GIS – GPS, DPZ

GIS – GPS, DPZ
Obsah přednášky
 GPS – princip
 Segmenty GPS
 DPZ – definice
 Pasivní, aktivní systémy DPZ
 Družicové systémy Landsat, ...
 Ukázky dat
 Porovnání fotogrammetrie a DPZ
GIS
1
Globální družicové navigační systémy
 GNSS – Global Navigation Satellite Systems
 60. léta minulého století – první systémy pro určování polohy a navigace pomocí příjmu radiových signálů vysílaných umělými družicemi Země
 Princip – dostatečný počet radiomajáků (zde umělé družice Země) pokrývá celý zemský povrch radiovými navigačními signály – je možné určit polohu kdekoliv na Zemi.  Výhody: jednotný souřadnicový systém, provozuschopnost ­ 24 hodin denně
GIS
2
GPS ­ Global Positioning System
 Navigační systém pro určení polohy kdekoliv na zemském povrchu, bez ohledu na počasí a na dobu měření.  Původně vojenský systém, vyvíjený a budovaný od roku 1973 Ministerstvem obrany Spojených států.
 Začátkem 90. let se po vývoji a rozšíření stal plně funkčním a dostupným po celém světě.
 Kongres Spojených států schválil výnos o využití systému GPS i v civilní sféře.
GIS
3
GPS
Z důvodu možnosti zneužití (teroristické účely) a zabezpečení prvořadosti vojenských aplikací bylo až do 1.5.2000 provozováno několik opatření:
 Selektivní dostupnost (Selected Availibility) ­ záměrné zhoršování přesnosti určení polohy nebo zavedení tzv. přesného P/Y ­ kódu, kterým je šířen signál pouze pro vojenské aplikace,
 V současné době je již záměrné zhoršování polohy vypnuté, což pro civilní uživatele znamená téměř 10­ti násobně zvýšení přesnosti určení polohy.
GIS
4
GPS
 Členění na tři segmenty, které je možné považovat za nezávislé. Jsou propojeny přesným časem, který představuje základní princip systému.
Segmenty:
 kosmický,
 řídící (kontrolní),
 uživatelský.
GIS
5
GPS – kosmický segment
 24 družic (21 pracovních a 3 záložní), orbitální dráhy ve výšce 20200 km s dobou oběhu 11.25 hod, na šesti oběžných drahách. (Dnes 29 družic.)
 Každá družice je vybavena přijímačem, vysílačem, atomovými hodinami a přístroji pro navigaci nebo jiné speciální úkoly (kupř. pro detekci výbuchu jaderných náloží). Je vybavena záložními zdroji, palubní baterie jsou dobíjeny dvěmi slunečními panely.
 Družice přijímá, zpracovává a uchovává informace předávané z pozemního řídícího centra pro možnost korekce dráhy letu raketovými motorky. Sleduje stav vlastních systémů a podává o těchto skutečnostech informace zpět do řídícího centra.
GIS
6
GPS – kosmický segment
 Princip určování polohy ­ družice vysílá signály pro uživatele v podobě složitého signálu, každá družice vysílá zprávy o své poloze a přibližné poloze ostatních družic systému.
 K určení aktuální polohy pozemní přijímač počítá tzv. pseudovzdálenosti, což jsou vzdálenosti mezi přijímačem a viditelnými družicemi (nad obzorem).
GIS
7
GPS – kosmický segment




Výpočet pseudovzdálenosti vychází ze znalosti rychlosti šíření družicového signálu a rozdílu času mezi vysláním a příjmem signálu (pseudovzdálenost ­ jsou zavedeny další doplňující výpočty, které určení výsledné polohy dále zpřesňují).
Pro určení dvojrozměrné polohy (nejčastěji zeměpisná délka a šířka) stačí příjem signálu z minimálně tří družic (výpočet tří pseudovzdáleností).
Pro určení trojrozměrné polohy (navíc výška) minimálně ze čtyř družic.
Příjem menšího počtu družic znemožňuje výpočet polohy, vyšší počet družic naopak určení polohy dále zpřesňuje.
GIS
8
GPS – řídící segment
 Je zodpovědný za řízení celého GPS. Monitoruje funkce družic a získané údaje předává zpět družicím.
 Je tvořen hlavní řídicí stanicí v Colorado Springs a dalšími 5 monitorovacími stanicemi (americké vojenské základny) a 3 pozemními stanicemi pro komunikaci, které spolupracují s hlavní řídící stanicí.
 Cílem celého řídícího podsystému je monitoring funkcí každé družice, sledování a výpočet dráhy družice, komunikace a zajištění přesného chodu atomových hodin na družicích.
 závada na družici se co nejrychleji operativně řeší (cena 50 miliónů dolarů za družici).
GIS
9
GPS – řídící segment
 Existuje několik nezávislých monitorovacích sítí, které umožňují další přesnější určování polohy, především pro velmi přesné aplikace (geodézie, geodynamika), nepodílejí se na řízení a činnosti systému GPS – např. International GPS Service.
 Princip ­ při každém průletu družic nad těmito stanicemi jsou vyhodnoceny parametry jejich drah a vypočteny korekce, které jsou vyslány zpět na dané družice a odtud do přijímače, kde dojde k aktualizaci uložených dat o družicích. GIS
10
GPS – uživatelský segment
 Je tvořen z příjímačů GPS,
 uživatelů, vyhodnocovacích nástrojů a postupů.
GIS
11
GPS – uživatelský segment
 Pozemní segment – speciální přijímač s anténou, jednotkou pro zpracování radiového signálu a dekódování vložených dat, vyhodnocovací jednotkou a výstupní jednotkou pro komunikaci s obsluhou pomocí klávesnice a displeje.
GIS
12
GPS
 Použití a přesnost v různých oblastech
 civilní ­ přesnost od 25 m do 100 m, kódování C/A (coarse/acquisition code) pro hrubé zjištění polohy  vojenské
­ přesnost od 2.5m do 15m, kód C/A, zpřesnění kódovaným signálem označovaného jako P (precision code)  DGPS ­ diferenciální GPS (označována jako DGPS), přesnost asi 0.5m
GIS
13
Dálkový průzkum země ­ DPZ
Definice z 1988 podle SPRS  DPZ je umění, věda a technologie na získávání spolehlivých informací o fyzikálních objektech a jejich okolí pomocí záznamu, měření a interpretace snímků a digitálních záznamů, které se získávají pomocí nekontaktních systémů.
 International Society for Photogrammetry and Remote Sensing
GIS
14
DPZ
Definice dle Wikipedie:
 Dálkový průzkum Země (DPZ) je moderní metoda získávání informace o objektech a jevech na povrchu planety Země bez nutnosti fyzického kontaktu.

GIS
15
Princip DPZ
 Základem metody dálkového průzkumu je využití dvou následujících poznatků:
•
člověk, sám či s přístroji je schopen získávat kvalitativní i kvantitativní informace o jevech a objektech, které ho obklopují,
 a každý tento jev nebo objekt nějakým charakteristickým způsobem ovlivňuje své okolí.

GIS
16
DPZ
 Samotný termín DPZ začal být používám v šedesátých letech minulého století po vypuštění družice ERTS­1 (později přejmenované na Landsat­1).  Už předtím se prováděl dálkový průzkum s využitím fotografií pořízených z letadel či kosmických lodí.
GIS
17
Dělení DPZ
Metody DPZ lze dělit podle různých hledisek. Podle charakteru sběru dat rozlišujeme:
 klasické (konvenční) metody – výsledkem jsou fotografické snímky (letecké snímky),  nekonvenční metody – vznikají postupným skenováním po jednotlivých řádcích, výsledkem jsou digitální data (například družice Meteosat).
GIS
18
DPZ – způsoby snímání
 Podle způsobů snímání rozlišujeme
pasivní systémy – snímají zdroj elektromagnetického záření (např. ze Slunce), které se odráží od zemského povrchu

GIS
19
DPZ – způsoby snímání
 aktivní systémy ­ mají vlastní zdroj záření, vysílají k Zemi a snímají jeho odraz (radar, laser)
GIS
20
DPZ – části DPZ je možné rozdělit z hlediska používaných technologií na dvě části:
1. technická oblast ­ sběr, přenos a úprava dat, kosmický a pozemní segment,
2. oblast analýzy a interpretace dat ­ zpracování prostorové informace.
GIS
21
DPZ – známé systémy
 Landsat ­ program NASA od roku 1967, vypuštěno několik nosičů, poslední Landsat7, dosud funguje Landsat 5.
 SPOT ­ program Francie ve spolupráci s Belgiií a Švédskem, první nosič 1986.

GIS
22
DPZ – rozmístění poz. stanic
GIS
23
Prostorové rozlišení (m) /Záběr (km)
panchro
multispektr. radar
Stát/ Organizace
Start
USA
FRANCIE
FRANCIE
USA
ESA
01/03/84 ­
22.2.1986
10/117
22.1.1990
10/117
30.12.1994
­
21.4.1995
­
Radarsat 1 IRS­1C
OrbView 2
KANADA
INDIE
USA
04/11/95 ­
28.12.1995
5,8/70
01/08/97 ­
Meteosat 7
IRS­1D
TRMM
EUMETSAT
INDIE
USA
02/09/97 ­
29.9.1997
5,8/70
28.11.1997
­
Spot 4
NOAA 15
FRANCIE
USA
24.3.1998
13.5.1998
Resurs O1­4
FASAT­B
TMSAT­1
Landsat 7 UOSAT 12
RUSKO
CHILE
THAILAND
USA
ANGLIE
10/07/98 ­
30­161/60­714 ­
10/07/98 ­
150­1500/?
­
10/07/98 ­
100­2500/?
­
15.4.1999
15/185
30­60/185
­
20.4.1999
10/10/06 30/60
­
Družice
Landsat 5
Spot 1
Spot 2
NOAA 14
ERS­2 30­120/185
20/117
20/117
1100/2600
­
­
­
­
­
26/100
7,6­100/ 50­
500
­
23,5­70,5/148 ­
1100/2800
­
5 km/ polokoule
­
23,5­70,5/148 ­
2100/720
5­45 km
20­1100/117­
2600
­
1100/2600
­
10/117
­
GIS
Termínové rozlišení (dny)
16
26
26
2x denně
35
24
24
1
30 min
24
­
03/26/06
2x denně
21
21
­
16
­
24
Prostorové rozlišení (m) /Záběr (km)
panchro
multispektr. radar
Stát/ Organizace
Start
NĚMECKO
26.5.1999
RUSKO
USA
ČÍNA/ BRAZILIE
17.7.1999
24.9.1999
­
14.10.1999
­
18.12.1999
­
KOMPSAT
Tsinghua
BIRD
NOAA 16
EO­1
SAC­C
EROS
USA
KOREJSKÁ REP.
ČÍNA
NĚMECKO
USA
USA
ARGENTINA
IZRAEL
GOES 12
QuickBird 2
Meteor 3M­1
Envisat
Spot 5
Aqua
NOAA 17
USA
USA
RUSKO
ESA
FRANCIE
USA
USA
23.7.2001
­
18.10.2001
0,6/11
10/12/01 80/2900
01/03/02 ­
04/05/02 2,5/60
04/05/02 ­
24.6.2002
1,8/12
Družice
TUBSAT­C
Okean­O1
Ikonos CBERS 1
TERRA
350 ­
­
50­820/195­
620
2500/455
01/11/06
04/11/06 ­
Termínové rozlišení (dny)
?
5
1,5
20/?
­
15­90­
1000/60­2330 ­
20.12.1999
­
28.6.2000
­
15.7.2000
­
21.9.2000
­
21.11.2000
­
21.11.2000
­
05/12/00 1,8/12
30/60
39/150
100­300/150
1100/2600
15­60/150
30­300/70
­
5 km/ polokoule
2,4/11
32/76
150/600
10/60
150/2330
1100/2600
GIS
20
16
­
­
­
­
­
­
­
?
?
?
2x denně
­
­
­
15/100
­
­
­
30 min
2­4 dny
16
?
3­5 dní
1
?
26
16
2x denně
25
Družice meteorologické
 METEOSAT ­ patří západoevropskému mezivládnímu sdružení EUMETSAT,  NOAA – družice zaměřené na sledování oceánů a atmosféry, National Oceanic and Atmospheric Administration ­ vědecká vládní agentura Ministerstva obchodu USA.
GIS
26
První poskytnutý snímek družice MSG­2 (Meteosat – 9). Druhá generace družic snímá pomocí přístroje SEVIRI, blíže http://www.chmi.cz/
meteo/sat/msg/msg
04.html.
GIS
27
MERIS Mauretanie 2002 první obrazová data družice ENVISAT
GIS
28
Romania Danube MER 28.9.2003
GIS
29
Corsica Central Italy MER 6.10.2003
GIS
30
Göteborg MERIS 12.10.2003
GIS
31
Dálkový průzkum země ­ DPZ
 Dnes máme možnost nechat si pořídit snímky území podle účelu dat.
 Dostatek financí – vybere se vhodný typ družice, snímky mohou být i předzpracované – požadovaný formát dat.
 Komerční firmy prodávají snímky sledovaného území, ceny dle velikosti území, způsobu zpracování.
 Využití:
 zemědělství (sledování růstu vegetace),
 lesnictví (rozeznání typu porostu),
 ochrana životního prostředí (ENVISAT), ...
GIS
32
Firmy v oblasti geoinformatiky
•ARCDATA PRAHA, s.r.o. ATLAS, s.r.o. Autodesk, s.r.o. •BENTLEY SYSTEMS ?R, s.r.o. BERIT, a.s. •Central European Data Agency, a.s. •CORA GEO s.r.o. DATA System spol. s r.o. DIGIS, spol. s r.o. •GB­geodezie, spol. s r.o. GEODIS BRNO, spol. s r.o.
• GEOTRONICS Praha, s.r.o. •GEPRO, spol. s r.o. Globema, s.r.o. HSI, spol. s r.o.
• Intergraph ?R, spol. s r.o. •Sitewell s.r.o. SmartGIS TopoL Software s.r.o.
GIS
33
Porovnání fotogrammetrie a DPZ
Výhody DPZ
 rozsáhlejší území na jednom snímku
 pravidelný a operativní způsob sběru údajů
 rychlé další zpracování údajů
 možnost sledovat změny v krajině (opakované přelety)
 Nevýhoda ­ limit rozlišení je u fotogrammetrie větší
GIS
34