Μάρτιος 6, 2017

Οπτικό Σύστημα Παραλιακής Παρακολούθησης

Στα πλαίσια του προγράμματος εγκαταστάθηκε στο Καμάρι Σαντορίνης ένα αυτόνομο οπτικό σύστημα παρακολούθησης παραλιών (coastal video monitoring system), με στόχο τη μακροχρόνια και συνεχή παρατήρηση της θέσης της ακτογραμμής και της ζώνης κυματικής θραύσης. Το οπτικό σύστημα προσφέρει τη δυνατότητα οικονομικής και αυτόματης παρακολούθησης των παράκτιων διεργασιών σε βάθος χρόνου με μη-επεμβατικό τρόπο, παρέχοντας υψίσυχνα δεδομένα, τα οποία ειδάλλως θα απαιτούσαν σημαντικούς πόρους σε προσωπικό, εξοπλισμό, και αριθμό αποστολών στο πεδίο για την επιτόπια συλλογή τους. Το οπτικό σύστημα αποτελείται από δύο δικτυακές κάμερες, ένα μετεωρολογικό σταθμό, καθώς και από τον υπολογιστή πεδίου που είναι υπεύθυνος για τον κεντρικό έλεγχο των οργάνων και την αρχική προεπεξεργασία και συγχρονισμό των δεδομένων.

Ο σταθμός πεδίου είναι απολύτως αυτόνομος, ενώ παρέχει τη δυνατότητα απομακρυσμένης διαχείρισης των παραμέτρων λειτουργίας του και επισκόπησης των περιβαλλοντικών συνθηκών σε πραγματικό χρόνο. Το οπτικό σύστημα είναι βαθμονομημένο (παραμόρφωση φακών, ύψος καμερών από το επίπεδο της θάλασσας, σημεία γεωαναφοράς), ώστε τα πρωτογενή βίντεο και τα προϊόντα αυτών να μπορούν να μετατραπούν σε γεωαναφερμένα μωσαϊκά.

 

Διάγραμμα ροής του οπτικού συστήματος παρακολούθησης παραλιών που εγκαταστάθηκε στο Καμάρι Σαντορίνης. Το σύστημα αποτελείται από τον αυτόνομο σταθμό πεδίου, ενώ επικουρικές λειτουργίες υλοποιούνται στον κεντρικό διακομιστή (data server) του Εργαστηρίου Παράκτιας Μορφοδυναμικής – Διαχείρισης και Θαλάσσιας Γεωλογίας του Τμήματος Επιστημών της Θάλασσας.

 

Δύο δικτυακές κάμερες Vivotek τοποθετήθηκαν σε ύψος 22 m από την επιφάνεια της θάλασσας, καλύπτοντας το νότιο τμήμα της παραλίας Καμάρι. Οι κάμερες καταγράφουν βίντεο (3gp) με ανάλυση 1920×1080 pixel και ρυθμό δειγματοληψίας 5 στιγμιότυπα το δευτερόλεπτο. Οι κάμερες του συστήματος είναι σταθερές, δηλαδή η θέση και το οπτικό τους πεδίο παραμένουν αμετάβλητα για όλη τη διάρκεια ζωής του σταθμού.

 

Εργασίες εγκατάστασης και βαθμονόμησης του συστήματος οπτικής παρακολούθησης παραλιών και του μετεωρολογικού σταθμού στο Καμάρι Σαντορίνης.

 

Πέρα από τη φυσική εγκατάσταση του σταθμού στην περιοχή μελέτης, εκτελέστηκε  μία σειρά επιμέρους εργασιών και συλλογή επικουρικών δεδομένων για τη βαθμονόμηση και γεωαναφορά του συστήματος. Οι σχετικές εργασίες βαθμονόμησης περιλαμβάνουν τη διόρθωση της γεωμετρίας των οπτικών δεδομένων λόγω παραμόρφωσης του φακού, καθώς και τη λήψη σταθερών σημείων γεωαναφοράς (ground control points, GCPs). Τα GCPs αντιστοιχούν επιλεγμένα εικονοστοιχεία της εικόνας με σημεία γνωστού Γεωγραφικού Μήκους και Πλάτους, επιτρέποντας έτσι τη γεωαναφορά των οπτικών δεδομένων, για κάθε κάμερα ξεχωριστά.

 

Σημεία γεωαναφοράς (ground control points, GCPs) για την κάμερα #1, χρησιμοποιώντας τη σωστή γεωμετρία της εικόνας, κατόπιν διόρθωσης της παραμόρφωσης του φακού. Οι τρεις ένθετες εικόνες δείχνουν ενδεικτικές λήψεις GCPs με χρήση διαφορικού GPS.

 

(Αριστερά): Γεωαναφερμένο μωσαϊκό της παραλίας Καμάρι, κατόπιν συρραφής των εικόνων από τις δύο επιμέρους κάμερες του οπτικού συστήματος (25 Ιουνίου 2016, ώρα 13:00). Οι ένθετες εικόνες δείχνουν τα αντίστοιχα πρωτογενή στιγμιότυπα. (Δεξιά): Μεγέθυνση/λεπτομέρεια του γεωαναφερμένου μωσαϊκού. Η κίτρινη γραμμή παριστάνει τη θέση της ακτογραμμής στις 26 Ιουνίου 2016, όπως αυτή μετρήθηκε επιτόπου με όδευση RTK-GPS.

 

Τα κύρια προϊόντα του συστήματος οπτικής παρακολούθησης είναι οι συνθετικές εικόνες TIMEX και SIGMA, οι οποίες εξάγονται περιοδικά από τον υπολογιστή πεδίου για κάθε 10λεπτο καταγραφής ανά ώρα. Η εικόνα ΤΙΜΕΧ εκφράζει το μέσο όρο όλων των στιγμιότυπων του 10λέπτου (time-average), ενώ η SIGMA αντιπροσωπεύει την αντίστοιχη διακύμανση. Οι TIMEX και SIGMA τονίζουν περιοχές υψηλής σημασίας για τη μορφοδυναμική μελέτη των παραλιών. Για παράδειγμα, οι περιοδικές εναλλαγές του χρώματος των εικονοστοιχείων (μεταξύ άμμου και αφρού) στη ζώνη διαβροχής (swash zone) οδηγεί στη διακριτή αποτύπωση μίας γραμμής υψηλής διακύμανσης στις εικόνες SIGMA. Αντίστοιχα, μπορεί να μελετηθεί η διεπιφάνεια υγρού/ξηρού παραλιακού μετώπου ή  το ανώτερο όριο της ζώνης διαβροχής.

 

Βασικά προϊόντα του οπτικού συστήματος για 10 λεπτά καταγραφής. α-β): ΤΙΜΕΧ, γ-δ):  SIGMA.

 

Η συνεχής λειτουργία του οπτικού συστήματος παρέχει τη δυνατότητα μακρόχρονης παρακολούθησης των μορφοδυναμικών διεργασιών που λαμβάνουν χώρα στην περιοχή μελέτης. Στο ακόλουθο σχήμα φαίνονται επιλεγμένα γεωαναφερμένα μωσαϊκά της παραλίας Καμάρι στις 22 Δεκέμβρη 2016 (οι εικόνες έχουν περιστραφεί με κέντρο τη θέση των καμερών).

 

Γεωαναφερμένα μωσαϊκά της παραλίας Καμάρι στις 22 Δεκεμβρίου 2016, ώρα 09:00.

 

Η ανίχνευση της θέσης της ακτογραμμής στα οπτικά δεδομένα ανιχνεύεται αυτόματα και αντικειμενικά, χρησιμοποιώντας κατάλληλους αλγόριθμους που έχουν αναπτυχθεί από την επιστημονική ομάδα του Έργου. Η ανίχνευση βασίζεται σε έναν τοπικό πυρήνα (kernel) ο οποίος σαρώνει την εικόνα SIGMA ή TIMEX στην ευρύτερη περιοχή ενδιαφέροντος, ανιχνεύοντας και ακολουθώντας αυτόματα τα pixel έντονης φωτεινότητας (ΤΙΜΕΧ) ή διακύμανσης (SIGMA).

 

Αυτόματη ανίχνευση ακτογραμμής σε γεωαναφερμένο μωσαϊκό SIGMA (16 Δεκεμβρίου 2016, ώρα 16:00). α) Λεπτομέρεια της εικόνας SIGMA, δείχνοντας την προοδευτική ανίχνευση της μέγιστης τιμής (μαύρα pixel) μέσα το τοπικό παράθυρο αναζήτησης (γκρι περιοχή). β) Τελική ανίχνευση ακτογραμμής στο SIGMA μωσαϊκό. Το πράσινο πλαίσιο στο κάτω-αριστερά τμήμα της εικόνας υποδεικνύει την περιοχή μεγέθυνσης του α). γ) Η ίδια ανίχνευση των α) και β), οπτικοποιημένη πάνω από την αντίστοιχη TIMEX.

ERA Beach Partners - Funding
Top