Ενημέρωση  »   Άρθρα   »  [arcl-0018]

G I S
ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ

   Έχουμε συνηθίσει να στρέφουμε προς τον ουρανό τα τελειότερα τηλεσκόπια ή άλλα επιστημονικά όργανα. Δεν πρέπει να ξεχνάμε, όμως, ότι εξίσου τέλεια όργανα στρέφονται καθημερινά από τον ουρανό και παρατηρούν τον πλανήτη μας.Οι δορυφορικές φωτογραφίες με τεχνικές ανάλυσης εικόνας δίνουν πλούσιες πληροφορίες για κάθε τμήμα της Γης και κάθε ανθρώπινη δραστηριότητα.

   Οι τεχνητοί δορυφόροι αποτελούν ένα από τα πλέον εξελιγμένα ανθρώπινα εργαλεία. Η εξειδίκευσή τους είναι μεγάλη και μπορούμε να τους διαχωρίσουμε σε τηλεπικοινωνιακούς, κατασκοπευτικούς, ναυτικούς, μετεωρολογικούς και επιστημονικούς. Μετά το τέλος του Ψυχρού Πολέμου παρατηρείται μια μετάθεση του βάρους προς τους επιστημονικούς δορυφόρους και μάλιστα προς αυτούς που μπορούν να προσφέρουν υπηρεσίες σε εταιρίες του ιδιωτικού τομέα ή να συνεισφέρουν στην προστασία του περιβάλλοντος.

   Τα δεδομένα που συλλέγονται καθημερινά ανέρχονται σε τρισεκατομμύρια megabytes και αφού καταχωρισθούν ακολουθεί η επεξεργασία τους. Πρέπει να ξεκαθαρίσουμε από την αρχή ότι η τεχνολογία που χρησιμοποιείται είναι κατεξοχήν ψηφιακή. Κάθε είδους μέτρηση, είτε αυτή είναι φωτογραφία είτε σάρωση ραντάρ είτε μετρήσεις μαγνητικών και βαρυτικών πεδίων, μεταφράζεται σε bits και bytes.Κατόπιν εκπέμπεται στους επίγειους σταθμούς λήψης ως μια ακολουθία ψηφίων, όπου και καταχωρίζεται με την ίδια μορφή. Κάθε εικόνα αναλύεται σε χιλιάδες pixels (στοιχεία εικόνας) και κάθε pixel αντιστοιχίζεται με έναν αριθμό που δίνει τις πληροφορίες φωτεινότητας και χρώματος.

   Αυτή η ψηφιακή μορφή συλλογής, μετάδοσης και επεξεργασίας της πληροφορίας είναι που ανοίγει τους ορίζοντες για την εκμετάλλευσή της από τους διάφορους οργανισμούς, τις εταιρίες ή από τον απλό πολίτη.

   Σε αυτό το άρθρο θα ασχοληθούμε κυρίως με τις εφαρμογές της δορυφορικής φωτογράφησης στα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (GIS -Geographical Information Systems).Οι εφαρμογές αυτές περιλαμβάνουν τομείς όπως η ψηφιακή χαρτογράφηση (digital mapping),η καταγραφή ακίνητης περιουσίας (π.χ. Εθνικό Κληματολόγιο), η ανάλυση καταστάσεων ανάγκης και η χαρτογράφηση με σκοπό τη διευκόλυνση αποστολών διάσωσης, η διαχείριση φυσικών πόρων , η διαχείριση υδάτων και δασών και, τέλος, η χάραξη και η ανάπτυξη μεταφορών. Ένα επίσης μεγάλο κομμάτι των αποστολών επισκόπησης της Γης είναι η συγκέντρωση στοιχείων για τις μεταβολές των περιβαλλοντικών συνθηκών όπως το φαινόμενο του θερμοκηπίου, η μείωση του στρώματος του όζοντος και η καταστροφή των τροπικών δασών.

Η ΣΥΛΛΟΓΗ ΤΩΝ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ

   Οι τεχνητοί δορυφόροι είναι ιπτάμενα εργαστήρια, εξοπλισμένα με μια πληθώρα επιστημονικών οργάνων. Η όραση είναι η δυνατότερη ανθρώπινη αίσθηση, αλλά για έναν δορυφόρο επισκόπησης είναι μόνο μια από τις δυνατότητές του. Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα είναι πολύ πλατύτερο από τη στενή περιοχή που καλύπτουν οι ορατές συχνότητες. Η επιφάνεια της Γης ανακλά το ηλιακό φως σε όλα τα μήκη κύματος και μάλιστα ανάλογα με την επιφανειακή σύσταση του εδάφους, τη θερμοκρασία, την ώρα της ημέρας ή της νύχτας, την νέφωση και πολλές άλλες παραμέτρους. Όλο αυτό το φάσμα εκπομπής σαρώνεται από συσκευές MSS(Multiple spectral scanners- Σαρωτές ευρέως Φάσματος). Τέτοιες συσκευές τοποθετήθηκαν στους πρώτους δορυφόρους( LAND SATellite) της EOSAT (Earth Observation Satellite Company)και μας έδωσαν τις πρώτες απεικονίσεις του φάσματος εκπομπής της Γης.

   Oι πρώτοι LANDSAT(LANDSAT 1,2 και 3)είχαν σαρωτές τεσσάρων καναλιών, τριών στο ορατό και ενός στο υπέρυθρο. Η επόμενη γενιά διέθετε επτά κανάλια, τρία στο ορατό και τέσσερα στο υπέρυθρο. Κάθε κανάλι ανιχνεύει διαφορετικό μήκος κύματος. Έτσι, όσο περισσότερα κανάλια έχει ένας σαρωτής τόσο ακριβέστερα στοιχεία μπορεί να μας δώσει για τη σύσταση του εδάφους.

   Η άλλη σπουδαία παράμετρος σάρωσης είναι η ανάλυση που διαθέτει ο δορυφόρος. Ανάλυση ή διακριτική ικανότητα είναι το μέγεθος της ελάχιστης επιφάνειας που μπορεί να καταγράψει ο φακός. Στην περίπτωση της φωτογραφίας αντιστοιχεί σε ένα pixel εικόνας. Για παράδειγμα, η πρώτη LANDSAT έδιναν ανάλυση 76 μέτρα, ο γαλλικός δορυφόρος SPOT δίνει 30 μέτρα, ενώ ο ρωσικός SPIN-2 δίνει ανάλυση 2 μέτρων. Για να γίνει κατανοητή η σημασία της ανάλυσης πρέπει να πούμε ότι στην ανάλυση των 76 μέτρων ένα pixel αντιστοιχεί σε ένα γήπεδο του τένις, ενώ στην ανάλυση των 2 μέτρων ένα pixel αντιστοιχεί σε περίπου δύο ανθρώπους που βρίσκονται μέσα στο γήπεδο αυτό. Φυσικά, ρόλο στις επιδόσεις του δορυφόρου παίζει και το ύψος της τροχιάς του. Ο LANDSAT, για παράδειγμα, φωτογραφίζει από ύψος 909 χιλιομέτρων, ο SPOT από τα 832 χιλιόμετρα, ενώ ο SPIN μόλις από τα 220 χιλιόμετρα.

   Το μέγεθος των δορυφόρων παρατήρησης της Γης δεν είναι αμελητέο. Για παράδειγμα, ο δορυφόρος ADEOS(Advanced Earth Observing Satellite) της Ιαπωνικής Διαστημικής Υπηρεσίας (National Space Development Agency of Japan-NASDA), που εκτοξεύτηκε σε ηλιοσύγχρονη τροχιά στις 17 Αυγούστου 1996, είναι μία διαστημική πλατφόρμα βάρους περίπου 3500 κιλών, με κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας 4500 Watts.

   Την ποιότητα των λήψεων καθορίζει επίσης το εύρος της περιοχής που καλύπτει ο δορυφόρος με κάθε πέρασμα. Κάθε "σκηνή " του SPOT καλύπτει μια λωρίδα με διαστάσεις 60x60 χιλιόμετρα. Δεν είναι απαραίτητο κάθε όργανο του δορυφόρου να έχει την ίδια κάλυψη με κάποιο άλλο. Για παράδειγμα, η κάμερα φωτογράφησης του SPIN -2 διαθέτει έναν φακό 1000 mm, που καλύπτει ωφέλιμη περιοχή 40 Km x 160Km σε κλίμακα 1:220000.Αντίστοιχα η τοπογραφική κάμερά του, που κάνει καταγραφή υψομετρικών διαφορών, έχει κάλυψη 200Km*300Km με ανάλυση 10 μέτρων. Πολλές φορές υπάρχει η δυνατότητα χρήσης κατόπτρων ή περιστροφής του φακού, γεγονός που αφ' ενός μεγαλώνει το πλάτος της περιοχής που σαρώνεται και αφ' ετέρου δίνει διαφορετικές γωνίες λήψης οι οποίες συνδυαζόμενες μπορούν να δώσουν στερεοσκοπικές εικόνες.

   Τα δεδομένα που συλλέγονται από τους δορυφόρους μπορούν να προσφέρουν άμεση εικόνα μιας κατάστασης ανάγκης, χωρίς να είναι απαραίτητο να μεσολαβήσει μεγάλο διάστημα επεξεργασίας. Ο δορυφόρος TIROS της NOAA(National Oceanic and Atmosperic Administration) μπορεί να παρακολουθήσει περιοχή έκτασης 3000 Km *6000Km, με χρονική κάλυψη τέσσερις φορές ανά 24ωρο.Έτσι μπορούμε να έχουμε συνεχείς εικόνες μιας σταθερής περιοχής της επιφάνειας της Γης. Στην περίπτωση των πρόσφατων μεγάλων πυρκαγιών της Ινδονησίας, που κατέστρεψαν μεγάλο μέρος των τροπικών δασών, υπήρχε συνεχής παρακολούθηση των μετώπων της φωτιάς, κάτι που θα ήταν αδύνατο να γίνει με άλλα μέσα. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήθηκε η διάταξη AVHRR (Advanced Very High Revolution Radiometer), που μπορεί να ανιχνεύει θερμές περιοχές με θερμοκρασία από 400 εώς 1.000 βαθμούς Kelvin.

ΓΕΩΓΡΑΦΙΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΩΝ

    Οι τεχνικές τηλεπισκόπησης (RST-Remote Sensing Technics) και τα Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών (Geographical Information System-GIS) είναι τα σημαντικότερα εργαλεία για συλλογή, αποθήκευση, χειρισμό και ανάλυση στοιχείων που αφορούν με οποιονδήποτε τρόπο στην επιφάνεια του πλανήτη μας. Η χρήση τους έχει αναπτυχθεί εκπληκτικά τα τελευταία 10 με 15 χρόνια και επιτρέπει την ανάλυση στοιχείων που βασίζονται σε μια συγκεκριμένη κατανομή στο χώρο. Η κατανομή αυτή μπορεί να είναι πολύ διαφορετικών ειδών, από την πυκνότητα της βλάστησης σε σχέση με το υψόμετρο έως την απεικόνιση της διάδοσης επιδημιών γρίπης σε σχέση με την πυκνότητα του πληθυσμού.

   Βασικότερη λειτουργία τους αποτελεί η απεικόνιση ενός μεγάλου αριθμού ψηφιακών δεδομένων σε μορφή διάφανων επιπέδων (Layers) πάνω από το βασικό γεωγραφικό επίπεδο. Τα layers μπορούν να είναι πάρα πολλά σε αριθμό και να επιλέγονται σύμφωνα με την επιθυμία του μελετητή. Τυπικά παραδείγματα layers είναι αυτά που απεικονίζουν το μέσο ύψος των κυμάτων των ωκεανών, την επιφανειακή θερμοκρασία του εδάφους ή των θαλασσών, τις υψομετρικές διαφορές, την ένταση των ανέμων, τα μέτωπα μίας πυρκαγιάς, το ποσοστό οικοδομικής δραστηριότητας, το ποσοστό δασών και καλλιεργειών, το ποσοστό τροχαίων ατυχημάτων, τη χαρτογράφηση και ό,τι άλλο μπορεί να φανταστεί κάποιος.

   Η δύναμη των GIS βρίσκεται στην ολοκλήρωση της πληροφορίας με νέους τρόπους. Η γεωγραφία χρησιμοποιείται πια ως το υπόβαθρο πάνω στο οποίο αναπτύσσονται οι ανθρώπινες δραστηριότητες. Έτσι μπορούν εύκολα να παρθούν αποφάσεις που βασίζονται σε ρεαλιστικά στοιχεία με ζωντανή απεικόνιση, καθώς και να σχεδιαστούν μεγάλης κλίμακας έργα με τη μικρότερη ενόχληση του περιβάλλοντος και των ανθρώπων

   Το τελικό αποτέλεσμα της επεξεργασίας μπορεί να έχει όποια μορφή χρειαστεί. Τυπικές μορφές είναι αρχεία διανυσματικής μορφής DXF (Digital eXchange Format), για χρήση από σχεδιαστικά προγράμματα τύπου AutoCAD,ή διάφορες ψηφιακές μορφές εικόνας σε αρχεία computers τύπου TIFF, GIF κ.λ.π. Φυσικά για πολύπλοκες λειτουργίες ή λειτουργίες που λαμβάνουν υπόψη τεράστιους όγκους δεδομένων, απαιτούνται ισχυροί εξειδικευμένοι σταθμοί εργασίας ή ακόμη και συστήματα υπερυπολογιστών. Δεν χρειάζεται να προμηθευτεί κάποιος άλλος όλο αυτόν τον εξοπλισμό, αφού μπορεί να αγοράσει έτοιμο και τελικό προϊόν από εταιρίες που αναλαμβάνουν όλη τη διαδικασία για λογαριασμό του. Οι εταιρίες αυτές διαθέτουν τον απαραίτητο εξοπλισμό σε software και hardware και επεξεργάζονται τα αριθμητικά δεδομένα με βάση τις απαιτήσεις του πελάτη. Τα πιο συνηθισμένα προϊόντα που πωλούνται από εταιρίες GIS είναι : τοπογραφικά σχέδια με υψομετρικά στοιχεία (DEM-Digital Elevation Models), πολεοδομικά σχέδια εγκαταστάσεων και κτιρίων, υδρογραφικοί χάρτες, οδικοί χάρτες, χάρτες δασών και καλλιεργειών.

   Οι υπηρεσίες αυτές παρέχονται σε πιο επίσημη βάση και από κρατικούς οργανισμούς ή από εταιρίες και ινστιτούτα που ανήκουν στις κρατικές διαστημικές υπηρεσίες.

   Η NASA αναπτύσσει την τεχνολογία MAPS (Mapping Analysis and Planning System), με σκοπό να μεταφέρει όλα τα στοιχεία που συλλέγονται από τους δορυφόρους της στους τελικούς χρήστες, κυρίως του ιδιωτικού τομέα. Το σύστημα MAPS περιλαμβάνει πακέτα software με λειτουργία interactive, που ενώνει επιμέρους δίκτυα με τις κεντρικές τράπεζες δεδομένων GIS.Κατά τη χρήση του θα χρησιμοποιούνται περιβαλλοντικά μοντέλα, έμπειρα συστήματα και νευρωνικά δίκτυα με σκοπό την όσο το δυνατόν πιο άμεση και ζωντανή προσέγγιση των προβλημάτων. Φυσικά, θα χρησιμοποιείται τεχνολογία πολυμέσων και η πρόσβαση θα είναι δυνατή οποιοδήποτε σημείο του πλανήτη μέσω του Internet.Η προσπάθεια αυτή φιλοδοξεί να αποδώσει σε όλους τους κατοίκους της Γης το πληρέστερο το πιο ενημερωμένο GIS , με όσο το δυνατό απλούστερη πρόσβαση. Περιττό να σημειώσουμε ότι η ενημέρωση του συστήματος θα είναι συνεχής και ο χρήστης θα έχει τη δυνατότητα να παρακολουθεί τις αλλαγές που συμβαίνουν στο πλανήτη σε πραγματικό χρόνο. Το MAPS είναι ένα σύστημα EGIS (Environmental GIS), που σημαίνει ότι δίνει ιδιαίτερη σημασία στις περιβαλλοντικές μελέτες και αναλύσεις. Αυτή τη στιγμή χρησιμοποιείται για τη μελέτη τοποθεσιών για τις εγκαταστάσεις του διαστημικού κέντρου John F.Kennedy Space Center (KSC).

   Φυσικά, το MAPS δε θα μπορούσε να είχε δημιουργηθεί αν δεν υπήρχε ήδη η υποδομή των διαστημικών υπηρεσιών, κυρίως NASA και της ESA.Το κέντρο ανάλυσης δεδομένων που αφορούν στη Γη (EDAC-Earth Data Analysis Center) δημιουργήθηκε από τη NASA το 1964.Άλλα ινστιτούτα και οργανισμοί που υπηρετούν τους ίδιους σκοπούς είναι τα EDC, EOSAT, EROS, ESIC, της U.S. Geological Survey, ESRI, FGDC, το USACERL κ.ά.

   Παρακολουθώντας τις εξελίξεις στον τομέα των GIS,καθένας εντυπωσιάζεται από το μέλλον που διαγράφεται με το πάντρεμα διαστημικών τεχνολογιών και τεχνολογιών Πληροφορικής. Την ίδια στιγμή όμως γεμίζει απογοήτευση για το πόσο μακριά βρίσκεται η Ελλάδα από αυτή τη πρόοδο. Δεν πάνε πολλά χρόνια που υπουργός Τύπου δήλωνε δημοσίως ότι θα καταρρίψει δορυφόρους (!!!), αν εκπέμψουν τηλεοπτικά προγράμματα στην Ελλάδα. Όσο για το Internet, ακόμη παλεύει να αποβάλει το χαρακτηρισμό του διαφθορέα ανηλίκων. Ας ελπίσουμε ότι όντας πολίτες του πλανήτη θα μπορέσουμε να συνεισφέρουμε, έστω και μεμονωμένα ως άτομα, στην πρόοδο που συντελείται.

Περιεχόμενα