Μελέτη διαχείρισης και εκτίμησης κινδύνου πυρκαγιάς με εφαρμογή πολυκριτηριακής ανάλυσης και αλγορίθμων μηχανικής εκμάθησης σε περιβάλλον G.I.S.

Abstract

Η Κλιματική Αλλαγή αναμένεται τα επόμενα χρόνια να οδηγήσει σε σημαντική αύξηση του κινδύνου πυρκαγιάς στην Ελλάδα, με καταστροφικές συνέπειες στο φυσικό και τους ανθρώπινο περιβάλλον. Οι κλιματικές μεταβολές έχουν ήδη αρχίσει να γίνονται αντιληπτές, ιδιαίτερα κατά τους καλοκαιρινούς μήνες. Για αυτό το λόγο πολλές φορές αντί για τον όρο “Κλιματική Αλλαγή” χρησιμοποιείται ο όρος “Κλιματική κρίση”, ώστε να τονιστεί πως οι κλιματικές μεταβολές δεν είναι κάτι που θα αντιμετωπίσει η ανθρωπότητα στο μέλλον, αλλά έχουν ήδη ξεκινήσει να εμφανίζονται στον 21ο αιώνα. Τα Συστήματα Γεωγραφικών Πληροφοριών (Σ.Γ.Π.) δίνουν τη δυνατότητα ολοκληρωμένης μελέτης και διαχείρισης του κινδύνου πυρκαγιάς και του σχεδιασμού των μέτρων πρόληψης. Σε αυτό το πλαίσιο στη παρούσα διπλωματική προτείνεται μια ευέλικτη ροή εργασιών σε πλατφόρμα Σ.Γ.Π. για την αποτύπωση των παραγόντων κινδύνου πυρκαγιάς, τον συνδυασμό τους για την εκτίμηση του κινδύνου πυρκαγιάς και την διαχείριση των υποδομών παρακολούθησης, για τη μετρίαση του. Για την απαραίτητη εφαρμογή της ροής εργασιών και των μοντέλων που ενσωματώθηκαν σε αυτή, επιλέχθηκε μια από τις σημαντικότερες προστατευόμενες περιοχές της Ελλάδας, το Εθνικό Πάρκο Δάσους Δαδιάς-Λευκίμης-Σουφλίου και την ευρύτερη περιοχή του νομού Έβρου που το περιβάλει. Η μελέτη βασίστηκε σε ανοικτά και αξιόπιστα δεδομένα από διεθνείς και εθνικές πηγές. Τα δεδομένα αυτά αναλύθηκαν σε περιβάλλον Σ.Γ.Π. ώστε να αποτυπωθούν οι σημαντικότεροι παράγοντες που διαμορφώνουν το κίνδυνο πυρκαγιάς. Η ανάλυση ενσωματώνει βασικά εργαλεία των Σ.Γ.Π. και προηγμένες εφαρμογές, όπως αλγόριθμους μηχανικής εκμάθησης (Support Vector Machine), άλγεβρας χαρτών και Γεωστατιστικής. Στη συνέχεια οι παράγοντες συνδυάστηκαν με την εφαρμογή Πολυκριτηριακής Ανάλυσης (Multi-Criteria Decision Analysis) και Διεργασίας Αναλυτικής Ιεράρχησης (Analytic Hierarchy Process) για να δημιουργηθεί ένα μοντέλο εκτίμησης κινδύνου πυρκαγιάς. Το μοντέλο, όπως προαναφέρθηκε, εφαρμόστηκε στη περιοχή του νομού Έβρου για να εκτιμηθεί ο κίνδυνος πυρκαγιάς στο Εθνικό Πάρκο Δάσους Δαδιάς-Λευκίμης-Σουφλίου. Το αποτέλεσμα της μελέτης κινδύνου ανέδειξε 3 βασικές περιοχές που παρουσιάζουν πολύ υψηλό κίνδυνο πυρκαγιάς. Η πρώτη περιοχή κινδύνου εντοπίζεται στο βόρειο τμήμα του Εθνικού Πάρκου, κοντά στον οικισμό Γιαννούλη. Η δεύτερη και πιο εκτενής περιοχή εντοπίζεται στο κέντρο του Εθνικού Πάρκου περιμετρικά της νοητής ευθείας που ενώνει τον οικισμό Κοτρωνία με τον οικισμό Λαγυνά. Η τρίτη και τελευταία περιοχή εντοπίζεται νότια και συγκεκριμένα στο βόρειο τμήμα του οικισμού Λευκίμμη. Παράλληλα, ο μέσος κίνδυνος στη περιοχή είναι υψηλός, γεγονός που καθιστά την παρακολούθηση του Εθνικού Πάρκου αναγκαία, ιδιαίτερα τους καλοκαιρινούς μήνες. Τα αποτελέσματα του κινδύνου πυρκαγιάς για το Εθνικό Πάρκο Δάσους Δαδιάς-Λευκίμης-Σουφλίου, τα δεδομένα για τις υφιστάμενες υποδομές παρακολούθησης του Πυροσβεστικού Σώματος στο νομό Έβρου και οι προστατευόμενες περιοχές, αποτέλεσαν τη βάση για τη διερεύνηση των δυνατοτήτων παρακολούθησης του Πυροσβεστικού Σώματος και τη δημιουργία ενός μοντέλου καταλληλότητας για τον εντοπισμό θέσεων που μπορούν να κατασκευαστούν πυροφυλάκια. Για την εκτίμηση των δυνατοτήτων παρακολούθησης των υφιστάμενων υποδομών του Πυροσβεστικού Σώματος δημιουργήθηκε ένα βασικό μοντέλο ορατότητας. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα του μοντέλου, το υφιστάμενο δίκτυο των υποδομών παρακολούθησης (σε πλήρη λειτουργία) καλύπτει το μεγαλύτερο τμήμα του Νομού. Συγκεκριμένα το 88% του Νομού παρακολουθείται από τουλάχιστον ένα παρατηρητή και το μεγαλύτερο μέρος των περιοχών αυτών περιέχουν δασικές εκτάσεις και Προστατευόμενες Περιοχές. Τα δεδομένα από τις θέσεις των υφιστάμενων πυροφυλακίων επεξεργάστηκαν με αλγόριθμο μηχανικής εκμάθησης Τυχαίων Δασών (Random Forest Regression) και συνδυάστηκαν με τους παράγοντες καταλληλότητας θέσης (Υψόμετρο, Απόσταση από δρόμους, Κλίση Εδάφους και Περιοχές κορυφογραμμών) με τη βοήθεια της Πολυκριτηριακής Ανάλυσης, ώστε να διαβαθμιστεί ο νομός Έβρου ανάλογα με τη δυνατότητα ανέγερσης πυροφυλακίων. Οι περιοχές καταλληλότητας, σύμφωνα με τα παραπάνω κριτήρια, καλύπτουν μια εξαιρετικά μικρή περιοχή συγκριτικά με την έκταση του νομού Έβρου. Συγκεκριμένα, οι κατάλληλες περιοχές καλύπτουν το 14% και οι περιοχές εξαιρετικής καταλληλότητας μόλις το 1%. Επομένως, η δημιουργία ενός μοντέλου που μπορεί να τις αναγνωρίσει είναι εξαιρετικά σημαντική. Από τις περιοχές υψηλής καταλληλότητας επιλέχθηκαν 4 νέες θέσεις, οι οποίες διευρύνουν τη παρακολούθηση στις προστατευόμενες περιοχές του Νομού. Για την επιλογή των θέσεων συνδυάστηκαν τα αποτελέσματα του μοντέλου ορατότητας από τις υφιστάμενες υποδομές παρακολούθησης του Πυροσβεστικού Σώματος, το καθεστώς προστασίας κάθε περιοχής, η κάλυψη γης και το μοντέλο κινδύνου πυρκαγιάς. Κάθε μια από τις 4 θέσεις βελτιώνει την ορατότητα σε σημαντικές δασικές περιοχές που εντάσσονται στο δίκτυο Natura 2000. Παράλληλα με το μοντέλο καταλληλότητας, προτείνονται εναλλακτικές μέθοδοι παρακολούθησης των δασικών εκτάσεων με την τοποθέτηση συσκευών παρακολούθησης σε αιολικά πάρκα. Τα επόμενα χρόνια αναμένεται να αυξηθεί σημαντικά ο κίνδυνος πυρκαγιάς σε πολλές περιοχές της Ελλάδας, με αποτέλεσμα όλο και περισσότεροι δημόσιοι και ιδιωτικοί φορείς να χρειαστεί να εντοπίσουν και στη συνέχεια να διαχειριστούν το κίνδυνο πυρκαγιάς στη περιοχή ευθύνης τους. Σε αυτό το πλαίσιο τα μοντέλα που δημιουργήθηκαν και εφαρμόστηκαν σε Σ.Γ.Π. στη παρούσα διπλωματική είναι γενικά και μπορούν να αξιοποιηθούν, πέρα από το νομό Έβρου, και σε άλλες περιοχές της Ελλάδας. Παράλληλα με τη ευελιξία των μοντέλων, τα ελευθέρα δεδομένα που επιλέχθηκαν να χρησιμοποιηθούν, δίνουν τη δυνατότητα εφαρμογής της ροής εργασιών που αναπτύχθηκε από οποιοδήποτε φορέα.