1
Přehled současných
družicových systémů
Tento materiál se týká shrnujících informací o současných
družicových systémech používaných pro mapování
zemského povrchu. Doplňuje základní informace
uvedené ve skriptu (Dobrovolný, 1998) a informace
prezentované na stránkách
http://www.sci.muni.cz/~dobro/Systemy.html
METEOSAT
Západoevropská geostacionární meteorologická
družice, kterou provozuje EUMETSAT.
510,5 – 12,5Tepelné
55,7 – 7,1Vodní absorpce
2,50,4 – 1,0Viditelné
Vlikost pixelu
[km]
Interval v. délky
[mikrometry]
Označení
pásma
METEOSAT – vzhled jednotlivých pásem
pásmo
viditelné
pásmo
infračervené termální
pásmo
vodních par
Interpretace – viz skriptum
Interpretace druhů povrchů na základě histogramu z infračerveného
pásma (IR). A - vysoká oblačnost, B - oblačnost středního patra, C nízká
oblačnost, D - moře a souše.
Vztah mezi základními vlastnostmi povrchů a DN hodnotami
ve viditelném (VIS) a infračerveném (IR) pásmu.
METEOSAT – analýza druhů oblačnosti
2
Interpretace druhů povrchů na základě korelačního pole DN hodnot
viditelného (VIS) a infračerveného (IR) pásma
METEOSAT
• Velmi krátkodobé předpovědi počasí (nowcasting)
• Numerické modely
• Monitorování nebezpečných hydrometeorologických jevů
• Studium kolísání klimatu
Hlavní oblasti využití
Hlavní odvozené produkty
• Složky vektoru větru v různých hladinách
• Analýza oblačnosti (druh, pokrytí)
• Výška horní hranice oblačnosti
• Vlhkost střední a horní troposféry
• Index konvektivních srážek
• Vyzařování čisté atmosféry
• Stupeň instability vzduchových hmot
• Koncentrace ozónu
MSG – (METEOSAT SECOND GENERATION)
Na oběžné dráze od srpna 2002
Prostorová rozlišovací schopnost
3km, 1 km pro pásmo HRV
Časové rozlišení: 4 snímky za 1
hodinu
http://www.chmi.cz/meteo/sat/
MSG – (METEOSAT SECOND GENERATION)
Spektrální pásma
METEOSAT 9
Systém geostacionárních družic
3
NOAA
Americké družice na polární dráze s původně čistě
meteorologickým určením poskytují mimo jiné snímky
využitelné pro tzv. globální mapování.
Snímky mají původní velikost pixelu 1,1 x 1,1 km z pruhu území přes
2000 km širokého. Snímky jsou vytvářeny skenerem AVHRR v pěti
intervalech spektra (viditelná (1), infračervená (2) a termální (3-5) část
spektra.
Ze snímků je sestavována řada tématických map základních
meteorologických prvků v globálním měřítku - např. SST (Sea Surface
Temperature) pro účely meteorologie a klimatologie, dále mapy
základních druhů povrchů či mapy vegetačních indexů (NDVI).
Kromě snímkování provádí také vertikální sondáž atmosféry a
monitorování koncentrace ozónu
V současné době poskytují snímky NOAA-15, 17 a 18.
NOAA
Vertikální sondáž atmosféry – TOVS
(TIROS Operational Vertical Sounder).
4
Meteorologické družice
Zdroj: http://portal.chmi.cz/files/portal/docs/meteo/sat/info/MetOp.html
METOP - evropské meteorologické družice na subpolární
dráze (analogie družic NOAA)
Hlavní přístroje:
AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer)
IASI (Infrared Atmospheric Sounding Interferometer) – vertikální profily teploty
a vlhkosti
GOME–2 (Global Ozone Monitoring Experiment–2) – stratosférický ozón
MHS (Microwave Humidity Sounder)
ASCAT (Advanced Scatterometer) – rychlost a směr větru, mořský led, půdní
vlhkost, kvalita sněhu
GRAS -zvrstvení atmosféry
AMSU–A profily teploty a vlhkosti
HIRS/4 - 20 IČ kanálů převážně, teplota povrchu oceánů, množství celkového
atmosférického ozónu, obsah srážkové vody, atd.
Meteorologické družice – zdroje dat
ČHMÚ www.chmi.cz
předpovědi počasí, meteorologické extrémy,
Meteorologické družice – zdroje dat
EUMETSAT (European Organisation for the Exploitation of Meteorological Satellites)
http://www.eumetsat.int/Home/index.htm
• Mezivládní evropská organizace zabývající se vývojem a provozem
meteorologických družic.
• Provozuje družicové systémy METEOSAT a METOP
• Sídlí v německém Darmstadtu
Meteorologické družice
http://www.wmo.int/pages/prog/sat/index_en.html
WMO – Světová meteorologická organizace
Vesmírný program
LANDSAT
Nejvýznamnější z družicových systémů pro výzkum přírodních zdrojů Země.
Základním přístrojem na palubě LANDSAT 7 je Enhanced Thematic Mapper
Plus (ETM+). Snímá v panchromatickém režimu (15 m prostorové rozlišení).
V multispektrálním režimu pořizuje 8 snímků s rozlišením 30 m (viditelná a
infračervená část spektra) resp. 60 m (termální pásmo).
Pohybuje se na subpolární dráze ve výšce 705 km a poskytuje snímky 1 x za
16 dnů. Velikost scény je přibližně 185 x 185 km.
Snímky hojně využívány i v ČR pro mapování základních druhů povrchů, pro
detekce změn, v lesnictví apod. Snímky jsou vhodné pro tvorbu map měřítek
1 : 100 000 a větších.
Landsat 1 (1972 - 1978)
Landsat 2 (1975 -1982)
Landsat 3 (1978 - 1983)
Landsat 4 (1982 - 1985)
Landsat 5 (1984 - stále funkční)
Landsat 6 (1993 - havárie při startu)
Landsat 7 (1999 – )
Snímky volně přístupné na adrese (např. http://glovis.usgs.gov/)
Spektrální rozlišení jednotlivých pásem TM a průměrné křivky
spektrálního chování pro vegetaci (a), vodu (b) a holou půdu (c)
5
Třída povrchu TM-1 TM-2 TM-3 TM-4 TM-5 TM-7
Identifikace vodních
objektů
3 3 2 1 1 1
Vlastnosti vodních
objektů
1 1 3 4 4 4
Uspořádání sítě
vodních toků
3 3 2 1 1 2
Půdní druhy 3 2 1 2 1 2
Lesní plochy 2 2 2 1 1 2
Zemědělská půda 3 2 2 1 1 2/1
Zastavěné plochy 2/1 1 1 3 3 3/2
Oblasti těžby nerostů 3 3 3 1 2 2
Vhodnost jednotlivých pásem skeneru TM pro identifikaci vybraných tříd
povrchů: 1 - vhodné, 2 - středně vhodné, 3 - málo vhodné, 4 - nevhodné
Identifikovaný jev TM-
432
TM-
321
TM-
532
TM-
543
TM-
453
TM-
345
TM-
743
Zastavěné oblasti 1-2 6 5 2-4 1 1-2 3
Obsah sedimentů
ve vodě
2 1 3 5-6 5-6 4 5-6
Síť vodních toků 1 6 2 3-5 2 4 3
Hranice
zůmědělské půdy
2 6 4 3 3 5 1
Hranice vody a
vegetace
2 6 5 1-3 1 4 3
Půdní poměry 1 5 6 2-3 2 2-3 4
Druhy vegetace 2 6 5 1 1 4 3
Menší vodní plochy 4 6 5 3 3 2 1
Vhodnost vybraných barevných syntéz TM v systému RGB pro identifikaci
vybraných jevů. Vyšší číslo znamená menší vhodnost dané kombinace pásem
LANDSAT 7
ETM+
PAN
15m
CORINE Land Cover
www.cenia.cz
LANDSAT - zdroje dat
http://glcfapp.umiacs.umd.edu:8080/esdi/index.jsp
6
SPOT
Systém francouzských družic funkční od r. 1986. Družice SPOT 4 byla
vypuštěna v r. 1998 a družice SPOT 5 v r. 2002
Scéna o velikosti 60 x 60 km vytvářena CCD čipy podélným
skenováním. Družice má schopnost snímat pod určitým úhlem podél
dráhy letu umožňuje vytvářet stereoskopické dvojice a z nich výškový
model terénu. Snímá stejného místo 1 x za 26 dní.
Snímky jsou vytvářeny v panchromatickém režimu (2,5 metrů rozlišení
u SPOT 5) a ve 4 pásmech v multispektrálním režimu (rozlišení 10 m) v
pásmu viditelném, blízkém a středním infračerveném v těchto
intervalech vlnových délek: 520-590, 610-680, 790-890, 1580-1750
nanometrů
Spektrální rozlišení XS a PAN pásem SPOT a průměrné křivky
spektrálního chování pro vegetaci (a), vodu (b) a holou půdu (c)
Princip vytváření digitálního modelu terénu z dvojic obrazových
záznamů družice SPOT
SPOT 5
vytváření stereodvojic pro tvorbu modelu terénu
7
Princip vytváření panchromatického obrazového záznamu s rozlišením
2,5 m ze svou snímků s rozlišením 5 m na družici SPOT 5
SPOT
skener VEGETATION
Snímací zařízení určené
pro studium vegetace v
globálním měřítku.
Multispektrální snímky s
rozlišením 1,1 km a šířkou
záběru 2700 km.
Vegetační složku na
snímcích lze zdůraznit
vytvořením nepravě
barevné syntézy či
konstrukcí tzv. vegetačních
indexů.
TERRA
Družice uvedená na oběžnou dráhu v r. 1999.
Je základní součástí programu EOS (Earth Observing System)
vedeného NASA.
Jeho hlavním cílem je monitorování klimatu a přírodního prostředí
Země.
Na družici je umístěno pět základních přístrojů pro monitorování
zemského povrchu, oceánů, atmosféry a interakcí mezi nimi.
Družice je umístěna na subpolární oběžné dráze, přechází rovník v
10,30 hod místního času (minimum oblačnosti). Přístroje jsou založeny
na pasivním snímání odraženého a emitovaného záření.
ASTER
(Advanced Spaceborne Thermal Emission and
Reflection Radiometer)
MODIS
(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer)
EOS (Earth Observing System)
Družicové systémy:
• TERRA
• AQUA
• AURA
http://eospso.gsfc.nasa.gov/
Vybrané přístroje:
8
MODIS - http://modis.gsfc.nasa.gov/
LST
Sněhová pokrývka
Charakteristiky vegetace
ENVISAT
Projekt Evropské kosmické agentury (ESA). Velká družice
vypuštěna na polární dráhu v r. 2002. Rozměry: 10 m, 8,5
tuny, následník družic ERS-1 a 2. Zaměřena na
monitorování životního prostředí v regionálním a globálním měřítku.
Pohybuje se na subpolární oběžné dráze ve výšce 800 km, vykoná 14
oběhů za den a navrací se do stejné polohy po 35 dnech.
Družice je vybavena deseti hlavními přístroji. Ty, které vytvářejí obrazové
záznamy jsou tři:
ASAR zobrazující radar pracující v C-pásmu (5,5 cm)
AATSR podélně skenující radiometr pracující v m.j. pásmech 1,6 (SWIR),
3,7 (MWIR) a 12 (LWIR) mikrometrů. Určen především pro mapování
SST. . Šířka záběru 500 km, rozlišení 1 km
MERIS – obrazový spektrometr pracující v 15 pásmech viditelné a blízké
IČ části spektra. Snímkuje v pásu 1150 km širokém s velikostí pixelu 300
m či 1 km. Primárně určen pro oceánografické účely, studium změn
v chemickém složení svrchní části oceánu, druhotně pro studium
oblačnosti a též pro monitorování vegetace v globálním měřítku.
EO -1
Družice uvedená na oběžnou dráhu v r. 2000 v rámci programu s názvem
New Millennium Program (NMP). Parametry dráhy podobné LANDSAT.
Jako první poskytuje hyperspektrální snímky z vesmíru.
HYPERION – hyperspektrální skener s 220 pásmy v rozsahu 0,4 - 2,5 µm
s rozlišením 30 metrů a velikostí scény 7,7 x 100 km. Oblasti využití
snímků: geologie a mineralogie, prospekce a těžba surovin, lesnictví a
zemědělství (odhady úrody, zdravotní stav plodin), ochrana životního
prostředí (mapování znečišťujících látek).
ALI - Advanced Land Imager. Radiometr pracující v 9 pásmech spektra v
multispektrálním režimu (30 m pixel) a jednom pásmu v režimu
panchromatickém (10 m pixel). Hlavní využití: mapování základních druhů
povrchů, landuse a landcover.
IRS-1C, 1D
Indické družice poskytují snímky s rozlišením od 6 m do řádově stovek
metrů.
Kromě snímků s vysokým rozlišením, které vytvářejí družice IRS-1C a
IRS-1D, lze získat multispektrální snímky ze skeneru LISS s rozlišením
23,5 metrů pořízené ve viditelné a blízké infračervené části spektra,
případně snímky ze skeneru s označením WiFS s rozlišením 188 m.
Družice IRS-1C a 1D mohou snímat území i mimo čáru nadiru a z
takto pořízených obrazových záznamů lze sestavovat stereoskopické
dvojice a generovat digitální model terénu.
9
EROS-A1
ImageSat 1997 Israel Aircraft industries (IAI), Electro-Optical Industries
(ELOP) and Core Software Technology (CST). Izraelská družice, start
5.12. 2000
Družice s váhou pouze 250 kg, výška letu 488 - 503 km, inklinace 97,3
stupně, poziční chyba do 100 m
Poskytuje panchromatické snímky v panchromatickém režimu (0.5 – 0.9
µm) s rozlišením 1,8 m při šířce záběru 12,5 km a s časovým rozlišením
kolem dvou dnů.
V budoucnu by měl celý systém obsahovat 8 družic v takové konstelaci,
že budou poskytovat snímky celou zeměkouli denně.
Systém mobilních přijímacích stanic mají uživateli umožňovat získávat
snímky téměř v reálném čase. IZMIR - Turecko
Špionážní družice - IZRAEL
Start 28. května 2002, Hmotnost 300 kg
Inklinace 143 stupňů (směr východ –západ), výška 370 – 600 km
Panchromatický (0,6 – 0,7 m) a multispektrální režim (3.28 m) pro
národní účely
V průběhu dalších let je plánováno vypuštění dalších 6 družic,
které mají poskytovat snímky minimálně 1 x denně
OFEQ 5OFEQ 5 IKONOS
IKONOS 2 byla první komerční družicí poskytující snímky
s prostorovým rozlišením 1 metr, start 24. 9. 1999.
Je provozována společností SpaceImaging. Družice se pohybuje na dráze
synchronní se sluncem ve výšce 681 km s inklinací 98,1 stupňů.
Pracuje ve dvou režimech: panchromatickém, kdy poskytuje snímek v
intervalu vlnových délek 450 - 900 nanometrů s prostorovým rozlišením 1
metr.
Druhý režim je multispektrální, který nabízí 4 snímky v následujících
intervalech vlnových délek: 450 – 520 (modrá), 520 – 600 (zelená), 630 -
690 (červená ), 760 – 900 nanometrů (blízká infračervená).
Multispektrální snímky mají rozlišení 4 metry. Scéna má velikost 11 x 11
km. Polohová přesnost dat je 12 m horizontálně a 10 m ve vertikálním
směru.V případě použití vlícovacích bodů je potom udávána přesnost 2
resp. 3 metry.
Opakovatelnost snímání je 2,9 dne při rozlišení 1 m na 40 stupni
zeměpisné šířky. cenacena min 3000 USD, tj. 1 scéna, poplatek za
programování (3 pokusy 17 – 35 000 Kč)
10
QUICK BIRD
Družice soukromé společnosti DigitalGlobe, vypuštěna 19.10.2001
Družice se pohybuje na oběžné dráze ve výšce 450 km s inklinací 98 °
Systém poskytuje panchromatické snímky s rozlišením 0,61 m a dále
snímky v multispektrálním režimu s rozlišením 2,5 m při šířce záběru
16,5 km. Radiometrické rozlišení 11 bitů
V multispektrálním režimu poskytuje 4 snímky: 450-520 nm (modrá),
520-600 nm (zelená), 630-690 nm (červená) a 760-900 nm (blízké IČ)
Termínové rozlišení 1-3,5 dne podle zem. šířky
Snímky umožňují podrobné a přesné mapování zemského povrchu.
OrbView 3
Družice se pohybuje na subpolární dráze synchronní se Sluncem,
inklinace 97,29 °, výška dráhy 470 km.
Poskytuje snímky v režimu PAN s 1 m pixelem a MS s velikostí pixelu
4 m. Programovatelný režim s časovým rozlišením do 3 dnů.
Geometricky korigované produkty z původních snímků
(OrbViewORTHO) deklarují geometrickou přesnost 12m
Hlavní oblasti použití: sledování životního prostředí, záchranné
operace, podrobné mapování, posuzování rozsahu škod u přírodních
katastrof, kontrolování využívání půdního fondu.
Data se uplatní tradičně v zemědělství a v lesnictví, nově též v
obchodu s realitami, pojišťovnictví, cestování, zpravodajství a v
počítačových hrách
http://www.orbimage.com/
Soukromá družice společnosti ORBIMAGE. Na oběžné
dráze od 26.6.2003. První snímky poskytla 18.12.2003.
11
FORMOSAT 2
První družice s vysokým rozlišením poskytující snímky každý den
Družice se pohybuje na subpolární oběžné dráze
Systém poskytuje panchromatické snímky s rozlišením 2 m a dále
snímky v multispektrálním režimu s rozlišením 8 m při velikosti scény 24
x 24 km.
V multispektrálním režimu poskytuje 4 snímky: 450-520 nm (modrá),
520-600 nm (zelená), 630-690 nm (červená) a 760-900 nm (blízké IČ)
Snímky umožňují podrobné studium změn v krajině.
http://www.spotimage.fr/html/_167_171_977_.php
WORLDVIEW 1
Panchromatické snímky (400 – 900µm) s rozlišením 50 cm
Možno využít pro mapování v měřítku 1 : 5 000
Data pořízena v 11-bit formátu (2048 úrovně šedi) jsou dodávána v 16bit
formátu (kvalitnější interpretace např. objektů ve stínu) nebo v 8-bit
formátu (256 úrovní šedi) pro GIS a mapové aplikace.
Možnosti pořizovat několik snímků stejného území při jednom přeletu
(nastavitelné radiometry)
Data dodávána v několika úrovních předzpracování (až po
ortofotomapy)
http://www.digitalglobe.com/index.php/86/WorldView-1
12
GeoEye 1
http://www.geoeye.com/CorpSite/
Fotografie z ruských družic
Byly pořizovány z družic KOSMOS
a vytvářely detailní snímky, které
lze použít i pro podrobné
mapování v měřítku 1 : 10 000.
Např. snímky pořízené
fotografickými komorami KVR –
1000 či KFA 3000 mají prostorové
rozlišení 2 m.
Snímky mají dnes především
historickou hodnotu a používá se
jich pro detekce změn.
Původně zpravodajské družice nabízejí digitalizované fotografie s velmi
vysokým rozlišením řádově jednotek metrů.
Brno – Líšeň, KFA 3000
Fotografie z amerických družic
Družicový systém CORONA představoval dlouhou sérii družic
vypouštěných zpočátku pouze jeden den, se zdokonalováním
snímacího zařízení se na počátku 70. let jednotlivé lety prodlužovaly
až na 16 dní.
Na palubě družic byly umístěny fotografické komory s označením
KEYHOLE (KH). Šlo o panoramatické kamery s obrazovým úhlem 70
stupňů a s ohniskovou vzdáleností 60 cm, které později umožňovaly
tvorbu stereoskopických dvojic snímků o rozměru přibližně 217 x 16
km.
Prostorová rozlišovací schopnost se pohybovala od cca 12 metrů do 2
metrů v závěrečné fázi.
Snímků je téměř 1 milión a pokrývají značné části území bývalého
východního bloku.
Snímky představují cenný materiál pro studium časových změn, pro
geologii, archeologii či geografii obyvatelstva a sídel.
Florida
Fotografie ISS
Významnými zdroji fotografií zemského povrchu z
vesmíru jsou také pilotované kosmické lodě:
• ISS (International Space Station – následník
stanice MIR)
• Raketoplány
Mt. Everest
ISS
13
Zdroje obrazových dat
ESA
Evropská kosmická agentůra
ESA http://www.esa.int/esaCP/index.html
• Malé družice (94 kg) s hyperspektrálním
skenerem CHRIS
• 17 m rozlišení, snímání v 62 pásmech
• Z pořízených snímků lze odvodit řadu
biofyzikálních parametrů
Provozuje několik družicových systémů:
• ENVISAT
• ERS
• PROBA
World Wind - NASA
http://worldwind.arc.nasa.gov/index.html
Zdroje dat
Earth observatory
NASA http://earthobservatory.nasa.gov/
Earth observatory – globální mapování
NASA http://earthobservatory.nasa.gov/
14
Zdroje data - environmentální DPZ
Global Change master directory http://gcmd.gsfc.nasa.gov/
DPZ měst a zastavěných oblastí
http://www.ldeo.columbia.edu/~small/Urban.html
http://sedac.ciesin.org/urban_rs/