Διερεύνηση και μελέτη ακρίβειας και αξιοπιστίας της εφαρμογής μεθοδολογιών για την εξαγωγή βαθυμετρίας από την επεξεργασία πολυφασματικών εικόνων, σε παράκτια ύδατα, για την υποστήριξη της ασφάλειας της ναυσιπλοΐας

Abstract

In this PhD dissertation the results of the investigation and exploitation of a new method of analysis and processing of the Passive Multispectral Imagery are presented for the extraction of Bathymetry. The aim is to exploit the new satellite derived bathymetry model in the production process of nautical charts and other maritime publications. In the present study, the spectral effect of the marine waters of specific study areas on the entire coastal zone (shore, coastal / marine / deep water) geomorphology of the coastal zone has been investigated, evaluated and exploited, which influences the accuracy of the results of the bathymetry models. The derivation (determination) of bathymetry data from the new model must be possible irrespective of the spatial variation of the Water Color Reflectance, Seabed Reflectance, and Atmospheric Conditions prevailing in each study area.In addition, based on the results of the assessment of this dissertation the new bathymetric model / algorithm developed, tries to ask questions such as: (1) if the bathymetry calculated by the model - algorithm created in the present study, can be used for purposes of nautical cartography, and if this the case what is the accuracy achieved or which are the hydrographic categories or specifications that can be satisfied according to the standards of the International Hydrographic Organization. (2) How and under what conditions the bathymetry data from the analysis of satellite imagery can contribute to the faster updating of the different categories of printed or electronic nautical charts. On the basis of the above and after a large number of experiments and tests it is estimated that the extracted (modelled) bathymetric data from the new model (Hybrid model) developed in this PhD thesis can be used in addition to the other hydrographic data in the cartographic process of the production of the printed and electronic nautical charts. It has also been found that this is a technique that can cope with the current difficulties in rapid collection of bathymetric data, as it can contribute to the short completion, production and updating of nautical charts. Finally, it was confirmed that the cartographic exploitation of the method investigated in this PhD thesis can save resources (human resources, time, and financial expenses) to be made available by the competent bodies in other actions or to perform other work in the field where more accuracy is required in bathymetric data collection.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της διερεύνησης και αξιοποίησης μίας νέας μεθοδολογίας ανάλυσης και επεξεργασίας των πολυφασματικών δορυφορικών εικόνων (Passive Multispectral Imagery), για την εξαγωγή βαθυμετρίας (Bathymetry Extraction). Στόχος είναι το νέο μοντέλο εξαγωγής δορυφορικής βαθυμετρίας να αξιοποιηθεί στις διαδικασίες παραγωγής ναυτικών χαρτών και άλλων ναυτιλιακώ εκδόσεων. Στην παρούσα εργασία ερευνήθηκε, αξιολογήθηκε και αξιοποιήθηκε η φασματική επίδραση (Spectral Influence) των θαλασσίων υδάτων συγκεκριμένων περιοχών μελέτης σε ολόκληρο το φάσμα της γεωμορφολογίας του πυθμένα (ακτή, παράκτια/ρηχά ύδατα, βαθιά ύδατα) της παράκτιας ζώνης, η οποία επηρρεάζει την ακρίβεια των αποτελεσμάτων των μοντέλων της βαθυμετρίας. Η εξαγωγή (προσδιορισμός) των δεδομένων βαθυμετρίας από τον νέο μοντέλο δορυφορικής βαθυμετρίας, πρέπει να είναι εφικτή ανεξαρτήτως της χωρικής μεταβολής της σύστασης της θαλάσσιας μάζας (Water Color Reflectance), της ανακλαστικότητας του θαλάσσιου πυθμένα (Seabed Reflectance) και των ατμοσφαιρικών συνθηκών (Atmospheric Conditions) που επικρατούν στις εκάστοτε περιοχές μελέτης. Επιπρόσθετα, με βάση τα αποτελέσματα αξιολόγησης του εκπονηθέντος στην παρούσα διατριβή βαθυμετρικού μοντέλου-αλγορίθμου επιχειρήθηκε να δοθούν απαντήσεις σε ερωτήματα όπως (1) εάν η βαθυμετρία που υπολογίζεται από το επινοηθέν στην παρούσα εργασία μοντέλο-αλγόριθμο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τους σκοπούς της ναυτικής χαρτογραφίας, και εάν ναι, ποια η ακρίβεια που επιτυγχάνεται, ή σε ποια κατηγορία ή προδιαγραφές υδρογράφησης δύναται να χρησιμοποιηθεί, σύμφωνα με τα πρότυπα του Διεθνούς Υδρογραφικού Οργανισμού. (2)Πως και υπό ποιες προϋποθέσεις τα δεδομένα βαθυμετρίας, που προέρχονται από ανάλυση των δορυφορικών εικόνων, δύνανται να συνεισφέρουν στην ταχύτερη επικαιροποίηση (Charts Updating) των διαφόρων κατηγοριών έντυπων ή ΗΝ Ναυτικών Χαρτών.Με βάση τα προαναφερθέντα, και ύστερα από την διενέργεια μεγάλου αριθμού πειραμάτων και δοκιμών εκτιμάται ότι η εξαγώμενη βαθυμετρική πληροφορία από το μοντέλο (Υβριδικό μοντέλο) που αναπτύχθηκε στην παρούσα διδακτορική διατριβή δύναται να χρησιμοποιηθεί συμπληρωματικά με τα υπόλοιπα υδρογραφικά δεδομένα στην χαρτογραφική διαδικασία παραγωγής των έντυπων και ηλεκτρονικών ναυτικών χαρτών. Επίσης, διαπιστώθηκε ότι πρόκειται για μία τεχνική, η οποία μπορεί να αντιμετωπίσει τις δυσχέρειες που παρουσιάζονται σήμερα στην τακτή και ταχεία συλλογή βαθυμετρικών στοιχείων, καθόσον δύναται να συνεισφέρει στην σύντομη συμπλήρωση, παραγωγή και επικαιροποίηση των ναυτικών χαρτών. Τέλος, επιβεβαιώθηκε το γεγονός ότι η χαρτογραφική αξιοποίηση της μεθόδου που ερευνήθηκε στην παρούσα διδακτορική διατριβή δύναται να εξοικονομήσει πόρους (ανθρώπινο δυναμικό, χρόνο, οικονομική δαπάνη), ώστε αυτά να διατεθούν από τους αρμόδιους φορείς σε άλλα έργα-δράσεις ή να εκτελεστούν εργασίες πεδίου σε άλλες περιοχές, εκεί δηλαδή που απαιτείται μεγαλύτερη ακρίβεια στην συλλογή των βαθυμετρικών δεδομένων.