Χαρτογράφηση φυσικών καταστροφών και εκτίμηση επιπτώσεων με τη χρήση ΣμηΕΑ

Abstract

Climate change has emerged as a predominant driver behind the escalating frequency ,magnitude, and complexity of natural disasters, exerting profound impacts on both natural ecosystems and anthropogenic systems. The progressive alteration of key climatic parameters,namely, the rise in global average temperatures, the intensification and spatial redistribution of precipitation regimes, and the continuous rise in sea levels, has significantly increased the probability and severity of a wide spectrum of hydro-meteorological and geophysical hazards. These include, but are not limited to, flood events, prolonged droughts, landslides, coastalerosion, and extreme weather phenomena. Simultaneously, a parallel rise is observed inbiological, technological, and anthropogenic risks, largely attributed to heightened human environment interactions and the unchecked urbanization of high-risk or ecologically sensitive areas. This convergence of environmental and societal vulnerabilities accentuates the urgency for integrated approaches to disaster risk assessment and mitigation. In response to these escalating challenges, the scientific and research communities are increasingly embracing the integration of advanced geospatial technologies and remote sensing tools as critical components of modern disaster management strategies. Among the most impactful of these tools are Unmanned Aircraft Systems (UASs) and Geographic Information System (GIS), which facilitate the acquisition of high-resolution, near-real-time data and enable sophisticated spatial, temporal, and statistical analyses. These technologies are pivotal not only in capturing the immediate physical extent of disaster impacts but also in enhancing the granularity and reliability of environmental monitoring and risk modeling. When employed in a coordinated and methodologically robust framework, UASs and GIS significantly contribute to informed decisionmaking, early warning systems, and the formulation of data-driven policies for disaster preparedness and response. The present doctoral research proposes and implements a comprehensive, geospatially-informed methodological framework for assessing the impacts of natural hazards, with a targeted focus on flood events. The study is empirically grounded in two case studies: the catastrophic flood event in Mandra, Greece (2017), and the flood incident inthe Lelas River basin (2020). Using systematic UAS flight campaigns and state-of-the-art GIS software, detailed spatial datasets were collected, processed, and analyzed with regard to critical hydrodynamic parameters, including flood extent, inundation depth, flow velocity, and localizedi mpact severity. Furthermore, the study incorporates Structure from Motion (SfM)photogrammetry to detect and quantify geomorphological alterations along selected river bedsegments, thereby enhancing the temporal resolution of environmental change assessments. To ensure maximum methodological accuracy and data fidelity, aerial data were supplemented with ground-truth observations in selected zones, allowing for cross-validation and calibration of the remotely sensed outputs. Data analysis was conducted using advanced photogrammetric and GIS platforms, yielding high-precision, scientifically validated representations of flood impacts and terrain evolution. The resulting methodology offers a scalable and replicable model for impact assessment, integrating both physical and spatial dimensions of disaster effects. Importantly, the proposed framework extends beyond post-event analysis to encompass forward-looking, strategic planning dimensions. By leveraging consistent data acquisition protocols and validated spatial analysis techniques, this approach facilitates the development of comprehensive disaster prevention and management plans. Ultimately, it contributes to enhancing community vresilience, reducing vulnerability, and informing sustainable territorial planning in the context of accelerating climatic and environmental transformations.

Η κλιματική κρίση αποτελεί έναν από τους καθοριστικότερους παράγοντες για την αυξημένη συχνότητα και ένταση φυσικών καταστροφών, οι οποίες επηρεάζουν τόσο το φυσικό όσο και το ανθρωπογενές περιβάλλον. Η μεταβολή των κλιματικών παραμέτρων, όπως η αύξηση της θερμοκρασίας, η μετατόπιση των βροχομετρικών προτύπων και η άνοδος της στάθμης της θάλασσας, ενισχύουν την πιθανότητα εκδήλωσης πλημμυρικών φαινομένων, ξηρασιών, κατολισθήσεων και άλλων υδρομετεωρολογικών και γεωδυναμικών καταστροφών. Παράλληλα, οι βιολογικοί, τεχνολογικοί και γενικότερα ανθρωπογενείς κίνδυνοι, εντείνονται λόγω της αυξανόμενης αλληλεπίδρασης του ανθρώπου με το περιβάλλον και της αστικοποίησης ευάλωτων περιοχών. Στο πλαίσιο αυτό, η επιστημονική κοινότητα στρέφεται όλο και περισσότερο προς την αξιοποίηση σύγχρονων τεχνολογικών εργαλείων για την κατανόηση, αποτύπωσηκαι ανάλυση των φυσικών καταστροφών. Ιδιαίτερα σημαντικά εργαλεία αποτελούν τα Συστήματα μη Επανδρωμένων Αεροσκαφών, ΣμηΕΑ (Unmanned Aircraft Systems – UASs) και το Σύστημα Γεωγραφικών Πληροφοριών (Geographic Information System – GIS), τα οποία προσφέρουν υψηλής ανάλυσης δεδομένα και προηγμένες δυνατότητες επεξεργασίας χωρικών και ποσοτικών πληροφοριών. Οι τεχνολογίες αυτές συμβάλλουν ουσιαστικά στην καταγραφή του φαινομένου, την εκτίμηση των επιπτώσεων και την υποστήριξη διαδικασιών λήψης αποφάσεων για την αντιμετώπιση και πρόληψη παρόμοιων συμβάντων στο μέλλον. Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποσκοπεί στην ανάπτυξη και εφαρμογή μιας ολοκληρωμένης μεθοδολογικής προσέγγισης για την εκτίμηση των επιπτώσεων από φυσικές καταστροφές, εστιάζοντας σε περιπτώσεις μελέτης πλημμυρικών φαινομένων. Ως μελέτες περίπτωσης επιλέχθηκαν οι πλημμύρες που σημειώθηκαν στη Μάνδρα το 2017 και στη λεκάνη του Λήλαντα ποταμού το 2020. Μέσω της χρήσης UAS και της αξιοποίησης GIS λογισμικών, πραγματοποιήθηκε συλλογή, επεξεργασία και ανάλυση δεδομένων που σχετίζονται με κρίσιμα χαρακτηριστικά των πλημμυρικών φαινομένων, όπως τα όρια πλημμύρας, το βάθος, η ταχύτητα ροής, η ένταση σφοδρότητας των επιπτώσεων σε κάθε περιοχή, καθώς και οι γεωμορφολογικές μεταβολές σε επιλεγμένες θέσης της κοίτης με την εφαρμογή της διαδικασίας Structure from Motion (SfM). Για την επίτευξη της υψηλότερης δυνατής ακρίβειας, πραγματοποιήθηκαν πτήσεις UAS στις πληγείσες περιοχές, ενώ σε ορισμένες περιπτώσεις εφαρμόστηκαν και επιτόπιες παρατηρήσεις προκειμένου να διασταυρωθούν και να επικυρωθούν τα εναέρια δεδομένα. Τα αποτελέσματα επεξεργάστηκαν με χρήση εξειδικευμένων λογισμικών φωτογραμμετρίας και GIS, προσφέροντας έτσι μια επιστημονικά τεκμηριωμένη αποτύπωση του αντίκτυπου των πλημμυρών. Η μεθοδολογία αυτή λειτουργεί ως πρότυπο εκτίμησης του μεγέθους και της σοβαρότητας των επιπτώσεων, προτείνοντας μία ολιστική προσέγγιση στην αξιολόγηση φυσικών καταστροφών. Η εφαρμογή αυτής της διαδικασίας δεν περιορίζεται μόνο στην αποτίμηση των συνεπειών, αλλά επεκτείνεται και στον στρατηγικό σχεδιασμό. Μέσα από τη συστηματική καταγραφή και την αξιοπιστία των παρατηρήσεων, μπορεί να διαμορφωθεί ένα ολοκληρωμένο σχέδιο πρόληψης και διαχείρισης φυσικών καταστροφών, ενισχύοντας έτσι την ανθεκτικότητα των κοινωνιών απέναντι στις κλιματικές προκλήσεις του μέλλοντος.