SatBałtyk

Rozlewy olejowe

Autor: Katarzyna Bradtke, ostatnia aktualizacja: 2 lutego 2016

Rys. 1. Przykład rozlewu olejowego widocznego na obrazie ASAR w postaci ciemnej plamy
Rys. 2. Przykładowa mapa indeksu prawdopodobieństwa wystąpienia rozlewu olejowego wyznaczona na podstawie danych ASAR
Rys. 3. Przykładowy wynik detekcji i klasyfikacji ciemnych plam na obrazie ASAR, będący podstawą mapy indeksu prawdopodobieństwa wystąpienia rozlewu olejowego

Potencjalne miejsca występowania rozlewów olejowych

Mapa potencjalnych lokalizacji rozlewów olejowych w Bałtyku określona na podstawie danych teledetekcji aktywnej w paśmie mikrofalowym (pasmo C), za pomocą radaru z anteną syntetyzującą ASAR (misja ENVISAT).

Urządzenia typu SAR (Synthetic Aperture Radar), rejestrują promieniowanie mikrofalowe odbite wstecz od sfalowanej powierzchni. Obszary „gładkiej wody” na obrazach radarowych widoczne są w postaci ciemnych plam. Jednym z czynników wygłuszających drobne fale kapilarne są zanieczyszczenia olejowe, tworzące na powierzchni morza plamy (rys.1).

Mapa pokazuje wyodrębnione z obrazów radarowych plamy o charakterystyce zbliżonej do tych, które odpowiadają rozlewom olejowym, podzielone na 2 kategorie (rys.2) :

1. Wyraźne plamy zlokalizowane wzdłuż szlaków żeglugowych – duże prawdopodobieństwo występowania rozlewu (wartość indeksu 4)
2. Plamy wymagające dodatkowej oceny (wartość indeksu 2)
   1. Plamy o rozmytych granicach (słabo kontrastujące z otoczeniem) zlokalizowane wzdłuż szlaków żeglugowych – prawdopodobieństwo występowania rozlewów o niewielkiej objętości lub zanikających w czasie.
   2. Wyraźne plamy zlokalizowane poza szlakami żeglugowymi – małe prawdopodobieństwo występowania rozlewu.

Obszary, w których nie zidentyfikowano „ciemnych plam”, bądź też sklasyfikowano je jako tzw. look-alikes oznaczono jako „tło” (indeks 0 - brak rozlewu bądź możliwości jego identyfikacji).

Duża rozdzielczość przestrzenna danych ASAR i szerokość ścieżki wynosząca 400 km nie pozwalają na pełne zobrazowanie obszaru Bałtyku podczas przelotu satelity, dlatego mapy obejmują jedynie część jego obszaru. Ich rozdzielczość przestrzenna wynosi natomiast 250 m.

Ze względu na zakończenie misji ENVISAT w kwietniu 2012 r. w serwisie SO SatBałtyk prezentowane są jedynie przykładowe opracowania danych archiwalnych.

Metodyka wyznaczania potencjalnych miejsc występowania rozlewów olejowych

Dane czujnika ASAR, rejestrowane w trybie szerokiej ścieżki pozyskane zostały za pośrednictwem portalu SSE (SSE Operational Portal) i przetworzone za pomocą opracowanego algorytmu wykorzystującego metody segmentacji obrazu i klasyfikacji obiektowej (Konik & Bradtke, 2015) wg następującego schematu:

1. Wstępne przetwarzanie danych za pomocą rekomendowanych przez ESA narzędzi (NEST), obejmujące dowiązanie do siatki o rozdzielczości 150 m oraz kalibrację danych do wartości natężenia rozpraszania wstecz.
2. Segmentacja obrazu na kilku poziomach szczegółowości
3. Wyodrębnienie ciemnych plam
4. Eliminacja plam związanych z innymi niż rozlew zjawiskami (look-alikes), na podstawie kontrastu w stosunku do otoczenia, geometrii oraz wzajemnych relacji przestrzennych wyodrębnionych plam
5. Klasyfikacja pozostałych plam z uwzględnieniem lokalizacji szlaków żeglugowych (rys.3)
6. Reklasyfikacja do wartości indeksu prawdopodobieństwa wystąpienia rozlewu olejowego oraz zmiana rozdzielczości przestrzennej do 250 m

Etapy 2-5 realizowane są za pomocą algorytmu opracowanego w oprogramowaniu Definiens eCognition Developer 8.7

Walidacja (ocena dokładności)

Dokładność algorytmu oceniono wykorzystując informacje o potwierdzonych rozlewach olejowych zgromadzone w bazie danych HELCOM (HELCOM Map and Data Service). Spośród grupy kontrolnej poprawnie zostało zidentyfikowanych ponad 96 % rozlewów, z których prawie 69 % sklasyfikowano jako klasę potencjalnych rozlewów olejowych.

Odnośnik do parametru w Systemie SatBałtyk:

Wystąpienie rozlewu olejowego

Bibliografia

Konik M., Bradtke K., 2015, Object-oriented approach to the oil spills detection using the ENVISAT ASAR images, ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing (w druku)