεκτημάτων, η τεχνική διέπεται από ορισμένους περιορισμούς, όπως το γεγονός ότι η ακρίβεια και αξιοπιστία της μεθόδου απαιτεί τη συλλογή μεγάλου αριθμού εικόνων (περισσότερες από 20 εικόνες) το οποίο εξαρτάται άμεσα από το χρόνο επισκεψιμότητας του δορυφόρου. Επιπλέον, η τεχνική δύναται να υπολογίσει την παραμόρφωση μόνο των διαθέσιμων ανακλαστήρων στην εκάστοτε περιοχή μελέτης, ωστόσο η πυκνότητα τους είναι ένα μέγεθος που μεταβάλλεται σε σχέση με το περιβάλλον. Η πυκνότητα των ανακλαστήρων είναι υψηλή σε αστικές περιοχές, όμως σε περιοχές με βλάστηση ή δάση ή πολύ ομαλή τοπογραφία η πυκνότητά τους είναι χαμηλή. Η δυνατότητα μετρήσεων κυρίως στην διεύθυνση όρασης τους αισθητήρα (Line Of Sight), η αποτυχία ενσωμάτωσης στην τελική επεξεργασία περιοχών με μη γραμμικές μετακινήσεις αλλά και η αδυναμία της εκτίμησης παραμορφώσεων πάνω από 4-5 εκατοστά το χρόνο αξιοποιώντας δεδομένα των C-band δορυφόρων, αποτελούν εξίσου σημαντικούς περιορισμούς της τεχνικής

36 Κεφάλαιο 4: Περιοχές εφαρμογής 4.1. Περιοχή μελέτης 1: Κλεπά Αιτωλοακαρνανίας Η Κλεπά εντάσσεται διοικητικά στην Περιφερειακή Ενότητα της Αιτωλοακαρνανίας και εντοπίζεται περίπου 80χλμ βόρεια από την πόλη της Ναυπάκτου, στη βόρεια πλευρά του Ευήνου (Εικόνα 4.1). Η περιοχή περιβάλλεται από τα όρη Κοκκινιά (1832μέτρα), Καραβάκι (1547μέτρα) και Ξηροβούνι (1415μέτρα), με τον οικισμό να είναι κτισμένος αμφιθεατρικά γύρω από τον παραπόταμο Μέγα Ρέμα και σε υψόμετρο 780 μέτρων από την επιφάνεια της θάλασσας. Εικόνα 4.1.Γεωγραφική τοποθέτηση της κοινότητας Κλεπάς Γεωλογική επισκόπηση περιοχής Γεωλογικά ο νομός Αιτωλοακαρνανίας δομείται από πετρώματα των γεωτεκτονικών ζωνών Ιονίου, Γαβρόβου-Τριπόλεως και Πίνδου αλλά και από μεταλπικούς σχηματισμούς. Η γεωτεκτονική ζώνη της Ιονίου καταλαμβάνει το δυτικό τμήμα του νομού με όριο της, τη νοητή γραμμή μεταξύ του Αμβρακικού κόλπου και των υψωμάτων της Βαράσοβας. Η ζώνη παρουσιάζει επαλληλία μεγάλων αντικλίνων και συγκλίνων με διεύθυνση ΒΑ και στρωματογραφικά δομείται από την εβαποριτική

37 σειρά, Τριαδικά λατυποπαγή, την ανθρακική σειρά Ανω Τριαδικής-Ηωκαινικής ηλικίας και τον αδιαίρετο φλύσχη. Η εβαποριτική σειρά συνίσταται από γύψους και κοιτάσματα ανυδρίτη, με την μεγαλύτερη εμφάνισή τους να εντοπίζεται σε περιοχές του Κάτω Αχελώου και του Αμβρακικού κόλπου. Τα Τριαδικά λατυποπαγή είναι ασβεστιτικά-δολομιτικά με παρεμβολές γύψου και ανυδρίτη, ενώ η ανθρακική σειρά περιλαμβάνει μεσο-παχυστρωματώδεις ασβεστολίθους (κατά τόπους δολομιτικοί) του Ιουρασικού με αργιλοσχιστώδεις και κερατολιθικές ενστρώσεις, πλακώδεις λευκοκίτρινοι Κρητιδικοί ασβεστόλιθοι με κονδύλους ή στρώματα κερατολίθου και λεπτοπλακώδεις ασβεστόλιθοι Ηωκαινικής ηλικίας με κονδύλους πυριτόλιθου κατά θέσεις. Η ανθρακική σειρά της Ιονίου εντοπίζεται στις περιοχές του Αιτωλικού, Αμφιλοχίας και Αστακού. Ο φλύσχης της Ιονίου αποτελείται από ιλυολίθους, αργιλικούς σχιστολίθους και ψαμμίτες και παρουσιάζει μεγάλη ανάπτυξη στο ανατολικό τμήμα της ζώνης. Η γεωτεκτονική ζώνη Γαβρόβου-Τριπόλεως βρίσκεται επωθημένη πάνω στην Ιόνια ζώνη και καταλαμβάνει το κεντρικό κομμάτι του νομού. Οι σχηματισμοί της ζώνης οι οποίοι απαντώνται εντός του νομού είναι: α) ανοιχτότεφροι-κιτρινωποί, στρωσιγενείς, άνω Κρητιδικοί ασβεστόλιθοι (τοπικά δολομιτικοί) με πάχος μερικών εκατοντάδων μέτρων, β) πλακώδεις, Ηωκαινικοί ασβεστόλιθοι (περιορισμένη εμφάνιση) και γ) μεγάλες εμφανίσεις φλύσχη με κυρίαρχη αυτή του συγκλίνου Κλόκοβας Βαράσοβας και την προέκτασή του προς το βορρά. Όσον αφορά τη γεωτεκτονική ζώνη της Πίνδου, αναπτύσσεται στο ανατολικό τμήμα του νομού και οριοθετείται από τη νοητή γραμμή των ανατολικών περιθωρίων της λίμνης Κρεμαστών, του ανατολικού τμήματος της Τριχωνίδας και της Ναυπάκτου με τους σχηματισμούς να είναι έντονα πτυχωμένοι. Στη ζώνη συναντώνται λεπτοπλακώδεις ασβεστόλιθοι του Τριαδικού με ενστρώσεις κερατολίθων και αργιλικών σχιστολίθων, ερυθροί αργιλικοί σχιστόλιθοι σε εναλλαγές με κρυσταλλικούς μικρολατυποπαγείς ασβεστολίθους Ιουρασικής ηλικίας, σχιστοκερατόλιθοι του Ιουρασικού με μεγάλο πάχος καθώς επίσης και πλακώδεις ασβεστόλιθους με πυριτολίθους Κρητιδικής ηλικίας, οι οποίοι σε ορισμένες θέσεις εναλλάσσονται με κερατολίθους. Ωστόσο εκτός των αλπικών σχηματισμών, εντοπίζονται και μεταλπικοί, οι οποίοι περιλαμβάνουν Πλειοκαινικά ιζήματα τόσο θαλάσσιας όσο και λιμναίας φάσης (κύρια εμφάνιση δυτικά και βόρεια της λιμνοθάλασσας του Αιτωλικού), αλλά και Πλειστοκαινικούς ποταμοχειμαρρώδεις σχηματισμούς και προσχώσεις. Στην περιοχή της Κλεπάς απαντώνται αλπικοί σχηματισμοί της γεωτεκτονικής ζώνης της Πίνδου όσο και μεταλπικοί σχηματισμοί, οι οποίοι ωστόσο έχουν περιορισμένη εξάπλωση. Οι σχηματισμοί της ζώνης Πίνδου οι οποίοι εντοπίζονται στην περιοχή είναι σχιστοκερατόλιθοι Άνω Ιουρασικής-Κατώτερης Κρητιδικής ηλικίας οι οποίοι παρουσιάζονται έντονα εδαφοποιημένοι και ανήκουν στην ζώνη αποσάθρωσης του υποκείμενου φλύσχη, καθώς και λεπτοστρωματώδεις έως παχυστρωματώδεις ασβεστόλιθοι με ηλικία από Τουρώνιο έως Μαιστρίχτιο. Στους μεταλπικούς σχηματισμούς υπάγονται αποθέσεις κοίτης ποταμών ή χειμάρρων, οι οποίες περιλαμβάνουν ασύνδετα υλικά με ποικίλο μέγεθος και πάχος που προήλθαν από τη διάθρωση και την αποσάθρωση των αλπικών σχηματισμών

38 4.1.2.Τεκτονικά-Υδρογεωλογικά-Κλιματολογικά στοιχεία Τεκτονικά στοιχεία Η τεκτονική του νομού Αιτωλοακαρνανίας μπορεί να χαρακτηριστεί ως η πλέον τυπική τεκτονική δομή που παρουσιάζουν οι εξωτερικές Ελληνίδες με την ύπαρξη επάλληλων επωθήσεων των γεωτεκτονικών δομών, εφιππεύσεων μεταξύ των γεωλογικών σχηματισμών και πτυχώσεων. Η επωθητική κίνηση της Πίνδου πάνω στη ζώνη Γαβρόβου-Τριπόλεως αποτελεί τη μεγαλύτερη επώθηση, ενώ η παρουσία πτυχώσεων με τεκτονική παράταξη Β-ΒΑ ευθύνεται για τη δημιουργία διαδοχικών αντικλίνων (Κλόκοβας, Αμφιλοχίας, Αιτωλικού, Αστακού) και συγκλίνων. Ειδικότερα η τεκτονική δομή της ζώνης Πίνδου στην οποία ανήκουν και οι σχηματισμοί της Κλεπάς, αποτελείται από πτυχές, διακλάσεις, εφιππεύσεις και ρήγματα. Η πλαστικότητα των λεπτοπλακωδών ασβεστολίθων και οι εναλλαγές τους με τα κλαστικά ιζήματα συνέβαλλαν στην έντονη πτύχωση των στρωμάτων και τη δημιουργία κεκλιμένων έως ανεστραμμένων πτυχών με διεύθυνση ΒΔ-ΝΑ. Παράλληλα, συμπιεστικές δυνάμεις με διεύθυνση από ανατολή προς δύση οδήγησαν στην ανάπτυξη εφιππεύσεων με διευθύνσεις παράλληλες στους άξονες των πτυχών (λεπιώσεις). Τα ρήγματα της περιοχής είναι στην πλειοψηφία τους κανονικά με ΒΑ διεύθυνση. Υδρογεωλογικά στοιχεία Ο νομός Αιτωλοακαρνανίας υδρολογικά δομείται από τρεις κύριες υδρολογικές λεκάνες (Αχελώου, Ευήνου, Μόρνου) και ορισμένες υπολεκάνες αυτών με την υδροφορία να εντοπίζεται ως επί το πλείστον στους καρστικοποιημένους σχηματισμούς (ασβεστόλιθοι, Τριαδικά λατυποπαγή), εξαιτίας της ανάπτυξης δευτερογενούς πορώδους (ρωγμές, διακλάσεις, έγκοιλα). Ωστόσο υδροφορία απαντάται και στους προσχωματικούς σχηματισμούς της λεκάνης του Αχελώου, του Μόρνου και του Ευήνου. Ειδικότερα στην περιοχή της Κλεπάς, απαντώνται οι εδαφοποιημένοι σχιτοκερατόλιθοι της ζώνης αποσάθρωσης του υποκείμενου φλύσχη ο οποίος θεωρείται αδιαπέρατος σχηματισμός, ωστόσο διαφοροποιείται ανάλογα με τη σύσταση των επιμέρους ενοτήτων. Κατά τη διάρκεια της υγρής περιόδου ένα τμήμα του νερού αυξάνει σημαντικά την εδαφική υγρασία της ζώνης αποσάθρωσης, ενώ το υπόλοιπο ποσοστό απορρέει επιφανειακά συνεισφέροντας στην έντονη διάβρωση των υλικών του φλύσχη. Γενικότερα ο σχηματισμός του φλύσχη θεωρείται επιρρεπής στη διάβρωση και τη μηχανική αποσάθρωση γι αυτό και η παρουσία νερού στην ακόρεστη ζώνη του τροποποιεί τις μηχανικές του ιδιότητες σε μεγάλο βάθος και συντελεί στην εκδήλωση μετακινήσεων μαζών

39 Κλιματικά στοιχεία Το κλίμα της ευρύτερης περιοχής της Αιτωλοακαρνανίας ανήκει στον μεσογειακό τύπο με την υψηλότερες θερμοκρασίες να εμφανίζονται τον Ιούλιο και τον Αύγουστο και τις χαμηλότερες να απαντώνται τον Ιανουάριο και τον Φεβρουάριο, ωστόσο οι ορεινές περιοχές του νομού παρουσιάζουν ψυχρό τύπο κλίματος με συχνές χιονοπτώσεις το χειμώνα και ήπιες θερμοκρασίες το καλοκαίρι. Η θέση του νομού στην ομβοπλευρά της χώρας συνεισφέρει στην εκδήλωση μεγάλου ύψους ατμοσφαιρικών κατακρημνισμάτων με την πλέον βροχερή περίοδο να χαρακτηρίζεται αυτή μεταξύ Νοεμβρίου και Φεβρουαρίου. Οι κλιματικές συνθήκες διαφοροποιούνται κατά θέσεις ανάλογα με τον προσανατολισμό, το υψόμετρο και την έκθεση της περιοχής στους ανέμους Κατολισθητική ιστορία περιοσσχής-έρευνα-παρακολούθηση Η κατολίσθηση στην περιοχή της Κλεπάς εκδηλώθηκε το Φεβρουάριο του 2015 καταστρέφοντας εντελώς τέσσερα σπίτια του οικισμού και προκαλώντας σοβαρές ζημιές σε αρκετά στην εγγύς περιοχή της στέψης της κατολίσθησης με αποτέλεσμα την εκκένωσή τους (Εικόνα 4.2). Επιπροσθέτως, ρωγμές εμφανίστηκαν σε πολλά σπίτια σε απόσταση έως και 50 μέτρων από την ολίσθηση και σημαντικές καταστροφές εντοπίστηκαν στο οδικό δίκτυο της περιοχής. Η αλληλεπίδραση της γεωλογικής δομής της περιοχής με την εμφάνιση εντόνων και παρατεταμένων βροχοπτώσεων συνέβαλλαν στην μετακίνηση υλικού της ενότητας των σχιστοκερατολίθων. Εικόνα 4.2.Τμήμα του κυρίου σώματος της κατολίσθησης. Προκειμένου να προταθούν τα κατάλληλα μέτρα προστασίας και σταθεροποίησης της κατολισθαίνουσας ζώνης εκπονήθηκε μια γεωτεχνική μελέτη. Σε ένα πρώιμο στάδιο της μελέτης πραγματοποιήθηκε λεπτομερής χαρτογράφηση των γεωλογικών ενοτήτων και τεκτονικών στοιχείων της περιοχής καθώς και των χαρακτηριστικών της ολίσθησης. Αναλυτικότερα, πρόκειται για μία περιστροφική ολίσθηση με μήκος

40 240 μέτρα και πλάτος 130 μέτρα, η οποία συνοδεύτηκε από μετακίνηση υλικού προς τα κατάντη. Η περιστροφική ολίσθηση εκδηλώθηκε σε πρανές ήπιας κλίσης και αποτέλεσε εξέλιξη παλαιοτέρων κατολισθητικών φαινομένων, τα οποία έχουν λάβει χώρα από τη δεκαετία του 1990 στην ίδια περιοχή. Η έντονη ανομοιογένεια που εντοπίζεται τόσο πλευρικά όσο και σε βάθος στον έντονα κερματισμένο σχηματισμό του φλύσχη σε συνδυασμό με τον εμποτισμό του κατά τη διάρκεια των ισχυρών βροχοπτώσεων συνέβαλλαν στην μείωση της διατμητικής αντοχής του πρανούς και κατ επέκταση την εκδήλωση εδαφικών αστοχιών. Σε επόμενο στάδιο με τη χρήση ενός GPS υψηλής ακρίβειας συλλέχθηκε ένα μεγάλο πλήθος σημείων, το οποίο συνέβαλε στην καλύτερη αποτύπωση του φαινομένου και συγχρόνως στη μελλοντική παρακολούθησή του. Παράλληλα στην περιοχή κατασκευάστηκαν τέσσερις γεωτεχνικές γεωτρήσεις οι οποίες συνετέλεσαν στην συλλογή δεδομένων σχετικά με την ολίσθηση αλλά και στην παρακολούθησή του φαινομένου μέσω μετρήσεων με τη χρήση αποκλισιομετρικής βολίδας, οι οποίες λαμβάνονται σε συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα Περιοχή μελέτης 2: Ανάληψη Ηλείας Η περιοχή της Ανάληψης υπάγεται διοικητικά στην Περιφερειακή Ενότητα της Ηλείας και βρίσκεται σε απόσταση περίπου 8χλμ από την πόλη της Αμαλιάδας (Εικόνα 4.3). Η περιοχή έχει 310 μέτρα υψόμετρο από την επιφάνεια της θάλασσας και χαρακτηρίζεται από μια ομαλή σχετικά τοπογραφία, η οποία αποτελεί απόρροια της γεωλογικής ιστορίας της

41 Εικόνα 4.3.Γεωγραφική τοποθέτηση της κοινότητας Ανάληψης Γεωλογική επισκόπηση περιοχής Ο νομός Ηλείας δομείται γεωλογικά τόσο από αλπικούς όσο και από μεταλπικούς σχηματισμούς, οι οποίοι έχουν πληρώσει το νεοτεκτονικό βύθισμα που προέκυψε με το πέρας της αλπικής ορογένεσης. Στους αλπικούς σχηματισμούς εντάσσονται αυτοί των γεωτεκτονικών ζωνών Ωλονού-Πίνδου, Γαβρόβου-Τριπόλεως και Ιονίου με ηλικίες από Μεσοζωικό έως Κατώτερο Καινοζωικό αιώνα, αντίθετα στους μεταλπικούς σχηματισμούς περιλαμβάνονται ιζήματα της Τριτογενούς και Τεταρτογενούς περιόδου. Ειδικότερα, στη γεωτεκτονική ζώνη Ωλονού-Πίνδου εμφανίζονται κλαστικοί ασβεστόλιθοι Μέσης Τριαδικής ηλικίας, κρυσταλλικοί μεσοστρωματώδεις ασβεστόλιθοι του Άνω Τριαδικού-Ιουρασικού, ιλυόλιθοι και ραδιολαρίτες Ιουρασικής ηλικίας και πελαγικοί, λεπτοπλακώδεις ασβεστόλιθοι με ενστρώσεις πυριτολίθων Κρητιδική ηλικίας. Επιπλέον στη ζώνη απαντώνται μεταβατικά προς το φλύσχη στρώματα και ο φλύσχης του Παλιοκαίνου-Ηωκαίνου, ενώ χαρακτηριστική είναι η έντονη τεκτονική καταπόνηση (επωθήσεις, εφιππεύσεις) της ζώνης, η οποία εκδηλώνεται με τη μορφή λεπίωσης. Η γεωτεκτονική ζώνη εντοπίζεται στα ανατολικά τμήματα του νομού Ηλείας, επωθημένη πάνω στη ζώνη Γαβρόβου-Τριπόλεως, αλλά και σε μεγάλο τμήμα της λεκάνης κάτω από τους μεταλπικούς σχηματισμούς. Η ζώνη Γαβρόβου-Τριπόλεως καταλαμβάνει

42 μεγαλύτερο τμήμα του νομού Ηλείας, αποτελώντας κατά τη διάρκεια της ιζηματογένεσης ένα ύβωμα διαχωρισμού της Ιονίου από την Πινδική αύλακα. Το ύβωμα αυτό συντέλεσε στην νηριτική και υφαλογόνα ιζηματογένεση κατά το Άνω Τριαδικό έως το τέλος του Ολιγοκαίνου. Οι σχηματισμοί της ζώνης, οι οποίοι απαντώνται στην Ηλεία είναι οι τεφροί έως μαύροι, μεσοστρωματώδεις έως παχυστρωματώδεις ασβεστολιθοι του Κρητιδικού με παρεμβολές λατυποπαγών στρωμάτων με απολιθώματα, καθώς επίσης και μαργαϊκός φλύσχης του Ηωκαίνου- Ολιγοκαίνου. Όσον αφορά την ζώνη της Ιονίου, εντοπίζεται στις περιοχές της Κυλλήνης, Ανδραβίδας και Καϊάφα, επωθημένη πάνω στη σειρά των Παξών. Η ζώνη περιλαμβάνει λευκούς, λεπτοστρωματώδεις, πελαγικούς ασβεστολίθους με πυριτολίθους, ηλικίας Αν. Ιουρασικού- Κατ. Κρητιδικού, όσο και Τριαδικούς εβαπορίτες που οφείλουν την εμφάνισή τους στα έντονα φαινόμενα διαπυρισμού. Οι μεταλπικοί σχηματισμοί συνίστανται από σχηματισμούς του Τριτογενούς και του Τεταρτογενούς. Κατά το Τριτογενές η αλπική πτύχωση δημιούργησε μια τεκτονική τάφρο, η οποία πληρώθηκε με κλαστικά ιζήματα. Οι σχηματισμοί του Τριτογενούς συνεπώς περιλαμβάνουν μάργες, ψαμμίτες και κροκαλοπαγή με πάχος περίπου 500 μέτρα. Η κατά θέσεις αλλαγή της σύστασης των σχηματισμών αλλά και άλλων φυσικοχημικών χαρακτηριστικών ή του παλαιοπεριβάλλοντος απόθεσης οδήγησαν στην διαφοροποίηση των σχηματισμών σε επιμέρους ενότητες (σχηματισμός Βάλμης, Κεραμιδιάς, Περιστερίου, Χελιδονούς, Βούναργου, Πλατανιάς, Οινόης, Ερυμάνθειας). Στους Τεταρτογενείς σχηματισμούς εντάσσονται παράκτιοι άμμοι με ιδιαίτερα μεγάλη επιφανειακή εξάπλωση, σύγχρονες προσχώσεις και αλλούβια. Η περιοχή της Ανάληψης ανήκει στο σχηματισμό Βούναργου, στον οποίο απαντώνται άμμοι έως ψαμμίτες μέτριας συνοχής με διασταυρούμενη στρώση σε εναλλαγές με αμμοϊλύες, αργιλούχες άμμους και κροκαλοπαγή. Το πάχος του σχηματισμού κυμαίνεται από μέτρα, ενώ η παρουσία απολιθωμάτων (τρηματοφόρα, οστρακώδη) υποδηλώνει ένα ρηχό παράκτιο παλαιοπεριβάλλον το οποίο μεταπίπτει σε υφάλμυρο ή λιμναίο κατά τη διάρκεια του Αν. Πλειοκαίνου- Κατ. Πλειστοκαίνου. Η αλλαγή του παλαιοπεριβάλλοντος μαρτυρείται από την παρουσία ασύμμετρων φακών άμμου, οι οποίοι διακόπτονται από ρήγματα Τεκτονικά-Υδρογεωλογικά-Κλιματολογικά στοιχεία Τεκτονικά στοιχεία Η περιοχή της Δυτικής Πελοποννήσου συνίσταται από μια νεοτεκτονική δομή, η οποία περιλαμβάνει τεκτονικά βυθίσματα και κέρατα με διευθύνσεις Α-Δ και ΒΒΔ- ΝΝΑ. Η νεοτεκτονική εξέλιξη της περιοχής καθορίστηκε τόσο από αυτές τις ρηξιγενείς δομές όσο και από τα επιμέρους ρήγματα και μικρότερης τάξης τεκτονικά βυθίσματα και κέρατα. Ειδικότερα, η ρηξιγενής τάφρος της Ηλείας περιορίζεται από το τεκτονικό κέρας Τρόπεα στα ανατολικα, το τεκτονικό κέρας του Ερύμανθου στα Ν-ΝΑ και το τεκτονικό κέρας Λάπιθα στα νότια. η ρηξιγενής ζώνη του Λάπιθα

43 αποτελείται από πλαγιοκανονικά ρήγματα και διαχωρίζεται σε: α) βόρεια με ρήγματα μικρών επιφανειακών κλίσεων, Α-Δ και ΒΑ-ΝΔ διευθύνσεων και β) νότια με ρήγματα μεγαλυτέρων επιφανειακών κλίσεων με διευθύνσεις ΑΒΑ-ΔΝΔ και ΒΔ-ΝΑ. Το κυριότερο τεκτονικό στοιχείο της περιοχής είναι η ρηξιγενής ζώνη Κατάκολου- Βούναργου με μήκος 25 χλμ και μεγάλο αριθμό ρηγμάτων με διεύθυνση ΝΔ-ΒΑ. Υδρογεωλογικά στοιχεία Όσον αφορά την υδρογεωλογική τους συμπεριφορά, οι σχηματισμοί του νομού Ηλείας μπορούν να διακριθούν σε υδροπερατούς, ημιπερατούς και αδιαπέρατους λαμβάνοντας υπόψιν την υδραυλική τους αγωγιμότητα. Στους υδροπερατούς σχηματισμούς ανήκουν οι ασβεστόλιθοι Τριαδικής και Άνω Κρητιδικής ηλικίας, οι οποίοι εμφανίζουν δευτερογενές πορώδες λόγω τεκτονισμού ή καρστικοποίησης, καθώς επίσης και κροκαλοπαγή και χαλαρές σύγχρονες αποθέσεις. Οι ημιπερατοί σχηματισμοί περιλαμβάνουν τις ενότητες Βούναργου και Χελιδονούς, οι οποίες αποτελούνται από ψαμμιτικής σύστασης στρώματα με παρεμβολές μαργών, ιλύος και κροκαλοπαγών, δίνοντας την δυνατότητα ανάπτυξης υπόγειας υδροφορίας μέσω της άμεσης διήθησης και της διήθησης κατά μήκος του υδρογραφικού δικτύου. Σχηματισμοί όπως οι σχιστόλιθοι και ραδιολαρίτες του Ιουρασικού, κροκαλοπαγή με ιλυολίθους (ενότητα Βάλμης) και ο φλύσχης Ολιγοκαινικής ηλικίας ανήκουν στους αδιαπέρατους. Πιο συγκεκριμένα, η περιοχή της Ανάληψης ανήκει στο σχηματισμό Βούναργου, ο οποίος αποτελείται από εναλλαγές συνεκτικών ψαμμιτών, αργίλων και ιλυολίθων, δημιουργώντας έναν κοκκώδη υδροφόρο με υψηλή απόδοση. Στους ψαμμίτες δημιουργείται λόγω τεκτονισμού δευτερογενές πορώδες το οποίο επιτρέπει την κίνηση και μεταφορά του νερού. Ο υδροφόρος σε αυτήν την περίπτωση εντοπίζεται επιφανειακά στις ορεινές περιοχές, ένα αντιθέσει με τις πεδινές όπου παρουσιάζεται υποκείμενος των σύγχρονων σχηματισμών. Κλιματικά στοιχεία Το κλίμα του Ν.Ηλείας χαρακτηρίζεται ως μεσογειακού τύπου, υιοθετώντας τα χαρακτηριστικά του κλίματος των εύκρατων ζωνών κατά τη χειμερινή περίοδο αλλά και τα χαρακτηριστικά του κλίματος των υποτροπικών ζωνών υψηλών πιέσεων κατά τη θερινή. Ως εκ τούτου τους χειμερινούς μήνες παρουσιάζονται οι υψηλότερες τιμές των κατακρημνισμάτων, ενώ τους θερινούς μήνες οι τιμές είναι ιδιαίτερα χαμηλές έως μηδενικές. Οι θερμοκρασίες κρίνονται φυσιολογικές για την εκάστοτε εποχή και οι μέρες με ηλιοφάνεια κυριαρχούν κατά τη θερμή περίοδο. Χιονοπτώσεις και χαμηλές θερμοκρασίες απαντώνται στα ορεινά σημεία και ως επί το πλείστον στο ΒΑ τμήμα του νομού. Αξίζει να αναφερθεί ότι σε τοπική κλίμακα συναντώνται σημαντικές διαφοροποιήσεις στο κλίμα, οι οποίες σχετίζονται με τους

44 φυσικογεωγραφικούς παράγοντες του μακροκλίματος (γεωγραφική θέση νομού κ.α), όσο και του μεσοκλίματος (έκταση-σχήμα-προσανατολισμός νομού κ.α) και του μικροκλίματος (υψόμετρο, φυτοκάλυψη, απόσταση από τη θάλασσα κ.α) Κατολισθητική ιστορία περιοχής-έρευνα-παρακολούθηση Το Μάρτιο του 2014 εκδηλώθηκαν τα πρώτα φαινόμενα αστάθειας στην περιοχής της Ανάληψης με τη μορφή ρωγμών στις καλλιεργήσιμες εκτάσεις του χωριού αλλά και περιορισμένων μετακινήσεων μαζών στα όρια του οικισμού. Ένα χρόνο αργότερα το Μάρτιο του 2015 στην περιοχή έλαβε χώρα μια εκτενέστερη κατολίσθηση, συνέπειες της οποίας ήταν η ολοκληρωτική καταστροφή δύο σπιτιών του οικισμού, η κατάρρευση του κεντρικού δρόμου και εμφάνιση πλήθους ρωγμών σε όλη την ευρύτερη περιοχή της στέψης της κατολίσθησης. Ο βασικός παράγοντας εναύσματος της μετακίνησης και στις δύο περιπτώσεις ήταν οι έντονες και παρατεταμένες βροχοπτώσεις οι οποίες συντέλεσαν στην ολίσθηση των χαλαρών αμμωδών-πηλωδών στρωμάτων πάνω στις υποκείμενες αμμώδεις μάργες. Η μετακίνηση μαζών έλαβε χώρα σε ήπιας κλίσης πρανές και πρόκειται για μια περιστροφική ολίσθηση με μήκος 120 μέτρα και πλάτος 100 μέτρα (Εικόνα 4.4). Εικόνα 4.4.Τμήμα της κατολισθαίνουσας ζώνης της Ανάληψης. Στα αρχικά στάδια της έρευνας υλοποιήθηκε αναγνώριση του φαινομένου στο ύπαιθρο και εν συνεχεία τοπογραφική αποτύπωση των γεωμετρικών χαρακτηριστικών της κατολισθαίνουσας ζώνης αλλά και της ευρύτερης τοπογραφίας της περιοχής με τη χρήση υψηλής ακρίβειας GPS. Παράλληλα, εκτεταμένη γεωλογική και τεχνικογεωλογική έρευνα, η οποία περιελάμβανε τη χαρτογράφηση

45 των σχηματισμών της περιοχής αλλά και λεπτομερή τεκτονική ανάλυση, συνείσφερε στην πλήρη περιγραφή και κατανόηση του φαινομένου. Το κατολισθητικό φαινόμενο του Μαρτίου του 2015 και οι σημαντικές επιπτώσεις του στον οικισμό έκαναν επιτακτική την ανάγκη παρακολούθησης της ζώνης αστάθειας, για το λόγο αυτό διανοίχθηκαν δύο δειγματοληπτικές γεωτρήσεις για την εγκατάσταση αποκλισιομετρικών σωλήνων και μία πιεζομετρική γεώτρηση με σκοπό την παρακολούθηση της στάθμης του υδροφόρου. Η πρώτη δειγματοληπτική γεώτρηση κατασκευάστηκε σε σταθερή περιοχή λίγα μέτρα πάνω από τη στέψη της κατολίσθησης, αντιθέτως η δεύτερη τοποθετήθηκε εντός του κυρίου σώματος της ολίσθησης. Αξίζει να αναφερθεί ότι κατά τη διάρκεια κατασκευής των γεωτρήσεων έγιναν επι τόπου δοκιμές γεωτεχνικής και λήφθηκαν δείγματα για την εκτέλεση εργαστηριακών δοκιμών αποσκοπώντας σε μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα της ζώνης. Στις δύο αυτές γεωτρήσεις πραγματοποιούνται ανά τακτά χρονικά διαστήματα μετρήσεις με τη χρήση αποκλισιομετρικής βολίδας τυχόν μετακινήσεις ενώ συγχρόνως συντελούνται μετρήσεις των επιφανειακών μετατοπίσεων του εγκατεστημένου δικτύου GPS. Κεφάλαιο 5: Διαδικασία επεξεργασίας 5.1.Η αποστολή Sentinel-1 Η αποστολή Sentinel-1 αποτελεί την κοινή πρωτοβουλία του προγράμματος Copernicus της Ευρωπαϊκής Επιτροπής και του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος (ESA) με στόχο την παρατήρηση της Γης και κατ επέκταση την συλλογή πληροφοριών, οι οποίες σχετίζονται με το περιβάλλον και την ασφάλεια. Επιπλέον, η αποστολή συνιστάται από δύο δορυφορικά συστήματα (Sentinel-1A, Sentinel-1B), τα οποία βρίσκονται στο ίδιο τροχιακό επίπεδο αλλά σε απόσταση 180 ο το ένα από το άλλο (Εικόνα 5.1). Εικόνα 5.1. Sentinel-1 Πηγή: ESA

46 Κάθε ένα από αυτά τα δύο δορυφορικά συστήματα είναι εξοπλισμένο με ένα προηγμένο ραντάρ συνθετικού ανοίγματος, το οποίο λειτουργεί σε συχνότητα 5.405GHz, καθώς επίσης και δύο ηλιακά φτερά. Η λειτουργία του ραντάρ συνθετικού ανοίγματος συνεισφέρει στην απόκτηση δεδομένων ανεξαρτήτως των καιρικών συνθηκών που επικρατούν στην γήινη επιφάνεια ή των συνθηκών φωτισμού (ημέρα/ νύχτα). Ο σχεδιασμός της αποστολής έχει πραγματοποιηθεί για εφτά χρόνια σε μια ηλιοσύγχρονη, πολική, κυκλική τροχιά, υποστηρίζοντας λειτουργία λήψης διπλής πόλωσης και δυνατότητα λήψης δεδομένων με τέσσερις διαφορετικούς τρόπους (Εικόνα 5.2): o StripMap Mode (5x5m διακριτική ικανότητα, 80km κάλυψη) o Interferometric Wide Swath Mode(5x20m διακριτική ικανότητα,250km κάλυψη) o Extra Wide Swath Mode (20x40m διακριτική ικανότητα, 400km κάλυψη) o Wave Mode (5x5m διακριτική ικανότητα, 20x20km κάλυψη) Εικόνα 5.2. Λειτουργίες λήψης δεδομένων του Sentinel-1 Πηγή: ESA

47 Πίνακας 5.1. Τεχνικά χαρακτηριστικά του Sentinel-1 Οργανισμός ESA Αντικείμενο Παρατήρηση της Γης Όνομα Sentinel-1A Sentinel-1B COSPAR ID A A SATCAT Ημερομηνία Εκτόξευσης 3 Απριλίου Απριλίου 2016 Βάρος 2170 kg 2164 kg Τροχιά ηλιοσύγχρονη, πολική, κυκλική Κλίση ο Περίοδος 98.6 min. Ύψος τροχιάς (km) 693 Αισθητήρας SAR Φασματικό κανάλι C Συχνότητα (GHz) Μήκος κύματος (cm) 5.55 Εύρος Γωνίας Πρόσπτωσης ( ο ) Πόλωση HH+HV, VV+VH, HH, VV Επαναληπτικότητα (ημέρες) Επεξεργασία SAR απεικονίσεων Οι μεταβολές της γήινης επιφανείας στις οποίες περιλαμβάνονται και οι κατολισθήσεις, οι καθιζήσεις ή άλλες μετακινήσεις, όπως χαρακτηριστικά αναφέρθηκε παραπάνω επηρεάζουν εξίσου σημαντικά το περιβάλλον και την κοινωνία (κατασκευές, ανθρώπινη ζωή) για το λόγο αυτό προκαλούν το ενδιαφέρον της επιστημονικής κοινότητας. Σήμερα η παρατήρηση της Γης λαμβάνει χώρα με πιο σύγχρονες τεχνικές, οι οποίες ως ένα βαθμό αντικαθιστούν τις συμβατικές τεχνικές, αξιοποιώντας δορυφορικά δεδομένα και νεότερες μεθοδολογίες απόκτησης πληροφοριών. Μέσα σε αυτό το πλαίσιο του προσδιορισμού μεταβολών στην επιφάνεια της Γης, λειτουργεί και η τεχνική της συμβολομετρίας, μια νέα μεθοδολογία με ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών. Για το σκοπό αυτό διαφορετικές μορφές συμβολομετρίας έχουν αναπτυχθεί και αρκετές έρευνες για την ανίχνευση μεταβολών της γήινης επιφανείας έχουν εκπονηθεί. Οι πρώιμες προσπάθειες παρατήρησης της παραμόρφωση της γης μέσω συμβολομετρίας υλοποιήθηκαν με τη χρήση δεδομένων από τις αποστολές ERS-1 / ERS-2 σε διαφορετικές περιοχές του πλανήτη όπως περιοχές της Γερμανίας, του Μεξικό και της Ιταλίας, ενώ με την πάροδο του χρόνου αναπτύχθηκαν νέες προσεγγίσεις όσον αφορά τη συμβολομετρία (Διαφορική συμβολομετρία με τη μέθοδο των υποσυνόλων μικρών βάσεων- SBAS, συμβολομετρία με τη χρήση σταθερών ανακλαστήρων- PSI κ.α) με στόχο την επίτευξη ολοένα αποδοτικότερων αποτελεσμάτων. Η νεότερη αποστολή Sentinel-1 παρέχει αξιόπιστα, παγκόσμιας κάλυψης, έγκαιρα (κάθε 6 μέρες) και λειτουργικά δεδομένα τα οποία κρίνονται κατάλληλα για την

48 παρατήρηση της Γης. Το γεγονός αυτό σε συνδυασμό με την ελεύθερη διάθεση των δεδομένων από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA) αποτέλεσαν τους κύριους λόγους επιλογής τους για την παρακολούθηση ενεργών κατολισθήσεων. Αξίζει να αναφερθεί ότι δεδομένα της αποστολής έχουν ήδη αξιοποιηθεί για την παρακολούθηση της εδαφικής παραμόρφωσης σεισμόπληκτων περιοχών μέσω της τεχνικής της συμβολομετρίας με ικανοποιητικά αποτελέσματα. Χαρακτηριστικά παραδείγματα εφαρμογής αυτής της μεθοδολογίας είναι η χαρτογράφηση της εδαφικής παραμόρφωσης που προέκυψε από το σεισμό μεγέθους 6,4 βαθμών της κλίμακας Richter που σημειώθηκε στην ευρύτερη περιοχή της Λευκάδας στις 17 Νοεμβρίου 2015 (Εικόνα 5.3) όσο και αντίστοιχης παραμόρφωσης στην ευρύτερη περιοχή του Amatrice της Ιταλίας από τη σεισμική δόνηση μεγέθους 6,2 βαθμών της κλίμακας Richter που έβαλε χώρα στις 24 Αυγούστου 2016 (Εικόνα 5.4). Εικόνα 5.3. Αριστερά: Συμβολογράφημα δεδομένων Sentinel-1(ανοδικής τροχιάς) για την περιοχή της Λευκάδας (Πηγή: ερευνητική ομάδα Εφαρμογών Παρατήρησης της Γης από το Διάστημα, του Τμήματος Γεωγραφίας του Χαροκοπείου Πανεπιστημίου Αθηνών) Δεξιά: Συμβολογράφημα δεδομένων Sentinel-1(ανοδικής τροχιάς) για την περιοχή της Λευκάδας όπως δημιουργήθηκε στα πλαίσια της παρούσας εργασίας με το πρόγραμμα SNAP

49 Εικόνα 5.4. Αριστερά: Συμβολογράφημα δεδομένων Sentinel-1(ανοδικής τροχιάς) για την περιοχή Amatrice (Πηγή: ESA) Δεξιά: Συμβολογράφημα δεδομένων Sentinel-1(ανοδικής τροχιάς) για την περιοχή Amatrice, όπως δημιουργήθηκε στα πλαίσια της παρούσας εργασίας με το πρόγραμμα SNAP.. Στην παρούσα εργασία εξετάστηκε η αποτελεσματικότητα της χρήσης δεδομένων Sentinel-1 για την παρακολούθηση ενεργών κατολισθήσεων με την επεξεργασία να βασίζεται σε τρεις βασικές προσεγγίσεις: α) συμβολογραφήματα, β) συμβολομετρικά Ψηφιακά Μοντέλα Επιφανείας (ΨΜΕ), γ) συμβολομετρία με τη χρήση σταθερών ανακλαστήρων Δημιουργία συμβολογραφήματος Η επεξεργασία των δορυφορικών SAR δεδομένων πραγματοποιήθηκε με το λογισμικό SNAP (Sentinel Application Platform) το οποίο διατίθεται δωρεάν από τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό Διαστήματος (ESA). Στο σημείο αυτό αξίζει να αναφερθεί ότι η διαδικασία της συμβολομετρίας δεν ακολουθεί κάποια πρότυπη μεθοδολογία που να εγγυάται βέλτιστα αποτελέσματα, γι αυτό και τα τελικά αποτελέσματα εξαρτώνται από την εμπειρία του εκάστοτε ερευνητή. Μια τυπική συμβολομετρική διαδικασία περιλαμβάνει τα παρακάτω βασικά βήματα: o Υπολογισμός διανύσματος βάσης o Συμπροσαρμογή SAR απεικονίσεων o Φιλτράρισμα SAR απεικονίσεων o Δημιουργία διαγράμματος κροσσών συμβολής o Αφαίρεση του όρου της επίπεδης γης o Φιλτράρισμα του συμβολογράμματος o Εκτύλιξη της φάσης o Γεωκωδικοποίηση

50 Υπολογισμός διανύσματος βάσης Ο υπολογισμός του διανύσματος βάσης είναι καίριο βήμα για την εκτέλεση της συμβολομετρικής διαδικασίας και ορίζεται ως η διαφορά των θέσεων των δύο κεραιών τη στιγμή της λήψης των απεικονίσεων. Για τον επιτυχή υπολογισμό της βάσης απαιτούνται οι ακριβείς θέσεις των δορυφόρων και της κινηματικής τους συμπεριφοράς. Ο υπολογισμός είναι δυνατόν να πραγματοποιηθεί με ένα από τους παρακάτω τρόπους: Από την γνώση των τροχιών των δορυφόρων και συγκεκριμένα των διανυσμάτων θέσεων των δορυφόρων, τα οποία απαντώνται στα αρχεία τροχιάς. Από την αναλογία των κροσσών στο συμβολόγραμμα που περιλαμβάνει τον όρο της επίπεδης γης. Με τη χρήση σημείων γνωστών συντεταγμένων, όπου πραγματοποιείται μετατροπή της αποκαταστημένης φάσης σε υψόμετρο. Το μήκος του διανύσματος βάσης σχετίζεται άμεσα με τη συνάφεια των δύο SAR απεικονίσεων ενός συμβολομετρικού ζευγαριού. Παράλληλα, η αύξηση του μήκους της βάσης συμβάλει στη μείωση της ακρίβειας προσδιορισμού της φάσης, λόγω φαινομένων γεωμετρικής αποσυσχέτισης και απώλειας συνάφειας. Γενικότερα, όταν το μήκος της βάσης είναι μεγαλύτερο από αυτό της κρίσιμης βάσης, η οποία δίνεται από την εξίσωση τότε προκύπτει αδυναμία δημιουργίας του συμβολογράμματος. Όπου, B,cr = λrtan(θ i) 2R r (5.2-1) λ: το μήκος κύματος του εκπεμπόμενου παλμού R: η πλάγια απόσταση Rr: η διάσταση του εικονοστοιχείου στη διεύθυνση των πλαγίων αποστάσεων θi: η τοπική γωνία πρόσπτωσης Συμπροσαρμογή απεικονίσεων Η συμπροσαρμογή των απεικονίσεων του συμβολομετρικού ζευγαριού αποτελεί τον ακρογωνιαίο λίθο της συμβολομετρικής διαδικασίας, καθώς η ποιότητα της συμπροσαρμογής καθορίζει την ποιότητα του τελικού προϊόντος. Στο βήμα αυτό η γεωμετρία της δευτερεύουσας απεικόνισης (slave image) ευθυγραμμίζεται με τη γεωμετρία της κύριας απεικόνισης (master image), έτσι ώστε κάθε στόχος στο έδαφος

51 αντιστοιχεί στο ίδιο εικονοστοιχείο και στις δύο εικόνες. Επιπλέον, υλοποιείται υπολογισμός των μετατοπίσεων στις δύο διευθύνσεις μεταξύ κύριας και δευτερεύουσας απεικόνισης ώστε να λειτουργήσει ορθά η ευθυγράμμιση της γεωμετρίας. Είναι δυνατόν η συμπροσαρμογή να διακριθεί στην κατά προσέγγιση και στην απόλυτη. Στη κατά προσέγγιση συμπροσαρμογή επιδιώκεται ακρίβεια εικονοστοιχείου στις δύο διευθύνσεις, ενώ στην απόλυτη επιδιώκεται ακρίβεια σε επίπεδο υπο-εικονοστοιχείου. Στις παραμέτρους που επηρεάζουν την ακρίβεια της συμπροσαρμογής εντάσσονται η συνάφεια, ο λόγος σήματος προς θόρυβο και οι τοπικές διακυμάνσεις της φάσης. Φιλτράρισμα SAR απεικονίσεων Η παρουσία θορύβου στη συμβολομετρική φάση συντελεί στην εμφάνιση προβλημάτων στα επόμενα στάδια της διαδικασίας και κατ επέκταση σε αποτελέσματα αμφισβητήσιμα όσον αφορά την εγκυρότητα και την ορθότητά τους. Το φιλτράρισμα των δεδομένων είναι δυνατόν να υλοποιηθεί με διαφορετικές τεχνικές στα επιμέρους στάδια της επεξεργασίας, ωστόσο ιδιαίτερης σημασίας είναι αυτό που λαμβάνει χώρα στα αρχικά στάδια της διαδικασίας και σχετίζεται με το διαχωρισμό μεταξύ θορύβου και σήματος στο πεδίο των συχνοτήτων. Ειδικότερα κατά τη δημιουργία του συμβολογραφήματος προκύπτει θόρυβος ο οποίος επιδρά σε όλες τις συχνότητες και η μετέπειτα απομάκρυνσή του καθίσταται δύσκολη. Συνεπώς πριν την παραγωγή του συμβολογραφήματος πραγματοποιείται φιλτράρισμα των πρωτογενών SAR απεικονίσεων τόσο στη διεύθυνση των πλαγίων αποστάσεων όσο και στη διεύθυνση του αζιμουθίου. Δημιουργία διαγράμματος κροσσών συμβολής Ο πολλαπλασιασμός της μίας μιγαδικής απεικόνισης (master) με τη συζυγή μιγαδικό της άλλης (slave), παράγει ένα συμβολογράφημα, το οποίο αποτελείται από εικονοστοιχεία με πλάτος τον μέσο όρο των πλατών των δύο απεικονίσεων και φάση τη διαφορά των φάσεων των δύο απεικονίσεων. Το συμβολογράφημα περιέχει το σύνολο των γεωμετρικών διαφορών στη διεύθυνση των πλαγίων αποστάσεων μέσω της διαφοράς φάσης των απεικονίσεων και οφείλονται στα φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα στην ατμόσφαιρα και στη γήινη επιφάνεια. Τα φαινόμενα αυτά διακρίνονται σε διάφορα θεματικά επίπεδα πληροφορίας και αφαιρούνται το ένα μετά το άλλο, ώστε να απομονωθεί η γεωμετρική πληροφορία που σχετίζεται με την τοπογραφία. Γενικότερα τα θεματικά επίπεδα διακρίνονται σε δύο ομάδες (εξίσωση 5.2-2), η μία εκ των οποίων σχετίζεται με την τροχιά των δορυφόρων και την τοπογραφία και η άλλη με τη διαφορά στη χρονική λήψη του ζευγαριού, την παραμόρφωση της γήινης επιφάνειας και τα χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας. φ = (φ flat + φ topo ) + φ orbit + φ mov + φ atm (5.2-2)

52 Φιλτράρισμα του συμβολογραφήματος Το φιλτράρισμα του συμβολογραφήματος έχει ως σκοπό τη βελτίωση της ευκρίνειας των κροσσών συμβολής, απομακρύνοντας το θόρυβο που εμφανίζεται στο συμβολόγραμμα με τη χρήση κατάλληλου μετασχηματισμού Fourier. Μία από τις πιο αποτελεσματικές μεθόδους είναι ο συνδυασμός φιλτραρίσματος κατά συχνότητα σε χωρική βάση (προσαρμοσμένο φιλτράρισμα). Ειδικότερα, σε ένα αρχικό στάδιο η εικόνα του συμβολογράμματος διακρίνεται σε επικαλυπτόμενα παράθυρα, τα οποία μετατρέπονται από το πεδίο του χρόνου/ χώρου στο πεδίο των συχνοτήτων και υπολογίζεται για κάθε παράθυρο η συχνότητα μεγίστου πλάτους. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται σχεδίαση του φίλτρου σύμφωνα με τη μέθοδο των παραθύρων. Ακολουθεί για κάθε παράθυρο φιλτράρισμα στο πεδίο των συχνοτήτων, προσθέτοντας μια γραμμική τιμή φάσης και στις δύο διευθύνσεις. Σε ένα τελικό στάδιο, πολλαπλασιάζεται το φίλτρο με το παράθυρο στο πεδίο των συχνοτήτων και το αποτέλεσμα μετατρέπεται στο πεδίο του χώρου με αντίστροφο μετασχηματισμό Fourier. Εκτύλιξη της φάσης (Αποκατάσταση φάσης) Η πληροφορία της φάσης περιέχεται στο συμβολογράφημα και σχετίζεται με την τοπογραφία. Οι τιμές της φάσης περιορίζονται στο διάστημα (-π,π) χωρίς όμως να υπάρχει γνώση του αριθμού των ακέραιων κύκλων (2π) που προηγούνται, ενώ η σύνδεση της αποκαταστημένης φάσης με την τιμή της φάσης από το διάγραμμα κροσσών συμβολής δίνεται από την εξίσωση Όπου, Δφ: η τιμή της φάσης στο συμβολόγραμμα φunw: η αποκαταστημένη τιμή της φάσης φ unw = Δφ + n 2π (5.2-3) Οι μέθοδοι αποκατάστασης (εκτύλιξης) φάσης που έχουν αναπτυχθεί διακρίνονται σε τρεις κατηγορίες: Μέθοδοι γενικής ολοκλήρωσης κατά μήκος μιας διαδρομής Γενικευμένες μέθοδοι Υβριδικές μέθοδοι Οι μέθοδοι αυτές εξακολουθούν να απασχολούν την επιστημονική κοινότητα, προσπαθώντας να εξαλείψουν όλα τα μειονεκτήματα τα οποία εμφανίζονταν όπως η δυσκολία στην υλοποίηση των αλγορίθμων, η μειωμένη επιτυχία και αξιοπιστία, η αδυναμία εφαρμογής τους σε ολόκληρη την εικόνα του συμβολογραφήματος και η

53 μεγάλη απαίτηση υπολογιστικής ισχύος. Οι υβριδικές μέθοδοι αναπτύχθηκαν για την απόκλιση των μειονεκτημάτων των υπολοίπων μεθόδων και τη συγκέντρωση των πλεονεκτημάτων. Οι υβριδικές μέθοδοι διακρίνονται σε αυτές που προκύπτουν από σύνθεση αλγορίθμων και σε αυτές των επικαλυπτόμενων παραθύρων. Το νεότερο βήμα στο στάδιο της αποκατάστασης φάσης είναι η ανάπτυξη μεθόδων τεχνητής νοημοσύνης, όπως τα νευρωνικά δίκτυα, γενετικοί αλγόριθμοι κ.α. Οι μέθοδοι αυτές αν και έχουν χρησιμοποιηθεί σε προσομοιωμένα δεδομένα, σε πραγματικά δεδομένα απεικονίσεων δεν έχουν εφαρμοστεί και διερευνώνται ακόμη προκειμένου να προκύψουν αξιόλογα και αξιόπιστα αποτελέσματα. Γεωκωδικοποίηση Σε ένα τελικό στάδιο της διαδικασίας λαμβάνει μέρος η γεωκωδικοποίηση, η οποία σχετίζεται με το γεωμετρικό μετασχηματισμό της απεικόνισης ή των παραγόμενων προϊόντων της συμβολομετρίας σε μια συγκεκριμένη χαρτογραφική προβολή. Η διαδικασία της γεωκωδικοποίησης εκτελείται με δύο τρόπους ανάλογα αν υπάρχει διαθέσιμο ΨΜΕ ή όχι, ενώ για το μετασχηματισμό των εικονοσυντεταγμένων της απεικόνισης σε συντεταγμένες εδάφους με διαθέσιμο ΨΜΕ χρησιμοποιούνται τρεις εξισώσεις: Η εξίσωση της πλάγιας απόστασης S P 2 = (S x P x ) 2 + (S y P y ) 2 + (S z P z ) 2 = R 2 (5.2-4) Όπου, S = (S x, S y, S z ), P = (P x, P y, P z ): τα διανύσματα θέσης του δορυφόρου και ενός σημείου P στην επιφάνεια της Γης R: η πλάγια απόσταση μεταξύ του σημείου και του δορυφόρου Όπου, Η εξίσωση της συχνότητας Doppler f D = f DC 2 (V V s ) (P S ) p (5.2-5) λ P S Vp, Vs: τα διανύσματα της ταχύτητας του δορυφόρου και της Γης fd: η συχνότητα Doppler fdc: η συχνότητα μηδενισμού Doppler

54 Όπου, Η εξίσωση της γήινης επιφάνειας P x 2 +P y 2 (a+h) 2 + P 2 z = 1 (5.2-6) (b+h) 2 a,b: ο μεγάλος και μικρός ημιάξονας του ελλειψοειδούς εκ περιστροφής h: το γεωμετρικό υψόμετρο του σημείου P Παράλληλα η γεωκωδικοποίηση διακρίνεται σε άμεση, όπου με δεδομένες τις εικονοσυντεταγμένες του σημείου προσδιορίζεται η γεωδαιτική θέση του σημείου με ταυτόχρονη επίλυση των τριών εξισώσεων και σε έμμεση, όπου με δεδομένες τις γεωδαιτικές συντεταγμένες υπολογίζονται οι εικονοσυντεταγμένες στην απεικόνισης με χρήση δύο εξισώσεων. Στην παρούσα εργασία ακολουθήθηκε αντίστοιχη διαδικασία επεξεργασίας των SAR απεικονίσεων με στόχο την παραγωγή συμβολογραφημάτων για την χαρτογράφηση της εδαφικής παραμόρφωσης από την εκδήλωση των κατολισθητικών γεγονότων. Πιο συγκεκριμένα, η κατολίσθηση στην περιοχή της Κλεπά έλαβε χώρα την 1 Φεβρουαρίου 2015 και δύο εικόνες της αποστολής Sentinel-1, μία πριν και μία μετά την εκδήλωση του φαινομένου, συλλέχθηκαν και επεξεργάστηκαν με στόχο την παραγωγή συμβολογραφήματος. Η ίδια ακριβώς διαδικασία εφαρμόστηκε και για το κατολισθητικό γεγονός που εκδηλώθηκε στην περιοχή της Ανάληψης στις 10 Μαρτίου Ωστόσο και στις δύο περιπτώσεις δεν σχηματίστηκαν κροσσοί στα συμβολογραφήματα, κάτι το οποίο πιθανά οφείλεται στο γεγονός ότι η απότομη και τραχιά τοπογραφία που χαρακτηρίζει τις κατολισθαίνουσες περιοχές σε συνδυασμό με τα μικρά ποσοστά κίνησης δημιουργούν αντίστοιχα γεωμετρικές παραμορφώσεις στις SAR απεικονίσεις και προβλήματα ασάφειας της φάσης και αποσυσχέτισης του σήματος, τα οποία καθιστούν δύσκολη την εκτίμηση μετακινήσεων Συμβολομετρικά Ψηφιακά Μοντέλα Επιφανείας (ΨΜΕ) Τα Ψηφιακά Μοντέλα Επιφανείας (ΨΜΕ) αποτελούν μια ψηφιακή αναπαράσταση της τοπογραφίας της γήινης επιφάνειας, η οποία καθορίζεται τόσο από τη γεωμετρία της επιφάνειας, όσο και από τη γεωμετρία των αντικειμένων που καλύπτουν τη γήινη επιφάνεια. Οι υψομετρικές μεταβολές της επιφάνειας περιγράφονται ως υψόμετρο σε συνάρτηση με τη θέση κάθε σημείου, η οποία ορίζεται με ορθογώνιες συντεταγμένες σε μια χαρτογραφική προβολή. Παράλληλα τα ΨΜΕ έχουν τη δυνατότητα παροχής πληροφοριών όχι μόνο για το υψόμετρο, αλλά και μορφολογικού χαρακτήρα όπως γραμμές αλλαγής κλίσης. Η δημιουργία ΨΜΕ βασίζεται σε έξι κύριες πηγές

55 δεδομένων: τα δεδομένα υπαίθρου, οι τοπογραφικοί χάρτες, οι αερομεταφερόμενοι σαρωτές laser, οι αεροφωτογραφίες, τα οπτικά δορυφορικά δεδομένα και οι εικόνες ραντάρ. Όσον αφορά τη διαδικασία δημιουργίας ΨΜΕ από δεδομένα ραντάρ, χαρακτηρίζεται από υψηλή υψομετρική ακρίβεια, χαμηλό κόστος, παγκόσμια κάλυψη και λειτουργία ανεξαρτήτως καιρικών συνθηκών. Στα μειονεκτήματα της μεθόδου συγκαταλέγεται η ανάγκη ύπαρξης εξειδικευμένου προσωπικού και ειδικού λογισμικού. Η δημιουργία ΨΜΕ μπορεί να πραγματοποιηθεί με κλισιμετρία, στερεοσκοπία, πολωσιμετρία ή συμβολομετρία. Η δημιουργία ΨΜΕ μέσω της συμβολομετρικής διαδικασίας απασχόλησε ιδιαίτερα τα τελευταία χρόνια τους επιστήμονες, δημιουργώντας ένα μεγάλο εύρος ερευνών. Η συνεχόμενη ανάπτυξη των δορυφορικών συστημάτων και η ολοένα βελτιούμενη διακριτική τους ικανότητα συνδυάστηκε με την αυξανόμενη ακρίβεια στα αποτελέσματα της συμβολομετρικής διαδικασίας. Οι πρώτες προσπάθειες πραγματοποιήθηκαν με συμβολομετρικά δεδομένα των αποστολών ERS-1/ ERS-2, εστιάζοντας το ενδιαφέρον τους στην μέτρηση παραμορφώσεων του εδάφους και τη δημιουργία ΨΜΕ, τα οποία συγκρίθηκαν με ΨΜΕ αναφοράς αποδεικνύοντας ότι η ποιότητα των παραγόμενων ΨΜΕ έχει άμεση συνάρτηση με τη συνοχή μεταξύ των απεικονίσεων. Παράλληλα σε αντίστοιχες έρευνες εξετάστηκε η επίδραση των χαρακτηριστικών του τοπικού αναγλύφου στη συμβολομετρική διαδικασία, αλλά και η εισαγωγή εξωτερικών ΨΜΕ κατά τη διάρκεια της με στόχο την βελτίωση των αποτελεσμάτων. Επιπροσθέτως ΨΜΕ δημιουργήθηκαν μέσω συμβολομετρικής διαδικασίας και με δεδομένα από τις αποστολές ERS-1,ERS-2, ASAR-Envisat, TerraSAR-X, Cosmo-Skymed, αποκαλύπτοντας την ανάπτυξη εμπειρίας στην συγκριμένη τεχνική. Η χρήση δεδομένων υψηλής διακριτικής ικανότητας όπως δεδομένα TerraSAR-X και Cosmo-Skymed, βελτίωσε την ακρίβεια των τελικών αποτελεσμάτων, ενώ σχετικά με τη δημιουργία ΨΜΕ για τον εντοπισμό των κατολισθήσεων αξιοποιήθηκαν ΨΜΕ τόσο πριν όσο και μετά την μετακίνηση της κατολισθαίνουσας ζώνης. Όσον αφορά τη δημιουργία ΨΜΕ αξιοποιώντας δεδομένα Sentinel-1 έχει ήδη πραγματοποιηθεί λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση τόσο του μεγέθους της βάσης των SAR απεικονίσεων όσο και τη συνοχή μεταξύ των συμβολομετρικών ζευγαριών στα τελικά προϊόντα, ενώ ελέγχθηκε και η χρήση ανοδικής και καθοδικής τροχιάς δεδομένων. Επιπροσθέτως, Sentinel-1 δεδομένα έχουν χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία συμβολομετρικών ΨΜΕ με στόχο τον προσδιορισμό μεταβολών στην επιφάνεια του εδάφους μετά από κατολισθητικό γεγονός. Η διαδικασία παραγωγής ΨΜΕ μέσω συμβολομετρίας ακολουθεί παρόμοια αλληλουχία βημάτων με την πρότυπη διαδικασία της συμβολομετρίας, ωστόσο είναι απαραίτητα κάποια περαιτέρω βήματα. Συνεπώς μετά το βήμα της εκτύλιξης της φάσης πραγματοποιείται μετατροπή της φάσης σε υψόμετρο με τη χρήση αλγορίθμων, οι οποίοι απαιτούν τη γνώση ενός ή περισσοτέρων σημείων γνωστών συντεταγμένων, καθώς κατά τη μετατροπή της φάσης σε υψόμετρο εκτιμώνται οι απόλυτες υψομετρικές τιμές. Επιπροσθέτως, η επιτυχή εφαρμογή της

56 συμβολομετρίας απαιτεί την απομάκρυνση των ατμοσφαιρικών επιρροών του σήματος από τις παρατηρήσεις, κάτι το οποίο υλοποιείται μέσω της τεχνικής της Σώρευσης (Stacking) Διαφορικών Συμβολογραφημάτων. Η τεχνική αυτή βασίζεται στην εκτίμηση του μέσου όρου της φάσης ενός συνόλου μεμονωμένων συμβολογραφημάτων με στόχο τον περιορισμό των ασυσχέτιστων διακυμάνσεων της φάσης (ατμοσφαιρική καθυστέρηση, θόρυβο, κλπ.) σε ένα ορισμένο χρονικό διάστημα. Ειδικότερα, αυξάνοντας το χρονικό διάστημα παρατήρησης και κατ επέκταση το πλήθος των παρατηρήσεων, περιορίζονται οι όροι σφάλματος με ασυσχέτιστο χαρακτήρα, ενώ αυξάνεται το τμήμα του σήματος που σχετίζεται με τις διαφορικές μικρο-μετακινήσεις. Για την πλειονότητα των περιπτώσεων η τεχνική βρίσκει ικανοποιητική εφαρμογή, όμως είναι δυνατόν να αμφισβητηθεί σε περιοχές όπου εμφανίζεται σημαντική εξάρτηση των ατμοσφαιρικών επιδράσεων με το υψόμετρο. Σημαντικό μειονέκτημα της συγκεκριμένης μεθοδολογίας αποτελεί τόσο η αδυναμία αναγνώρισης αλλαγών της γραμμικής ταχύτητας μετακίνησης όσο και η προγενέστερη, περιστασιακή ανεπιτυχής εκτύλιξη της φάσης των χρησιμοποιούμενων διαφορικών συμβολογραφημάτων. Περιοχή μελέτης: Κλεπά Η μεθοδολογία εντοπισμού μεταβολών στη επιφάνεια του αναγλύφου μετά την εκδήλωση του κατολισθητικού γεγονότος στην περιοχή της Κλεπάς, στηρίχθηκε στη δημιουργία δύο συμβολομετρικών ΨΜΕ και στην μετέπειτα σύγκριση τους. Το ένα ΨΜΕ δημιουργήθηκε μέσω συμβολομετρικής διαδικασίας με δεδομένα της αποστολής Sentinel-1 πριν την εκδήλωση του φαινομένου, ενώ το άλλο αντίστοιχα παράχθηκε με δεδομένα της ίδια αποστολής μετά το κατολισθητικό συμβάν. Ειδικότερα, όσον αφορά το ΨΜΕ πριν την κατολίσθηση (Εικόνα 5.5), οχτώ SAR απεικονίσεις ανοδικής φοράς λήψης (Πίνακας 5.2) της αποστολής Sentinel-1 και οχτώ SAR απεικονίσεις καθοδικής φοράς λήψης (Πίνακας 5.4) της ίδιας αποστολής, συλλέχθηκαν και επεξεργάστηκαν συμβολομετρικά για τη δημιουργία του. Παράλληλα, οχτώ SAR απεικονίσεις ανοδικής φοράς λήψης (Πίνακας 5.3) της αποστολής Sentinel-1 όσο και οχτώ SAR απεικονίσεις καθοδικής φοράς λήψης (Πίνακας 5.5) υποβλήθηκαν σε συμβολομετρική διαδικασία εξάγοντας ένα δεύτερο ΨΜΕ (Εικόνα 5.5). Ο συνδυασμός εικόνων με ανοδική και καθοδική φορά λήψης συνεισφέρει στη διόρθωση ορισμένων παραμορφώσεων, καθώς η ίδια περιοχή του εδάφους παρατηρείται από την κεραία SAR του Sentinel-1 από τα ανατολικά κατά την καθοδική φορά λήψης και από τα δυτικά κατά την ανοδική φορά λήψης

57 Εικόνα 5.5. Αριστερά: ΨΜΕ από δεδομένα Sentinel-1 πριν την κατολίσθηση. Δεξιά: ΨΜΕ από δεδομένα Sentinel-1 μετά την κατολίσθηση. Πίνακας 5.2. Δεδομένα της αποστολής Sentinel-1 πριν την κατολίσθηση στην Κλεπά (Ανοδικής τροχίας). A/A Δορυφόρος Τύπος Ημερομηνία Τροχιά Πόλωση Φορά Λήψης 1 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 17/10/ VV Ανοδική 2 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 29/10/ VV Ανοδική 3 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 22/11/ VV Ανοδική 4 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 04/12/ VV Ανοδική 5 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 16/12/ VV Ανοδική 6 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 28/12/ VV Ανοδική 7 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 09/01/ VV Ανοδική 8 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 21/01/ VV Ανοδική

58 Πίνακας 5.3. Δεδομένα της αποστολής Sentinel-1 μετά την κατολίσθηση στην Κλεπά (Ανοδικής τροχιάς). A/A Δορυφόρος Τύπος Ημερομηνία Τροχιά Πόλωση Φορά Λήψης 1 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 02/02/ VV Ανοδική 2 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 14/02/ VV Ανοδική 3 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 26/02/ VV Ανοδική 4 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 10/03/ VV Ανοδική 5 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 22/03/ VV Ανοδική 6 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 03/04/ VV Ανοδική 7 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 15/04/ VV Ανοδική 8 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 27/04/ VV Ανοδική Πίνακας 5.4. Δεδομένα της αποστολής Sentinel-1 πριν την κατολίσθηση στην Κλεπά (Καθοδικής τροχιάς). A/A Δορυφόρος Τύπος Ημερομηνία Τροχιά Πόλωση Φορά Λήψης 1 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 30/10/ VV Καθοδική 2 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 11/11/ VV Καθοδική 3 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 23/11/ VV Καθοδική 4 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 05/12/ VV Καθοδική 5 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 17/12/ VV Καθοδική 6 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 29/12/ VV Καθοδική 7 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 10/01/ VV Καθοδική 8 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 22/01/ VV Καθοδική Πίνακας 5.5. Δεδομένα της αποστολής Sentinel-1 μετά την κατολίσθηση στην Κλεπά (Καθοδικής τροχιάς). A/A Δορυφόρος Τύπος Ημερομηνία Τροχιά Πόλωση Φορά Λήψης 1 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 03/02/ VV Καθοδική 2 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 15/02/ VV Καθοδική 3 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 27/02/ VV Καθοδική 4 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 11/03/ VV Καθοδική 5 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 23/03/ VV Καθοδική 6 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 04/04/ VV Καθοδική 7 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 16/04/ VV Καθοδική 8 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 28/04/ VV Καθοδική

59 Στο πλαίσιο της σύγκρισης των δύο παραγόμενων ΨΜΕ για την ανίχνευση μεταβολών στην επιφάνεια του εδάφους, δημιουργήθηκαν δέκα υψομετρικά προφίλ τομών οι οποίες χαράχθηκαν κάθετα σε όλο το μήκος του μετώπου της κατολίσθησης (Εικόνα 5.6). Εικόνα 5.6. Σημεία που λήφθηκαν από GPS και οι εγκάρσιες τομές δημιουργίας των υψομετρικών προφίλ. Οι εικόνες παρουσιάζουν τα υψομετρικά προφίλ των χαραγμένων εγκάρσιων ως προς το μέτωπο της κατολίσθησης τομών, απεικονίζοντας με μπλε χρώμα το προφίλ πριν την εκδήλωση της κατολίσθησης και με κόκκινο το ίδιο προφίλ μετά το κατολισθητικό συμβάν. Σε όλα τα υψομετρικά προφίλ δεν εντοπίζονται μεγάλες μεταβολές στην επιφάνεια του εδάφους παρά μόνο μερικές μικρές επιφανειακές υποχωρήσεις στα προφίλ μετά την κατολίσθηση. Αξίζει να αναφερθεί ότι οι μεγαλύτερες μεταβολές εντοπίζονται στο υψομετρικό προφίλ της γραμμής 7 και εκτιμώνται περίπου στα 3 μέτρα (Εικόνα 5.9)

60 Εικόνα 5.7. Υψομετρικό προφίλ ΨΜΕ δεδομένων Sentinel-1 για την τομή 1 στην περιοχή της Κλεπάς. Εικόνα 5.8. Υψομετρικό προφίλ ΨΜΕ δεδομένων Sentinel-1 για την τομή 2 στην περιοχή της Κλεπάς. Εικόνα 5.9. Υψομετρικό προφίλ ΨΜΕ δεδομένων Sentinel-1 για την τομή 7 στην περιοχή της Κλεπάς

61 Εικόνα Υψομετρικό προφίλ ΨΜΕ δεδομένων Sentinel-1 για την τομή 9 στην περιοχή της Κλεπάς. Περιοχή μελέτης: Ανάληψη Ο εντοπισμός μεταβολών στην επιφάνεια του αναφλύφου εξαιτίας της κατολίσθησης που έλαβε χώρα στην συγκεκριμένη περιοχή, βασίστηκε στη δημιουργία δύο ΨΜΕ, ένα αξιοποιώντας δεδομένα πριν το γεγονός και ένα χρησιμοποιώντας δεδομένα μετά από αυτό. Πιο συγκεκριμένα για την περιοχή της Ανάληψης έντεκα SAR απεικονίσεις (Πίνακας 5.6) της αποστολής Sentinel-1 πριν την εκδήλωση του φαινομένου συλλέχθηκαν και υποβλήθηκαν σε συμβολομετρική διαδικασία για την παραγωγή ενός ΨΜΕ (Εικόνα 5.11). Επιπλέον, δέκα SAR απεικονίσεις (Πίνακας 5.7) της αποστολής Sentinel-1 μετά την κατολίσθηση στις 11 Μαρτίου 2015 επεξεργάστηκαν μέσω συμβολομετρικής διαδικασίας εξάγοντας ένα δεύτερο ΨΜΕ (Εικόνα 5.11). Εικόνα Αριστερά: ΨΜΕ από δεδομένα Sentinel-1(ανοδικής τροχιάς) πριν την κατολίσθηση. Δεξιά: ΨΜΕ από δεδομένα Sentinel-1(ανοδικής τροχιάς) μετά την κατολίσθηση

62 Πίνακας 5.6. Δεδομένα της αποστολής Sentinel-1 πριν την κατολίσθηση στην Ανάληψη. A/A Δορυφόρος Τύπος Ημερομηνία Τροχιά Πόλωση Φορά Λήψης 1 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 05/10/ VV Ανοδική 2 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 29/10/ VV Ανοδική 3 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 10/11/ VV Ανοδική 4 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 22/11/ VV Ανοδική 5 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 04/12/ VV Ανοδική 6 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 16/12/ VV Ανοδική 7 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 28/12/ VV Ανοδική 8 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 09/01/ VV Ανοδική 9 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 21/01/ VV Ανοδική 10 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 02/02/ VV Ανοδική 11 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 26/02/ VV Ανοδική Πίνακας 5.7. Δεδομένα της αποστολής Sentinel-1 μετά την κατολίσθηση στην Ανάληψη. A/A Δορυφόρος Τύπος Ημερομηνία Τροχιά Πόλωση Φορά Λήψης 1 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 22/03/ VV Ανοδική 2 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 03/04/ VV Ανοδική 3 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 15/04/ VV Ανοδική 4 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 27/04/ VV Ανοδική 5 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 09/05/ VV Ανοδική 6 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 21/05/ VV Ανοδική 7 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 02/06/ VV Ανοδική 8 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 14/06/ VV Ανοδική 9 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 26/06/ VV Ανοδική 10 Sentinel-1 IW_SLC 1SDV 20/07/ VV Ανοδική Τα δύο ΨΜΕ συγκρίθηκαν μεταξύ τους ώστε να ανιχνευθούν μεταβολές της επιφανείας, κάτι το οποίο πραγματοποιήθηκε με τη δημιουργία υψομετρικών προφίλ που χαράχθηκαν εγκάρσια προς το μέτωπο της κατολίσθησης (Εικόνα 5.12)

63 Εικόνα Σημεία που λήφθηκαν από GPS και οι εγκάρσιες τομές δημιουργίας των υψομετρικών προφίλ. Οι εικόνες αναπαριστούν τα υψομετρικά προφίλ δύο εγκάρσιων ως προς το μέτωπο της κατολίσθησης τομών, παρουσιάζοντας με μπλε χρώμα το προφίλ πριν την εκδήλωση της κατολίσθησης και με κόκκινο το ίδιο προφίλ μετά το κατολισθητικό συμβάν. Και στις δύο εικόνες δεν απαντώνται μεγάλες αλλαγές κατά μήκος του προφίλ παρά μόνο μερικές μικρές υποχωρήσεις του εδάφους μετά την κατολίσθηση. Εικόνα Υψομετρικό προφίλ ΨΜΕ δεδομένων Sentinel-1 για την τομή 1 στην περιοχή της Ανάληψης

64 Εικόνα Υψομετρικό προφίλ ΨΜΕ δεδομένων Sentinel-1 για την τομή 2 στην περιοχή της Ανάληψης. Επιπροσθέτως, σε μια περαιτέρω πιο στοχευμένη και σαφέστερη σύγκριση των δύο ΨΜΕ επιλέχθηκαν δώδεκα σημεία τα οποία βρίσκονται πάνω στις χαραγμένες τομές (Εικόνα 5.15). Τα αποτελέσματα αυτής της σύγκρισης παρουσιάζονται στον πίνακα και όπως μπορεί να σημειωθεί ορισμένες τιμές είναι παρόμοιες μεταξύ τους, ενώ άλλες διαφέρουν ελαφρά. Τα σημεία 2, 10, 11 εμφανίζουν τη μεγαλύτερη διαφοροποίηση μεταξύ της τιμής υψομέτρου του ΨΜΕ πριν την κατολίσθηση και της αντίστοιχης τιμής μετά το γεγονός. Η διαφορά αυτή εκτιμάται περίπου στα 5 μέτρα, κάτι το οποίο έρχεται σε συμφωνία με τα δεδομένα πεδίου, αποδεικνύοντας ότι η μεθοδολογία λειτουργεί ως έναν βαθμό. Εικόνα Επιλεγμένα σημεία στα ΨΜΕ στην περιοχή της Ανάληψης

65 Πίνακας 5.8. Τιμές υψομέτρου των δύο ΨΜΕ για τα επιλεγμένα σημεία. Σημεία Υψόμετρο ΨΜΕ σε μέτρα Υψόμετρο ΨΜΕ σε μέτρα (πριν την κατολίσθηση) (μετά την κατολίσθηση) 1 247, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , Συμβολομετρία με χρήση σταθερών ανακλαστήρων Η μέθοδος της συμβολομετρίας σταθερών ανακλαστήρων (Persistent Scatterer Interferometry-PSI) αποτελεί άλλη μία συμβολομετρική προσέγγιση, η οποία είναι δυνατόν να συντελέσει στη χαρτογράφηση εδαφικών παραμορφώσεων με ικανοποιητικά αποτελέσματα με ακρίβεια χιλιοστού. Η προσέγγιση αυτή μπορεί να συνδυαστεί με γεωδαιτικά δεδομένα αλλά και γεωλογικά και γεωμορφολογικά στοιχεία παρέχοντας με ακρίβεια τις κινήσεις του εδάφους μιας περιοχής υψηλής αστάθειας. Η προσέγγιση εκμεταλλεύεται την τεχνητή γωνία των ανακλαστήρων και την υψηλή αναλογία σήματος προς θόρυβο με στόχο την εξαγωγή χαρτών παραμόρφωσης και διαγραμμάτων ιστορικής παραμόρφωσης. Η βασική αρχή της λειτουργίας των σταθερών ανακλαστήρων είναι η δημιουργία ενός ισχυρού οπισθοσκεδαζόμενου σήματος ραντάρ σε ένα πλήθος παρατηρήσεων, γεγονός το οποίο συνεισφέρει στην καλή εκτίμηση της παραμόρφωσης με μείωση των σφαλμάτων που προέρχονται από ατμοσφαιρική καθυστέρηση και σε καλύτερη χρονική κάλυψη. Η συμβολομετρική ανάλυση της συγκεκριμένης τεχνικής υλοποιείται σε επιλεγμένα σημεία και απαιτεί την συλλογή μεγάλων χρονοσειρών δεδομένων. Όσον αφορά τους τεχνητούς σταθερούς ανακλαστήρες, είναι κατασκευές οι οποίες αποτελούνται από κάθετες τεμνόμενες επίπεδες επιφάνειες και συνήθως είναι κατασκευασμένοι από μέταλλο. Στη συγκεκριμένη εργασία, οι μόνιμοι σταθεροί ανακλαστήρες που χρησιμοποιήθηκαν έχουν σχεδιαστεί και κατασκευαστεί στο Πανεπιστήμιο Πατρών, ενώ αποτελούνται από διαφορετικές συναρμολογούμενες

66 αλουμινένιες επιφάνειες που συμβάλουν στην εύκολη μεταφορά και εγκατάσταση τους. Ο πρώτος ανακλαστήρας (Εικόνα 5.16) που σχεδιάστηκε και εγκαταστάθηκε σε σταθερό σημείο της περιοχής της Ανάληψης είχε σχετικά μικρές διαστάσεις (ύψος περίπου 0,85 μέτρα), γι αυτό και δεν έγινε ορατός στις εικόνες της αποστολής Sentinel-1. Εικόνα Σταθερός ανακλαστήρας μικρών διαστάσεων. Στη συνέχεια σχεδιάστηκε ένας δεύτερος μεγαλυτέρων διαστάσεων σταθερός ανακλαστήρας (Εικόνα 5.17), ο οποίος εγκαταστάθηκε σε σταθερό σημείο της ίδιας περιοχής. Εικόνα Σταθερός ανακλαστήρας μεγάλων διαστάσεων

67 Μετά την εγκατάσταση και του δευτέρου σταθερού ανακλαστήρα, ξεκίνησε η συλλογή δεδομένων Sentinel-1, προκειμένου να επιβεβαιωθεί η προβολή του στόχου στις SAR απεικονίσεις. Ειδικότερα, SAR απεικονίσεις πριν από την εγκατάσταση του σταθερού ανακλαστήρα και μετά από αυτή, συλλέχθηκαν. Στις απεικονίσεις μετά την εγκατάσταση εντοπίστηκε ισχυρή επιστροφή σήματος στη θέση που τοποθετήθηκε ο σταθερός ανακλαστήρας, η οποία (επιστροφή σήματος) αποτυπώνεται με έντονους λευκούς τόνους στην Sentinel-1 απεικόνιση. Στη συνέχεια, ελέγχθηκε η ορατότητα του σταθερού ανακλαστήρα τόσο κατά την ανοδική όσο και κατά την καθοδική τροχιά. Ο προσανατολισμός του ανακλαστήρα ευθύνεται για το γεγονός ότι ανακλαστήρας είναι ορατός κατά την ανοδική τροχιά της αποστολής Sentinel-1, ενώ κατά την καθοδική είναι δύσκολο να ανιχνευθεί (Εικόνα 5.18). Σε επόμενο στάδιο ξεκίνησε η συλλογή δεδομένων για τη δημιουργία μεγάλων χρονοσειρών και κατ επέκταση την επεξεργασία και χαρτογράφηση των παραμορφώσεων. Ωστόσο το στάδιο αυτό βρίσκεται ακόμη σε εξέλιξη καθώς δεν έχει συλλεχθεί ακόμη ένας ικανοποιητικός αριθμός δεδομένων. Εικόνα Έλεγχος θέασης του σταθερού ανακλαστήρα στις Sentinel-1 απεικονίσεις