Η αστική εξάπλωση μέσω συμβολομετρίας

Abstract

In this doctoral thesis, two new and innovative approaches are proposed, which encompass a broader framework for monitoring and managing changes in construction and the urban space in general. The first case study introduces a simple and effective way with the use of free SAR data from Sentinel-1sattellite and PSI technique to detect newly constructed buildings and estimate their heights over the urban area of Papagos-Cholargos Municipality in Athens, Greece. The scope of this research is to find a reliable tool that provides crucial spatial information for building activity in time. The research model is based on well-known classification parameters and gives great importance to the Residual Height metric and the smart way of choosing a reference point. To complete the research we made use of Ascending and Descending orbits and the dual-polarization (VV/VH) of the satellite. Furthermore, we created a very high-resolution DSM using Pleiades Tri-stereo images for accurate topography subtraction from the interferograms. The results highlight the potential of this research and offer an important point of view on the building activity trend in time which is very crucial information for urban studies and the rapidly developing world. It is worth mentioning that the data processing was done with the use of SARPROZ software. The second case study presents a new index for the detection and classification of ground burned hazard zones. Forest fires are a seasonal phenomenon in Greece, reoccurring annually and causing adverse impacts on both human-made and natural environments. Our case study focuses on the devastating fire that took place in July 2018 in the second-housing area of Mati, East Attica. In this research, we propose a simple and effective approach that combines the deformation trend obtained from Permanent Scatterer Interferometry (PSI) analysis with burn severity assessment aiming to identify and classify potential ground burn hazard zones. To maximize the number of measuring points, we employ a weighted full-graph PSI approach. Additionally, we calculate the burn severity by comparing Sentinel-2 satellite images captured before and after the event. The resulting datasets are reclassified on a scale from 1 to 5, and the proposed equation yields the final product. Numerous high and very high hazard zones have been identified using this methodology. The research findings reveal the proximity between these hazard zones and the stream network. Overall, the proposed method offers valuable insights for the post-fire monitoring and management of urban and peri-urban landscapes in affected areas.

Στην παρούσα διδακτορική διατριβή προτείνονται δύο νέες και καινοτόμες προσεγγίσεις που καλύπτουν σε ένα ευρύτερο πλαίσιο την παρακολούθηση και διαχείριση των αλλαγών στη δόμηση και γενικά στον αστικό χώρο. Η πρώτη περίπτωση μελέτης εισάγει μία απλή και αποτελεσματική μεθοδολογία με στόχο τον εντοπισμό των νεόδμητων κτιρίων και τον υπολογισμό των υψών τους κάνοντας χρήση δωρεάν δορυφορικών δεδομένων ραντάρ και της τεχνικής Persistent Scatterer Interferometry. Τα δεδομένα προέρχονται από τον δορυφόρο ραντάρ Sentinel-1 και έγινε χρήση όλων των πολώσεων και από τις δύο τροχιές. Επιπλέον, για τις ανάγκες της έρευνας δημιουργήθηκε ένα υψηλής ανάλυσης Ψηφιακό Μοντέλου Εδάφους μέσω δορυφορικών εικόνων Pleiades-1B tri-stereo. Ως περιοχή μελέτης επιλέχθηκαν τα πολεοδομικά όρια του δήμου Παπάγου-Χολαργού στην Αθήνα. Η προτεινόμενη μεθοδολογία προσπαθεί να δημιουργήσει ένα σενάριο βασιζόμενο στην παράμετρο Residual Height και στην έξυπνη επιλογή ενός σημείου αναφοράς. Επιπλέον, κάνει χρήση του αλγορίθμου Bayesian change-point step detector και των παραμέτρων Temporal Coherence, Radar Cross Section. Σημαντικό ρόλο στην έρευνα διαδραμάτισαν και τα δεδομένα του Ελληνικού Κτηματολογίου μέσω της πλατφόρμας Inspire. Τα αποτελέσματα αναδεικνύουν τη συμβολή της έρευνας και μια εικόνα για την τάση της οικοδομικής δραστηριότητας η οποία αποτελεί ένα σημαντικό στρώμα χωρικών δεδομένων για τον πολεοδομικό σχεδιασμό σε ένα ταχύτατα αναπτυσσόμενο κόσμο. Συνοπτικά το ποσοστό ακρίβειας για τον εντοπισμό των νεόδμητων κτιρίων ανήλθε ποσοστιαία στο 71.43% και ο υπολογισμός των υψομέτρων παρουσιάζει Μέσο Απόλυτο Σφάλμα 2.35 μέτρα. Για την επαλήθευση των αποτελεσμάτων συλλέχθηκαν δεδομένα από τρεις πλατφόρμες. Η πρώτη αφορά την πλατφόρμα του Google Earth Pro, όπου στην προχωρημένη έκδοση προσφέρει εικόνες υψηλής ακρίβειας με ρυθμό ανανέωσης τρεις εικόνες το έτος, η δεύτερη αφορά το portal e-adeies του Τεχνικού Επιμελητηρίου Ελλάδος μέσω του οποίου συλλέχθηκαν οι οικοδομικές άδεις και οι τομές των κτιρίων και η τρίτη αφορά το portal των πολεοδομικών δεδομένων της περιοχής μελέτης το οποίο προσαρμόζει την πλατφόρμα Mapillary που προσφέρει σχετικά πρόσφατες street-view φωτογραφίες. Η δεύτερη περίπτωση μελέτης παρουσιάζει ένα νέο δείκτη για τον εντοπισμό και ταξινόμηση καμένων ζωνών επικινδυνότητας. Οι δασικές πυρκαγιές είναι ένα εποχιακό φαινόμενο στην Ελλάδα, που επαναλαμβάνεται κάθε χρόνο και προκαλεί αρνητικές επιπτώσεις τόσο στο ανθρωπογενές όσο και στο φυσικό περιβάλλον. Η περίπτωση μελέτης επικεντρώνεται στην καταστροφική πυρκαγιά που σημειώθηκε τον Ιούλιο του 2018 στην περιοχή δευτέρας κατοικίας στο Μάτι, Ανατολική Αττική. Σε αυτήν την έρευνα, προτείνουμε μια απλή και αποτελεσματική προσέγγιση που συνδυάζει την γραμμική τάση εδαφικής παραμόρφωσης που προκύπτει από την ανάλυση Permanent Scatterer Interferometry (PSI) με την αξιολόγηση της σοβαρότητας της πυρκαγιάς, με σκοπό τον εντοπισμό και την κατηγοριοποίηση καμένων ζωνών επικινδυνότητας. Για την μεγιστοποίηση των σημείων μέτρησης, χρησιμοποιήθηκε μια πολύ-κεντρική προσέγγιση PSI με βάρη και πλήρη γράφημα συνδέσεων. Επιπλέον, υπολογίστηκε η ένταση καύσης συγκρίνοντας εικόνες από τον δορυφόρο Sentinel-2 πριν και μετά το γεγονός. Τα παραγόμενα σύνολα δεδομένων ανακατατάσσονται σε μια κλίμακα από 1 έως 5, και βάση της προτεινόμενης εξίσωσης παράγεται το τελικό προϊόν. Με αυτήν τη μεθοδολογία εντοπίστηκαν πολλές περιοχές υψηλού και πολύ υψηλού κινδύνου. Τα ευρήματα της έρευνας υπογραμμίζουν την κοντινή απόσταση μεταξύ αυτών των περιοχών κινδύνου και του δικτύου των ρεμάτων. Συνολικά, η προτεινόμενη μέθοδος προσφέρει αξιόλογες πληροφορίες για τη μετέπειτα παρακολούθηση και διαχείριση του αστικού και περί-αστικού χώρου σε πληγείσες περιοχές μετά από πυρκαγιές.