1 ΔΙΕΘΝΗ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΑ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑΤΑ ΚΑΙ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΤΟ ΧΩΡΟ ΤΗΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΡEΥΝΗΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ SOCRATES ΤΩΝ ΤΕΙ ΑΘΗΝΩΝ Δήμος ΠΑΝΤΑΖΗΣ 1, Χαράλαμπος ΚΑΡΑΘΑΝΑΣΗΣ 1, 2, Μάρω ΚΑΣΩΛΗ 1 1. Ερευνητική Ομάδα SOCRATES (Society for Organizations Cartography Remote sensing and Applications using Technology on Earth and Space) ΤΕΙ Αθηνών 2. Υπουργείο Περιβάλλοντος Χωροταξίας και Δημοσίων Έργων 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το άρθρο εκθέτει συνοπτικά τη ερευνητική δραστηριότητα της ομάδας SOCRATES στην επταετία 2000-2006 στο χώρο της τηλεπισκόπησης, εστιάζοντας στο πεδίο έρευνας της ομάδας που αφορά στις εφαρμογές των δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας και πιο συγκεκριμένα στην τοπογραφική δορυφορική χαρτογραφία. Παρουσιάζονται συνοπτικά δύο διεθνή ερευνητικά που ολοκληρώθηκαν τον Οκτώβριο του 2006 που έγιναν σε συνεργασία με το Εθνικό Κέντρο Τηλεπισκόπησης της Κίνας, Ιδιωτικές Ελληνικές Εταιρείες, και την συνεργασία της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού και χρηματοδοτήθηκαν από την Ευρωπαϊκή Ένωση και από τις ιδιωτικές εταιρείες που έλαβαν μέρος στα ερευνητικά. Το πρώτο αφορούσε την εξακρίβωση στην πράξη των πραγματικών δυνατοτήτων των νέων δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας και ακρίβειας όσον αφορά την ενημέρωση και εξαρχής κατασκευής τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας. Το δεύτερο αφορούσε την προσπάθεια βελτίωσης της ακρίβειας τοπογραφικών χαρτών μεσαίων κλιμάκων με χρήση δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας, δηλαδή εάν είναι δυνατή και οικονομικά συμφέρουσα η αναβάθμιση της ακρίβειας των τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας, με χρήση δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας και ακρίβειας, χωρίς την επανακατασκευή τους από την αρχή. Τα αποτελέσματα έχουν παρουσιαστεί αναλυτικά σε πολλά επιστημονικά συνέδρια από το 2000 μέχρι σήμερα αλλά ποτέ με ολοκληρωμένο τρόπο. Στοχεύοντας στην διάχυση των αποτελεσμάτων αυτών σε όλους τους ενδιαφερόμενους φορείς στο ελληνικό χώρο πιστεύουμε ότι η εισήγηση θα συμβάλλει στον διάλογο για τη αποτίμηση της μέχρι τώρα εμπειρίας από την αξιοποίηση των δυνατοτήτων, των μεθόδων, των τεχνικών και των εφαρμογών της Τηλεπισκόπησης σε επιχειρησιακά προγράμματα στο χώρο της δορυφορικής τοπογραφικής χαρτογραφίας. Τέλος σε παράρτημα δίνονται περισσότερες πληροφορίες για την ερευνητική ομάδα SOCRATES με στόχο την επίτευξη συνεργασιών τόσο με Δημόσιους φορείς όσο και με ιδιωτικές εταιρείες για ερευνητικά έργα. 2. Η ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΟΜΑΔΑ ΤΟΥ ΤΕΙ ΑΘΗΝΑΣ SOCRATES (Society for Organizations Cartography Remote sensing and Applications using Technology T on Earth and Space) Η ερευνητική ομάδα SOCRATES (Society for Organizations Cartography Remote sensing and Applications using Technology T on Earth and Space) που δραστηριοποιείται στο χώρο της Γεωπληροφορικής ιδρύθηκε από τον Αναπληρωτή Καθηγητή του ΤΕΙ Αθηνών Δήμο Ν. ΠΑΝΤΑΖΗ, αρχές του 2000, σχεδόν αμέσως μετά την μετεγκατάστασή του στην Ελλάδα, προερχόμενος από το Τμήμα Γεωγραφίας του Πανεπιστημίου Λιέγης στο Βέλγιο (όπου εργαζόταν ως καθηγητής / ερευνητής). Η ουσιαστική ενεργοποίηση της ομάδας έγινε με την δημιουργία ενός διεθνούς ερευνητικού consortium με την υποστήριξη της Ελληνικής Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού, στο οποίο συμμετείχε το Εθνικό Χαρτογραφικό Κέντρο της Κίνας (Λαϊκή Δημοκρατία της Κίνας), η εταιρεία Space Imaging Europe, και το Τμήμα Τοπογραφίας του ΤΕΙ Αθηνών, το οποίο διεκδίκησε με επιτυχία μετά από σχετική παράλληλη υποβολή πρότασης και στα δύο κράτη (Ελλάδα - Κίνα -Bilateral research project) διετές ερευνητικό έργο με την επωνυμία : Research of the possibility for update of topographic maps 1:50.000 with high resolution satellite images. Το ερευνητικό έργο εντασσόταν στα Κοινά Ερευνητικά Προγράμματα Ελλάδας - Κίνας (Joint Research and Technology Programs 2000-2002) και η χρηματοδότηση γινόταν από την Ευρωπαϊκή Ένωση (ΕΕ) μέσω της Γενικής Γραμματείας Έρευνας και Τεχνολογίας (ΓΓΕΤ) του Υπουργείου Ανάπτυξης καθώς και από την εταιρεία Space ImagingEurope. Η επιτυχής συνεργασία όλων των συμμετεχόντων στο ερευνητικό consortium οδήγησε στη επιτυχή διεκδίκηση και δεύτερου διετούς ερευνητικού προγράμματος με την επωνυμία : Research of the possibility for accuracy improvement of topographic maps 1:50.000 and 1:25.000 with high resolution satellite images, στο ίδιο πλαίσιο (Κοινά Ερευνητικά Προγράμματα Ελλάδας - Κίνας (Joint Research and Technology Programs 2003-2005) που σε συνδυασμό με παράλληλες διεθνείς συνεργασίες με ξένα πανεπιστήμια και ερευνητικά κέντρα του χώρου της Γεω-πληροφορικής οδήγησαν σε μεγαλύτερη ανάπτυξη των ερευνητικών δραστηριοτήτων της ομάδας. Τα συμπεράσματα και των δύο ερευνητικών καθώς επίσης και ορισμένες ιδέες και προτάσεις, όπως έχει αναφερθεί έχουν παρουσιαστεί σε διάφορα συνέδρια (βλ. Βιβλιογραφία). Το παρόν άρθρο είναι μια συνοπτική παρουσίαση των δύο ερευνητικών αυτών έργων.
3.ΠΡΩΤΟ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ: ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑΣ ΕΝΗΜΕΡΩΣΗΣ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΩΝ ΧΑΡΤΩΝ ΜΕΣΑΙΑΣ ΚΛΙΜΑΚΑΣ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ ΥΨΗΛΗΣ ΧΩΡΙΚΗΣ ΑΝΑΛΥΣΗΣ ΚΑΙ ΕΥΚΡΙΝΕΙΑΣ (Research of the possibility for update of topographic maps 1:50.000 with high resolution satellite images) - (Ελλάδα - Κίνα -Bilateral research project). 3.1 ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΚΑΙ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ 3.1.1 Το πλαίσιο της έρευνας Η γεωγραφική / χωρική / χαρτογραφική ψηφιακή πληροφορία αποτελεί σήμερα ένα βασικό κρίκο στην Κοινωνία των πληροφοριών. Σχεδόν όλες οι πληροφορίες έχουν ή μπορούν να έχουν γεωγραφική αναφορά. Η ανάπτυξη, η προστασία του περιβάλλοντος, ο σχεδιασμός σε όλα τα επίπεδα και χώρους έχει ανάγκη από άμεση πρόσβαση σε όσο το δυνατόν πιο ενημερωμένα γεωγραφικά δεδομένα. Είναι επίσης γνωστό ότι οι κλασσικές μέθοδοι κατασκευής και ενημέρωσης τοπογραφικών χαρτών αρχίζουν και γίνονται οικονομικά ασύμφορες και υπερβολικά χρονοβόρες. Σαν συνέπεια είναι το γεγονός ότι ακόμα και σε προηγμένες αναπτυξιακά χώρες, οι πιο ενημερωμένοι τοπογραφικοί χάρτες μεσαίων κλιμάκων έχουν μια μέση ηλικία μεταξύ 10 και 15 ετών. Από την άλλη μεριά η ραγδαία τεχνολογική ανάπτυξη της γεωπληροφορικής, - (τηλεπισκόπηση, δορυφορική και ψηφιακή φωτογραμμετρία, βάσεις χαρτογραφικών / γεωγραφικών δεδομένων, Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών, )-, καθώς και η χρησιμοποίηση τεχνολογιών που μέχρι τώρα χρησιμοποιούνταν μόνο για στρατιωτικούς σκοπούς άνοιξε καινούργιες προοπτικές στην δημιουργία νέων αλλά και ενημέρωση των παλαιών γεωγραφικών / χαρτογραφικών δεδομένων. 3.1.2 Αντικείμενο του έργου Η ενημέρωση και η αναθεώρηση τοπoγραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας γίνεται μέχρι τώρα κατά γενικό κανόνα κυρίως με την χρήση αεροφωτογραφιών και κλασσικών φωτογραμμετρικών μεθόδων. Σήμερα, η εκτόξευση καινούργιων και ειδικά εξοπλισμένων δορυφόρων - πχ. ΙΚΟΝΟΣ, QUICK BIRD κλπ.-, επιτρέπει την λήψη δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας (0,5-2 μέτρα) οι οποίες μετά από γεωμετρικές και άλλες διορθώσεις μπορούν να φθάσουν σε ακρίβειες κάτω των δύο μέτρων (ακρίβειες που εξαρτώνται από το ανάγλυφο, τα σημεία ελέγχου στο έδαφος, τις μεθόδους διορθώσεων κλπ.). Αυτό σημαίνει ότι θεωρητικά τέτοιες εικόνες θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν για την ενημέρωση και αναθεώρηση τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας αλλά και την κατασκευή εξαρχής τέτοιων χαρτών από δορυφορικές εικόνες. Η πρότασή μας απέβλεπε στην ανάλυση αυτής της δυνατότητας, εξετάζοντας την εφαρμοσιμότητά της στην πράξη και επισημαίνοντας τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της. Συμπεριλαμβανόταν επίσης - σε περίπτωση θετικών αποτελεσμάτων - η ανάπτυξη συγκεκριμένης μεθοδολογίας για τέτοιου είδους αναθεωρήσεις τοπογραφικών χαρτών με χρήση προηγμένων τεχνολογιών και λογισμικού Γεωγραφικών Συστημάτων πληροφοριών, τηλεπισκόπισης και GPS. Ουσιαστικό αντικείμενο της πρότασης μας επομένως ήταν η εξακρίβωση στην πράξη των πραγματικών δυνατοτήτων των νέων δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας και ακρίβειας όσον αφορά την ενημέρωση και εξαρχής κατασκευής τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας. Σημειώνουμε ότι αυτό το αντικείμενο συσχετισμένο με την ανάπτυξη σχετικής μεθοδολογίας, αποτελεί σήμερα το βασικό ερευνητικό θέμα των περισσότερων συναφών πανεπιστημιακών, εθνικών και στρατιωτικών κέντρων σε όλο το κόσμο χωρίς συγκεκριμένα αποτελέσματα μέχρις στιγμής. Τα τελικά αποτέλεσμα της πρότασής μας χωρίζονται σε δύο μέρη : Α) Απάντηση στις εξής ερωτήσεις : - μπορούν ή όχι οι δορυφορικές εικόνες υψηλής ευκρίνειας του δορυφόρου ΙΚΟΝΟΣ να συνεισφέρουν στην αναθεώρηση των τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας ; - αν ναι σε ποιο ποσοστό ; - είναι οικονομικά συμφέρουσα η χρησιμοποίησή τους ; Β) Σε περίπτωση θετικής απάντησης θα αναπτυσσόταν και θα επαληθευόταν στην πράξη σχετική μεθοδολογία αναθεώρησης τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας. Σε περίπτωση αρνητικής απάντησης θα εξεταζόταν οι παράμετροι που θα μπορούσαν να βελτιωθούν για να ικανοποιήσουν την ζητούμενη χαρτογραφική αναθεώρηση. 3.1.3 Τεκμηρίωση της σκοπιμότητας εκτέλεσης του έργου Μετά τα όσα εκτέθηκαν μέχρι τώρα γίνεται φανερό ότι η πρότασή μας εντασσόταν στην έρευνα των εναλλακτικών λύσεων του προβλήματος της αναθεώρησης και κατασκευής τοπογραφικών χαρτών. Δεδομένου του γεγονότος ότι προς το παρόν δεν υπάρχει τεκμηριωμένη και οικονομικά συμφέρουσα εναλλακτική λύση, η σημασία και η σκοπιμότητα της πρότασης είναι στρατηγικής σημασίας. Η χρησιμοποίηση δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας αποτελεί την πλέον πιθανή εναλλακτική λύση. Έμενε βέβαια να αποδειχτούν στην πράξη οι δυνατότητές της και να δημιουργηθεί η καλύτερη, οικονομικά πιο συμφέρουσα, και επιστημονικά επαληθεύσιμη μεθοδολογία για την χρησιμοποίησή τους. Σε περίπτωση θετικού αποτελέσματος αυτό θα σήμαινε ουσιαστικά ότι η χώρα θα έχει εναλλακτική λύση γρήγορης χαρτογράφησης της καθώς και ένα αποτελεσματικό εργαλείο στην αναθεώρηση τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας (βλ. εικόνα 1). Ο δρόμος για την αναθεώρηση αλλά και για την εκ νέου κατασκευή χαρτών μεγαλύτερων κλιμάκων θα έχει ανοίξει με την ουσιαστική χρησιμοποίηση των νέων τεχνολογιών των Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών, Τηλεπισκόπησης και GPS και την εκμετάλλευση των πολλαπλών δυνατοτήτων που έχουν οι νέες δορυφορικές εικόνες υψηλής ανάλυσης και ευκρίνειας (πχ. ΙΚΟΝΟΣ). 2
3.1.4 Μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε βασίστηκε σε τέσσερις φάσεις: ΦΑΣΗ Α : Εκλογή των απαραίτητων δεδομένων (και αγορά ή παραγωγή τους στην συνέχεια) και των εργαλείων με τα οποία θα γίνει η επεξεργασία τους. Στην φάση αυτή και λαμβάνοντας υπόψιν τους περιορισμούς της πραγματικότητας - χρονικούς, μέσων, οικονομικούς, κλπ.- επιλέχθηκαν οι πιλοτικές περιοχές του έργου. Αντίστοιχα η ΓΥΣ μας προμήθευσε τοπογραφικούς χάρτες 1:50.000/1:25.000 που τις απεικονίζουν καθώς και τα αντίστοιχα διανυσματικά ψηφιακά χαρτογραφικά δεδομένα και ψηφιακά μοντέλα εδάφους. Η μεθοδολογία εκλογής του λογισμικού απαραίτητου για την εκτέλεση του έργου, που θα συμπληρώσει το ήδη υπάρχον του Τμήματος Τοπογραφίας των ΤΕΙ - Αθηνών, βασίσθηκε στα κλασσικά βήματα σχετικών benchmark. Συνοπτικά, έγιναν τα εξής : - εκλογή των τοπογραφικών χαρτών / περιοχών (αστικές, ημιαστικές, αγροτικές και σε σχέση με το ανάγλυφο) και ενδεχόμενα αεροφωτογραφιών - εκλογή των δορυφορικών εικόνων (πανχρωματικές, πολυφασματικές, στερεοσκοπικές, ) - εκλογή του λογισμικού - εκλογή / δημιουργία των διανυσματικών ψηφιακών χαρτογραφικών δεδομένων - πρώτη εκλογή των σημείων ελέγχου εδάφους - δημιουργία του ψηφιακού μοντέλου εδάφους Ακολούθησε ενημέρωση και ανάδραση με την Κινεζική ερευνητική ομάδα. ΦΑΣΗ Β : Η φάση αυτή αφορούσε την γεωαναφορά των εικόνων και την ολοκλήρωση / αλληλοϋπέρθεση όλων των δεδομένων σε ένα γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς. Πραγματοποιήθηκε επίσης η πρώτη φάση δορυφορικής ερμηνείας. Η μεθοδολογία της γεωαναφοράς που ακολουθήθηκε μπορεί να συνοψισθεί στα εξής βήματα : - γεωαναφορά των εικόνων σε σχέση με τα διανυσματικά και ράστερ ψηφιακά δεδομένα (εξέταση τόσο της ολικής / γενικής όσο και της τοπικής γεωαναφοράς = μέρους της εικόνας / εικόνων) χρησιμοποιώντας σημεία ελέγχου εδάφους ή / και ψηφιακά μοντέλα εδάφους - γεωναφορά των διανυσματικών / ράστερ δεδομένων σε σχέση με την εικόνα / εικόνες, ενημέρωσή τους και επαναφορά τους στην συνέχεια στο αρχικό γεωδαιτικό σύστημα στο οποίο βρισκόταν. Τα αποτελέσματα των δύο τρόπων εξετάστηκαν, επαληθεύτηκαν και προσδιορίσθηκαν τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματά τους. Συνοπτικά, έγιναν τα εξής : - γεωαναφορά των εικόνων στο γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς των τοπογραφικών χαρτών (ψηφιακά διανυσματικά χαρτογραφικά δεδομένα) και αντίστροφα - ολοκλήρωση σε ένα γεωδαιτικό σύστημα των διανυσματικών ψηφιακών δεδομένων, του ψηφιακού μοντέλου εδάφους, και των δορυφορικών εικόνων (υπέρθεση / overlay) - εκλογή συμπληρωματικών σημείων ελέγχου εδάφους - προσδιορισμός της ευκρίνειας ( ανάλυσης / διαχωριστικής ικανότητας) και ακρίβειας των εικόνων - πρώτη φάση δορυφορικής φωτοερμηνείας Η γεωμετρική διόρθωση των εικόνων αποδείχτηκε απαραίτητη ιδιαίτερα κατά την εφαρμογή της γεωναφοράς των εικόνων κατά τη Β φάση. Δεν υπήρξαν ιδιαίτερα προβλήματα κυρίως λόγω της διαθεσιμότητας των κατάλληλων δεδομένων (ψηφιακό μοντέλο, τριγωνομετρικά σημεία, κλπ). Επίσης η υψηλή χωρική ανάλυση της δορυφορικής εικόνας, βοήθησε αρκετά στις διαδικασίες των διορθώσεων και αυτό αποτέλεσε την πρώτη ένδειξη της θετικής συνεισφοράς των συγκεκριμένου τύπου δορυφορικών εικόνων για την ενημέρωση των τοπογραφικών χαρτών (βλ. εικόνα 2). Παρόμοια διαδικασία γεωναφοράς ακολουθήθηκε και στα υπόλοιπα δεδομένα (διανυσματικά / ράστερ δεδομένων), έτσι ώστε όλα τα διαθέσιμα δεδομένα του προγράμματος να έχουν ένα κοινό γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς σύστημα. Ακολουθησε ενημέρωση και ανάδραση με την Κινεζική ερευνητική ομάδα. ΦΑΣΗ Γ : Προσδιορισμός των διαφόρων κατηγοριών των χαρτογραφικών αντικειμένων στις δορυφορικές εικόνες. Κατηγοριοποίηση (αυτόματη - ελεγχόμενη) των χαρτογραφικών αντικειμένων στις εικόνες, εξέταση διαδικασιών αυτοματοποιημένης και ημιαυτοματοποιημένης χαρτογραφικής γενίκευσης, εκτίμηση του ποσοστού ενημέρωσης των διαφόρων χαρτογραφικών αντικειμένων (βασισμένη στην ολοκληρωμένη υπέρθεση - ολική ή/και τοπική - των διανυσματικών / ράστερ ψηφιακών δεδομένων επάνω στις εικόνες). Συνοπτικά, έγιναν τα εξής : - προσδιορισμός των διάφορων κατηγοριών των χαρτογραφικών αντικειμένων στις δορυφορικές εικόνες (εικόνα 3) - προσδιορισμός και εκτίμηση των δυνατοτήτων αναθεώρησης των χαρτογραφικών αντικειμένων διαφόρων κατηγοριών στους τοπογραφικούς χάρτες μεσαίας κλίμακας - ολοκλήρωση διαδικασιών αυτοματοποιημένης και ημιαυτοματοποιημένης χαρτογραφικής γενίκευσης (μέσω στο πλαίσιο των διεργασιών αναθεώρησης των τοπογραφικών χαρτών) εξέταση εναλλακτικών λύσεων βελτίωσης της ευκρίνειας και ακρίβειας των δορυφορικών εικόνων. Η κατηγοριοποίηση των αντικειμένων έλαβε χώρα και με αυτοματοποιημένες και ημιαυτοποιημένες διαδικασίες οι οποίες βασίστηκαν σε τεχνικές Τηλεπισκόπησης (κατηγοριοποίηση, ψηφιακή επεξεργασίας εικόνας -digital image processing, δορυφορική εικονοερμηνεία) και Συστήματων Γεωγραφικών Πληροφοριών (ΓΣΠ). Ακολούθησε ενημέρωση και ανάδραση με την Κινεζική ερευνητική ομάδα. 3
4 Τοπογραφικός χάρτης κλ. 1:50000 IKONOS MS (4m) εικόνα Δορυφ. Εικόνα και διανυσμ/κά δεδομένα Ενημερωμένα στοιχεία ενημερωμένος χάρτης Εικόνα 1 : Ενημέρωση χάρτη με χρήση δορυφορικών εικόνων IKONOS
5 a b c Εικόνα 2 : Παράδειγμα γεωμετρικής διόρθωσης της 1m PSM Ikonos εικόνα. a) Αρχικά δεδομένα, b) γεωμετρική διόρθωση με 16 σημεία ελέγχου 16 GCPs, a) γεωμετρική διόρθωση με 42 σημεία ελέγχου ΦΑΣΗ Δ : Η φάση αυτή αφορούσε την ολοκλήρωση των συμπερασμάτων σχετικά με τις δυνατότητες αναθεώρησης των τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας μέσω δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας και δόμηση της σχετικής μεθοδολογίας. Η ολοκλήρωση των συμπερασμάτων μας οριοθετήθηκε με την δειγματοληπτική επαλήθευσή τους στο έδαφος και μέσω αεροφωτογραφιών. Η δόμηση της προτεινόμενης μεθοδολογίας έγινε μέσω της αναλυτικής περιγραφής των σταδίων που ακολουθήθηκαν, επιλέγοντας τις βέλτιστες λύσεις και τεκμηριώνοντας τις στρατηγικές και λειτουργικές αποφάσεις. Είναι ευνόητο ότι η προτεινόμενη μεθοδολογία είναι ανεξάρτητη από τον οποιαδήποτε εξοπλισμό ή / και λογισμικό. Highway Hard surface road Loose surface road Road under construction Trail passable Εικόνα 3 : Παράδειγμα εντοπισμού των διαφορετικών κατηγοριών που εμφανίζονται οι δρόμοι στην PSM Ικονος εικόνα σε σχέση με τις κατηγορίες δρόμων του υπομνήματος του 1:50000 χάρτη.
6 Συνοπτικά, έγιναν τα εξής : - ολοκλήρωση των συμπερασμάτων σχετικά με τις δυνατότητες για την αναθεώρηση τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας με χρήση δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας και ακρίβειας - επαλήθευση των αποτελεσμάτων - δόμηση της προτεινόμενης μεθοδολογίας αναθεώρησης τοπογραφικών χαρτών με χρήση δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας. Σε περίπτωση αρνητικής απάντησης θα εξετάζονταν οι παράμετροι που θα μπορούσαν να βελτιωθούν για να ικανοποιήσουν την ζητούμενη χαρτογραφική αναθεώρηση. Ακολούθησε ενημέρωση και ανάδραση με την Κινεζική ερευνητική ομάδα. 3.1.1.5 Αποτελέσματα Ολοκληρώνοντας, συνοπτικά και συμπερασματικά θα μπορούσαμε να αναφέρουμε τα εξής : - Η ενημέρωση τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας 1:25.000 1:50.000 με χρήση δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας είναι εφικτή. - Η κατασκευή τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας με χρήση δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας είναι δυνατή. - Η ενημέρωση μπορεί να γίνει με ημιαυτόματο τρόπο και σίγουρα γρηγορότερα από τις κλασικές μεθόδους ενημέρωσης τοπογραφικών χαρτών (βλ. σχήμα 1, εικόνες 4, 5). - Η μεθοδολογία και τεχνικές που αναπτύχθηκαν δοκιμάστηκαν στην πράξη, είναι αποτελεσματικές και οικονομικότερες από τις κλασσικές μεθόδους ενημέρωσης υπολογίζοντας μόνο την παράμετρο εργατώρες. Στα πλαίσια του προγράμματος εξετάστηκαν και εναλλακτικές λύσεις βελτίωσης της ευκρίνειας και ακρίβειας των δορυφορικών εικόνων, με τεχνικές Τηλεπισκόπησης και με στόχο τις αυτόματες διαδικασίες εντοπισμού / ενημέρωσης των χαρτογραφικών αντικειμένων (βλ. σχήμα 2). Ιδιαίτερα σημαντική ήταν η συνεισφορά της πολυφασματικής ταξινόμησης των εικονοστοιχείων των δορυφορικών εικόνων. Εφαρμόστηκαν και οι δύο μορφές της (καθοδηγούμενη και μη) της ταξινόμησης της φασματικής πληροφορίας, στοχεύοντας στον εντοπισμό περιοχών όπου οι μεταβολές χαρτογραφικών αντικειμένων δεν ήταν ιδιαίτερα ευδιάκριτες με απλή δορυφορική εικονοερμηνεία (βλ. εικόνα 6). (a) (b) Εικόνα 4: (a) New urban blocks after map algebra and overlay procedures. (b) The raster format of the new blocks. (a) (b) Εικόνα 5 : Final steps (a) the binary black film, (b) the updated black film after the map algebra procedures.
7
8 Σχήμ α 1 : Βήματα μεθοδολογίας ενημέρωσης τοπογραφικών χαρτών με χρήση δορυφορικών εικόνων
9 Satellite image Classification methods Classified image raster --> vector conversion Vector Ι raster layer 3x3 low pass filtering 2bit rescaling Sobel operators enhancement Enhanced image raster --> vector conversion Vector ΙΙ Vector Ι Arithmetic operations Vector --> raster conversion Vector ΙΙ raster layer Updated map final new film Σχήμα 2 : Σχηματικό παράδειγμα διαγράμματος ροής, τε χνικών Τηλεπισκόπησης που εφαρμόστηκε στην ανάπτυξη της μεθοδολογίας αυτόματης διαδικασίας εντοπισμού / ενημέρωσης των τοπογραφικών χαρτών Υπόμνημα βλάστηση έδαφος (green areas) κατοικημένες περιοχές (urban areas) δρόμοι (roads) Εικόνα 6 : Παράδειγμα εφαρμογής καθοδηγουμένης ταξινόμησης στην πολυφασματική εικόνα του IKONOS Τα αποτελέσματα από τις τεχνικές ταξινόμησης, συνέβαλλαν στην διερεύνηση της χρήσης των δορυφορικών εικόνων στην ενημέρωση των χαρτών, με το να «υποδεικνύουν» περιοχές- στόχους, ώστε να προσδιοριστούν τα αρχικά βήματα των διαδικασιών ενημέρωσης της μεθοδολογίας που αναπτύχθηκε (βλ. εικόνα 7). Για παράδειγμα, ένα πρόβλημα που απασχόλησε την ομάδα κατά τα πρώτα στάδια της ανάπτυξης της μεθοδολογίας ενημέρωσης ήταν το γεγονός ότι στην πράξη το ακριβές ταίριασμα της δορυφορικής εικόνας, στην έκτασή της, με τους τοπογραφικούς χάρτες, ήταν εξαιρετικά δύσκολο κυρίως λόγω της εκτεταμένης έκτασης κάλυψης της δορυφορικής εικόνας (της τάξης > 150Κm 2 ) και λόγω του έντονου αναγλύφου στην μισή σχεδόν έκταση έρευνας. Στην ουσία αποδείχτηκε ότι πλήρης ταύτιση των επιπέδων των δύο διακριτών πληροφοριών ήταν αδύνατη. Στην αντιμετώπιση του προβλήματος αυτού βοήθησε ο εντοπισμός των στόχων με την ταξινόμηση των δορυφορικών εικόνων, όπου η διαδικασία της ενημέρωσης αποδείχτηκε ευέλικτη και αξιόπιστη. Σε γενικές γραμμές, με τη χρήση, ανάλυση και ερμηνεία των ταξινομημένων δορυφορικών εικόνων εξήχθησαν χρήσιμες πληροφορίες που βοήθησαν αρκετά την ολοκλήρωση των σταδίων της μεθοδολογίας ενημέρωσης των χαρτών. Στα πλαίσια της ανάπτυξης της μεθοδολογίας ενημέρωσης τοπογραφικών χαρτών με χρήση δορυφορικών εικόνων εξετάστηκαν και εναλλακτικές λύσεις βελτίωσης της ευκρίνειας των δορυφορικών εικόνων κυρίως με διερευνητικό χαρακτήρα. Προς τούτο δοκιμάστηκαν και άλλες τεχνικές της Τηλεπισκόπησης και των ΓΣΠ, προσδοκώντας όχι μόνο
10 στην οπτική βελτίωση της εικόνας, αλλά και στην πλήρη εκμετάλλευση της πληροφορίας που παρέχουν οι εικόνες. Τέτοιες τεχνικές κατάλληλες αποδείχτηκαν οι μετατροπές των εικόνων σε διανυσματική μορφή, τεχνικές βελτίωσης της αντίθεσης, τεχνικές ενίσχυσης των ακμών της εικόνας κλ π. (βλ. εικόνα 8, 9). Σημειώνουμε ακόμα ότι στα πλαίσια του προγράμματος εξετάστηκαν και άλλα συναφή θέματα όπως η σκίαση αναγλύφου για ποιοτικό έλεγχο ψηφιακών μοντέλων εδάφους (βλ. εικόνα 10), η δημιουργία εννοιο λογικών μοντέλων βάσεων χαρτογραφικών δεδομένων, κλπ. (α) (β) (γ) Εικόνα 7 : Παραδείγματα αποτελεσμάτων ταξινόμησης της δορυφορικής εικόνας και σύγκριση με την αντίστοιχη περιοχή του τοπογραφικού χάρτη. Είναι εμφανείς οι ποιοτικές και ποσοτικές μεταβολές, α) αλλαγή κατηγορίας : από αστική περιοχή σε έκταση πρασίνου και δρόμου, β) εμφάνιση/επέκταση κατηγορίας : επέκταση κατοικημένης περιοχής, γ) μεταβολή κατηγορίας : από απλή σε κύρια οδό
11 (α) (β) Εικόνα 8 : Παραδείγματα χρήσης τεχνικών τηλεπισκόπησης. (α) Μετατροπή της ταξινομημένης εικόνας σε διανυσματική μορφή και υπέρθεση με αυτή, (β) υπέρθεση ταξινομημένης εικόνας με την αρχική δορυφορική εικόνα όπου εφαρμόστηκε κατάλληλο φίλτρο ενίσχυσης ακμών.
12 Τέλος Εικόνα 9 : Ενημερωμένο Φύλλο χάρτη Ν.Ιονία κλ. 1:25000.
13 Shaded relief Slope over 27 o on top of shaded relief 1:50.000 map Slope over 27 o on top of 1:50.000 map 3D image showing slopes over 27 o Εικόνα 10 : Σκίαση αναγλύφου για ποιοτικό έλεγχο ψηφιακών μοντέλων εδάφους
4. ΔΕΥΤΕΡΟ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΟ: ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΤΗΣ ΔΥΝΑΤΟΤΗΤΑΣ ΒΕΛΤΙΩΣΗΣ ΤΗΣ ΑΚΡΙΒΕΙΑΣ ΤΩΝ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΚΩΝ ΧΑΡΤΩΝ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΔΟΡΥΦΟΡΙΚΩΝ ΕΙΚΟΝΩΝ ΥΨΗΛΗΣ ΕΥΚΡΙΝΕΙΑΣ (Research of the possibility for accuracy improvement of topographic maps 1:50.000 and 1:25.000 with high resolution satellite images, στο ίδιο πλαίσιο (Κοινά Ερευνητικά Προγράμματα Ελλάδας Κίνας - Joint Research an d Technology Programs 2002-2005)) 4. 1 ΠΕΡΙΛΗΨΗ ΚΑΙ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΤΟΥ ΕΡΓΟΥ 4. 1. 1 Το πλαίσιο της έρευνας Η α κρίβεια των τοπογραφικών χαρτών 1:50.000 και 1:25.000 δεν μπορεί θεωρητικά να υπερβεί λόγω του μη εξαλειφομένου γραφικού σφάλματος τα 10 και 5 μέτρα αντίστοιχα. Εντούτοις στην πράξη και πιο συγκεκριμένα στους ελληνικούς τοπογραφικούς χάρτες το σφάλμα στην ακρίβεια είναι πολλές φορές πολύ μεγαλύτερο για πολλούς και διάφορους λόγους (τεχνικά μέσα, ποιότητα αεροφωτογραφιών, ανθρώπινο λάθος, ). Το ερευνητικό αυτό έργο αποτελεί συνέχεια της ερευνητικής συνεργασίας που έχει αρχίσει με την Κινεζική πλευρά από το 2000 (με την υποστήριξη της Γεωγραφικής Υπηρεσίας Στρατού ΓΥΣ) η οποία εντασσόταν στα ερευνητικά προγράμματα 2000-2002 και αφορούσε την ενημέρωση τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας με χρήση δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας. Μετά τα πρώτα θετικά και ενθαρρυντικά αποτελέσματα του πρώτου ερευνητικού που ολοκληρώθηκε τον Μάϊο του 2003 και οι δύο πλευρές (ελληνική και κινεζική) εντόπισαν την ανάγκη για περαιτέρω διερεύνηση όχι μόνο της δυνατότητας ενημέρωσης των τοπογραφικών χαρτών αλλά και βελτίωσης της ακρίβειάς τους με χρήση δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας, και χωρίς να είναι αναγκαία η επανακατασκευή τους από την αρχή. Το έργο αυτό αποβλέπει στην ανάλυση αυτής της δυνατότητας, εξετάζοντας την εφαρμοσιμότητά της στην πράξη και επισημαίνοντας τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα της. Συμπεριλαμβάνεται επίσης - σε περίπτωση θετικών αποτελεσμάτων - η ανάπτυξη συγκεκριμένης μεθοδολογίας για τέτοιου είδους αναθεωρήσεις τοπογραφικών χαρτών με χρήση προηγμένων τεχνολογιών και λογισμικού Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (ΣΓΠ), τηλεπισκόπησης και GP S. Επισημαίνεται ότι δεν υπάρχει καμία παρόμοια εργασία στην διεθνή βιβλιογραφία, σύμφωνα με όσα γνωρίζουμε. 4.1.2 Αντικείμενο του έργου Αντικείμενο της πρότασης μας ήταν η εξακρίβωση στην πράξη του εάν είναι δυνατή και οικονομικά συμφέρουσα η αναβάθμιση της ακρίβειας των τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας, με χρήση δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας και ακρίβειας, χωρίς την επανακατασκευή τους από την αρχή. Η όλη πρόταση στηρίζεται στην απλή θεωρητικά αλλά ικανή ιδέα της αντιστροφής της γεωαναφοράς από τους χάρτες στις δορυφορικές εικόνες (ήδη γεωαναφερόμενες μέσω επίγειων σημείων ελέγχου και τριγωνομετρικών σημείων δικτύων). Το προσδοκώμενο τελικό αποτέλεσμα της πρότασής μας χωρίζεται σε δύο μέρη : Α) Απάντηση στις εξής ερωτήσεις : - μπορούν ή όχι οι δορυφορικές εικόνες υψηλής ευκρίνειας να συνεισφέρουν στην βελτίωση της ακρίβειας των τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας; - αν ναι σε ποιο ποσοστό ; - είναι οικονομικά συμφέρουσα η χρησιμοποίησή της ενδεχόμενα νέας προτεινόμενης τεχνικής σε σχέση με την επανακατασκευή των χαρτών από την αρχή ; Β) Σε περίπτωση θετικής απάντησης θα αναπτυχθεί και επαληθευθεί στην πράξη σχετική μεθοδολογία βελτίωσης της ακρίβειας τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας. Σε περίπτωση αρνητικής απάντησης θα εξεταστούν οι παράμετροι που θα μπορούσαν να βελτιωθούν για να ικανοποιήσουν το ζητούμενο. Μετά τα όσα εκτέθηκαν μέχρι τώρα γίνεται φανερό ότι η πρότασή μας εντασσόταν στην έρευνα των πιθανών λύσεων του προβλήματος της βελτίωσης της ακρίβειας των ήδη κατασκευασμένων τοπογραφικών χαρτών μεσαίων κλιμάκων. Δεδομένου του γεγονότος ότι προς το παρόν δεν υπάρχει τεκμηριωμένη και οικονομικά συμφέρουσα εναλλακτική λύση -εκτός από την εκ νέου κατασκευή τους με νέες τεχνικές προδιαγραφές-, η σημασία και η σκοπιμότητα της πρότασης είναι στρατηγικής σημασίας. Η χρησιμοποίηση δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας αποτελούσε το πλέον πιθανό εργαλείο για την επίτευξη αυτού του στόχου. Έμενε βέβαια να αποδειχτεί στην πράξη ότι είναι εφικτή και να δημιουργηθεί η καλύτερη, οικονομικά συμφερότερη, και επιστημονικά επαληθεύσιμη μεθοδολογία για το σκοπό αυτό. Σε περίπτωση θετικού αποτελέσματος αυτό θα σημαίνει ουσιαστικά ότι η χώρα θα είχε την δυνατότητα αναβάθμισης της ποιότητας των ήδη υπαρχόντων τοπογραφικών χαρτών σε σύντομο χρονικό διάστημα, βελτιώνοντας αισθητά την ακρίβειά τους. 4.1.3 Μεθοδολογία που χρησιμοποιήθηκε και αιτιολόγησή της Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε βασίστηκε στα τέσσερα παρακάτω στάδια: ΦΑΣΗ Α : Εκλογή των απαραίτητων δεδομένων (και αγορά ή παραγωγή τους στην συνέχεια) και των εργαλείων με τα οποία θα γίνει η επεξεργασία τους. Στην φάση αυτή και λαμβάνοντας υπόψιν τους περιορισμούς της πραγματικότητας - χρονικούς, μέσων, οικονομικούς, κλπ.- επιλέχτηκαν οι πιλοτικές περιοχές του έργου. Αντίστοιχα επιλέχτηκαν τα απαραίτητα ψηφιακά δεδομένα : Α) τοπογραφικοί χάρτες 1:50.000 και 1:25.000 που να απεικονίζουν τις πιλοτικές περιοχές Β) διανυσματικά ψηφιακά χαρτογραφικά δεδομένα Γ) ψηφιακά μοντέλα εδάφους 14
Δ)δορυφορικές εικόνες υψηλής ευκρίνειας. Η μεθοδολογία εκλογής του λογισμικού απαραίτητου για την εκτέλεση του έργου, που συμπλήρωσε το ήδη υπάρχον του Τμήματος Τοπογραφίας των ΤΕΙ - Αθηνών, βασίσθηκε στα κλασσικά βήματα σχετικών benchmark. Συνοπτικά, έγιναν τα εξής : - εκλογή των τοπογραφικών χαρτών / περιοχών (αστικές, ημιαστικές, αγροτικές και σε σχέση με το ανάγλυφο) και ενδεχόμενα αεροφωτογραφιών - εκλογή των δορυφορικών εικόνων (πανχρωματικές, πολυφασματικές, στερεοσκοπικές, ) - εκλογή του λογισμικού - εκλογή / δημιουργία των διανυσματικών ψηφιακών χαρτογραφικών δεδομένων - πρώτη εκλογή των σημείων ελέγχου εδάφους - δημιουργία του ψηφιακού μοντέλου εδάφους Ακολούθησε ενημέρωση και ανάδραση με την Κινεζική ερευνητική ομάδα. ΦΑΣΗ Β : Γεωαναφορά των εικόνων μέσω τριγωνομετρικών σημείων, σημείων ελέγχου εδάφους, και ψηφιακών μοντέλων εδάφους. Ανάλυση της θέσης των σημείων ελέγχου ανάλογα με τα χαρτογραφικά αντικείμενα (κατηγορίες χαρτογραφικών αντικειμένων). Έξοδος στο ύπαιθρο και μέτρηση / εγκατάσταση συμπληρωματικών σημείων ελέγχου εδάφους. Υπολογισμός της ακρίβειας των γεωαναφερόμενων εικόνων και εξέταση εναλλακτικών στρατηγικών για την αύξησή της αλλά και τον διασταυρούμενο υπολογισμό της. Συνοπτικά, έγιναν τα εξής : - γεωαναφορά των εικόνων στο γεωδαιτικό σύστημα αναφοράς των τοπογραφικών χαρτών (ψηφιακά διανυσματικά χαρτογραφικά δεδομένα) και αντίστροφα - Γεωαναφορά των εικόνων μέσω τριγωνομετρικών σημείων, σημείων ελέγχου εδάφους, και ψηφιακών μοντέλων εδάφους. - Ανάλυση της θέσης των σημείων ελέγχου ανάλογα με τα χαρτογραφικά αντικείμενα (κατηγορίες χαρτογραφικών αντικειμένων). - Έξοδος στο ύπαιθρο και μέτρηση / εγκατάσταση συμπληρωματικών σημείων ελέγχου εδάφους. - Υπολογισμός της ακρίβειας των γεωαναφερόμενων εικόνων και εξέταση εναλλακτικών στρατηγικών για την αύξησή της αλλά και τον διασταυρούμενο υπολογισμό της Ακολούθησε ενημέρωση και ανάδραση με την Κινεζική ερευνητική ομάδα και εξαγωγή των πρώτων συμπερασμάτων. ΦΑΣΗ Γ : Βελτίωση της ακρίβειας ανά κατηγορία χαρτογραφικών αντικειμένων αλλά και συνολικά μέσω γεωαναφοράς τους στις δορυφορικές εικόνες. Ανάλυση και προσπάθεια επίλυσης των προβλημάτων γενίκευσης, γραφικών σφαλμάτων, συμβόλων. Ενδεχομένως εμπλουτισμός των σημείων ελέγχου εδάφους. Προσπάθεια ταξινόμησης των ενεργειών βελτίωσης της ακρίβειας ανά κατηγορία χαρτογραφικών αντικειμένων. Συνοπτικά, έγιναν τα εξής : - Βελτίωση της ακρίβειας ανά κατηγορία χαρτογραφικών αντικειμένων αλλά και συνολικά μέσω γεωαναφοράς τους στις δορυφορικές εικόνες. - Ανάλυση και προσπάθεια επίλυσης των προβλημάτων γενίκευσης, γραφικών σφαλμάτων, συμβόλων. - Ενδεχομένως εμπλουτισμός των σημείων ελέγχου εδάφους. Ακολούθησε ενημέρωση και ανάδραση με την Κινεζική ερευνητική ομάδα. ΦΑΣΗ Δ : Έγινε η ολοκλήρωση των συμπερασμάτων σχετικά με τις δυνατότητες βελτίωσης της ακρίβειας των τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας μέσω δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας και δόμηση της σχετικής μεθοδολογίας. Η ολοκλήρωση των συμπερασμάτων μας οριοθετήθηκε με την δειγματοληπτική βελτίωση της ακρίβειας συνολικά το λιγότερο για ένα χάρτη κλίμακας 1:50.000 και τέσσερις χάρτες κλίμακας 1:25.000. Η δόμηση της προτεινόμενης μεθοδολογίας έγινε μέσω της αναλυτικής περιγραφής των σταδίων που ακολουθήθηκαν, επιλέγοντας τις βέλτιστες λύσεις και τεκμηριώνοντας τις στρατηγικές και λειτουργικές αποφάσεις. Είναι ευνόητο ότι η προτεινόμενη μεθοδολογία είναι ανεξάρτητη από τον οποιοδήποτε εξοπλισμό ή / και λογισμικό. Συνοπτικά, έγιναν τα εξής : - Ολοκλήρωση των συμπερασμάτων σχετικά με τις δυνατότητες βελτίωσης της ακρίβειας των τοπογραφικών χαρτών μεσαίας κλίμακας μέσω δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας και δόμηση της σχετικής μεθοδολογίας. - Ενημέρωση και ανάδραση με την Κινεζική ερευνητική ομάδα Συγγραφή της κοινής τελικής έκθεσης. Παρουσίαση των αποτελεσμάτων. 4.1.4 Αποτελέσματα Η έρευνα επικεντρώθηκε στο να βελτιώσουμε την ακρίβεια του τοπογραφικού χάρτη κάνοντας την παραδοχή πως η δορυφορική εικόνα είναι πιο ακριβής από τον τοπογραφικό χάρτη. Για το σκοπό αυτό αρχικά προσδιορίστηκε η συνεισφορά των δορυφορικών εικόνων και υπολογίστηκε ο βαθμός ακρίβειας του χάρτη με την ανάλυση του σφάλματος στις γεωμετρικές του διαστάσεις (βλ. Εικόνα 11). 15
16 a b Εικόνα 11 : Παράδειγμα γεωμετρικής διόρθωσης της ακρίβειας του χάρτη θέτοντας ως βάση αναφοράς την δορυφορική εικόνα. Τα διανύσματα υποδεικνύουν την ορ θή θέση των σημείων (κόκκινο πολύγωνο) Η ανάλυση του σφάλματος εφαρμόστηκε σε όλες τις κατη γορίες που έχουν άμεση επίδραση στην διαμόρφωση της ακρίβειας αυτού. Εκτι μήθηκε το σφάλμα στην ακρίβεια των κατηγοριών : υδρογραφικ ό δίκτυο, δίκτυο μεταφοράς δρόμοι, γεωδαιτικά σημεία (τριγωνομετρικά, κόμβοι καννάβ ου χάρτη) (βλ. Πίνακα 2) Εξίσου σημαντική ήταν και η μελέτη της θεματικής ακρίβειας του χάρτη, η ανάλυση της οποίας έχει να κάνει με την εμφάνιση και μεταβολή των θεματικών χαρακτηριστικών των κατηγοριών του χάρτη. Για παράδειγμα για τις κατοικημένες (αστικές περιοχές) με τη βοήθεια της δορυφορικής εικόνας εντοπίστηκαν και χαρτογραφήθηκαν (βλ. Εικόνα 12), οι επιμέρους ομάδες των αστικών περιοχών όπως περιγράφονται αυτές στον τοπογραφικό χάρτη (δηλ.: πυκνοκατοικημένος τόπος, αραιοκατοικημένος, απλή οικία, μεμονωμένο κτήριο κλπ). Η ανάλυση και υπολογισμός της θεματικής ακρίβειας εντόπισε περιοχές εσφαλμένης απόδοσης των κατηγοριών στον τοπογραφικό χάρτη με αποτέλεσμα να προκύψουν στο τέλος χρήσιμοι θεματικοί χάρτες για τις κατηγορίες που ελέχθησαν (βλ. Εικόνα 13). Συνολικά για όλες τις κατηγορίες που ελέχθησαν υπολογίστηκε ένα συνολικό ποσοστό ακρίβειας από το οποίο προκύπτει πως το μεταφορικό δίκτυο έχει το μεγαλύτερο ποσοστό ακρίβειας (βλ. Πίνακα 3)
17 Layer Map grid s nodes GGRS87 (145 nodes) Layer Πίνακας 2 : Υπολογισμοί σφάλματος ακρίβειας χάρτη s (positional error) Positional errors s for points Positional errors d for curves Percentage of Min/ Stand. Percentage Min/ points with Max Deviati of points Max positional error on (m) error Layer error s>12.5m (m) (m) 0 1.55/9 ±1.4710 Map grid s nodes GGRS87 with positional error s>12.5m - Stand. Deviation (m) - - Positional errors s for points Positional errors d for curves Percentag Min/ Standard Percentage Min/ e of points Max Deviation of curves Max with error (m) (m) with error Layer positional positional (m) error error s>12.5m d >12.5m Standard Deviation (m) Geodetic Network points 0 0. 71/6.47 ±1.55 Geodetic Network points - - - (29 points) Hydrogra phic network (18 nodes) 72.22 3.44/45.48 ±13.19 Hydrogra phic network (12.19km) 28.00 0/51.71 ±7.95 Transport ation network (263 nodes) 57.00 0.81/46.60 ±9.53 Transport ations network (26.56km) 27.82 0/32.63 ±6.98
18 Area A Thrakomaked ones & Menidi Area B Ekali & Drosia Area C Marousi & Kifisia Area D Psihiko Area E Halandri & Agia Paraskevi Densely areas Less densely areas Sparsely areas Εικόνα 12 : Εντοπισμός περιοχών έρευνας για την ανάλυση της θεματικής ακρίβειας των κατοικημένων περιοχών
19 MAP 5 "Thematic accuracy of the transportation network's representation of an area that belongs to the map sheet "NEA IONIA" 479000 479500 480000 480500 481000 (Area D - Psihiko) 4208000 4208000 Geodetic network: G.G.R.S.'87 4207500 4207500 4207000 4207000 Map key Transportation network 4206500 4206500 Correct classification Wrong classifiction 479000 479500 480000 480500 481000 N Scale 1:25000 W E 500 0 500 1000 Meters S MAP 9 "Thematic accuracy of the degree that areas of the map sheet "NEA IONIA" are populated". (Area D - Psihiko) 479000 479500 480000 480500 481000 4208000 4208000 Geodetic datum: G.G.R.S.'87 4207500 4207500 Map key 4207000 4207000 Hydrographic netw ork Main roads 4206500 4206500 Populated areas Correct classification on the m ap 479000 479500 480000 480500 481000 W Wrong classification on the m ap N E Scale 1: 25.000 500 0 500 1000 Meters S MAP 14 "Thematic accuracy of the vegataion of the map sheet "NEA IONIA". (Area D - Psihiko) 479000 479500 480000 480500 481000 4208000 4208000 Geodetic datum: G.G.R.S.'87 4207500 4207500 Map key 4207000 4207000 Hydrographic network Main roads Vegetation 4206500 4206500 Correct classification on the m ap Wrong classification on the m ap 479000 479500 480000 480500 481000 N Scale 1: 25.000 W E 500 0 500 1000 Meters S Εικόνα 13 : Υπολογισμός θεματικής ακρίβειας κατηγοριών του χάρτη.
20 Πίνακας 3 : Total thematic accuracy. Category Variable Total accuracy Transportation network Length (m) 93.72% Populated areas Area (m 2 ) 86.04% Vegetation Area (m 2 ) 81.51% 5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Από τα αποτελέσματα των μεθοδολογιών που αναπτύχθηκαν και προτάθηκαν στο πλαίσιο των δύο ερευνητικών προκύπτουν τα εξής συμπεράσματα : H ενημέρωση των ελληνικών τοπογραφικών χαρτών κλ. 1:25.000 κσι 1:50000 αλλά και μεγαλύτερων κλιμάκων με τη χρήση των δορυφορικών εικόνων υψηλής ανάλυσης μπορεί να επιτευχθεί με τρόπο οικονομικό και αποτελεσματικό ακολουθώντας μια δομημένη επιστημονική μεθοδολογία. Η ακρίβεια των τοπογραφικών χαρτών αυτών των κλιμάκων χρειάζεται βελτίωση και αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την βοήθεια των δορυφορικών εικόνων υψηλής ευκρίνειας, χωρίς να είναι αναγκαία η επανακατασκευή τους από την αρχή Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες και στα δύο ερευνητικά, προσδίδουν μια νέα δυνατότητα αναβάθμισης της ποιότητας των τοπογραφικών χαρτών σε σύντομο χρονικό διάστημα και επιτυγχάνοντας αισθητή και ευέλικτη βελτίωση της ακρίβειας. Η συμβολή της τηλεπισκόπησης ήταν καίρια και απαραίτητη και για την επίτευξη των στόχων και των δύο ερευνητικών. Ειδικότερα : Αξιοποιήθηκε η χωρικής διάσταση των δεδομένων Προσφέρθηκε ένας ευέλικτος και δομημένος τρόπος οουσιαστικής αξιοποίησης / εκμετάλλευσης της πληροφορίας των δορυφορικών εικόνων. Αξιολογήθηκαν περιοχές όπου έχουν αποδείχτηκε ότι έχουν επέλθει μεταβολές των χαρακτηριστικών του χάρτη. Διευκολύνθηκε η διαδικασία ενημέρωσης του χάρτη με κύρια πηγή τις δορυφορικές εικόνες. Διευκολύνθηκε η διαδικασία αυτοματοποίησης των σταδίων της μεθοδολογίας που αναπτύχθηκε και στα δύο ερευνητικά Μετρήθηκε ο βαθμός της ακρίβειας διάφορων θεματικών χαρτογραφικών αντικειμένων που απεικονοζόντουσαν στους χάρτες συσχετίζοντας τα με τα πραγματικά αντικέιμενα που απιεκονιζόμτουσαν στις δορυφορικές εικόνες. 6. ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ Μετά την συνοπτική παρουσίαση των αποτελεσμάτων δύο χρηματοδοτούμενων από την ΕΕ και από Ιδιωτικές Εταιρείες ερευνητικών προγραμμάτων Δορυφορικής Χαρτογραφίας, που πραγματοποιήθηκαν από την ερευνητική ομάδα SOCRATES των ΤΕΙ Αθηνών, θέλουμε να πιστεύουμε ότι η όσο μεγαλύτερη διάχυση των αποτελεσμάτων θα αποτελέσει το καλύτερο τρόπο για την ενδεχόμενη εφαρμογή τους στην πράξη και στην παραγωγή, μετασχηματίζοντας τα έτσι από αποτελέσματα ερευνητικού σε καθημερινή πρακτική. Θεωρούμε ακόμα πως η χρήση των σύγχρονων τεχνολογιών όπως η Τηλεπισκόπηση στους εμπλεκομένους φορείς γίνεται ολοένα και περισσότερο καθημερινή πρακτική όταν παρουσιάζονται προτάσεις και αναπτύσσονται μεθοδολογίας έρευνας σε θέματα αιχμής όπως αυτά που πραγματεύονται τα δύο ερευνητικά προγράμματα του παρόντος άρθρου. Τέλος θα θέλαμε να υπενθυμίσουμε για ακόμα μια φορά ότι η ερευνητική ομάδα SOCRATES δραστηριοποιείται σε όλο το φάσμα της Γεωπληροφορικής- ΣΓΠ, Τηλεπισκόπηση, Βάσεις Χαρτογραφικών Δεδομένων (σε βασική και εφαρμοσμένη έρευνα), κύρια στους τομείς Προστασίας Περιβάλλοντος, Άμυνα, Χωροταξία, Πολεοδομία, Μεταφορές, Ενέργεια, Τηλεπικοινωνίες.