Wykorzystanie teledetekcji satelitarnej do badania procesu akumulacji zanieczyszczeń w rejonie Zbiornika Dobczyckiego

• Autorzy: Mularz S. , Drzewiecki W. , Hejmanowska B. , Pirowski T.

Warianty tytułu

EN

Using of satellite remote sensing for water contaminants accumulation process assessment in Dobczyce Reservoir

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wstępne wyniki badań dotyczących próby wykorzystania obrazów zarejestrowanych z pokładu satelity EO-1 za pomocą sensora ALI (Advanced Land Imager) dla oceny stanu, relacji przestrzennych procesu akumulacji oraz sposobu propagacji zanieczyszczeń w obrębie testowanego rezerwuaru – Zbiornika Dobczyckiego. Metodyka badań polegała na wykorzystaniu różnych procedur przetwarzania pełnego zestawu wielospektralnych danych obrazowych. Procedury te można ująć w dwa główne segmenty: - wzmacnianie odwzorowania (modyfikacja kontrastu, progowanie, techniki filtracyjne, fuzja kanału panchromatycznego z kanałami spektralnymi) - ekstrakcja informacji tematycznej (wagowanie obrazów, generowanie kompozycji barwnych wraz z ich analizą statystyczną, automatyczna klasyfikacja danych wielospektralnych). Skoncentrowano się na ocenie pojemności informacyjnej kompozycji barwnych pełnego zestawu wielospektralnych danych satelitarnych, w oparciu o różne procedury statystyczne (wskaźniki OIF i MOIK). Następnym etapem było testowanie przydatności procedur wzmocnienie przestrzennej informacji spektralnej z uwagi na 16 bitowy zapis wykorzystano, nie stosowaną do tej pory w Polsce metodę lokalnej korelacji. Zasadnicze zadanie polegało na kategoryzacji wód zbiornika ze względu na rejestrowaną zawiesinę. Zadanie to zrealizowano poprzez klasyfikację nienadzorowaną i progowanie. W toku badań uzyskano niezwykle interesujący obraz przestrzenny rozpływu zawiesiny, stanowiącej efekt dostawy materii mineralnej i organicznej, przede wszystkim z obszaru zlewni bezpośredniej zbiornika, a zwłaszcza z jej północnej części. Obserwuje się przy tym wyraźną strefowość, będącą wynikiem zróżnicowanej koncentracji zawiesiny oraz dających się śledzić kierunków jej propagacji. Rezultaty badań pozwalają na stwierdzenie, że satelitarne obrazy pozyskiwane za pomocą sensora ALI mogą być z powodzeniem wykorzystywane do oceny stopnia i przestrzennego rozkładu zanieczyszczeń sztucznych zbiorników wodnych, ładunkiem materii mineralnej i organicznej. Planowana jest kontynuacja badań w ramach projektu badawczego KBN zlewni górnej Raby.

EN

The preliminary results of using multispectral images from an ALI (Advanced Land Imager) sensor on board the EO-1 satellite for assessment of the accumulation process and spatial propagation of water contaminations in the tested reservoir – Dobczyce Reservoir, are presented in this paper. The methodology of this study was based on different procedures of the full set of multispectral data processing compiled into two segments, namely: (1) image enhancement (radiometric correction, contrast manipulation, thresholding, spatial filtering, merging of panchromatic and spectral bands) and (2) thematic information extraction (multi-image manipulation, color composite generation and quantitative criteria analysis, unsupervised image classification). The study focused on evaluating the color composite of all multispectral satellite data based on varied statistical procedures (OIF and MOIK index). In the next stage, the usefulness of the spectral information enhancement procedure, concerning the 16 bits per pixel recording, was tested. The Local Correlation Method, not used in Poland before, was applied for this task. The main task relied on reservoir water categorization regarding water suspension. The task used the unsupervised classification and threshold procedure. A very interesting pattern of suspended matter propagation as a deposition of mineral and organic matter originating from the immediate watershed, especially from its northern part, was obtained during the course of investigation. A very clear zoning as an indicator of different concentration of water contamination was also observed. In conclusion, ALI sensor data were very useful for spatial distribution of water mineral and organic contamination within the inland water reservoirs. A continuation of the research in a scientific project, financed by the KBN is planned for upper Raba.

Słowa kluczowe

PL

teledetekcja satelitarna; sensor ALI; zanieczyszczenie wód; zbiornik wodny

EN

satellite remote sensing; sensor ALI; water contamination; water reservoir

• Wydawca: Zarząd Główny Stowarzyszenia Geodetów Polskich
• Czasopismo: Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 16
• Strony: 425--435
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz.

Twórcy

autor

Mularz S.

• Zakład Fotogrametrii i informatyki Teledetekcyjnej, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, tel. [phone]

autor

Drzewiecki W.

• Zakład Fotogrametrii i informatyki Teledetekcyjnej, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, tel. [phone]

autor

Hejmanowska B.

• Zakład Fotogrametrii i informatyki Teledetekcyjnej, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, tel. [phone]

autor

Pirowski T.

• Zakład Fotogrametrii i informatyki Teledetekcyjnej, Akademia Górniczo-Hutnicza w Krakowie, tel. [phone]

Bibliografia

• 1. Barry P., Jarecke, P., Pearlman, J., Jupp, D., Lovell, J., and Campbell, S., 2001. Use of the Lake Frome Ground Truth Campaign as a Cross-Calibration of the Hyperion Instrument. IEEE 2001 International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), Sydney, Australia, July 9-14, 2001, Vol. 6, s. 2538-2540.
• 2. Baruah, P.J., Tamura, M., Oki, K., Nishimura, H., 2002. Neural network modeling of surface chlorophyll and sediment content in inland water from Landsat Thematic Mapper imagery using multidate spectrometer data. [w:] Gilbert, G.D., Frouin, R.J. (Eds.), Ocean Optics: Remote Sensing and Underwater Imagery. Proceedings of SPIE the International Society for Optical Engineering, Seattle, s. 205-212.
• 3. Béthune S., Muller F., Donnay J. P., 1998. Fusion of multispectral and panchromatic images by local mean and variance matching filtering techniques, Fusion of Earth Data: merging point measurements, raster maps and remotely sensed images, Sophia-Antipolis, s. 31-36.
• 4. Chavez P. S, Jr., Guptill S. C., Bowell J. A., 1984. Image Processing techniques for Thematic Mapper data. Proceedings, ASPRS-ACSM Technical Papers, Vol. 2, s. 728-742.
• 5. Dekker A.G., Peters SWM, Rijkeboer M, Berghuis H., 1998. Analytical processing of multi-temporal SPOT and Landsat images. Proceedings of EARSeL Conference May 1998 in Enschede, Netherlands: Operational Remote Sensing for Sustainable Development. Rotterdam: Balkema, 1998, s. 315-323.
• 6. Dekker A. G., Vos R.J., Peters S.W.M., 2001. Comparison of remote sensing data, model results and in situ data for total suspended matter /TSM/ in the southern Frisian lakes. The Science of the Total Environment, 268, s. 197-214.
• 7. Dekker, A.G., Brando V.E., Pinnel N., Held A., 2002. Backscatter magazine "HYPERION: the first imaging spectrometer from space: also suitable for inland and coastal water observations”, http://www.waterobserver.org/backscatter/issue-02-winter.html.
• 8. Hejmanowska B., Drzewiecki W., Głowienka E., Mularz S., Zagajewski B., Sanecki J., 2006. Próba integracji satelitarnych obrazów hiperspektralnych z nieobrazowymi naziemnymi danymi spektrometrycznymi na przykładzie Zbiornika Dobczyckiego. Archiwum Fotogrametrii, Kartografii i Teledetekcji, Vol. 16 (w druku).
• 9. Hellweger F.L., Schlosser P., Lall U., Weissel J.K., 2004. Use of satellite imagery for water quality studies in New York Harbor Estuarine. Coastal and Shelf Science, 61, s. 437-448.
• 10. Hill J., Diemer C., Stöver O., Udelhoven Th., 1999. A local correlation approach for the fusion of remote sensing data with different spatial resolutions in forestry applications. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. 32, Part 7-4-3 W6.
• 11. Kloiber, S.M., Brezonik, P.L., Olmanson, L.G., Bauer, M.E., 2002a. A procedure for regional lake water clarity assessment using Landsat multispectral data. Remote Sensing of Environment, 82, s. 38-47.
• 12. Kloiber, S.M., Brezonik, P.L., Bauer, M.E., 2002b. Application of Landsat imagery to regional-scale assessments of lake clarity. Water Research, 3, s. 4330-4340.
• 13. Lindell L.T., Pierson D., Premazzi G., Zillioli E., 1999. Manual for monitoring European lakes using remote sensing techniques. Luxembourg: European Community.
• 14. Mayo, M., Gitelson, A., Yacobi, Y.Z., Ben-Avraham, Z., 1995. Chlorophyll distribution in Lake Kinneret determined from Landsat Thematic Mapper data. International Journal of Remote Sensing, 16, s. 175-182.
• 15. Moik, J. G., 1980. Digital Processing of Remotely Sensed Images. Washington, D.C.NASA, Government Printing Office.
• 16. Mularz S., Drzewiecki W., Pirowski T., 2000. Merging Landsat TM images and airborne photographs for monitoring of open-cast mine area. International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Amsterdam, s. 920-927.
• 17. Park J. H., Wikantika K., Tateishi R., 1999. Comparison of four different methods to fuse multi-sensor and multi-resolution remotely sensed data for urban topographic mapping. IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, 28 June - 2 July, Hamburg, Germany, 0-7803-5207-6/99.
• 18. Pearlman, J., Carman S., Segal C., Jarecke P., Clancy P., Browne W., 2001. Overview of the Hyperion Imaging Spectrometer for the NASA EO-1 Mission, IEEE IGARRS, Vol. 7, s. 3036-3038.
• 19. Sawaya, K.E., Olmanson, L.G., Heinert, N.J., Brezonik, P.L., Bauer, M.E., 2003. Extending satellite remote sensing to local scales: land and water resource monitoring using high-resolution imagery. Remote Sensing of Environment, 88, s.144-156.
• 20. Schiebe, F.R., Harrington, J.A., Ritchie, J.C., 1992. Remote sensing of suspended sediments: the Lake Chicot, Arkansas project. International Journal of Remote Sensing, 13, s. 1487-1509.
• 21. Starmach J., Mazurkiewicz-Boroń (red), 2000. Zbiornik Dobczycki. Ekologia - eutrofizacja - ochrona. Zakład Biologii Wód im. Karola Starmacha, PAN, Kraków.
• 22. Verdin, J.P., 1985. Monitoring water quality conditions in a large western reservoir with Landsat imagery. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, 51, s. 343-353.
• 23. Verstraeten G., Van Rompaey A., Poesen J., Van Oost K., Govers G., 2003. Evaluating the impact of watershed management scenarios on changes in sediment delivery to rivers. Hydrobiologia, 494, s. 153-158.