Aναλυτική φωτοσκίαση πολλαπλών κατευθύνσεων για την ενισχυμένη χαρτογραφική απόδοση του τοπογραφικού αναγλύφου
Authors: Τζελέπης Νικόλαος 
Published: April 2023

Η παρούσα διδακτορική διατριβή, με τίτλο: «Αναλυτική Φωτοσκίαση Πολλαπλών Κατευθύνσεων για την Ενισχυμένη Χαρτογραφική Απόδοση του Τοπογραφικού Αναγλύφου» μελετά την μέθοδο της Φωτοσκίασης Πολλαπλών Κατευθύνσεων (ΦΠΚ) και εξετάζει τις δυνατότητες που μπορεί να προσφέρει η αξιοποίησή της, στην αντιμετώπιση της αδυναμίας αναπαράστασης του συνόλου της μορφής της γήινης επιφάνειας κατά τη φωτοσκίασή της με μία φωτεινή πηγή. Η αδυναμία αυτή εκδηλώνεται με την πλήρη απόκρυψη του αναγλύφου για τις πλαγιές που αποκλίνουν από τη φωτεινή πηγή και με την ελλιπή απόδοση των μεταβολών του, σε όσες από τις υπόλοιπες πλαγιές προσανατολίζονται παράλληλα ή κάθετα στον φωτισμό.Αρχικώς τοποθετείται το πρόβλημα με μία σύντομη περιγραφή των ιδιαιτεροτήτων και των απλουστεύσεων του φαινομένου της φωτοσκίασης για χαρτογραφική χρήση και με την ανασκόπηση των σύγχρονων εξελίξεων στην αναλυτική φωτοσκίαση και των προσπαθειών για την βελτίωση των αδυναμιών στη χρήση μίας αποκλειστικά φωτεινής πηγής. Εν συνεχεία, μέσω πειραματικής διαδικασίας καταγραφής οφθαλμικών κινήσεων οι οποίες αναλύονται με τη βοήθεια και της κρίσης εμπειρογνωμόνων, διασφαλίζεται με όρους πολυπλοκότητας η οπτική συνάφεια των εικόνων ΦΠΚ με τον οικείο χαρακτήρα των εικόνων φωτοσκίασης του τοπογραφικού αναγλύφου, με αφορμή την ιδιόμορφη τονική ισοστάθμιση που προκαλεί ο πολλαπλός φωτισμός και την συνεπαγόμενη υστέρηση ενός κρίσιμου οπτικού ερεθίσματος της μεθόδου, αυτό της τονικής αντίθεσης.Η προτεινόμενη μεθοδολογία της διατριβής για την ενίσχυση των αδυναμιών βασίζεται σε τρία στάδια: i) στη επιλογή μίας βέλτιστης κατεύθυνσης φωτισμού, αναλόγως της ταυτότητας του αναγλύφου της εκάστοτε περιοχής, ώστε να μεγιστοποιείται το όφελος στην απόδοση του, ii) στην υλοποίηση ενός μοντέλου ΦΠΚ, από μία διαθέσιμη γκάμα επιλογών με διαφορετικά χαρακτηριστικά και iii) στη δημιουργία ενός σταθμισμένου συνδυασμού όπου το οπτικό αποτέλεσμα του σταδίου (i) θα κυριαρχεί, διασφαλίζοντας τον οικείο χαρακτήρα μιας εικόνας φωτοσκίασης και θα ενισχύεται στα αδύναμα τμήματα με ελεγχόμενο τρόπο, από την εικόνα του σταδίου (ii). Τα τρία αυτά στάδια της μεθοδολογίας πλαισιώνονται με βιβλιογραφική μελέτη και με εφαρμογές σε ψηφιακά υψομετρικά δεδομένα από τμήμα ορεινής περιοχής των Καλαβρύτων. Ως προς τη διερεύνηση της βέλτιστης κατεύθυνσης φωτισμού, τεκμηριώνεται η γενική προτίμηση της τοποθέτησης προς τον ΒΔ τομέα και προσδιορίζονται οι αναλυτικές διαδικασίες επεξεργασίας των δεδομένων της μορφής της επιφάνειας που μπορούν να την εξειδικεύσουν (όπως η γενίκευση της επιφάνειας του εδάφους, η μορφομετρική ανάλυση ή η αναγνώριση δομικών γραμμών), εφαρμόζοντας ενδεικτικά την διαγραμματική ανάλυση των τιμών αζιμουθίου. Τα υφιστάμενα μοντέλα ΦΠΚ εμπλουτίζονται με πρόσθετα, εναλλακτικά μοντέλα και διατυπώνεται η κατηγοριοποίησή τους, με κριτήριο τον τρόπο στάθμισης των συνιστωσών φωτοσκιάσεων σε: μοντέλα καθολικής στάθμισης (global-weighted), μοντέλα πλαγιο-στάθμισης (oblique-weighted) και μοντέλα στάθμισης βάσει της γωνίας πρόσπτωσης (incident-weighted) του φωτισμού. Για το τελικό στάδιο ανάμιξης μεταξύ κυρίαρχης, βέλτιστης φωτοσκίασης μίας πηγής και ΦΠΚ, προτείνονται η σταθερή, αλλά κυρίως η μεταβλητή στάθμισή τους, συναρτώντας τον βαθμό παρέμβασης της δεύτερης με την τοπική γωνία πρόσπτωσης του βέλτιστου φωτισμού στο έδαφος. Η υλοποίηση των μοντέλων ΦΠΚ, καθώς και των συνδυασμών τους με φωτοσκίαση μίας πηγής έγινε στο ολοκληρωμένο λογισμικό περιβάλλον του Συστήματος Γεωγραφικών Πληροφοριών ArcGIS® της ESRI.Τα οπτικά αποτελέσματα επιλεγμένων συνδυασμών φωτοσκίασης με την προτεινόμενη μεθοδολογία, αξιολογούνται ως προς την πληρότητα απόδοσης του τοπογραφικού αναγλύφου με εμπειρική έρευνα που υλοποιήθηκε ως διαδικτυακό ερωτηματολόγιο και συμπληρώθηκε από επιστημονικό προσωπικό με εμπειρία στο αντικείμενο της Χαρτογραφίας και γενικότερα των χωρικών οπτικοποιήσεων. Οι απαντήσεις ελέγχονται με στατιστικά τεστ για τον εντοπισμό των επιλογών που επιτυγχάνουν σημαντικά βελτιωμένες επιδόσεις, με σαφέστατες ενδείξεις της ωφέλειας από τη χρήση ΦΠΚ.Στην κατακλείδα της διατριβής, ανακεφαλαιώνονται οι κύριοι στόχοι και η μεθόδευση της εκπλήρωσής τους, συμπληρώνοντας ανοικτά ερωτήματα για περαιτέρω έρευνα.