Dálkový průzkum Země Co je DPZ? DPZ je …

Transkript

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
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)
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
Zemědělství

mapování
zemědělských plodin
sledování zdravotního
stavu plodin
odhady výnosů
sledování půdních
charakteristik
Lesnictví

Zjišťování stavu vegetace
Lesní požáry
Přirozená obnova lesních porostů a mapování odlesnění
10
Geologie

Zjišťování nalezišť nerostných surovin
Strukturní geologie
Dezertifikace
Mapování sedimentů
Mapování geologických jednotek
Hydrologie

Mapování mokřad
Sledování vlhkosti půd
Monitoring zalednění
Povodně
Dynamika ledovců
Mapování
odvodňovacích pánví
a vymezení povodí
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
Egypt – Súdán: 31.10.1999 – 23.12.2001 (LANDSAT 7)
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
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
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
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
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
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
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
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