Dálkový průzkum Země
Co je DPZ?
DPZ je …
A. B. C. D. E. F. G.
Zdroj energie a světla Záření a atmosféra Kontakt s předmětem Zaznamenání odražené energie senzorem Přenos, přijetí a zpracování dat Interpretace a analýza dat Využití informací
1
DPZ je …
… umění rozdělit svět na množství malých barevných čtverečků, se kterými si lze hrát na počítači a odhalovat jejich neuvěřitelný potenciál, který vždy přesahuje naše možnosti. (Jon Huntington, CSIRO Exploration, Geoscience, Australia) … věda (a do jisté míry i umění) o získávání informací o zemském povrchu bez přímého kontaktu pomocí snímání a zaznamenávání odražené nebo vyzářené energie a zpracování, analýza a využití těchto informací. (RESORS, CCRS)
Historie
Historie
souvisí s fyzikálními objevy v oblasti teorie vlnění, s rozvojem letectví, vývojem fotografie a s rozvojem dobývání kosmu 1906 a 1908 - 1. fotografie našeho území – část Prahy z balónu 1. a 2. svět. válka – výrazný rozvoj letecké fotografie – vojenské účely, topografická mapování, lesnictví a zemědělství 1958 – Explorer VI – 1. snímek zemského povrchu 1972 – ERTS-1 (LANDSAT 1) – tematické mapování 1999 – komerční družice s rozlišením 1 m
2
Elektromagnetické spektrum Viditelná část: barvy Červená: 0,620–0,700 µm Oranžová: 0,592–0,620 µm Žlutá: 0,578–0,592 µm Zelená: 0,500–0,578 µm Modrá: 0,446–0,500 µm Fialová: 0,400–0,446 µm
Elektromagnetické spektrum Infračervená část 0,7–100,0 µm Blízké IČ: konvenční i elektronické metody – topografie, studium vegetace Střední IČ: studium vegetace, geologie, sníh a led, oblačnost, zdravotní stav vegetace, identifikace minerálů Tepelné IČ: povrchová teplota oceánů, znečištění řek a jezer, lesní požáry
Mikrovlnné záření 1 µm–1 m Nejméně závislé na počasí Aktivní systémy – radar Meteorologie – srážkové oblasti a intenzita srážek
Obrazová data Fotografie
Pouze obrazy zaznamenané na fotografický film Ve viditelné části spektra a blízkého IČ spektra
Digitální data
Pixel – základní jednotka digitálního obrazu Informace je zaznamenávána v úzkých spektrálních pásmech
3
Metody pořizování dat Konvenční metody
Nekonvenční metody
Fotografie – na citlivé fotografické vrstvě Možnost velmi podrobného zachycení zemského povrchu Využití ve fotogrammetrii
Pasivní metody
Další hlediska
Přímé x Nepřímé
Aktivní metody
Rozkladová zařízení – skenery „Nižší“ prostorová rozlišovací schopnost Pokrývají značnou část elektromag. spektra
Záření je vysíláno ze zdroje na nosiči – radar
Druh nosiče, zaznamenaná část spektra, osa záběru, zorné pole kamery, velikost snímaného území, …
Systémy a zařízení pro pořizování dat Systémy Pozemní stanice Letadla Raketoplány Družice Zařízení Fotografická komora Digitální kamera Multispektrální skenery Stereoskopické snímkování
Rozlišovací schopnost
Prostorové rozlišení Spektrální rozlišovací schopnost Radiometrické rozlišení
citlivost na množství zaznamenané elektromagnetické energie
Časová rozlišovací schopnost
Doba, která uběhne mezi pořízením snímků stejného místa na zeměkouli bývá několik dní
4
Charakteristiky digitálního obrazu Nízké prostorové rozlišení
Lze rozlišit pouze velké objekty (uliční síť, vodní tok, mosty …)
Vysoké prostorové rozlišení
Můžeme zřetelně rozpoznat i malé objekty (domy, auta, koruny stromů …)
Charakteristiky digitálního obrazu Spektrální rozlišovací schopnost
Schopnost senzoru zaznamenávat informace v úzce vymezených spektrálních pásmech Čím vyšší spektrální rozlišení, tím užší spektrální pásma
Multispektrální snímky
Senzor s úzkým pásem záběru, který zaznamenává povrch jako dvourozměrný obraz Pořizuje záznam v několika spektrálních pásech od viditelné části spektra až po tepelné záření Vyšší radiometrické rozlišení x nižší prostorové rozlišení Náročná kalibrace snímacích zařízení Družice i letadla
5
Tepelné snímkování
Ve vlnových délkách 3-15 µm Rozdíl teplot až 0,1 °C Zaznamenávají energii vyzářenou nebo odraženou - mohou být pořizovány i v noci Teplené záření je málo rozptylované atmosférou Nižší prostorové rozlišení Využití:
vojenské účely, monitorování přírodních katastrof (požáry, vulkanická činnost), teplota oceánů
Družicové systémy Rovníková oběžná dráha
Výška 36 000 km GEOSTACIONÁRNÍ Malé rozlišení, krátké časové intervaly Meteorologie
Subpolární oběžná dráha
Na denní straně obíhá od severu k jihu Globální a lokální data
Meteorologické družice METEOSAT
NOAA AVHRR
geostacionární 0,5-12,5 µm 2,5-5 km
subpolární dráha (830-870 km nad Zemí) 0,58-12,5 µm 1,1-4 km
GOES, DMSP, GMS
6
Družice pro výzkum přírodních zdrojů LANDSAT (USA)
1972 - ERTS 1 (LANDSAT 1) nad stejné místo na Zemi za 16 dní MSS - 4 pásma, 80 m TM - 7 pásem, 30 120 m (termální)
SPOT (Francie)
1986 - SPOT 1 stejné místo - 26 dní HRV PAN - 10 m XS - 3 pásma - 20 m
Družice pro výzkum přírodních zdrojů TERRA
18.12. 1999 (EOS AM1) Klimatu a přírodního prostředí Země ASTER (Advanced
Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer)
CERES (Clouds and the Earth's Radiant Energy System)
MISR (Multi-angle Imaging Spectro-Radiometer)
MODIS (Moderateresolution Imaging Spectroradiometer) MOPITT
(Measurements Pollution In The Troposphere)
Družice pro výzkum přírodních zdrojů IRS (Indian Remote Sensing Satellites)
1988 - IRS 1A PAN - 5,8 m LISS - 23,8 m WiFS Vstupní data do GIS
ENVISAT (ESA)
1.3. 2002 Zařízení: GOMOS, SCIAMACHY, MIPAS, MERIS, ASAR, AATSR, RA-2, MWR, DORIS, LRR
7
Radarové systémy ERS 2 (ESA)
Oceánografie, altimetrie SAR (Synthetic Aperture Radar
RADARSAT (Kanada)
Mapování ledového příkrovu, geologické aplikace, přírodní katastrofy (povodně v ČR v roce 1997)
SIR (raketoplány)
Zařízení SRTM Radarové snímky, interferometrie
Družice s vysokým rozlišením IKONOS (SpaceImaging)
24. 9. 1999 PAN - 1 m. MS – 4 m
EROS A-1 (Izrael)
5. 12. 2000 PAN – 1 m
QuickBird (DigitalGlobe)
18.10. 2001 PAN - 0,61 m. MS – 2,44 m
Digitální zpracování obrazu
Předzpracování obrazu
Zvýraznění obrazu
odstranění náhodných a systematických chyb radiometrické a geometrické korekce úprava vzhledu obrazu transformace obrazu do lépe interpretovatelné formy
Klasifikace a analýza obrazu
extrahování informace a její analýza
8
Klasifikace obrazu
Obrazovým prvkům přiřazován informační význam podle klasifikačního schématu Klasifikační schéma - legenda výsledné mapy Klasifikátory - rozhodovací pravidla, která přiřazují jednotlivé hodnoty spektrálních tříd do tříd informačních
spektrální třídy – skupiny pixelů se stejným nebo podobným spektrálním chováním v určitém spektrálním pásmu informační třídy – kategorie, které by měly být obsaženy ve výsledném obraze
Interpretační znaky
Znaky existující na snímku i ve skutečnosti tvar
stín
barva
Znaky existující pouze na snímku tón
velikost
textura
Znaky vyjadřující vztahy struktura
poloha
Klasifikace obrazu
9
Aplikace a využití Kartografie
Planimetrie Tvorba DEM (Digital Elevation Model) Topografické mapování Tematické mapování
Aplikace a využití Zemědělství
mapování zemědělských plodin sledování zdravotního stavu plodin odhady výnosů sledování půdních charakteristik
Aplikace a využití Lesnictví
Zjišťování stavu vegetace Lesní požáry Přirozená obnova lesních porostů a mapování odlesnění
10
Aplikace a využití
Geologie
Zjišťování nalezišť nerostných surovin Strukturní geologie Dezertifikace Mapování sedimentů Mapování geologických jednotek
Aplikace a využití Hydrologie
Mapování mokřad Sledování vlhkosti půd Monitoring zalednění Povodně Dynamika ledovců Mapování odvodňovacích pánví a vymezení povodí
Aplikace a využití Využití a pokryvnost země (Landuse a Landcover)
Základní mapování pro GIS Dynamika městského osídlení Územní plánování Monitoring přírodních katastrof - povodně, tornáda, vulkanická činnost Ochrana přírodních zdrojů
11
Aplikace a využití
Egypt – Súdán: 31.10.1999 – 23.12.2001 (LANDSAT 7)
Aplikace a využití CORINE Landcover
Vytvoření jednotné databáze o využití a pokryvnosti země pro zúčastněné státy Využití materiálů DPZ (LANDSAT, SPOT) Vytvoření jednotné legendy ve třech úrovních pro měřítka 1:100 000 1:50 000 1:25 000
Aplikace a využití MURBANDY (Monitoring of Urban Dynamics)
Využití země vybraných evropských měst v minulosti a v současnosti Porozumění procesům ovlivňujících vývoj a jejich vliv na životní prostředí Vytvoření modelů pro předpokládaný další vývoj (MOLAND – Monitoring Land Cover/Use Dynamics)
12
Aplikace a využití Oceánografie a pobřeží oceánů
Mořské proudy, hloubka oceánů Teplota vody, výskyt planktonu, kvalita vody Mapování znečištění Navigace Stanovení pobřežní čáry Mapování pobřežní vegetace
GPS 1. Systém GPS (globální polohový systém) je družicový pasivní dálkoměrný systém. 2. Je tvoř tvořen sí sítí druž družic (24 + 3 zálož ložní) krouž kroužících ve výš výšce 20 000 km (oběž ná doba cca 12 hodin) a (oběžn vysí vysílají lajících speciá speciální lní kódované dované informace (v podstatě podstatě svou polohu a čas vyslá ání zprá vysl zprávy). Petr Matuška 3. Tyto informace uživatel UI PEF MZLU přijímá Brno pomocí
[email protected] speciálního přístroje, který informace zpracovává.
GPS Systém GPS lze rozčlenit do 3 podsystémů: 1. kosmický (= družice), 2. řídící (= kontrolní, monitoring pohybu družic, výpočty a korekce v systému), 3. uživatelský (= přijímací aparatury).
Petr Matuška UI PEF MZLU Brno
[email protected]
13
Globální systémy určení polohy:
V současnosti GPS/Navstar (USA) – přesnost závisí na „mezinárodní politické situaci“, může být i vypnut. ~5m horizontálně, vertikálně horší přesnost.
GLONASS (Rusko) – nekompletní sada družic, technické problémy, opět doplňování družic.
Galileo (EU), zatím jedna družice, má mít garantovanou přesnost, komerční aplikace, civilní.
GPS – využití pro vstup dat do GIS
GPS modul pro PC/notebook, flash modul pro PDA, PDA/notebook s vestavěným GPS přijímačem... – může s příslušným softwarem přímo ukládat data pro GIS a zobrazovat je v mapě, s daty lze ihned v terénu pracovat.
Odkazy a dostupná data SPOLEČNOSTI American Society for Photogrammetry & Remote Sensing www.asprs.org/ International Society for Photogrammetry & Remote Sensing www.isprs.org/ Společnost pro fotogrammetrii a dálkový průzkum ČR www.sfdp.upol.cz/ The Remote Sensing and Photogrammetry Society www.rspsoc.org/ Remotersensing.org www.remotesensing.org/ European Space Agency www.esa.int Centre National d’Études Spatiales www.cnes.fr NASA www.nasa.gov www.geodis.cz
14
Odkazy a dostupná data VÝUKOVÉ MATERIÁLY The Remote Sensing Tutorial rst.gsfc.nasa.gov/starthere.html The Earth Observatory earthobservatory.nasa.gov/Library/RemoteSensing/ Canada Centre for Remote Sensing – Learning Resources www.ccrs.nrcan.gc.ca/ccrs/learn/learn_e.html Iranian Remote Sensing Center www.iran-irsc.com/En/rs/ Aerial Photography and Remote Sensing www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/remote/remote_f.h tml
Odkazy a dostupná data DRUŽICOVÉ SYSTÉMY IKONOS www.spaceimaging.com EROS A -1 www.imagenet.com www.imagesatintl.com/1024/index.html sweden.imagenet.com/ QuickBird www.digitalglobe.com www.eurimage.com IRS www.gaf.de/data.html SPOT spot4.cnes.fr/spot4_gb/index.htm spot5.cnes.fr
Odkazy a dostupná data DRUŽICOVÉ SYSTÉMY LANDSAT landsat.gsfc.nasa.gov TERRA terra.nasa.gov eos-am.gsfc.nasa.gov RADARSAT www.rsi.ca SIR www.jpl.nasa.gov/srtm NOAA www.noaa.gov/satellites.html www.saa.noaa.gov METEOSAT http://www.eumetsat.de
15
Odkazy a dostupná data DATA, SNÍMKY A APLIKACE TerraFly www.terrafly.fiu.edu/ ČHMÚ www.chmi.cz/meteo/sat/sat_main.html GAF www.gaf.de/ Earth from Space earth.jsc.nasa.gov/page.html USGS - EROS data Center edcwww.cr.usgs.gov/gallery/dsatellite.html EarthRISE earthrise.sdsc.edu/earthrise/main.html German Remote Sensing Data Center isis.dlr.de NASA Jet Propulsion Laboratory www.jpl.nasa.gov/pictures
Odkazy a dostupná data DATA, SNÍMKY A APLIKACE NASA JSC Digital Image Collection images.jsc.nasa.gov USGS: EARTHSHOTS http://edcwww.cr.usgs.gov/earthshots/slow/tableofcontentshtt NOAA: Live Access to Climate Data ferret.wrc.noaa.gov/las/ A Global View from Space sdcd.gsfc.nasa.gov/ISTO/dro/global REMOTE SENSING AND GIS LINKS www.geog.nottingham.ac.uk/~mather/useful_links.html LGC www.geogr.muni.cz/lgc/wwwlinks.html
16
