Ανάπτυξη γεωχωρικού, πολυπαραμετρικού μοντέλου για την εκτίμηση των επιπτώσεων στο τοπίο από τη μεταλλευτική δραστηριότητα

Abstract

One of the most important negative impacts of the mining activity is its footprint left on the landscape. The very intense alteration of each landscape’s original character of from surface mining is an indisputable fact with extensions in the economic, socio-cultural and psychosomatic level. The increased visibility of (the views of) quarry excavations from some locations or even wider areas cause a general degradation of the latter ones. More specifically, in such areas there is a decrease: in the values of land and real estate, in the aesthetic quality of the perceived views and received experiences, as well as in the individual well-being of the ‘affected’ populations. Nevertheless, establishing clear regulations and/or laws regarding the acceptable levels of the mining activity’s impact on the landscape is a difficult and complex task, because such a task involves the determination of quantitative or quantifiable criteria in a field including subjective perception and evaluative judgment. In order to approach such a problem, a thorough analysis and a substantial understanding of the landscape concept are required in the first place. A key point in this understanding is that the concept of landscape is not restricted outside and beyond each (observing) subject; on the contrary, it involves right from the outset the subjective perception of the observer in the way that the landscape is represented to the observer, but also in the way that the observer 'claims' or interprets this representation.In this sense, the ‘content’ within the outline of each landscape from each point of view is the starting point, the “initial (visual) environmental stimulus” of the perceptual process. The initial stimulus is then formulated into the “received/attended (visual) stimulus”, based on the mechanisms of visual attention. Here, both the perceptual properties of the received/attended stimulus and other effects of the higher(-level) cognitive functions of the observer are included. Ultimately, the perceptual process, as a sequence, leads to some kind of action, or decision that is not predetermined by what is provided as the “initial environmental stimulus” – nor even by what occurs as the “received/attended stimulus”: The evaluative judgment of each landscape is based on the initial and the received/attended stimulus; however, for its final evaluation, individual/collective attitudes, beliefs, and values are included – and these attitudes, beliefs, and values are based on certain parameters (factors) or, better, are expressed by certain parameters.Taking into consideration the aforementioned, this doctoral thesis is an attempt to reduce the initial problem of establishing acceptable levels/limits regarding the effects on the landscape from the mining to another problem. The problem, therefore, lies in developing a model that quantifies the subjective impression of the visual impact of mining, i.e. the visual nuisance of the mining landscape, by investigating and analyzing the visual perception and attention of the environmental visual stimulus “mining landscape”, as well as by building the network of the factors which contribute to the inducement of visual nuisance specifically from the (visual) experience of such landscapes. Toward this direction, essential tasks are: i) the 'shift' from a purely objective, exocentric perspective – on which other, relevant methodologies and other models of mining landscape evaluation are based – into a subjective, egocentric perspective of mining landscape perception, and ii) the reconstitution of the exocentric perspective by enriching it with elements of subjective perception, observation and judgment. Critical ‘primary survey tools' – methods, techniques and technologies – in accomplishing these tasks are: the method of Fuzzy Cognitive Mapping (FCM), the techniques/technologies of Eye Tracking, the method of Semi-structured Interviews, as well as the technologies of Geographic Information Systems (GIS). Based on the utilization of the abovementioned ‘tools’ in the present doctoral research, primary information was collected in order to identify and specify the interacting components as well as their coupling/synthesis for the anew reshaping of this doctoral thesis model.In essence, in the new, reconstructed GEMMELIM model (GEospatial Multiparametric Model for Evaluating Landscape Impacts from Mining), being developed and implemented in this doctoral thesis, all the contributing factors (parameters) that resulted from the collection of primary data/information are included in an exocentric perspective model through which the impact of the mining activity on the landscape is quantitatively evaluated/assessed. GEMMELIM (model) is implemented in a GIS environment and calculates the visual nuisance for any mining landscape in an objective and reproducible manner, based on the 'geospatial translation' of each of the seven (7) factors resulting from the primary surveys, and on the synthesis of these factors, by utilizing in combination simple mathematical relations, quantitative indicators, and geoprocessing algorithms. In particular, the impacting factors of each mining landscape are calculated for each observation position (viewpoint) in the GEMMELIM model – by adjusting, accordingly, the outputs of the visibility or viewshed analyses in a GIS environment. As the potentially 'affected' areas of each mining landscape have been segmented into fixed-size (25 m), square cells, each such cell also represents a viewpoint. The calculation of each impacting factor is performed for each viewpoint-cell, while the final values of visual disturbance are derived from the mathematical composition of the individual factors and are assigned to each viewpoint-cell. In this sense, GEMMELIM is an inherently geospatial model, and its implementation renders the geographical distribution of visual nuisance (per viewpoint) – in addition to the aggregate numerical values of visual nuisance (for the totality of each mining landscape). Therefore, any comparisons and analyses can be made both on an aggregate (numerical) and geospatial level. In conclusion, despite the inevitable research limitations while preparing a doctoral thesis in due time, the GEMMELIM model, being developed and implemented here, is a substantial contribution to solving a practical problem of today's society: the evaluation and forecast of the impacts of mining on the landscape through an overall mathematical relationship/equation that combines a wide spectrum of contributing/interacting factors. In addition, the development of this model advances scientific research, as it is a significantly enriched, documented and comprehensive version of the relevant model LETOPID (Landscape Evaluation Tool for Open Pit mine Design) which was developed in the framework of M. Menegaki's doctoral thesis (2003), and on which the GEMMELIM model is based. Finally, the theoretical conception, the methodological approach, as well as the practical-technological implementation of the various sections of this thesis provide a set of guidelines for the continuation of the scientific and technological research in these – and related – fields/domains.

Μια από τις σημαντικότερες αρνητικές επιπτώσεις της μεταλλευτικής δραστηριότητας αφορά στο αποτύπωμα που αφήνει η τελευταία στο τοπίο. Η πολύ έντονη μεταβολή του αρχικού χαρακτήρα του εκάστοτε τοπίου από επιφανειακές (υπαίθριες) εκμεταλλεύσεις αποτελεί ένα αναμφισβήτητο γεγονός με επεκτάσεις σε οικονομικό, κοινωνικό-πολιτισμικό και ψυχοσωματικό επίπεδο. Η αυξημένη ορατότητα (όψεων) λατομικών εκσκαφών από ορισμένες τοποθεσίες ή και ευρύτερες περιοχές προκαλούν μια γενικότερη υποβάθμιση των τελευταίων. Πιο συγκεκριμένα, σε τέτοιες περιοχές παρατηρείται μείωση: στις αξίες της γης και των ακινήτων, στην αισθητική ποιότητα των προσλαμβανόμενων θεάσεων και των προσλαμβανουσών παραστάσεων, καθώς και στην ατομική ευεξία των ‘πληττόμενων’ πληθυσμών. Παρά ταύτα, η θέσπιση σαφών κανονισμών ή/και νόμων ως προς τα αποδεκτά επίπεδα επιπτώσεων στο τοπίο από τη μεταλλευτική δραστηριότητα είναι ένα δύσκολο και περίπλοκο έργο, καθώς ένα τέτοιο έργο εμπλέκει τον καθορισμό ποσοτικών ή ποσοτικοποιήσιμων κριτηρίων σε ένα πεδίο όπου υπεισέρχεται η υποκειμενική αντίληψη και αξιολογική κρίση. Προκειμένου να προσεγγιστεί ένα τέτοιο πρόβλημα, απαιτείται πρώτα μια ενδελεχής ανάλυση και ουσιαστική σύλληψη/κατανόηση της έννοιας του τοπίου. Σημείο-κλειδί σε αυτή την κατανόηση είναι το γεγονός πως η έννοια του τοπίου δεν περιορίζεται έξω και πέρα από το εκάστοτε (παρατηρούν) υποκείμενο· αντιθέτως, εμπλέκει ευθύς εξ’ αρχής την υποκειμενική αντίληψη του παρατηρητή κατά τον τρόπο που το τοπίο αναπαρίσταται στον παρατηρητή, αλλά και κατά τον τρόπο που ο παρατηρητής ‘διεκδικεί’ ή ερμηνεύει αυτή την αναπαράσταση. Υπό αυτή την έννοια, το ‘περιεχόμενο’ εντός του περιγράμματος του εκάστοτε τοπίου από το εκάστοτε σημείο θέασης αποτελεί την αφετηρία, το «αρχικό (οπτικό) περιβαλλοντικό ερέθισμα» της αντιληπτικής διαδικασίας. Στην συνέχεια, το αρχικό ερέθισμα μορφοποιείται στο «προλαμβανόμενο (οπτικό) ερέθισμα», στη βάση των μηχανισμών της οπτικής προσοχής. Εδώ, υπεισέρχονται τόσο οι αντιληπτικές ιδιότητες του προσλαμβανόμενου ερεθίσματος, όσο και άλλες επιδράσεις των ανώτερων γνωστικών λειτουργιών του παρατηρητή. Τελικά, η αντιληπτική διαδικασία, ως μια αλληλουχία, οδηγεί σε κάποιου είδους δράση ή απόφαση η οποία δεν είναι προκαθορισμένη από αυτό που παρέχεται ως «αρχικό περιβαλλοντικό ερέθισμα» – ούτε καν από αυτό που προκύπτει ως «προλαμβανόμενο ερέθισμα»: Η αξιολογική κρίση του εκάστοτε τοπίου εδράζεται στο αρχικό και στο προσλαμβανόμενο ερέθισμα· για την τελική αποτίμηση του τοπίου, όμως, υπεισέρχονται ατομικές/συλλογικές στάσεις, πεποιθήσεις, και αξίες οι οποίες βασίζονται σε ορισμένες παραμέτρους (παράγοντες) ή, καλύτερα, εκφράζονται από ορισμένες παραμέτρους. Με βάση τα παραπάνω, σε αυτή τη διδακτορική διατριβή γίνεται προσπάθεια να αναχθεί το αρχικό πρόβλημα της θέσπισης αποδεκτών επιπέδων/ορίων αναφορικά με τις επιπτώσεις στο τοπίο από τη μεταλλευτική σε πρόβλημα άλλης λογής. Το πρόβλημα ανάγεται, λοιπόν, στην ανάπτυξη ενός μοντέλου που ποσοτικοποιεί την υποκειμενική εντύπωση των οπτικών επιπτώσεων της μεταλλευτικής, ήτοι της οπτικής όχλησης του εξορυκτικού τοπίου, στη βάση της διερεύνησης και της ανάλυσης της οπτικής αντίληψης και προσοχής του περιβαλλοντικού οπτικού ερεθίσματος «εξορυκτικό τοπίο», καθώς και της οικοδόμησης του δικτύου των παραγόντων που συμμετέχουν στην πρόκληση της οπτικής όχλησης ειδικά από την (οπτική) εμπειρία τέτοιων τοπίων. Προς αυτή την κατεύθυνση, ζωτικής σημασίας εργασίες αποτελούν: i) η ‘στροφή’ από μια αμιγώς αντικειμενική, εξωκεντρική προοπτική – στην οποία βασίζονται άλλες, συναφείς μεθοδολογίες και άλλα μοντέλα αποτίμησης του εξορυκτικού τοπίου – προς μια υποκειμενική, εγωκεντρική προοπτική της αντίληψης του εξορυκτικού τοπίου, και ii) η εκ νέου επανασύσταση της εξωκεντρικής προοπτικής με εμπλουτισμό από στοιχεία της υποκειμενικής αντίληψης, παρατήρησης και κρίσης. Κρίσιμα ‘εργαλεία πρωτογενούς έρευνας’ – μέθοδοι, τεχνικές και τεχνολογίες – στην επίτευξη αυτών των εργασιών συνιστούν: η μέθοδος της Ασαφούς Γνωστικής Χαρτογράφησης (ΑΓΧ), οι τεχνικές/τεχνολογίες καταγραφής των κινήσεων ή της ιχνηλάτησης του βλέμματος, η μέθοδος των ημιδομημένων συνεντεύξεων, καθώς και οι τεχνολογίες των Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (ΣΓΠ). Στη βάση της αξιοποίησης των παραπάνω ‘εργαλείων’ στην παρούσα διδακτορική έρευνα, συλλέχθηκε πρωτογενής πληροφόρηση με σκοπό την ανάδειξη και τον προσδιορισμό των αλληλεπιδρώντων συστατικών μερών, καθώς και της σύνδεσης/σύνθεσής τους για την εκ νέου διαμόρφωση του μοντέλου της διατριβής. Ουσιαστικά, στο νέο, ανασυγκροτημένο μοντέλο GEMMELIM (GEospatial Multiparametric Model for Evaluating Landscape Impacts from Mining) που αναπτύσσεται και υλοποιείται στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής, εντάσσονται όλοι οι συμμετέχοντες παράγοντες (παράμετροι) που προέκυψαν από τη συλλογή της πρωτογενούς πληροφόρησης και προσαρμόζονται σε ένα γεωχωρικό, εξωκεντρικής προοπτικής μοντέλο μέσω του οποίου πραγματοποιείται η ποσοτική εκτίμηση των επιπτώσεων στο τοπίο από τη μεταλλευτική δραστηριότητα. Το μοντέλο GEMMELIM υλοποιείται σε περιβάλλον ΣΓΠ και υπολογίζει με αντικειμενικό και επαναλήψιμο τρόπο την οπτική όχληση για οποιοδήποτε εξορυκτικό τοπίο, στη βάση της ‘γεωχωρικής μετάφρασης’ του κάθε ενός από τους επτά (7) παράγοντες που προκύπτουν από τις πρωτογενείς έρευνες, καθώς και της σύνθεσης αυτών των παραγόντων, αξιοποιώντας συνδυαστικά απλές μαθηματικές σχέσεις, ποσοτικούς δείκτες, και αλγόριθμους γεωεπεξεργασίας.Ειδικότερα, οι παράγοντες επίδρασης του εκάστοτε εξορυκτικού τοπίου υπολογίζονται για κάθε θέση παρατήρησης στο μοντέλο GEMMELIM – προσαρμόζοντας, καταλλήλως, τα παραγόμενα των αναλύσεων ορατότητας (visibility/viewshed analyses) σε περιβάλλον ΣΓΠ. Καθώς οι πιθανά ‘πληττόμενες’ περιοχές του εκάστοτε εξορυκτικού τοπίου έχουν κατατμηθεί σε επιμέρους τετραγωνικά κελιά ή ψηφίδες σταθερής διάστασης (25 m), κάθε τέτοιο κελί αναπαριστά και μια θέση παρατήρησης. Ο δε υπολογισμός του κάθε παράγοντα επίδρασης πραγματοποιείται για κάθε κελί-θέση παρατήρησης, ενώ και οι τελικές τιμές οπτικής όχλησης προκύπτουν από τη μαθηματική σύνθεση των επιμέρους παραγόντων και αποδίδονται σε κάθε ένα κελί-θέση παρατήρησης. Υπό αυτή την έννοια, το GEMMELIM είναι εγγενώς γεωχωρικό μοντέλο, και η υλοποίησή του αποδίδει τη γεωγραφική κατανομή της οπτικής όχλησης (ανά θέση παρατήρησης) – εκτός από συγκεντρωτικές αριθμητικές τιμές οπτικής όχλησης (για το σύνολο του εκάστοτε εξορυκτικού τοπίου αναφοράς). Συνεπώς, οι οποιεσδήποτε συγκρίσεις και αναλύσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν τόσο σε συγκεντρωτικό (αριθμητικό), όσο και σε γεωχωρικό επίπεδο. Συμπερασματικά, παρά τους αναπόφευκτους περιορισμούς της έρευνας στο πλαίσιο της εκπόνησης μιας διδακτορικής διατριβής σε εύθετο χρόνο, το μοντέλο GEMMELIM, που αναπτύσσεται και υλοποιείται εδώ, αποτελεί ένα εγχείρημα ουσιαστικής συμβολής στην επίλυση ενός πρακτικού προβλήματος της σημερινής κοινωνίας: της εκτίμησης και πρόβλεψης των επιπτώσεων της μεταλλευτικής στο τοπίο μέσω μιας συνολικής μαθηματικής σχέσης/εξίσωσης που συνδυάζει ένα ευρύ φάσμα συνεισφερόντων/αλληλεπιδρώντων παραγόντων. Επιπλέον, η ανάπτυξη αυτού του μοντέλου εξελίσσει την επιστημονική έρευνα, καθώς συνιστά μια σημαντικά εμπλουτισμένη, τεκμηριωμένη και ολοκληρωμένη εκδοχή του σχετικού μοντέλου LETOPID (Landscape Evaluation Tool for Open Pit mine Design) το οποίο αναπτύχθηκε στο πλαίσιο της διδακτορικής διατριβής της Μ. Μενεγάκη (2003), και στο οποίο βασίζεται το μοντέλο GEMMELIM. Τέλος, η θεωρητική σύλληψη, η μεθοδολογική προσέγγιση, καθώς και η πρακτική-τεχνολογική υλοποίηση των διαφόρων τμημάτων αυτής της διατριβής παρέχουν μια δέσμη κατευθύνσεων για τη συνέχιση της επιστημονικής και τεχνολογικής έρευνας στο εν λόγω – και σε συναφή – πεδία.