Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΓΕΙΟΥ ΣΑΡΩΤΗ ΛΕΪΖΕΡ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΕΡΕΥΝΑ

Παρουσίαση με θέμα: "Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΓΕΙΟΥ ΣΑΡΩΤΗ ΛΕΪΖΕΡ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΕΡΕΥΝΑ"— Μεταγράφημα παρουσίασης:

1 Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΕΠΙΓΕΙΟΥ ΣΑΡΩΤΗ ΛΕΪΖΕΡ ΣΤΗΝ ΠΑΡΑΚΤΙΑ ΕΡΕΥΝΑ
Εμμανουήλ Κ. Οικονόμου1 & Θεόδωρος Γ. Πανάγου2 1 Τμήμα Πολιτικών Μηχανικών και Μηχανικών Τοπογραφίας & Γεωπληροφορικής, ΤΕΙ Αθήνας 2 Τμήμα Επιστημών της Θάλασσας, Πανεπιστήμιο Αιγαίου, Μυτιλήνη *

2 ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η παρακολούθηση των ακτών και των παράκτιων κατασκευών γίνεται ολοένα και πιο σημαντική. Η δυνατότητα δημιουργίας ταχέων και υψηλής ακριβείας παρακτίων Ψηφιακών Μοντέλων Εδάφους (Digital Elevation Models - DEMs) αποτελεί σημαντικό θέμα στην μοντελοποίηση της παράκτιας μορφοδυναμικής. Συγκρίνοντας ΨΜΕ διαφορετικών χρονικών αποτυπώσεων εντοπίζονται οι μετακινήσεις των ιζημάτων (sediment transport) και υπολογίζονται τα προφίλ και οι όγκοι τους και πιθανά μελλοντικά σενάρια παράκτιων αλλαγών (διάβρωσης ή πρόσχωσης).

3 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΑΛΛΕΣ ΜΕΘΟΔΟΥΣ
Οι κλασικές τοπογραφικές μέθοδοι (γεωδαιτικοί σταθμοί/Total Stations) και RTK (Real Time Kinetics) παρέχουν υψηλής ακριβείας βαθυμετρία για ρηχά νερά, αλλά είναι χρονοβόρες σε μεγάλες εκτάσεις. Φωτογραμμετρικές και εναέριες αποτυπώσεις με τεχνολογία Lidar μπορούν να παρέχουν ταχύτερες αποτυπώσεις μικρότερης ακρίβειας αλλά ιδιαίτερα αυξανόμενου κόστους. Το πλήθος των σύγχρονων οργάνων και τεχνικών αποτυπώσεων που προσφέρονται αντανακλούν τα διακριτά εύρη, τις χωρικές κλίμακες και τις περιβαλλοντικές συνθήκες για την οποία κάθε μέθοδος είναι καταλληλότερη.

4 Επίγειος σαρωτής λέιζερ (TLS)
Τεχνικές προδιαγραφές Αναπτύχθηκε αρχικά για εφαρμογές σε κτηριακές, βιομηχανικές και μεταλλευτικές αποτυπώσεις. Το πράσινο παλμικό λέιζερ που διαθέτει λειτουργεί σε μήκος κύματος 532 nm. Απόσταση σάρωσης μέχρι 300m 50,000 points/sec Ακρίβεια θέσης 6mm (για αποστάσεις 0~50m). Ο χειρισμός του οργάνου γίνεται αποκλειστικά μέσω φορητού υπολογιστή. Leica ScanStation

5 ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΠΕΔΙΟΥ Επιλέχθηκε παραλία τσέπης (pocket beach) στην Αρτέμιδα Αττικής (Λούτσα). Εγκαταστάθηκε τοπογραφικό τριγωνομετρικό δίκτυο περιμετρικά της παραλίας όπου έγινε σύνδεση με το εθνικό δίκτυο χρησιμοποιώντας RTK. Για την γεωαναφορά των μετρήσεων του σαρωτή χρησιμοποιήθηκαν δύο σφαιρικοί στόχοι σαρωτή και δύο επιπλέον σταθερά σημεία, και η θέση τους επιλύθηκε με μετρήσεις από γεωδαιτικό σταθμό Leica μοντέλο TS02. Ο σαρωτής λέιζερ τοποθετήθηκε περί τα 2.65m υψόμετρο και σε θέση όπου εξασφαλίζονταν πανοραμική θέα της παραλίας

6 ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΠΕΔΙΟΥ Διάγραμμα σαρώσεων Συνολικά 9 σαρώσεις με σταθερό εύρος σάρωσης κατά την κατακόρυφο και μεταβλητά το εύρος σάρωσης κατά την οριζόντιο και την ευκρίνεια σάρωσης. Σάρωση Νο Εύρος σάρωσης Βήμα σάρωσης Οριζόντια Κάθετα 1 3450 x 1800 00 x -450 (0.05x0.05)m 2 650 x 660 (0.02x0.001)m 3 670 x 680 (0.001x0.001)m 4 690 x 710 (0.02x0.02)m 5 720 x 750 6 750 x 780 7 500 x 900 (0.05x0.001)m 8 (0.1x0.001)m 9 800 x 900 (0.001x0.1)m

7 ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΣΑΡΩΣΗΣ Σε όλες τις σαρώσεις το όργανο κατάφερε να αποτυπώσει τον θαλάσσιο πυθμένα και να δώσει το προφίλ του. Ειδικά για την σάρωση με υψηλή ευκρίνεια (1mm × 1mm) αποτυπώθηκαν οι μικρής κλίμακας υποθαλάσσιες αμμορυτίδες του πυθμένα πλάτους 10cm. Η υψηλή ευκρίνεια στην αποτύπωση του παράκτιου πυθμένα βοηθάει στην βελτίωση των προσομοιώσεων θαλάσσιας ροής.

8 ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΣΑΡΩΣΗΣ Δημιουργήθηκαν διαγράμματα πυκνότητας όλων των δεδομένων οριζόντιας [Εικόνες (α),(β)] και της κατακόρυφης [Εικόνα (γ)] σάρωσης που συλλέχθηκαν στο πεδίο. Η πυκνότητα των δεδομένων ελαττώνεται με την αύξηση της απόστασης από τον σαρωτή, με την πλειοψηφία των δεδομένων να βρίσκονται σε απόσταση περί των 25 m από τον σαρωτή. Αρκετά δεδομένα της σάρωσης που προέρχονται από την θαλάσσια επιφάνεια μπερδεύονται με ανακλάσεις από τον θαλάσσιου πυθμένα. Επομένως, ο διαχωρισμός των δεδομένων γίνεται επιπρόσθετα δύσκολος. (α) (β) (γ)

9 ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΔΕΔΟΜΕΝΩΝ ΣΑΡΩΣΗΣ
Κλασικές τεχνικές αποτύπωσης Αποτύπωση με σαρωτή Επίλυση τριγωνομετρικού δικτύου περιμετρικά της ακτής με αναφορά σε ΕΓΣΑ 87. Επίλυση ταχυμετρικών σημείων και δημιουργία τρισδιάστατου ψηφιακού μοντέλου πυθμένα σε περιβάλλον AutoCAD Civil 3D. Δημιουργία προφίλ πυθμένα με την βοήθεια ευθυγράμμισης κατά μήκος βυθομετρικών ταχυμετρικών σημείων. Τα νέφη σημείων (point- clouds) της σάρωσης γεω- αναφέρονται με την χρήση των δύο σφαιρικών στόχων και δύο επιπλέον σταθερών σημείων. Δημιουργία τρισδιάστατου ψηφιακού μοντέλου πυθμένα από τα δεδομένα σάρωσης και προφίλ κατά μήκος των ίδιων βυθομετρικών ταχυμετρικών σημείων.

10 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ ΣΥΓΚΡΙΣΗΣ
Το προφίλ από γεωδαιτικό σταθμό TS (κόκκινη γραμμή) θεωρείται ως η «αληθινή» βαθυμετρία. Βαθυμετρικές διαφορές μεταξύ των δύο προφίλ: 0-10m απόσταση από την ακτή διαφορά 10cm 10-20m απόσταση από την ακτή διαφορά 30cm 26m απόσταση από την ακτή διαφορά 40cm Για αποστάσεις >26m από την ακτή ο σαρωτής δεν μπορεί να αποτυπώσει βαθυμετρία λόγω της γωνίας κλίσης μεταξύ της θέσης του σαρωτή σε σχέση με τον πυθμένα. Η ρίζα της μέσης τετραγωνικής απόκλισης (RMS error) για 50 σημεία βρέθηκε ~20%

11 ΜΟΝΤΕΛΟ ΔΙΟΡΘΩΣΗΣ ΔΙΑΘΛΑΣΗΣ
Το παλμικό σήμα του σαρωτή καθώς εισέρχεται μέσα στο νερό διαθλάται. Ένα σημείο του πυθμένα με πραγματικές συντεταγμένες (Χ, Z) αποτυπώνεται σε θέση (Χr, Zr). Απαιτείται να εφαρμοστεί μοντέλο διόρθωσης των δεδομένων σάρωσης λόγω της διάθλασης. Το μοντέλο διόρθωσης εξαρτάται από την θερμοκρασία, αλατότητα και πυκνότητα του θαλασσινού νερού και περιπλέκεται περισσότερο με την τυχόν ύπαρξη θερμοκλινούς, εσωτερικών κυματισμών και αιωρούμενων ιζημάτων.

12 ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ
Η εφαρμογή απλοποιημένου μοντέλου διόρθωσης των δεδομένων σάρωσης λόγω διάθλασης (πράσινη γραμμή) συγκρίνεται με τα αρχικά μη- διορθωμένα δεδομένα σάρωσης (μπλε γραμμή) και τα δεδομένα από γεωδαιτικό σταθμό (κόκκινη γραμμή). Για 10-20m απόσταση από την ακτή η διαφορά μειώθηκε από 30cm σε μέγιστο 10cm. Για αποστάσεις 0-10m από την ακτή το μοντέλο διόρθωσης λόγω διάθλασης δίνει χειρότερα αποτελέσματα.

13 ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Ο παλμικός πράσινος σαρωτής λέιζερ (TLS) δύναται να αποτυπώσει την τοπογραφία πυθμένα με υψηλή ακρίβεια για μικρά βάθη, αν και οι εμπορικοί επίγειοι σαρωτές δεν έχουν σχεδιαστεί για την ανίχνευση της επιφάνειας της θάλασσας και της βαθυμετρίας. Ανάλογα με την επιλογή ευκρίνειας σάρωσης, και σε συνδυασμό με την γεωλογία του πυθμένα, μπορούνε να αποτυπωθούνε υποθαλάσσιοι σχηματισμοί μικρο-κλίμακας. Η τεχνολογία παράκτιου σαρωτή μπορεί να αποτυπώσει με μεγάλη ακρίβεια - και σε μικρό χρονικό διάστημα εργασιών πεδίου - ακτές τσέπης, λιμενικά έργα (επισκευές, επεκτάσεις), πλευρές σκαφών (ναυπηγικές εφαρμογές), υποθαλάσσιους αρχαιολογικούς χώρους κλπ. Σημαντική βελτίωση αποτελεσμάτων όταν εφαρμόζεται απλό μοντέλο διόρθωσης λόγω διάθλασης του παλμικού σήματος σάρωσης, αλλά μόνο για αποστάσεις από την ακτή >10 m.

14 ΜΕΛΛΟΝΤΙΚΗ ΕΡΕΥΝΑ Απαιτείται εφαρμογή πολύπλοκου μοντέλου διόρθωσης λόγω διάθλασης του παλμικού σήματος σάρωσης εντός θαλασσινού νερού. Περισσότερη έρευνα για την επίδραση των εξής παραγόντων: Εύρος σάρωσης Γεωμετρία σάρωσης (π.χ. ύψος σαρωτή σε σχέση με προσπίπτουσα γωνία σάρωσης) Ευκρίνεια σάρωσης Τεχνικές φιλτραρίσματος δεδομένων σάρωσης Επίδραση ιδιοτήτων θαλασσινού νερού (αλατότητα, θερμοκρασία, ύπαρξη θερμοκλινούς κλπ.) Εργαστηριακά πειράματα για διαφορετικούς τύπους επίγειων σαρωτών λέιζερ και χρησιμοποιώντας δεξαμενές νερού με διαφορετικές συνθήκες . Οι επίγειοι σαρωτές σε συνδυασμό με βιντεοκάμερες μπορούνε να αποτελέσουνε ένα προηγμένο και ολοκληρωμένο σύστημα παράκτιας παρακολούθησης επί 24ωρου βάσης.