Základy interpretace leteckých snímků

Základy interpretace leteckých snímků
Dvě uplynulé dekády přinesly jak odborníkům mnoha profesí, tak i široké veřejnosti nebývalé
možnosti přístupu k obrazovým datům, získaným leteckým snímkováním. Možnost pracovat
s leteckými snímky požadovaného místa či oblasti na území České republiky prostřednictvím vhodné
programové aplikace, považujeme v současnosti za samozřejmost. Aktuální a případně i historické
letecké snímky, spojené do mozaiky, se staly běžnou součástí databází prostorových dat,
publikovaných elektronicky institucemi veřejné správy či firmami.
Záměrem uživatelů, kteří cíleně pracují s takovým typem obrazových dat, je data vyhodnotit a
získat požadovanou informaci. Metody a prostředky, které se k vyhodnocení používají, odpovídají
potřebám a požadavkům uživatelů. Uživatel, který vyhodnocuje obrazová data v rámci potřeb své
profese, přistupuje k této činnosti obvykle s hlubšími znalostmi a mnohdy využívá sofistikovanější
postupy a technologické prostředky. Uživatel – laik, který zpravidla využívá přístup k elektronicky
publikovaným obrazovým datům z leteckého snímkování
prostřednictvím internetu (často
prostřednictvím webových aplikací), si vystačí se znalostmi, podpořenými vlastní zkušeností či
intuitivním přístupem. Jak uživatelé z řad profesionálů tak i laikové, využívají při vyhodnocení
obrazových dat společný základ, kterou je metoda (vizuální) interpretace leteckých snímků, postavená
na využití interpretačních znaků.
Cílem tohoto cvičení je podat přehled interpretačních znaků, které se využívají při
vyhodnocení leteckých snímků. Dále pak každý z interpretačních znaků představit v pestrosti, která
plyne z jeho proměnlivosti. V neposlední řadě pak na příkladech interpretačních znaků, vybraných
z mozaiky ortofotosnímků, ukázat jejich význam pro identifikaci a bližší zhodnocení objektů, jevů a
případně procesů ve zkoumaném území. Procvičování interpretace budeme provádět v prostředí
aplikace, označované jako Národní geoportál INSPIRE (http://geoportal.gov.cz/web/guest/home).
Důvodem použití tohoto nástroje, jehož prostředí ukazuje obrázek č. 1, je možnost snadno vyhledat
konkrétní detaily, dokumentujících procvičovanou látku.
Připravené výřezy elektronicky publikovaných ortofotosnímků si otevřeme vždy, kdy ukázka
dokumentuje někerý z pojmů, o kterém se ve cvičení hovoří. Na příslušném místě v textu je vždy
uveden název XML soubor tzv. mapové kompozice. Tyto soubory jsou k dispozici publikované na
www stránce tohoto cvičení. Každý ze souborů je třeba otevírat v prostředí aplikace Národní geoportál
INSPIRE. Při načítání mapové kompozice je uživatel tázán, zda má být její obsah přidán do stávající
mapy nebo zda má přepsat stávající mapu nově otevíraným obsahem. Pro účely tohoto cvičení budeme
vždy volit přepsání stávající mapy nově otevíraným obsahem. Pro otevření souboru je k dispozici
standardní ikona, známá z většiny jiných programů.
Obrázek č. 1
Ukázka aplikace GeoPortal Inspire
Interpretační znaky
Při interpretaci na základě leteckých měřických snímků využíváme interpretační znaky, mezi
něž patří zejména:

tvar

barva a odstín

stín

velikost

textura

struktura

souvislost
Tvar
Tvar jako charakteristika zobrazených objektů jsou jedním z nejdůležitějších interpretačních
znaků, protože vypovídají o základních geometrických atributech objektů, které člověk svým zrakem
přirozeně vnímá. Při pozorování objektů v obrazových materiálech z dálkového průzkumu Země si
všímáme především tvaru půdorysu jednotlivých objektů. Při tom do určité míry dokážeme intuitivně
kompenzovat zdánlivé deformace tvarů, dané geometrickým zkreslením v důsledku omezení použité
technologie vzniku obrazu. Zaměříme-li se na tvar objektu, můžeme si ve většině případů okamžitě
povšimnout, zda se jedná o pravidelný či nepravidelný tvar, zda vidíme jednoduchý geometrický útvar
(kružnice, čtverec, trojúhelník) nebo zda se jedná o tvar komplikovanější.
Pravidelný tvar vypovídá zpravidla o antropogenním původu objektů, neboť k formování
dokonale pravidelných tvarů vlivem přírodních procesů dochází zpravidla výjimečně. Jednoduché
pravoúhlé útvary čtverce či obdélníka nebo komplikovanější pravoúhlé tvary složené kombinováním
čtverců či obdélníků jsou charakteristické pro mnoho obytných, veřejných či průmyslových budov, pro
bazény, některé pozemky či stavební parcely a podobně.
Pravidelný tvar ohraničený kružnicí najdeme u některých staveb. Kružnice je charakteristická
pro půdorys známých staveb průmyslové architektury (chladící věže, zásobníky, komíny), dopravní
stavby (kruhové objezdy) dále u zemědělských ploch zavlažovaných rotujícími sprinklery. Kružnice
najdeme vykreslené na otevřených sportovištích, na přistávacích plochách vrtulníků atd. Vyloučeny
nejsou ani kruhové tvary veřejných a někdy i obytných budov (viz výřez z leteckého snímku
VIvDPZ_tvar1 - budova C v areálu VŠB – TU Ostrava v Porubě). Oválný tvar je charakteristický
rovněž pro některé typy staveb jako jsou křižovatky či sportoviště (viz výřez z leteckého snímku
VIvDPZ_tvar4).
Rozšířené jsou také tvary omezené nepravidelným N-úhelníkem a přímost jednotlivých stran
je rovněž výsledkem činnosti člověka. Tvary nepravidelných N-úhelníků lze pozorovat u mnoha
budov a dále pozemků či stavebních parcel. Známé jsou i méně obvyklé tvary pravidelných Núhelníků, jako je například pravidelný pětiúhelník. Příkladem je Pentacon, budova Ministerstva obrany
USA.
Mnoho objektů antropogenního původu má nepravidelný tvar, který však lze matematicky
relativně snadno vyjádřit. Jedná se především o tvary složené z oblouků či parametricky definovaných
křivek, které jsou využívány například při projektování dopravních staveb (viz výřez z leteckého
snímku VIvDPZ_tvar2). Železnici, procházející krajinou, vnímáme v obrazových datech jako linii
s oblouky velkých poloměrů, které odpovídají konfiguraci reliéfu terénu, možnostem železničních
vozidel a dalším technickým a bezpečnostním požadavkům.
Příkladem
liniových
objektů,
charakterizovaných
víceméně
nepravidelnými
tvary
proměnlivými v čase, jsou vodních toky meandrující v přirozeném řečišti. Jako ukázku lze uvést tok
Odry v Polance na Odrou, který je patrný ve výřezu z leteckého snímku VIvDPZ_tvar3. Vliv člověka
se viditelně projevuje regulací vodních toků, které napřimuje do umělých vodotečí, snadno
rozeznatelných v obrazových materiálech. Kontrast mezi regulovaným řečištěm a původním, slepým
ramenem řeky Odry v Ostravě Výškovicích ukazuje výřez z leteckého snímku VIvDPZ_tvar5.
Barva
Budeme-li striktně vycházet z terminologie digitální teorie barev, pak výsledná barva
zkoumaného objektu či jevu je dána současným působením tří složek, kterými jsou barevný tón, jas a
sytost. Na podání barev v obrazu se podílí mnoho vlivů a reálný barevný vjem, který nás ovlivňuje je
výsledkem spolupůsobení všech tří složek, které jsou zpravidla velmi variabilní v důsledku působení
těchto vlivů. Připomeňme si tedy, že měnit se může:

barevný tón (angl. hue), tedy vlnová délka barvy, vnímáme např. jako zelenou, modrou, ...

jas, ovlivňující odstín barvy (angl. tone nebo shade), vnímáme jako světlý či tmavý

sytost, vnímáme jako sytá nebo bledá
Tradiční technologie uchování obrazu fotochemickou cestou transformují tyto barevné složky
do šedotónové škály (černobílý snímek) nebo v případě barevného snímku do složek CMY.
V posledních letech se při leteckém snímkování využívá digitální technologie, která přináší
možnosti získávání obrazu působením elektromagnetického záření jak viditelného i tak i
infračerveného oboru. Vícesložkový obraz je uchován v datových strukturách rastru, v nichž jsou
uloženy naměřené hodnoty veličiny, popisující intenzitu elektromagnetického záření, které se podílelo
na vzniku obrazu. To přináší specifické možnosti vizualizace a zpracování digitálního obrazu, které
jsou náplní následujících cvičení.
Homogenní barva může být atributem objektů, které jsou bezprostředně dílem člověka,
případně objektů, ovlivněných antropogenním působením či dokonce objektů, na jejichž vzniku se
člověk vůbec nepodílel a jejich existenci neovlivnil. Při pozorování snímku vnímáme projevy tónové
variability (nestejnorodosti) resp. tónové homogenity (stejnorodosti) krajinného pokryvu. Tónová
variabilita výsledné barvy zkoumaného objektu je dána proměnlivostí jeho barevného tónu.
Vysvětleme si to na příkladu barevného tónu vybraných objektů, zobrazených na výřezu z leteckého
snímku VIvDPZ_barva1. Podívejme se na tenisové kurty, pokryté antukou, dále fotbalové hřiště
s umělým trávníkem a hřiště pro košíkovou. Posuzujeme-li variabilitu či homogenitu tónu pouhým
zrakem, jeví se povrch všech tří objektů jako více méně tónově homogenní.
Druhým příkladem je barevná variabilita střechy budovy ve středu výřezu z leteckého snímku
VIvDPZ_barva3. Střecha je charakteristická výskytem několika barevných tónů, což je způsobeno
použitím různých střešních krytin nebo různými nátěry. Každý barevný tón, znamená to odlišnou
spektrální odezvu při odrazu elektromagnetického záření. Na základě spektrometrického měření by
bylo možno získat odlišné křivky spektrálního chování.
Další příklad barevné variability, kterou vidíme na snímku, způsobuje proměnná výška
vodního sloupce v rybníce či jiné nádrži. To se zřetelně projevuje na přechodu od mělčiny u břehu do
větších hloubek. Kromě vodního sloupce se na pohlcování a odrazu elektromagnetického záření
výrazně podílí i materiál usazenin tvořící dno nádrže. Mělké části vodní nádrže částečně odrážejí
vlnové délky viditelného oboru elektromagnetického záření. Popsaný případ ilustruje ukázka na
výřezu z leteckého snímku VIvDPZ_barva2, zobrazující část Brněnské přehrady s přilehlým okolím.
Stín
Stíny v obrazových materiálech z dákového průzkumu Země, vznikají v důsledku interakce
elektromagnetického záření s objekty. Stíny se promítají jak na zemský povrch tak na jiné objekty. Při
interpretaci stíny sehrávají kladnou i zápornou roli. Stín umožňuje za vhodných podmínek získat
představu o bočním profilu objektu, který se na vzniku stínu podílel, jak je vidět ve výřezu z leteckého
snímku VIvDPZ_Stin1. Délka stínu umožňuje při znalosti výšky Slunce odhadnout výšku objektu.
Současně je stín indikátorem směru ke zdroji záření tedy ke Slunci.
V důsledu negativního působení stínů se mění jas a sytost barvy zastíněných objektů.
Negativním jevem, který vzniká v zastíněném prostoru je dočasná odlišnost některých vlastností
vzduchu, především teploty a vlhkosti. Proto se zde déle výskytuje rosa resp. opar, které mají vliv na
interakci dopadajícího záření resp. na jeho průchod touto částí atmosféry. Z hlediska vyhodnocovatele
jsou však tyto vlivy při interpretaci většinou zanedbatelné.
Se všemi popsanými výhodami a nevýhodami existence stínů je třeba počítat při interpretaci.
Vyhodnocovatel má možnost vliv stínů do určité míry omezit. Při dostatečných zkušenostech se může
pokusit o kompenzování vlivu stínů na základě ostatních interpretačních znaků. Jestliže se jedná o
letecký snímek, pořízený digitální technologií, lze využít některé metody předzpracování obrazu
s cílem eliminovat stíny.
Velikost
Velmi důležitým atributem, který usnadňuje interpretaci, je velikost objektu, která je funkcí
měřítka. Je tedy možné vyhodnocovat velikost zkoumaného objektu jak ve vztahu k ostatním
objektům v obrazu tak také jako absolutní charakteristiku. Jestliže je známé měřítko snímku, lze
velikost sledovaných objektů snadno zjistit. V případě, že měřítko mapy je neznámé, může pomoci
porovnání velikosti zkoumaného objektu s jinými objekty, jejichž velikost známá je. Ve výřezu
z leteckého snímku VIvDPZ_Velikost1 je zobrazena tzv. olejová laguna v areálu bývalé rafinerie
minerálních olejů na území Ostravy a v její blízkosti též část nákladového nádraží. Velikost nádrže lze
odhadnout podle velikosti objektů, jejichž velikost známe, tedy například podle délky nákladních
vagonů.
V prostředí jednoduchých programů, specializovaných na práci s geodaty, jsou k dispozici
nástroje, které umožňují měřit horizontální vzdálenosti a někdy též obsah (rozlohu či výměru)
polygonů. V aplikaci GeoPortal je k dispozici pouze měření horizontálních vzdáleností, což však při
seznamování s obsahem leteckých snímků postačuje.
Velikost zobrazených objektů může často napovědět, o jaký typ objektu se jedná a případně
k jakému účelu je využíván. Například objekty budov v rezidenční části města jsou menší než objekty
soustředěné v administrativních, obchodních či průmyslových částech.
Textura
Textura jako jeden z interpretačních znaků v DPZ se týká uspořádání a frekvence tónové
proměnlivosti v konkrétních částech obrazu a pro lepší pochopení se často hovoří o textuře
šedotónového obrazu. Jedná se tedy o uspořádání tmavších plošek na světlém pozadí nebo naopak
světlejších plošek na tmavém pozadí. Drsná textura je charakteristická náhlými změnami tónu na
relativně malém území. Tento typ textury mají drsné povrchy a nepravidelné struktury jako například
korunový
zápoj
stromů
v lese.
Lesní
porost
v dolní
části
výřezu
z leteckého
snímku
VIvDPZ_Textura1 má drsnější texturu než porost v horní části výřezu. Hladká textura je
charakteristiká velmi malou tónovou proměnlivostí a je typická pro rovnoměrné a pravidelné povrchy,
například zemědělské plochy, píšečná pláž, asfalt nebo travnatá krajina.
Struktura
Struktura znamená prostorové uspořádání vizuálně rozpoznatelných objektů. Příkladem jsou
v prostoru pravidelně rozmístěné stromy v ovocném sadu, jak ukazuje výřez z leteckého snímku
VIvDPZ_Struktura1. Jedná se o ukázku ovocných sadů v katastru obce Kobylí v okrese Břeclav.
Jako další příklad lze uvést městské ulice s pravidelně uspořádanými budovami, zobrazené ve výřezu
z leteckého snímku VIvDPZ_Struktura2. Tato ukázka obytných domů v okolí ulic Porubská,
Dělnická a Skautská dokumentuje výstavbu z 50. let 20. století.
Souvislost
Jak už napovídá název interpretačního znaku, souvislost (v některé české literatuře se používá
kontext) bere se v úvahu vztahy mezi zkoumaným objektem resp. jevem a objekty resp. jevy v jeho
okolí. Fakt, že se jedná o vzletovou resp. přistávací dráhu letiště potvrzuje přítomnost letadel na
nedaleké ploše (viz výřez z leteckého snímku VIvDPZ_Souvislost).
Interpretace šikmých leteckých snímků
Letecké snímkování produkuje rovněž šikmé snímky, u nichž je nutno počítat s některými
specifiky při interpretaci. Interpretaci šikmého leteckého snímku si zkusíte v prostředí webové
aplikace www.mapy.cz, v níž je k diszozici režim zobrazení, označovaný jako „ptačí pohled“. Tento
režim lze volitelně využít při zobrazení leteckých snímků (nikoliv map) v měřítcích odpovídajících
stupňům přiblížení „Ulice“ a „Domy“. Při nastavení těchto stupňů přiblížení se zobrazuje tlačítko
označené „ptačí pohled“ a po jeho použití se zobrazení přepíná do režimu, kdy snímky vidíme jako
šikmé. Při volbě ještě většího stupně přiblížení, který je označován jako „Ptačí pohled“ se zobrazení
mění automaticky do šikmého režimu.
Interpretace termografických snímků z leteckého snímkování
Použitím speciálních termografických kamer při leteckém snímkování lze pořídit digitální
obrazová data (termografická data), která vypovídají o intenzitě elektromagnetického záření
v termálním oboru, které emitují objekty v zobrazeném území. Velmi podrobné informace o aplikaci
termografického snímkování, které pro město Vsetín prováděly společnosti Geodis Brno, a.s. a Argus
Geo Systém, najdete na stránce: http://www.mestovsetin.cz/infracervene-letecke-snimkovani/ds18820/query=termografické.
Úkoly
Postupujte podle následujících pokynů a vyzkoušejte si jednoduché úlohy týkající se
interpretace leteckých snímků.
Interpretace kolmých leteckých snímků

Na základě porovnání rozměrů olejové laguny se známými rozměry vagónů (ty lze zjistit
z dostupných zdrojů) se pokuste se odhadnout půdorysné rozměry a výměru laguny ve výřezu
leteckého snímku VIvDPZ_Velikost2. Odhadnuté rozměry ověřte pomocí nástroje pro
odečítání délek, který je k dispozici v aplikaci Národní geoportál INSPIRE.

Na základě popisu textury vyhledejte 2 objekty nebo části krajinného pokryvu, z nichž jeden
je charakteristický hladkou texturou a druhý drsnou texturou. Výřezy s nalezenými objekty
uložte v prostředí aplikace Národní geoportál INSPIRE a vysvětlete na základě jakých
charakteristik textury považujete jednu za texturu hladkou a druhou za drsnou.

Vyhledejte část území na němž se nachází liniové objekty uspořádané do charakteristické
struktury. Výřez s nalezenými objekty uložte v prostředí aplikace Národní geoportál INSPIRE
a vysvětlete o jaké objekty se jedná a jaký typ struktury tyto objekty tvoří.
Interpretace šikmých leteckých snímků

Vyzkoušejte si interpretaci šikmých leteckých snímků s tím, že se soustředíte na dobře známý
prostor areálu VŠB-TU Ostrava nebo na své bydliště.

Pokuste se formulovat výhody a naopak nevýhody, které podle vašeho názoru interpretace
šikmých leteckých snímků přináší.
Interpretace termografických leteckých snímků

Prostudujte dokument o problematice termografického snímkování a na základě informací,
které jsou zde uvedeny, interpretujte cvičný termografický snímek, který je k dispozici
k tomuto cvičení.

Při interpretaci termografického snímku položte důraz na rozpoznání objektů, zobrazených ve
snímku. Pro některé ze zobrazených objektů lze rozpoznat jejich okamžitý stav při
snímkování, případně formulovat teorie o aktivitách, na kterých se podílely v době krátce před
snímkováním případně v průběhu snímkování.