1 ÚÚVOD DO DVOD DO DÁÁLKOVLKOVÉÉHOHO PRPRŮŮZKUMU ZEMZKUMU ZEMĚĚ RNDr. TomRNDr. Tomášáš ŘŘEZNEZNÍÍKK 24. dubna 200824. dubna 2008 Laboratoř geoinformatiky a kartografie ZZáákladnkladníí princip dprincip dáálkovlkovéého prho průůzkumuzkumu * Dálkový průzkum využívá řada vědeckých disciplín ­ astronomie ­ geofyzika ­ ... * Pro geografii je důležitý dálkový průzkum Země (DPZ), anglicky Remote Sensing (RS) Laboratoř geoinformatiky a kartografie ZZáákladnkladníí princip dprincip dáálkovlkovéého prho průůzkumu Zemzkumu Zeměě * Dálkový průzkum ­ získávání informací o objektech na dálku * Vychází z těchto předpokladů: Člověk je schopen (např. svými smysly či pomocí přístrojů) získávat informace o objektech bez přímého kontaktu s nimi. Věci a jevy kolem nás o sobě ,,dávají vědět" charakteristickým způsobem ovlivňují své okolí. Existuje ,,médium", kterým lze přenášet informace na dálku elektromagnetické záření Laboratoř geoinformatiky a kartografie Definice dDefinice dáálkovlkovéého prho průůzkumu Zemzkumu Zeměě * Dálkový průzkum se zabývá pořizováním leteckých a družicových snímků, jejich zpracováním a analýzou za účelem tvorby topografických či tematických map. * Dálkový průzkum Země je nejdražší způsob, jak vytvořit obrázek. * DPZ se skládá ze tří částí: ­ část kosmická ­ pořizování a sběr dat ­ část zpracovatelská ­ přenos a prvotní předzpracování dat na přijímacích stanicích ­ část uživatelská ­ analýza obrazových dat (např. tvorba tematických a topografických map) Laboratoř geoinformatiky a kartografie PPřředmedměět zt záájmu djmu dáálkovlkovéého prho průůzkumu Zemzkumu Zeměě * Snímání a měření charakteristik zemského povrchu (vody i souše) * Snímání a měření charakteristik spodních vrstev atmosféry * Snímání a měření charakteristik vrstev sedimentů Laboratoř geoinformatiky a kartografie Historie dHistorie dáálkovlkovéého prho průůzkumu Zemzkumu Zeměě * Zásadní vliv ­ vynález fotografie (1839) * DPZ začíná fotografiemi lidí z balónu (60. léta 19. století) * Jinou formou DPZ byl holub Boston 1860 Laboratoř geoinformatiky a kartografie 2 Historie dHistorie dáálkovlkovéého prho průůzkumu Zemzkumu Zeměě 2. období: Rozvoj leteckého snímkování (do konce 50. let 20. století) * 1956 ­ civilní využití infračervené fotografie pro detekci škod na vegetaci (R. Colwell) * atlasy leteckých snímků * rozvoj metod interpretace snímků * 1958 ­ první fotografie povrchu z družice (EXPLORER VI) Laboratoř geoinformatiky a kartografie Historie dHistorie dáálkovlkovéého prho průůzkumu Zemzkumu Zeměě Robert Goddard, 1926 1. snímek z rakety 1940 Laboratoř geoinformatiky a kartografie Historie dHistorie dáálkovlkovéého prho průůzkumu Zemzkumu Zeměě 3. období: Počátky družicového snímání (do roku 1972) (do konce 50. let 20. století) * 1960 ­ první meteorologická družice (TIROS 1) * monitorování počastí ­ geostacionární družice * analytická fotogrammetrie, tvorba a obnova topografických map * 60. léta ­ využití leteckých snímků z RADARu pro civilní mapování Laboratoř geoinformatiky a kartografie Historie dHistorie dáálkovlkovéého prho průůzkumu Zemzkumu Zeměě 4. období: Digitální dálkový průzkum Země (od roku 1972) * 1972 ­ ERTS (LANDSAT 1) ­ první ze série družic pro výzkum přírodních zdrojů Země * 1986 první z družic SPOT * 1999 IKONOS ­ první soukromá družice * digitální obrazové záznamy nahrazují fotografii * tematické mapování zemského povrchu * globální monitorování životního prostředí * digitální zpracování obrazu * DPZ je nedílnou součástí geoinformatiky Laboratoř geoinformatiky a kartografie Tvorba map ze snTvorba map ze sníímkmkůů Klasická mapa ­ objekty jsou prezentovány smluvenými kartografickými značkami Letecký snímek ­ objekty jsou prezentovány jejich vlastními obrazy Laboratoř geoinformatiky a kartografie MapovMapováánníí s vyus využžititíím snm sníímkmkůů * Každý snímek ­ stejně jako mapa obsahuje dva druhy informací - o druhu objektu či jevu ­ TÉMATICKÁ MAPA - o poloze objektů ­ TOPOGRAFICKÁ MAPA * Snímek není mapa, ale lze ji z něho vytvořit Laboratoř geoinformatiky a kartografie 3 FotogrammetrieFotogrammetrie * Zpracování informace o správné poloze objektů obsažené na snímcích Laboratoř geoinformatiky a kartografie ElektromagnetickElektromagnetickéé zzáářřeneníí * vlnová teorie * vlna elektrického pole * vlna magnetického pole * šíří se rychlostí světla Rozlišujeme: * vlnovou délku * vlnovou frekvenci v Laboratoř geoinformatiky a kartografie RozdRozděělenleníí metod DPZmetod DPZ Laboratoř geoinformatiky a kartografie ZZáákladnkladníí oblasti spektra vyuoblasti spektra využžitelnitelnéé v DPZv DPZ V důsledku vlivů atmosféry (pohlcování, rozptyl záření) lze snímky vytvářet pouze v určitých částech spektra * ultrafialové záření (0,1 ­ 0,4 m) * viditelné záření (0,4 ­ 0,7 m) * infračervené záření blízké (0,7 ­ 1,4 m) * infračervené záření střední (1,4 ­ 3,0 m) * tepelné záření (3 m ­ 1 mm) * mikrovlnné záření (1mm ­ 1 m) Laboratoř geoinformatiky a kartografie UltrafialovUltrafialovéé zzáářřeneníí (0,1(0,1 ­­ 0,40,4 m)m) * záření škodlivé pro živé organismy * k zemskému povrchu je propuštěna pouze malá část * v DPZ se užívá jen v podobě tzv. UV laseru * vyhledávání ložisek zlata, monitorování ropných skvrn * do jisté míry prochází vodním sloupcem * mnoho minerálů vydává charakteristické záření v těchto vlnových délkách (využití v mineralogii) * intenzita pohlcování UV záření O3 slouží k monitorování mocnosti ozónové vrstvy Laboratoř geoinformatiky a kartografie UltrafialovUltrafialovéé zzáářřeneníí (0,1(0,1 ­­ 0,40,4 m)m) Laboratoř geoinformatiky a kartografie 4 ViditelnViditelnéé zzáářřeneníí (0,4(0,4 ­­ 0,70,7 m)m) * všechny konvenční metody a většina družicových systémů * historicky nejužívanější část spektra * neprochází oblačností ani mlhou, monitorování pouze ve dne * značný rozptyl a pohlcování ­ ztráta kontrastu viditelných snímků * relativně dobře prochází vodním sloupcem ­ zejména modrá část spektra * v této části spektra nevykazují odlišnosti horniny, minerály ani půda Laboratoř geoinformatiky a kartografie ViditelnViditelnéé zzáářřeneníí (0,4(0,4 ­­ 0,70,7 m)m) Laboratoř geoinformatiky a kartografie Laboratoř geoinformatiky a kartografie, Masarykova univerzita ViditelnViditelnéé zzáářřeneníí (0,4(0,4 ­­ 0,70,7 m)m) InfraInfraččervenervenéé zzáářřeneníí blblíízkzkéé (0,7(0,7 ­­ 1,41,4 m)m) * pokračování atmosférického okna z viditelné části spektra * lze zaznamenávat i konvenčními fotografickými metodami (do 0,9 m), ale také elektronicky * méně pohlcováno a rozptylováno atmosférou * snímky jsou ostré s dobrým kontrastem * hodí se k topografickým účelům, studium vegetace v lesnictví a zemědělství * voda se v těchto vlnových délkách chová téměř jako černé těleso Laboratoř geoinformatiky a kartografie InfraInfraččervenervenéé zzáářřeneníí blblíízkzkéé (0,7(0,7 ­­ 1,41,4 m)m) Laboratoř geoinformatiky a kartografie Laboratoř geoinformatiky a kartografie, Masarykova univerzita InfraInfraččervenervenéé zzáářřeneníí blblíízkzkéé (0,7(0,7 ­­ 1,41,4 m)m) 5 InfraInfraččervenervenéé zzáářřeneníí ststřřednedníí (1,4(1,4 ­­ 3,03,0 m)m) * dvě atmosférická okna se středy přibližně 1,5 a 2,2 m * obě důležité především pro vegetační a geologické studie * první okno umožňuje dobré odlišení druhů vegetace, rozpoznávání ledu a sněhu, odlišení oblačnosti a ke studiu zdravotního stavu vegetace * druhé okno je oblastí absorpčního pásu mnoha minerálů Laboratoř geoinformatiky a kartografie InfraInfraččervenervenéé zzáářřeneníí ststřřednedníí (1,4(1,4 ­­ 3,03,0 m)m) Patagonský ledovec Laboratoř geoinformatiky a kartografie InfraInfraččervenervenéé zzáářřeneníí ststřřednedníí (1,4(1,4 ­­ 3,03,0 m)m) TepelnTepelnéé zzáářřeneníí (3,0(3,0 mm ­­ 1 mm)1 mm) * dvě atmosférická okna se středy přibližně 4 m a 10 m * zjištění povrchové teploty oceánů (SST), mapování tepelného znečištění řek, jezer i samotné krajiny, lokalizaci lesních požárů * v případě přesné kalibrace umožňují snímky získávat poznatky o tepelné bilanci objektů Laboratoř geoinformatiky a kartografie TepelnTepelnéé zzáářřeneníí (3,0(3,0 mm ­­ 1 mm)1 mm) Laboratoř geoinformatiky a kartografie MikrovlnnMikrovlnnéé zzáářřeneníí (1 m(1 mmm ­­ 1 m)1 m) * pasivní i aktivní metody (RADAR) * tyto dlouhé vlny mohou pronikat i pod povrch * nejméně závisí na počasí, výrazně zeslabováno pouze za vydatného deště * intenzita přirozeně emitovaného mikrovlnného záření je velmi nízká, nutnost poměrně velké plochy k zachycení zjistitelného signálu * to je příčinou malého prostorového rozlišení * aktivní systémy ­ zejména studium reliéfu, plovoucího ledu, geomorfologie, lesnictví, zemědělství * můžeme získat i neobrazová data (informace o výškových poměrech, meteorologické prvky,...) Laboratoř geoinformatiky a kartografie 6 MikrovlnnMikrovlnnéé zzáářřeneníí (1 m(1 mmm ­­ 1 m)1 m) Laboratoř geoinformatiky a kartografie RozdRozděělenleníí metod DPZmetod DPZ * konvenční * nekonvenční Laboratoř geoinformatiky a kartografie KonvenKonvenččnníí metody DPZmetody DPZ * výsledkem je fotografie ­ analogová (,,papírová") podoba * fotografie vzniká v jednom okamžiku * kvalita nejvíc závisí na podmínkách počasí * je geometricky přesná * má jistá omezení s ohledem na analýzu tematické informace * fotografie pokrývají daleko větší časový interval (polovina 20. století) * jde o kontinuální informaci Laboratoř geoinformatiky a kartografie NekonvenNekonvenččnníí metody DPZmetody DPZ * výsledkem je obrazový záznam ­ digitální snímek * vzniká postupně ­ po malých obrazových prvcích (pixel) * kvalita méně závisí na podmínkách počasí * má menší geometrickou přesnost * nabízí rozšířené možnosti tematického mapování * nabízí možnost kvantitativního DPZ Laboratoř geoinformatiky a kartografie RozdRozděělenleníí metod DPZ podle zdroje energiemetod DPZ podle zdroje energie metody DPZ pasivní aktivní přímé nepřímé RozdRozděělenleníí metod DPZ podle zdroje energiemetod DPZ podle zdroje energieRozdRozděělenleníí metod DPZ podle zdroje energiemetod DPZ podle zdroje energie Laboratoř geoinformatiky a kartografie PasivnPasivníí metody snmetody sníímmáánníí obecnobecněě Laboratoř geoinformatiky a kartografie 7 PasivnPasivníí metody pmetody přříímméé * je zaznamenáváno záření slunce odražené jednotlivými druhy povrchů Laboratoř geoinformatiky a kartografie PasivnPasivníí metody nepmetody nepřříímméé * je zaznamenáváno záření emitované jednotlivými druhy povrchů Laboratoř geoinformatiky a kartografie AktivnAktivníí metodymetody Umělý zdroj záření (radar) * je zaznamenáváno záření vyslané přístrojem a odražené jednotlivými druhy povrchů Laboratoř geoinformatiky a kartografie DalDalšíší momožžnnáá dděělenleníí metod DPZmetod DPZ * podle zaznamenané části elektromagnetického spektra * podle druhu nosiče * podle velikosti snímaného území * podle oblastí specifikací * ... Laboratoř geoinformatiky a kartografie ROZLIŠENÍ RozliRozliššeneníí v pv přříípadpaděě DPZ snDPZ sníímkmkůů * prostorové * spektrální * radiometrické * časové Laboratoř geoinformatiky a kartografie 8 ProstorovProstorovéé rozlirozliššeneníí Laboratoř geoinformatiky a kartografie SloSložženeníí pixelupixelu Jak se zobrazí pixel této části snímku? les budova písek voda 21020voda 1510015písek 13,59015budova 255050les Podíl na pixelu odrazivost% pixelu Povrch Laboratoř geoinformatiky a kartografie SpektrSpektráálnlníí rozlirozliššeneníí Laboratoř geoinformatiky a kartografie RadiometrickRadiometrickéé rozlirozliššeneníí Laboratoř geoinformatiky a kartografie ČČasovasovéé rozlirozliššeneníí * Jak často je senzor schopen získat záznam stejné oblasti Laboratoř geoinformatiky a kartografie