Αποκατάσταση λατομείων - ανοιχτών ορυχείων με χρήση τηλεπισκόπησης

Abstract

The thesis examined how space technology can provide a cost-effective assistance in the planning of surface mineral workings and their subsequent restoration, and developed a decision support system (DSS) to be used as a tool towards protecting the land from the disturbances created by mining activities. The study employed and integrated state-of-the-art technologies such as: (1) Digital Image Processing and Interpretation satellite imagery; the most efficient means of: (i) obtaining information on geomorphologic, geologic and land-use conditions of large areas, and (ii) detecting time-changes on those conditions, (2) Use of Geographical Information System (GIS) for multi-layers mapping, (3 Multi-criteria Decision-making (MCDM) techniques based on less defensible and balanced weights, (4) Advanced visualization techniques and (5) Mathematical modelling. It also integrated relative EU and National directives regarding land restoration and rehabilitation from surface mining. The study area was based on the open cast nickeloferrous ore mines of Pagontas, Sourtzi and Isoma located in Evia Island, Greece. Three Landsat TM images and KVR-1000 scene were processed to derive land use, land cover maps and land-use change maps. A Digital Elevation Model of 10m was built using the Spot stereo pan images. All derived information was hierarchically feed to GIS and then linked to DSS. The DSS is nothing else but a tool based on multi-criteria decision-making (MCDM) techniques in a GIS environment. The main MCDM technique is the multi-criteria analysis, which involves the evaluation of a relatively small set of allocation alternatives. These alternatives, usually about three to five and rarely more than ten, are defined beforehand and are simply evaluated against each other. For open cast mining activities, the DSS reflects and simulates the major decision steps of a mining expert during the formulation of a restoration plan. The main restoration options are where to restore and what will be the new land use. The SDSS makes a comparison between different strategies based on multiple criteria supplied by the user. The system allowed decision maker to solve problems which are resulted from confuted objectives in a mathematical way. The low cost and data collection facility are important advantages that make this research effort acceptable and applicable in geographic regions with great duration of sunshine that permits secure coverage in fixed time intervals. The integration of derived imagery intelligence into a GIS system can be a standard approach for pre-mining and post-mining activities worldwide. The utilisation of satellite remote sensing data information by a SDSS that make use MCDM techniques based on less defensible and balanced weights throughout the friendly and well-known GIS environment will be fully appreciated not only by mining experts, engineers, and managers, but also by administration authorities, whose task is to control and evaluate post-mining activities.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή προτείνει μια καινοτομική προσέγγιση η οποία μπορεί να αποτελέσει μία επιμέρους ή αυτοδύναμη μεθοδολογία για την αξιόπιστη διαχρονική καταγραφή, παρακολούθηση και έλεγχο αποκατάστασης της λατομικής και μεταλλευτικής δραστηριότητας στη χώρα μας με γρήγορο και οικονομικό τρόπο, χάρις στην νέα τεχνολογία της δορυφορικής τηλεπισκόπησης και των Συστημάτων Γεωγραφικών Πληροφοριών (ΣΓΠ), που σε καμία περίπτωση δεν θα ήταν δυνατόν με τη χρησιμοποίηση συμβατικών μεθόδων. Πιο αναλυτικά, σ’ αυτή την ερευνητική εργασία επιχειρείται να δημιουργηθεί ένα επικουρικό εργαλείο υποστήριξης αποφάσεων για την αποκατάσταση μιας περιοχής εξόρυξης με βάση την αποτύπωση και χαρτογράφηση των διαχρονικών σταδίων της εκμετάλλευσης και των γειτονικών χρήσεων γης, η οποία καταγράφεται μέσα από τη συνδυαστική χρήση μέσης ευκρίνειας πολυφασματικών δεδομένων Landsat TM, υψηλής ευκρίνειας παγχρωματικών δεδομένων KVR-1000 και στερεοσκοπικών δεδομένων μέσης ευκρίνειας SPOT. Έμφαση δόθηκε ώστε το σύστημα λήψης αποφάσεων να παρουσιάζει και να προσομοιώνει όλα τα απαραίτητα βήματα που πρέπει να ακολουθήσει ένας γεωπόνος- αρχιτέκτων τοπίου, τοπογράφος μηχανικός, μηχανικός περιβάλλοντος ή μηχανικός υπαίθριων εκμεταλλεύσεων κατά τη διάρκεια της σύνταξης μελετών αποκατάστασης λατομικών και μεταλλευτικών δραστηριοτήτων. Η περιοχή έρευνας εστιάζεται στα ορυχεία νικελίου της Λάρκο ΑΕ στον Παγώντα, στο Σούρτζι και το Ίσωμα του Νομού Ευβοίας. Στην παρούσα εργασία ως πρώτης προτεραιότητας δράση επελέγη ο καθορισμός των κριτηρίων επιλογής των δορυφορικών δεδομένων. Καθορίζεται η προς εξέταση περιοχή και συσχετίζεται με τη διαθεσιμότητα των δορυφορικών δεδομένων έτσι ώστε να αντιστοιχίζονται οι ημερομηνίες λήψεις αυτών με τα στάδια εκμετάλλευσης και αποκατάστασης των ανοιχτών ορυχείων της Λάρκο. Γίνεται η συλλογή των δεδομένων και η προεπεξεργασία τους. Ακολουθεί η ανάλυση των δεδομένων που έχει ένα πολυδιάστατο χαρακτήρα και αποτελείται από την ποσοτική, την ποιοτική ανάλυση των δεδομένων και την επιλογή της καταλληλότερης μεθόδου ανίχνευσης μεταβολών φυσικής κάλυψης και χρήσεων γης για τη παραγωγή διαχρονικών θεματικών χαρτών. Γίνεται διερεύνηση και αποτύπωση τόσο των χρήσεων γης, όσο και της φυσικής κάλυψης με τη χρήση δορυφορικής τηλεπισκόπησης, η οποία βοηθά στον καλύτερο εντοπισμό περιβαλλοντικά ευαίσθητων περιοχών και των αντίστοιχων προβλημάτων και είναι περισσότερο ακριβής και λιγότερο χρονοβόρος. Ακολουθεί η παραγωγή και ανάπτυξη του ψηφιακού μοντέλου αναγλύφου για την εξαγωγή χάρτη κλίσεων, προσανατολισμού και ανάλυσης υδρογραφικού δικτύου της ευρύτερης περιοχής και η ανάπτυξη ενός ΣΓΠ για την ολοκληρωμένη διαχείριση των όλων των σχετικών γεωπληροφοριών. Η ανάλυση περιλαμβάνει και την ανάπτυξη του διαδραστικού εργαλείου το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα Σύστημα Λήψης Αποφάσεων (ΣΛΑ) για την εξαγωγή υψηλής ποιότητας χαρτών και σχεδίων προσομοίωσης των παρεμβάσεων ή την επιλογή του είδους της αποκατάστασης μιας λατομικής ή μεταλλευτικής δραστηριότητας. Το μοντέλο αναπτύσσεται αντλώντας τους τύπους των μονάδων των χρήσεων γης που χρησιμοποιούνται στην αποκατάσταση με βάση την επεξεργασία των δορυφορικών δεδομένων του μεταλλείου στο Παγώντα και επαληθεύεται και αξιολογείται με βάση το μεταλλείο στο Ίσωμα. Η μεθοδολογική γνώση που δημιουργήθηκε από την ανάλυση των δεδομένων μπορεί σαφώς να υποδείξει «αρχές οικονομίας» στην αποκατάσταση υπαίθριων εκμεταλλεύσεων που αξιοποιούν πλουτοπαραγωγικούς πόρους. Αυτή η πτυχή είναι πολύ σημαντική όχι μόνο για τους υπεύθυνους και υπόλογους της αποκατάστασης, αλλά και για τις τοπικές, διοικητικές αρχές και περιβαλλοντικές οργανώσεις. Το χαμηλό κόστος κατά 40% σε σύγκριση με τις συμβατικές μεθόδους είναι σημαντικό πλεονέκτημα που καθιστά τη μεθοδολογία αυτή αποδεκτή σε εύκρατα κλίματα λόγω της μεγάλης διάρκειας της ηλιοφάνειας που επιτρέπει μια ασφαλή παρακολούθηση σε σταθερά χρονικά διαστήματα. Το χαμηλό κόστος αλλά και η προσβασιμότητα σε δεδομένα μπορεί να αποτελέσουν θετικά κριτήρια για την ενσωμάτωση τέτοιων προϊόντων στις λειτουργικές δραστηριότητες των μεταλλευτικών επιχειρήσεων.