Διερεύνηση μεθόδων γεωοπτικοποίησης δορυφορικών δεδομένων εδαφικής μετακίνησης

Abstract

The doctoral dissertation entitled "Investigation of Geovisualization Methods for Satellite Data on Ground Displacement" focuses on the exploration of contemporary geovisualization methods for satellite data on ground displacement using Persistent Scatterer Interferometry (PSI), leveraging innovative techniques in web cartography. More specifically, issues related to the geographical, cartographic, spatial, and temporal scale of PSI data are examined. Furthermore, methods of cartographic symbolization for PSI data are investigated, and a methodology for cartographic generalization of the data, based on cartographic scale, is developed. Finally, methods for geovisualization of PSI data are explored for the creation of web-based cartographic applications. The rapid advancement of satellite remote sensing has created new demands and challenges in the visualization of geospatial data. This issue becomes increasingly complex when visualization concerns the intricate PSI data, making modern cartographic geovisualizations and the development of web-based cartographic applications valuable tools for data visualization and analysis. Consequently, there is a need to investigate modern geovisualization methods for PSI data by developing web-based cartographic applications and approaches, considering fundamental cartographic principles and scale concepts. Initially, a comprehensive review of international literature is conducted, regarding the evolution of Cartography and Geovisualization in recent years. Additionally, the contribution of modern technological tools to Cartography and its transition to the digital and web era is explored. More specifically, the utilization of contemporary interactive geovisualizations in the visualization of PSI data is examined. The first stage of the doctoral dissertation focuses on investigating issues related to geographical, cartographic, spatial, and temporal scale. Based on the geographical scale, three main categories were defined, while nine categories were determined for the cartographic scale. PSI data are provided in three different spatial resolutions according to point density, resulting in three categories. By combining these categories, appropriate cartographic scales for the visualization of original datasets are proposed. In the second stage, the application of cartographic generalization of PSI data is examined where necessary. A methodology for point elimination and generation, based on cartographic scale, is developed to prevent points overlapping. As a result, generalized datasets are produced and used to visualize ground deformation at different cartographic scales. The third stage of the dissertation investigates methods of cartographic symbolization for PSI data. The research focuses on geospatial data visualization methods (classified and unclassified), the color palette for visualizing ground deformation points, as well as the type and size of cartographic symbols used. In the fourth stage, leveraging the previous stages, geovisualization methods for PSI data are explored for the development of web-based cartographic applications. More specifically, interactive maps are created for the visualization of mean ground deformation velocity and the temporal evolution of ground displacement based on PSI data. Furthermore, employing innovative cartographic approaches, interactive geovisualizations of PSI data are developed. Finally, web maps are utilized to develop interactive web applications and dashboards for the visualization, study, and analysis of PSI data. The dissertation focuses on the broader area of the Thessaloniki Plain, which is well-documented in the scientific community for phenomena of long-term ground deformation, as well as on the island of Lesvos, which is characterized by relative ground stability over time. Overall, the dissertation contributes to the geovisualization of PSI data, offering new approaches and cartographic tools that enhance the understanding and utilization of geospatial information. At the same time, it highlights the challenges and potential improvements in the developed geovisualizations. The use of innovative cartographic approaches, interactive cartographic web applications, and web-based dashboards has the potential to create new perspectives in the visualization, investigation, and analysis of PSI data, and consequently, in the study and understanding of ground deformation phenomena.

Η παρούσα διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στη διερεύνηση σύγχρονων μεθόδων γεωοπτικοποίησης δορυφορικών δεδομένων εδαφικής μετακίνησης Συμβολομετρίας Σταθερών Ανακλαστήρων(PersistentScattererInterferometry, PSI), αξιοποιώντας καινοτόμες τεχνικές διαδικτυακής χαρτογραφίας. Πιο συγκεκριμένα, διερευνώνται ζητήματα γεωγραφικής, χαρτογραφικής, χωρικής και χρονικής κλίμακας δεδομένων Συμβολομετρίας Σταθερών Ανακλαστήρων (Σ.Σ.Α.). Επίσης, διερευνήθηκαν μέθοδοι χαρτογραφικού συμβολισμού δεδομένων και αναπτύχθηκε μεθοδολογία χαρτογραφικής γενίκευσης των δεδομένων ανά χαρτογραφική κλίμακα. Τέλος, διερευνώνται μέθοδοι γεωοπτικοποίησης δεδομένων συμβολομετρίας σταθερών ανακλαστήρων για την δημιουργία διαδικτυακών χαρτογραφικών εφαρμογών. Η ραγδαία ανάπτυξη της δορυφορικής τηλεπισκόπησης έχει δημιουργήσει νέες ανάγκες και προκλήσεις στην οπτικοποίηση γεωχωρικών δεδομένων. Το συγκεκριμένο ζήτημα γίνεται όλο και πιο σύνθετο όταν η οπτικοποίηση αφορά τα σύνθετα δεδομένα Σ.Σ.Α., καθιστώντας τις σύγχρονες χαρτογραφικές γεωοπτικοποιήσεις και την ανάπτυξη διαδικτυακών χαρτογραφικών εφαρμογών, χρήσιμα εργαλεία οπτικοποίησης και διερεύνησης των δεδομένων. Προκύπτει συνεπώς η ανάγκη διερεύνησης σύγχρονων μεθόδων γεωοπτικοποίησης των δεδομένων Σ.Σ.Α., αναπτύσσοντας διαδικτυακές χαρτογραφικές εφαρμογές-προσεγγίσεις, λαμβάνοντας υπόψη τις βασικές χαρτογραφικές αρχές και την έννοιες της κλίμακας. Αρχικά, πραγματοποιείται εκτενής ανασκόπηση της διεθνούς βιβλιογραφίαςσχετικά με την εξέλιξη της επιστήμης της Χαρτογραφίας και των Γεωοπτικοποιήσεων τα τελευταία χρόνια. Επιπλέον, διερευνάται η συμβολή των συγχρόνων τεχνολογικών μέσων στην επιστήμη της Χαρτογραφίας και η μετάβαση της στην ψηφιακή και διαδικτυακή εποχή.Αναλυτικότερα, εξετάζεται η αξιοποίηση των σύγχρονων διαδραστικών γεωοπτικοποιήσεων σε ζητήματα σχετικά με την οπτικοποίηση δεδομένων Σ.Σ.Α. Το πρώτο στάδιο της διδακτορικής διατριβής εστιάζει στη διερεύνηση ζητημάτων γεωγραφικής, χαρτογραφικής, χωρικής και χρονικής κλίμακας. Βάσει της γεωγραφικής κλίμακας, ορίστηκαν τρις βασικές κατηγορίες, ενώ βάσει της χαρτογραφικής κλίμακες ορίστηκαν εννιά κατηγορίες. Τα δεδομένα συμβολομετρίας σταθερών ανακλαστήρων παρέχονται σε τρις διαφορετικές χωρικές αναλύσεις, σύμφωνα με την πυκνότητα των σημείων, συνεπώς προκύπτουν τρείς κατηγορίες. Συνδυάζοντας τις παραπάνω κατηγορίες, προτείνονται οι χαρτογραφικές κλίμακες οπτικοποίησης των πρωτογενών δεδομένων. Στο δεύτερο στάδιο διερευνάται η εφαρμογή χαρτογραφικής γενίκευσης στα δεδομένα συμβολομετρίας σταθερών ανακλαστήρων, όπου αυτό κρίνεται απαραίτητο. Αναπτύσσεται μεθοδολογία απαλοιφής και δημιουργίας νέων σημείων με σκοπό τη αποφυγή επικάλυψης σημείων ανά χαρτογραφική κλίμακα. Συνεπώς, προκύπτουν γενικευμένα σύνολα δεδομένων, τα οποία χρησιμοποιούνται για την οπτικοποίηση της εδαφικής παραμόρφωσης για κάθε χαρτογραφική κλίμακα. Στο τρίτο στάδιο της διδακτορικής διατριβής διερευνήθηκαν μέθοδοι χαρτογραφικού συμβολισμούδεδομένων Σ.Σ.Α. Η διερεύνηση εστιάζει στις μεθόδους οπτικοποίησης γεωχωρικών δεδομένων (ταξινομημένες και μη ταξινομημένες), στη χρωματική παλέτα οπτικοποίησης των σημείων εδαφικής παραμόρφωσης, καθώς και στον τύπο και το μέγεθος συμβόλου. Στο τέταρτο στάδιο, αξιοποιώντας τα παραπάνω, πραγματοποιείται διερεύνηση μεθόδων γεωοπτικοποίησης δεδομένων Σ.Σ.Α. για την δημιουργία διαδικτυακών χαρτογραφικών εφαρμογών. Αναλυτικότερα, αξιοποιώντας τα παραπάνω στάδια διερεύνησης, δημιουργούνται διαδικτυακοί χάρτες οπτικοποίησης μέσης ταχύτητας εδαφικής παραμόρφωσης και διαχρονικής εξέλιξης εδαφικής μετακίνησης των δεδομένων συμβολομετρίας. Επίσης, αξιοποιώντας καινοτόμες χαρτογραφικές προσεγγίσεις, αναπτύσσονται διαδραστικές γεωοπτικοποιήσεις των δεδομένων συμβολομετρίας σταθερών ανακλαστήρων. Τέλος, οι διαδικτυακοί χάρτες χρησιμοποιούνται για την ανάπτυξη διαδραστικών διαδικτυακών εφαρμογών και πίνακα ελέγχου με σκοπό την οπτικοποίηση, μελέτη και ανάλυση δεδομένων Σ.Σ.Α.Η διατριβή εστιάζει στην ευρύτερη περιοχή της πεδιάδας της Θεσσαλονίκης, με γνωστά στην επιστημονική κοινότητα, φαινόμενα διαχρονικής εδαφικής παραμόρφωσης, αλλά και στο νησί της Λέσβου, το οποίο χαρακτηρίζεται από σχετική σταθερότητα σε βάθος χρόνου. Συνολικά, η διατριβή συμβάλλει στη γεωοπτικοποίηση δεδομένων Σ.Σ.Α., προσφέροντας νέες προσεγγίσεις και χαρτογραφικά εργαλεία που ενισχύουν την κατανόηση και αξιοποίηση των γεωχωρικών πληροφοριών. Παράλληλα αναδεικνύονται οι προκλήσεις και οι δυνατότητες βελτίωσης των γεωοπτικοποιήσεων που αναπτύχθηκαν. Η χρήση καινοτόμων χαρτογραφικών προσεγγίσεων, διαδραστικών διαδικτυακών χαρτογραφικών εφαρμογών και διαδικτυακών πινάκων ελέγχου δύναται να δημιουργήσει νέες προοπτικές στην οπτικοποίηση, διερεύνηση και ανάλυση των δεδομένων συμβολομετρίας σταθερών ανακλαστήρων και κατά συνέπεια στη μελέτη και κατανόηση του φαινομένου της εδαφικής παραμόρφωσης.