Συμβολή της υποστηριζόμενης από GPS και GIS διαστημικής τηλεπισκόπησης στη μορφοτεκτονική έρευνα της Κεντρικής Μακεδονίας

Abstract

Earth Observation from space is nowadays an important activity of the European Union within its environmental policies. In this context, spaceborne Remote Sensing has been attracting an increasing attention among the scientific community. In the last few decades, the rapid evolution of space technology has significantly contributed to the recognition of Remote Sensing as an important tool and source of information for Geoscience applications. At the same time, new techniques and advanced capabilities of digital processing of remote sensing data, along with additional technologies such as Geographical Information Systems (GIS) and Global Navigation Satellite Systems (GNSS), have established unprecedented capabilities of collection, synthesis, analysis and representation of extremely inhomogeneous data and information. Among many other implications, this has lead to impressive results regarding the digital representation of the Earth’s relief and the mapping of several geodynamical phenomena. This thesis deals with the contribution of spaceborne Remote Sensing in Geosciences, with emphasis on: (1) the synergy with GIS and GNSS, (2) the topographic-geodetic components of Remote Sensing, with the implementation of SAR Interferometry (InSAR) techniques and (3) the evaluation of Remote Sensing methods and data, such as satellite images, Digital Elevation Models/DEMs and GPS data. The application area primarily concerns the fields of Geomorphology, Morphotectonics and Seismotectonics. In this context, the purpose of the analyses carried out was the processing of satellite data and images of various spatial and spectral resolution (ENVISAT/ASAR, ERS, TerraSAR-X, SPOT-5, LANDSAT) as well as the use and validation of DEMs from various sources (SRTM, GDEM, InSAR etc), in order to study areas in Central Macedonia (Northern Greece). Special attention is given to the broader area of Mygdonia basin (Geomorphology and Morpho-Seismotectonis), the city of Thessaloniki and the broader Kalohori area (subsidence phenomena). The results and conclusions of this study are related to new information about subsidence and deformation phenomena in the study area, the validation of DEMs, the seismotectonic analysis of several important faults, the geodynamics of Central Macedonia as it is drawn from extensive GPS measurements and additional assessment of data and methods implemented.

Η «Παρατήρηση της Γης» (Earth Observation) από το διάστημα αποτελεί σήμερα κεντρικό άξονα της Ευρωπαϊκής περιβαλλοντικής πολιτικής. Στο πλαίσιο αυτό, το γνωστικό αντικείμενο της Τηλεπισκόπησης και ιδιαίτερα η διαστημική του έκφανση γνωρίζει ιδιαίτερη ανάπτυξη. Η αλματώδης πρόοδος της διαστημικής τεχνολογίας, υπήρξε καθοριστική στην καθιέρωση της Τηλεπισκόπησης στο χώρο των Γεωεπιστημών. Παράλληλα, νέες τεχνικές και προηγμένες δυνατότητες ψηφιακής επεξεργασίας των τηλεπισκοπικών δεδομένων, σε συνδυασμό με πρόσθετα εργαλεία της σημερινής τεχνολογίας, όπως τα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών (Geographical Information Systems/GIS) και τα Παγκόσμια Δορυφορικά Συστήματα Πλοήγησης (Global Navigation Satellite Systems/GNSS), έχουν θεμελιώσει άνευ προηγουμένου δυνατότητες συλλογής, σύνθεσης, ανάλυσης και αναπαράστασης εξαιρετικά ετερόκλητων δεδομένων και πληροφοριών, με εντυπωσιακά αποτελέσματα στην ψηφιακή αναπαράσταση του γήινου αναγλύφου και τη χαρτογράφηση διαφόρων γεωδυναμικών φαινομένων στην επιφάνεια της Γης. Το αντικείμενο, το οποίο πραγματεύεται η παρούσα διδακτορική διατριβή, είναι η συμβολή της διαστημικής/δορυφορικής Τηλεπισκόπησης στις Γεωεπιστήμες, με έμφαση: (1) στις δυνατότητες συνέργιας με τα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών (Geographical Information Systems/GIS) και τα Παγκόσμια Δορυφορικά Συστήματα Πλοήγησης (Global Navigation Satellite Systems/GNSS), (2) στις τοπογραφικές-γεωδαιτικές δυνατότητες της Τηλεπισκόπησης με την εφαρμογή τεχνολογιών αιχμής όπως η συμβολομετρία SAR (SAR Interferometry/InSAR) και (3) στην αξιολόγηση των τηλεπισκοπικών τεχνικών και δεδομένων (εικόνες, ψηφιακά μοντέλα εδάφους, δεδομένα GPS) στις Γεωεπιστήμες. Το πεδίο εφαρμογής αφορά κυρίως τους κλάδους της Γεωμορφολογίας, Μορφοτεκτονικής και Σεισμοτεκτονικής. Ειδικότερα, σκοπός ήταν η ειδική επεξεργασία και ανάλυση δορυφορικών εικόνων διαφορετικής χωρικής και φασματικής ανάλυσης (ENVISAT/ASAR, ERS, TerraSAR-X, SPOT-5, LANDSAT) σε συνδυασμό με τη συλλογή και επεξεργασία άλλων δεδομένων (π.χ. εκτεταμένων κινηματικών δεδομένων GPS), καθώς και η χρήση και αξιολόγηση ψηφιακών μοντέλων εδάφους (Digital Elevation Models/DEMs) από διάφορες πηγές (SRTM, GDEM, InSAR κ.α.), στο χώρο της Κεντρικής Μακεδονίας. Το επίκεντρο του ενδιαφέροντος εντοπίζεται στην ευρύτερη περιοχή της Μυγδονίας Λεκάνης (μορφο-σεισμοτεκτονικού ενδιαφέροντος), στο οικιστικό συγκρότημα της Θεσσαλονίκης και τέλος στην ευρύτερη περιοχή του Καλοχωρίου, όπου απαντούν φαινόμενα καθίζησης. Τα αποτελέσματα της διατριβής αφορούν νέα στοιχεία που προέκυψαν για τα φαινόμενα καθίζησης και παραμόρφωσης γύρω από τη Θεσσαλονίκη, την αξιολόγηση της ακρίβειας των DEM, τη σεισμοτεκτονική ανάλυση σημαντικών ρηγμάτων της περιοχής μελέτης, το γεωδυναμικό καθεστώς στην Κεντρική Μακεδονία, όπως αυτό προκύπτει από μετρήσεις GPS, καθώς και τις επιμέρους αξιολογήσεις των χρησιμοποιούμενων δεδομένων και τεχνικών.