Kateřina Tajovská
GÚ, PřF, MU Brno
katkatajovska@email.cz
Satelity všude kolem nás
 Různé satelitní systémy a sítě:
 satelitní komunikační systémy
 satelitní navigační systémy (GPS, Glonass, Galileo, Beidou)
 geodetické družicové systémy
 družicové systémy pro pozorování Země (Earth
Observation)
 špionážní satelitní systémy
 Různé velikosti, oběžné dráhy, mise
 V roce 2016 přes 4000 satelitů, z toho cca 1/3 funkčních
http://www.pixalytics.com/sats-orbiting-earth-2016/
 správa OSN (UNOOSA) http://www.unoosa.org/
http://stuffin.space/
Program Copernicus (GMES)
 Co je Copernicus?
 evropský program pro monitorování životního prostředí a
bezpečnosti (dříve známý jako GMES)
 Kdo ho má na starosti?
 řízen Evropskou komisí
 vesmírné komponenty ESA (European Space Agency)
 In-situ komponenty EEA (Eureopean Environmental Agency)
 Hlavní cíle:
 Poskytovat informační služby pro oblast životního prostředí,
bezpečnosti, krizového řízení, lepší využití průmyslového
potenciálu, nástroj pro řízení ekosystémů, zmírňování změny
klimatu, podpora biologické rozmanitosti, rozvojová a
humanitární pomoc aj.
Stručná historie
 Předchůdce GMES, 1998 Bavenský manifest – výzva na vývoj služeb
monitorování živ. Prostředí
 2001 – Göteborg, summit Evropské Rady – zveřejněn akční plán rozvoje
GMES na období 2001-2003
 2002 definována bezpečnostní složka GMES
 2005 stanoveny základní služby:
 prioritní – území, mořské prostředí, krizové řízení;
 pilotní - atmosféra, bezpečnost, změna klimatu
 2006 ustavena GMES Bureau pověřená koordinací aktivit uvnitř EK i ven
 Září 2008 oficiálně spuštěny tři prioritní a dvě pilotní služby v
předoperační verzi, ustaveny základy pro další financování, provoz a řízení
 Listopad 2010 Nařízení o Evropském programu monitorování Země
(iniciační fáze)
 2012 přejmenován na Copernicus
 2014 zahájena operační fáze vypuštěním první družice Sentinel 1A
Struktura Copernicus
Služby Copernicus
 Služby Copernicus jsou vytvářeny na podkladě družicových dat i
pozemních měřeních (tzv. in-situ data)
 6 hlavních tematických oblastí:
 Monitorování území (Land Monitoring)
 Mořské prostředí (Marine Monitoring)
 Atmosféra (Atmosphere Monitoring)
 Krizové řízení (Emergency Management)
 Bezpečnost (Security)
 Změna klimatu (Climate Change)
 V operační fázi jsou v současnosti téměř všechny služby.
Monitorování území (Land Monitoring)
 Přesné informace o zemském povrchu, na lokální,
regionální, globální úrovni
 K dispozici informace o krajinném pokryvu, land use,
stavu vegetace, vody apod.
 Tři základní komponenty – globální (JRC), lokální,
Panevropská (Evropská agentura pro životní prostředí
EEA)
http://land.copernicus.eu/
Panevropská komponenta
 celoevropské měřítko
 krajinný pokryv Corine Land Cover, mapy 1:100 000 (44 tříd typu území),
bezešvá data lze stáhnout lze stáhnout z EEA, pokrývá roky 1990,
2000,2006,2012, u nás zpracovává CENIA, nejmenší jednotka 25ha,
 Doplňované vrstvami vysokého rozlišení (HRL) – 5 tematických vrstev
nejdůležitějších typů – zástavby, vodní plochy, travní porosty, mokřady, lesy,
mapovací jednotka 1 ha
 možné zdarma stáhnout na stránkách Národního geoportálu INSPIRE
 https://geoportal.gov.cz/web/guest/eshop/gallery
Globální komponenta
• vybrané biofyzikální indikátory globálního rozsahu, které popisují stav
vegetace, energetické bilance, vody
• http://land.copernicus.eu/global/
• náhledy, pro stažení potřeba registrace
Lokální komponenta
 Informace vysokého rozlišní pro konkrétní území
 Urban Atlas – historické i současné využití území v
oblastí velkých evropských měst, měřítko 1:10 000, 350
v Evropě, 13 v ČR, shp dostupné na EEA
 Urban Atlas For Europe
 Příbřežní zóny podél evropské říční sítě Riparian
Zones
 Lokality NATURA 2000
http://land.copernicus.eu/local
 Aktuální informace o síle, směru větru, mořské proudy, mořský led, fyzikální a
biogeochemické složky.
 Oblastní služby: námořní bezpečnost, mořské zdroje, pobřežní a mořské
prostředí, počasí, podnebí
 služba slouží i k podpoře široké škály aplikací pro sledování pobřežního a
mořského životního prostředí.
http://marine.copernicus.eu
Atmosféra (Atmosphere Monitoring)
Mořské prostředí(Marine Monitoring)
• informace o složení atmosféry, krátkodobá předpověď, celkové složení
atmosféry na základě sledování jednotlivých složek atmosféry, jako jsou
emise skleníkových plynů (oxid uhličitý a metan), reaktivní plyny (např. oxid
uhelnatý, oxidované sloučeniny dusíku, oxid siřičitý), ozon a aerosoly
• plně zprovozněna od července 2015
• hlavní tematické oblasti služby: kvalita ovzduší a složení atmosféry; působení
klimatu; ozónová vrstva a UV záření; sluneční záření; emise a povrchové toky
http://atmosphere.copernicus.eu/
Bezpečnost
 Zaměření na tři priority – ostraha hranic, námořní dohled, podpora
opatření zahraniční politiky EU
 Iniciační fáze Copernicus služeb v oblasti bezpečnosti (zejména v
případě ostrahy hranic a podpory zahraniční politiky EU) byla v
letech 2009 - 2011 poskytována prostřednictvím projektu G-
MOSAIC.
 V roce 2015 se služby Copernica v oblasti bezpečnosti začaly
využívat i pro FRONTEX
 http://www.copernicus.eu/main/security
Změna klimatu
Služba monitorování změn klimatu je již implementována, bude
poskytovat přístup k mnoha indikátorům klimatických změn – nárůstu
teploty, stoupání mořské hladiny, tání ledovců, službu koordinuje
Evropské centrum pro střednědobé předpovědi počasí (ECMWF).
http://climate.copernicus.eu/
Krizové řízení
 Služba krizového řízení Copernicus poskytuje všem organizacím
činným v této oblasti rychlé, přesné a spolehlivé informace, které
pomáhají při řešení přírodních i člověkem způsobených katastrof,
ale i při jejich prevenci a hodnocení rozsahu způsobených škod.
 Cílem této služby je rychlé zajištění dostupných dat při povodních,
lesních požárech, průmyslových haváriích, sesuvech půdy či
humanitárních krizích.
 Výsledkem služby jsou mapy vytvořené z přesných
geoprostorových informací získaných z družicových obrazových
dat, které jsou doplněny daty naměřenými in-situ, nebo i daty z
různých veřejných zdrojů.
 Všechny vytvořené výstupy služby jsou volně dostupné na portálu
Evropské komise pro krizové řízení:
 http://emergency.copernicus.eu
Mapování v urgentním režimu
 slouží pro podporu bezprostředně po krizové události
 podkladové mapy s topografickým obsahem, případně
tematickou nadstavbou
 data jsou dodána za několik hodin, služba 24h v roce
 autorizovaní uživatelé aktivní v oblasti krizového řízení
(GŘ HZS)
 úspěšné nasazení při povodních 2013
http://emergency.copernicus.eu/mapping/list-of-
components/EMSR045
 výbuch skladu ve Vrběticích
http://emergency.copernicus.eu/mapping/list-of-
components/EMSR113
mapy dostupné ke stažení
Podpůrné mapování
 slouží pro dlouhodobou prevenci postižení katastrofou
 standartní struktura nebo produkt na míru
 dodání v řádu týdnů až měsíců
 v ČR proběhla žádost na podporu štábního cvičení
RESTART 2013
http://emergency.copernicus.eu/mapping/list-of-
components/EMSN006
In situ komponenta Copernicus
 síť pozemních měřících zařízení na Zemi, ve vzduchu i
ve vodním prostředí
 infrastruktura pozemních měřících stanic členských
států, které spravuje množství národních veřejných
institucí
 většinou jsou tam zapojené organizace působící v
Evropské informační a pozorovací síti pro životní
prostředí (síť Eionet)
http://www.eionet.europa.eu/ldap-organisations/
Kosmická komponenta – pozemní segment
 Pozemní segment je určen k řízení družic, přenos jimi pořízených dat,
archivaci, zpracování a distribuci družicových dat
Přispěvatelské mise
 Jedná se o přibližně 30 existujících či plánovaných družicových misí ESA
a jejich členských států, EUMETSATu a dalších organizací.
Spot-4 SeoSAR/Paz EROS-B
Spot-5 Jason-1 Altika
RapidEye Jason-2 Radarsat-1
Pleiades Jason-3 Radarsat-2
TerraSar-X UK-DMC Radarsat-Constellation
Tandem-X UK-DMC-2 Proba-V
EnMap
Cosmo-Skymed
Deimos-1 DMC
DMC-3
ENVISAT
MSG
Seosat/Ingenio EROS-A Meteosat
ERS-2 MetOp Relevantní mise Earth Explorer
Kosmická komponenta – vesmírný segment
Rodina družic Sentinel
https://sentinel.esa.int/web/sentinel/home
Družice Sentinel
 Družice Sentinel rozdělené do
5 řad, každá řada dvě družice
A a B – max. pokrytí Země (po
roce 2020 v plánu C a D)
 Sentinel 1 – radarová data, v
současné době už plně
operační družice 1A, 1B (6
denní perioda - rovník)
 Data je možné bezplatně
stahovat z portálu:
https://scihub.copernicus.eu/
Sentinel-1
 SAR senzor, pásmo C
 Módy snímání:
 Stripmap (SM)
 Interferometric Wide swath (IW)
 Extra-Wide swath (EW)
 Wave (WV)
 Polarizace: single (HH či VV) a dual (HH+HV nebo VV+VH); SM, IW a EW jsou
dostupné jako single (HH or VV) či dual (HH+HV or VV+VH). WV jen single (HH or
VV).
 Produkty (neplatí pro WV):
 SAR Level-0,
 Level-1 SLC (Single Look Complex),
 Level-1 GRD (Ground Range Detected)
 Level-2 OCN (ocean).
Obr.: Módy snímání.
Zdroj:https://sentinel.esa.int/web/sentinel/user-guides/sentinel-1-sar/acquisition-modes
Sentinel-1 - prostorové rozlišení
Mód Rozlišení (rg x az) Velikost pixelu (rg x az)
SM 1.7x4.3 m až 3.6x4.9 m 1.5x3.6 m až 3.1x4.1 m
IW 2.7x22 m až 3.5x22 m 2.3x17.4 m
EW 7.9x43 m až 15x43 m 5.9x34.7 m
WV 2.0x4.8 m a 3.1x4.8 m 1.7x4.1 m a 2.7x4.1 m
Level-1 SLC
Mód Rozlišení (rg x az) Velikost pixelu (rg x az) Number of looks ENL
SM 9x9 m 4x4 m 2x2 3.9
Full resolution Level-1 GRD
Mód Rozlišení (rg x az) Velikost pixelu (rg x az) Number of looks ENL
SM 23x23 m 10x10 m 6x6 34.4
IW 20x22 m 10x10 m 5x1 4.9
EW 50x50 m 25x25 m 3x1 2.9
High resolution Level-1 GRD
Mód Rozlišení (rg x az) Velikost pixelu (rg x az) Number of looks ENL
SM 84x84 m 40x40 m 22x22 350-398
IW 88x87 m 40x40 m 22x5 105.7
EW 93x87 m 40x40 m 6x2 12.7
WV 52x51 m 25x25 m 13x13 123.7
Medium resolution Level-1 GRD
Ukázky radarových dat Sentinel1
Vertikální posuny při zemětřesení v Itálii 2016 (26.10. a 1.11)
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2016/11/Mapping_Italy_s_30_October_2016
_earthquake
Odlomení ledovce Larsen - C
Sklizeň rýže v
Indii
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2017/08/Start_of_rice_cro
pping
Sentinel 2
 Navazuje tematicky na
Landsat a Spot,
multispektrální data,
mapování vegetace
 22. 6. 2015 (S2A), 7.3. 2017
(S2B) k dispozici snímky opět
na:
 https://scihub.copernicus.eu/
 distribuce v tzv. granulích
100x100km UTM/WGS84
Ukázky optických dat Sentinel2
Erupce Etny 16/03/2017
http://www.esa.int/spaceinimag
es/Images/2017/03/Etna_erupts
Monitoring zemědělství Španělsko
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2016/12/Agricultural_monitorin
g_in_Spain
Mapa pokryvu Chiapas Mexiko
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2016/11/Chiapas_forest_land-cover_map
Sentinel 3
 Radarová a
multispektrální data
středního rozlišení,
navazují na Envisat a
Cryosat-2, vhodná pro
monitorování atmosféry
 Sentinel 3A vypuštěn
16.2. 2016 (3B 4Q/2017)
Ukázkové snímky ze Sentinelu 3
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2017/08/Hurricane_Harvey
Nárůst chlorofylu – jaro 2017
http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2017/07/Sentinel-
3A_sees_the_effects_of_spring
Sentinel 4
 Přístroj na družici MTG
(Meteosat třetí generace),
odhad startu 2017, sledování
kvality ovzduší a látek v
atmosféře (aerosoly, O3,
NO2)
Sentinel 5, 5P
 Zatím hudba budoucnosti, v
plánu 2020, studium chemie
atmosféry, tvorba
klimatických modelů,
 senzor TROPOMI –
překlenovací mise 5P (2017) –
družice startuje 13.října
http://blogs.esa.int/eolaunches/
Přístup k datům
 Data z družic Sentinel bezplatná po jednoduché
registraci na portále ESA
 https://scihub.copernicus.eu/
 Přístup k ostatním datům na:
https://copernicusdata.esa.int/ nutné vyplnit
protokolový formulář se zdůvodněním a počkat na
schválení.
 Dostupné mise:
https://copernicusdata.esa.int/web/cscda/missions
Copernicus Open Access Hub
 volný přístup k datům Sentinel 1,2,3
 Open Hub, Api Hub, PreOps Hub
 registrace, user guide
Softwarové nástroje
 ESA vyvíjí několik toolboxů pro zpracování dat z jejich
misí – STEP - Scientific Toolbox Exploitation Platform
 Nejdříve Toolboxy na jednotlivé Sentinelové mise i
některé přispěvatelské, souhrnný SNAP
 http://step.esa.int/main/
 popis a stažení softwarů, pluginů, zdrojových kódů
 dokumentace
 tutoriály
 komunitní fórum
 galerie výsledků
SNAP 5.0.0 (s S1TBX, S2TBX, S3TBX)
 podporuje širokou škálu dat z různých senzorů (Import)
 nástroje mohou být spouštěny z příkazové řádky, ale jsou též
integrovány v grafickém rozhraní
 souhrn nástrojů na zpracování, čtení a zapisování, vizualizaci a
analýzu , statistiku,
 obsahuje nástroje pro práci s radarovými, optickými, vektorovými
daty, předpřipravené algoritmy (spektrální indexy NDVI, NDWI,
SAVI aj.)
 open source - GNU public license – zdrojový kód v Javě
 podporované OS: MS Windows XP, Vista, 7 a 8, Linux, Mac OS X
 spíše vědecký software, nejsou zde implementovány „kartografické“
funkce pro tvorbu mapy = export a úprava v jiných programech
Práce s daty S2 ve SNAPU
 stažení dat, rozbalení
 načtení přes metasoubor *MSIL1C.xml, nebo import
 zobrazení – bands
 nástroje – product explorer, Navigation tool window,
Image window, Pixel Info
 Colour Manipulation, RGB Image window
 Resampling
 Subset
 Optical – Thematic land processing – NDVI (NIR-
8band, RED-4band)
 Raster – convert Geotiff
Zdroje informací:
 http://www.copernicus.eu/
 http://copernicus.gov.cz/
 http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Ea
rth
 http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Ea
rth/How_to_get_Earth_observation_data
 https://sentinel.esa.int/web/sentinel/home
 http://www.eea.europa.eu/
 Národní geoportál INSPIRE
Požadavky na ukončení předmětu
 Vypracovat seminární práci na téma Využití dat
programu Copernicus ve vybrané aplikační oblasti
 10-12 min ústní prezentace v anglickém jazyce 15.12.
 vypracování 5-6 stránkového elaborátu ve formě
seminární práce (struktura, forma, obsah, zdroje,
diskuse)
 téma – možnost návrh vlastního využití ve vaší odborné
činnosti nebo popsat existující řešení
 http://www.copernicus-masters.com/prize/university-
challenge/