Χρήση δορυφορικής τηλεπισκόπησης από το ΤΕΠΑΚ για την παρακολούθηση, σε σχεδόν πραγματικό χρόνο, μνημείων πολιτιστικής κληρονομιάς σε κίνδυνο:
Η περίπτωση των πρόσφατων πυρκαγιών σε ορεινές περιοχές της Επαρχίας Λάρνακας και Επαρχίας Λεμεσού (03-04 Ιουλίου 2021)
Σε περίπτωση πυρκαγιών, η έγκαιρη ενημέρωση σχετικά με τις τρέχουσες παραμέτρους πυρκαγιάς είναι ζωτικής σημασίας για τη λήψη τεκμηριωμένων αποφάσεων. Οι δορυφορικές εικόνες μπορούν να παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με αυτό, καθώς οι θερμικοί αισθητήρες έχουν τη δυνατότητα να ανιχνεύσουν την ακριβή θέση και την ένταση μιας ενεργής πυρκαγιάς τη στιγμή που περνάει ο δορυφόρος. Αυτές οι πληροφορίες δύναται να προκύψουν και να διανεμηθούν σε σχεδόν πραγματικό χρόνο, επιτρέποντας μια εικόνα της τρέχουσας δραστηριότητας της πυρκαγιάς. Ωστόσο, η παραγωγή του μεγέθους και του σχήματος μιας ήδη πληγείσας περιοχής είναι πιο περίπλοκη και τις περισσότερες φορές δεν είναι διαθέσιμη η απαιτούμενη πληροφορία μέσα σε σύντομο χρονικό διάστημα. Για τη λήψη επειγόντων και άμεσων αποφάσεων, θα ήταν επιθυμητό να είναι διαθέσιμες αυτές οι πληροφορίες σε σχεδόν πραγματικό χρόνο και σε μεγάλη κλίμακα.
Η προσέγγιση που παρουσιάζεται εδώ (Nolde M, Plank S, Riedlinger T. 2020. "An Adaptive and Extensible System for Satellite-Based, Large Scale Burnt Area Monitoring in Near-Real Time" Remote Sensing 12, no. 13: 2162. https://doi.org/10.3390/rs12132162) λειτουργεί πλήρως αυτόματα και παρέχει περιμέτρους καμένων περιοχών εντός δύο ωρών μετά την απόκτηση της δορυφορικής λήψης. Χρησιμοποιεί δορυφορικές εικόνες μέσης χωρικής ανάλυσης στην κόκκινη και εγγύς υπέρυθρη περιοχή του μήκους κύματος, για να διευκολύνει την παρακολούθηση ηπειρωτικής κλίμακας πρόσφατα καμένων περιοχών. Για να καταστεί δυνατή η υψηλή ικανότητα ανίχνευσης ανεξάρτητα από τον επηρεαζόμενο τύπο βλάστησης, τα όρια τμηματοποίησης προέρχονται δυναμικά από πληροφορίες με βάση τα συμφραζόμενα. Αυτό γίνεται με τη χρήση μιας μορφολογικής προσέγγισης για τον προσδιορισμό της περιμέτρου. Τα αποτελέσματα έχουν επικυρωθεί σε άλλα περιστατικά πυρκαγιάς στην Ευρώπη. Έχει αποδειχθεί ότι η εν λόγω μέθοδος μπορεί να επιτύχει υψηλή ποιότητα ανίχνευσης σε σχεδόν πραγματικό χρόνο. Η μεγάλης κλίμακας σύγκριση δείχνει ότι τα αποτελέσματα συμπίπτουν με το 63% έως 76% της καμένης περιοχής στα σύνολα δεδομένων αναφοράς. Ενώ αυτά τα καθιερωμένα σύνολα δεδομένων είναι διαθέσιμα μόνο με χρονική καθυστέρηση αρκετών μηνών ή δημιουργούνται με χειροκίνητη αλληλεπίδραση, η προσέγγιση που παρουσιάζεται παράγει αποτελέσματα σε σχεδόν πραγματικό χρόνο πλήρως αυτόματα.
Με τον ίδιο τρόπο πραγματοποιήθηκε η χαρτογράφηση των πρόσφατα καμένων περιοχών της ορεινής Λεμεσού και Λάρνακας, με τον αυτόματο επεξεργαστή, όπως αναφέρθηκε πιο πάνω. Η χαρτογράφηση της καμένης έκτασης βασίστηκε στις παρατηρήσεις από τα δεδομένα των δορυφόρων Sentinel-3A και Sentinel-3B, οι οποίοι περνούσαν πάνω από τη συγκεκριμένη περιοχή και κατέγραφαν δεδομένα δύο φορές ημερησίως. Οι χρονοσειρές λήψεως δεδομένων κυμαίνονται από την 1η Ιουλίου έως την 7η Ιουλίου.
Οι καμένες περιοχές που προσδιορίζονται, είναι το αποτέλεσμα ενός πλήρως αυτοματοποιημένου επεξεργαστή που λειτουργεί στον Γερμανικό Οργανισμό Διαστήματος (German Aerospace Center, DLR). Αυτός ο επεξεργαστής αναλύει τα δεδομένα καναλιών του αισθητήρα Land Color Instrument (OLCI) που βρίσκεται στους δορυφόρους Sentinel-3A και Sentinel-3B. Οι καμένες περιοχές χαρτογραφούνται συγκρίνοντας την τρέχουσα εικόνα λήψης του Sentinel-3 με τις πληροφορίες πριν από την εκδήλωση της πυρκαγιάς.
Αποτελέσματα έρευνας
Σε πρόσφατη ανακοίνωση (02.07.2021) του Τμήματος Αρχαιοτήτων, Υπουργείο Μεταφορών, Επικοινωνιών και Έργων, αναφέρεται ότι 13 Αρχαία Μνημεία βρίσκονται στις πληγείσες από τις πυρκαγιές περιοχές. Συγκεκριμένα, πρόκειται για την Εκκλησία του Τίμιου Σταυρού και την Εκκλησία της Παναγίας Ιαματικής στον Αρακαπά, το Γεφύρι της Ακαπνού, τις Εκκλησίες του Αγίου Γεωργίου και της Παναγίας του Κάμπου στην Ακαπνού, την Εκκλησία της Αγίας Μαρίνας στην κοινότητα Οδού, την Εκκλησία της Παναγίας στη Βαβατσινιά, την Εκκλησία της Παναγίας Χρυσελεούσας στη Μελίνη, τον οικισμός Παρσάτα στην Ορά, την Εκκλησία των Αγίων Αναργύρων στους Αγίους Βαβατσινιάς, την Εκκλησία του Αρχαγγέλου Μιχαήλ και το Νερόμυλο στη Διερώνα, τον Ελιόμυλο στη Συκόπετρα.
Τα αποτελέσματα της ανάλυσης, παρουσιάζουν τη φωτιά κατά τη μέγιστη έκτασή της, τις ημερομηνίες 3 Ιουλίου, 4 Ιουλίου (κατά τη διάρκεια της πυρκαγιάς) και 5 Ιουλίου 2021 (μετά την πυρκαγιά). Παράλληλα, αναπαράγουν σε αυτές τα μνημεία της περιοχής. Οι τιμές στις εικόνες αποτελούν ένδειξη της σοβαρότητας της καύσης, τη χρονική στιγμή της λήψης, δηλαδή όσο υψηλότερες είναι οι τιμές, τόσο ισχυρότερη ήταν η ένταση της πυρκαγιάς. Παράλληλα, μέσα από τις συγκεκριμένες εικόνες οπτικοποιείται η γειτνίαση ή η απόσταση της φωτιάς από το εκάστοτε μνημείο, σε συνάρτηση με την έντασή της. Το άμεσο αποτέλεσμα αυτής της επεξεργασίας είναι η έγκαιρη, σχεδόν σε πραγματικό χρόνο, αξιολόγηση της κατάστασης κατά τη διάρκεια και αμέσως μετά την πυρκαγιά. Η αμεσότητα της μεθόδου αποτελεί εργαλείο προτεραιοποίησης δράσεων από τους εμπλεκόμενους φορείς.
Το έργο NAVIGATOR
Η πιο πάνω επεξεργασία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του Ερευνητικού Έργου με τίτλο “Copernicus Earth Observation Big Data for Cultural Heritage” (στα Ελληνικά: Δορυφορικά Δεδομένα Copernicus για την Πολιτιστική Κληρονομιά) και ακρωνύμιο NAVIGATOR (http://web.cut.ac.cy/navigator/), το οποίο υλοποιείται στα πλαίσια του προγράμματος «Νησίδες Αριστείας» των Προγραμμάτων «RESTART 2016-2020» για Έρευνα, Τεχνολογική Ανάπτυξη και Καινοτομία, του Ιδρύματος Έρευνας και Καινοτομίας Κύπρου (ΙδΕΚ). Το Έργο συντονίζει το Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών και Μηχανικών Γεωπληροφορικής (Εργαστήριο Τηλεπισκόπησης και Γεωπεριβάλλοντος) του ΤΕΠΑΚ, υπό τον Καθ. Διόφαντο Χατζιμιτσή, έχοντας ως εξωτερικό ερευνητικό συνεργάτη τον Γερμανικό Οργανισμό Διαστήματος (DLR). Η διεπιστημονική ομάδα ερευνητών που δραστηριοποιούνται στο εν λόγω Έργο και ασχολήθηκε με τη συγκεκριμένη ανάλυση και επεξεργασία των δεδομένων αποτελείται από τους Δρ. Michael Nolde και Δρ. Simon Plank (DLR), Δρ. Άθω Αγαπίου και Δρ. Βασιλική Λυσάνδρου (ΤΕΠΑΚ).
Το Έργο NAVIGATOR (με αρ. πρωτοκόλλου EXCELLENCE/0918/0052) έχει διάρκεια 24 μήνες (έναρξη 2.10.2019) και συγχρηματοδοτείται από διαρθρωτικά ταμεία της Ευρωπαϊκής Ένωσης στην Κύπρο και από την Κυπριακή Δημοκρατία. Γενικό στόχο του Έργου αποτελεί η παρακολούθηση του δομημένου αρχαιολογικού περιβάλλοντος και η καταγραφή φυσικών και ανθρωπογενών κινδύνων που δύναται να το επηρεάσουν, καθώς και η καταγραφή εναλλαγών που έχουν επέλθει σε περιοχές αρχαιολογικού ενδιαφέροντος, οι οποίες έχουν επηρεαστεί από διάφορους παράγοντες διαχρονικά, όπως για παράδειγμα η αστικοποίηση, οι σεισμοί κ.λπ. Αποτέλεσμα της μη-επεμβατικής αυτής παρακολούθησης, είναι, ανάμεσα σε άλλα, η ιεράρχηση προστασίας των διαφόρων περιοχών αρχαιολογικού αποθέματος, η προτεραιοποίηση στη διενέργεια αρχαιολογικών ανασκαφών, η μαζική καταγραφή και αποτύπωση αρχαιολογικών καταλοίπων σε περιοχές στις οποίες έχουν διενεργηθεί σωστικές ανασκαφές. Η παρακολούθηση πραγματοποιείται εξολοκλήρου μέσα από δεδομένα τηλεπισκόπησης, προερχόμενα από διάφορες πηγές. Ανάμεσα σε αυτές ανήκει και η χρήση δεδομένων που προέρχονται από το ευρωπαϊκό διαστημικό πρόγραμμα Copernicus, το Ευρωπαϊκό Πρόγραμμα για την Παρατήρηση και Παρακολούθηση της Γης (https://www.copernicus.eu/en/about-copernicus).
Με επιτυχία λειτούργησε στο ΤΕΠΑΚ εμβολιαστικό Κέντρο «Walk in»
Χρήση δορυφορικής τηλεπισκόπησης από το ΤΕΠΑΚ για την παρακολούθηση, σε σχεδόν πραγματικό χρόνο, μνημείων πολιτιστικής κληρονομιάς σε κίνδυνο:
Η περίπτωση των πρόσφατων πυρκαγιών σε ορεινές περιοχές της Επαρχίας Λάρνακας και Επαρχίας Λεμεσού (03-04 Ιουλίου 2021)
Σε περίπτωση πυρκαγιών, η έγκαιρη ενημέρωση σχετικά με τις τρέχουσες παραμέτρους πυρκαγιάς είναι ζωτικής σημασίας για τη λήψη τεκμηριωμένων αποφάσεων. Οι δορυφορικές εικόνες μπορούν να παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με αυτό, καθώς οι θερμικοί αισθητήρες έχουν τη δυνατότητα να ανιχνεύσουν την ακριβή θέση και την ένταση μιας ενεργής πυρκαγιάς τη στιγμή που περνάει ο δορυφόρος. Αυτές οι πληροφορίες δύναται να προκύψουν και να διανεμηθούν σε σχεδόν πραγματικό χρόνο, επιτρέποντας μια εικόνα της τρέχουσας δραστηριότητας της πυρκαγιάς. Ωστόσο, η παραγωγή του μεγέθους και του σχήματος μιας ήδη πληγείσας περιοχής είναι πιο περίπλοκη και τις περισσότερες φορές δεν είναι διαθέσιμη η απαιτούμενη πληροφορία μέσα σε σύντομο χρονικό διάστημα. Για τη λήψη επειγόντων και άμεσων αποφάσεων, θα ήταν επιθυμητό να είναι διαθέσιμες αυτές οι πληροφορίες σε σχεδόν πραγματικό χρόνο και σε μεγάλη κλίμακα.
Η προσέγγιση που παρουσιάζεται εδώ (Nolde M, Plank S, Riedlinger T. 2020. "An Adaptive and Extensible System for Satellite-Based, Large Scale Burnt Area Monitoring in Near-Real Time" Remote Sensing 12, no. 13: 2162. https://doi.org/10.3390/rs12132162) λειτουργεί πλήρως αυτόματα και παρέχει περιμέτρους καμένων περιοχών εντός δύο ωρών μετά την απόκτηση της δορυφορικής λήψης. Χρησιμοποιεί δορυφορικές εικόνες μέσης χωρικής ανάλυσης στην κόκκινη και εγγύς υπέρυθρη περιοχή του μήκους κύματος, για να διευκολύνει την παρακολούθηση ηπειρωτικής κλίμακας πρόσφατα καμένων περιοχών. Για να καταστεί δυνατή η υψηλή ικανότητα ανίχνευσης ανεξάρτητα από τον επηρεαζόμενο τύπο βλάστησης, τα όρια τμηματοποίησης προέρχονται δυναμικά από πληροφορίες με βάση τα συμφραζόμενα. Αυτό γίνεται με τη χρήση μιας μορφολογικής προσέγγισης για τον προσδιορισμό της περιμέτρου. Τα αποτελέσματα έχουν επικυρωθεί σε άλλα περιστατικά πυρκαγιάς στην Ευρώπη. Έχει αποδειχθεί ότι η εν λόγω μέθοδος μπορεί να επιτύχει υψηλή ποιότητα ανίχνευσης σε σχεδόν πραγματικό χρόνο. Η μεγάλης κλίμακας σύγκριση δείχνει ότι τα αποτελέσματα συμπίπτουν με το 63% έως 76% της καμένης περιοχής στα σύνολα δεδομένων αναφοράς. Ενώ αυτά τα καθιερωμένα σύνολα δεδομένων είναι διαθέσιμα μόνο με χρονική καθυστέρηση αρκετών μηνών ή δημιουργούνται με χειροκίνητη αλληλεπίδραση, η προσέγγιση που παρουσιάζεται παράγει αποτελέσματα σε σχεδόν πραγματικό χρόνο πλήρως αυτόματα.
Με τον ίδιο τρόπο πραγματοποιήθηκε η χαρτογράφηση των πρόσφατα καμένων περιοχών της ορεινής Λεμεσού και Λάρνακας, με τον αυτόματο επεξεργαστή, όπως αναφέρθηκε πιο πάνω. Η χαρτογράφηση της καμένης έκτασης βασίστηκε στις παρατηρήσεις από τα δεδομένα των δορυφόρων Sentinel-3A και Sentinel-3B, οι οποίοι περνούσαν πάνω από τη συγκεκριμένη περιοχή και κατέγραφαν δεδομένα δύο φορές ημερησίως. Οι χρονοσειρές λήψεως δεδομένων κυμαίνονται από την 1η Ιουλίου έως την 7η Ιουλίου.
Οι καμένες περιοχές που προσδιορίζονται, είναι το αποτέλεσμα ενός πλήρως αυτοματοποιημένου επεξεργαστή που λειτουργεί στον Γερμανικό Οργανισμό Διαστήματος (German Aerospace Center, DLR). Αυτός ο επεξεργαστής αναλύει τα δεδομένα καναλιών του αισθητήρα Land Color Instrument (OLCI) που βρίσκεται στους δορυφόρους Sentinel-3A και Sentinel-3B. Οι καμένες περιοχές χαρτογραφούνται συγκρίνοντας την τρέχουσα εικόνα λήψης του Sentinel-3 με τις πληροφορίες πριν από την εκδήλωση της πυρκαγιάς.
Αποτελέσματα έρευνας
Σε πρόσφατη ανακοίνωση (02.07.2021) του Τμήματος Αρχαιοτήτων, Υπουργείο Μεταφορών, Επικοινωνιών και Έργων, αναφέρεται ότι 13 Αρχαία Μνημεία βρίσκονται στις πληγείσες από τις πυρκαγιές περιοχές. Συγκεκριμένα, πρόκειται για την Εκκλησία του Τίμιου Σταυρού και την Εκκλησία της Παναγίας Ιαματικής στον Αρακαπά, το Γεφύρι της Ακαπνού, τις Εκκλησίες του Αγίου Γεωργίου και της Παναγίας του Κάμπου στην Ακαπνού, την Εκκλησία της Αγίας Μαρίνας στην κοινότητα Οδού, την Εκκλησία της Παναγίας στη Βαβατσινιά, την Εκκλησία της Παναγίας Χρυσελεούσας στη Μελίνη, τον οικισμός Παρσάτα στην Ορά, την Εκκλησία των Αγίων Αναργύρων στους Αγίους Βαβατσινιάς, την Εκκλησία του Αρχαγγέλου Μιχαήλ και το Νερόμυλο στη Διερώνα, τον Ελιόμυλο στη Συκόπετρα.
Τα αποτελέσματα της ανάλυσης, παρουσιάζουν τη φωτιά κατά τη μέγιστη έκτασή της, τις ημερομηνίες 3 Ιουλίου, 4 Ιουλίου (κατά τη διάρκεια της πυρκαγιάς) και 5 Ιουλίου 2021 (μετά την πυρκαγιά). Παράλληλα, αναπαράγουν σε αυτές τα μνημεία της περιοχής. Οι τιμές στις εικόνες αποτελούν ένδειξη της σοβαρότητας της καύσης, τη χρονική στιγμή της λήψης, δηλαδή όσο υψηλότερες είναι οι τιμές, τόσο ισχυρότερη ήταν η ένταση της πυρκαγιάς. Παράλληλα, μέσα από τις συγκεκριμένες εικόνες οπτικοποιείται η γειτνίαση ή η απόσταση της φωτιάς από το εκάστοτε μνημείο, σε συνάρτηση με την έντασή της. Το άμεσο αποτέλεσμα αυτής της επεξεργασίας είναι η έγκαιρη, σχεδόν σε πραγματικό χρόνο, αξιολόγηση της κατάστασης κατά τη διάρκεια και αμέσως μετά την πυρκαγιά. Η αμεσότητα της μεθόδου αποτελεί εργαλείο προτεραιοποίησης δράσεων από τους εμπλεκόμενους φορείς.
Το έργο NAVIGATOR
Η πιο πάνω επεξεργασία πραγματοποιήθηκε στο πλαίσιο του Ερευνητικού Έργου με τίτλο “Copernicus Earth Observation Big Data for Cultural Heritage” (στα Ελληνικά: Δορυφορικά Δεδομένα Copernicus για την Πολιτιστική Κληρονομιά) και ακρωνύμιο NAVIGATOR (http://web.cut.ac.cy/navigator/), το οποίο υλοποιείται στα πλαίσια του προγράμματος «Νησίδες Αριστείας» των Προγραμμάτων «RESTART 2016-2020» για Έρευνα, Τεχνολογική Ανάπτυξη και Καινοτομία, του Ιδρύματος Έρευνας και Καινοτομίας Κύπρου (ΙδΕΚ). Το Έργο συντονίζει το Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών και Μηχανικών Γεωπληροφορικής (Εργαστήριο Τηλεπισκόπησης και Γεωπεριβάλλοντος) του ΤΕΠΑΚ, υπό τον Καθ. Διόφαντο Χατζιμιτσή, έχοντας ως εξωτερικό ερευνητικό συνεργάτη τον Γερμανικό Οργανισμό Διαστήματος (DLR). Η διεπιστημονική ομάδα ερευνητών που δραστηριοποιούνται στο εν λόγω Έργο και ασχολήθηκε με τη συγκεκριμένη ανάλυση και επεξεργασία των δεδομένων αποτελείται από τους Δρ. Michael Nolde και Δρ. Simon Plank (DLR), Δρ. Άθω Αγαπίου και Δρ. Βασιλική Λυσάνδρου (ΤΕΠΑΚ).
Το Έργο NAVIGATOR (με αρ. πρωτοκόλλου EXCELLENCE/0918/0052) έχει διάρκεια 24 μήνες (έναρξη 2.10.2019) και συγχρηματοδοτείται από διαρθρωτικά ταμεία της Ευρωπαϊκής Ένωσης στην Κύπρο και από την Κυπριακή Δημοκρατία. Γενικό στόχο του Έργου αποτελεί η παρακολούθηση του δομημένου αρχαιολογικού περιβάλλοντος και η καταγραφή φυσικών και ανθρωπογενών κινδύνων που δύναται να το επηρεάσουν, καθώς και η καταγραφή εναλλαγών που έχουν επέλθει σε περιοχές αρχαιολογικού ενδιαφέροντος, οι οποίες έχουν επηρεαστεί από διάφορους παράγοντες διαχρονικά, όπως για παράδειγμα η αστικοποίηση, οι σεισμοί κ.λπ. Αποτέλεσμα της μη-επεμβατικής αυτής παρακολούθησης, είναι, ανάμεσα σε άλλα, η ιεράρχηση προστασίας των διαφόρων περιοχών αρχαιολογικού αποθέματος, η προτεραιοποίηση στη διενέργεια αρχαιολογικών ανασκαφών, η μαζική καταγραφή και αποτύπωση αρχαιολογικών καταλοίπων σε περιοχές στις οποίες έχουν διενεργηθεί σωστικές ανασκαφές. Η παρακολούθηση πραγματοποιείται εξολοκλήρου μέσα από δεδομένα τηλεπισκόπησης, προερχόμενα από διάφορες πηγές. Ανάμεσα σε αυτές ανήκει και η χρήση δεδομένων που προέρχονται από το ευρωπαϊκό διαστημικό πρόγραμμα Copernicus, το Ευρωπαϊκό Πρόγραμμα για την Παρατήρηση και Παρακολούθηση της Γης (https://www.copernicus.eu/en/about-copernicus).
