While the phenomenon of landslides is proved complicated, the correct choice and combination of analysis methods appear imperative.

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥ ΩΝ ΕΙ ΙΚΕΥΣΗΣ ΠΡΟΣΤΑΣΙΑ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΒΙΩΣΙΜΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΦΩΤΟΓΡΑΜΜΕΤΡΙΚΕΣ ΚΑΙ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΣΕ ΘΕΜΑΤΑ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ ΚΑΡΑΓΙΑΝΝΗ ΑΙΚΑΤΕΡΙΝΗ ιπλ. Πολιτικός Μηχανικός Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2009

2 Περίληψη Το περιβάλλον αποτελεί ένα διαχρονικά δυναµικό σύστηµα, που απαιτεί µια ολοκληρωµένη κατανόηση και γνώση των χαρακτηριστικών και των ιδιοτήτων του. Πολλά είναι τα περιβαλλοντικά προβλήµατα που οφείλονται σε διάφορους παράγοντες και έχουν απασχολήσει την επιστηµονική κοινότητα. Οι κατολισθήσεις αποτελούν σηµαντικό περιβαλλοντικό θέµα µε πολυάριθµες και ποικίλες συνέπειες. Οι αλλαγές που συµβαίνουν πλέον σε παγκόσµια κλίµακα, έχουν εντείνει την εκδήλωση του φαινοµένου, επηρεάζοντας αρκετές φορές άµεσα τον άνθρωπο και το περιβάλλον του. Τεχνικά έργα και οικισµοί βρίσκονται συχνά υπό την απειλή µίας πιθανής κατολίσθησης. Η συγκέντρωση πληροφοριών για τις κατολισθήσεις έχει θετικές επιπτώσεις στην καλύτερη παρακολούθηση των αλλαγών στο περιβάλλον, στη βελτίωση της αποτελεσµατικότητας και αποδοτικότητας διαχείρισης και προστασίας του και στον αποτελεσµατικότερο σχεδιασµό της ανάπτυξης ορεινών όγκων. Αντικείµενο της παρούσας διπλωµατικής εργασίας είναι η µελέτη των κατολισθητικών φαινοµένων µε τις µεθόδους που προσφέρει το πλαίσιο Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία- Τηλεπισκόπηση. Η εξέλιξη στους κλάδους της τεχνολογίας και της επιστήµης κάνει ενδιαφέρουσα τη µελέτη του πλαισίου σε θέµατα κατολισθήσεων, καθώς προσφέρει την απόκτηση και συλλογή ποιοτικών και µετρητικών πληροφοριών, συµβάλλοντας στη γνώση και εξερεύνηση του εξωτερικού περιβάλλοντος και των αλλαγών του. Επιχειρείται αρχικά, µία γενική παρουσίαση του φαινοµένου των κατολισθήσεων για την καλύτερη κατανόηση του θέµατος, ενώ γίνεται ειδική αναφορά στις µετακινήσεις εδαφών στον ελλαδικό χώρο. Παρουσιάζεται επίσης το πλαίσιο Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία- Τηλεπισκόπηση, µε αναφορά στις βασικές φωτογραµµετρικές διαδικασίες, τον χρησιµοποιούµενο εξοπλισµό, την απόκτηση και ανάλυση δεδοµένων. Στη συνέχεια γίνεται η σύνδεση του πλαισίου Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία- Τηλεπισκόπηση µε τις κατολισθήσεις. Παρουσιάζονται οι µέθοδοι έρευνας και οι τρόποι συµβολής του πλαισίου µέσα από παραδείγµατα της διεθνούς βιβλιογραφίας. i

3 Παρατίθεται επίσης, ένα παράδειγµα εφαρµογής από το πλαίσιο σε κατολισθήσεις στον ελλαδικό χώρο και συγκεκριµένα στο ορεινό τµήµα του νοµού Ιωαννίνων (όρια νοµού Ιωαννίνων µε νοµό Καστοριάς). Παρουσιάζεται η µελέτη αεροφωτογραφιών και δορυφορικών δεδοµένων της περιοχής µε το λογισµικό ERDAS και παρατίθενται επίγειες ερασιτεχνικές λήψεις. Καθώς το φαινόµενο των κατολισθήσεων αποδεικνύεται πολύπλοκο, η σωστή επιλογή και ο συνδυασµός των µεθόδων ανάλυσης προβάλλουν επιτακτικά. Η παρακολούθηση της εξέλιξης του πλαισίου Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία-Τηλεπισκόπηση, νέες τεχνολογίες και προϊόντα, µπορούν να δώσουν πολύτιµες πληροφορίες για τη µελέτη του φαινοµένου συµβάλλοντας ουσιαστικά στο σηµαντικό αυτό περιβαλλοντικό θέµα. ii

4 Abstract Environment represents a diachronically dynamic system that requires a completed comprehension and knowledge of its characteristics and attributes. Many environmental issues caused by different factors have been the object of the scientific community. Landslides represent an important environmental issue with many and various consequences. The changes now occurring worldwide have increased the occurrence of the phenomenon, several times influencing directly humans and their environment. Technical structures and settlements are often under the threat of a possible landslide. Collection of information on landslides has positive impacts on better monitoring of environmental changes, improving the effectiveness and efficiency of its management and protection and effective development of mountain planning. The purpose of this postgraduate thesis concerns the study of landslides with methods of Photogrammetry-Photointerpretation-Remote Sensing framework. Advances in technology and science make the study of the above framework on landslides interesting, as it provides the acquisition and collection of qualitative and metric information, contributing in the knowledge and exploration of the external environment and its changes. General presentation of landslides phenomenon is attempted in the beginning, in order to have better comprehension of the subject, with specific reference to mass movements in the greek area. The framework of Photogrammetry-Photointerpretation-Remote Sensing is also presented with reference to basic photogrammetric procedures, equipment instrumentation, acquisition and analysis of data. Afterwards the framework of Photogrammetry-Photointerpretation-Remote Sensing is connected with the landslides. The methods of research and the ways of contribution of the framework are presented through examples of international bibliography. An example of application from the framework is also presented concerning image interpretation on landslide areas in Greece and particularly in a part of the mountainous area of Ioannina prefecture (boundaries of Ioannina prefecture with Kastoria prefecture). It includes the study of aerial photographs and satellite data of the area with ERDAS software and amateur (non metric) photographs. iii

5 While the phenomenon of landslides is proved complicated, the correct choice and combination of analysis methods appear imperative. The advances in the framework of Photogrammetry-Photointerpretation-Remote Sensing concerning new trends, technologies and products, can provide valuable information for studying landslides, contributing substantially to this important environmental issue. iv

6 Πρόλογος Οι κατολισθήσεις αποτελούν ένα από τα πιο σηµαντικά περιβαλλοντικά θέµατα µε πολυάριθµες και ποικίλες συνέπειες. Οι αλλαγές που συµβαίνουν πλέον σε παγκόσµια κλίµακα, έχουν εντείνει την εκδήλωση του φαινοµένου, απειλώντας πολλές φορές τον ίδιο τον άνθρωπο και το περιβάλλον του. Τεχνικά έργα και οικισµοί βρίσκονται συχνά υπό την απειλή µίας πιθανής κατολίσθησης. Η συγκέντρωση πληροφοριών για τις κατολισθήσεις και γενικότερα για το περιβάλλον έχει θετικές επιπτώσεις στην καλύτερη παρακολούθηση των αλλαγών στο περιβάλλον, στη βελτίωση της αποτελεσµατικότητας και αποδοτικότητας διαχείρισης και προστασίας του και στον αποτελεσµατικότερο σχεδιασµό της ανάπτυξης ορεινών όγκων. Αναγνωρίζοντας τη σπουδαιότητα του θέµατος η παρούσα µεταπτυχιακή διπλωµατική εργασία εστιάζεται στη µελέτη των κατολισθητικών φαινοµένων µε τη χρήση Φωτογραµµετρικών-Φωτοερµηνευτικών και Τηλεπισκοπικών µεθόδων. Η τεχνολογική και επιστηµονική εξέλιξη κάνει ουσιαστική τη συµβολή του πλαισίου σε θέµατα κατολισθήσεων, καθώς προσφέρει την απόκτηση και συλλογή ποιοτικών και µετρητικών πληροφοριών, συµβάλλοντας στη γνώση και εξερεύνηση του εξωτερικού περιβάλλοντος και των αλλαγών του. Αρχικά, περιγράφεται το φαινόµενο των κατολισθήσεων, ακολουθεί το πλαίσιο Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία-Τηλεπισκόπηση και εφαρµογές του πλαισίου στις κατολισθήσεις. Η διπλωµατική ολοκληρώνεται µε ερµηνεία εικόνων (αεροφωτογραφιών, δορυφορικών δεδοµένων) περιοχής του ελλαδικού χώρου που έχει εµφανίσει φαινόµενα κατολισθήσεων. Η διεξοδική µελέτη του θέµατος µπορεί να συµβάλει στην ανάπτυξη ολοκληρωµένων συστηµάτων παρακολούθησης και διαχείρισης του περιβάλλοντος και ειδικότερα των κατολισθήσεων, προσφέροντας ένα µηχανισµό επίλυσης πολλών προβληµάτων. Επιβλέπουσα της παρούσας εργασίας ήταν η επίκ. καθηγήτρια Μαρία Λαζαρίδου του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης και συνεξεταστές τα δύο µέλη της εξεταστικής επιτροπής, οι καθηγητές Παρασκευάς Σαββαΐδης και Ιωάννης Υφαντής του Τµήµατος Πολιτικών Μηχανικών του Αριστοτελείου Πανεπιστηµίου Θεσσαλονίκης. v

7 Στο σηµείο αυτό, θα επιθυµούσα να ευχαριστήσω όλους όσους συνετέλεσαν στην περάτωση αυτής της µεταπτυχιακής διπλωµατικής εργασίας. Αρχικά θα ήθελα να ευχαριστήσω θερµά την επιβλέπουσα επίκ. καθηγήτρια της διπλωµατικής µου εργασίας κ. Μαρία Λαζαρίδου για την εµπιστοσύνη που µου έδειξε, καθώς και για την πολύτιµη καθοδήγησή της σε όλη τη διάρκεια της εκπόνησης, µε αποτέλεσµα την επιτυχή συνεργασία. Τέλος θα ήθελα να ευχαριστήσω τους γονείς µου Χρήστο και Ελισάβετ, τόσο για την ηθική και υλική όσο και για την ψυχολογική συµπαράσταση που µου προσέφεραν όλα τα χρόνια των σπουδών µου. Η πολύτιµη αγάπη τους και η στήριξή τους µου έδωσαν τη δύναµη να πετύχω τους στόχους µου και να συνεχίσω θέτοντας νέους. Θεσσαλονίκη, Οκτώβριος 2009 vi

8 Περιεχόµενα Περίληψη Abstract Πρόλογος i iii v 1 Εισαγωγή 1 2 Κατολισθήσεις Γενικά Μορφές των κατολισθήσεων ηµιουργία των κατολισθήσεων Μηχανισµοί ενεργοποίησης των κατολισθητικών φαινοµένων Ταχύτητα µετακίνησης Επίδραση του νερού στην ευστάθεια των πρανών ραστηριότητα των κατολισθήσεων Περιοχές ευαίσθητες σε κατολισθήσεις Μετακινήσεις εδαφών στον ελλαδικό χώρο Επιπτώσεις κατολισθήσεων και µέτρα αντιµετώπισης Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία-Τηλεπισκόπηση Γενικά Φωτογραµµετρία Βασικές θεωρήσεις Φωτογραµµετρικές διαδικασίες Εναέρια Φωτογραµµετρία Επίγεια Φωτογραµµετρία ορυφορική Φωτογραµµετρία Φωτογραµµετρικά όργανα Φωτοερµηνεία-Τηλεπισκόπηση Βασικές θεωρήσεις Ηλεκτροµαγνητικό φάσµα Απόκτηση δεδοµένων vii

9 3.3.4 Ανάλυση δεδοµένων Φωτοερµηνεία (Οπτική ερµηνεία εικόνας) Ψηφιακή επεξεργασία εικόνας Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία-Τηλεπισκόπηση στη µελέτη των κατολισθήσεων Γενικά Εφαρµογές Φωτογραµµετρίας-Φωτοερµηνείας-Τηλεπισκόπησης στις Κατολισθήσεις Παραδείγµατα Εφαρµογών στις Κατολισθήσεις Φωτογραµµετρική µελέτη µε αεροφωτογραφίες µεγάλης κλίµακας Μελέτη κατολισθητικών φαινοµένων µε επίγεια φωτογραµµετρία Εφαρµογή στερεοσκοπικών δορυφορικών εικόνων υψηλής ανάλυσης στην εκτίµηση της κατολισθητικής επικινδυνότητας Ερµηνεία εικόνας σε περιοχή του ελλαδικού χώρου Περιοχή µελέτης Ερµηνεία αεροφωτογραφιών (φωτοερµηνεία) Οπτική ερµηνεία δορυφορικών δεδοµένων Το πρόγραµµα SPOT Το λογισµικό ERDAS Επίγειες ερασιτεχνικές λήψεις της περιοχής µελέτης Σύνοψη συµπεράσµατα 126 Βιβλιογραφία 128 viii

10 Κεφάλαιο 1 Εισαγωγή Το περιβάλλον αποτελεί ένα διαχρονικά δυναµικό σύστηµα, που απαιτεί µια ολοκληρωµένη κατανόηση και γνώση της κατανοµής (αναγνώριση, ταξινόµηση, χαρτογράφηση) των χαρακτηριστικών και των ιδιοτήτων του. Πολλά είναι τα περιβαλλοντικά προβλήµατα που οφείλονται σε διάφορους παράγοντες και έχουν απασχολήσει την επιστηµονική κοινότητα. Σηµαντικό περιβαλλοντικό θέµα, µε ευρύ φάσµα επιπτώσεων είναι οι κατολισθήσεις. Πρόκειται για ένα συχνό φαινόµενο µείζονος µηχανικής σηµασίας, καθώς αποτελεί έναν από τους πιο σηµαντικούς φυσικούς κινδύνους µε πολυάριθµες συνέπειες, που αρκετές φορές επηρεάζουν άµεσα και τον άνθρωπο. Για το λόγο αυτό, και µε δεδοµένες τις αλλαγές που συµβαίνουν πλέον σε παγκόσµια κλίµακα, η µελέτη των κατολισθήσεων αποτελεί ένα πολύ ενδιαφέρον ερευνητικό πεδίο. Για τη µελέτη των κατολισθητικών φαινοµένων έχουν αναπτυχθεί διάφορες µέθοδοι και εργαλεία µε στόχο την εξαγωγή χρήσιµων συµπερασµάτων. Προς την κατεύθυνση αυτή, ουσιαστική είναι η συµβολή του πλαισίου Φωτογραµµετρίας Φωτοερµηνείας Τηλεπισκόπησης που επιλέχθηκε να αναλυθεί στην παρούσα διπλωµατική εργασία. Η εξέλιξη στους κλάδους της τεχνολογίας και της επιστήµης κάνει ενδιαφέρουσα τη µελέτη του πλαισίου σε θέµατα κατολισθήσεων, καθώς προσφέρει την απόκτηση και συλλογή ποιοτικών και µετρητικών πληροφοριών, συµβάλλοντας στη γνώση και εξερεύνηση του εξωτερικού περιβάλλοντος και των αλλαγών του. Η γνώση όλων των σταδίων της συλλογής, ανάλυσης και σύγκρισης διαχρονικών δεδοµένων και πληροφοριών είναι απαραίτητη, ώστε να καταστεί δυνατή η µελέτη των περιβαλλοντικών αλλαγών και τάσεων, των ανθρωπογενών πιέσεων, κτλ. Με δεδοµένο το µέγεθος, την κατανοµή και την ποικιλοµορφία των φυσικών οικοσυστηµάτων, τις σύνθετες περιβαλλοντικές συνέπειες των ανθρωπίνων επεµβάσεων, τον τεράστιο όγκο των σχετικών δεδοµένων και πληροφοριών κ.ά., η ανάπτυξη ολοκληρωµένων συστηµάτων παρακολούθησης και διαχείρισης του περιβάλλοντος, µπορεί να προσφέρει ένα µηχανισµό επίλυσης πολλών προβληµάτων. 1

11 Για να υπάρξει κατανόηση του θέµατος, ώστε να επιλεχθούν οι κατάλληλες µέθοδοι και να γίνουν σωστές ερµηνείες των αποτελεσµάτων, παρουσιάζεται στο 2 ο κεφάλαιο το φαινόµενο των κατολισθήσεων γενικά. Αναλύονται οι µορφές, τα αίτια δηµιουργίας, οι επιπτώσεις και τα µέτρα αντιµετώπισης των κατολισθήσεων. Περιγράφονται οι περιοχές που παρουσιάζουν ευαισθησία, ενώ γίνεται ειδική αναφορά στις µετακινήσεις εδαφών στον ελλαδικό χώρο. Στο 3 ο κεφάλαιο παρουσιάζεται το πλαίσιο Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία- Τηλεπισκόπηση. Αναπτύσσονται οι βασικές φωτογραµµετρικές διαδικασίες και ο εξοπλισµός που χρησιµοποιείται στη Φωτογραµµετρία. Ολοκληρώνοντας την περιγραφή του πλαισίου µε τα γνωστικά αντικείµενα της Φωτοερµηνείας και Τηλεπισκόπησης, γίνεται αναφορά τόσο στην απόκτηση όσο και στην ανάλυση δεδοµένων µε οπτική ερµηνεία ή ψηφιακή επεξεργασία. Στο 4 ο κεφάλαιο γίνεται η σύνδεση του πλαισίου Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία- Τηλεπισκόπηση µε τις κατολισθήσεις. Παρουσιάζονται οι λόγοι που το πλαίσιο αυτό βρίσκει µεγάλη εφαρµογή στη µελέτη των κατολισθητικών φαινοµένων, µέθοδοι έρευνας και τρόποι συµβολής του πλαισίου. Το κεφάλαιο ολοκληρώνεται µε την παράθεση παραδειγµάτων από τη διεθνή βιβλιογραφία, παρουσιάζοντας τις χρησιµοποιούµενες µεθόδους, τα δεδοµένα που αποκτήθηκαν και τα εξαγόµενα συµπεράσµατα. Στο 5 ο κεφάλαιο παρατίθεται ένα παράδειγµα εφαρµογής από το πλαίσιο και ειδικότερα η ερµηνεία εικόνας, σε κατολισθήσεις στον ελλαδικό χώρο και συγκεκριµένα στο ορεινό τµήµα του νοµού Ιωαννίνων (όρια νοµού Ιωαννίνων µε νοµό Καστοριάς). Παρουσιάζεται η µελέτη αεροφωτογραφιών και δορυφορικών δεδοµένων της περιοχής µε το λογισµικό ERDAS και παρατίθενται επίγειες ερασιτεχνικές λήψεις. Τέλος, το 6 ο κεφάλαιο περιλαµβάνει µία σύνοψη και τα συµπεράσµατα που προέκυψαν από τη µελέτη του θέµατος. 2

12 Κεφάλαιο 2 Κατολισθήσεις 2.1 Γενικά Ο όρος κατολίσθηση περιγράφει το φαινόµενο που συνίσταται στην προς τα κάτω κίνηση τµήµατος βραχόµαζας ή αποσαθρωµάτων κατά µήκος µιας εδαφικής επιφάνειας πρανούς, όπως έχει επικρατήσει µεταξύ των γεωλόγων και των µηχανικών. O Schuster (1978) περιόρισε τον όρο στην οµάδα εκείνη των µετακινήσεων πρανών, όπου λαµβάνει χώρα διατµητική θραύση κατά µήκος µιας καθορισµένης επιφάνειας ή κατά µήκος πολλών επιφανειών. Με τη γενική έννοια του όρου εποµένως, κατολίσθηση είναι κάθε αλλαγή, µεγάλη ή µικρή, της επιφάνειας µιας κλιτύος, συνοδευόµενη από µετακίνηση υλικού, µε ρήξη ή όχι της συνέχειάς της, αργή ή ξαφνική που προέρχεται από δυνάµεις βαρύτητας και οφείλεται σε φυσικά ή τεχνητά αίτια. Η κατολίσθηση εκφράζει το αποτέλεσµα αναζήτησης µιας νέας κατάστασης ισορροπίας του εδάφους και είναι δυνατή η ανθρώπινη επέµβαση για την πλήρη παύση ή την επιβράδυνση του φαινοµένου. Πρόκειται για ένα συχνό φαινόµενο µείζονος µηχανικής σηµασίας, καθώς αποτελεί έναν από τους πιο συχνούς φυσικούς κινδύνους και συνδέεται µε πολύ σηµαντικές κοινωνικές και οικονοµικές επιπτώσεις (Εικόνα 2.1). Σε αρκετές περιπτώσεις οι κατολισθήσεις αποτελούν τον τρίτο φυσικό κίνδυνο όσον αφορά τον αριθµό των θυµάτων, µετά από τους σεισµούς και τις πληµµύρες. Για το λόγο αυτό, η µελέτη των κατολισθήσεων αποτελεί ένα πολύ ενδιαφέρον ερευνητικό πεδίο, προκειµένου να καθορισθεί η ευαισθησία µιας συγκεκριµένης ζώνης που επηρεάζεται από αυτές τις διαδικασίες. Οι µετακινήσεις του εδάφους µπορούν εν γένει να πλήξουν: Ορεινά ή πεδινά χωριά έως και µεγάλες αστικές περιοχές Στοές µεταλλείων Οδικό δίκτυο και σήραγγες (Εικόνα 2.2) Φράγµατα (αντερείσµατα ή ταµιευτήρας) ίκτυα κοινής ωφέλειας και υποθαλάσσιες κατασκευές (περίπτωση αστοχίας πρανών κυρίως λόγω σεισµού κάτω από την επιφάνεια της θάλασσας). 3

13 Εικόνα 2.1: Κατολίσθηση σε κατοικηµένη περιοχή. (Πηγή: Εικόνα 2.2: Πλήξη οδού από µετακινήσεις εδαφών. (Πηγή: 4

14 Η κατολισθητική επικινδυνότητα µιας περιοχής, αποτελεί επίσης ουσιαστική παράµετρο στη συνολική εκτίµηση της γεωλογικής-γεωτεχνικής καταλληλότητας της περιοχής αυτής. Η ενεργοποίηση κατολισθητικών φαινοµένων παρουσιάζει ποικιλότητα και συναρτάται µε αριθµό ενδογενών και εξωγενών παραγόντων. Τα περισσότερα πρανή στην επιφάνεια της γης έχουν περιέλθει σε µια κατάσταση ισορροπίας, όπως αυτή έχει διαµορφωθεί κατά τη διάρκεια της γεωλογικής εξέλιξης του πρανούς (αποφορτίσεις λόγω διαβρώσεων, µεταβολή των ιδιοτήτων των υλικών, παλαιές µετακινήσεις, κλπ.). Οι µετακινήσεις γεωµαζών είναι το συνιστάµενο αποτέλεσµα πολλών και σύνθετων διεργασιών που παρουσιάζουν δυναµική εξέλιξη και προκαλούν σηµαντικές αλλοιώσεις του φυσικού περιβάλλοντος. Η έκταση και ο ρυθµός των περιβαλλοντικών επιπτώσεων κυµαίνονται από τη µορφολογική εξέλιξη της επιφανείας λόγω των γεωδυναµικών διεργασιών αποσάθρωσης-διάβρωσης µέχρι την τοπική και ραγδαία αλλαγή των τοπογραφικών δεδοµένων µιας περιοχής, που προκαλείται από µια κατολίσθηση (Εικόνα 2.3). Εικόνα 2.3: Κατολίσθηση στην περιοχή Brazeau Lake, Alta. (Πηγή: Μορφές των κατολισθήσεων Οι µορφές και τα χαρακτηριστικά των κατολισθήσεων παρουσιάζουν πολύ µεγάλη ποικιλία και ο µηχανισµός ανάπτυξής τους είναι σύνθετος και κατά περίπτωση διαφορετικός. Για το λόγο αυτό, κατά καιρούς έχουν προταθεί διάφορες ταξινοµήσεις των κατολισθήσεων, οι οποίες στηρίζονται σε ποικίλα κριτήρια, µε αποτέλεσµα την διαφοροποίηση των συστηµάτων ταξινόµησης. 5

15 Ανάλογα µε το είδος της κίνησης, οι κατολισθήσεις διαχωρίζονται σε πέντε κατηγορίες: πτώσεις (falls), ανατροπές (topples), ολισθήσεις (slides), εξαπλώσεις (spreads) και ροές (flows). Ανάλογα µε το υλικό η µάζα η οποία κατολισθαίνει µπορεί να είναι βράχος ή έδαφος (χονδρόκοκκοι ή λεπτόκοκκοι σχηµατισµοί). Ανάλογα µε το στάδιο δράσης χαρακτηρίζονται ως ενεργές, επανενεργοποιηµένες, αδρανείς, ανενεργές, αρχαίες ή απολιθωµένες. Στα επόµενα σχήµατα (Σχήµα 2.1 έως 2.5) παρουσιάζονται οι κυριότεροι τύποι των κατολισθήσεων: Σχήµα 2.1: Πτώση βράχου Σχήµα 2.2: Ανατροπή λόγω κάµψης (Πηγή: Goodman and Bray, 1976) Σχήµα 2.3: Ροή ξηρής άµµου (Πηγή: Varnes, 1978) Σχήµα 2.4: Περιστροφική ολίσθηση βράχου (Πηγή: Varnes, 1978) Σχήµα 2.5: Εξαπλώσεις βράχων χωρίς καλώς ορισµένη επιφάνεια διάτµησης ή ζώνης πλαστικής ροής (Πηγή: Varnes, 1978) 6

16 Ειδικά όσον αφορά τη µορφή των κατολισθητικών φαινοµένων το 1978 ο Varnes πρότεινε πέντε κύριες µορφές κατολισθήσεων, ως ακολούθως: Κατάπτωση (ελεύθερη πτώση τεµαχών βραχόµαζας) Ανατροπή (Τεµάχη βραχόµαζας περιστρέφονται γύρω από ένα σηµείο που βρίσκεται κάτω από το κέντρο βάρους του τεµάχους). Ολίσθηση - Περιστροφική: Η βραχόµαζα περιστρέφεται περί ενός σηµείου που βρίσκεται πάνω από το κέντρο βάρους. - Επίπεδη: Η βραχόµαζα κινείται κατά µήκος ενός επιπέδου. Πλευρική µετατόπιση Ροή - Σε βραχόµαζα: Συνεχείς ερπυστικές µετακινήσεις επιφανειακά και σε βάθος που αφορούν εξαιρετικά αργές και διαφορικές µετατοπίσεις σχετικώς υγιών τεµαχών. - Σε έδαφος: Η µετακινούµενη µάζα προσοµοιάζεται µε ένα παχύρρευστο υγρό. Σύνθετες µορφές (Συνδυασµός δύο ή περισσοτέρων από τους προαναφερθέντες τύπους αστοχιών.) Στον Πίνακα 2.1 παρουσιάζεται συγκεντρωτικά η ταξινόµηση των κατολισθήσεων κατά Varnes (1978), ενώ στη συνέχεια δίνεται µια συνοπτική περιγραφή κάθε τύπου µετακίνησης σύµφωνα µε την ταξινόµηση αυτή. Πίνακας 2.1: Ταξινόµηση κατολισθήσεων κατά Varnes (1978) Τύπος µετακίνησης Τύπος µετακινούµενου υλικού Κατάπτωση Κατάπτωση βράχων Κατάπτωση κορηµάτων Κατάπτωση Γαιών Ανατροπή Ανατροπή βράχων Ανατροπή κορηµάτων Ανατροπή Γαιών Ολίσθηση Περιστροφική Ολίσθηση Μεταθετική Ολίσθηση Περιστροφική Ολίσθηση βραχώδους υποβάθρου Μεταθετική Ολίσθηση βραχώδους υποβάθρου Περιστροφική Ολίσθηση κορηµάτων Μεταθετική Ολίσθηση κορηµάτων Περιστροφική Ολίσθηση Γαιών Μεταθετική Ολίσθηση Γαιών Πλευρική Εξάπλωση Πλευρική Εξάπλωση βραχώδους υποβάθρου Πλευρική Εξάπλωση κορηµάτων Πλευρική Εξάπλωση Γαιών Ροή Ροή - Ερπυσµός βραχώδους υποβάθρου Ροή κορηµάτων - Ερπυσµός Εδάφους Ροή Γαιών - Ερπυσµός Εδάφους Σύνθετη Σύνθετη Σύνθετη Σύνθετη 7

17 Καταπτώσεις (falls) Σε αυτή τη κατηγορία, µία µάζα πετρώµατος ή συνεκτικού εδάφους, οποιουδήποτε µεγέθους, αποσπάται από ένα εδαφικό ή βραχώδες πρανές, κατά µήκος µιας επιφάνειας. Η πτώση γίνεται κυρίως ελεύθερα, µε αναπήδηση ή κύλιση στην επιφάνεια του πρανούς. Η µετακίνηση αυτού του τύπου είναι πολύ έως εξαιρετικά γρήγορη και είναι πιθανό να έχουν προηγηθεί µικρότερες µετακινήσεις που έφεραν τον προοδευτικό αποχωρισµό της µετακινούµενης µάζας από το µητρικό πέτρωµα (Σχήµα 2.6). Σχήµα 2.6: Καταπτώσεις βράχων, κορηµάτων και γαιών. (1) τυπική κατάπτωση βράχων (Varnes 1978), (2) κατάπτωση λόγω διαφορικής αποσάθρωσης (Letourneur and Michel 1971), (3) λόγω φυσικού κατακερµατισµού ή από εκρήξεις, (4) λόγω ρωγµών και διαφορικής διάβρωσης από το κύµα, (5) λόγω ρωγµών και διαφορικής διάβρωσης από το ποτάµι (Varnes 1978), (6) (α) άµεση κατάπτωση γαιών- εδάφους ή (β) µετά από ολίσθηση (Πηγή: Κούκης-Σαµπατακάκης (2007)) 8

18 Το φαινόµενο των καταπτώσεων είναι συνηθισµένο στα απότοµα πρανή πολύ συνεκτικών εδαφών ή βράχων, τα οποία υποσκάπτονται από την ενέργεια θαλάσσιων κυµάτων ή το ρεύµα ποταµών ή ακόµα και από ανθρωπογενή παρέµβαση. Στην περίπτωση καταπτώσεων βράχων (rock falls), η µάζα που µετακινείται είναι µάζα βράχων που αποσπάστηκαν από µια περιοχή του υποβάθρου. Οι πιο συχνές περιπτώσεις αναφέρονται σε εναλλαγές συµπαγών και λιγότερων συµπαγών πετρωµάτων, καθώς και συµπαγή πετρώµατα µε δυσµενή προσανατολισµό ασυνεχειών. Στην περίπτωση καταπτώσεων κορηµάτων (debris falls), η µάζα που αποκολλάται είναι κορήµατα, που αποτελούνται από θραύσµατα δηµιουργηµένα πριν το κατολισθητικό φαινόµενο. Ο Rapp (1960) διακρίνει τις πρωτογενείς καταπτώσεις (πτώσεις υλικών κατευθείαν από το µητρικό πέτρωµα) και τις δευτερογενείς καταπτώσεις (πτώσεις µεταφερόµενων χαλαρών υλικών). Τέλος, η κατάπτωση γαιών ή εδάφους (earth fall) είναι πολύ σπάνιο φαινόµενο και κατά κανόνα υπόκειται σε άλλους τύπους µετακίνησης (Κούκης-Σαµπατακάκης, 2007). Ανατροπές (topples) Κατά τις ανατροπές, η κίνηση είναι µια προς τα έξω περιστροφή της µάζας, γύρω από ένα σηµείο ή άξονα περιστροφής που βρίσκεται χαµηλότερα από το κέντρο βάρους της µετακινούµενης µάζας. Προκαλείται κυρίως από τη βαρύτητα και από τις δυνάµεις που ασκούνται από τα γειτονικά τεµάχη ή από την επίδραση του νερού που γεµίζει τις ασυνέχειες. Η ανατροπή εξελίσσεται συνήθως σε πτώση ή ολίσθηση, ανάλογα µε τη γεωµετρία του πρανούς, της µετακινούµενης µάζας και της επιφάνειας αποκόλλησης (Σχήµα 2.7). Σχήµα 2.7: (α) Ανατροπή λόγω κάµψης, (β) Ανατροπή λόγω παρουσίας εφελκυστικών ρωγµών, (γ)ανατροπή εδαφικών υλικών (Πηγή: Κούκης-Σαµπατακάκης (2007)). 9

19 Η ανατροπή σαν κίνηση πλήττει κυρίως βραχώδη πρανή (rock topple), ενώ αντίθετα η ανατροπή κορηµάτων και γαιών (debris and soil topple) είναι ένα σπάνιο φαινόµενο που όταν εµφανιστεί οφείλεται, κατά κύριο λόγο, σε υποσκαφή της βάσης του πρανούς λόγω φυσικών διεργασιών (π.χ. διάβρωση) ή ανθρώπινων παρεµβάσεων (π.χ. λατοµεία). Οι ανατροπές βράχων και οι ανατροπές κορηµάτων εµφανίζονται κυρίως σε σχιστόλιθους, ασβεστόλιθους, βασάλτες και δολερίτες ενώ οι ανατροπές εδαφών σε αργίλους. Ολισθήσεις (slides) Στις ολισθήσεις, η µετακίνηση προϋποθέτει διατµητική παραµόρφωση και θραύση ολίσθηση του υλικού κατά µήκος µιας ή και περισσότερων επιφανειών. Ανάλογα µε τη µορφή της επιφάνειας ολίσθησης και το µηχανισµό µετακίνησης διακρίνουµε τα παρακάτω είδη ολισθήσεων: Περιστροφικές Ολισθήσεις (rotational slides) Γίνονται συνήθως κατά µήκος κοίλων προς τα πάνω επιφανειών µε µικρή παραµόρφωση στο εσωτερικό της µετακινούµενης µάζας. Το ανώτερο τµήµα της µετακινούµενης µάζας κινείται προς τα κάτω µε µια µικρή κάµψη προς τα πίσω, λόγω της περιστροφικής κίνησης, ενώ στη βάση της µετακινούµενης µάζας παρατηρείται ανύψωση. Είναι η πιο συνηθισµένη µορφή και δίνεται συνήθως µε τον όρο κάθιση (slump). Οι πρώτες ενδείξεις πριν την εκδήλωσή τους είναι η εµφάνιση εδαφικών τοξοειδών ρωγµών, κατά µήκος των οποίων θα αναπτυχθεί η κύρια κατακρήµνιση (Σχήµα 2.8 και 2.9). Σχήµα 2.8: Περιστροφικές ολισθήσεις κατά Varnes 1978: (α) βραχώδους υποβάθρου, (β) γαιών (Πηγή: Κούκης-Σαµπατακάκης (2007)). Σχήµα 2.9: Γενική διάταξη των δένδρων στις περιστροφικές ολισθήσεις (Landslides: Analysis and control, 1978) (Πηγή: Κούκης-Σαµπατακάκης (2007)). 10

20 Οι καθίσεις κορηµάτων και γαιών εµφανίζονται κυρίως σε συµπαγοποιηµένες αργίλους, αποσαθρωµένες µάργες και ιλυόλιθους, ενώ οι καθίσεις βράχων εµφανίζονται κυρίως σε εναλλαγές µαργών µε ασβεστόλιθους ή ψαµµίτες. Ο ρυθµός µετακίνησης των καθίσεων κορηµάτων είναι > 3m/sec, ενώ ο ρυθµός µετακίνησης των καθίσεων βράχων είναι αργότερος και κυµαίνεται από cm/χρόνο έως m/µήνα (Varnes 1978). Η µορφή του τύπου αυτού ολίσθησης µπορεί να περιγραφεί µε τη βοήθεια του Σχήµατος 2.10 όπου παρουσιάζεται και η ονοµατολογία µιας περιστροφικής ολίσθησης. Σχήµα 2.10: Περιστροφική ολίσθηση κατά Varnes (Πηγή: Κούκης-Σαµπατακάκης (2007)). Στο σχήµα αυτό παρατηρούµε τις εξής περιοχές: - Στέψη (crown): το ανώτερο σταθερό τµήµα του φυσικού εδάφους, το πλησιέστερο προς την κύρια κατακρήµνιση. - Κύρια κατακρήµνιση (main scarp): απότοµο βύθισµα της επιφάνειας του φυσικού εδάφους στο ανώτερο τµήµα της ολίσθησης (στέψη). - Κορυφή (top): το υψηλότερο σηµείο επαφής της µετακινούµενης µάζας και της κύριας κατακρήµνισης. - Κεφαλή (head): τα ανώτερα τµήµατα της κατολίσθησης κατά µήκος της επαφής της µετακινούµενης µάζας και της κύριας κατακρήµνισης. - ευτερεύουσα κατακρήµνιση (minor scarp): δευτερεύουσα επιφάνεια θραύσης της µετακινούµενης µάζας που προκλήθηκε από διαφορικές µετακινήσεις της µάζας αυτής. - Κύριο σώµα (main body): το τµήµα της µετακινούµενης µάζας που υπέρκεινται της επιφάνειας ολίσθησης, µεταξύ της κύριας κατακρήµνισης και της απόληξης της επιφάνειας ολίσθησης. 11

21 - Άκρο (tip): το σηµείο της απόληξης που απέχει τη µεγαλύτερη απόσταση από την κορυφή της κατολίσθησης. - Απόληξη (toe): το κατώτερο, συνήθως κυρτό όριο, της µετακινούµενης µάζας. - Πόδας (foot): το τµήµα της κατολίσθησης που έχει µετακινηθεί πέραν της απόληξης της επιφάνειας ολίσθησης και το οποίο υπέρκεινται της αρχικής επιφάνειας του εδάφους. - Επιφάνεια ολίσθησης (surface of rupture): η επιφάνεια που αποτελεί επέκταση της κύριας κατακρήµνισης κάτω από τη µετακινούµενη µάζα, πάνω στην οποία έγινε η κατολίσθηση. - Επιφάνεια διαχωρισµού (surface of separation): το τµήµα της αρχικής επιφάνειας του φυσικού εδάφους που καλύπτεται από τον πόδα της κατολίσθησης. - Αρχική επιφάνεια εδάφους (original ground surface): η επιφάνεια του εδάφους πριν την εκδήλωση της κατολίσθησης. Γενικά µπορεί να δηµιουργηθεί µια απλή περιστροφική ολίσθηση, αλλά µπορούν να συµβούν και διαδοχικές περιστροφικές ολισθήσεις ή πολλαπλές περιστροφικές ολισθήσεις (Σχήµα 2.11). Στις απλές περιστροφικές ολισθήσεις, όπως αναφέρθηκε, η κίνηση είναι περιστροφική, γύρω από έναν άξονα που είναι παράλληλος προς τη διεύθυνση του πρανούς. Τα ανώτερα τµήµατα της κατολίσθησης είναι δυνατόν να κάµπτονται µε κλίσεις αντίθετες προς τη ρηξιγενή επιφάνεια σχηµατίζοντας µικρές τάφρους. Επίσης οι καθίσεις είναι πιθανό να µετατραπούν σε ροές στον πόδα της κατολίσθησης συνήθως όταν η κατολισθαίνουσα µάζα εµποτιστεί µε νερό κι έτσι προκύπτει ένας σύνθετος τύπος µετακίνησης µαζών που ονοµάζεται κάθιση - ροή γαιών (slump - earth flow). Στις διαδοχικές περιστροφικές, η ολίσθηση που γίνεται διαδοχικά χαρακτηρίζεται από µια σειρά περιστροφικών ολισθήσεων, που είναι ανεξάρτητες ή όχι η µια από την άλλη, κατά µήκος µιας πλαγιάς. Αυτού του τύπου ολισθήσεις είναι ρηχές έως µετρίως βαθιές, µε µεγάλη πλευρική έκταση. Εµφανίζονται κυρίως σε λεπτόκοκκα ή αποσαθρωµένα εδάφη. Χαρακτηριστικές δοµές που σχηµατίζονται στον τύπο αυτό των κατολισθήσεων είναι οι καθίσεις µικρής κλίµακας σε πλαγιές µε φυτοκάλυψη, γνωστές ως ταράτσες. Τέλος, όσον αφορά τις πολλαπλές περιστροφικές ολισθήσεις, ο τύπος αυτός χαρακτηρίζεται από δύο ή περισσότερες µονάδες ολίσθησης, όπου η επιφάνεια ολίσθησης της κάθε µιας µονάδας συνενώνεται µε µια κοινή βασική επιφάνεια ολίσθησης. Όταν η κίνηση ξεκινά από την κεφαλή της κατολίσθησης οι εφελκυστικές ρωγµές που βρίσκονται στο κύριο σώµα της κατολίσθησης καθίστανται προοδευτικά πλατύτερες. Η κατολισθαίνουσα µάζα στην περίπτωση αυτή διανύει µια µικρή απόσταση και συχνά παράγεται ένας κλιµακωτός σχηµατισµός µε µια νέα κατακρήµνιση. Κατά την κίνηση αυτή η µάζα στρέφεται κατά µήκος κάθε επιφάνειας διάτµησης. Οι ταχύτητες µετακίνησης στις περιπτώσεις αυτές είναι µικρές. 12

22 Σχήµα 2.11: Απλή, πολλαπλή και περιστροφική ολίσθηση. Μεταθετικές Ολισθήσεις (translational slides) Η µάζα που αποσπάται από το πρανές µετακινείται προς τα έξω ή προς τα κάτω και έξω, κατά µήκος µιας κατά προσέγγιση επίπεδης ή οµαλής κυµατοειδούς επιφάνειας, µε πολύ µικρή ή καθόλου περιστροφή. Συνήθως η µετακινούµενη µάζα ολισθαίνει παράλληλα µε την επιφάνεια ολίσθησης και πάνω σε αυτή (Σχήµα 2.12). Σχήµα 2.12: Μεταθετικές ολισθήσεις (Hansen 1965 και Varnes 1978) (α) αποσαθρωµάτων, (β) εδαφικού τεµάχους, (γ) επίπεδη, (δ) σφηνοειδής (Πηγή: Κούκης-Σαµπατακάκης (2007)). 13

23 Η κίνηση ελέγχεται συνήθως από επιφάνειες ασυνέχειας όπως ρήγµατα, διακλάσεις, επίπεδα στρώσης, καθώς και από την λιθολογία των στρωµάτων των οποίων η διατµητική αντοχή ποικίλλει. Η µετακινούµενη µάζα µπορεί να αποτελείται είτε από µια στρωµατογραφική µονάδα ή από περισσότερες συνδεδεµένες µεταξύ τους, όπου ο τύπος της µετακίνησης ονοµάζεται ολίσθηση τεµάχους (block slide), είτε από πολλές ανεξάρτητες µονάδες όπου ανάλογα µε τη φύση του υλικού διαχωρίζονται σε ολίσθηση βράχων (rock slide), ολίσθηση κορηµάτων (debris slide) και ολίσθηση ιλύος (mudslide). Ολίσθηση Τεµάχους (block slide) Οι ολισθήσεις τεµαχών εντοπίζονται κυρίως σε συµπαγές υπόβαθρο (rock block slide). Συχνά ένας αριθµός από επιφάνειες διάτµησης που εντοπίζονται στην κεφαλή µιας σύνθετης ολίσθησης οδηγούν στον σχηµατισµό βυθισµάτων (grabens). Ένα βύθισµα είναι ένα δοµικό µπλοκ το οποίο υποχωρεί µεταξύ δυο αντίρροπων και απότοµα κεκλιµένων επιφανειών, συνήθως µε µια ελαφρά προς τα πίσω κλίση. Κατά το σχηµατισµό του βυθίσµατος το µπλοκ που έχει αποχωριστεί πιέζεται προς τα κατάντη δηµιουργώντας µια ευδιάκριτη ράχη. Επιπλέον έχουµε ολισθήσεις τεµαχών (slab slide) που επιµέρους διαχωρίζονται σε ολισθήσεις τεµαχών εδάφους (soil block slide) και ολισθήσεις τεµαχών κορηµάτων (debris block slide). Αυτές σχηµατίζουν είτε ένα ορθογωνίου σχήµατος παραλληλεπίπεδο πρίσµα ή ένα τριγωνικό πρίσµα (Σχήµα 2.12). Στις περιπτώσεις όπου η επιφάνεια ολίσθησης είναι ακανόνιστου σχήµατος σχηµατίζονται ρηχές λεκάνες και περιστροφικές ολισθήσεις. Στις περιπτώσεις όπου το πάχος της µετακινούµενης µάζας είναι µικρό τότε στον πόδα της κατολίσθησης εµφανίζεται συνήθως µια κυµατοειδής δοµή. Συνήθως παρατηρούνται διάφορα στάδια ολίσθησης, από αρχική ρηγµάτωση του επιφανειακού στρώµατος έως προχωρηµένες µορφές µε αλλεπάλληλες ολισθήσεις η µία πάνω στην άλλη. Το είδος αυτό της µετακίνησης µαζών εµφανίζεται σε συνεκτικά λεπτόκοκκα εδάφη, σε κορήµατα αποσαθρωµάτων και σε αποσαθρωµένα εδάφη από αργίλους. Ο ρυθµός µετακίνησης είναι υψηλός και οι ολισθήσεις χαρακτηρίζονται ως ρηχές. Οι ολισθήσεις αυτές βρίσκονται σε ηρεµία κατά τις ξηρές περιόδους και ενεργοποιούνται κατά τη διάρκεια βροχοπτώσεων. Ολίσθηση Βράχου (rock slide) Η κίνηση ελέγχεται από την παρουσία, την διεύθυνση και την απόσταση επιφανειών ασυνέχειας, όπως ρήγµατα διακλάσεις, επίπεδα στρώσης, σχιστότητα κλπ. Οι ολισθήσεις βράχων προκαλούνται όταν οι επιφάνειες των ασυνεχειών κλίνουν οµόρροπα προς το πρανές ή όταν η ισορροπία στον πόδα της κατολίσθησης διαταραχθεί. Ο ρυθµός µετακίνησης της µάζας κυµαίνεται από χαµηλός έως πολύ υψηλός. Το βάθος της επιφάνειας ολίσθησης είναι µικρό και το πάχος του βράχου που αποχωρίζεται είναι συνήθως το 10% του µήκους του. 14

24 Ολίσθηση Κορηµάτων (debris slide) Σε αυτόν τον τύπο κατολίσθησης, η µετακινούµενη µάζα διασπάται σε µικρότερα τµήµατα κατά τη διάρκεια της κίνησης που είναι συνήθως αργή (Varnes, 1978). Οι ολισθήσεις κορηµάτων εµφανίζονται κυρίως σε κολλούβια υλικά, αλλά σπανιότερα σε φλύσχη και σχίστες µε παρατηρούµενες ταχύτητες µετακίνησης >16m/sec. Οι ολισθήσεις κορηµάτων προκαλούνται κυρίως από βροχοπτώσεις ή σεισµούς. Επιπλέον τα πολύ απότοµα πρανή ευνοούν ολισθήσεις µε µεγάλες ταχύτητες ώστε να σχηµατιστούν χιονοστιβάδες κορηµάτων (debris avalanche). Ολίσθηση Λάσπης (mudslide) Οι ολισθήσεις λάσπης είναι ένας τύπος κατολίσθησης κατά τον οποίο υλικά ολισθαίνουν κυρίως κατά µήκος επιφανειών διάτµησης, µε µια σχετικά αργή κίνηση, σχηµατίζοντας µια επιµήκη ή λοβοειδή µορφή. Τα υλικά στα οποία κυρίως εµφανίζονται οι ολισθήσεις λάσπης είναι: κορεσµένες ή σε συµπαγή µορφή άργιλοι, ιλυούχες άργιλοι, κατακερµατισµένοι ιλυόλιθοι, άργιλοι µέτριας πλαστικότητας, λεπτόκοκκοι άµµοι και ιλύες. Τρία κύρια στοιχεία ξεχωρίζουν στη γεωµετρία των κατολισθήσεων ιλύος : η περιοχή τροφοδοσίας του υλικού (source area), το κανάλι κίνησης (track) και η ζώνη συσσώρευσης λοβοειδούς γεωµετρίας. Η περιοχή τροφοδοσίας, έχει σφαιροειδές σχήµα κεφαλής το οποίο υποστηρίζεται από απότοµα πρανή. Ανάντη της στέψης υπάρχουν ανοικτές δέσµες διακλάσεων. Τα κανάλια είναι τις περισσότερες φορές απότοµα, ευθύγραµµα, µε ποικίλα µήκη, που καταλήγουν συνήθως στα κατάντη µε λοβοειδές σχήµα. Η ζώνη συσσώρευσης αναπτύσσεται στη βάση του πρανούς, από κορήµατα τα οποία έχουν µεταφερθεί µέσω των καναλιών, σχηµατίζοντας συχνά κλιµακωτή διάρθρωση (Σχήµα 2.13). Σχήµα 2.13: Απεικόνιση ολίσθησης λάσπης. 15

25 Πλευρικές εξαπλώσεις (lateral spreads) O όρος πλευρική εξάπλωση περιγράφει την πλευρική διάταση ενός συνεκτικού πετρώµατος (rock) ή µιας συµπαγούς µάζας εδάφους (soil) που υπέρκειται πλαστικών και µαλακών υλικών. Η διάταση υποβοηθείται είτε από προϋπάρχουσες διακλάσεις είτε από διακλάσεις που σχηµατίζονται κατά τη διάρκεια της ολίσθησης (διατµητικές ή εφελκυστικές ρωγµές). ιακρίνεται σε τρεις βασικούς τύπους: Εξάπλωση τεµαχών (block spreads) Βραχώδεις γεωλογικοί σχηµατισµοί, που υπέρκεινται άλλων ασθενέστερων, διαχωρίζονται µε κατακόρυφες ρωγµές σε τεµάχη. Το υποκείµενο υλικό συνθλίβεται και συχνά καλύπτει τις ρωγµές που δηµιουργούνται. Η µετατόπιση κατανέµεται σε όλη την εκτεινόµενη µάζα και τις περισσότερες φορές είναι εξαιρετικά αργή. Το έντονο ανάγλυφο και οι προϋπάρχουσες ασυνέχειες ευνοούν την έκταση. Τα υλικά στα οποία εντοπίζεται είναι κυρίως ασβεστόλιθοι, δολοµίτες, µεταµορφωµένα και εκρηξιγενή πετρώµατα (Σχήµα 2.14). Η κίνηση επεκτείνεται αρκετά km, ενώ οι µάζες των πετρωµάτων είναι πολύ µεγάλες και ο όγκος συχνά ξεπερνά το ένα εκατοµµύριο m 3. Η ταχύτητα είναι ιδιαιτέρως αργή σε σύγκριση µε άλλους τύπους κατολισθήσεων. Οι µεγάλης κλίµακας εκτάσεις πετρωµάτων γενικώς δεν είναι εποχικές αν και έχει καταγραφεί ότι οι µεταβολές της θερµοκρασίας είναι σηµαντικές για τη γένεσή τους. Όταν ο µηχανισµός θραύσης αφορά ένα τεκτονικώς διερρηγµένο πέτρωµα, υπερκείµενο µαλακότερων αργιλικών σχιστών ή άλλων πλαστικών υλικών, αναµένονται αρκετά στάδια κίνησης. Κατά την έκταση των πετρωµάτων τα υποκείµενα µαλακά υλικά υφίστανται πλαστική παραµόρφωση κατά µήκος ενός συστήµατος επιφανειών ολίσθησης. Οι επιφάνειες αυτές µπορεί να σχηµατίσουν µια καλώς καθορισµένη επιφάνεια ολίσθησης κατά µήκος της οποίας θα εκδηλωθούν ολισθήσεις τεµαχών. Σχήµα 2.14: Πλευρική εξάπλωση ασβεστολιθικών τεµαχών που υπέρκεινται µαλακότερων σχηµατισµών (Πηγή: Κούκης-Σαµπατακάκης (2007)). Εξάπλωση λόγω ρευστοποίησης (liquefaction spreads) ηµιουργούνται κυρίως σε λεπτόκοκκα εδαφικά υλικά, σε ευαίσθητες αργίλους (sensitive clays) και χαλαρές ιλύες οι οποίες, όταν διαταραχθούν, παρουσιάζουν απώλεια της αντοχής τους. Η θραύση είναι βαθµιαία και συνήθως αρχίζει σαν εκτεταµένη καθίζηση µε αντίστροφη 16

26 προοδευτική επέκταση (δηλαδή από την αρχική θραύση προς τα πίσω). Η κίνηση ξεκινάει χωρίς προειδοποίηση και είναι µεγάλης έως πολύ µεγάλης ταχύτητας (Σχήµα 2.15). ιαφέρει από την εξάπλωση τεµαχών ως προς το πάνω συµπαγές σύστηµα (υπερκείµενο), το οποίο αντικαθίσταται µε έδαφος. Πιο συγκεκριµένα η εξάπλωση λόγω ρευστοποίησης µπορεί να οριστεί ως η υποχώρηση ενός ευαίσθητου υποκείµενου στρώµατος σε ένα συγκεκριµένο βάθος, η οποία ακολουθείται είτε από µετακίνηση του υπερκείµενου πιο ανθεκτικού εδαφικού στρώµατος, είτε από προοδευτική θραύση σε όλη την ολισθαίνουσα µάζα. Η διάρκεια της εξάπλωσης αυτής είναι µόλις λίγα λεπτά. Οι περισσότερες εξαπλώσεις λόγω ρευστοποίησης εντοπίζονται σε παράκτιες περιοχές και κοντά σε παραποτάµιες περιοχές καθώς και σε λίµνες. Σε ορισµένες περιπτώσεις οι πλευρικές εξαπλώσεις αρχίζουν από χαµηλότερα και εξελίσσονται προς µεγαλύτερα υψόµετρα (λόγω αναστροφής επέκτασης της θραύσης). Κύριο γεωµετρικό χαρακτηριστικό του τύπου αυτού των κατολισθήσεων είναι ο υψηλός λόγος πάχους/µήκους της κατολισθαίνουσας µάζας κατά τη διεύθυνση της πλαγιάς. Χαρακτηριστική είναι η παρουσία ράχεων πιέσεως (pressure ridges) που συχνά δοµούνται από άµµο, πηλό ή και άργιλο, κάθετα στη διεύθυνση της κίνησης καθώς και το ηµισεληνοειδές σχήµα των θραύσεων της κεφαλής. Σχήµα 2.15: Πλευρική εξάπλωση αργίλου που υπέρκειται ρευστοποιηµένου στρώµατος άµµου και ιλύος (Πηγή: Κούκης-Σαµπατακάκης (2007)). Σύνθετη πλευρική εξάπλωση (complex spreads) Πρόκειται για µετακινήσεις που εκδηλώνονται ως έντονες παραµορφώσεις οριζόντιων σκληρών και διερρηγµένων στρωµάτων που υπέρκεινται ρωγµατωµένων αργίλων ή µαλακών σχιστόλιθων και παρατηρήθηκαν σε πολλές κοιλάδες της Αγγλίας κατά την κατασκευή φραγµάτων. Ο µηχανισµός της µετακίνησης αυτή δεν έχει διευκρινιστεί αρκετά (Σχήµα 2.16). 17

27 Σχήµα 2.16: Σύνθετη ολίσθηση: Πλευρική εξάπλωση ασβεστόλιθων και αναθόλωση των υποκείµενων αργιλικών σχιστόλιθων (Πηγή: Κούκης-Σαµπατακάκης (2007)). Ροές (flows) Η ροή (flow) είναι ένας µηχανισµός παραµόρφωσης στον οποίο συντελείται µια συνεχής, µη αναστρέψιµη παραµόρφωση ενός υλικού που συµβαίνει ως αντίδραση στην ασκούµενη πίεση. Εκδηλώνονται κυρίως σε χαλαρά υλικά µε την µετακινούµενη µάζα να υφίσταται έντονες παραµορφώσεις, ενώ όταν χαρακτηρίζονται από πολύ έως εξαιρετικά αργή ταχύτητα µετακίνησης τότε ταξινοµούνται στον ερπυσµό (creep). Στον ερπυσµό η µετατόπιση είναι δυσδιάκριτη, ενώ σαν φαινόµενο αναγνωρίζεται από την κλίση δέντρων, στύλων ή ακόµα και από τη χαρακτηριστική θέση θραυσµάτων κάποιου γεωλογικού ορίζοντα. Όταν µιλάµε για ροές του βραχώδους υποβάθρου τότε αναφερόµαστε σε παραµορφώσεις τις βραχόµαζας που κατανέµονται ανάµεσα σε ρωγµές ή διακλάσεις, χωρίς τον εντοπισµό µετατόπισης κατά µήκος µιας επιφάνειας. Αντίθετα, στα χαλαρά υλικά, οι ροές αναγνωρίζονται ευκολότερα αφού οι µετατοπίσεις είναι σηµαντικά µεγαλύτερες και πολύ πιο ευκρινείς. Στο χονδρόκοκκο υλικό είναι γνωστές ως ροές κορηµάτων και στο λεπτόκοκκο σαν ροές γαιών, οι οποίες παρουσιάζουν ακόµη µεγαλύτερη έκταση και ένταση όσο µεγαλύτερο είναι το ποσοστό αργιλικού υλικού (Σχήµα 2.17). Στη συνέχεια περιγράφονται αναλυτικότερα οι κυριότερες µορφές ροών: η ροή υποβάθρου - ερπυσµός (rock flow - creep), η ροή κορηµάτων (debris flow) και η ροή γαιών (soil flow). 18

28 Σχήµα 2.17: (α) (β) Ροή κορηµάτων, (γ) Ροή γαιών, (δ) Ροή άµµου ιλύος (Πηγή: Κούκης-Σαµπατακάκης (2007)) Ροή Υποβάθρου - Ερπυσµός (rock flow - creep) Οι ροές υποβάθρου διακρίνονται σε τρεις κύριες κατηγορίες : το βαρυτικό ερπυσµό µεγάλου βάθους (deep seated gravitational creep), τον βαρυτικό ερπυσµό (gravitational creep) και τον απλό ερπυσµό (creep). Οι περιπτώσεις απλού ερπυσµού σε υπόβαθρο είναι σπάνιες. Ο ερπυσµός είναι ο τύπος βαρυτικών µετακινήσεων µε τη χαµηλότερη ταχύτητα και φθάνει τα µερικά mm/yr. Μπορεί να συµβαίνει παντού ακόµα και στα µικρής κλίσεως πρανή και περιλαµβάνει χαλαρά υλικά, όπως το έδαφος τον αποσαθρωµένο µανδύα κτλ, που σπάνια ξεπερνούν σε πάχος τα µερικά m. Για τους λόγους αυτούς αν και το φαινόµενο είναι αργό, είναι υπεύθυνο για τις µεγαλύτερες σε όγκο βαρυτικές µετακινήσεις στην επιφάνεια της γης. Εξαιτίας της µικρότερης τριβής κοντά στην επιφάνεια απ ότι στο έδαφος τα ανώτερα τµήµατα κινούνται πιο γρήγορα από τα κατώτερα µε αποτέλεσµα όταν το υγιές πέτρωµα δοµείται από στρώµατα να παρουσιάζονται οι χαρακτηριστικές για τους ερπυσµούς καµπυλώσεις. είκτες αυτών των κινήσεων στην επιφάνεια είναι η καµπύλωση των κορµών δένδρων, η µετατόπιση κατακόρυφων κατασκευών όπως προστατευτικών τοίχων, στύλων ηλεκτρικού ρεύµατος κτλ. (Σχήµα 2.18). Η κίνηση στον ερπυσµό οφείλεται στην παρουσία νερού ή και 19

29 στις µεταβολές όγκου που υφίσταται αυτό µε τη διακύµανση της θερµοκρασίας. Ερπυσµός συνηθίζεται σε εδάφη που προέρχονται από φλύσχη ή και γενικότερα µαργαϊκής και αργιλοψαµµιτικής συστάσεως πετρώµατα. Σχήµα 2.18: Συνήθεις ενδείξεις ερπυσµού (Πηγή: Κούκης-Σαµπατακάκης (2007)). Α: µετακινηµένα τεµάχη που δηµιουργήθηκαν από ρωγµές Β: κορµοί δένδρων µε κοίλη καµπυλότητα προς τα ανάντη Γ: κάµψη των στρωµάτων προς τα κατάντη : µετατόπιση φράχτη, κολώνας τηλεφωνικών ή ηλεκτρικών καλωδίων και µνηµείων Ε: θραυσµένοι ή µετατοπισµένοι τοίχοι αντιστήριξης Ζ: δρόµοι και σιδηροτροχιές µετατοπισµένοι από την ευθεία Η: χλόη κυλισµένη κατάντη από ογκόλιθους που έρπουν Ροή Κορηµάτων (debris flow) Οι ροές κορηµάτων (debris flow) αποτελούνται από ένα µείγµα λεπτοµερούς υλικού (άµµος, πηλός και άργιλος) και αδροµερούς υλικού (χαλίκια και ογκόλιθους) µε ποικίλη ποσότητα νερού. Όταν η ποσότητα νερού είναι µεγάλη τα κορήµατα κινούνται κατάντη ως ογκώδες κύµα υπό την επίδραση της βαρύτητας. Οι ροές αυτές εµφανίζονται συνήθως σε πλαγιές που καλύπτονται από µικρού πάχους, µη στερεοποιηµένα πετρώµατα και εδαφικά κορήµατα, ιδίως εκεί όπου η φυτοκάλυψη απουσιάζει. Στη γεωµετρία της ροής κορηµάτων κύριο ρόλο παίζει η πηγή τροφοδοσίας και τα δύο κύρια διακριτά στοιχεία της είναι το κύριο κανάλι (main track) και το δάκτυλο απόθεσης (depositional toe). Οι ροές κυρίως ακολουθούν προϋπάρχουσες διαδροµές στράγγισης και το κύριο κανάλι έχει σχήµα V. Σε ορισµένες περιπτώσεις αποτίθενται χονδρόκοκκα υλικά στις πλευρές του καναλιού σχηµατίζοντας πλευρικές ράχεις (lateral ridges). Ο κύριος όγκος των κορηµάτων αποτίθεται στους πρόποδες της πλαγιάς όπου η κλίση του καναλιού µειώνεται απότοµα. Μερικές ροές κορηµάτων είναι ιδιαίτερα ρευστές, µεγάλου µήκους και εµφανίζονται 20

30 σε όλα τα κλιµατικά περιβάλλοντα, από ερηµικές σε αλπικές περιοχές και από αρκτικές σε µεσογειακές περιοχές. Οι ροές κορηµάτων που παράγονται στην πλαγιά ενός ηφαιστείου περιέχουν πυροκλαστικά υλικά και καλούνται λαχάρες (lahars). Αυτές µπορεί να σχηµατιστούν οποιαδήποτε στιγµή πριν ή µετά την έκρηξη του ηφαιστείου και είναι δυνατόν να µετακινηθούν πάνω από 100 km, µε ρυθµό που αγγίζει τα 50 km/h. Πιθανές πηγές ροών µπορούν να αναγνωριστούν είτε από τη γεωλογική χαρτογράφηση υπαίθρου είτε από αεροφωτογραφίες µε βάση τη γεωµετρία των πλαγιών, τη λιθολογία των σχηµατισµών στην κεφαλή και τα κολλουβιακά υλικά που συσσωρεύονται σε κοιλότητες. Μια ειδική µορφή ροής είναι η ψυχροκίνηση (solifluction), που αναφέρεται σε µια περίπτωση ολίσθησης και ροής των επιφανειακών στρωµάτων, η οποία παρατηρείται κυρίως στις υποαρκτικές και στις ψηλές ορεινές περιοχές. Εκεί το έδαφος κατά τη χειµερινή περίοδο παγώνει σε αρκετό βάθος, ενώ το καλοκαίρι ο πάγος τήκεται µέχρι ένα µικρό βάθος, µε αποτέλεσµα το έδαφος να κινείται κατάντη πάνω στο υποκείµενο παγωµένο τµήµα του εδάφους. Ροή Γαιών (soil flow) Οι ροές εδάφους εµφανίζονται µε τρεις µορφές κυρίως: λασποροές (mudflows), υγρές ροές άµµου (wet sand flows) και ξηρές ροές άµµου (dry sand flows). Οι δυο είναι ειδικές κατηγορίες ανάλογες ως προς το µηχανισµό κίνησης των ροών κορηµάτων µε τη διαφορά ότι σ αυτές η περιεκτικότητα σε νερό είναι µεγαλύτερη και το υλικό είναι πιο οµοιογενές. Επειδή οι παραπάνω ροές αποτελούνται από λεπτοµερή υλικά είναι πολύ ευκίνητες και µπορούν να κινηθούν µε µεγάλες ταχύτητες προς τα κατάντη. Συνήθως είναι µικρής κλίµακας, λόγω του τρόπου που αποκολλάται το υλικό από την πηγή και τείνουν να ακολουθούν ρηχά βυθίσµατα ή θέσεις διαβρώσεως µε τελική απόληξη προς τα κατάντη, σε ένα λεπτό στρώµα. Η λασποροή (mudflow) είναι η πιο διαδεδοµένη και αντιστοιχεί σε πολύ αργή ως πολύ γρήγορη, υγρή ροή, σχετικά συνεκτικών υλικών (Varnes, 1978). Τυπικές πηγές τροφοδοσίας αποτελούν : α) απόκρηµνες πλαγιές µε κλίση , β) ηφαιστειακά κέντρα και γ) κοιλότητες που έχουν πληρωθεί µε εδαφικά υλικά Ένα χαρακτηριστικό των υγρών ροών αργίλου ή άµµου είναι η ικανότητά τους να µετακινούνται σε µεγάλες αποστάσεις ακόµα και πάνω από χαµηλής κλίσεως πλαγιές, ακολουθώντας συνήθως προϋπάρχοντα δίκτυα στράγγισης. Η συµπεριφορά των ροών αυτών χαρακτηρίζεται ως πλαστική-ιξώδης και έχουν ως αποτέλεσµα το σχηµατισµό κυµατοειδών µορφών. 21

31 Σύνθετες µετακινήσεις µαζών (composite slides) Είναι ένας συνδυασµός τόσο των µετακινήσεων όσο και των υλικών που περιγράφηκαν έως τώρα. Εκδηλώνονται είτε στα διάφορα τµήµατα της µετακινούµενης µάζας είτε στα διάφορα στάδια της εξέλιξης της µετακίνησης (Σχήµα 2.19). Σχήµα 2.19: Σύνθετες µετακινήσεις: (α) Καταπτώσεις Ροή, (β) Ολίσθηση Ροή, (γ) Ανατροπή Ολίσθηση (Πηγή: Κούκης-Σαµπατακάκης (2007)) Στη συνέχεια περιγράφονται οι δύο τύποι σύνθετων µετακινήσεων µαζών που απαντώνται συχνότερα: Χιονοστιβάδα Πετρωµάτων (rock avalanche) Μια χιονοστιβάδα πετρωµάτων ξεκινά ως πτώση βράχων και εξελίσσεται σε χιονοστιβάδα κορηµάτων σε υψοµετρικά χαµηλότερες περιοχές. Αυτή περιλαµβάνει ξηρά κορήµατα από κατάρρευση ενός πρανούς και κίνηση µε µεγάλη ταχύτητα, σε µεγάλες αποστάσεις ακόµα και σε ήπιες πλαγιές. Η ταχύτητα αγγίζει τα δεκάδες m/sec και οι αποστάσεις µεταφοράς των πετρωµάτων είναι αρκετά km. Κύρια χαρακτηριστικά της χιονοστιβάδας πετρωµάτων είναι η εµφάνιση σε περιοχές διάβρωσης, η δηµιουργία πλευρικών ράχεων (lateral ridges) και ο σχηµατισµός λοβών στην περιοχή απόθεσης (accumulation lobes). Ολίσθηση Ροής (flow slide) Αναφέρεται σ ένα καταστροφικό τύπο ροής κορηµάτων που συνίσταται από ασταθή, µη συµπυκνωµένα, χαλαρά υλικά µε χαρακτηριστικές µορφές όπως το µεγάλο µήκος και η 22

32 υψηλή ταχύτητα κίνησης. Ξεκινούν σε απότοµες πλαγιές και ακολουθούν ένα στενό κι ευθύ κανάλι µεταξύ πλευρικών αναχωµάτων, προσοµοιάζοντας την κίνηση ολισθήσεων λάσπης. Στο Σχήµα 2.20 αποτυπώνονται ενδεικτικά τα στοιχεία που συναντώνται σε µία σύνθετη ή µη µετακίνηση. Σχήµα 2.20: Ενδεικτική αποτύπωση ρωγµών, κατακρηµνίσεων και ροών νερού σε µια κατολίσθηση (Πηγή: Κούκης-Σαµπατακάκης (2007)). 23

33 2.3 ηµιουργία των κατολισθήσεων Το φαινόµενο των κατολισθήσεων προκαλείται από την συνδυασµένη δράση πολλών και διαφορετικών µεταξύ τους παραγόντων. Μερικοί από τους παράγοντες επιδρούν για µεγάλο χρονικό διάστηµα, ενώ άλλοι επιδρούν περιοδικά και αποτελούν το έναυσµα για την εκδήλωση του φαινοµένου. Σύµφωνα µε την οµάδα εργασίας της UNESCO (Working Party on World Landslide Inventory WP/WLI 1990), δεν είναι σωστή η χρήση του όρου αίτια κατολισθήσεων αλλά συνθήκες και διεργασίες οι οποίες οδηγούν στην αλλαγή του καθεστώτος ισορροπίας του πρανούς. Τέτοιοι παράγοντες είναι: Γεωλογικοί (φύση εδάφους ή πετρώµατος, δοµή και γεωµετρία γεωλογικών σχηµατισµών) Τοπογραφικοί γεωµορφολογικοί (υψόµετρο, κλίση, προσανατολισµός πρανούς, κτλ.) Υδρολογικοί, κλιµατολογικοί και υδρογεωλογικοί Μηχανικοί Ανθρωπογενείς παράγοντες Αναλυτικότερα οι παράγοντες που ελέγχουν το φαινόµενο της κατολίσθησης είναι: 1. Η δοµή του γεωλογικού υπόβαθρου και η τεκτονική της περιοχής: Ένα έδαφος που αποτελείται από εναλλαγές πολλών ετερογενών στρωµάτων (στρώσεις, διαρρήξεις, φυλλώσεις), είναι πιθανότερο να παρουσιάσει κατολισθητικά φαινόµενα λόγω των πολλών πιθανών επιφανειών ολίσθησης, από ένα άλλο έδαφος το οποίο αποτελείται από ένα µόνο στρώµα (στερεού πετρώµατος). Ιδιαίτερα σηµαντικό ρόλο παίζει επίσης και η κλίση των στρωµάτων. Όταν η κλίση των εσωτερικών επιφανειών ασυνέχειας είναι οµόρροπη µε αυτή του πρανούς προκαλούνται ολισθήσεις. 2. Το είδος των πετρωµάτων και εδαφών της περιοχής: Υπάρχουν πετρώµατα, τα οποία είναι περισσότερο επιρρεπή σε κατολισθήσεις, όπως ο φλύσχης και τα αργιλικά εδάφη. 3. Οι κλιµατολογικές συνθήκες που επικρατούν στην περιοχή: Το ύψος του νερού που πέφτει στην περιοχή, µε τη µορφή βροχόπτωσης ή χιονόπτωσης µπορεί να οδηγήσει σε κατολίσθηση. 4. Η σεισµικότητα και η ηφαιστειακή δραστηριότητα, καθώς και η κινητικότητα του υπόβαθρου: Οι σεισµικές δονήσεις µπορούν πολλές φορές να αποτελέσουν την αφορµή για την εκδήλωση µιας κατολίσθησης, προσθέτοντας στις ήδη ασταθείς µάζες την επιπλέον δυναµική φόρτιση, που τις ωθεί στην ολίσθηση. Θα πρέπει να αναφερθούµε στην επικινδυνότητα που επιδεικνύουν περιοχές µε νεοτεκτονική δραστηριότητα. 24

34 Οι παράγοντες αστάθειας οφείλονται σε έναν, ή σε συνδυασµούς, από τους ακόλουθους: 1. Αλλαγή της κλίσης της επιφάνειας του εδάφους και εσωτερική γεωµετρία του υλικού. Στις περιπτώσεις εκσκαφών στη βάση πρανών για διάνοιξη οδών ή λόγω διάβρωσης των υλικών του πρανούς µπορεί να επέλθει αστοχία. Επιπλέον στα βραχώδη πρανή η ύπαρξη δοµικών ασυνεχειών και ο δυσµενής προσανατολισµός τους σε σχέση µε τον προσανατολισµό του πρανούς οδηγεί πολύ συχνά σε αστοχία (Σχήµα 2.21). 2. Ανθρώπινη επέµβαση µέσω επιβολής φόρτισης στην κορυφή του πρανούς (επιχώµατα, κτήρια κλπ). 3. Σεισµική φόρτιση. Ιδιαίτερα σε πρανή που αποτελούνται από χαλαρά ή µικρής συνεκτικότητας υλικά κατά τη διάρκεια του σεισµικού κραδασµού επέρχεται µείωση του αλληλοκλειδώµατος µεταξύ των κόκκων, ή µείωση της συνοχής και το πρανές οδηγείται σε αστοχία. 4. Η παρουσία υψηλής στάθµης υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα, ή και επιφανειακού νερού. Η µόνιµη στάθµη του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα που βρίσκεται µέσα στο πρανές ασκεί υδροστατικές πιέσεις που µειώνουν την ευστάθεια του πρανούς, ενώ στα βραχώδη πρανή η εναλλαγή των φάσεων του νερού (νερό, πάγος, κτλ.) αυξάνει το εύρος των ασυνεχειών και ασκεί πιέσεις, ενώ παράλληλα διευκολύνει και την κυκλοφορία νερού σε βαθύτερα σηµεία. Επιπλέον όταν νερό κινείται µεταξύ περατού και λιγότερο περατού στρώµατος λειτουργεί ως λιπαντικό µέσο που βοηθά στην αστοχία. Σχήµα 2.21: Αστοχία βραχώδους πρανούς στο όρος Boscatz, : δολοµίτες και δολοµιτικοί ασβεστόλιθοι, 2: προϋπάρχουσα συγκέντρωση βραχωδών τεµαχών στη βάση του πρανούς, 3: συγκέντρωση τεµαχών λόγω της αστοχίας του πρανούς (Πηγή: Αντωνίου (2005)) 25

35 2.3.1 Μηχανισµοί ενεργοποίησης των κατολισθητικών φαινοµένων Για να εκδηλωθεί µια κατολίσθηση πρέπει να πραγµατοποιηθεί µια αλληλουχία γεγονότων που επηρεάζουν την ισορροπία του πρανούς και προκαλούν τη διατάραξή του, µε τελικό αποτέλεσµα τη θραύση και µετακίνηση αυτού. Οι µηχανισµοί ενεργοποίησης των κατολισθήσεων χωρίζονται σε δύο µεγάλες κατηγορίες: A. Μηχανισµοί ενεργοποίησης, οι οποίοι οφείλονται σε εξωγενείς παράγοντες και συντελούν στην αύξηση της διατµητικής τάσης: - Αύξηση του φαινόµενου ειδικού βάρους, ή βάρους του όγκου των υλικών, λόγω της βροχόπτωσης (επιρροή του κλίµατος). - Αύξηση της κλίσεως των πρανών µπορεί να γίνει είτε από φυσικούς παράγοντες, είτε από ανθρώπινη επέµβαση. - Αύξηση του βάρους από επιβολή φορτίου. B. Μηχανισµοί ενεργοποίησης, οι οποίοι οφείλονται σε ενδογενείς παράγοντες και συντελούν στη µείωση της διατµητικής αντοχής: - Αύξηση της ανώσεως που εξασκείται σε µια µάζα από τα υπόγεια νερά. - Η αύξηση της πιέσεως του νερού των πόρων, γνωστή και ως ουδέτερη τάση u w. - Η ελάττωση της συνοχής προκαλείται συνήθως από τις επιδράσεις των υπόγειων νερών. - Ελάττωση της τριβής προκαλείται κυρίως από την παρουσία νερού. - Αύξηση του ύψους και του πλάτους της εκτοµής του πρανούς Από πλευράς φυσικής κατάστασης και ευστάθειας, ένα πρανές διέρχεται από τρία στάδια: Σταθερό, το οποίο µπορεί και αντιστέκεται σε όλες τις δυνάµεις αποσταθεροποίησης, Οριακά σταθερό, που κάποια στιγµή αναµένεται η εκδήλωση αστάθειας από την επίδραση των δυνάµεων αποσταθεροποίησης, Ενεργά ασταθές, όπου οι δυνάµεις αποσταθεροποίησης προκαλούν συνεχείς ή περιοδικές µετακινήσεις. Οι δυνάµεις αποσταθεροποίησης στα δύο πρώτα στάδια χαρακτηρίζονται ως τα γνωστά µας αίτια ή προκαταρκτικοί παράγοντες, ενώ στο τρίτο στάδιο χαρακτηρίζονται ως το έναυσµα της µετακίνησης ή παράγοντες εναύσµατος. Οι διάφοροι µηχανισµοί ενεργοποίησης µπορούν να προκαλέσουν επιφανειακές (<1,5 m), αβαθείς (1,5-5,0 m), βαθιές (5,0-20,0 m) ή πολύ βαθιές ολισθήσεις (>20,0 m). Στην Εικόνα 2.4 παρουσιάζονται οι διάφορες µορφές κατολισθήσεων όπως εµφανίζονται στο φυσικό περιβάλλον. 26

36 Εικόνα 2.4: Οι διάφορες µορφές κατολισθήσεων όπως εµφανίζονται στο φυσικό περιβάλλον. (Πηγή: Ταχύτητα µετακίνησης Η ταχύτητα µετακίνησης µιας κατολίσθησης είναι παράµετρος που σχετίζεται άµεσα µε τις επιπτώσεις που έχει µια κατολίσθηση σε ανθρώπινες ζωές, βλάβες κτιρίων και τεχνικών έργων, κ.τ.λ. Η πιο πρόσφατη ταξινόµηση δίνεται στον Πίνακα 2.2, ενώ οι πιθανές βλάβες που µπορούν να προκληθούν από κατολισθήσεις σύµφωνα µε τις επτά κατηγορίες ταχύτητας δίνονται στον Πίνακα 2.3. Θα πρέπει εδώ να σηµειωθεί ότι όσο πιο γρήγορη είναι η ταχύτητα µιας µετακίνησης τόσο µεγαλύτερες και εντονότερες είναι οι απώλειες και οι επιπτώσεις. Φυσικά, δεν πρέπει να παραλείψουµε πως ο προσδιορισµός της ταχύτητας µετακίνησης µιας µάζας είναι δύσκολο να πραγµατοποιηθεί, καθώς συχνά παρατηρείται διαφορετική ταχύτητα στα διάφορα στάδια εξέλιξης ή ακόµα και στα διάφορα τµήµατα της ολίσθησης. Ακόµα πιο δύσκολος γίνεται ο προσδιορισµός της ταχύτητας όταν πρόκειται για σύνθετου τύπου κατολισθήσεις αφού κάθε τύπος µπορεί να έχει τη δική του ταχύτητα. Τέλος στον Πίνακα 2.4 παρουσιάζονται συνολικά οι πλέον σηµαντικοί παράγοντες εκδήλωσης των κατολισθήσεων. 27

37 Πίνακας 2.2: Κλίµακα ταχύτητας µετακίνησης (Πηγή: UNESCO,1995) Χαρακτηρισµός Ταχύτητας Τυπική Ταχύτητα Εξαιρετικά Αργή <16 mm/year Πολύ Αργή >16 mm/year Αργή >1,6 m/year Μέτρια >13 m/month Γρήγορη >1,8 m/hour Πολύ Γρήγορη >3 m/min Εξαιρετικά Γρήγορη > 5 m/sec Πίνακας 2.3: Πιθανές βλάβες ανάλογα µε την ταχύτητα µετακίνησης (Πηγή: UNESCO, 1995) Κατηγορία ταχύτητας µετακίνησης Πιθανές βλάβες 7 Καταστροφές κτιρίων λόγω έντονων µετακινήσεων ή πρόσκρουσης της µετακινούµενης µάζας, πολλοί θάνατοι, απίθανη η ύπαρξη επιζώντων. 6 Μερικοί θάνατοι, περιορισµένος χρόνος για ασφαλή φυγή όλων των κατοίκων. 5 υνατή η ασφαλής φυγή των κατοίκων. Σπίτια, εγκαταστάσεις και δίκτυα υποδοµής µε µεγάλες βλάβες ή κατεστραµµένα. 4 Μερικές από τις προσωρινές εγκαταστάσεις είναι δυνατό να διατηρηθούν. 3 υνατή η λήψη µέτρων προστασίας κατά την ενεργοποίηση. Μερικές φορές καλά σχεδιασµένες εγκαταστάσεις µπορεί να διατηρηθούν µε κατάλληλη συντήρηση, αν δεν υπάρξει ξαφνική επιτάχυνση της κίνησης. 2 Μερικές από τις µόνιµες κατασκευές παραµένουν ανέπαφες. 1 Η µετακίνηση προσδιορίζεται µόνο µε ενόργανες µετρήσεις λόγω του µικρού µεγέθους της. Οι κατασκευές δεν υφίστανται βλάβες, όταν λαµβάνονται τα κατάλληλα µέτρα. 28

38 Πίνακας 2.4: Οι πλέον σηµαντικοί παράγοντες εκδήλωσης κατολισθήσεων (Πηγή: UNESCO, 1994) ΠΡΟΚΑΤΑΡΚΤΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΕΝΑΥΣΜΑΤΟΣ Ε ΑΦΙΚΕΣ ΣΥΝΘΗΚΕΣ 1 Πλαστικό, χαµηλής αντοχής, υλικό 2 Ευαίσθητο υλικό 3 Υλικό επιρρεπές σε θραύση 4 Αποσαθρωµένο υλικό 5 ιατµηµένο υλικό 6 Ρωγµατωµένο ή διακλασµένο υλικό 7 Βραχόµαζα µε δυσµενή προσανατολισµό ασυνεχειών (στρώση, σχιστότητα, διακλάσεις) Βραχόµαζα µε δυσµενή προσανατολισµό ασυνεχειών (ρήγµατα, επιφάνειες επαφής, 8 ασυµφωνίες) 9 ιαφοροποιήσεις στην υδροπερατότητα 10 ιαφοροποιήσεις στη δυσκαµψία ΓΕΩΜΟΡΦΟΛΟΓΙΚΕΣ ΙΕΡΓΑΣΙΕΣ 11 Τεκτονική ανύψωση 12 Ανύψωση λόγω ηφαιστείων 13 Επίδραση παγετώνων 14 Ποτάµια διάβρωση της βάσης του πρανούς 15 Θαλάσσια διάβρωση της βάσης του πρανούς 16 ιάβρωση της βάσης του πρανούς από παγετώνα 17 ιάβρωση των πλευρών του πρανούς 18 Εσωτερική διάβρωση 19 Φόρτιση από φυσική απόθεση υλικών στη στέψη του πρανούς 20 Αποµάκρυνση φυτοκάλυψης (από πυρκαγιά, διάβρωση, κ.τ.λ.) ΦΥΣΙΚΕΣ ΙΕΡΓΑΣΙΕΣ 21 Έντονη, µικρής διάρκειας βροχόπτωση 22 Γρήγορο λιώσιµο χιονιού 23 Παρατεταµένη υψηλή βροχόπτωση Γρήγορη πτώση στάθµης νερού µετά από πληµµύρες, παλίρροιες ή διάρρηξη φυσικών 24 φραγµάτων 25 Σεισµοί 26 Εκρήξεις ηφαιστείων 27 ιάρρηξη λιµνών σε κρατήρες ηφαιστείων 28 Λιώσιµο παγωµένου εδάφους 29 Αποσάθρωση λόγω παγετού 30 Αποσάθρωση από διόγκωση και συρρίκνωση εδαφών ΑΝΘΡΩΠΟΓΕΝΕΙΣ ΙΕΡΓΑΣΙΕΣ 31 Εκσκαφές στη βάση (πόδι) του πρανούς 32 Φόρτιση στο µέτωπο ή πάνω από τη στέψη του πρανούς 33 Υποβιβασµός της στάθµης σε ταµιευτήρες 34 Άρδευση 35 Κακή συντήρηση αποστραγγιστικών έργων 36 ιαρροή νερών από τεχνικά έργα (δίκτυα, δεξαµενές, κ.τ.λ.) 37 Αποψίλωση 38 Λατοµεία και µεταλλεία 39 ηµιουργία χωµατερών 40 Τεχνητές δονήσεις (κυκλοφορία οχηµάτων, λειτουργία µηχανών, κ.τ.λ.) 29

39 2.3.3 Επίδραση του νερού στην ευστάθεια των πρανών Συµβαίνει συχνά ισχυρές βροχές να προκαλούν αστοχίες σε εδαφικά πρανή. O Taylor (1948) αναφέρει ότι µία παρατεταµένη περίοδος ισχυρής βροχής είναι η πιο δυσµενής περίπτωση µόνιµης διήθησης. Επίσης, οι Lambe και Whitman (1969), αναφέρουν: Η χειρότερη κατάσταση συνήθως σηµειώνεται στη διάρκεια έντονων βροχών και οι πιο πολλές αστοχίες επίσης συµβαίνουν σε αυτές τις περιόδους. Οι επιδράσεις του νερού στην ευστάθεια των πρανών µπορούν να διαχωριστούν σε άµεσες και έµµεσες, καθώς και σε χηµικές και µηχανικές. Οι χηµικές δράσεις κυρίως αφορούν στις διεργασίες χηµικής και µηχανικής αποσάθρωσης, περιλαµβανοµένης και της διάλυσης επιδεκτικών πετρωµάτων(ανθρακικά πετρώµατα). Η παρουσία του νερού στο εσωτερικό των εδαφικών ή βραχωδών µαζών προκαλεί σταδιακή µείωση των αντοχών λόγω φυσικοχηµικών αλλοιώσεων που επιφέρουν τη διάσπαση των συνδετικών υλικών. Η πιο σηµαντική επίδραση του νερού είναι οι µεταβολές που επιφέρει στην εντατική κατάσταση των εδαφικών και βραχωδών µαζών, καθορίζοντας τις ενεργούς τάσεις. Ως κυριότερες επιδράσεις του νερού µπορούν να αναφερθούν οι εξής: 1. Μεταβολή των ενεργών τάσεων λόγω παροδικά αναπτυσσόµενων ή µόνιµων υδροστατικών πιέσεων. 2. Επιβολή δυνάµεων διήθησης εξ αιτίας της κίνησης του υπόγειου νερού. 3. Μεταβολές της ολικής πυκνότητας και αντίστοιχες διακυµάνσεις του ειδικού βάρους. 4. Μεταβολές των µηχανικών ιδιοτήτων. Μετά από µακροχρόνιες παρατηρήσεις και αναλύσεις έχουν παραχθεί διάφορα συµπεράσµατα για τον συσχετισµό των βροχοπτώσεων µε τις µετακινήσεις εδαφών: Έντονα κατολισθητικά φαινόµενα συµβαίνουν: - Μετά από ιδιαίτερης έντασης βροχοπτώσεις µικρής διάρκειας. - Μετά από παρατεταµένες βροχοπτώσεις που αθροίζουν σηµαντικό βροχοµετρικό ύψος. Από την αξιολόγηση στοιχείων από διάφορες περιοχές της γης, προκύπτουν τα εξής: - Βροχοµετρικά ύψη m γενικώς συνδέονται µε ενεργοποίηση κατολισθήσεων. Η χρονική διάρκεια των βροχοπτώσεων κυµαίνεται από µερικές ηµέρες έως 2 µήνες. Ανάλογη είναι η ένταση (αριθµός, συχνότητα, τύπος) των φαινοµένων. - Μετά από βροχερή περίοδο, κατολισθήσεις ενεργοποιούνται εάν το βροχοµετρικό ύψος είναι περίπου 10-15% του µέσου ετήσιου ύψους. Στις Εικόνες 2.5 παρουσιάζονται διάφορα παραδείγµατα αστοχίας πρανών λόγω ισχυρής βροχόπτωσης στην California, USA και στο Χονγκ Κονγκ. 30

40 Εικόνες 2.5: Aστοχίες πρανών λόγω ισχυρής βροχόπτωσης στην California, USA στην περιοχή Pacific Palisades Potrero Canyon: (α) σε παραλιακό δρόµο, (β) στην οδό De Pauw Street, (γ) στην οδό Friends Street και (δ) Κατεδάφιση κτηρίου στο Χονγκ Κονγκ (1972) λόγω κατολισθήσεων. (Πηγή: ραστηριότητα των κατολισθήσεων Από τους πιο σηµαντικούς παράγοντες στην έρευνα των κατολισθήσεων είναι ο προσδιορισµός της δραστηριότητάς τους (activity). Το 1993 οµάδα εργασίας της UNESCO προτείνει ως απαραίτητες παραµέτρους για τον προσδιορισµό της δραστηριότητας τις παρακάτω: Καθεστώς δραστηριότητας (state of activity), που αναφέρεται στο χρονικό των µετακινήσεων. Έτσι, οι κατολισθήσεις διακρίνονται σε: 1. ενεργές (active) που παρουσιάζουν πρόσφατες µετακινήσεις. Οι µορφολογικοί χαρακτήρες αναγνωρίζονται εύκολα και δεν έχουν αλλοιωθεί από τις φυσικές διεργασίες της αποσάθρωσης και της διάβρωσης. Από τις κατολισθήσεις αυτές άλλες εκδηλώνονται για πρώτη φορά και ονοµάζονται αρχικά ενεργές και άλλες ενεργοποιούνται µετά από ένα χρονικό διάστηµα κατά το οποίο είχαν σταθεροποιηθεί και ονοµάζονται επανενεργοποιηµένες (reactivated). Οι επανενεργοποιηµένες 31

41 µετακινούνται συνήθως σε επιφάνειες ολίσθησης που προϋπήρχαν και των οποίων η διατµητική αντοχή πλησιάζει την παραµένουσα. Οι κατολισθήσεις που µετακινήθηκαν κατά τον τελευταίο εποχικό κύκλο και οι οποίες κατά την παρούσα περίοδο δεν µετακινούνται ονοµάζονται παροδικά ανενεργές ή υπό αναστολή (suspended). 2. ανενεργές (inactive) που παραµένουν σταθερές για περισσότερο από ένα έτος. Αν τα αίτια που συντελούν στην εκδήλωση της κατολίσθησης παραµένουν τότε η κατολίσθηση βρίσκεται σε λανθάνουσα κατάσταση (dormant). Αν όµως τα αίτια που τις προκαλούν έχουν εκλείψει, τότε πρόκειται για µη ενεργοποιήσιµη κατολίσθηση (abandoned). Τέλος, όταν για µια ανενεργή κατολίσθηση έχουν ληφθεί µέτρα προστασίας και σταθεροποίησης, η κατολίσθηση θεωρείται σταθεροποιηµένη (stabilized). 3. παλαιές απολιθωµένες (relict) οι οποίες δεν έχουν ενεργοποιηθεί για πολλά χρόνια. Τέτοιου είδους κατολισθήσεις αφήνουν τα ίχνη τους πάνω στα πρανή για χρόνια, ενώ έτσι χαρακτηρίζονται και αυτές που έχουν θαφτεί κάτω από νεότερα ιζήµατα ή αποθέσεις. Κατανοµή δραστηριότητας (distribution of activity), µε την οποία περιγράφεται πως µετακινούνται τα τµήµατα της κατολίσθησης. Σύµφωνα µε την κατανοµή µια κατολίσθηση διακρίνεται σε: 1. προωθούµενη (advancing), όταν παρατηρείται επέκταση της κατολίσθησης προς τα κατάντη, δηλαδή προς την κατεύθυνση της γενικότερης µετακίνησης. 2. ανάδροµη (retrogressive), όταν οι θραύσεις και η ολίσθηση επεκτείνονται προς τα ανάντη, δηλαδή αντίθετα προς την κατεύθυνση της γενικότερης µετακίνησης. 3. διευρυνόµενη (widening), αν η επέκταση γίνεται ως προς τη µία ή και τις δύο πλευρές της κατολίσθησης. 4. προοδευτική (progressive). Εδώ, υπάρχει µια περαιτέρω διάκριση σε µεγεθυνόµενη (enlarging), αν η κατολίσθηση παίρνει όλο και µεγαλύτερες διαστάσεις, τόσο σε µήκος όσο και σε πλάτος ή ακόµα και βάθος, και σε αποµειούµενη (diminishing), αν ο όγκος των µετακινούµενων υλικών συνεχώς µειώνεται µε το χρόνο. Τύπο δραστηριότητας (type of activity), µε τον οποίο καθορίζεται ο τρόπος εκδήλωσης των επιµέρους µετακινήσεων εντός της κύριας µάζας της κατολίσθησης. Ως σύνθετες (complex ή composite) χαρακτηρίζουµε τις κατολισθήσεις που εκδηλώνονται µε τουλάχιστον δύο διαφορετικούς τύπους µετακίνησης. Μια κατολίσθηση µπορεί να εµφανίζει επαναλαµβανόµενες κινήσεις του ίδιου τύπου µε επέκταση της επιφάνειας θραύσης, οπότε καλείται πολλαπλή (multiple). Η νέα µετακινούµενη µάζα είναι σε επαφή µε την προηγούµενη και πολλές φορές έχουν κοινό τµήµα επιφανειών θραύσης. Παρόµοια 32

42 µε τις πολλαπλές εξελίσσονται και οι διαδοχικές (successive), µε τη διαφορά ότι σε αυτή την περίπτωση δεν υπάρχει επικάλυψη του υλικού της µιας κατολίσθησης µε το αντίστοιχο της άλλης και η καθεµία αποτελεί ξεχωριστή περίπτωση. Τέλος, αντίθετα από τη σύνθετη, µια απλή (single) κατολίσθηση εκδηλώνεται µε έναν και µόνο τύπο µετακίνησης, χωρίς η µάζα που ολισθαίνει να διαχωρίζεται. Στο ιάγραµµα 2.1 δίνεται συγκεντρωτικά ο διαχωρισµός των κατολισθήσεων ανάλογα µε το καθεστώς, την κατανοµή και τον τύπο της δραστηριότητας, όπως αναλύεται παραπάνω. ιάγραµµα 2.1: Ταξινόµηση κατολισθήσεων σύµφωνα µε το καθεστώς, την κατανοµή και τον τύπο δραστηριότητας. 2.4 Περιοχές ευαίσθητες σε κατολισθήσεις Τα γεωµορφολογικά χαρακτηριστικά των περιοχών χρησιµεύουν στην ανίχνευση σηµείων ή περιοχών οι οποίες επιδεικνύουν επιδεκτικότητα σε κατολισθητικά φαινόµενα. Τυπικές περιοχές για την εκδήλωση κατολισθήσεων αποτελούν οι απότοµες πλαγιές, γκρεµοί και βράχια απότοµα τα οποία βρίσκονται κάτω από το καθεστώς της διάβρωσης και της αποσάθρωσης, περιοχές συγκέντρωσης νερού, καθώς και ρηξιγενείς ζώνες. Θα πρέπει να σηµειωθεί ότι, κατολισθήσεις δε συµβαίνουν πάντα σε ευαίσθητες περιοχές, αν δεν επικρατούν συγκεκριµένες συνθήκες. Οι κατολισθήσεις είναι συνηθισµένες σε συγκεκριµένα είδη εδαφών όπως σε µανδύες αποσάθρωσης των πετρωµάτων, στα κορήµατα και στα προϊόντα διάβρωσης από το νερό ή τον άνεµο, ενώ είναι πολύ σπάνιες σε άλλα (Εικόνες 2.6, 2.7 και 2.8). 33

43 Εικόνα 2.6: Αναθόλωση των εδαφικών µαζών µε έντονη παραµόρφωση και µεταβολή της µορφολογίας (Πηγή: Λυκούδη (2005)). Εικόνα 2.7: Θραύσεις του εδάφους (Πηγή: Λυκούδη (2005)). Εικόνα 2.8: Καταστροφικές συνέπειες της κατολίσθησης (Πηγή: 34

44 2.5 Μετακινήσεις εδαφών στον ελλαδικό χώρο Οι κατολισθήσεις στον ελληνικό χώρο εµφανίζονται µε µεγάλη συχνότητα εξαιτίας: - των ιδιαίτερων γεωλογικών συνθηκών - του έντονου ανάγλυφου - των µεταβαλλόµενων κλιµατολογικών συνθηκών - της σεισµικής δραστηριότητας - των ανθρωπογενών επεµβάσεων Όσον αφορά τις κλιµατολογικές συνθήκες, στην χώρα µας οι φυσικές διεργασίες που λαµβάνουν συνήθως χώρα και προκαλούν τις περισσότερες φορές µετακινήσεις εδαφών είναι: ισχυρής έκτασης και παρατεταµένες βροχοπτώσεις καθώς και το καθεστώς υγρασίας που αυτές διαµορφώνουν, ραγδαία τήξη χιονιών που έχει σαν αποτέλεσµα την ανύψωση της στάθµης του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα, ραγδαία µείωση στάθµης κατόπιν πληµµυρών παλιρροιών ή θραύσης φυσικών φραγµάτων, παγετώδεις κύκλοι κ.ά. Επίσης η υδροπερατότητα (και στο νερό της βροχής), η αποσαθρωσιµότητα και ο βαθµός ρηγµάτωσης σε σχέση µε τη γεωµετρία του πρανούς έχουν άµεση σχέση µε µετακινήσεις εδαφών-καθιζήσεις. Η συχνότητα κατολισθήσεων στον ελληνικό χώρο φαίνεται στην Εικόνα 2.9. Τα προβλήµατα που δηµιουργούνται από τις εκτεταµένες κατολισθήσεις είναι πολύ σοβαρά, τόσο από κοινωνικοοικονοµική όσο και από τεχνική πλευρά, αφού συχνά αναφέρονται σε καταστροφές του οδικού δικτύου και στη µη βιωσιµότητα ολόκληρων οικισµών λόγω επισφαλών συνθηκών. Εικόνα 2.9: Κατανοµή των κατολισθήσεων στην Ελλάδα. 35

45 Σε σχέση µε τις βροχοπτώσεις, στον ελληνικό χώρο διαπιστώνεται ότι οι περισσότερες κατολισθήσεις φαίνεται συνδέονται µε διµηνιαίο βροχοµετρικό ύψος mm ανάλογα µε τα βροχοµετρικά χαρακτηριστικά της περιοχής (Πίνακας 2.5). Από τις παραµέτρους που αφορούν τον µηχανισµό εκδήλωσης του φαινοµένου στην Ελλάδα, το µεγαλύτερο ποσοστό αποδίδεται στις βροχοπτώσεις µε µια συχνότητα εµφάνισης της τάξεως του 92,83% (Μπαντής, 2006). Πίνακας 2.5: Κρίσιµο διµηνιαίο βροχοµετρικό ύψος για εκδήλωση κατολισθήσεων. (Πηγή: Μπαντής (2006)) ΕΤΗΣΙΑ ΒΡΟΧΟΜΕΤΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΟΥ ΙΑΜΕΡΙΣΜΑΤΟΣ ΚΡΙΣΙΜΟ ΙΜΗΝΙΑΙΟ ΒΡΟΧΟΜΕΤΡΙΚΟ ΥΨΟΣ ΓΙΑ ΕΚ ΗΛΩΣΗ ΚΑΤΟΛΙΣΘΗΣΕΩΝ < 500 mm P 200 mm mm P 350 mm mm > 400 mm Οι «ευαίσθητες» περιοχές Περιοχές µε πετρώµατα µε υψηλή ευαισθησία για κατολισθήσεις υπάρχουν σε πολλά γεωγραφικά διαµερίσµατα της χώρας. Με περισσότερη πυκνότητα συναντώνται όµως στον κεντρικό κορµό της Ελλάδας και κυρίως στις περιοχές που γειτνιάζουν µε την ορεινή µάζα της Πίνδου. Γεωλογικός χάρτης που έχει επεξεργασθεί καταδεικνύει ότι µεγάλο µέρος του ελλαδικού χώρου εµφανίζεται να απειλείται από κατολισθήσεις. Μια χαρτογράφηση που είχε κάνει το Ινστιτούτο Γεωλογικών και Μεταλλευτικών Ερευνών (ΙΓΜΕ) και παρουσιάστηκε σε ειδική ηµερίδα πριν από αρκετά χρόνια έδιδε την ακόλουθη εικόνα: η συχνότητα των κατολισθήσεων είναι αυξηµένη στα ανατολικά τµήµατα των Νοµών Ιωαννίνων, Άρτας και Αιτωλοακαρνανίας, στα δυτικά τµήµατα των Νοµών Τρικάλων, Καρδίτσας και Φθιώτιδας, στα ανατολικά τµήµατα των Νοµών Αχαΐας και Ηλείας. Μικρότερη συχνότητα κατολισθήσεων παρατηρείται στα ορεινά της Φωκίδας, της Μεσσηνίας και του Ρεθύµνου, ενώ διάσπαρτες κατολισθήσεις υπάρχουν στον υπόλοιπο ελληνικό χώρο (Εικόνες 2.10 και 2.11). Πάνω από 400 οικισµοί σε όλη τη χώρα έχουν αντιµετωπίσει το φαινόµενο. Στους οικισµούς αυτούς θα πρέπει να προστεθούν τουλάχιστον άλλοι 300 ίσως και περισσότεροι, οι οποίοι στον έναν ή στον άλλο βαθµό έχουν παρουσιάσει µικρότερα φαινόµενα. 36

46 Εικόνα 2.10: Ερπυστικά φαινόµενα σε πρανές στη θέση Valia Kalda στον ποταµό Αώο (Πηγή: Αντωνίου (2005)). Εικόνα 2.11: Αστοχία πρανούς στην επαρχιακή οδό (Ε.Ο.) Νεστόριο-Κοτύλη-Επταχώρι δια Κυψέλης, του νοµού Καστοριάς. 37

47 2.6 Επιπτώσεις κατολισθήσεων και µέτρα αντιµετώπισης Οι κατολισθήσεις ως ένας τύπος φυσικού κινδύνου, δηµιουργούν πολλές αρνητικές επιπτώσεις, στις οποίες συγκαταλέγονται οι εξής: Απώλειες σε ανθρώπινες ζωές και ζηµιές σε περιουσίες. Απώλειες βιοµηχανικών, αγροτικών και τουριστικών οικονοµικών πόρων ως αποτέλεσµα των ζηµιών στη γη, στις εγκαταστάσεις ή στο οδικό δίκτυο. Μείωση της αγοραστικής αξίας της γης σε περιοχές που απειλούνται από κατολισθήσεις. Απώλεια φορολογικών πόρων από υποτίµηση τις αξίας ιδιοκτησιών. Μέτρα για την αποφυγή ή µείωση επιπρόσθετων ζηµιών Αρνητικές επιδράσεις στην ποιότητα νερού σε ρέµατα και αρδευτικές εγκαταστάσεις στην ευρύτερη περιοχή της κατολίσθησης. Μείωση της παραγωγικότητας ανθρώπων και ζώων λόγω τραυµατισµού, θανάτου ή ψυχολογικών τραυµάτων. ευτερεύουσες επιδράσεις όπως πληµµύρες, όπου οι ζηµιές είναι άµεσες και έµµεσες. Ανάγκη για σταθερό έδαφος κατάλληλο για καλλιέργειες και κατοίκηση. Οι δυσµενείς συνέπειες των κατολισθήσεων εξαπλώνονται στον παγκόσµιο χώρο. Στις Εικόνες 2.12 και 2.13 παρουσιάζονται µερικά παραδείγµατα κατολισθήσεων που είχαν πολλές και δυσµενείς επιπτώσεις. Εικόνα 2.12: Πτώση βράχων στο Glenwood Canyon οδήγησε σε προσωρινή διακοπή της κυκλοφορίας στον αυτοκινητόδροµο Interstate 70, Μάιος (Πηγή: 38

48 Εικόνα 2.13: Μεγάλη κατολίσθηση στην περιοχή της Καλιφόρνια δίπλα στην παραλία Laguna στο Bluebird Canyon, Ιούνιος 2005 (Πηγή: Γενικά η όψη ενός τοπίου, η µορφολογία του, η γεωλογική δοµή του, η ορυκτολογική του σύσταση και το τεκτονικό καθεστώς που επικρατεί σε αυτό (διεύθυνση ρηγµάτων, πυκνότητα διακλάσεων), είναι αποτέλεσµα εξέλιξης που διαρκεί για πολλά εκατοµµύρια χρόνια και επιδρά έντονα στη συµπεριφορά των πρανών και των τεχνικών έργων που εδράζονται ή συνορεύουν µε αυτά. Ωστόσο, ένας µεγάλος αριθµός σοβαρών επιπτώσεων προκύπτει από κατολισθήσεις που έχουν προκληθεί από ανθρώπινες ενέργειες και παρεµβάσεις. Οι κατασκευές τεχνικών έργων (διάνοιξη δρόµων, δόµηση κτιρίων) µε τις αντίστοιχες µεταβολές που αυτές συνεπάγονται για την περιοχή κατασκευής (δηµιουργία απότοµων πρανών, αφαίρεση προστατευτικού καλύµµατος, επιπλέον φόρτιση ενός σχηµατισµού) µπορούν να προκαλέσουν αστοχίες πρανών. Παρόλα αυτά είναι πολύ δύσκολο σε µερικές περιπτώσεις να καθορισθεί το µερίδιο της ευθύνης που φέρουν οι ανθρώπινες δραστηριότητες στην πρόκληση των κατολισθήσεων. Αυτό συµβαίνει επειδή οι κατολισθήσεις είναι έως ένα βαθµό φυσικό φαινόµενο. Όµως η κατασκευή τεχνικών έργων µπορεί να αυξήσει τη διάβρωση ενεργοποιώντας παλιές κατολισθήσεις ή δηµιουργώντας νέες. Τα κατολισθητικά φαινόµενα επιτείνονται όταν ο τρόπος κατασκευής του τεχνικού έργου και οι επεµβάσεις που συντελούνται στο πρανές γίνονται χωρίς σχεδιασµό. Στις περιπτώσεις που έχει προηγηθεί σωστή µελέτη στη διάρκεια της υλοποίησης του έργου κάποιες από τις συνέπειες µπορέσουν να µετριασθούν. Συνήθως όµως τεχνικά έργα που θεµελιώνονται σε ασταθή πρανή είναι πολύ πιθανό να προκαλέσουν κατολισθήσεις. 39

49 Το γεγονός όµως ότι οι κατολισθήσεις και τα ακραία φυσικά φαινόµενα που πολλές φορές συνδέονται µε αυτές δεν είναι πάντα προβλέψιµα και η θωράκιση των επικίνδυνων περιοχών στοιχίζει, δεν πρέπει να λειτουργήσει ως ανασταλτικός παράγοντας στη λήψη ολοκληρωµένων µέτρων προστασίας. Είναι αναγκαίες οι προβλέψεις των ειδικών επιστηµόνων γεωλόγων τεχνικών έργων, γεωφυσικών κλπ. ώστε να λαµβάνονται τα κατάλληλα µέτρα. Καθίσταται λοιπόν, άµεσα εµφανής η ανάγκη εξεύρεσης µέτρων αντιµετώπισης και πρόληψης των κατολισθητικών φαινοµένων, ώστε να περιοριστούν στο ελάχιστο οι προαναφερθείσες αρνητικές επιδράσεις (Σχήµα 2.22 και 2.23). Προς αυτή την κατεύθυνση µπορούν να εφαρµοσθούν διάφορες µέθοδοι: Η µείωση των δυνάµεων που δρουν (δρώσες δυνάµεις): Αυτό µπορεί να επιτευχθεί µε διάφορους τρόπους, όπως: - Με αλλαγή της γεωµετρίας του πρανούς, έτσι ώστε να αποφορτίζεται η µάζα που παρουσιάζει τάσεις για ολίσθηση. Η αποφόρτιση πραγµατοποιείται είτε µε αφαίρεση ποσοτήτων υλικού από την κορυφή του πρανούς, προκειµένου να υπάρξει µείωση του ύψους του πρανούς ή µε τοποθέτηση χωµατισµών στη βάση της ολισθαίνουσας µάζας, ή ακόµη µε άµβλυνση της κλίσεως του πρανούς (δηµιουργία αναβαθµίδων ή ολική µείωση της κλίσης). - Με αποστράγγιση της επικίνδυνης περιοχής, έτσι ώστε να µειωθούν οι πιέσεις που ασκεί στην υπό ολίσθηση µάζα το υπόγειο νερό (συλλογή και αποµάκρυνση επιφανειακών υδάτων). Η αποστράγγιση µπορεί να γίνει µε χρήση οριζοντίων διατρηµάτων, µε κατασκευή φρεατίων αποστράγγισης (άντληση υπόγειων υδάτων και ταπείνωση της στάθµης του υπόγειου υδροφόρου ορίζοντα), µε στοές αποστράγγισης µέσα στην ολισθαίνουσα µάζα κλπ. Επιπλέον, µπορεί να γίνει χρήση επιφανειακών στραγγιστηρίων που κατασκευάζονται είτε παράλληλα µε το φρύδι του πρανούς, είτε πάνω στην ολισθαίνουσα µάζα. - Αποφυγή εξωτερικών φορτίσεων στην κορυφή αλλά και στο σώµα του πρανούς. Η παραλαβή µέρους των δυνάµεων που δρουν (δρώσες δυνάµεις): Αυτό µπορεί να επιτευχθεί µε τη χρήση κάποιου µέτρου υποστήριξης, όπως: - Τοίχοι αντιστήριξης στη βάση του πρανούς - Πάσσαλοι ή πασσαλότοιχοι µε ταυτόχρονη χρήση αγκυρίων - Αγκυρώσεις - Επιχώµατα Αντηρίδες ποδός - Συνδυασµοί των παραπάνω 40

50 Η χρήση µέτρων σταθεροποίησης-προστασίας του πρανούς: Σε αυτά συµπεριλαµβάνονται τα εξής: - Αγκύρια - Εκτοξευόµενο σκυρόδεµα - Πλέγµατα - Βραχοπαγίδες - Φυτοκάλυψη του πρανούς µε ταυτόχρονη χρήση γεωπλέγµατος Εκτός, όµως, από τα παραπάνω που εµπεριέχονται στο σαφώς τεχνικό τµήµα των µέτρων αντιµετώπισης και συνιστούν τα διάφορα τεχνικά έργα υποδοµής, απαιτείται και η λήψη επιπρόσθετων µέτρων, τα οποία αφορούν τα εξής: - Καθορισµός περιοχών επιρρεπών σε κατολισθήσεις µε τη χρήση διαφόρων µεθόδων. - Ανάπτυξη συστηµάτων προειδοποίησης. - Ενηµέρωση και εκπαίδευση των ανθρώπων για τις κατολισθήσεις. - Επιλογή και εφαρµογή κατάλληλων επανορθωτικών µέτρων. Σε γεωγραφικά διαµερίσµατα µε σηµαντικές πτώσεις των υπόγειων νερών (Αττική, Μακεδονία, Πελοπόννησος κ.ά.) η χαρτογράφηση της υφιστάµενης κατάστασης και η λήψη προληπτικών µέτρων είναι αναγκαιότητα. Σχήµα 2.22: ιατάξεις έργων αντιµετώπισης κατολισθήσεων (Πηγή: Τσότσος, (1991)). 41

51 Σχήµα 2.23: Μέτρα αναχαίτισης των κατολισθήσεων (Πηγή: 42

52 Κεφάλαιο 3 Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία- Τηλεπισκόπηση 3.1 Γενικά Οι εξελίξεις σε όλους τους κλάδους της τεχνολογίας και της επιστήµης, έχουν προσφέρει τη δυνατότητα συλλογής πληροφοριών διαφόρων ειδών που συµβάλλουν στη γνώση και εξερεύνηση του εξωτερικού περιβάλλοντος. Προς την κατεύθυνση αυτή, ουσιαστική είναι η συµβολή του πλαισίου φωτογραµµετρίας-φωτοερµηνείας-τηλεπισκόπησης. Τα γνωστικά αντικείµενα αυτών των επιστηµονικών κλάδων αποτελούν ένα πλαίσιο λόγω της στενής αλληλουχίας και αλληλοσυµπλήρωσης και επίσης λόγω της σηµαντικής χρησιµότητας και αποτελεσµατικότητας που προσφέρουν υπό αυτήν τη µορφή θεωρούµενα και χρησιµοποιούµενα. Το πλαίσιο αυτό προσφέρει πολύπλευρη πληροφόρηση, αναγκαία σε πολλές επιστήµες και εφαρµογές τους (Kraus, 1986). Το πλαίσιο Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία-Τηλεπισκόπηση αφορά τη µελέτη της εικόνας (ποιοτική και µετρητική) και µπορεί να περιλαµβάνει θέµατα σχετικά µε τα παρακάτω: εικόνες φωτογραφικές, θερµικές, µικροκυµάτων ραντάρ, πολυφασµατικές, δορυφορική εικόνα, µετρητική επεξεργασία εικόνας (φωτογραµµετρία), ερµηνεία εικόνας (φωτοερµηνεία, τηλεπισκόπηση-οπτική ερµηνεία, ψηφιακή ανάλυση), προϊόντα φωτογραµµετρίαςφωτοερµηνείας-τηλεπισκόπησης στην οργάνωση γεωπληροφοριακών συστηµάτων (παράλληλη εξέλιξη µε αυτή των Η/Υ). 3.2 Φωτογραµµετρία Βασικές θεωρήσεις Φωτογραµµετρία (φως-γραµµή-µετρώ) ορίζεται ως η επιστήµη, η τέχνη και η τεχνική απόκτησης αξιόπιστων µετρητικών πληροφοριών για τα φυσικά αντικείµενα και το περιβάλλον, µέσω διαδικασιών καταγραφής, µέτρησης και ερµηνείας φωτογραφικών εικόνων, προτύπων εκπεµπόµενης ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας και άλλων φαινοµένων (ISPRS, 1980). 43

53 Η ιδιαιτερότητα των φωτογραµµετρικών διαδικασιών σε σχέση µε τις συνηθισµένες τοπογραφικές µεθόδους, που επίσης χρησιµοποιούνται για τον ίδιο σκοπό, συνίσταται στο ότι καταγράφουν τη θέση, το σχήµα και τις διαστάσεις των αντικειµένων χρησιµοποιώντας παρατηρήσεις που διεξάγονται µε έµµεσο τρόπο στις εικόνες αυτών και όχι απ ευθείας στα αντικείµενα αυτά. Στη Φωτογραµµετρία δηλαδή η διαδικασία καταγραφής της πληροφορίας και η διαδικασία της µέτρησης είναι διαχωρισµένες µεταξύ τους και χρονικά διακριτές. Υπάρχουν αρκετοί παράγοντες που προσδιορίζουν τον χαρακτήρα των φωτογραµµετρικών εφαρµογών και επιτρέπουν να γίνονται σαφείς διαχωρισµοί όσον αφορά την κατηγοριοποίηση τους. Σε γενικότερο επίπεδο, η Φωτογραµµετρία ταξινοµείται σε ειδικότητες ή κατηγορίες ανάλογα µε τον τύπο της φωτογραφίας, τον τρόπο λήψης και τον τρόπο χρήσης της. Μια βασική διάκριση αφορά τη θέση του σταθµού λήψης και επιτρέπει το διαχωρισµό σε επίγεια, όταν οι λήψεις γίνονται από το έδαφος, σε αντίθεση µε την από αέρα Φωτογραµµετρία στην περίπτωση των αεροφωτογραφιών και των δορυφορικών δεδοµένων. Η αντιµετώπιση αυτών των δύο τελευταίων κατηγοριών, σε γενικές γραµµές βασίζεται σε µια κοινή θεώρηση. Παρ όλα αυτά υπάρχει σηµαντική διαφοροποίηση στον τρόπο προσέγγισης και στη µεθοδολογία επεξεργασίας των δεδοµένων, µε αποτέλεσµα να επικρατήσει η ανάγκη διαχωρισµού τους σε κατηγορίες ανεξάρτητες µεταξύ τους. Έτσι, µια πρώτη ταξινόµηση στις εξής κατηγορίες µπορεί να θεωρηθεί απόλυτα δικαιολογηµένη: 1. Επίγεια φωτογραµµετρία: Πρόκειται για τη µη-τοπογραφική φωτογραµµετρία. Οι λήψεις γίνονται από φωτογραφικές µηχανές που βρίσκονται πάνω στο έδαφος, τοποθετηµένες σε τρίποδες ή ακόµα και µε ελεύθερο χέρι και το αντικείµενο ενδιαφέροντος βρίσκεται σε µικρή απόσταση. Ενδεικτικά, µερικά από τα πεδία εφαρµογής της επίγειας φωτογραµµετρίας είναι τα εξής: αρχιτεκτονική, αρχαιολογία, ιατρική, µετρήσεις µικροµετακινήσεων τεχνικών έργων, έλεγχος της γεωµετρικής µορφής εξαρτηµάτων αεροσκαφών και αυτοκινήτων, µετρήσεις παραβολικών κεραιών, εγκληµατολογία, υποβρύχιες αποτυπώσεις κλπ. 2. Από αέρα φωτογραµµετρία: Πρόκειται για τη φωτογραµµετρία µε χρήση αεροφωτογραφιών. ηλαδή, δηµιουργία-παραγωγή ψηφιακών χαρτών, συµβατικών χαρτών και άλλων προϊόντων, από αεροφωτογραφίες. Χρήση σε εφαρµογές: τοπογραφίας, χαρτογραφίας, κτηµατολογίου, οδοποιίας, πολεοδοµίας κλπ. 3. Από διάστηµα φωτογραµµετρία: Πρόκειται για τη φωτογραµµετρία µε χρήση δορυφορικών εικόνων δηµιουργούµενων από ψηφιακό αισθητήρα. Η ανάπτυξη και εξέλιξη των δορυφόρων προσφέρει πολλές δυνατότητες σ αυτήν την κατηγορία. Πεδία εφαρµογής: χαρτογραφήσεις, κτηµατογραφήσεις, οδοποιία, κτλ. 44

54 Μια επιπλέον κατηγοριοποίηση, αφορά τον τρόπο µε τον οποίο συλλέγονται τα πρωτογενή δεδοµένα (εικόνες). Αυτό είναι δυνατό να γίνεται είτε χρησιµοποιώντας µέσα κλασσικής-συµβατικής τεχνολογίας (τα γνωστά φωτοευαίσθητα φιλµ), είτε µε τη χρήση των ψηφιακών µέσων συλλογής και καταγραφής εικόνας, που ενσωµατώνουν τα πλέον σύγχρονα τεχνολογικά χαρακτηριστικά. Ακόµα, ο τρόπος µε τον οποίο γίνεται τελικά η επεξεργασία των δεδοµένων, επιβάλει τον επιπλέον διαχωρισµό σε κλασσική Φωτογραµµετρία (αναλογικά ή αναλυτικά φωτογραµµετρικά όργανα) και σε ψηφιακή (σύγχρονοι ψηφιακοί φωτογραµµετρικοί σταθµοί εργασίας). Η µετρητική επεξεργασία, βασίζεται στην αναζήτηση σε ζεύγος εικόνων οµόλογων ακτίνων και της τοµής αυτών δια διαφόρων µεθόδων και συστηµάτων: - αναλογικών (υλοποίηση της τοµής δια αντιστοίχων µεταλλικών µηχανικών ράβδων) - αναλυτικών (εύρεση της τοµής δια µαθηµατικών εκφράσεων) - ψηφιακών (αναζήτηση σηµείων της αυτής οπτικής πυκνότητας ως οµολόγωνσυσχέτιση) Τα τελευταία συστήµατα, αποτελούν συνδυασµό εξοπλισµού που ενσωµατώνει τα πλέον εξελιγµένα τεχνολογικά χαρακτηριστικά: High-end workstations, πανίσχυρα υποσυστήµατα γραφικών µε ειδικά κυκλώµατα επεξεργασίας σήµατος για στερεοσκοπική απόδοση, συστήµατα στερεοσκοπικής παρατήρησης, ειδικό εξοπλισµό για έλεγχο και λειτουργία στην 3 η διάσταση, συστήµατα δοµηµένης ψηφιακής αρχειοθέτησης κ.ά. Στη συνέχεια παρουσιάζονται συνοπτικά οι διάφορες κατηγορίες φωτογραµµετρίας που αναφέρθησαν ανωτέρω, καθώς και βασικές φωτογραµµετρικές διαδικασίες Φωτογραµµετρικές διαδικασίες Η φωτογραµµετρία, αποτελεί το εργαλείο που χρησιµοποιείται στην πλειοψηφία των χαρτογραφικών εφαρµογών κάθε είδους. Το υλικό που αποκτάται υφίσταται φωτογραµµετρική επεξεργασία, µε τη βοήθεια συνεχώς εξελισσόµενου λογισµικού που εξασφαλίζει ταχύτατη επεξεργασία, µοναδική ευκολία και υψηλή παραγωγικότητα κατά την εκτέλεση των ποικίλων φωτογραµµετρικών διαδικασιών. Στη συνέχεια παρουσιάζονται οι διαδικασίες εκείνες που απαιτούνται κατά της επεξεργασία των δεδοµένων για την παραγωγή των τελικών προϊόντων. Εσωτερικός προσανατολισµός Ως εσωτερικός προσανατολισµός νοείται ο υπολογισµός των τιµών των παραµέτρων εσωτερικής γεωµετρίας του δέκτη (εστιακή απόσταση φακών, θέση πρωτεύοντος σηµείου). Στο πλαίσιο απέναντι από το κέντρο προβολής 0 της µηχανής σχηµατίζεται η φωτογραφική εικόνα. Οι ευθείες που ενώνουν τα τέσσερα σήµατα που υπάρχουν στο µέσο των πλευρών του πλαισίου, είναι κάθετες µεταξύ τους και ορίζουν το σύστηµα συντεταγµένων της εικόνας. Το σηµείο τοµής Μ των ευθειών σύνδεσης είναι το κέντρο της εικόνας και πρέπει να 45

55 συµπίπτει κατά το δυνατόν µε το πρωτεύον σηµείο της φωτογραφίας Η. Το µέγεθος C (σταθερά της φωτογραφικής µηχανής) και η θέση του H ως προς το σύστηµα συντεταγµένων της εικόνας αποτελούν τα στοιχεία του εσωτερικού προσανατολισµού (Σχήµα 3.1). Φωτογραφία για την οποία είναι γνωστά τα στοιχεία αυτά ονοµάζεται µετρητική φωτογραφία. Σχήµα 3.1: Απεικόνιση µε µετρητική φωτογραφική µηχανή. (Πηγή: Πάτµιος-Λαζαρίδου (2004)) Εξωτερικός προσανατολισµός Για να µπορέσει να γίνει η µελέτη και η εκµετάλλευση των µετρητικών φωτογραφιών πρέπει να είναι γνωστές οι θέσεις τους στο χώρο, δηλαδή ο εξωτερικός προσανατολισµός. Όταν το υλικό µελέτης αποτελείται από ζεύγος φωτογραφιών, όπως γίνεται συνήθως στην πράξη, υπάρχει ενδιαφέρον και για τις δύο φωτογραφίες συνολικά. Πρέπει λοιπόν να είναι γνωστές οι τρεις συντεταγµένες χώρου και για τις δύο θέσεις λήψης, καθώς και οι τρεις γωνίες των δύο λήψεων. Η σχετική εργασία σε κάποιο όργανο απόδοσης πραγµατοποιείται σε δύο στάδια του εξωτερικού προσανατολισµού: το στάδιο του σχετικού και του απόλυτου προσανατολισµού. Σχετικός προσανατολισµός (στερεοζεύγους) ονοµάζεται η αποκατάσταση της σχετικής θέσης µεταξύ δύο επικαλυπτόµενων εικόνων όπως αυτή ίσχυε κατά τη στιγµή της λήψης τους. Με το σχετικό προσανατολισµό επιτυγχάνεται τοµή όλων των αντίστοιχων ακτίνων. Με τον τρόπο αυτό ανασχηµατίζεται το ανάγλυφο και µπορούν να γίνουν οι κατάλληλες µετρήσεις. Για να εκπληρωθεί η συνθήκη τοµής όλων των αντιστοίχων ακτίνων χρειάζεται να τµηθούν µόνο πέντε ζεύγη. Η διαδικασία αυτή πραγµατοποιείται χωρίς την ανάγκη γνωστών σηµείων εδάφους (φωτοσταθερών). Στο στάδιο του σχετικού προσανατολισµού προσδιορίζονται πέντε από τα δώδεκα στοιχεία του εξωτερικού προσανατολισµού (Σχήµα 3.2). Τα α και α είναι οι εικόνες πάνω στη φωτογραφική πλάκα ενός σηµείου του εδάφους Α, Ο και Ο τα κέντρα προβολής, ενώ η απόσταση Ο Ο είναι η βάση στο όργανο. Οι αντίστοιχες ακτίνες α Ο και α Ο οι οποίες πριν από το σχετικό προσανατολισµό γενικά δεν τέµνονται, συναντούν το οριζόντιο επίπεδο Π στα σηµεία Α και Α. Η απόσταση A A 46

56 ονοµάζεται παράλλαξη. Η παράλλαξη µπορεί να αναλυθεί σε οριζόντια και κατακόρυφη (Px και Py). Σχήµα 3.2: Απεικόνιση στοιχείων σχετικού προσανατολισµού. (Πηγή: Πάτµιος-Λαζαρίδου (2004)) Το µοντέλο που σχηµατίζεται έχει ακόµα άγνωστα της κλίµακα, τον προσανατολισµό (τρεις περιστροφές) και τη θέση (τρεις µετατοπίσεις) στο χώρο. Οι επτά αυτοί άγνωστοι προσδιορίζονται στο στάδιο του απόλυτου προσανατολισµού µε τη βοήθεια φωτοσταθερών. Για τον προσδιορισµό της κλίµακας θα πρέπει να είναι γνωστά στο έδαφος δύο τουλάχιστον σηµεία µε τις οριζοντιογραφικές τους συντεταγµένες, τα οποία να αναγνωρίζονται εύκολα και σίγουρα στο µοντέλο. Στη συνέχεια γίνεται σύγκριση της απόστασης που έχουν τα σηµεία αυτά στο µοντέλο µε εκείνη που θα έπρεπε να είχαν. Για να προσδιορίσουµε κατά πόσο πρέπει να περιστραφεί το µοντέλο περί τους άξονες Χ Υ ώστε να λάβει τη σωστή θέση στο χώρο, πρέπει να γνωρίζουµε τα υψόµετρα τριών τουλάχιστον σηµείων του εδάφους που δε βρίσκονται στην ίδια ευθεία και τα οποία αναγνωρίζονται εξίσου εύκολα στο µοντέλο. Αεροτριγωνισµός Ο αεροτριγωνισµός αποτελεί µέθοδο συνένωσης εικόνων έτσι ώστε µετά τη συνένωση αυτή να είναι δυνατή η λήψη συντεταγµένων οποιωνδήποτε σηµείων των εικόνων σε ενιαίο γεωδαιτικό σύστηµα αναφοράς. Γίνεται δηλαδή υπολογισµός των στοιχείων του προσανατολισµού του συνόλου των εικόνων µιας εργασίας µέσω ενιαίας συνόρθωσης. Αν στη συνόρθωση αυτή, τα στοιχεία της εσωτερικής γεωµετρίας του δέκτη (ή των δεκτών σε περίπτωση που οι εικόνες έχουν ληφθεί από διαφορετικές κάµερες), συµµετέχουν ως άγνωστοι και προκύπτουν εκτιµήσεις των τιµών τους µαζί µε τις υπόλοιπες παραµέτρους των εικόνων, µιλάµε για αεροτριγωνισµό µε ταυτόχρονη αυτοβαθµονόµηση. Ο αεροτριγωνισµός µπορεί να γίνει µε τη µέθοδο του αεροπολυγώνου (χρήση αναλογικού οργάνου µε διατάξεις βάσης εσωτερικής-βάσης εξωτερικής). Όταν η εργασία γίνεται 47

57 υπολογιστικά τότε ο αεροτριγωνισµός ονοµάζεται αναλυτικός. Στην περίπτωση αυτή η εργασία στο φωτογραµµετρικό όργανο γίνεται για τη µέτρηση φωτογραφικών συντεταγµένων σηµείων. Στον αναλυτικό αεροτριγωνισµό οι προσεγγίσεις µπορούν να γίνουν µε θεώρηση ως βασικής µονάδας της λωρίδας (µελέτη λωρίδας-συνθήκη συνεπιπεδότητας) ή της δέσµης (µελέτη µπλοκ-συνθήκες συγγραµµικότητας). Τέλος, ο αεροτριγωνισµός µπορεί να γίνει και µε τη µέθοδο των ανεξάρτητων µοντέλων, όπου οι εργασίες γίνονται µε αναλογικά όργανα. Η σύνδεση των διαδοχικών µοντέλων για το σχηµατισµό της λωρίδας µπορεί να γίνει µε δύο µεθόδους: υπολογιστικά ή µερικώς υπολογιστικά και µερικώς στο όργανο. Αναγωγή Η αναγωγή είναι µία µέθοδος που εφαρµόζεται όταν το έδαφος µπορεί να θεωρηθεί πρακτικά επίπεδο και µε αυτή διορθώνονται σφάλµατα που οφείλονται στην κλίση του άξονα της φωτογραφικής µηχανής κατά το χρόνο έκθεσης και στην κλίση-ανάγλυφο του εδάφους. Η διαδικασία της αναγωγής περιλαµβάνει διάφορες λύσεις όπως οπτικοµηχανική, αναλυτική, ψηφιακή, κ.ά. ιαφορική Αναγωγή (Ορθοφωτογραφία) Οι περιορισµοί της εφαρµογής της αναγωγής µόνο σε περιπτώσεις πρακτικά επίπεδου εδάφους έκαναν αναγκαία της επέκταση του πεδίου εφαρµογής µε την ανάπτυξη διαφόρων µεθόδων. Σύµφωνα µε αυτές, η αναγωγή γίνεται κατά µεγάλες ενότητες που µπορούν να θεωρηθούν επίπεδα, π.χ. κατά ζώνες που περιλαµβάνονται µεταξύ διαδοχικών υψοµετρικών καµπυλών, κατά µεγάλα τετράπλευρα κτλ. Η µέθοδος κατά την οποία τα τµήµατα της φωτογραφίας που χρησιµοποιούνται σαν ενότητες για την αναγωγή είναι πολύ µικρά, ονοµάζεται διαφορική αναγωγή. Μία άλλη ονοµασία είναι ορθοφωτογραφία, καθώς πρόκειται για µια φωτογραφική αναγωγή που λαµβάνεται από µία προοπτική φωτογραφία µε τρόπο ώστε σφάλµατα που οφείλονται στις κλίσεις της φωτογραφίας και στο ανάγλυφο του εδάφους να εξαλειφθούν και η φωτογραφική αυτή αναπαραγωγή να έχει τις ίδιες µετρητικές ιδιότητες µε έναν χάρτη (µια ορθογωνική προβολή του εδάφους). Η συρραφή από γειτονικές επικαλυπτόµενες ορθοφωτογραφίες µε τη χρήση ειδικών ψηφιακών τεχνικών συγκόλλησης καλείται φωτοµωσαϊκό. Ψηφιακά Μοντέλα εδάφους Τα ψηφιακά µοντέλα εδάφους D.T.M. (Digital Terrain Model) αποτελούν µια αριθµητική παρουσίαση του εδάφους, κατάλληλη για µελέτη µε ηλεκτρονικό υπολογιστή. Το ψηφιακό µοντέλο εδάφους αποτελείται από ένα σύνολο γνωστών σηµείων, χαρακτηριστικών της επιφάνειας του εδάφους και από κατάλληλα προγράµµατα για τη µελέτη των δεδοµένων (παρεµβολή, κτλ.) και την ανακατασκευή των χαρακτηριστικών του εδάφους (ισοϋψείς, τοµές, κλίσεις, όγκοι κτλ.). Οι µέθοδοι απόκτησης των δεδοµένων µπορεί να είναι άµεσες ή έµµεσες. 48

58 3.2.3 Εναέρια Φωτογραµµετρία Στην εναέρια φωτογραµµετρία γίνεται λήψη και χρήση αεροφωτογραφιών µε τη βοήθεια εξοπλισµού που τοποθετείται σε αεροπλάνο. Χρησιµοποιούνται συνήθως κατακόρυφες αεροφωτογραφίες, αν και απόλυτα κατακόρυφες είναι δύσκολο να ληφθούν λόγω των κινήσεων του αεροπλάνου. Οι αποκλίσεις από την κατακόρυφο διατηρούνται κατά µέσο όρο κάτω των 2 g και κατά ανώτατο όριο κάτω των 5 g. Οι λήψεις πραγµατοποιούνται σε ρυθµιζόµενα χρονικά διαστήµατα ώστε να υπάρχει κατά µήκος επικάλυψη των φωτογραφιών περίπου 60%. Η φωτογραφική µηχανή εκτελεί διαδοχικά όλες τις απαιτούµενες διαδικασίες (όπλιση των κλείστρων, προώθηση του φιλµ ή των πλακών κτλ.). Η περιοχή καλύπτεται από λωρίδες µε διεύθυνση πτήσης από Β προς Ν ή από Α προς (Σχήµα 3.3 και Εικόνα 3.1). Σχήµα 3.3: Απεικόνιση γραµµής πτήσης αεροπλάνου (Πηγή: Πάτµιος-Λαζαρίδου (2004)) Εικόνα 3.1: Σύστηµα Αεροφωτογράφησης 49

59 Η πτήση πραγµατοποιείται σε σταθερό ύψος κατά το δυνατό και οι πλευρικές επικαλύψεις διατηρούνται συνήθως σε 20-30%. Η κλίµακα φωτογραφίας δίνεται από την εξίσωση 3.1 (Σχήµα 3.4). 1 Ε φ = S' S = c h (Εξίσωση 3.1) όπου: S = η πλευρά φωτογραφικής πλάκας S = το αντίστοιχο µέγεθος στο έδαφος Σχήµα 3.4: Κλίµακα φωτογραφίας (Πηγή: Γεωργόπουλος (2004)). Η φωτογραφική κλίµακα 1 Ε φ είναι συνάρτηση της κλίµακας του χάρτη 1 Ε x που θα κατασκευασθεί. Εκ πείρας έχουν προκύψει η εξίσωση 3.2 και ο Πίνακας 3.1. Ε φ = 200 Ε x (Εξίσωση 3.2) Πίνακας 3.1: Αντιστοιχίες φωτογραφικής κλίµακας και κλίµακας χάρτη. (Πηγή: Πάτµιος-Λαζαρίδου (2004)) E x E φ

60 Για την κατά µήκος επικάλυψη p% η απόσταση δύο διαδοχικών λήψεων, δηλαδή η βάση b δίνεται από την εξίσωση 3.3 (Σχήµα 3.5). p b = S 1 (Εξίσωση 3.3) 100 Το χρονικό διάστηµα ανάµεσα σε δύο διαδοχικές λήψεις δίνεται από την εξίσωση 3.4: b t= (Εξίσωση 3.4) v όπου: v = η ταχύτητα του αεροπλάνου b = η απόσταση δύο διαδοχικών λήψεων (βάση) Σχήµα 3.5: Απεικόνιση της σχέσης επικάλυψη-βάση. (Πηγή: Πάτµιος-Λαζαρίδου (2004)) Η µετατόπιση της εικόνας σηµείων πάνω στη φωτογραφία εξαιτίας της κίνησης του αεροπλάνου κατά το χρόνο φωτισµού t δίνεται από την εξίσωση 3.5, ενώ η απόσταση διαδοχικών λωρίδων όταν η επικάλυψη είναι q% δίνεται από την εξίσωση 3.6. v t S' = (Εξίσωση 3.5) Ε φ q A = S 1 (Εξίσωση 3.6)

61 Σε περίπτωση ανέµου για να τηρηθεί η γραµµή πτήσης, η φωτογραφική µηχανή στρέφεται κατά κατάλληλη γωνία. Ορισµένα πλεονεκτήµατα παρουσιάζει το γεγονός ότι λήψεις ευρείας γωνίας καλύπτουν τις ίδιες επιφάνειες από χαµηλότερα ύψη απ ότι οι λήψεις κανονικής γωνίας. Στην περίπτωση αυτή όµως εµφανίζονται µεγαλύτερες διαστροφές για τις περιµετρικές ακτίνες. Σε ορισµένες περιπτώσεις λαµβάνονται συγκλίνουσες λήψεις. Οι φωτογραφικές µηχανές που χρησιµοποιούνται για το σκοπό αυτό είναι διπλές, οι άξονες σχηµατίζουν ορισµένη γωνία και γίνεται σύγχρονη λήψη. Οι φωτογραφίες παρουσιάζουν αυξηµένες διαφορές κλίµακας και απαιτούν για την παράδοση ειδικά όργανα. Πολλές φορές είναι προτιµότερο και χρήσιµο η πτήση να έχει µελετηθεί έτσι ώστε να δίνεται στις φωτογραφίες µια ορισµένη θέση σχετικά µε τα αντίστοιχα φύλλα χάρτη. Οι πτήσεις απαιτούν κατά το δυνατό ανέφελο ουρανό και για ορισµένους λόγους µπορεί να προτιµηθεί κατάλληλη εποχή. Κατά την προµελέτη µιας φωτοληψίας επιδιώκεται ο προσδιορισµός διαφόρων µεγεθών όπως της βάσης, της απόστασης µεταξύ δύο διαδοχικών γραµµών πτήσης κτλ., ο οποίος επιτυγχάνεται κατά τρόπο απλό στην περίπτωση που το έδαφος δεν παρουσιάζει µεγάλες υψοµετρικές διαφορές. Στην περίπτωση σηµαντικών υψοµετρικών διαφορών είναι απαραίτητο να ελεγχθεί, µεταξύ άλλων, το ποσοστό της πλευρικής επικάλυψης µεταξύ των διαδοχικών λωρίδων το οποίο µεταβάλλεται µε το υψόµετρο. Αυτό µπορεί να επιτευχθεί µε απλές γραφικές λύσεις που επιτρέπουν την εύρεση του µήκους που θα καλύπτει στο έδαφος, για διάφορα υψόµετρα, µια φωτεινή δέσµη µε άνοιγµα όσο το άνοιγµα του φακού της φωτογραφικής µηχανής που χρησιµοποιείται για τη λήψη. Τέλος, η χρήση φωτοσταθερών (σηµείων στο έδαφος µε γνωστές γεωδαιτικές συντεταγµένες) είναι πολλές φορές αναγκαία καθώς οι εικόνες τους µπορούν να εντοπισθούν µε ακρίβεια στις αεροφωτογραφίες. Πρόκειται δηλαδή για σηµεία επιγείου ελέγχου, ευκρινώς διακριτά στις εικόνες, για τα οποία είναι προσδιορισµένες, και άρα γνωστές, οι συντεταγµένες τους (οριζοντιογραφικές ή και το υψόµετρο) σε κάποιο σύστηµα αναφοράς, µε την απαιτούµενη ακρίβεια που καλύπτει τις ανάγκες της εκάστοτε εφαρµογής Επίγεια Φωτογραµµετρία Στην επίγεια φωτογραµµετρία ανήκουν οι πρώτες φωτογραµµετρικές εφαρµογές και, όπως έχει ήδη αναφερθεί, οι φωτογραφίες λαµβάνονται από το έδαφος. Ο κλάδος αυτός παρουσιάζει σήµερα περιορισµένη εφαρµογή στις συνήθεις αποτυπώσεις, έχει ωστόσο πολύ µεγάλη σηµασία για ειδικές αποτυπώσεις (αρχιτεκτονική, τεχνικά έργα, κ.ά.). Αρχικά εφαρµόσθηκε η απλή φωτογραµµετρική µέθοδος που βασίζεται σε µετρήσεις µεµονωµένων φωτογραφιών, η οποία αντικαταστάθηκε αργότερα από τη στερεοσκοπική µέθοδο κατά της οποία χρησιµοποιείται ζεύγος φωτογραφιών µε κατάλληλη επικάλυψη. Κατά 52

62 τη στερεοσκοπική µέθοδο είναι δυνατό, είτε µε κατάλληλες µετρήσεις και υπολογισµούς να βρούµε τις συντεταγµένες σηµείων του αντικειµένου, είτε να επιτύχουµε µε όργανα γραφική απόδοση, όπως και για τις αεροφωτογραφίες. Οι µετρήσεις αναφέρονται στις συντεταγµένες των σηµείων των φωτογραφιών και στις παραλλάξεις, ενώ επιτυγχάνονται µε κατοπτρικό στερεοσκόπιο και παραλλακτική ράβδο, είτε ακριβέστερα µε συγκριτή. Για την απόδοση επίγειων φωτογραφιών χρησιµοποιούνται, είτε ειδικά για το σκοπό αυτό όργανα, είτε όργανα απόδοσης αεροφωτογραφιών τα οποία πληρούν περιορισµούς που εισάγουν οι επίγειες λήψεις (εστιακή απόσταση κτλ.). Για τη λήψη επίγειων φωτογραφιών χρησιµοποιούνται ειδικές µετρητικές φωτογραφικές µηχανές συνδυασµένες µε διατάξεις για µετρήσεις γωνιακών στοιχείων. Μπορεί να είναι µία µηχανή (φωτοθεοδόλιχα, π.χ. Wild P 30), ή ζεύγος µηχανών που στερεώνονται σε κατάλληλη βάση (στερεοµετρικοί θάλαµοι, π.χ. Wild C 120). Παράγοντες που καθορίζουν τις σχέσεις για τη λήψη συντεταγµένων των σηµείων του αντικειµένου κατά την απόδοση µε όργανα είναι η σχετική θέση των αξόνων των φωτογραφικών µηχανών µεταξύ τους, προς τη βάση, προς το οριζόντιο επίπεδο και οι υψοµετρικές διαφορές των δύο στάσεων. Για την εκµετάλλευση των επίγειων φωτογραφιών χρησιµοποιούνται και φωτογραφικές µέθοδοι (αναγωγή, ορθοφωτογραφία). Η σειρά των εργασιών περιλαµβάνει διάφορα στάδια, ενώ εξαρτάται και από διάφορους παράγοντες όπως τι αντικείµενο ή περιοχή θα φωτογραφηθεί (έδαφος, µνηµείο κτλ.). Επίσης, ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στον περιορισµό των σφαλµάτων που µπορούν να προκληθούν από διάφορες αιτίες κατά τα διάφορα στάδια (µέτρηση γωνιών, µηκών, παραλλάξεων, φωτογραφικών συντεταγµένων, κατάλληλη εκλογή της βάσης κ.ά.). Τέλος, όσον αφορά τις περιπτώσεις επίγειων λήψεων, οι σηµαντικότερες είναι οι εξής: Άξονες παράλληλοι και κάθετοι στη βάση (κανονική περίπτωση) (Σχήµα 3.6). Άξονες παράλληλοι και πλάγιοι στη βάση (Σχήµα 3.7). Σχήµα 3.6: Άξονες παράλληλοι & κάθετοι στη βάση (Πηγή: Πάτµιος-Λαζαρίδου (2004)). Σχήµα 3.7: Άξονες παράλληλοι & πλάγιοι στη βάση (Πηγή: Πάτµιος-Λαζαρίδου (2004)). 53

63 3.2.5 ορυφορική Φωτογραµµετρία Η δορυφορική φωτογραµµετρία συνεχώς εξελίσσεται καθώς, οι δορυφορικές λήψεις καλύπτουν µεγαλύτερη έκταση εδάφους ανά εικόνα. Επίσης, στην απεικόνιση από το διάστηµα δεν απαιτείται αναφορά σε επίγεια σηµεία ελέγχου αλλά η θέση της φωτογραφικής µηχανής µπορεί να προσδιοριστεί µε ακρίβεια εάν καταγραφεί ο ακριβής χρόνος της κάθε έκθεσης και ο προσανατολισµός της. Αυτό µπορεί να επιτευχθεί µε µετρήσεις σε φωτογραφίες του αστρικού πεδίου, που λαµβάνονται µε ειδική φωτογραφική µηχανή. Με τον τρόπο αυτό παράγεται ένας µεγάλος αριθµός απεικονίσεων που είναι άµεσα διαθέσιµος στο χρήστη. Στη δορυφορική φωτογραµµετρία ενδιαφέρει κυρίως η γεωµετρία του αντικειµένου, ενώ στην τηλεπισκόπηση µεγαλύτερη σηµασία δίνεται στη µελέτη της φύσης του αντικειµένου που απεικονίζεται (Κεφ ). Στα µετρητικά χαρακτηριστικά του συστήµατος απεικόνισης περιλαµβάνονται τα εξής: 1. Οι συντεταγµένες της θέσης της φωτογραφικής µηχανής (X c, Ψ c, Ζ c ) στην τροχιά συναρτήσει του χρόνου. Ο προσδιορισµός τους γίνεται µε µεγάλη ακρίβεια (χρήση G.P.S). 2. Ο χρόνος (t i ) της έκθεσης σε συσχέτιση µε τις συντεταγµένες. 3. Οι γωνίες προσανατολισµού της φωτογραφικής µηχανής κατά τη χρονική στιγµή της έκθεσης (ω, φ, κ), που λαµβάνονται µε µετρήσεις σε φωτογραφίες αστρικού πεδίου. 4. Η υψοµετρική απόσταση. ιατάξεις ραντάρ και LASER µετρούν την απόσταση από το διαστηµόπλοιο ως το έδαφος. 5. Η διαστροφή. Σε συνδυασµό µε τα µετρητικά χαρακτηριστικά ενδιαφέρει και η στερεοσκοπική (κατά µήκος και πλευρική) κάλυψη της επιφάνειας και το αν οι λήψεις είναι κατακόρυφες ή µε κλίση. Τα έξι στοιχεία που απαιτούνται για την επίλυση ενός φωτογραµµετρικού προβλήµατος στη δορυφορική φωτογραµµετρία, αφορούν τις συντεταγµένες X c, Ψ c, Ζ c του προοπτικού κέντρου της φωτογραφικής µηχανής σε συνάρτηση µε το χρόνο και τις τρεις γωνίες προσανατολισµού που δίνονται από την επεξεργασία των λήψεων µιας αστρικής φωτογραφικής µηχανής, βάση των θέσεων των αστέρων Φωτογραµµετρικά όργανα Στη φωτoγραµµετρική διαδικασία είναι γνωστό ότι υπεισέρχονται διάφορες µετρήσεις. Από τον ορισµό της, εκτελούνται µετρήσεις (κυρίως µηκών) σε εικόνες, δηλαδή σε φωτογραφικές απεικονίσεις του αντικειµένου ενδιαφέροντος. Από τη φάση της συλλογής των πρωτογενών δεδοµένων, δηλαδή τη λήψη εικόνων, έως την τελική φάση της φωτoγραµµετρικής απόδοσης εµπλέκεται µια σειρά διατάξεων και 54

64 συστηµάτων καταγραφής και άντλησης των µετρητικών πληροφοριών από το αντικείµενο, τα οποία αναπόφευκτα εισάγουν σφάλµατα. Όπως σε κάθε διαδικασία µέτρησης, έτσι και στις φωτoγραµµετρικές µετρήσεις, οφείλουν τα όργανα µέτρησης να ελέγχονται ως προς την ακρίβεια και την αξιοπιστία καταγραφής τους. Τα συστήµατα αυτά, που ουσιαστικά αποτελούν µε την ευρύτερη έννοια του όρου τα φωτoγραµµετρικά όργανα, είναι τα εξής: οι φωτογραφικές µηχανές απόκτησης δεδοµένων τα φωτoγραµµετρικά όργανα απόδοσης και οι σαρωτές Φωτογραφικές µηχανές απόκτησης δεδοµένων Το σηµαντικότερο εργαλείο για την απόκτηση µιας φωτογραφίας είναι, αναµφίβολα, η φωτογραφική µηχανή, o φωτογραφικός δέκτης. Η αποστολή της µηχανής είναι να αιχµαλωτίσει το φως και να το οδηγήσει µέσω του φακού στη φωτοευαίσθητη επιφάνεια. Υπάρχουν οι αναλογικοί φωτογραφικοί δέκτες, δηλαδή φωτογραφικές µηχανές που χρησιµoπoιoύv συµβατικό αναλογικό φιλµ για την καταγραφή της εικόνας, αλλά και οι ψηφιακές µηχανές, δηλαδή µηχανές που καταγράφουν απευθείας τη ψηφιακή πληροφορία χωρίς τη µεσολάβηση του φιλµ και οι οποίες ολοένα και περισσότερο διεκδικούν τη θέση τους στη φωτoγραµµετρική διαδικασία. Σε κάθε περίπτωση για τη φωτογραµµετρία, η φωτογραφική µηχαvή, αναλογική ή ψηφιακή, αποτελεί το βασικό µετρητικό όργανο. ηλαδή η φωτογραφική µηχαvή είναι το µετρητικό εργαλείο, µε το οποίο καταγράφονται οι διευθύνσεις προς όλα τα σηµεία που απεικovίζovται σε µια φωτογραφική εικόνα (αντιστοιχεί στο θεοδόλιχο των γεωδαιτικών µετρήσεων). Οι αναλογικές, αλλά και οι ψηφιακές φωτογραφικές µηχαvές, ως όργανα µέτρησης, µπορεί να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες: 1. Μη µετρητικές ή ερασιτεχνικές µηχαvές, οι οποίες µπορεί να χρησιµoπoιηθoύv τόσο για φωτoγραµµετρικές εφαρµογές µειωµένων απαιτήσεων ακριβείας και αυξηµένου κόστους απόδοσης, όσο και για την τεκµηρίωση (κυρίως) της υπάρχουσας κατάστασης σε δεδοµένη χρονική στιγµή. 2. Ηµι-µετρητικές µηχαvές, οι οποίες αποτελούν µετρητική εξέλιξη µηχανών, που αρχικώς δεν είχαν σχεδιαστεί για φωτoγραµµετρικoύς σκοπούς. 3. Μετρητικές ή φωτoγραµµετρικές µηχαvές, οι οποίες σχεδιάστηκαν για να καλύπτουν αυστηρώς φωτoγραµµετρικές εφαρµογές. 55

65 Φωτoγραµµετρικά όργανα απόδοσης Τα φωτoγραµµετρικά όργανα στερεοσκοπικής απόδοσης εκτελούν, σε πραγµατικό χρόνο, το µετασχηµατισµό της κεντρικής προβολής σε ορθή, που είναι και το κυριότερο ζητούµενο από τη φωτoγραµµετρική διαδικασία. Τα φωτoγραµµετρικά όργανα διακρίνονται σε αναλογικά, αναλυτικά και ψηφιακά (Σχήµα 3.8). Τα µεν αναλογικά θεωρούνται πλέον σχετικώς παρωχηµένα, δεδοµένου ότι σήµερα όλες οι λειτουργίες τους έχουν αντικατασταθεί από προγράµµατα ηλεκτρονικού υπολογιστή, µε φυσική συνέπεια να έχουν αντικατασταθεί από τα αναλυτικά. Τα τελευταία λειτουργούν σε συνεχή επικοινωνία µε τov ηλεκτρονικό υπολογιστή και το κυριότερο πλεovέκτηµά τους, εκτός από την ταχύτητα και αυξηµένη ακρίβεια, είναι η έλλειψη πολλών και πολύπλοκων µηχανικών µερών. Τα ψηφιακά όργανα, ή οι ψηφιακοί σταθµοί, αποτελούν την πιο πρόσφατη εξέλιξη των φωτογραµµετρικών οργάνων στερεοσκοπικής απόδοσης. Η βασική διαφορά τους από τα αναλυτικά όργανα είναι το γεγονός ότι χρησιµoπoιoύv ψηφιακές εικόνες, αλλά κυρίως, ότι προσφέρουν στους χρήστες αυξηµένες δυνατότητες αυτοµατοποίησης των διαφόρων λειτουργιών (Σχήµα 3.9). Σχήµα 3.8: α) Αναλυτικά φωτογραµµετρικά όργανα, β)ψηφιακά φωτογραµµετρικά συστήµατα 56

66 Ψηφιακή Μηχανή Α/Φ (ADS40): συνεχής σάρωση σκούπας (πρόσθια, κατακόρυφη, οπίσθια θέαση) Αναλογική Μηχανή Α/Φ (RC30): διακριτές προοπτικές εικόνες (επικαλυπτόµενες αεροφωτογραφίες) Σχήµα 3.9: Αρχή λειτουργίας ψηφιακής και αναλογικής µηχανής αεροφωτογράφησης. Σαρωτές αναλογικών φωτογραφιών Οι σαρωτές αναλογικών φωτογραφιών είναι συσκευές, οι οποίες έχουν τη δυνατότητα να ψηφιoπoιoύv αναλογικά εκτυπωµένες φωτογραφίες ή αρνητικά (και διαθετικά) αναλογικών φιλµ. Λειτoυργoύv περίπoυ όπως τα φωτοαντιγραφικά µηχανήµατα και ουσιαστικά ψηφιoπoιoύv το ανακλώµενο ή διερχόµενο, αντιστοίχως, φως (Σχήµα 3.10). Έως τώρα οι σαρωτές αποτελούν την κυριότερη πηγή ψηφιακών αρχείων, τουλάχιστον για την περίπτωση αεροφωτογραφιών. Ήδη έχουν ανακοινωθεί τα πρώτα πρωτότυπα µοντέλα ψηφιακών αερoµηχαvώv και έτσι είναι βέβαιο ότι στο άµεσο µέλλον θα παράγονται εµπορικά ψηφιακές αερoµηχαvές µε µεγάλο µέγεθος εστιακού επιπέδου, ικανές να αντικαταστήσουν σταδιακά τις συµβατικές µηχαvές αεροφωτογραφίσεων. Σχήµα 3.10: Αρχή λειτουργίας ενός επιτραπέζιου σαρωτή (Πηγή: Γεωργόπουλος (2000)). 57

67 Τα τελευταία χρόνια, παράλληλα µε την εξάπλωση των ψηφιακών φωτoγραµµετρικώv σταθµών, έχουν εµφανιστεί στη διεθνή αγορά ειδικοί σαρωτές για φωτoγραµµετρικoύς σκοπούς. Οι σαρωτές αυτοί έχουν τις κύριες εξής χαρακτηριστικές ιδιότητες, οι οποίες τους διαφoρoπoιoύv από τους κοινούς σαρωτές: ιαθέτουν τη δυνατότητα σάρωσης σε πολύ υψηλές αναλύσεις, π.χ dpi, χωρίς να χρησιµoπoιoύv ραδιoµετρική παρεµβολή. Τα ψηφιακά αρχεία που παράγουν είναι διορθωµένα από τυχόν γεωµετρικές παραµορφώσεις της σάρωσης. Αυτό επιτυγχάνεται µε τη βοήθεια ειδικών αλγορίθµων οι οποίοι αποκαθιστούν το µοντέλο διόρθωσης των σφαλµάτων του σαρωτή. Παρέχουν τη δυνατότητα σάρωσης εικόνων έως και 23x23cm 2, σε πολλές περιπτώσεις µε ταυτόχρονη αποκατάσταση του εσωτερικού πρoσαvατoλισµoύ τους. 3.3 Φωτοερµηνεία-Τηλεπισκόπηση Βασικές θεωρήσεις Τηλεπισκόπηση είναι η επιστήµη και η τεχνική της απόκτησης πληροφορίας για ένα αντικείµενο περιοχή ή φαινόµενο, µέσω της ανάλυσης δεδοµένων τα οποία αποκτώνται µε διατάξεις που δε βρίσκονται σε φυσική και άµεση επαφή µε το αντικείµενο, περιοχή ή φαινόµενο το οποίο µελετάται. Η κύρια διαδικασία που λαµβάνει χώρα κατά την τηλεπισκόπηση περιλαµβάνει την αλληλεπίδραση ανάµεσα στην προσπίπτουσα ακτινοβολία και τους στόχους που µας ενδιαφέρουν. Η διαδικασία αυτή µπορεί να επεξηγηθεί µέσω των χρησιµοποιούµενων απεικονιστικών συστηµάτων, τα οποία περιλαµβάνουν επτά διαφορετικά στάδια (Σχήµα 3.11). Στο σηµείο αυτό, θα πρέπει να σηµειωθεί ότι η τηλεπισκόπηση περιλαµβάνει επίσης και τη µέτρηση της εκπεµπόµενης ενέργειας µε τη χρήση µη απεικονιστικών συστηµάτων. Σχήµα 3.11: Στάδια τηλεπισκοπικής διαδικασίας (Πηγή: Κανελλοπούλου, (2003)). 58

68 Στάδια τηλεπισκοπικής διαδικασίας 1. Πηγή ενέργειας ή ακτινοβολία (Α): η πρώτη απαίτηση για την τηλεπισκόπηση είναι η ύπαρξη µιας πηγής ενέργειας η οποία θα φωτίζει ή θα παρέχει ηλεκτροµαγνητική ενέργεια στον στόχο του ενδιαφέροντός µας. 2. Ακτινοβολία και ατµόσφαιρα (B): καθώς η ενέργεια διαδίδεται από την πηγή προς το στόχο θα έρθει σε επαφή και θα αλληλεπιδράσει µε την ατµόσφαιρα µέσα από την οποία διέρχεται. Αυτή η αλληλεπίδραση θα λάβει χώρα και δεύτερη φορά καθώς η ενέργεια θα διαδίδεται από το στόχο προς τον αισθητήρα. 3. Αλληλεπίδραση µε το στόχο (C): καθώς η ενέργεια προσπίπτει στο στόχο περνώντας µέσα από την ατµόσφαιρα, αλληλεπιδρά µε το στόχο ανάλογα µε τις ιδιότητες τόσο του στόχου όσο και της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. 4. Καταγραφή της ενέργειας από τον αισθητήρα (D): µετά τη σκέδαση ή την εκποµπή της ακτινοβολίας από το στόχο απαιτείται ένας αισθητήρας (τηλεπισκοπικός, όχι σε επαφή µε το στόχο) για τη συλλογή και την καταγραφή της ηλεκτροµαγνητικής ενέργειας. 5. Εκποµπή, λήψη και επεξεργασία (E): η καταγραφόµενη ενέργεια από τον αισθητήρα πρέπει να µεταδοθεί, συνήθως σε ηλεκτρονική µορφή, σε έναν σταθµό λήψης και επεξεργασίας όπου λαµβάνει χώρα η διαδικασία επεξεργασίας της πληροφορίας σε εικόνα. 6. Ερµηνεία και ανάλυση (F): η παραγόµενη πληροφορία αναλύεται οπτικά ή/και ψηφιακά ή ηλεκτρονικά για την εξαγωγή πληροφοριών σχετικά µε τον αρχικά ακτινοβολούµενο στόχο. 7. Εφαρµογή (G): το τελευταίο στάδιο της τηλεπισκοπικής διαδικασίας περιλαµβάνει την εφαρµογή της εξαγόµενης πληροφορίας από την εικόνα, για την καλύτερη κατανόησή της, την απόκτηση καινούριας πληροφορίας ή τη συµβολή της στην επίλυση κάποιου συγκεκριµένου προβλήµατος Ηλεκτροµαγνητικό φάσµα Η βασική αρχή των περισσοτέρων µεθόδων και συστηµάτων τηλεπισκόπησης είναι απλά η µέτρηση των ποικίλων ενεργειακών επιπέδων ενός αντικειµένου ή η µέτρηση του θεµελιώδους µεγέθους στο πεδίο ηλεκτροµαγνητικών δυνάµεων, γνωστό ως φωτόνιο. Οι µεταβολές στην ενέργεια των φωτονίων συνδέονται στενά µε την παράµετρο µήκος κύµατος ή την αντίστροφή της, συχνότητα. Η πρώτη απαίτηση για την τηλεπισκοπική διαδικασία είναι η ύπαρξη µιας πηγής ενέργειας που θα ακτινοβολείται από το στόχο (εκτός αν η ανιχνευόµενη ενέργεια εκπέµπεται από τον ίδιο το στόχο). Η ενέργεια αυτή έχει τη µορφή ηλεκτροµαγνητικής ακτινοβολίας. Η ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία η οποία ποικίλει από χαµηλά σε υψηλά ενεργειακά επίπεδα, 59

69 συνθέτει το ηλεκτροµαγνητικό φάσµα (Σχήµα 3.12). Η ακτινοβολία προερχόµενη από διακεκριµένες ζώνες του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος περιέχει φωτόνια σε διαφορετικά µήκη κύµατος. Όταν οποιοδήποτε υλικό-στόχος διεγερθεί είτε από εσωτερικές διαδικασίες είτε από αλληλεπίδραση µε προσπίπτουσα ηλεκτροµαγνητική ακτινοβολία, εκπέµπει φωτόνια σε διαφορετικά µήκη κύµατος, των οποίων οι ραδιοµετρικές ποσότητες διαφέρουν µε τρόπο που µας επιτρέπει να αναγνωρίσουµε ή να ταξινοµήσουµε τα διάφορα υλικά. Σχήµα 3.12: Το ηλεκτροµαγνητικό φάσµα (Πηγή: Περάκης (2000)). Όσον αφορά τις µεθόδους Τηλεπισκόπησης µε βάση τα ηλεκτροµαγνητικά κύµατα, θα πρέπει να γίνει µία διάκριση µεταξύ της φάσης απόκτησης και της φάσης ανάλυσης των δεδοµένων. Για την απόκτηση των δεδοµένων λαµβάνονται υπόψην τα εξής: πηγές ενέργειας, διάδοση ενέργειας διαµέσου της ατµόσφαιρας, αλληλεπίδραση της ενέργειας µε τη γήινη επιφάνεια, συστήµατα Τηλεπισκόπησης µεταφερόµενα από αεροπλάνο ή άλλα διαστηµικά µέσα και απόκτηση δεδοµένων υπό µορφή εικόνων ή υπό αριθµητική µορφή/ψηφιακή. Η φάση ανάλυσης των δεδοµένων περιλαµβάνει την εξέταση των εικόνων µε τη χρησιµοποίηση διαφόρων διατάξεων για την ανάλυση εικονογραφικών δεδοµένων ή υπολογιστών για την ανάλυση αριθµητικών τηλεπισκοπικών δεδοµένων. ιάφορες άλλες σχετικές πληροφορίες (χάρτες εδάφους, στατιστικά στοιχεία κ.ά.) ή και έλεγχοι εδάφους µπορούν να συµβάλουν στην ανάλυση δεδοµένων και χρησιµοποιούνται ως στοιχεία αναφοράς. Με τον τρόπο αυτό, από την ανάλυση εξάγονται πληροφορίες σχετικά µε τον τύπο, το µέγεθος, την τοποθεσία και την κατάσταση των διαφόρων στοιχείων των περιοχών οι οποίες µελετήθηκαν από το σύστηµα Τηλεπισκόπησης. Οι πληροφορίες αυτές παρουσιάζονται υπό µορφή χαρτών, πινάκων, αναφορών, κτλ. στους διάφορους χρήστες οι οποίοι τις χρησιµοποιούν για τη λήψη σχετικών αποφάσεων. 60

70 3.3.3 Απόκτηση δεδοµένων Η απόκτηση των απαραίτητων δεδοµένων προς ανάλυση µπορεί να γίνει µε διάφορες µεθόδους και να παραχθούν τα αντίστοιχα προϊόντα. Μπορούν λοιπόν να χρησιµοποιηθούν: Ανιχνευτές φωτονίου και θερµικοί ανιχνευτές Οι ανιχνευτές φωτονίου λειτουργούν µε βάση την αρχή της διέγερσης των ατόµων από την εισερχόµενη ακτινοβολία. Βασίζονται δηλαδή στην άµεση επίδραση των φωτονίων της προσπίπτουσας ακτινοβολίας στις ενεργειακές στάθµες των στοιχείων του υλικού. Είναι ικανοί για ταχύτατη αντίδραση και γι αυτό το λόγο συχνά χρησιµοποιούνται σε αριθµητικά συστήµατα Τηλεπισκόπησης. Ωστόσο λειτουργούν σε στενή περιοχή φάσµατος και έχουν ανάγκη ψύξης για καλή απόδοση. Η ηλεκτρική τους συµπεριφορά εκδηλώνεται µε δύο βασικούς τρόπους. Ο πρώτος είναι µια µεταβολή στην ηλεκτρική αντίσταση του ανιχνευτή καθώς το επίπεδο ακτινοβολίας και το µήκος κύµατος µεταβάλλεται (photoconductive P.C.), ενώ ο δεύτερος είναι µια µεταβολή στο δυναµικό εξόδου του ανιχνευτή καθώς το επίπεδο ακτινοβολίας και το µήκος κύµατος µεταβάλλεται (photovoltaic P.V.). Σχήµα 3.13: Αρχή λειτουργίας θερµικού ανιχνευτή. (Πηγή: Λαζαρίδου-Πάτµιος (2007)) 61

71 Οι θερµικοί ανιχνευτές περιλαµβάνουν κατάλληλα υλικά των οποίων η θερµοκρασία µεταβάλλεται, λόγω της προσπίπτουσας ακτινοβολίας και η µεταβολή αυτή έχει ως αποτέλεσµα τη µεταβολή της ηλεκτρικής τους αντίστασης η οποία καταγράφεται. Τα συστήµατα αυτά είναι πολύ ακριβή και η απόκρισή τους δεν εξαρτάται από το µήκος κύµατος της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Παρουσιάζουν ωστόσο µεγάλο χρόνο απόκρισης και είναι γενικά λιγότερο ευαίσθητα από τους ανιχνευτές φωτονίου. Σηµειώνεται επίσης ότι οι θερµικές εικόνες που παράγονται διαφέρουν από τις υπέρυθρες φωτογραφίες. Στο Σχήµα 3.13 παρατηρείται η αρχή λειτουργίας του θερµικού ανιχνευτή. Κατά τη διάρκεια κίνησης του αεροσκάφους, ένα περιστρεφόµενο κάτοπτρο σαρώνει την περιοχή κατά λωρίδες. Το λαµβανόµενο σήµα ρυθµίζει τη λειτουργία ενός καθοδικού σωλήνα και καταγράφεται σε κατάλληλο φιλµ (θερµική εικόνα). Στο αρνητικό, περιοχές του εδάφους που έχουν υψηλή ακτινοβόλο θερµοκρασία παρουσιάζονται σαν περιοχές που έχουν εντονότερο τόνο, ενώ σε εκτυπώσεις από το αρνητικό περιοχές υψηλής ακτινοβόλου θερµοκρασίας εµφανίζονται σαν περιοχές απαλότερου τόνου. Φωτογραφικά συστήµατα Τα φωτογραφικά συστήµατα θεωρούνται ως τα αρχικά των συστηµάτων Τηλεπισκόπησης µε την έννοια ότι η τεχνολογία της Τηλεπισκόπησης προέρχεται από την επιστήµη της ερµηνείας της φωτογραφίας. Σε ένα φωτογραφικό σύστηµα, το φιλµ λειτουργεί όπως ο ανιχνευτής και οι φακοί οι οποίοι εστιάζουν την εικόνα πάνω στο επίπεδο του φιλµ λειτουργούν σαν το οπτικό σύστηµα του ανιχνευτή. Τα συστήµατα αυτά είναι συστήµατα πλαισίου καθώς όλα τα δεδοµένα αποκτώνται ταυτόχρονα. Το φιλµ που χρησιµοποιείται ως ανιχνευτής σε ένα φωτογραφικό σύστηµα έχει έναν περιορισµό λόγω του µικρού σχετικά φασµατικού εύρους σε σύγκριση µε το σύστηµα του πολυφασµατικού ανιχνευτή. Ωστόσο, τα φωτογραφικά συστήµατα χαρακτηρίζονται από υψηλή χωρική ανάλυση συγκρινόµενα µε τα συστήµατα του πολυφασµατικού ανιχνευτή. Απεικονιστές ηλεκτρονίου Τα συστήµατα απεικόνισης ηλεκτρονίου µοιάζουν µε τα φωτογραφικά καθώς, απεικονίζουν ένα είδωλο σε µια φωτοηλεκτρική επιφάνεια αντίστοιχα µε τον τρόπο που ένα φωτογραφικό σύστηµα απεικονίζει µία εικόνα σε µια φωτοχηµική επιφάνεια. Οι εικόνες που σχηµατίζονται όµως στη φωτοηλεκτρική επιφάνεια παράγονται ηλεκτρονικά και υπόκεινται σε ταχύτατη ηλεκτρονική µετάδοση από την πλατφόρµα του αισθητήρα σε ένα σταθµό λήψης. Επιπλέον, οι εικόνες µπορούν να καταγραφούν σε µαγνητική ταινία για µεταγενέστερη επεξεργασία. Οι απεικονιστές ηλεκτρονίου χρησιµοποιούν τη µετατροπή ενός ηλεκτρονικού ειδώλου επί µιας φωτοηλεκτρικής επιφάνειας σε µια σειρά ηλεκτρικών σηµάτων τα οποία µπορούν να 62

72 µεταδοθούν ή να καταγραφούν και αργότερα να αναπαράγουν ένα είδωλο της πραγµατικής εικόνας. Πολυφασµατικοί σαρωτές Οι φωτογραφικοί αισθητές δίνουν πληροφορίες κυρίως για τις ανακλαστικές ιδιότητες των εδαφικών επιφανειών και λιγότερες για τις ιδιότητες εκποµπής, ενώ οι θερµικοί αισθητές έχουν αντίθετα χαρακτηριστικά. Είναι λοιπόν επιθυµητό να έχουµε ταυτόχρονη πληροφόρηση για την ενέργεια που ανακλάται και εκπέµπεται από τα γήινα αντικείµενα. Αυτό πραγµατοποιείται µε τους πολυφασµατικούς σαρωτές (multi-spectral scanners-m.s.s.). Τα συστήµατα αυτά χρησιµοποιούν ηλεκτρονικούς ανιχνευτές ενέργειας. εν συλλέγουν όµως µόνο θερµικά IR (infrared: υπέρυθρο) δεδοµένα, αλλά σχεδιάστηκαν να ανιχνεύουν ταυτόχρονα ενέργεια σ έναν αριθµό και από άλλες φασµατικές περιοχές (υπεριώδη µήκη κύµατος, ορατά, IR και θερµικά τµήµατα του φάσµατος). Τα δεδοµένα των M.S.S. δηµιουργούνται ηλεκτρονικά και έτσι είναι πιο επιδεκτικά ρυθµίσεων, µπορούν να µεταβιβαστούν σε επίγειους σταθµούς (σηµαντικό χαρακτηριστικό όταν γίνεται επισκόπηση από διαστηµικές πλατφόρµες) και ν αξιοποιηθούν αριθµητικά. Σχήµα 3.14: Λειτουργία συστήµατος πολυφασµατικής ανίχνευσης. (Πηγή: Λαζαρίδου-Πάτµιος (2007)) Κατά τη λειτουργία ενός πολυφασµατικού σαρωτή, ένα περιστροφικό κάτοπτρο κινεί το πεδίο επισκόπησης κατά µήκος µιας γραµµής κάθετης στη διεύθυνση πτήσης (Σχήµα 3.14). Το σύστηµα, προβλέπει διάταξη για το διαχωρισµό των ανακλώµενων µηκών κύµατος, από 63

73 τα εκπεµπόµενα µήκη κύµατος της εισερχόµενης ακτινοβολίας. Οι συνιστώσες των ανακλώµενων µηκών κύµατος διαχωρίζονται σε µια συνέχεια από UV (ultraviolet υπεριώδεις), ορατά και ανακλώµενα IR µήκη κύµατος. Ταυτόχρονα επίσης, διαχωρίζονται οι εκπεµπόµενες συνιστώσες του εισερχόµενου σήµατος στα συστατικά τους µήκη κύµατος. Με τοποθέτηση µιας σειράς ανιχνευτών στις κατάλληλες γεωµετρικές θέσεις, η εισερχόµενη ακτίνα µετρείται ξεχωριστά σε πολλές στενές λωρίδες ή κανάλια. Τα σήµατα που παράγονται από καθέναν από τους ανιχνευτές ενός M.S.S. ενισχύονται από ηλεκτρονικό σύστηµα και καταγράφονται από έναν καταγραφέα µαγνητικής κασέτας, µε πολλά κανάλια (bands). Συστήµατα µικροκυµάτων (RADAR, Παθητικά) Τα µικροκύµατα, από άποψη τηλεπισκόπισης, µπορούν να διαπερνούν την ατµόσφαιρα πρακτικά κάτω από όλες τις συνθήκες. Η περιοχή του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος που περιλαµβάνεται µεταξύ 1 mm και 1 m, θεωρείται περιοχή µικροκυµάτων. Τα συστήµατα τηλεπισκόπησης µε βάση τα µικροκύµατα διακρίνονται σε ενεργητικά στα οποία γίνεται εκποµπή ακτινοβολίας (RADAR: RADIO DETECTION AND RANGING) και σε παθητικά χωρίς εκποµπή ακτινοβολίας (ραδιόµετρο µικροκυµάτων). Με τις διατάξεις RADAR επιδιώκεται η ανίχνευση της παρουσίας και της θέσης αντικειµένων µε βάση τη µελέτη των επιστροφών ανακλάσεων κατάλληλων ηλεκτροµαγνητικών παλµών που εκπέµπονται από τις διατάξεις αυτές. Τη διάδοση των σηµάτων επηρεάζουν κατά κύριο λόγο το µήκος και η πόλωση του κύµατος. Έχουν αναπτυχθεί διάφορα τέτοια συστήµατα-διατάξεις όπως τα: DOPPLER, PPI, SLAR. Τα συστήµατα SLAR φέρονται σε αεροπλάνο ή δορυφόρο. Στο Σχήµα 3.15 παρουσιάζεται η αρχή δηµιουργίας εικόνων SLAR. Η κεραία που βρίσκεται στο αεροπλάνο (1) χρησιµοποιείται σε συνδυασµό µε κατάλληλες διατάξεις (2) τόσο για την εκποµπή όσο και για τη λήψη των παλµών. Οι επιστροφές καταγράφονται σαν ένα σήµα έντασης-χρόνου (3). Το σήµα αυτό χρησιµοποιείται τελικά για να παράγει ένα εικονογραφηµένο προϊόν (µαγνητοσκοπηµένο φιλµ) (4). Η ταχύτητα Vφ κίνησης του φιλµ ρυθµίζεται κατάλληλα σε συσχετισµό µε την ταχύτητα του αεροπλάνου. Η εδαφική ταινία που καταγράφεται από τη µία ή και από τις δύο πλευρές του αεροπλάνου έχει πλάτος περίπου το ήµισυ του ύψους πτήσης του αεροπλάνου. Τα παθητικά συστήµατα δέχονται σήµα στο οποίο εν γένει θα συνυπάρχουν τέσσερεις συνιστώσες ακτινοβολίας: η εκπεµπόµενη από αντικείµενο, η εκπεµπόµενη από την ατµόσφαιρα, η ανακλώµενη από την επιφάνεια και η µεταφερόµενη από το έδαφος. 64

74 Σχήµα 3.15: Λειτουργία συστήµατος µικροκυµάτων. (Πηγή: Λαζαρίδου-Πάτµιος (2007)) Τηλεπισκόπηση από το διάστηµα Στη δορυφορική τηλεπισκόπηση, όπως έχει ήδη αναφερθεί µεγαλύτερη σηµασία δίνεται στη µελέτη της φύσης του αντικειµένου που απεικονίζεται. Η δορυφορική απεικόνιση δηµιουργείται από ψηφιακό αισθητήρα. Κάθε τιµή φασµατικής ανάκλασης (ορατό, εγγύς υπέρυθρο, µέσο υπέρυθρο, θερµικό υπέρυθρο, µικροκυµατικό τµήµα του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος) καταγράφεται σαν ένας ψηφιακός αριθµός. Αυτοί οι αριθµοί µεταδίδονται στη Γη, όπου µετατρέπονται µε υπολογιστή σε χρώµατα ή σε επίπεδα φωτεινότητας της κλίµακας του γκρίζου, ώστε να δηµιουργήσουν µια απεικόνιση που µοιάζει ακριβώς µε φωτογραφία. Υπάρχουν τα εξής είδη δορυφορικής απεικόνισης: 1. Παγχρωµατική απεικόνιση: Λαµβάνεται από ψηφιακό αισθητήρα που µετρά ενέργεια ανάκλασης σε ευρύ τµήµα του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος-λωρίδα. Τα παγχρωµατικά δεδοµένα απεικονίζονται σαν ασπρόµαυρη εικόνα. 2. Πολυφασµατική απεικόνιση: Λαµβάνεται από ψηφιακό αισθητήρα που µετρά ενέργεια ανάκλασης σε πολλές λωρίδες. 3. Υπερφασµατική απεικόνιση: Λαµβάνεται από ψηφιακό αισθητήρα που µετρά ανάκλαση σε πολλές µεµονωµένες λωρίδες, συχνά εκατοντάδες. 65

75 Η εικόνα αποτελεί µια µορφή γεωχωρικών δεδοµένων. Μία βασική και χρήσιµη διάκριση τους θεωρούµε τις µορφές Raster (µορφή πίνακα-πλέγµατος που αποτελείται από σύνολο στοιχείων εικόνας) και Vector (µορφή διανυσµατική που αποτελείται από σηµεία, γραµµές, πολύγωνα). Οι ψηφιακές δορυφορικές εικόνες είναι δεδοµένα Raster, όπου σε κάθε pixel αντιστοιχεί µια τιµή ανάκλασης (σε κλίµακα γκρίζου ή επιπέδου φωτεινότητας χρώµατος) εδάφους, η οποία µε κατάλληλη επεξεργασία µε Η/Υ µετατρέπεται σε αντίστοιχο στοιχείο εικόνας. Κάθε pixel περιέχει φασµατική πληροφόρηση (µήκος κύµατος στο οποίο ο αισθητήρας µπορεί να µετρήσει την ανακλώµενη ενέργεια) και χωρική πληροφόρηση (µέγεθος του µικρότερου χαρακτηριστικού που είναι διακριτό στην εικόνα). Η ερµηνεία εικόνας διακρίνεται σε απλή οπτική ερµηνεία και σε ερµηνεία µε συστήµατα επεξεργασίας, όπου γίνεται ανάλυση και ταξινόµηση εδαφικών χαρακτηριστικών βάση της ψηφιακής τιµής των ψηφιακών υπογραφών του. Όσον αφορά τα γεωπληροφοριακά συστήµατα, η δορυφορική εικόνα µπορεί να είναι ένας ιδανικός χάρτης βάσης πάνω στον οποίο µπορούν να τοποθετηθούν άλλες υπερθέσεις, ή ακόµη να εµπλουτίσει το γεωγραφικό σύστηµα πληροφοριών µε αντικείµενα και χαρακτηριστικά της Γης που µπορούν να εντοπισθούν και να αναγνωρισθούν στο έδαφος. Τα προϊόντα απεικόνισης που προκύπτουν είναι ποικίλα (χάρτες ταξινόµησης, ψηφιακά υψοµετρικά µοντέλα, συγχωνεύσεις, µωσαϊκά, ανίχνευση αλλαγών, εξαγωγή δεδοµένων για ΓΣ), ενώ οι εφαρµογές µελέτης πολλές (χαρτογράφηση χαρακτηριστικών, διανυσµατική ενηµέρωση χάρτη, τρισδιάστατη µοντελοποίηση, ταξινόµηση κάλυψης και χρήσης γης, κ.ά.). Άλλες µορφές-είδη Τηλεπισκόπησης Με ακτίνες γ: οι ακτίνες γ προσπίπτουν στις κατάλληλα διαµορφωµένες διατάξεις των ανιχνευτών και δηµιουργούν ηλεκτρικούς παλµούς, οι οποίοι µελετώνται και δίνουν σχετικές πληροφορίες. Με ακτίνες Laser: η προσπίπτουσα επί του στόχου ενέργεια Laser ανακλάται ή διαθλάται, ενώ η εκπεµπόµενη ακτινοβολία κατά κανόνα είναι πολωµένη γραµµικά. Γίνεται χρήση των Lidar (Laser radar) που περιλαµβάνουν ποµπό, συλλέκτη και υπολογιστικό σύστηµα για τη µελέτη των λαµβανόµενων στοιχείων (εφαρµογή σε µετρήσεις κινήσεων). Μπορούν να µεταφέρονται από αεροπλάνο, ενώ απαραίτητη είναι η χρήση GPS και αδρανειακών συστηµάτων Ανάλυση δεδοµένων Η διαδικασία της ανάλυσης των τηλεπισκοπικών δεδοµένων γίνεται είτε αναλογικά µε απλές διατάξεις όπως τα στερεοσκόπια, ή ψηφιακά µε αξιοποίηση των δυνατοτήτων των ηλεκτρονικών υπολογιστικών και ειδικών λογισµικών. 66

76 Φωτοερµηνεία (Οπτική ερµηνεία εικόνας) Η Φωτοερµηνεία αναφέρεται στον οπτικό προσδιορισµό της ταυτότητας των αντικειµένων στην επιφάνεια της γης, καθώς και στην ανάλυση και κρίση της σηµασίας τους από αεροφωτογραφίες (ερµηνεία αεροφωτογραφιών) και γενικότερα εικόνες. Αρχικά η οπτική ερµηνεία χρησιµοποιούνταν ως βασική πηγή πληροφόρησης, ενώ µε την εξέλιξη της τεχνολογίας σηµαντικό πλέον ρόλο παίζει και η ψηφιακή ανάλυση της εικόνας. Σε κάθε αεροφωτογραφία περιλαµβάνεται πλήθος πληροφοριακών στοιχείων. Υπάρχουν κάποια βασικά χαρακτηριστικά που καθιστούν µία αεροφωτογραφία απαραίτητη στην παρατήρηση της γήινης επιφάνειας: 1. Η µεγάλη έκταση που παρουσιάζεται µέσω της αεροφωτογραφίας (π.χ. στην κλίµακα 1: περίπου εννέα τετραγωνικά µίλια). 2. Ο συνδυασµός ζευγών αεροφωτογραφιών µπορεί να µας δώσει τρισδιάστατη εικόνα της επιφάνειας της γης. 3. Οι αεροφωτογραφίες είναι ακριβείς και αξιόπιστες παρουσιάσεις της επιφάνειας της γης και των αντικειµένων που βρίσκονται σ' αυτή. 4. Η διαχρονικότητα των αεροφωτογραφιών ως µέσο παρατήρησης. Ως µειονέκτηµα θα µπορούσε να αναφερθεί το κόστος τους που και αυτό σε σχέση µε την επιφάνεια-κάλυψη και τη συχνότητα κάλυψης που προσφέρουν, δεν είναι σχετικά µεγάλο. Ο αντικειµενικός σκοπός της ερµηνείας αεροφωτογραφιών είναι να αντλήσουµε τις πληροφορίες που µας προσφέρουν. Σε αυτό βοηθούν τα κριτήρια αναγνώρισης εικόνων: Μέγεθος: Από τα πιο διακριτά χαρακτηριστικά ενός αντικειµένου. Η θεώρησή του γίνεται πάντοτε σε σχέση µε την κλίµακα της εικόνας. Η εκτίµησή του επιτρέπει τον καθορισµό δυνατών εναλλακτικών λύσεων για την αναγνώρισή του. Σχήµα: Κάθε χαρακτηριστικό της επιφάνειας της γης που είναι έργο του ανθρώπου έχει σαφές γεωµετρικό σχήµα µε διακριτά όρια. Τα φυσικά χαρακτηριστικά έχουν γενικά ακανόνιστο σχήµα και µη σαφή όρια. Σκιά: Βοηθά στην αναγνώριση χαρακτηριστικών που έχουν ύψος και δεν έχουν τονικές διαφορές µε το περιβάλλον. Ειδικότερα χρήσιµος είναι ο εντοπισµός της σε ανώµαλα εδάφη, όπου οι σκιάσεις µας δίνουν την εικόνα του αναγλύφου στην αεροφωτογραφία. Τόνος: Εκφράζει την ανακλώµενη ενέργεια από τα εδαφικά χαρακτηριστικά και παρουσιάζεται σαν διαβάθµιση του γκρι στην παγχρωµατική αεροφωτογραφία. Εξαρτάται από τη φύση του εδαφικού χαρακτηριστικού, αλλά και από άλλους παράγοντες όπως την ευαισθησία του φιλµ, τα φίλτρα, τους φακούς, κλπ. Για την ανάλυσή του σχεδιάζονται γραµµές γύρω από περιοχές όµοιου τόνου και 67

77 χαρακτηρίζεται οι κάθε περιοχή µε έναν αριθµό τόνου ή πυκνότητας (χρήση γκρι κλίµακας µε µεταβλητή τονική διαβάθµιση, πυκνόµετρου ή µικροπυκνόµετρου). Υφή: Είναι η οπτική αντίληψη του τραχειού ή του λείου, που δηµιουργείται από τη διαφοροποίηση ή το ανόµοιο του τόνου. Παρουσιάζει τη συνολική εµφάνιση µικρών επαναλαµβανόµενων χαρακτηριστικών. Για την ανάλυσή της αξιολογείται η συνολική εµφάνιση µικρών εικόνων αντικειµένων που βρίσκονται κοντά. Τοποθεσία: Για την αναγνώριση των εδαφικών χαρακτηριστικών λαµβάνεται υπόψην η τοπογραφία. Σχέση µε περιβάλλοντα αντικείµενα: Συχνά µπορεί να αναγνωρισθεί και να καθορισθεί η σηµασία ενός χαρακτηριστικού από τη σχέση που έχει µε γειτονικό αντικείµενο. Τη φωτοερµηνεία εξυπηρετούν επίσης τα κλειδιά ερµηνείας φωτογραφιών. Ένα κλειδί ερµηνείας φωτογραφιών προσδιορίζεται ως βοηθητικό υλικό (υλικό αναφοράς) που έχει σκοπό να διευκολύνει τη γρήγορη και ακριβή αναγνώριση και καθορισµό της σηµασίας των αντικειµένων από το φωτοερµηνευτή. Τα κλειδιά ερµηνείας ετοιµάζονται συνήθως µε µορφή βιβλίων και έχουν ιδιαίτερη σηµασία όταν επιδιώκεται η λήψη πληροφοριών µόνο από τη µελέτη φωτογραφιών και όχι από επιτόπου έρευνα. Οι εικόνες µπορεί να αποτελούνται από κατακόρυφες, πλάγιες αεροφωτογραφίες, φωτογραφίες από το έδαφος, από απλές φωτογραφίες και στερεογράµµατα. Συµπληρωµατικές εικόνες µπορεί να αποτελούνται από σκίτσα και σχέδια τα οποία τονίζουν σηµαντικά χαρακτηριστικά αναγνώρισης. Συχνά χρήσιµη και µερικές φορές απαραίτητη στην πορεία της ανάλυσης της φωτογραφικής εικόνας είναι η γνώση των ραδιοµετρικών χαρακτηριστικών, ειδικά όταν επιδιώκεται µια ποσοτική σχέση µεταξύ των τιµών τόνου µιας εικόνας και των αντίστοιχων γήινων καταστάσεων. Τα ραδιοµετρικά χαρακτηριστικά καθορίζουν πώς ένα συγκεκριµένο φιλµ που εκτίθεται και επεξεργάζεται κάτω από συγκεκριµένες συνθήκες συµπεριφέρεται στην προσπίπτουσα ακτινοβολία. Μετρήσεις της πυκνότητας της εικόνας µπορούν να χρησιµοποιηθούν στην πορεία του καθορισµού του είδους, της έκτασης και της κατάστασης των αντικειµένων του εδάφους. Σηµαντικά επίσης χαρακτηριστικά που καταγράφονται, για την αναγνώριση των στοιχείων της επιφάνειας της γης είναι τα χωρικά (µέγεθος, µορφή, γραµµικά στοιχεία κλπ.), τα χρονικά (εποχιακές αλλαγές, χρονική πολυµορφία των βιολογικών συστηµάτων κλπ.) και τα φασµατικά χαρακτηριστικά (τονικές παραλλαγές κλπ.). Όσον αφορά τα φασµατικά χαρακτηριστικά, αυτά µπορούν να υποστούν χρονικές επιδράσεις (παραλλαγές σε µια τοποθεσία µε το πέρασµα του χρόνου) και χωρικές επιδράσεις (για δεδοµένο χρόνο φασµατικά χαρακτηριστικά ενός είδους κάλυψης µεταβάλλονται σε διαφορετικές τοποθεσίες). Η κατανόηση των χρονικών και χωρικών επιδράσεων στη φασµατική αντίδραση είναι το πρώτο βήµα στις µεθόδους ανάλυσης 68

78 δεδοµένων Τηλεπισκόπησης, καθώς η φασµατική υπογραφή ενός στοιχείου της επιφάνειας της γης δεν είναι µοναδική, αλλά εξαρτάται από τη θέση και το χρόνο. Η φασµατική ποικιλοµορφία µπορεί να ξεπερασθεί µε τη συλλογή δεδοµένων σε αντιπροσωπευτικές γεωγραφικές περιοχές και κάτω από ορισµένες περιβαλλοντικές συνθήκες Ψηφιακή επεξεργασία εικόνας Η ψηφιακή επεξεργασία εικόνας περιλαµβάνει το χειρισµό και την ερµηνεία των ψηφιακών εικόνων µε τη βοήθεια ηλεκτρονικού υπολογιστή. Πρόκειται για ένα ευρύτατο θέµα και συχνά περιλαµβάνει σύνθετες µαθηµατικές διαδικασίες, οι οποίες µπορεί να κατηγοριοποιηθούν στις εξής τέσσερεις ευρείες κατηγορίες λειτουργιών µέσω Η/Υ: Αναγωγή και αποκατάσταση εικόνας: Οι λειτουργίες αυτές στοχεύουν στη διόρθωση των δεδοµένων της απεικόνισης από παραµορφώσεις που προέρχονται από τη διαδικασία απόκτησης της απεικόνισης και κατά συνέπεια εξαρτώνται από τα χαρακτηριστικά του αισθητήρα που χρησιµοποιείται για την απόκτηση των δεδοµένων. Αναφέρονται συχνά και ως λειτουργίες προεπεξεργασίας (pre-processing), γιατί συνήθως προηγούνται του χειρισµού και της ανάλυσης των δεδοµένων για της εξαγωγή ειδικής πληροφόρησης. Περιλαµβάνει τη γεωµετρική διόρθωση, τη ραδιοµετρική διόρθωση και την αποµάκρυνση του θορύβου των δεδοµένων, έτσι ώστε να δηµιουργηθεί µια πιο πιστή αναπαράσταση της αρχικής σκηνής. Βελτίωση εικόνας: Οι διαδικασίες βελτίωσης εικόνας εφαρµόζονται σε δεδοµένα απεικόνισης για να εµφανίσουν ή να καταγράψουν πιο αποτελεσµατικά τα δεδοµένα για την οπτική ερµηνεία που θα ακολουθήσει. Περιλαµβάνουν τεχνικές που βελτιώνουν την οπτική διάκριση µεταξύ των χαρακτηριστικών σε µία σκηνή. Τα αντικείµενα της βελτίωσης εικόνας είναι η δηµιουργία νέων εικόνων από τα αρχικά δεδοµένα απεικόνισης, ώστε να αυξηθούν οι πληροφορίες που µπορεί οπτικά να ερµηνευτούν από τα δεδοµένα. Οι βελτιωµένες απεικονίσεις µπορεί να εµφανισθούν στην οθόνη ή να καταγραφούν σε hardcopy format, είτε ασπρόµαυρες είτε έγχρωµες. Οι τεχνικές ψηφιακής βελτίωσης εικόνας που συνήθως εφαρµόζονται µπορεί να κατηγοριοποιηθούν στα εξής: διαχείριση αντίθεσης, διαχείριση χωρικού χαρακτηριστικού και multi-image διαχείριση. Ταξινόµηση απεικόνισης: Το αντικείµενο των λειτουργιών αυτών είναι να αντικαταστήσουν την οπτική ανάλυση των δεδοµένων απεικόνισης µε ποσοτικές τεχνικές για αυτοµατισµό στην αναγνώριση χαρακτηριστικών. Συνήθως περιλαµβάνει την ανάλυση των πολυφασµατικών δεδοµένων απεικόνισης και την εφαρµογή, βάση στατιστικής, κανόνων απόφασης για τον καθορισµό της ταυτότητας εδαφικής κάλυψης κάθε pixel της εικόνας. Όταν οι κανόνες αυτοί βασίζονται µόνο στις φασµατικές ακτινοβολίες που παρατηρούνται στα δεδοµένα, η διαδικασία ταξινόµησης αναφέρεται 69

79 σαν αναγνώριση φασµατικού προτύπου. Όταν βασίζονται στα γεωµετρικά σχήµατα, στα µεγέθη και στα πρότυπα που υπάρχουν στα δεδοµένα απεικόνισης, η διαδικασία αναφέρεται σαν αναγνώριση χωρικού προτύπου. Σε κάθε περίπτωση, ο σκοπός της διαδικασίας της ταξινόµησης είναι να κατηγοριοποιήσει όλα τα pixels σε µια ψηφιακή εικόνα σε µία από τις διάφορες τάξεις εδαφικής κάλυψης ή θέµατος. Τα κατηγοριοποιηµένα δεδοµένα µπορούν στη συνέχεια να χρησιµοποιηθούν για την παραγωγή θεµατικών χαρτών της κάλυψης γης που υπάρχει στην εικόνα ή/και στατιστικών για τις περιοχές κάθε τύπου εδαφικής κάλυψης. ιακρίνονται δύο είδη ταξινόµησης: η εποπτευόµενη (ο αναλυτής εικόνας εποπτεύει την διαδικασία κατηγοριοποίησης των pixel καθορίζοντας στον αλγόριθµο του υπολογιστή αριθµητικούς περιγραφείς των διαφόρων τύπων εδαφικής κάλυψης που υπάρχουν στη σκηνή) και η µη εποπτευόµενη (τα δεδοµένα εικόνας ταξινοµούνται αρχικά µε συνάθροιση σε φυσικές φασµατικές οµάδες που υπάρχουν στη σκηνή, ενώ στη συνέχεια ο αναλυτής εικόνας καθορίζει την ταυτότητα εδαφικής κάλυψης αυτών των φασµατικών οµάδων συγκρίνοντας τα ταξινοµηµένα δεδοµένα εικόνας µε δεδοµένα αναφοράς στο έδαφος). Συγχώνευση δεδοµένων: Οι διαδικασίες αυτές χρησιµοποιούνται για να συνδυάσουν δεδοµένα εικόνας για µια δοσµένη γεωγραφική περιοχή µε άλλα γεωγραφικά σετ δεδοµένων αναφοράς της ίδιας περιοχής. Αυτά τα άλλα σετ δεδοµένων µπορεί απλά να αποτελούνται από δεδοµένα εικόνας άλλης ηµεροµηνίας από τον ίδιο αισθητήρα ή από άλλα συστήµατα τηλεπισκόπησης. Συχνά, ο σκοπός της συγχώνευσης δεδοµένων είναι ο συνδυασµός τηλεπισκοπικών δεδοµένων µε άλλες πηγές πληροφόρησης στο περιεχόµενο ενός γεωπληροφοριακού συστήµατος (συνδυασµός δεδοµένων εικόνας και πληροφοριών σχετικές µε το έδαφος, την τοπογραφία, τις ιδιοκτησίες κλπ.). 70

80 Κεφάλαιο 4 Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία- Τηλεπισκόπηση στη µελέτη των κατολισθήσεων 4.1 Γενικά Όπως έχει ήδη αναφερθεί, οι εφαρµογές του πλαισίου Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία- Τηλεπισκόπηση στις διάφορες επιστήµες είναι ευρύτατες. Ένα σηµαντικό πεδίο στο οποίο βρίσκει µεγάλη εφαρµογή το πλαίσιο αυτό είναι και η µελέτη των κατολισθητικών φαινοµένων. Το περιβάλλον αποτελεί ένα διαχρονικά δυναµικό σύστηµα, που απαιτεί µια ολοκληρωµένη κατανόηση και γνώση της κατανοµής (αναγνώριση, ταξινόµηση, χαρτογράφηση) των χαρακτηριστικών και των ιδιοτήτων του. Παράλληλα είναι απαραίτητη η γνώση όλων των σταδίων της συλλογής, ανάλυσης και σύγκρισης διαχρονικών δεδοµένων και πληροφοριών. Κατ' αυτόν τον τρόπο θα καταστεί δυνατή η µελέτη των περιβαλλοντικών αλλαγών και τάσεων, των ανθρωπογενών πιέσεων, κτλ. Με δεδοµένο το µέγεθος, την κατανοµή και την ποικιλοµορφία των φυσικών οικοσυστηµάτων, τις σύνθετες οικολογικές, δασοκοµικές και γενικότερα περιβαλλοντικές συνέπειες των ανθρωπίνων επεµβάσεων, τον τεράστιο όγκο των σχετικών δεδοµένων και πληροφοριών κ.ά., η ανάπτυξη ολοκληρωµένων συστηµάτων παρακολούθησης και διαχείρισης του περιβάλλοντος, µπορεί να προσφέρει ένα µηχανισµό επίλυσης προβληµάτων δια µέσου της διαχείρισης της πολυπλοκότητας. Για να είναι δυνατή η χρήση ενός τέτοιου συστήµατος, πρέπει να πληρούνται οι εξής αναγκαίες προϋποθέσεις: συστηµατική και µακροχρόνια διαδικασία παρακολούθησης του περιβάλλοντος, συστηµατική καταγραφή και κωδικοποίηση των δεδοµένων, το δίκτυο παρακολούθησης του περιβάλλοντος να είναι προσαρµοσµένο και αντιπροσωπευτικό της περιοχής εφαρµογής του, ευρεία και εύκολα διαχειριζόµενη βάση δεδοµένων, η οποία θα παρέχει τη δυνατότητα συγκεκριµένης επεξεργασίας των διαθεσίµων πληροφοριών. Οι διάφορες µορφές δεδοµένων (αεροφωτογραφίες, πολυφασµατικές, θερµικές και δορυφορικές εικόνες, εικόνες µικροκυµάτων ραντάρ, κτλ.) έχουν πλέον σηµαντικό ρόλο στη 71

81 συγκέντρωση πληροφοριών για το περιβάλλον µε θετικές επιπτώσεις στην αύξηση της ακρίβειας των χαρτογραφήσεων και γενικά των απογραφών, στην καλύτερη παρακολούθηση αλλαγών στο περιβάλλον, στη βελτίωση της αποτελεσµατικότητας και αποδοτικότητας διαχείρισης και προστασίας του και στον αποτελεσµατικότερο σχεδιασµό της ανάπτυξης ορεινών όγκων. 4.2 Εφαρµογές Φωτογραµµετρίας-Φωτοερµηνείας- Τηλεπισκόπησης στις Κατολισθήσεις Οι κατολισθήσεις είναι ένα φαινόµενο αρκετά σηµαντικό και µε πολλές επιπτώσεις (περιβαλλοντικές, κοινωνικές, οικονοµικές κτλ.). Η µελέτη τους εποµένως καθίσταται επιτακτική, ενώ πολύ σηµαντική είναι η χρήση της φωτογραµµετρίας-τηλεπισκόπησης προς αυτή την κατεύθυνση. Η ψηφιακή φωτογραµµετρία µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την παρακολούθηση των κατολισθήσεων, καθώς επιτρέπει υψηλής ακρίβειας υπολογισµούς των χωρικών συντεταγµένων των σηµείων σε ασταθή πρανή και στη γύρω περιοχή. Οι φωτογραµµετρικές τεχνικές αποτελούν ένα χρήσιµο εργαλείο για σχετικές µελέτες, προκειµένου να καθιερώσουν µέτρα προστασίας τα οποία θα ελαχιστοποιήσουν τις καταστροφικές επιπτώσεις που λαµβάνουν χώρα σε κατοικηµένες περιοχές ή σε περιοχές έργων υψηλής σπουδαιότητας για τον άνθρωπο (φράγµατα, γέφυρες, αυτοκινητόδροµοι, σιδηροδροµικές γραµµές κλπ.). Επειδή οι εδαφικές µορφές ποικίλλουν ως προς την ευαισθησία τους στις κατολισθήσεις ορισµένων τύπων, η σωστή ερµηνεία των εδαφικών µορφών είναι ουσιώδης στην ανεύρεση των εδαφικών κατολισθήσεων. Μια προκαταρκτική προσεκτική εργασία µε αεροφωτογραφίες ελαττώνει ουσιαστικά την εξερεύνηση του εδάφους, η οποία απαιτείται στις µελέτες της εδαφικής κατολίσθησης. Η συνοπτική παρακολούθηση µεγάλων περιοχών είναι το κυρίαρχο σηµείο της εναέριας φωτογραµµετρίας. Η σηµασία της τονίζεται από το γεγονός ότι η αεροφωτογράφηση διεξάγεται τακτικά για τοπογραφική χαρτογράφηση και για άλλες εργασίες. Αυτό καθιστά δυνατή την ανάλυση των αλλαγών απειλούµενων περιοχών για σχετικά µεγάλες χρονικές περιόδους. Όσον αφορά τις επικίνδυνες κατολισθήσεις, το µεγάλο πλεονέκτηµα χρήσης των φωτογραµµετρικών µεθόδων είναι ότι η περιοχή µελέτης παρακολουθείται από απόσταση. Για τη λύση των περισσότερων εδαφικών προβληµάτων και προβληµάτων κατολίσθησης λαµβάνονται αεροφωτογραφίες µε κλίµακες 1: έως 1: Εάν η έκταση είναι περίπλοκος ή οι κατολισθήσεις µικρές, είναι προτιµότερες κλίµακες 1:5.000 έως 1: Οι φωτογραφίες µεγάλης κλίµακας είναι καλές για την εξέταση λεπτοµερειών, αλλά πρέπει να συµπληρωθούν από φωτογραφίες µικρής κλίµακας για την κάλυψη επαρκούς περιοχής (Πάτµιος-Λαζαρίδου, 2005). 72

82 Η επίγεια φωτογραµµετρία µπορεί να χρησιµοποιηθεί για την παρακολούθηση ορεινών καθώς και τεχνητών πρανών. Όσον αφορά την επίγεια λήψη δεδοµένων, αυτή γίνεται είτε µε τη λήψη επίγειων φωτογραφιών (συνήθως ψηφιακών), είτε µε τη µεθοδολογία της επίγειας σάρωσης Laser (Terrestrial Laser Scanning-TSL) και ανάλυσης των δεδοµένων µε το κατάλληλο λογισµικό. Η µεθοδολογία αυτή αποτελεί µία σύγχρονη και ολοκληρωµένη λύση για την παρακολούθηση τόσο φυσικών, όσο και τεχνητών πρανών. Η επίγεια σάρωση λέιζερ βασίζεται στην τεχνολογία LIDAR και επιτρέπει τη συνολική αποτύπωση της µορφής τρισδιάστατων αντικειµένων µε ταχύτατη συλλογή µετρητικής και ταυτόχρονα ποιοτικής (χρωµατικής και φωτογραφικής) πληροφορίας. Τα δεδοµένα συλλέγονται ως οµοιόµορφα κατανεµηµένα 3D έγχρωµα (RGB) ή gray-scaled (ανάλογα µε την ένταση του ανακλώµενου σήµατος-intensity) σηµεία µε την επιθυµητή πυκνότητα (ανάλυση), το σύνολο των οποίων αποτελεί ένα νέφος σηµείων (point cloud). Με τη χρήση του κατάλληλου λογισµικού διαχείρισης, είναι δυνατή η εξαγωγή άµεσων αποτελεσµάτων και η παραγωγή αξιόπιστων προϊόντων. Σε πολλές περιπτώσεις η συνεργασία επίγειας και εναέριας φωτογραµµετρίας είναι επιθυµητή, καθώς αποκτώντας αρχικά µια γενική εικόνα της δοθείσας έκτασης µε φωτογραφική µελέτη των σηµαντικότερων στοιχείων, στη συνέχεια µπορούν να µελετηθούν τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά που σχετίζονται µε τις εδαφικές κατολισθήσεις. Οι πληροφορίες που προέρχονται από το διάστηµα αποκτώνται από οπτικούς δορυφόρους ή δορυφόρους ραντάρ. ιάφορες εντολές αποστέλλονται στα υποσυστήµατα του δορυφόρου για θέµατα παρατήρησης και της εν γένει λειτουργίας, ώστε να καθορισθεί ο χρόνος και ο τόπος των παρατηρήσεων και να παραµείνει ο δορυφόρος σε µια καλή κατάσταση. Υπάρχουν τρεις διαφορετικοί τύποι εντολών: εντολές σε σύνδεση µε τους σταθµούς εδάφους, εντολές που αποθηκεύονται στο δορυφόρο και εκτελούνται σε προγραµµατισµένα χρονικά διαστήµατα και εντολές που εκτελούνται αυτόνοµα σε προκαθορισµένες συνθήκες του δορυφόρου. Τα δεδοµένα εικόνας και λειτουργίας που δηµιουργούνται από τα όργανα παρατήρησης διαβιβάζονται από το δορυφόρο σε σταθµούς εδάφους µε τη µορφή ψηφιακών σηµάτων. Η διαβίβαση των δεδοµένων στο έδαφος µπορεί να γίνει σε πραγµατικό χρόνο (δηλαδή καθώς δηµιουργούνται), ή σε µη πραγµατικό χρόνο (τα δεδοµένα αποθηκεύονται σε καταγραφέα δεδοµένων και διαβιβάζονται στο έδαφος όταν ο δορυφόρος εισέρχεται στην εµβέλεια του σταθµού εδάφους). Όλοι σχεδόν οι δορυφόροι που εκτοξεύτηκαν ή πρόκειται να εκτοξευτούν, πέρα από τις ποικίλες εφαρµογές που προσφέρουν, χρησιµοποιούνται και για θέµατα περιβάλλοντος και βιώσιµης ανάπτυξης (περιβαλλοντική παρακολούθηση και διαχείριση, παρακολούθηση φυσικών καταστροφών, εδαφολογίας, χαρτογράφησης και ενηµέρωσης χαρτών, κ.ά.). Στον 73

83 Πίνακα 4.1 παρουσιάζονται µερικοί από τους κυριότερους δορυφόρους που χρησιµοποιούνται σήµερα. Πίνακας 4.1: Ενδεικτικοί δορυφόροι και η ανάλυση που προσφέρουν. (Πηγή: Πολύ Υψηλής Ανάλυσης - VHR (Very High Resolution) Kompsat (1m, παγχρωµατική και πολυφασµατική απεικόνιση) Quickbird (0.61m στο παγχρωµατικό και 2.44m στο πολυφασµατικό) IKONOS (1m) Orbview (1m) Υψηλής Ανάλυσης - HR (High Resolution) SPOT5 (έως και 2.5m) Οπτικοί ορυφόροι IRS (5m) Μεσαία Ανάλυση - MR (Medium Resolution) SPOT 1-4 (10m, παγχρωµατική και πολυφασµατική απεικόνιση από 2,5~20m) LANDSAT 5,7 (30m στο ορατό και υπέρυθρο, 60m στο θερµικό,15m στο παγχρωµατικό) Χαµηλή Ανάλυση - LR (Low Resolution) Landsat MSS εδοµένα IRS WiFS εδοµένα SPOT Vegetation εδοµένα ΝΟΑΑ / AVHRR Πολύ Συχνής Επανεπίσκεψης - VHTR (Very High Temporal Resolution) FORMOSAT-2 (2m) ΤerraSar-X Radar Envisat ERS-1 Radarsat Η προσφορά τους στη µελέτη των κατολισθήσεων είναι σηµαντική καθώς, δίνουν χρήσιµες πληροφορίες για περιοχές µεγάλης έκτασης και για διάφορες χρονικές στιγµές. 74

84 Μπορούν δηλαδή να προσφέρουν µια µεγάλη βάση δεδοµένων η οποία παρουσιάζει τις δυναµικές αλλαγές που προκαλούνται από τα φαινόµενα αυτά στις επικίνδυνες περιοχές. Με τον τρόπο αυτό η διαδικασία της παρακολούθησης και διαχείρισης γίνεται ευκολότερη. Οι δορυφόροι Landsat, SPOT, IRS, ALOS, EROS, Kompsat, MONITOR-E, IKONOS, Quickbird, RapidEye, Radarsat, TerraSAR κ.ά. χρησιµοποιούνται για θέµατα παρακολούθησης και αποτίµησης φυσικών κινδύνων-καταστροφών και βιώσιµης ανάπτυξης. Ενώ οι δορυφόροι COSMO-SKYMED θα δώσουν χρήσιµα δεδοµένα για τις κατολισθήσεις όταν εκτοξευθούν τα επόµενα χρόνια (Λαζαρίδου-Πάτµιος, 2007). Μελέτη των κατολισθήσεων Τα ορατά σηµεία µιας κατολισθήσεως, παρατηρώντας εικόνες της περιοχής που µας ενδιαφέρει, είναι η χαρακτηριστική γραµµή στις απότοµες κατωφέρειες, η λοφοειδής επιφάνεια της µάζας κάτω από αυτήν και οι απότοµες µεταβολές της βλάστησης και των χαρακτηριστικών του τόνου µεταξύ των σταθερών κλίσεων και της µετακινηθείσας µάζας. Οι νέες κατολισθήσεις εµφανίζονται σε απαλούς τόνους έως ότου εµφανιστεί βλάστηση και δηµιουργηθεί υδρογραφικό δίκτυο. Οι τονικές διακυµάνσεις του διερρηγµένου οδοστρώµατος µιας οδού εντατικής κυκλοφορίας, που είναι συνήθως ορατές ακόµη και σε φωτογραφίες µικρής κλίµακας, είναι ένα επιπλέον στοιχείο εµφάνισης κατολισθήσεων (Πάτµιος-Λαζαρίδου, 2005). Τυπικά επικίνδυνα σηµεία Μάζες εδάφους διασχιζόµενες από ρεύµατα Οι κατολισθήσεις είναι συνήθεις στις όχθες που εκτίθενται στην κρούση του ρεύµατος. Το ασθενέστερο σηµείο είναι συνήθως το σηµείο της µέγιστης κυρτότητας του ρεύµατος όπου το νερό χτυπά στην όχθη µε µεγαλύτερη δύναµη. Απόκρηµνες κατωφέρειες Σε µια επικίνδυνη έκταση, µεγάλες µάζες χαλαρών βράχων ή εδάφους µε απόκρηµνες κατωφέρειες είναι ευαίσθητες στην ολίσθηση και πρέπει να εξετασθούν προσεκτικά. Ζώνες διαρροής Το νερό της διαρροής κατανέµεται σε όλες τις κατωφέρειες και η σχέση της κατολίσθησης και της αποστράγγισης µπορεί να µελετηθεί από την εξέταση αεροφωτογραφιών. Μια γραµµή που συνδέει σηµεία κατολίσθησης, συχνά διευθύνεται σε ρεύµατα αποστράγγισης σε έδαφος που βρίσκεται ψηλότερα. Εάν η πηγή του νερού της διαρροής είναι µακριά, πάνω από την κατωφέρεια, τότε είναι πιο εµφανής στον φωτοερµηνευτή παρά στον παρατηρητή επί του εδάφους. 75

85 Εκτάσεις παλιάς κατολίσθησης Τα σηµάδια των παλαιών κατολισθήσεων είναι όµοια µε εκείνα των νέων κατολισθήσεων, άλλα όχι τόσο έντονα. Η απότοµη κατωφέρεια και η λοφώδης έκταση (κύρια χαρακτηριστικά των κατολισθήσεων) δεν είναι τόσο έντονα σε παλαιές κατολισθήσεις. Η αποστράγγιση και η βλάστηση µπορεί να έχουν αναπτυχθεί. Η µεταβολή του τόνου µεταξύ της µάζας που µετακινήθηκε και των σταθερών κλίσεων, µπορεί να είναι λιγότερο απότοµη. Η ηλικία µιας κατολίσθησης και η σταθερότητα ενός µετακινηθέντος εδάφους συνήθως εκτιµώνται από τη µορφή της αποστράγγισης και της βλάστησης. Μέθοδος έρευνας της εδαφικής κατολίσθησης Για τη φωτοερµηνεία των εδαφικών κατολισθήσεων ακολουθείται η εξής πορεία: Προσεκτική εξέταση όλων των καµπών των ποταµών και των απόκρηµνων κατωφερειών σε όλη την έκταση. Σχεδίαση στις φωτογραφίες, των εκτάσεων που έχουν σχέση µε την τοπογραφία, αποστράγγιση και άλλα στοιχεία της περιοχής. Αναγνώριση των εδαφικών µορφών πετρωµάτων και προσδιορισµός της γενικής κατάστασης κάθε περιοχής. Προσεκτική εξέταση όλων των εδαφικών µαζών κοντά σε καµπές ποταµών και όλων των απόκρηµνων κατωφερειών πάνω και κάτω της οδού ή στη θέση της κατασκευής. Επίσης, υπάρχουσες κατολισθήσεις µπορεί να είναι ορατές στις πλευρές λόφων, ενώ παράλληλοι σκοτεινού τόνου ηµισέληνοι µπορεί να είναι βλάστηση σε µικρές κοιλότητες παλαιών κατολισθήσεων. 4.3 Παραδείγµατα Εφαρµογών στις Κατολισθήσεις Στη συνέχεια παρατίθενται ορισµένα παραδείγµατα εφαρµογών του πλαισίου Φωτογραµµετρία-Φωτοερµηνεία-Τηλεπισκόπηση στις κατολισθήσεις, παρουσιάζοντας τις διάφορες µεθόδους που χρησιµοποιούνται για τη µελέτη του φαινοµένου. Τα παραδείγµατα που παρουσιάζονται δείχνουν πέραν άλλων, την πορεία και την εξέλιξη των επιστηµών της Φωτογραµµετρίας, της Φωτοερµηνείας και της Τηλεπισκόπησης Φωτογραµµετρική µελέτη µε αεροφωτογραφίες µεγάλης κλίµακας Η φωτογραµµετρική µελέτη διεξήχθη στην πόλη Λα Παζ πρωτεύουσα της Βολιβίας, η οποία βρίσκεται στις Άνδεις σε υψόµετρο m πάνω από τη θάλασσα σε µια στενή κοιλάδα της δυτικής οροσειράς των Άνδεων όπου επικρατούν γρανιτικά πετρώµατα. Τον Μάρτιο του 1958, έλαβε χώρα µία από τις µεγαλύτερες κατολισθήσεις στην περιοχή (Σχήµατα ). Το Σχήµα 4.1 απεικονίζει αεροφωτογραφίες που είχαν ληφθεί δύο χρόνια 76

86 πριν από την κατολίσθηση, κλίµακας 1: (1956). Το Σχήµα 4.2 απεικονίζει αεροφωτογραφίες που είχαν ληφθεί µία εβδοµάδα µετά το φαινόµενο, κλίµακας 1:6.000 (1958). Το Σχήµα 4.3 απεικονίζει αεροφωτογραφίες που ελήφθησαν 5,5 χρόνια µετά, κλίµακας 1: (1963). Μία απλή στερεοσκοπική σύγκριση των προαναφερθέντων σχηµάτων δίνει ενδιαφέροντα συµπεράσµατα για το θέµα. Η φύση της µελέτης είχε την απαίτηση δεδοµένων υψηλής ακρίβειας, έτσι ώστε να συγκριθούν µορφολογικές αλλαγές τόσο στη θέση αλλά και στο ύψος. Για µία ολοκληρωµένη παρουσίαση των αποτελεσµάτων, αυτη συµπληρώθηκε από γεωλογικές και άλλες µετρήσεις. Για τη συγκεκριµένη µελέτη χρησιµοποιήθηκαν µεγάλης κλίµακας αεροφωτογραφίες και διάφορα είδη φωτογραφικών µηχανών (Wild R.C.5 µε φακό Aviogon, Zeiss µε φακό Pleogon και Fairchild T.12 µε φακό Planigon). Χρησιµοποιήθηκαν σηµεία ελέγχου ενός αρχικού τριγωνικού δικτύου της πόλης La Paz, ως βάση ελέγχου. Πέντε καλώς ορισµένα σηµεία ελέγχου, έδωσαν µια καλή ακρίβεια όσον αφορά τη χάραξη και τον έλεγχο για κάθε ζεύγος φωτογραφιών, λαµβάνοντας µέσο τετραγωνικό σφάλµα θέσης 0,5 m και ύψους 0,35 m. Ο έλεγχος έγινε µε µεγάλη ακρίβεια και η µεγαλύτερη διαφορά που διαπιστώθηκε ήταν της τάξης του 1 m, κατά X και Υ. Σχήµα 4.1: Στερεοσκοπικό µοντέλο πριν από την κατολίσθηση (1956). (Πηγή: Salgueiro, (1965)) 77

87 Σχήµα 4.2: Στερεοσκοπικό µοντέλο 1 εβδοµάδα µετά από την κατολίσθηση (1958). (Πηγή: Salgueiro, (1965)) Σχήµα 4.3: Στερεοσκοπικό µοντέλο 5,5 χρόνια µετά από την κατολίσθηση (1963). (Πηγή: Salgueiro, (1965)) 78

88 Έγινε απόδοση των τριών µοντέλων σε αναλογικό όργανο (Wild A7) σε κλίµακα 1:1.000, αρχίζοντας µε το µοντέλο του 1958 το οποίο χρησίµευσε ως βάση για να οριοθετηθούν οι επιπτώσεις και το σχήµα της κατολίσθησης. Στη συνέχεια χρησιµοποιήθηκε ως σηµείο αναφοράς για τα µοντέλα του 1956 και του Παρόλο που οι κλίµακες των αεροφωτογραφιών είναι διαφορετικές και ιδίως οι κλίµακες του 1956 και 1963 είναι πολύ µικρές για σύγκριση µε την κλίµακα 1:1.000, αυτή η κλίµακα χαρτογράφησης έγινε αποδεκτή προκειµένου να διευκολυνθεί η σύγκριση των τριών χαρτών. Οι βασικές αλλαγές της µορφολογίας λόγω των κατολισθήσεων και η σύγκρισή τους, παρουσιάζονται στις τρεις φωτογραµµετρικές αποδόσεις (Σχήµατα 4.4, 4.5 και 4.6). Μόλις ολοκληρώθηκε η σχεδίαση του πρώτου µοντέλου, σχηµατίστηκε µια διαφανής δέσµη από γραµµές πλέγµατος παράλληλες προς τους άξονες Χ και Υ του µηχανήµατος. Το σχήµα του πλέγµατος οριοθετήθηκε από την κατολίσθηση (Σχήµα 4.5) και έγινε χρήση γραµµών δικτύου µε διαστήµατα 10 m. Με τη βοήθεια του πλέγµατος ελήφθη η θέση 680 σηµείων, για τα οποία διαβάστηκαν και καταχωρήθηκαν ταυτόχρονα οι συντεταγµένες Χ, Υ και Ζ µε τη βοήθεια οργάνων (εκτυπωτής ΕΚ3 και διάτρητη κάρτα Ι.Β.Μ.). Με τις διάτρητες κάρτες ήταν δυνατόν να πραγµατοποιηθεί υπολογισµός της περιοχής και του όγκου της πληγείσας περιοχής. Ο όγκος V 1 που υπολογίστηκε αναφέρεται στα X, Y και Z χρησιµοποιώντας δεδοµένα της φωτογραφίας του Οι όγκοι V 2 και V 3 υπολογίστηκαν µε βάση τις φωτογραφίες που ελήφθησαν το 1958 και Η διαφορά V 1 -V 2 = V 1, έδωσε τον όγκο για το σύνολο της εδαφικής κίνησης λόγω της κατολίσθησης. Η διαφορά V 2 -V 3 = V 2, αποδίδει την επίδραση που παρήγαγε έναν διαφορετικό όγκο, λόγω της καθιζήσεως, της βύθισης του εδάφους, της διάβρωσης και των καιρικών επιπτώσεων που διεξήχθησαν στην περιοχή µέσα σε ένα διάστηµα 5,5 ετών. Η µέθοδος που χρησιµοποιήθηκε για τον υπολογισµό του όγκου βασίστηκε στο νόµο του Simpson και η περιοχή υπολογίσθηκε χρησιµοποιώντας απλές ορθογωνικές συντεταγµένες των σηµείων στην περιφέρεια, δίνοντας ένα εµβαδό m 2. Τα υπολογιστικά αποτελέσµατα έδωσαν τα ακόλουθα στοιχεία σχετικά µε τη µάζα του κινούµενου εδάφους. Επτά ηµέρες µετά την κατολίσθηση, η µετακίνηση είχε όγκο ,5 m 3, ενώ 5,5 έτη µετά τη δεύτερη µέτρηση που έγινε το 1958, η καθίζηση, η διάβρωση και η βύθιση έδωσαν ,1 m 3. Η συνολική µετατόπιση στην αρχική της κατάσταση, πριν λάβει χώρα η κατολίσθηση, ήταν ,6 m 3. Επίσης, είχε προγραµµατιστεί να ελεγχθεί το φαινόµενο αυτό µέσα στα επόµενα πέντε χρόνια. 79

89 Σχήµα 4.4: Μεγάλης κλίµακας χάρτης του µοντέλου 1956 (Πηγή: Salgueiro, (1965)). 80

90 Σχήµα 4.5: Χάρτης του µοντέλου 1958 (Πηγή: Salgueiro, (1965)). 81

91 Σχήµα 4.6: Χάρτης του µοντέλου 1963 (Πηγή: Salgueiro, (1965)). Μια προσεκτική µελέτη των ρωγµών στις κατασκευές που εµφανίζονται στις αεροφωτογραφίες µέσα στην γειτονική περιοχή κοντά στην κατολίσθηση (εν µέρει στο πεδίο και εν µέρει από τις αεροφωτογραφίες, Σχήµα 4.7), δείχνει σαφώς τον κύριο άξονα του φαινοµένου, παρουσιάζοντας ότι µια µελλοντική κατολίσθηση θα δηµιουργηθεί κατά µήκος εκείνου του άξονα και η µάζα του εδάφους που πρόκειται να µετακινηθεί θα προκαλέσει έναν άλλον αναβαθµό, όπως στην περίπτωση περιοχών µε παρεµφερή µορφολογία (στενές κοιλάδες). Τα οµόκεντρα τόξα στις εναέριες φωτογραφίες δείχνουν την µελλοντικά κινούµενη περιοχή που θα προκαλέσει καταστροφικές συνέπειες. Επιτακτική εποµένων ήταν η εξέταση και λήψη κατάλληλων µέτρων ασφαλείας, πριν από την εµφάνιση κάποιας άλλης, νέας κατολίσθησης. 82

92 Τα συµπεράσµατα που προέκυψαν από τη µελέτη της συγκεκριµένης περίπτωσης µε τη χρήση φωτογραµµετρικών µεθόδων είναι τα εξής: Η φωτογραµµετρία είναι κατάλληλη, ακριβής λύση µείωσης κόστους και χρόνου, για τον έλεγχο των φαινοµένων κατολίσθησης, µε την προϋπόθεση ότι είναι διαθέσιµες επαρκείς αεροφωτογραφίες. Επίσης, η ερµηνεία των αεροφωτογραφιών, σε σχέση µε τα δεδοµένα που ελήφθησαν από τις µορφολογικές αλλαγές της µελετώµενης περιοχής, δίνει µια σαφή εικόνα την εµφάνισης µελλοντικών γεγονότων τα οποία θα πραγµατοποιηθούν προκαλώντας την καταστροφή ενός µεγάλου αριθµού κατοικιών (Σχήµα 4.7). Ως αποτέλεσµα, µπορούν να ληφθούν κατάλληλα µέτρα για την πρόληψη µελλοντικών κατολισθήσεων. Η προέλευση των κατολισθήσεων µπορεί να ερµηνευτεί, µε βάση τα συµπεράσµατα και τα ευρήµατα της φωτογραµµετρίας και τις γεωλογικές παρατηρήσεις, ενώ µια προσεκτική ανάλυση µε βάση τα αποτελέσµατα της παραµόρφωσης, των ρωγµών, της καθίζησης και της µετακίνησης, θα επιτρέψει την καταγραφή της κατανοµής της δύναµης-διάνυσµα και των αποτελεσµάτων της εντός της περιοχής. Σχήµα 4.7 Ρωγµές σε τοίχους που οριοθετούν οµόκεντρες περιοχές κατά µήκος των αξόνων της κατολίσθησης (Πηγή: Salgueiro, (1965)). 83

93 4.3.2 Μελέτη κατολισθητικών φαινοµένων µε επίγεια φωτογραµµετρία Αρκετές φορές η µελέτη των κατολισθητικών φαινοµένων γίνεται ευκολότερη µε τη χρήση µεθόδων ανάλυσης ευστάθειας πρανών. Για την ανάλυση αυτή η γεωµετρία της µελετώµενης περιοχής είναι καίρια για την επίλυση του προβλήµατος. Στο παράδειγµα που ακολουθεί (Cardenal et al., 2007) χρησιµοποιήθηκαν ψηφιακές φωτογραφίες από µη µετρητικές ψηφιακές µηχανές και παλαιότερες αναλογικές µετρητικές επίγειες φωτογραφίες. Η γενική µεθοδολογία εφαρµόσθηκε σε µια περιοχή δοκιµής (ένα πρανές κατά µήκος µιας οδού που παρουσίαζε αστάθεια, στη νότια Ισπανία), όπου παρατηρούνταν αστοχίες τα τελευταία δέκα έτη. Τέλος, χρησιµοποιήθηκε επίγειος σαρωτής λέιζερ (laser scanner) για τον έλεγχο των αποκτηθέντων στοιχείων και την ανάπτυξη πρόσθετων µεθόδων για τον έλεγχο κατολισθήσεων. Η περιοχή µελέτης, η οποία βρίσκεται στην επαρχία Jaen (νότια Ισπανία) στη δευτερεύουσα οδό Α-324 κοντά στον αυτοκινητόδροµο Jaen-Granada (A-44) (Σχήµα 4.8), αφορούσε πρανή µέσης κλίσης (περίπου 30º ως µέση κλίση) και κανονικού µεγέθους (80x80 m και 40 m ύψος). Πρόκειται για χαρακτηριστικό παράδειγµα ανθρωπογενούς παρέµβασης, όπου δηµιουργούνται επιπτώσεις λόγω αστάθειας των πρανών και όπου υπάρχει αρκετός χώρος εργασίας για τη χρησιµοποίηση φωτογραφικών µηχανών και οργάνων (total station και laser scanner). Κριτήριο για την επιλογή της περιοχής αποτέλεσε επίσης και η ύπαρξη επίγειων µετρητικών φωτογραφιών από προηγούµενη φωτογραµµετρική µελέτη (Cardenal et al., 2007). Σχήµα 4.8: Α: Θέση της περιοχής µελέτης, Β: Γενική πανοραµική άποψη του πρανούς (σηµειώνεται µε την άσπρη στικτή γραµµή στο Α), C: Λεπτοµέρεια µιας από τις κατολισθήσεις εδάφους που ανιχνεύονται στο πρανές (σηµειώνεται στο Β µε άσπρη γραµµή). (Πηγή: Cardenal et al., (2007)) 84

94 Η γεωλογία της περιοχής είναι πολυσύνθετη µε καινοζωικές ιζηµατώδεις αποθέσεις που περιλαµβάνουν στρώσεις ολισθόλιθου. Οι στρώσεις αυτές παρατηρούνται στην οροσειρά Betic και αποτελούνται από µεσοζωικό και καινοζωικό υλικό (γύψος, άργιλος, µάργα και δολοµίτης) µε µια χαοτική δοµή. Αυτό το µη σταθεροποιηµένο υλικό, η τροποποίηση των φυσικών πρανών (για τη διεύρυνση της οδού) και η δυνατή βροχή προκάλεσαν την αστάθεια του εδάφους. Ωστόσο, πρόσφατα στην περιοχή είχαν ληφθεί µέτρα προστασίας όπως εµπόδια πτώσης βράχου (βραχοπαγίδες) και πλέγµατα χαλύβδινων συρµάτων. Ο εξοπλισµός που χρησιµοποιήθηκε για την απόκτηση δεδοµένων περιελάµβανε τα παρακάτω: γεωδαιτικός σταθµός Leica χωρίς κάτοπτρο (TCRA1203) για τη µέτρηση των χωρικών συντεταγµένων των στόχων σηµείων ελέγχου (σε ένα ειδικό τοπικό σύστηµα) ψηφιακή µη µετρητική φωτογραφική µηχανή Canon D5 φωτογραµµετρικός σαρωτής (Vexcel Ultrascan 5000) για τη ψηφιοποίηση των αναλογικών, µετρητικών επίγειων φωτογραφιών (λήψη το 2000 µε UMK/ ) επίγειος σαρωτής λέιζερ (Optech Ilris 3D). Η ψηφιακή µη µετρητική φωτογραµµετρική µηχανή διέθετε αισθητήρα CMOS, 12.8 εκατοµµυρίων εικονοκυττάρων (pixels), µε λειτουργίες µείωσης θορύβου. Χρησιµοποιήθηκε φωτογραφική µηχανή πλήρους πλαισίου µε φιλµ 35 mm, η οποία εξοπλίστηκε µε έναν φακό Canon EF 35 mm 1:2. Η επεξεργασία έγινε σε ψηφιακό φωτογραµµετρικό σταθµό DPW (Digital Photogrammetric Workstation) µε λογισµικό LPS, Photomodeler Pro 5, και λογισµικό ανάλυσης χωρικών δεδοµένων (Surfer 8). Οι µετρήσεις πεδίου εκτελέσθηκαν για τη λήψη ενός τοπικού συστήµατος συντεταγµένων, καθώς και των σηµείων ελέγχου για τις φωτογραµµετρικές και LIDAR (ραντάρ µε ακτίνες laser) έρευνες. Έτσι επιλέχθηκε ένας µόνιµος σταθµός, που διατηρήθηκε από προηγούµενες έρευνες το έτος 2000 και µετρήθηκαν οκτώ στόχοι µε το γεωδαιτικό σταθµό. Αυτοί οι στόχοι ήταν άσπροι κύκλοι πάνω σε ένα µαύρο φόντο µε ένα µετρητικό σταυρό στο κέντρο. Ο στόχος (διαµέτρου 70 mm) σχεδιάστηκε κατάλληλα για µετρήσεις µε το γεωδαιτικό σταθµό, µε φωτογραµµετρικές µεθόδους και µε το σαρωτή λέιζερ. Το Σχήµα 4.9 παρουσιάζει µερικούς στόχους σε διαφορετικές αποστάσεις. Οι στόχοι µετρήθηκαν επίσης µε το σαρωτή λέιζερ προκειµένου να αναχθούν οι διαφορετικοί σταθµοί σάρωσης και τα προκύπτοντα νέφη σηµείων στο ίδιο σύστηµα συντεταγµένων. Το σύστηµα συντεταγµένων ορίσθηκε µε τρόπο ώστε να είναι κατάλληλη η χρήση ενός στερεοσκοπικού DPW. Ο άξονας X τέθηκε παράλληλος προς την οδό (πόδας πρανούς), ο άξονας Υ ως ύψος και ο άξονας Z ως βάθος. 85

95 Σχήµα 4.9: Στόχοι σε διαφορετικές αποστάσεις (προσεγγιστικά). Αριστερά: 23 m (το µεταλλικό πλέγµα του προστατευτικού πίσω από το στόχο είναι εµφανές), Κέντρο: 44 m, εξιά: 62 m (Πηγή: Cardenal et al., (2007)). Το φωτογραµµετρικό δίκτυο που αναφέρεται στο έτος 2007, οριοθετήθηκε από την περιορισµένη απόσταση της φωτογραφικής µηχανής και του πόδα του πρανούς (περίπου 25 m), τους περιορισµούς στο ύψος των σταθµών των φωτογραφικών µηχανών (2-10 m επάνω από το επίπεδο της οδού) και τις κρυµµένες περιοχές εξαιτίας των βραχοπαγίδων, των συρµάτινων πλεγµάτων και την παρουσία µεγάλων βράχων και βλάστησης (θάµνοι). Οι λήψεις µε τη ψηφιακή µη µετρητική φωτογραφική µηχανή, η οποία εξοπλίστηκε µε φακό 35 mm λαµβάνοντας υπόψην το µέγεθος του πρανούς και τον περιορισµένο χώρο εργασίας, παρουσιάζονται στο Σχήµα 4.10 (16 θέσεις). Συνδυάστηκαν τόσο συγκλίνουσες όσο και παράλληλες λήψεις, παρέχοντας κατάλληλη γεωµετρία για αυτοβαθµονόµηση (selfcalibration) των φωτογραφικών µηχανών και για τις στερεοσκοπικές µετρήσεις. Ορισµένες λήψεις περιστράφηκαν κατά 90º (φωτογραφίες 12, 13, 14 και 15 στο Σχήµα 4.10 και στο Σχήµα 4.11B). Σχήµα 4.10: Φωτογραµµετρικό δίκτυο (2007) (Πηγή: Cardenal et al., (2007)). 86

96 Στο σχήµα 4.10α το κάθετο τµήµα παρουσιάζει τα τρία υψοµετρικά επίπεδα θέσης των φωτογραφικών µηχανών (2, 6 και 10 m επάνω από το επίπεδο της οδού), ενώ στο 4.10β παρουσιάζεται η κάτοψη των λήψεων (παράλληλες λήψεις 4, 5, 6, 7 οι υπόλοιπες συγκλίνουσες). Σχήµα 4.11: Μερικές φωτογραφίες από την Canon D5 το Α: φωτ. 1, Β: φωτ. 12, C: φωτ. 5, D: φωτ. 9 (Σχήµα 4.10) (Πηγή: Cardenal et al., (2007)). Μετά τη βαθµονόµηση και τον προσανατολισµό των εικόνων του 2007, η φωτογραµµετρική επεξεργασία έγινε σε ψηφιακό φωτογραµµετρικό σταθµό µε λογισµικό LPS. Η επικάλυψη ήταν πολύ υψηλή (πάνω από 80%). Επίσης, πραγµατοποιήθηκαν µερικές πρόσθετες συγκλίνουσες λήψεις (φωτ. 3 και 9, Σχήµα 4.10). Οι εξωτερικές παράµετροι προσανατολισµού τέθηκαν σταθερές και στη συνέχεια πραγµατοποιήθηκε µία πύκνωση των µετρήσεων. Μετρήθηκαν περισσότερα από 400 σηµεία (συµπεριλαµβανοµένων µερικών σηµείων της κύριας κατολίσθησης που ανιχνεύθηκε στο πρανές) και παρήχθη ένας ψηφιακός χάρτης εδάφους για το έτος 2007 (Σχήµα 4.12). Έγινε µια αλλαγή στο σύστηµα συντεταγµένων προκειµένου να αναχθεί το φωτογραµµετρικό σύστηµα σε ένα τοπογραφικό σύστηµα. Ο Χ- άξονας παρέµεινε αµετάβλητος και έγινε αλλαγή στους άξονες Υ-Z, ώστε ο νέος Ζ-άξονας να αντιπροσωπεύει το ύψος. Επιπλέον ο Υ-άξονας αναστράφηκε. 87

97 Σχήµα 4.12: Χάρτης ισοϋψών που προέρχεται από το DTM του Έχει σχεδιασθεί επίσης η επιφάνεια και η κεφαλή της κύριας κατολίσθησης στο ανώτερο µέρος του πρανούς. (Πηγή: Cardenal et al., (2007)) Η φωτογραµµετρική µελέτη που έγινε το 2000 περιελάµβανε τη σύγκριση αναλυτικών φωτογραµµετρικών τεχνικών και συµβατικών γεωδαιτικών τεχνικών, µε σκοπό τον έλεγχο µεθόδων για µετρήσεις παραµόρφωσης (Cardenal et al., 2007). Από τη µελέτη αυτή ανακτήθηκε µια οµάδα από πέντε συγκλίνουσες µετρητικές φωτογραφίες που έγινε µε παρόµοια γεωµετρία δικτυού όπως αυτή του Σχήµατος 4.10, αλλά χωρίς τη στερεοσκοπική υποοµάδα (Σχήµα 4.13). Οι κατολισθήσεις δεν ήταν ακόµα εµφανείς, οπότε η βραχοπαγίδες και τα συρµάτινα πλέγµατα που συναντώνται στη µελέτη του 2007 δεν ήταν παρόντα. Ως σηµεία ελέγχου χρησιµοποιήθηκαν 18 κυκλικοί στόχοι από τη στιγµή που τοποθετήθηκαν στο πρανές, ενώ οι συντεταγµένες τους ήταν γνωστές από την τοπογραφία. Οι αναλογικές φωτογραφίες ψηφιοποιήθηκαν στα 20 micron µε τη βοήθεια σαρωτή (Vexcel Ultrascan 5000). Σχήµα 4.13: Οµάδα πέντε συγκλινουσών φωτογραφιών UMK/ από το έτος (Πηγή: Cardenal et al., (2007)) 88

98 εδοµένου ότι οι στόχοι που χρησιµοποιήθηκαν το 2000 δεν υπήρχαν πλέον, για να έχουν κοινό σηµείο αναφοράς και τα δύο δίκτυα ήταν απαραίτητο να βρεθούν κοινά και σταθερά σηµεία, λαµβάνοντας υπόψη ότι είχαν εµφανιστεί µεγάλες αλλαγές στην επιφάνεια του πρανούς. Επιλέχθηκαν δέκα κοινά σηµεία µεταξύ των δύο περιόδων µελέτης στον πόδα και την κορυφή του πρανούς (Σχήµα 4.14). Ο προσανατολισµός υπολογίστηκε µε σφάλµατα µικρότερα από ±3 cm. Υπολογίστηκαν οι χωρικές συντεταγµένες των στόχων και συγκρίθηκαν µε τις αρχικές τιµές που προέρχονταν από τη µελέτη του 2000 µε τη βοήθεια ενός 3D µετασχηµατισµού οµοιότητας (τα λάθη ήταν κάτω από ±3 mm). Σχήµα 4.14: Ορισµένα από τα κοινά σηµεία που επιλέχθηκαν για την αναφορά και των δύο φωτογραµµετρικών ερευνών ( ) (Πηγή: Cardenal et al., (2007)). Εφόσον προσανατολίσθηκε η οµάδας εικόνων UMK του 2000, πραγµατοποιήθηκε µια διαδικασία µέτρησης σηµείων προκειµένου να καθοριστεί το ψηφιακό µοντέλο εδάφους (DTM) για το δίκτυο του Όπως και στην οµάδα του 2007, µετρήθηκαν περισσότερες από 400 δέσµες σηµείων. Το DTM του 2000 (που αναπαρίσταται ως χάρτης περιγράµµατος) παρουσιάζεται στο Σχήµα Με το κόκκινο παριστάνεται η κεφαλή του πρανούς της οδού το έτος 2000, ενώ µε το µπλε η κορυφή της κατολίσθησης που εντοπίστηκε το Η σύγκριση των αποτελεσµάτων (χάρτες ισοϋψών) των δύο χρονικών περιόδων, οδηγεί στην παρατήρηση αλλαγών που εµφανίστηκαν στα υψηλότερα µέρη του πρανούς. Χαρακτηριστική είναι η υποχώρηση της γραµµής κορυφής (η κεφαλή του πρανούς το 2000) 89

99 λόγω µιας κατολίσθησης. Αυτή η κατολίσθηση έχει επηρεάσει περίπου ένα µήκος 20 m της κορυφογραµµής και η υποχώρηση του πεδίου ήταν µεγαλύτερη από 5 m (Σχήµα 4.16). Σχήµα 4.15: Χάρτης ισοϋψών που προέρχεται από το DTM του (Πηγή: Cardenal et al., (2007)) Σχήµα 4.16: Άποψη της κεφαλής της κατολίσθησης το 2007 (µπλε γραµµή) και της κεφαλής του πρανούς το 2000 (κόκκινη γραµµή). εξιά: φωτογραφία της κατολίσθησης το (Πηγή: Cardenal et al., (2007)) Τα DTM των δύο χρονικών περιόδων µελετήθηκαν επίσης µε το λογισµικό Surfer 8. Το Σχήµα 4.17 παρουσιάζει δύο σχεδιαγράµµατα µέσω και των δύο DTM (σχεδιάγραµµα Ι στη αριστερή πλευρά του πρανούς, σχεδιάγραµµα ΙΙ στη δεξιά πλευρά). Το σχεδιάγραµµα Ι εµφανίζει τα αποτελέσµατα της αστάθειας του πεδίου παρουσιάζοντας την κατολίσθηση (στο ανώτερο µέρος) και τη συσσώρευση συντριµµιών στο κάτω µέρος του πρανούς. Μια µικρότερη συσσώρευση εµφανίζεται στο χαµηλότερο µέρος επειδή το υλικό συγκρατείται από τη βραχοπαγίδα και το πλέγµα. Στο σχεδιάγραµµα ΙΙ υπάρχει µικρότερη ποσότητα ολισθαίνοντος υλικού, δεδοµένου ότι η κατολίσθηση σε αυτό το σηµείο φαίνεται να είναι πιο 90

100 ρηχή. Όπως διακρίνεται, στο σχεδιάγραµµα Ι το σχήµα της τοµής φαίνεται πιο ανώµαλο και ασταθές απ ότι στο σχεδιάγραµµα ΙΙ. Οι θέσεις των προφίλ των DTM για τα έτη 2000 και 2007 παρουσιάζονται στο Σχήµα Τα κιτρινοκόκκινα χρώµατα δείχνουν τη διάβρωση ενώ τα γαλαζοπράσινα τη συσσώρευση (προφίλ I: από I ως I, προφίλ II: από II ως II ). Τέλος, χρησιµοποιήθηκε ένας τρισδιάστατος σαρωτής λέιζερ (Optech Ilris 3D, Σχήµα 4.19). Τέθηκαν τρεις σταθµοί σάρωσης και τα σηµεία συσχετίστηκαν µεταξύ τους προκειµένου να παραπέµπουν τα στοιχεία στο ίδιο σύστηµα συντεταγµένων. Από τη στιγµή που σαρώθηκαν και οι στόχοι, το τελικό νέφος σηµείων (περισσότερα από 4x10 6 σηµεία) αναφερόταν στο κοινό τοπικό σύστηµα συντεταγµένων. Χρησιµοποιήθηκε το λογισµικό I- Site Studio για να συσχετίσει τα σηµεία. Η χρήση του συστήµατος λέιζερ στον καθορισµό της επιφάνειας του πρανούς δίνει µεγάλη πυκνότητα στοιχείων, ωστόσο απαιτείται σύνθετη επεξεργασία στη συνέχεια προκειµένου να φιλτραριστούν τα στοιχεία (φράγµατα και πλέγµα, βλάστηση, στόχοι, πυλώνες, κτλ.). Σχήµα 4.17: Προφίλ ψηφιακών µοντέλων εδάφους για τα έτη 2000 και (Πηγή: Cardenal et al., (2007)) 91

101 Σχήµα 4.18: ιαφορές ύψους µεταξύ των DTM 2000 και 2007 (Πηγή: Cardenal et al, (2007)). Σχήµα 4.19: Optech Ilris 3D laser scanner (Πηγή: Cardenal et al., (2007)). Το Σχήµα 4.20 παρουσιάζει τα πρώτα αποτελέσµατα της µελέτης. Η τοµή σε αυτό το σχήµα αντιστοιχεί στην ανώτερη περιοχή του πρανούς. Η κύρια κατολίσθηση είναι σαφώς ορατή. Μετά τη χρήση γεωµετρικών φίλτρων (µε την µονάδα TerraScan του λογισµικού Terrasolid για την επεξεργασία στοιχείων λέιζερ) και κάποιες χειρωνακτικές εργασίες, η βλάστηση (πράσινο χρώµα) χωρίστηκε από το υπόλοιπο πεδίο (καφέ χρώµα). Έχουν προστεθεί επίσης οι ισοϋψείς (µε κόκκινο) από τη φωτογραµµετρική µελέτη του 2007 παρουσιάζοντας καλή προσαρµογή και των δύο στοιχείων. 92

102 Σχήµα 4.20: Εικόνα από το I-Site Studio όπου διακρίνονται τα φιλτραρισµένα δεδοµένα λέιζερ: βλάστηση (πράσινο), πεδίο (καφέ) και οι ισοϋψείς (κόκκινο) από τη φωτογραµµετρική µελέτη του 2007 (Πηγή: Cardenal et al., (2007)). Συµπερασµατικά, οι σύγχρονες επίγειες φωτογραµµετρικές τεχνικές µπορούν να γίνουν ιδιαίτερα ακριβείς όταν χρησιµοποιούνται οι κατάλληλες µέθοδοι (συγκλίνοντα δίκτυα µε αυτοβαθµονόµηση), ακόµη και όταν υπάρχει έλλειψη εξωτερικών σηµείων ελέγχου. Επίσης διευκολύνεται η παραγωγή DTM, έτσι ώστε να µπορεί να χρησιµοποιηθεί µια συµβατική χαρτογράφηση µε DPW. Σε κάθε περίπτωση, ένα ψηφιακό φωτογραµµετρικό σύστηµα χαµηλού κόστους είναι επίσης µια οικονοµικώς αποδοτική επιλογή. Πρέπει ωστόσο να εξετασθεί η χρήση νέων, ισχυρών τεχνικών απόκτησης δεδοµένων (3D laser scanners) σε αυτόν τον τοµέα. Το επίγειο ραντάρ µε ακτίνες λέιζερ προσφέρει καλές επιδόσεις στην απόκτηση δεδοµένων, πρόκειται όµως για µια τεχνική υψηλών δαπανών (τουλάχιστον έναντι του κόστους ενός πλήρους φωτογραφικού εξοπλισµού: σώµα φωτογραφικών µηχανών και διάφοροι φακοί) µε κύριο µειονέκτηµα την απαίτηση σύνθετης επεξεργασίας των δεδοµένων µετά τη λήψη Εφαρµογή στερεοσκοπικών δορυφορικών εικόνων υψηλής ανάλυσης στην εκτίµηση της κατολισθητικής επικινδυνότητας. Η εκτίµηση της κατολισθητικής επικινδυνότητας απαιτεί πολύπλευρη και λεπτοµερή πληροφόρηση. Κατά καιρούς έχουν προταθεί διάφορες κλίµακες εκτίµησης της αστάθειας των πρανών. Οι Soeters and Cornelis (1996) καθόρισαν τέσσερεις κλίµακες: την εθνική, την περιφερειακή, τη µεσαία και την τοπική (Nichol et al., 2006). Οι πιο χρήσιµοι άµεσοι δείκτες κατολισθητικής επιδεκτικότητας, είναι στοιχεία παλαιών κατολισθήσεων, όπως επίσης εφελκυστικές ρωγµές και άλλες ανιχνεύσιµες επίγειες µετακινήσεις. Εποµένως, ο απλούστερος τύπος εκτίµησης της κατολισθητικής επικινδυνότητας περιλαµβάνει την καταγραφή προηγούµενων κατολισθήσεων και σηµείων 93

103 µετακίνησης µάζας, βασισµένα στην προϋπόθεση ότι µια περιοχή µε παλαιότερες κατολισθήσεις είναι επιρρεπής σε αυτές και παρουσιάζει υψηλή πιθανότητα εµφάνισης νέων κατολισθήσεων (Nichol et al., 2006). Πρόσφατες κατολισθήσεις µπορούν εν γένει να προσδιορισθούν εύκολα σε αεροφωτογραφίες, λόγω της υψηλής αντίθεσης µε το πιο σκούρο υπόβαθρο βλάστησης, αν και γίνονται όλο και περισσότερο δυσδιάκριτες µε τον χρόνο. Παρατηρήσεις στο Χονγκ Κονγκ, αποδεικνύουν ότι παλαιότερες κατολισθήσεις µπορούν να προσδιορισθούν από σηµάδια γραµµικής θλίψης ή από διακριτική, πρόωρη βλάστηση στην περιοχή αστοχίας. Η µελέτη των κατολισθήσεων µπορεί να αντιµετωπιστεί µε ένα συνδυασµό µετρήσεων και παρατηρήσεων πεδίου, καθώς και µε στερεοσκοπική ερµηνεία αεροφωτογραφιών, αν και η εργασία που απαιτείται είναι πολλές φορές επίπονη και χρονοβόρα. Για παράδειγµα, απαιτούνται περίπου 400 τυπωµένες φωτογραφίες σε µία κλίµακα 1: για µία πλήρη στερεοσκοπική κάλυψη περιοχής km 2. Επιπλέον, µία τέτοιου είδους λεπτοµερής αεροφωτογραφική κάλυψη είναι δαπανηρή, ενώ οι χειρωνακτικές µέθοδοι που απαιτούνται για την στεροσκοπική φωτοερµηνεία είναι χρονοβόρες, ειδικά εάν τα αποτελέσµατα της ερµηνείας πρόκειται να εισαχθούν σε µια βάση δεδοµένων GIS για ανάλυση υπερθέµατος (overlay) (Πίνακας 4.2). Σε αυτή την περίπτωση απαιτείται επίσης ένα ψηφιακό µοντέλο αναγλύφου (Digital Elevation Model-DEM) για τη διαφορική αναγωγή και την παραγωγή χάρτη κλίσεων. Ωστόσο, ψηφιακά µοντέλα αναγλύφου µε ανάλυση µεγαλύτερη από 50 m δεν είναι γενικά πάντα διαθέσιµα. Επιπλέον, ακόµη και αν είναι διαθέσιµο ένα ακριβές DEM, η διαφορική αναγωγή µιας απλής αεροφωτογραφίας µπορεί να χρειαστεί έως και πέντε ώρες εξειδικευµένης εργασίας. Πίνακας 4.2: Παραδοσιακές µέθοδοι για την εκτίµηση της κατολισθητικής επικινδυνότητας. (Πηγή: Nichol et al., (2006)) ΜΕΘΟ ΟΙ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ Άµεση παρατήρηση των µετακινήσεων του εδάφους Υπερθέµατα (overlayς) Αρχείο (παρελθούσες κατολισθήσεις) ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΑ Ε ΟΜΕΝΑ ΕΛΑΧΙΣΤΗ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΟ 3-D (STEREO) ΚΑΛΥΠΤΟΜΕΝΗ ΠΕΡΙΟΧΗ/ΚΛΙΜΑΚΑ ΜΕΤΡΗΣΕΩΝ µετρήσεις πεδίου 10 cm όχι κάτω του µέτρου διαχρονικές αεροφωτογραφίες θεµατικοί χάρτες, DEM/χάρτες κλίσεων και συντεταγµένες παλαιών κατολισθήσεων Αεροφωτογραφίες και παρατηρήσεις πεδίου 10 cm όχι κάτω του µέτρου 20 m ναι 10 m ναι µεσαίες έως περιφερειακές κλίµακες όπου λεπτοµερή στοιχεία είναι µη διαθέσιµα > km 2 τοπικές έως µεσαίες κλίµακες km 2 94

104 Η περιοχή όπου αναφέρεται η συγκεκριµένη µελέτη καλύπτει ένα τµήµα της νήσου Lantau στο Χονγκ Κονγκ, έκτασης 24 km 2 (Σχήµα 4.21). άσος πλατύφυλλων καλύπτει τις περισσότερες κοιλάδες στην περιοχή, µε θάµνους και χλόη στις υψηλότερες κορυφογραµµές. Η περιοχή κείτεται σε ηφαιστειακή τέφρα και λάβα της Ιουρασικής περιόδου (Πηγή: Nichol et al., (2006)). Σχήµα 4.21: Τοποθεσία της περιοχής µελέτης στη νήσο Lantau στο Χονγκ Κονγκ. (Πηγή: Nichol et al., (2006)) Χρησιµοποιήθηκαν στερεοσκοπικές εικόνες που αποκτήθηκαν από τον IKONOS τον Ιανουάριο του Έχουν πρόσθιες και οπίσθιες (από ναδίρ) γωνίες παρατήρησης 15,22 ο και 18,43 ο αντίστοιχα, δίνοντας κατά συνέπεια µία αναλογία βάσης-ύψους περίπου 0,6. Οι εικόνες έχουν µια περιοχή επικάλυψης της τάξης του 93%. Ο µέσος όρος του µεγέθους ενός επίγειου εικονοστοιχείου (pixel) ήταν 0,87 m στο χρόνο απόκτησης και αργότερα που λήφθηκε ως δείγµα εκ νέου 1 m. Το µέσο ηλιακό αζιµούθιο και οι υψοµετρικές γωνίες κατά το χρόνο απόκτησης ήταν 152,24 ο και 44,63 ο αντίστοιχα. Είκοσι οχτώ, καλά διανεµηµένα σηµεία επίγειου ελέγχου (GCPs) και τριάντα πέντε σηµεία ελέγχου (checkpoints) ψηφιοποιήθηκαν από πρόσφατους ψηφιακούς χάρτες κλίµακας 1:1.000 που παρήχθησαν από το Lands Department του Χονγκ Κονγκ. Τα σηµεία αντιστοιχούσαν σε σαφώς αναγνωρίσιµα επίγεια σηµεία και σε τοµές µεταξύ οδών ή µονοπατιών. Το λάθος των εικονικών συντεταγµένων των σηµείων που µετρήθηκε ήταν µέσα 95

105 στα όρια µισού εικονοστοιχείου (43 cm). Τα υψόµετρα των σηµείων αυτών ελήφθησαν επίσης από ένα DEM ανάλυσης 2 m, που είχε παραχθεί από πρόσφατους τοπογραφικούς χάρτες (διάστηµα µεταξύ ισοϋψών: 2 m). Οι στερεοσκοπικές εικόνες του IKONOS παρέχονται συνήθως µε τους Rational Polynomial Coefficients (RPC), οι οποίοι αντιπροσωπεύουν τη σχέση µεταξύ της εικόνας και των χωρικών αντικειµένων. Μελέτες που έχουν πραγµατοποιηθεί σε µοντέλα που βασίζονται στους συντελεστές αυτούς δείχνουν ότι υπάρχουν συστηµατικά λάθη στον αισθητήρα εξωτερικού προσανατολισµού του IKONOS, τα οποία µπορούν να αφαιρεθούν µε τη χρήση GCPs έτσι ώστε να επιτευχθεί ακρίβεια έως και 1 m. Οι εικονικές συντεταγµένες τόσο των σηµείων του δικτύου GPS όσο και των σηµείων ελέγχου, εισήχθησαν σε κατάλληλο λογισµικό για το βήµα της διαµόρφωσης και του προσανατολισµού του αισθητήρα (camera). Προκειµένου να εξαλειφθούν µερικές παραλλάξεις θέσεων και µικρές παρατηρούµενες περιστροφές, χρησιµοποιήθηκε το δίκτυο σηµείων GPS για τον υπολογισµό των τροποποιηµένων συντελεστών του αισθητήρα του µοντέλου. Στη συνέχεια, πραγµατοποιήθηκε ο απόλυτος προσανατολισµός, ώστε να υπολογισθούν οι τρισδιάστατες συντεταγµένες από το στερεοσκοπικό ζεύγος εικόνων. Η ακρίβεια των αποτελεσµάτων του προσανατολισµού αξιολογήθηκε χρησιµοποιώντας τα τριάντα πέντε σηµεία ελέγχου. ιεξήχθη στη συνέχεια αυτόµατος συσχετισµός των εικόνων για να καθορισθούν σηµεία στην περιοχή επικάλυψης µεταξύ των δύο εικόνων του στερεοσκοπικού ζεύγους. Παρόλο που η διαδικασία αντιστοιχίας παρήγαγε έναν µεγάλο αριθµό σηµείων-δεσµών, µικρές περιοχές µε ιδιαίτερα µεταβλητό υψόµετρο εδάφους δεν µπόρεσαν να αντιστοιχηθούν. Για το λόγο αυτό, ψηφιοποιήθηκαν χειρωνακτικά είκοσι τρία επιπλέον σηµεία σε αυτές τις περιοχές και χρησιµοποιήθηκαν για παρεµβολή, παράγοντας ένα ψηφιακό µοντέλο αναγλύφου 5 m για την περιοχή επικάλυψης. Η ποιότητα του παραγόµενου µοντέλου αξιολογήθηκε στη συνέχεια συγκρίνοντας τα υψόµετρα σαράντα δύο καλώς διανεµηµένων σηµείων, µε εκείνα σε ένα DEM 0,5 m παραγόµενο φωτογραµµετρικά από διαθετικά αεροφωτογραφιών ψευδούς χρώµατος µε πολύ υψηλή ανάλυση (8 cm) (Σχήµα 4.22 Α). εδοµένου ότι η παρούσα µελέτη εστιάζεται κυρίως σε µικρές κατολισθήσεις σε απότοµα πρανή, παρήχθη ακόµη ένα ψηφιακό µοντέλο αναγλύφου 1 m για τη συγκεκριµένη περιοχή ενδιαφέροντος (Σχήµα 4.22 Β). Στο Σχήµα 4.22 δηλαδή παρατηρούνται: (Α) η αποτύπωση όλης της περιοχής µελέτης (24 km 2 ) µε µέγεθος κελιού 5 m, (B) η συγκεκριµένη περιοχή ενδιαφέροντος (1,14 km 2 ) µε µέγεθος κελιού 1 m (το τετράγωνο παρουσιάζει την τοποθεσία του Σχήµατος 4.23). Η ακρίβεια του δεύτερου ψηφιακού µοντέλου αναγλύφου αξιολογήθηκε συγκρίνοντας τα υψόµετρα δεκατεσσάρων θέσεων κατά µήκος ενός εκτεταµένου τµήµατος κατολισθητικού ίχνους και τεσσάρων σηµείων κατά µήκος ενός τµήµατος της στέψης της κατολίσθησης 96

106 (Σχήµα 4.23) µε (i) το υπάρχον DEM από χάρτες ισοϋψών ανά 2 m, (ii) µετρήσεις στο ανάγλυφο που παρήχθη από το στερεοσκοπικό ζεύγος εικόνων του IKONOS και (iii) µετρήσεις σε ανάγλυφο που παρήχθη από αεροφωτογραφίες ανάλυσης 8 cm. Στο σηµείο 4 του Σχήµατος 4.23 διακρίνεται η τοµή (πλάτους 1,5 m) της οδού µε την κατολίσθηση. Σχήµα 4.22: Σκιασµένα ψηφιακά µοντέλα αναγλύφου παραγόµενα από στερεοσκοπικό ζεύγος εικόνων του IKONOS (Πηγή: Nichol et al., (2006)). Σχήµα 4.23: Τοποθεσία των 14 σηµείων που διακρίνονται στις εικόνες από τον IKONOS. (Πηγή: Nichol et al., (2006)) 97

107 Ως αναφορά χρησιµοποιήθηκε επίσης η Εθνική Βάση εδοµένων για τις κατολισθήσεις (The Natural Terrain Landslide Inventory-NTLI database) του Geotechnical Engineering Office of the Hong Kong Civil Engineering and Development Department, η οποία περιλαµβάνει αρχεία για όλες τις κατολισθήσεις που έχουν πραγµατοποιηθεί από το Τα δεδοµένα αυτά χρησιµοποιήθηκαν ως αναφορά για το ποσοστό των κατολισθήσεων, οι οποίες µπορούν να προσδιορισθούν χρησιµοποιώντας είτε στερεοσκοπικό ζεύγος αεροφωτογραφιών, είτε δορυφορικές εικόνες από τον IKONOS µε επιπεδοµετρικές και στερεοσκοπικές παρατηρήσεις. Η εκτίµηση του ψηφιακού υψοµετρικού µοντέλου 5 m (DEM από τον IKONOS µε 42 σηµεία ελέγχου), χρησιµοποιώντας ως αναφορά το ψηφιακό υψοµετρικό µοντέλο από τις αεροφωτογραφίες, δείχνει ότι τα περισσότερα σηµεία έχουν υψοµετρικά σφάλµατα µεταξύ 1,50 και 2,5 m, ενώ ορισµένες περιοχές πρανών απότοµων κλίσεων παρουσιάζουν µεγαλύτερα σφάλµατα έως και 5,0 m. Το συνολικό σφάλµα RMS, καθώς και το γραµµικό σφάλµα (σε διάστηµα εµπιστοσύνης 79%) του DEM 5 m ήταν 4,13 m και 5,0 m αντίστοιχα. Η µέση υψοµετρική διαφορά µεταξύ των µετρήσεων στο ανάγλυφο από τον IKONOS και των µετρήσεων στο ανάγλυφο από τις αεροφωτογραφίες ήταν περίπου 1,0 m κατά µήκος του εκτεταµένου τµήµατος (Σχήµα 4.24 Α) και µικρότερο από 0,5 m κατά µήκος της κατακόρυφης τοµής (Σχήµα 4.24 Β). Οι τιµές των υψοµέτρων στο DEM 1 m από τον IKONOS είναι πολύ πιο κοντά σε αυτές του αναγλύφου από τις αεροφωτογραφίες, απ ότι είναι οι τιµές των υψοµέτρων στο DEM που παρήχθη από χάρτες ισοϋψών ανά 2 m. Το DEM που βασίστηκε σε χάρτες ισοϋψών παρουσιάζει µία τοπογραφία κατά µήκος της τοµής µόνο 3 m βαθειά και σχήµατος V, ενώ οι µετρήσεις από το ανάγλυφο του IKONOS παρουσιάζουν µία τοπογραφία 5 m βαθειά και σχήµατος U (Σχήµα 4.24 Β). Η διαφορά θα ήταν κρίσιµη για τις ογκοµετρικές µελέτες, δεδοµένου ότι τα στεροσκοπικά ζεύγη του IKONOS δίνουν έναν πολύ µεγαλύτερο όγκο υλικών που έχουν µετακινηθεί από τη στέψη της κατολίσθησης. Κατά συνέπεια, για λεπτοµερείς µορφολογικές αναλύσεις, τα στερεοσκοπικά ζεύγη εικόνων του IKONOS φαίνεται να είναι πιο χρήσιµα από τα υπάρχοντα DEMs, ενώ δίνουν παρόµοια ακρίβεια µε αυτή των στερεοσκοπικών ζευγών αεροφωτογραφιών. Το στερεοσκοπικό ζεύγος των εικόνων από τον IKONOS µπορεί να απεικονισθεί χρησιµοποιώντας τρεις διαφορετικές προσεγγίσεις: δηµιουργώντας ανάγλυφα (Σχήµα 4.25), αναρτώντας τις ορθοφωτογραφίες από τον IKONOS στο παραγόµενο DEM (Σχήµα 4.26) και δηµιουργώντας στερεογράµµατα (Σχήµα 4.27). Ο κύριος στόχος της τρισδιάστατης απεικόνισης είναι να προσφέρει επιπρόσθετες µορφολογικές, τοπολογικές και συµπληρωµατικές πληροφορίες στην επιπεδοµετρική ερµηνεία των εικόνων. Από τις παραγόµενες εικόνες µπορούν να ληφθούν πολλά και χρήσιµα στοιχεία που βοηθούν στην ερµηνεία της µελετώµενης περιοχής. Για παράδειγµα στο Σχήµα 4.25 το 98

108 µονοπάτι που διακρίνεται στο κέντρο και άνω της εικόνας έχει πλάτος περίπου 1,5 m. Στο Σχήµα 4.26 το πλάτος της κατολίσθησης στο κέντρο της εικόνας είναι περίπου 7 m, ενώ το µονοπάτι που τη διασχίζει από αριστερά προς τα δεξιά έχει πλάτος 1-2 m. Επίσης µπορούν να ανιχνευθούν κατολισθήσεις παλαιότερες των πενήντα ετών: απότοµες κατωφέρειες ανεστραµµένης µορφής V (A) και κοιλότητες ανεστραµµένης µορφής κουταλιού (B,C,D και E). Στα σηµεία Β και D όπου υπάρχουν θαµνώδεις περιοχές (σκουρότερα τεµάχια), διακρίνονται τα αρχικά στάδια διαδοχής της χαµηλής βλάστησης από πυκνότερη (δάσος). Σχήµα 4.24: Σύγκριση των υψοµέτρων (m) κατά µήκος και κάθετα στην κατολίσθηση µεταξύ του αναγλύφου από τον IKONOS, του DEM 1 m από τον IKONOS, του υπάρχοντος DEM από χάρτες ισοϋψών ανά 2 m και του αναγλύφου από αεροφωτογραφίες υψηλής ανάλυσης. (Πηγή: Nichol et al., (2006)) 99

109 Σχήµα 4.25: Ανάγλυφο που παρήχθη από το στερεοσκοπικό ζεύγος των δορυφορικών pan-sharpened εικόνων του IKONOS, το οποίο µπορεί να παρατηρηθεί τρισδιάστατα χρησιµοποιώντας ειδικά γυαλιά (κόκκινα-µπλε) (Πηγή: Nichol et al., (2006)). Σχήµα 4.26: Παγχρωµατική ορθοφωτογραφία αναρτηµένη στο παραγόµενο DEM από τον IKONOS δίνει λεπτοµερείς πληροφορίες για το εδαφικό προφίλ. (Πηγή: Nichol et al., (2006)) 100

110 Σχήµα 4.27: Στερεόγραµµα προερχόµενο από το στερεοσκοπικό ζεύγος των δορυφορικών pan-sharpened εικόνων του IKONOS, κατάλληλο για τρισδιάστατη παρατήρηση χρησιµοποιώντας στερεοσκόπιο (Πηγή: Nichol et al., (2006)). Η βάση NTLI (Natural Terrain Landslide Inventory) παρουσίασε στοιχεία που δείχνουν ότι σαράντα δύο κατολισθήσεις εµφανίσθηκαν στην περιοχή που καλύπτεται από το DEM 1 m (Σχήµα 4.22 Β), µεταξύ του 1945 και της ηµεροµηνίας λήψης της εικόνας (Ιανουάριος του 2003). Από αυτές τις κατολισθήσεις µόνο οι µεγάλες και πρόσφατες (περίπου το 20%) µπορούν να αναγνωρισθούν στην pan-sharpened, επιπεδοµετρική εικόνα του IKONOS. Εντούτοις, µε την άµεση τρισδιάστατη παρατήρηση των εικόνων του IKONOS σε ένα κατάλληλο φωτογραµµετρικό σύστηµα (stereo plotter), ήταν ορατά το χρώµα, η µορφή, η τοπογραφική θέση και οι λεπτοµέρειες στη βλάστηση, επιτρέποντας σε έναν πεπειραµένο ερµηνευτή να αναγνωρίσει περίπου το 50% των κατολισθήσεων. Επιπλέον, µπόρεσαν να προσδιορισθούν µερικές παλαιές κατολισθήσεις οι οποίες εµφανίσθηκαν πριν από το Αυτές, όπως αναφέρθηκε ανωτέρω, περιλαµβάνουν µία ολίσθηση που διακρίνεται στο σηµείο Α του Σχήµατος 4.26, µε τη µορφή ανεστραµµένου V (στικτή γραµµή) και µικρότερες κοιλότητες σχήµατος κουταλιού που εκτείνονται στην κατωφέρεια του πρανούς (σηµεία B, C, D και E). Όλες οι κατολισθήσεις που είναι µικρότερες των οχτώ ετών, συµπεριλαµβανοµένων και εκείνων µε µικρά πλάτη της τάξης των 2-3 m, αναγνωρίσθηκαν. Ωστόσο, χαρακτηριστικά µε µέγεθος κάτω του µέτρου, όπως εφελκυστικές ρωγµές, δεν ήταν ορατά. 101

111 Για την καταγραφή των κατολισθητικών φαινοµένων (κατασκευή αρχείου) χρησιµοποιείται συνήθως η στερεοσκοπική παρατήρηση και ερµηνεία αεροφωτογραφιών κλίµακας 1: Ακολουθώντας τη διαδικασία αυτή και για τη µελέτη των κατολισθήσεων στη νήσο Lantau στο Χονγκ Κονγκ, ανιχνεύθηκαν 21 από τα 42 φαινόµενα. Παρόλο που οι αεροφωτογραφίες προσφέρουν πολύ υψηλή χωρική ανάλυση (63 ζεύγη γραµµών ανά mm, ή 8 cm στο έδαφος), δεν οδήγησαν σε ένα σηµαντικά βελτιωµένο αποτέλεσµα. Επιπροσθέτως, η ερµηνεία τους είναι συχνά κουραστική και µονότονη εξαιτίας του περιορισµένου οπτικού πεδίου κάτω από τα δίοπτρα και της σταθερής βάσης παρατήρησης των τυποποιηµένων καθρεφτών των στερεοσκοπίων. Από την άλλη πλευρά, το στερεοσκοπικό ζεύγος των εικόνων του IKONOS είναι ευκολότερο στο χειρισµό, δεδοµένου ότι µπορεί να παρατηρηθεί σε διάφορες κλίµακες και οπτικά πεδία. Επίσης, είναι διαθέσιµα ανάγλυφα προς µία λεπτοµερή τρισδιάστατη παρατήρηση µικρών περιοχών όπως κοιλότητες (scarps), βραχώδεις περιοχές (rock outcrops) και εφελκυστικές ρωγµές (tension cracks). Επιπλέον, το 4-band, 11-bit data format του IKONOS δίνει ανώτερη ποιότητα στις δορυφορικές εικόνες. Μεταξύ των τεσσάρων τεχνικών συγχώνευσης των εικόνων, η µέθοδος PCI- Geomatica µπόρεσε να διατηρήσει τόσο τις χωρικές λεπτοµέρειες της παγχρωµατικής ζώνης 1 m του IKONOS, όσο και τις φασµατικές λεπτοµέρειες των πολυφασµατικών εικόνων (Nichol and Wong, 2005). Η βάση NTLI καταγράφει µόνο το µήκος και τη θέση των κατολισθήσεων και όχι το πλάτος και τον όγκο. Ωστόσο, ο όγκος του µετακινούµενου υλικού µπορεί να υπολογισθεί αυτόµατα χρησιµοποιώντας ψηφιακές τοµές από το DEM 1 m του IKONOS (Σχήµα 4.24). Ο όγκος που θα βρεθεί µπορεί στη συνέχεια να χρησιµοποιηθεί για την εκτίµηση των ποσοστών απόθεσης και της ποιότητας του νερού στους χαµηλότερους υδροκρίτες. Η συγκεκριµένη µελέτη απέδειξε ότι το στερεοσκοπικό ζεύγος των εικόνων του IKONOS µπορεί να ικανοποιήσει σε µεγάλο βαθµό τις απαιτήσεις για την εκτίµηση της κατολισθητικής επικινδυνότητας, σε τοπικές και µεσαίες κλίµακες (περίπτωση 3 του Πίνακα 4.4), όπου η κλίµακα των παρατηρήσεων βρίσκεται µεταξύ 10 και 100 m, ενώ τα χαρακτηριστικά µικρής κλίµακας (micro-scale) που αναγνωρίζονται έχουν διαστάσεις από 1 έως 10 m. Οι εικόνες του IKONOS που παρατηρήθηκαν τρισδιάστατα ήταν επαρκείς για τον εντοπισµό όλων των πρόσφατων κατολισθήσεων, καθώς επίσης και µερικών πολύ παλαιών κατολισθήσεων στην περιοχή µελέτης. Οι παρατηρήσεις βασίστηκαν στη µορφολογία των πρανών και στην εκ νέου ανάπτυξη της βλάστησης. Το επίπεδο της τρισδιάστατης χωρικής λεπτοµέρειας που επετεύχθη, κρίνεται ότι είναι παρόµοιο µε αυτό αεροφωτογραφιών κλίµακας 1: Οι εικόνες του IKONOS όµως ξεπερνούν τις αεροφωτογραφίες από άποψη φασµατικής ποιότητας, ευκολίας χειρισµού, απλής βάσης εικόνας για την παραγωγή ενός DEM και κόστους. Το ψηφιακό υψοµετρικό µοντέλο που δηµιουργήθηκε από τον IKONOS είναι 102

112 ιδιαίτερα ακριβές, υπερβαίνοντας ακόµη και το γεγονός ότι κατασκευάσθηκε από ψηφιακά υψοµετρικά δεδοµένα διαστήµατος 2 m. Καθώς οι δορυφόροι IKONOS και SPOT µπορούν να προγραµµατισθούν έτσι ώστε να απεικονίσουν οποιαδήποτε περιοχή, ενώ ο κύκλος επανάληψης και των δύο πραγµατοποιείται µέσα σε τρεις µέρες (off-nadir mode), οι δορυφορικές τους εικόνες παρέχουν πλέον µία βιώσιµη εναλλακτική λύση έναντι των αεροφωτογραφιών για τη δηµιουργία λεπτοµερών αρχείων κατολισθητικών φαινοµένων σε µία ποικιλία κλιµάκων. 103

113 Κεφάλαιο 5 Ερµηνεία εικόνας σε περιοχή του ελλαδικού χώρου 5.1 Περιοχή µελέτης Οι κατολισθήσεις στον ελληνικό χώρο, όπως αναφέρθηκε στο 2 ο κεφάλαιο, εµφανίζονται µε µεγάλη συχνότητα εξαιτίας των ιδιαίτερων γεωλογικών συνθηκών, του έντονου ανάγλυφου, της σεισµικής δραστηριότητας και των µεταβαλλόµενων κλιµατολογικών συνθηκών που επικρατούν στη χώρα µας (Ήπειρος,. Μακεδονία, κτλ.). Ειδικά σε περιοχές όπου επικρατεί ο φλύσχης ως σχηµατισµός, τα κατολισθητικά φαινόµενα είναι περισσότερα και εντονότερα. Σε µία τέτοια περιοχή αναφέρεται και το παράδειγµα που παρουσιάζεται στη συνέχεια (Εικόνα 5.1). Εικόνα 5.1: Θέση της περιοχής µελέτης στο ευρύτερο περιβάλλον. (Πηγή: 104

114 Η περιοχή µελέτης αναφέρεται σε τµήµα της εθνικής οδού Ιωαννίνων-Κοζάνης και του ευρύτερου περιβάλλοντος (Εικόνα 5.2). Με βάση τα υψοµετρικά στοιχεία η µελετώµενη περιοχή βρίσκεται σε ύψος 700 m έως m (Εικόνα 5.3). Πρόκειται για µία ορεινή περιοχή, που παρουσιάζει ιδιαίτερο γεωτεχνικό ενδιαφέρον. Στόχος είναι η ερµηνεία της εικόνας, ώστε προσδιορισθούν τα βασικά χαρακτηριστικά και οι διεργασίες που δίνουν την αντίληψη της φυσιογνωµίας της ευρύτερης περιοχής. Ιδιαίτερη σηµασία δίνεται στην παρατήρηση και µελέτη των κατολισθητικών φαινοµένων που παρουσιάζονται στη συγκεκριµένη περιοχή. Εικόνα 5.2: Περιοχή µελέτης (Πηγή: Εικόνα 5.3: Υψόµετρα περιοχής µελέτης (Πηγή: 105

115 5.2 Ερµηνεία αεροφωτογραφιών (φωτοερµηνεία) Χρησιµοποιήθηκαν τρεις αεροφωτογραφίες της περιοχής (χρονολογίας: , 11:30), κλίµακας 1:30.000, εκ των οποίων µελετήθηκε η κεντρική (Νο ). Οι υπόλοιπες δύο (αριστερή: Νο και δεξιά Νο: ) χρησιµοποιήθηκαν ως βοήθεια στη στερεοσκοπική παρατήρηση, του αριστερού και δεξιού αντιστοίχως τµήµατος, της µεσαίας αεροφωτογραφίας. Επιπλέον, χρησιµοποιήθηκαν δορυφορικά δεδοµένα SPOT 5. Για τη µελέτη του γεωλογικού υποβάθρου, έγινε χρήση ενός γεωλογικού χάρτη (της ίδιας περιοχής), κλίµακας 1: Από τη µελέτη του γεωλογικού χάρτη ελήφθησαν στοιχεία για τη γεωλογία και τα υψόµετρα της περιοχής µελέτης. Το πέτρωµα που απαντάται στην περιοχή ως επί το πλείστον είναι ο φλύσχης (εναλλαγές λεπτοστρωµατωδών, πλακωδών ψαµµιτικών και µικροκροκαλοπαγών µε αµµούχες µάργες). Κατά θέσεις µέσα στα ιζήµατα του φλύσχη παρεµβάλλονται µαύροι κλαστικοί ασβεστόλιθοι πολύ µικρού πάχους, πλούσιοι σε απολιθώµατα (αναφορά γεωλ. χάρτη). Στο φλύσχη της Πίνδου εµφανίζονται και οι κατολισθαίνουσες περιοχές σε µεγάλη έκταση. Σχηµατίστηκαν δύο στερεοσκοπικά ζεύγη και αναγνωρίστηκε η κοινή περιοχή των αεροφωτογραφιών (επικάλυψη κεντρικής µε αριστερή και δεξιά). Στη συνέχεια µε τη βοήθεια του στερεοσκοπίου Wild ST4 ακολούθησε η στερεοσκοπική παρατήρηση. Οι τρεις αεροφωτογραφίες τοποθετήθηκαν µε την εξής σειρά: αριστερά η φωτογραφία Νο , στο κέντρο η Νο και δεξιά η Νο Για την µελέτη του αριστερού τµήµατος την κεντρικής φωτογραφίας χρησιµοποιήθηκε η Νο , ενώ για την µελέτη του δεξιού τµήµατός της η Νο (Σχήµα 5.1). Εντοπίσθηκαν κατ αρχήν τα γεωµετρικά χαρακτηριστικά (γραµµικά, εµβαδικά), καθώς και τα βασικά ραδιοµετρικά χαρακτηριστικά (τόνος, υφή) της εικόνας. Οι παρατηρήσεις που προκύπτουν είναι ότι πρόκειται για µία ορεινή περιοχή µε ένα κύριο τµήµα υδρογραφικού δικτύου (τµήµα του Σαρανταπόρου), στο οποίο συµβάλλουν άλλα δευτερεύοντα τµήµατα. Το κύριο υδρογραφικό δίκτυο εντοπίσθηκε µε βάση τον τόνο (σκούροι τόνοι), την υφή, το σχήµα και τις κλίσεις που το χαρακτηρίζουν σε κάθε περιοχή. Υδρογραφικό δίκτυο παρατηρείται σε όλη σχεδόν την έκταση της αεροφωτογραφίας µε µεγαλύτερη πυκνότητα στις πιο ορεινές και έντονα διαβρωµένες περιοχές. Αναγνωρίστηκαν και σχεδιάστηκαν επίσης τα τµήµατα του κύριου υδρογραφικού δικτύου και των κλάδων του, όπου η κοίτη είναι πιο διευρυµένη (στικτή γραµµή) και υπάρχουν αλουβιακές αποθέσεις. Το κύριο τµήµα του υδρογραφικού δικτύου καθώς και τα δευτερεύοντα, χωρίζουν την περιοχή µελέτης σε τµήµατα µε διάφορα χαρακτηριστικά. ηµιουργούνται πέντε κύριες υπολεκάνες (η µεγαλύτερη στο κέντρο της αεροφωτογραφίας), µε βάση τη µορφολογία των κλάδων που σχηµατίζουν το κύριο υδρογραφικό δίκτυο και των υδροκριτών. Στη 106

116 βορειοανατολική πλευρά του ποταµού επικρατούν πιο ήπιες κλίσεις και υδρογραφικό δίκτυο µε τµήµατα µικρού µήκους, ενώ στη νότια πλευρά παρατηρείται εντονότερο ανάγλυφο µε µεγαλύτερες κλίσεις πρανών και πυκνότερο υδρογραφικό δίκτυο. Σχήµα 5.1: Τµήµατα στερεοσκοπικών ζευγών των αεροφωτογραφιών της περιοχής µελέτης (πάνω: Νο και Νο , κάτω: Νο και Νο ). 107

117 Στη συνέχεια ανιχνεύθηκαν και σχεδιάστηκαν οι κυριότεροι υδροκρίτες της προς µελέτη περιοχής λαµβάνοντας υπ όψην το ανάγλυφο, την υφή (τραχύτητα), καθώς και τον τόνο (σκουρότερα τα τµήµατα µε έντονη βλάστηση στα όρη). Ορεινές, απότοµες κορυφές µε εντονότερο διαµελισµό και τραχύτητα παρατηρήθηκαν κυρίως στο νοτιοδυτικό τµήµα, ενώ το ανατολικό τµήµα παρουσιάζεται πιο επίπεδο και οµαλό µε χαµηλότερα υψόµετρα. Η βλάστηση είναι εντονότερη στο δυτικό, το νότιο και το βορειοανατολικό τµήµα. Οι τόνοι που παρατηρούνται δίνουν µια πρώτη αίσθηση-αντίληψη σε ποιες περιοχές υπάρχει βλάστηση, νερό, έδαφος κτλ. Σκούρος τόνος παρατηρείται σε περιοχές όπου υπάρχει πυκνή φυτική κάλυψη (βορειοδυτικά, νότια). Στο κέντρο των αεροφωτογραφιών διακρίνεται µια αλλαγή του τόνου και της υφής, καθώς πρόκειται για περιοχή µε έντονες κατολισθήσεις. Η υφή (οπτική αντίληψη του τραχειού ή του λείου) δίνει επίσης µια πρώτη εκτίµηση της θέσης περιοχών όπου υπάρχουν βουνά µε τραχιές, απότοµες, ψηλές πλαγιές ή πεδιάδες µε πιο λεία χαρακτηριστικά. Στην κεντρική αεροφωτογραφία διακρίνεται µία τραχιά και έντονη υφή σε όλη γενικά την έκτασή της, που παρουσιάζει έντονο κατακερµατισµό. Ο τόνος γίνεται πιο ανοιχτός και η υφή πιο λεία στα σηµεία της διευρυµένης κοίτης των κλάδων του υδρογραφικού δικτύου. Επίσης µε ανοιχτό τόνο, λεία υφή και πιο ορθογωνικές περιµέτρους διακρίνονται ορισµένες καλλιέργειες. Οι περιοχές που έχουν υποστεί κατολίσθηση λόγω του έντονου αναγλύφου αναγνωρίζονται στο κέντρο της αεροφωτογραφίας. Ο τόνος σε αυτή την περιοχή είναι πιο ανοιχτός, ενώ αισθητή είναι η απουσία βλάστησης (Εικόνα 5.4). Στα πιο ορεινά τµήµατα, όπου οι κλίσεις είναι εντονότερες εντοπίζονται διαβρωµένες περιοχές (περιοχές ανοιχτού τόνου και µε διαφορά στην υφή). Εικόνα 5.4: Περιοχή κατολισθήσεων (Πηγή: 108

118 ιακρίνεται επίσης, λεπτό σκούρο γραµµικό στοιχείο, παράλληλο προς τµήµα του υδρογραφικού δικτύου στο κεντρικό τµήµα της αεροφωτογραφίας που υποδηλώνει ασυνέχεια (ρήγµα). Όσον αφορά το οδικό δίκτυο (γραµµικό στοιχείο ανοιχτού τόνου), το οποίο συνδέει την Κόνιτσα µε τον Πεντάλοφο, αρχίζει από τα βορειοανατολικά και καταλήγει νοτιοδυτικά ακολουθώντας την κοίτη του ποταµού. Υπάρχουν και δευτερεύουσες οδοί, που συνδέουν τους γύρω οικισµούς µε το κεντρικό οδικό δίκτυο αλλά και µεταξύ τους ή µε καλλιέργειες. Στις οδούς αυτές δηµιουργούνται προβλήµατα εξαιτίας του έντονου υδρογραφικού δικτύου καθώς και των κατολισθήσεων στην περιοχή. Στα σηµεία που το οδικό δίκτυο συναντά υδρογραφικό δίκτυο παρατηρούνται τεχνικά έργα (γέφυρες). Τέλος, ανιχνεύθηκαν οι κατοικηµένες περιοχές (βόρεια, ανατολικά και δυτικά), ενώ οι καλλιεργηµένες εκτάσεις, λόγω του έντονου αναγλύφου, περιορίζονται κοντά στα τµήµατα του ποταµού όπου υπάρχει διαπλάτυνση της κοίτης του. Η φωτοερµηνεία όλων των παραπάνω στοιχείων που µελετήθηκαν, µε βάση τη στερεοσκοπική παρατήρηση των αεροφωτογραφιών, παρουσιάζεται στο Σχήµα 5.2 (επεξήγηση συµβόλων στον Πίνακα 5.1). Σχήµα 5.2: Φωτοερµηνεία της περιοχής µελέτης από Α/Φ κλίµακας 1: (σµίκρυνση). 109

119 Πίνακας 5.1: Υπόµνηµα φωτοερµηνείας. Σύµβολο Περιγραφή υδροκρίτης υδρογραφικό δίκτυο διευρυµένη κοίτη κύριο οδικό δίκτυο δευτερεύον οδικό δίκτυο πιθανό ρήγµα περιοχή κατολισθήσεων 1 πυκνή βλάστηση 2 καλλιέργειες 3 οικισµοί 4 διαβρωµένες περιοχές 5 αποθέσεις 6 τεχνικά έργα 110

120 5.3 Οπτική ερµηνεία δορυφορικών δεδοµένων Για τη µελέτης της περιοχής χρησιµοποιήθηκαν δορυφορικά δεδοµένα SPOT 5. Στη συνέχεια παραθέτονται κάποια πληροφοριακά στοιχεία για το πρόγραµµα SPOT γενικά, ενώ ακολουθεί η παράθεση στοιχείων για τα δορυφορικά δεδοµένα SPOT 5 της συγκεκριµένης περιοχής µελέτης και η χρήση τους µε το λογισµικό ERDAS Το πρόγραµµα SPOT Το δορυφορικό σύστηµα παρατήρησης της Γης SPOT (Satellite pour l Observation de la Terre) σχεδιάστηκε από την CNES (Centre National d Etudes Spatiales) στη Γαλλία και υλοποιήθηκε µε τη συµµετοχή της Σουηδίας και του Βελγίου. Το όλο σύστηµα αποτελείται από µια σειρά δορυφόρων και εδαφικές εγκαταστάσεις για τον έλεγχο και τον προγραµµατισµό των δορυφόρων, την παραγωγή και τη διανοµή των απεικονίσεων. Οι δορυφόροι SPOT συλλέγουν παγχρωµατική και πολυφασµατική απεικόνιση ανάλυσης από 2,5 m ως 20 m. Επίσης πολύ σηµαντικό είναι ότι οι δορυφόροι SPOT µπορεί να προγραµµατιστούν, ώστε να σκοπεύσουν περιοχές ιδιαίτερου ενδιαφέροντος. Ο SPOT 5 είναι ο τελευταίος δορυφόρος του προγράµµατος (προηγήθηκαν οι SPOT 1,2,3 και 4), ο οποίος εκτοξεύτηκε το 2002 ( ) µε διπλό στόχο: την εξασφάλιση της συνέχειας των υπηρεσιών για τους χρήστες, αλλά και τη βελτίωση των δεδοµένων και των απεικονίσεων (Σχήµα 5.3). Σχήµα 5.3: Ο SPOT 5 σε τροχιά. (Πηγή: 111

121 Τα προϊόντα των απεικονίσεων SPOT διατίθενται στα παρακάτω επίπεδα επεξεργασίας: Επίπεδο 1Α: πρωτογενή δεδοµένα µε ραδιοµετρικές διορθώσεις Επίπεδο 1Β: ραδιοµετρικές και γεωµετρικές διορθώσεις Επίπεδο 2Α: ραδιοµετρικές, γεωµετρικές διορθώσεις και αναγωγή σε χαρτογραφική προβολή (διαδικασίες χωρίς τη χρήση εδαφικών σηµείων ελέγχου) Επίπεδο 3: ορθο-απεικόνιση (µε χρήση ψηφιακών µοντέλων εδάφους) Στη συγκεκριµένη µελέτη χρησιµοποιήθηκαν δορυφορικά δεδοµένα SPOT 5 ηµεροµηνίας , επιπέδου επεξεργασίας 2Α, ενώ καλύπτουν τις έξης φασµατικές περιοχές: πράσινο (0,50-0,59 µm), κόκκινο (0,61-0,68 µm), εγγύς υπέρυθρο (0,78-0,89 µm) και SWIR (1,58-1,75 µm), µε χωρική ανάλυση 10 m Το λογισµικό ERDAS Η µελέτη (οπτική ερµηνεία) της δορυφορικής εικόνας έγινε µε τη βοήθεια του λογισµικού ERDAS Imagine 9.0 (Εικόνα 5.5). Αρχικά, έγινε εισαγωγή των δορυφορικών δεδοµένων (import) µε ταυτόχρονη µετατροπή τους από αρχείο.tif σε αρχείο.img. Η µελέτη της εικόνας, σε κάποιες περιπτώσεις, πραγµατοποιήθηκε µε τη βοήθεια του GLT Viewer (Geospatial Light Table) που δίνει τη δυνατότητα γρήγορης και αποτελεσµατικής εκµετάλλευσης της εικόνας. Εικόνα 5.5: Η περιοχή µελέτης µέσα από το περιβάλλον του ERDAS. 112

122 Επειδή η πολυφασµατική απεικόνιση στον SPOT δεν έχει φασµατική λωρίδα στο µπλε τµήµα του ηλεκτροµαγνητικού φάσµατος, το σύνθετό της πηγαίνει προς τα µεγαλύτερα (κόκκινο) µήκη κύµατος και είναι γνωστό σαν false colour composite (FCC). Γενικά στις FCC εικόνες, περιοχές µε βλάστηση εµφανίζονται µε διάφορους τόνους του κόκκινου (επειδή η βλάστηση έχει υψηλή ανάκλαση στην εγγύς υπέρυθρη περιοχή). Το καθαρό νερό εµφανίζεται µπλε, ενώ το τυρβώδες νερό, λόγω των ιζηµάτων, εµφανίζεται µε κυανό χρώµα. Γυµνά εδάφη, δρόµοι και κατοικηµένες περιοχές εµφανίζονται µε διάφορους τόνους του µπλε, κίτρινου, γκρίζου κ.ά., ανάλογα µε τη σύνθεσή τους. Η περιοχή µελέτης παρατηρήθηκε σε διάφορες κλίµακες (1: :10.000, δυνατότητα GLT). Παρατηρείται ότι σε µικρότερες κλίµακες η περιοχή των κατολισθήσεων φαίνεται καθαρότερα, ενώ όσο η κλίµακα µεγαλώνει (1:10.000) η εικόνα αρχίζει και χάνει την ευκρίνεια που είχε ( σπάει το pixel ). Εξακολουθούν ωστόσο να διακρίνονται οι περιοχές των κατολισθήσεων µε το διαφορετικό χρώµα. Στη συνέχεια, έγινε χρήση των δυνατοτήτων zoom in και zoom out για να µεγεθυνθεί ή να σµικρυνθεί αντίστοιχα η κλίµακα και να παρατηρηθεί ποικιλοτρόπως η περιοχή (Εικόνα 5.6). Εικόνα 5.6: Η περιοχή µελέτης σε κλίµακα 1: (πάνω) και 1: (κάτω). 113

123 Για τη λεπτοµερέστερη διάκριση στοιχείων στην περιοχή µελέτης χρησιµοποιήθηκε η δυνατότητα Open the In-View Magnifier µε την οποία εµφανίζεται ένας µεγεθυντικός φακός στο παράθυρο εργασίας που µεγεθύνει τοπικά µία επιλεγµένη υποπεριοχή. Ο φακός τοποθετήθηκε στη θέση όπου βρίσκεται ο οικισµός Λαγκάδα (µέσα στην κατολισθαίνουσα περιοχή) και παρατηρήθηκαν τα λευκά pixel που δηλώνουν την ύπαρξη κτισµάτων (Εικόνα 5.7). Εικόνα 5.7: Χρήση της δυνατότητας Open the In-View Magnifier. Επιπλέον, ο προσανατολισµός ενεργοποιήθηκε µε τη δυνατότητα Interactive North Arrow on/off (σύµβολο του βορρά), ενώ µε τη δυνατότητα Interactive Scale Bar on/off ενεργοποιήθηκε το κλιµακόµετρο που δείχνει την αντιστοιχία του µήκους στην οθόνη µε το πραγµατικό µήκος στην περιοχή µελέτης (Εικόνα 5.8). Εικόνα 5.8: Χρήση των δυνατοτήτων Interactive North Arrow on/off (αριστερά) και Interactive Scale Bar on/off (δεξιά). 114

124 Εντοπίστηκαν στη συνέχεια οι οικισµοί που βρίσκονται µέσα στην περιοχή µελέτης και έγινε αντιστοιχία µε αυτούς που παρατηρήθηκαν στις αεροφωτογραφίες (Εικόνα 5.9). Επιπλέον, εντοπίστηκαν οι περιοχές που έχουν υποστεί κατολισθήσεις (διαφορετικός χρωµατισµός: γκρι-καφέ ανοιχτό) και σηµειώθηκαν µε κόκκινο περίγραµµα. Παρατηρήθηκε και ο οικισµός που βρίσκεται στην περιοχή που έχει υποστεί κατολίσθηση (Εικόνα 5.10). Εικόνα 5.9: Οι οικισµοί και οι ονοµασίες τους µετά από τον εντοπισµό τους στην εικόνα. Εικόνα 5.10: Θέση των περιοχών που έχουν υποστεί κατολισθήσεις (κόκκινο περίγραµµα). 115

125 Από το Enhance του Annotation tool palette επιλέχθηκαν διάφορες τιµές για τα Brightness, Contrast, Convolved Image, αυξάνοντας ή µειώνοντας τις αρχικές default τιµές. Με τον τρόπο αυτό γίνονται πιο έντονα ορισµένα στοιχεία της εικόνας, επιτρέποντας την καλύτερα παρατήρησή τους (π.χ. υδρογραφικό δίκτυο, περιοχές µε έντονη βλάστηση ή χωρίς, κτλ.) (Εικόνα 5.11). Οι περιοχές των κατολισθήσεων διακρίνονται µε διαφορετικό χρωµατισµό (απουσία βλάστησης). Εικόνα 5.11: Η περιοχή µελέτης µετά από αλλαγές στις δυνατότητες του Enhance. 116

126 Τέλος, έγινε αλλαγή του False Natural Color σε Desktop BGR (R=3, G=2, B=1) και σε Desktop RGB (R=1, G=2, B=3). Παρατηρήθηκε η περιοχή µελέτης σε διάφορες κλίµακες και για διάφορες εναλλακτικές τιµές στο Enhance. Στη µορφή Desktop BGR διακρίνεται εντονότερα το υδρογραφικό δίκτυο, ενώ στη µορφή Desktop RGB διακρίνονται καλύτερα οι περιοχές µε εντονότερη βλάστηση (Εικόνα 5.12). Οι περιοχές των κατολισθήσεων διακρίνονται και σε αυτή την περίπτωση µε διαφορετικό χρωµατισµό, λόγω απουσίας της βλάστησης σε ορισµένα τµήµατα. Εικόνα 5.12: Η περιοχή µελέτης σε Desktop BGR (πάνω) και Desktop RGB. 117

127 Ακολούθησε βελτίωση της εικόνας, δηλαδή το στάδιο-λειτουργία ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας. Για να βελτιωθεί η δυνατότητα ερµηνείας των δορυφορικών δεδοµένων, µπορεί να γίνει βελτίωση εικόνας µε διάφορους τρόπους. Στο συγκεκριµένο παράδειγµα έγινε Dynamic Range Adjustment (DRA-ισοστάθµιση εύρους), το οποίο όταν ενεργοποιηθεί για ένα συγκεκριµένο View, επεµβαίνει στο ιστόγραµµα των pixels (Εικόνα 5.13). Με αυτόν τον τρόπο γίνεται καλύτερη διάκριση µεταξύ σηµείων µε διαφορετικό τόνο (κατοικηµένες περιοχές, περιοχές µε έντονη βλάστηση, περιοχές κατολισθήσεων, κτλ.). Εικόνα 5.13: Η περιοχή µελέτης µετά από το Dynamic Range Adjustment. Επίσης, έγινε βελτίωση της εικόνας µε χρήση της δυνατότητας Radiometric Enhancement, απ όπου επιλέχθηκε η οµαλοποίηση contrast (Histogram Equalization) και µε χρήση της δυνατότητας Brightness Inversion (Αναστροφή Φωτεινότητας). Με την οµαλοποίηση contrast γίνονται εµφανείς οι περιοχές όπου εκδηλώθηκαν κατολισθητικά φαινόµενα, καθώς διακρίνονται µε διαφορετικό πιο ανοιχτό τόνο από την υπόλοιπη γύρω περιοχή (Εικόνα 5.14). Με την αναστροφή φωτεινότητας διακρίνεται καθαρά το υδρογραφικό δίκτυο καθώς και οι πληγείσες περιοχές από τις κατολισθήσεις (µε σκουρότερο τόνο αυτή τη φορά καθώς έχει γίνει αναστροφή) (Εικόνα 5.15). 118

128 Εικόνα 5.14: Η περιοχή µελέτης µετά από την οµαλοποίηση contrast. Οι περιοχές όπου είναι εµφανείς οι κατολισθήσεις σηµειώνονται µε κίτρινη γραµµή. Εικόνα 5.15: Η περιοχή µελέτης µετά από την αναστροφή φωτεινότητας. Οι περιοχές όπου είναι εµφανείς οι κατολισθήσεις σηµειώνονται µε ασπρόµαυρη γραµµή. 119

129 5.4 Επίγειες ερασιτεχνικές λήψεις της περιοχής µελέτης Μετά από επίσκεψη της περιοχής µελέτης στις 5/10/2009, ελήφθησαν µε τη βοήθεια µη µετρητικής/ερασιτεχνικής ψηφιακής φωτογραφικής µηχανής, επίγειες ερασιτεχνικές φωτογραφίες. Οι επίγειες αυτές λήψεις στόχο είχαν κυρίως την τεκµηρίωση της υπάρχουσας κατάστασης σε δεδοµένη χρονική στιγµή (Εικόνα 5.16). Αρχικά παρατηρήθηκε η περιοχή και έγιναν λήψεις τµήµατος της περιοχής µελέτης, όσο αυτό ήταν εφικτό λόγω δυσκολίας στην πρόσβαση των πιο ορεινών τµηµάτων (Εικόνες ). Εντοπίσθηκαν και παρατηρήθηκαν οι περιοχές που είχαν υποστεί κατολισθήσεις στο παρελθόν (µε οδηγό την προηγούµενη ερµηνεία των αεροφωτογραφιών και των δορυφορικών δεδοµένων). Ο εντοπισµός ορισµένων από τις περιοχές, έγινε µετά από πιο ενδελεχή παρατήρηση, καθώς η νέα βλάστηση που είχε αναπτυχθεί παρεµπόδιζε την απευθείας διάκρισή τους. Αρκετά εµφανείς ήταν οι πιο µικρές κατολισθήσεις που είχαν εντοπισθεί στην ερµηνεία των εικόνων, ενώ παρατηρήθηκε και ο πόδας της µεγάλης κατολίσθησης που είχε εντοπισθεί στο κέντρο των αεροφωτογραφιών (Εικόνες ). Χαρακτηριστική ήταν η συσσώρευση εδαφικού υλικού στον πόδα πέραν από την επιφάνεια απόληξης της επιφάνειας ολίσθησης, η απουσία βλάστησης στις επιφάνειες διαχωρισµού του κύριου σώµατος της κατολίσθησης από την αρχική επιφάνεια και η ανάπτυξη νέας βλάστησης στο σταθεροποιηµένο πλέον κατώτερο κύριο σώµα. Η παρατήρηση του ανώτερου κύριου σώµατος και της στέψης της κατολίσθησης δεν ήταν εφικτή λόγω δυσκολίας στην πρόσβαση. Εικόνα 5.16: Θέσεις λήψης ερασιτεχνικών φωτογραφιών στην περιοχή µελέτης. 120

130 Εικόνα 5.17: Γενική άποψη της φυσιογνωµίας της περιοχής µελέτης. Εικόνα 5.18: Ερασιτεχνική λήψη τµήµατος της περιοχής µελέτης. 121

131 Εικόνα 5.19: Λήψη µικρής κατολίσθησης κοντά στη Λαγκάδα. Εικόνα 5.20: Η κατολίσθηση από διαφορετική θέση λήψης (εµφανής η νέα βλάστηση). 122

132 Εικόνα 5.21: Απόληξη και πόδας µεγάλης κατολίσθησης στην περιοχή µελέτης. Έγινε επίσης επίσκεψη στο χωριό Λαγκάδα του ήµου Μαστοροχωρίων, παρατηρήθηκε το έδαφος της περιοχής και εντοπίσθηκαν προβλήµατα στο οδικό δίκτυο που οφείλονται σε αυτό (Εικόνες ). Τα κατολισθητικά φαινόµενα στην περιοχή (µεγαλύτερης ή µικρότερης έκτασης) είναι αισθητά, καθώς παρατηρούνται σε αρκετά σηµεία υποχωρήσεις των οδικών πρανών, απουσία βλάστησης και κατά µήκος ρωγµές. Επιπλέον το πυκνό υδρογραφικό δίκτυο της περιοχής µελέτης (τµήµα του οποίου παρατηρήθηκε επίγεια κατά την επίσκεψη της περιοχής), κάνει ακόµη εντονότερη την εµφάνιση των κατολισθητικών φαινοµένων ειδικά σε περιόδους αυξηµένων βροχοπτώσεων. 123

133 Εικόνα 5.22: Το χωριό Λαγκάδα του ήµου Μαστοροχωρίων (περιοχή που έχει κατολισθήσει στο παρελθόν). Εικόνα 5.23: Λήψη οδικού πρανούς και παρατήρηση του εδάφους της περιοχής µελέτης. 124

134 Εικόνα 5.24: Προβλήµατα στο οδικό δίκτυο λόγω των κατολισθητικών φαινοµένων. 125