EARTHQUAKE AND CONFLICT-RELATED URBAN DAMAGE ASSESSMENT USING COHERENCE CHANGE DETECTION WITH SENTINEL-1 IMAGERY

Abstract

Disasters cause serious economic and human losses. Therefore, damage assessment is needed to support post-disaster management, humanitarian assistance, and disaster relief. This research focuses on applying the coherence change detection technique with Sentinel-1 data for damage assessment of urban areas of four cites. The first three cities affected by a natural disaster including Antakya, Iskenderun, and Adana in Turkey which affected form the two earthquakes of magnitude 7.8 and 7.5 occurred nine hours apart in south-eastern Turkey near the Turkey-Syria border on 6 February 2023. Another city affected by a human-caused disaster which is Mariupol, a city in the south-eastern Ukraine affected by the conflict between Russian and Ukraine since 24 February 2022 until the city was fully controlled by Russia in late May 2022.

For each study area, images of three months before the event were used. We used the images from November 2021 for Ukraine and November 2022 for Turkey. These images of three months until the last image before the event represent late autumn and winter seasons and were used to generate an average pre-event coherence image for each study area. Then, we applied a log ratio to the average pre-event and post event coherence image to find the intensity of coherence changes after the event occurred in each study area.

The results showed that the pre-event coherence of urban areas was high then turned to low after the earthquake, especially in Antakya, which was one of the most affected cities as the coherence decreased in all over the city, while Iskenderun showed loss of coherence mostly in the north-western part of the city as it was less affected than Antakya. The coherence of Adana slightly decreased as this city was least affected by the earthquake compared to the two cities. In Mariupol, there were gradually changes in the beginning of the invasion, then a lot of changes occurred in middle March to middle May 2022 and the most intense changes happened in the city centre and the Azovstal industrial site. However, there also were widespread changes all over the urban areas.

The total area of Antakya affected by the earthquake was the most, at 44.58%. Iskenderun had the total affected area, at 24.09% and Adana had the least affected area at, 7.79%. In Mariupol, 44.88% of the urban area was affected by the conflict from the beginning of the invasion until June 2022. The coherence change detection technique with Sentinel-1 Imagery is a useful method in applying for damage assessment that can be used immediately during the early and critical state of disasters. It is suitable to identify changes in urban areas but not suitable to apply in areas that covered with vegetation.

ภัยพิบัติก่อให้เกิดความสูญเสียต่อชีวิตและทรัพย์สิน รวมทั้งความเสียหายทางเศรษฐกิจ การประเมินความเสียหายหลังจากเกิดภัยพิบัติจึงมีความจำเป็นในการสนับสนุนการช่วยเหลือประชาชน การบรรเทาสาธารณภัย และการบริหารจัดการหลังจากเกิดภัยพิบัติ การวิจัยนี้การประยุกต์ใช้วิธีการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงค่าโคฮีเรนซ์ร่วมกับภาพถ่ายดาวเทียมเซนทิเนล-1 ในการประเมินความเสียหายของเมืองจำนวนสี่แห่ง โดยเมืองสามแห่งแรกเป็นเมืองที่ได้รับผลกระทบจากภัยพิบัติทางธรรมชาติ ประกอบด้วย เมืองอันทักยา เมืองอิสเคนเดอรุน และเมืองอาดานา ในประเทศตุรกี ซึ่งได้รับผลกระทบจากแผ่นดินไหวขนาด 7.8 และ 7.5 ริกเตอร์ ที่เกิดขึ้นห่างกัน 9 ชั่วโมง ในวันที่ 6 กุมภาพันธ์ 2566 ทางภาคตะวันออกเฉียงใต้ใกล้กับชายแดนตุรกีและซีเรีย อีกเมืองหนึ่งซึ่งได้รับผลกระทบจากภัยพิบัติที่มีสาเหตุจากมนุษย์ คือเมืองมารีอูปอลทางภาคตะวันออกเฉียงใต้ของประเทศยูเครนซึ่งได้รับผลกระทบจากความขัดแย้งระหว่างรัสเซียและยูเครน ตั้งแต่วันที่ 24 กุมภาพันธ์ 2565 จนกระทั่งเมืองถูกควบคุมโดยรัสเซียในช่วงปลายเดือนพฤษภาคม 2565

สำหรับพื้นที่ศึกษาแต่ละแห่งนั้น ภาพค่าโคฮีเรนซ์เฉลี่ยก่อนเกิดเหตุการณ์ได้ถูกสร้างขึ้นมาจากภาพถ่ายดาวเทียมในช่วงระยะเวลาสามเดือนก่อนเกิดเหตุการณ์ กล่าวคือ ใช้ภาพถ่ายดาวเทียมตั้งแต่เดือนพฤศจิกายน 2566 ถึงก่อนวันเกิดเหตุสำหรับเหตุการณ์แผ่นดินไหวที่ประเทศตุรกี และใช้ภาพถ่ายดาวเทียมตั้งแต่เดือนพฤศจิกายน 2565 ถึงก่อนวันเกิดเหตุสำหรับเหตุการณ์ความขัดแย้งในประเทศยูเครน จากนั้นจึงใช้อัตราส่วนลอการิทึมในการคำนวณหาการเปลี่ยนแปลงของค่าโคฮีเรนซ์ระหว่างค่าโคฮีเรนซ์เฉลี่ยก่อนเกิดเหตุการณ์กับค่าโคฮีเรนซ์หลังเกิดเหตุกาณ์

ผลการวิจัยแสดงให้เห็นว่า ค่าโคฮีเรนซ์ของพื้นที่เมืองมีค่าสูงแต่กลับลดลงหลังจากเกิดแผ่นดินไหว โดยเฉพาะเมืองอันทักยา ซึ่งเป็นหนึ่งในเมืองที่ได้รับผลกระทบมากที่สุดและมีค่าโคฮีเรนซ์ลดลงทั่วทั้งพื้นที่ของเมือง ส่วนเมืองอิสเคนเดอรุนมีค่าโคฮีเรนซ์ลดลงส่วนมากบริเวณด้านตะวันตกเฉียงเหนือของเมืองและได้รับผลกระทบน้อยกว่าเมืองอันทักยา ส่วนค่าโคฮีเรนซ์ของเมืองอาดานามีค่าลดลงเพียงเล็กน้อย เป็นเมืองที่ได้รับผลกระทบน้อยที่สุดเมื่อเทียบกับเมืองทั้งสองแห่งที่กล่าวไปแล้ว สำหรับเมืองมารีอูปอลนั้นมีค่าโคฮีเรนซ์ลดลงเล็กน้อยในช่วงแรกหลังจากวันที่เมืองเริ่มถูกโจมตี จากนั้นมีการเปลี่ยนแปลงมากขึ้นในช่วงกลางเดือนมีนาคมถึงพฤษภาคม 2565 และพื้นที่ที่มีความเปลี่ยนแปลงมากที่สุดเกิดขึ้นบริเวณกลางเมืองและบริเวณเขตอุตสาหกรรมอาซอฟสทัล ทั้งนี้ ยังปรากฏความเปลี่ยนแปลงกระจายทั่วไปในพื้นที่เมือง

พื้นที่ของเมืองอันทักยาได้รับผลกระทบจากแผ่นดินไหวมากที่สุดคิดเป็นร้อยละ 44.58 ส่วนเมืองอิสเคนเดอรุนมีพื้นที่ที่ได้รับผลกระทบร้อยละ 24.09 และเมืองอาดานาซึ่งได้รับผลกระทบน้อยที่สุดคิดเป็นร้อยละ 7.79 สำหรับเมืองมารีอูปอลมีพื้นที่ร้อยละ 44.88 ที่ได้รับผลกระทบจากความขัดแย้งนับแต่ช่วงเริ่มต้นจนถึงเดือนมิถุนายน 2565 ทั้งนี้ วิธีการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงค่าโคฮีเรนซ์ร่วมกับภาพถ่ายดาวเทียมเซนทิเนล-1 สามารถประเมินความเสียหายของพื้นที่เมืองในได้อย่างรวดเร็ว โดยเป็นวิธีที่เหมาะสำหรับการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงในพื้นที่เมืองแต่ไม่เหมาะกับการประยุกต์ใช้ในพื้นที่ที่มีพืชพรรณปกคลุม