1 Praktikum z geoinformatiky pro učitele zeměpisu Přednášející: doc. PhDr. Hana Svatoňová, PhD. Zápatí prezentace 2 Dálkový průzkum III. ̶ ̶Oběžné dráhy – základní typy ̶Práce se snímky: Sentinel Hub, EO browser Oběžné dráhy družic a) rovníková dráha b) šikmá oběžná dráha c) subpolární oběžná dráha. Zápatí prezentace 4 [USEMAP] Oběžná dráha •rovníkové o​Družice na rovníkové oběžné dráze obíhají kolem Země v rovině rovníku v takové výšce, aby doba oběhu družic byla rovna době rotace Země kolem vlastní osy. Pro pozorovatele na Zemi se tedy jeví jako nehybné. Pohybují se ve vzdálenosti cca 36 000 km. oTuto dráhu lze označovat taky jako geostacionární. ̶od západu k východu ̶úhlová rychlost oběhu družice odpovídá úhlové rychlosti rotace Země tj. pro pozorovatele na Zemi je tedy družice stále na stejném místě o •šikmé •subpolární METEOSAT https://www.youtube.com/watch?v=tOp1UYbmp0Y Oběžná dráha •rovníkové ̶meteorologické družice ̶monitorující synoptické procesy v atmosféře a umožňující ukazovat stav a pohyb oblačnosti, analyzovat a předpovídat počasí ̶družice METEOSAT ̶pozorovatele na Zemi je tedy družice stále na stejném místě o METEOSAT •rovníkové •šikmé •subpolární ̶https://www.youtube.com/watch?v=tOp1UYbmp0Y ̶většina družic ̶ve směru poledníků ve výšce 700 až 1000 km ̶od severu k jihu ̶doba oběhu závisí na výšce letu (cca 2h) ̶12 až 16 oběhů za 24 hodin ̶jsou synchronní se Sluncem ̶tj. prolétají nad stejným místem ve stejnou hodinu místního času ̶ LANDSAT SPOT NOAA Quick Bird SENTINEL Oběžná dráha Přelety podle místního času Dráha se Sluncem synchronní Oběžné dráhy družic > > > Meteosat ̶Využití: předpovědi počasí a studiu klimatu ̶umístěná na nultém poledníku nad Guinejským zálivem ̶rovníková dráha, geostacionární ̶Družice operují ve dvojicích, jedna jako hlavní a druhá jako záložní. ̶ ̶ ̶Provozovatelem je evropská mezivládní organizace Eumetsat ̶provoz řídí organizace ESA (Evropská kosmická agentura) ̶Hlavním snímacím na palubě družice MSG je přístroj SEVIRI. Jeho úkolem je pořizovat snímky Země v 11 úzkopásmových spektrálních kanálech a jednom širokopásmovém s vysokým rozlišením První dvojice je umístěna nad nultým poledníkem a snímá Evropu, část Afriky a Ameriky. Druhá dvojice je nad Indickým oceánem Zápatí prezentace 13 Práce se satelitními snímky Program Copernicus: Sentinel Playground EO Browser Zápatí prezentace 14 Sentinel Hub ̶ Zápatí prezentace 15 ̶ Zápatí prezentace 16 Zápatí prezentace 17 Stromboli - samostatný úkol ̶Zjistěte základní a aktuální informace o vulkánu Stromboli ̶Pracujte v prostředí Sentinel Playground a se snímky z družic Sentinel 2 ̶Vyhledejte vulkán Stromboli na Sentinel Playground ̶Zobrazte na snímcích v pravých a v nepravých barvách v min. dvou časových obdobích, před poslední erupcí a nyní ̶Vyhodnoťte viditelnost vulkanické činnosti na snímcích v různých barevných syntézách, ̶Objasněte, proč jsou některé kombinace kanálů vhodnější pro potřeby monitoringu vulkanické činnosti ̶Vyzkoušejte zobrazení na snímcích z družice Sentinel 1, porovnejte podstatu ( gamma, gama ortorektifikované – o co se jedná?) ̶ Využití nepravých barev v praxi Požáry v Řecku v létě 2021 Značná část vegetace na zasaženém území shořela – lze pozorovat rozdíl Úbytek vegetace v důsledku požárů v okolí města Istiaia v srpnu 2021 (šedá barva značí spálenou vegetaci – nemá žádný chlorofyl). Využití nepravých barev v praxi ̶Batymetrie ̶B4, B3, B1 ̶Vhodné monitorování pobřeží ̶Pomocí pásmu B1 lze odhadovat suspendovaný materiál ve vodě ̶Pobřeží v okolí hradu Mont-Saint-Michel, kde se pravidelně střídá příliv a odliv ̶ Využití nepravých barev v praxi ̶Nepravé barvy – Zdravotní stav vegetace ̶Družice Sentinel 2, kanály – bands v syntéze RGB: B8, B4, B3, https://gisgeography.com/sentinel-2-bands-combinations/ ̶Infračervené pásma – rozlišuje zdravotní stav a množství chlorofylu ̶Zdravější vegetace je více červená ̶Infračervený, červený a zelený band – hodnocení hustoty vegetace – rostliny odrážení blízké infračervené záření a zelené světlo a zároveň pohlcují červenou barvu (proto se nám jeví jako zelené), hustá vegetace se při této kombinaci zobrazuje jako červená. Voda jako černá a města a holá půda jako šedá/hnědá ̶ Využití nepravých barev v praxi Využití nepravých barev v praxi Využití nepravých barev v praxi ̶Radarová data ̶Sentinel-1 ̶Vysílá signál a měří za jak dlouho se signál vrátí ̶Zaseknutí lodě Evergreen v Suezském kanále v březnu 2021 à a detekce nákladních lodí, které čekaly na proplutí do Evropy (první snímek ukazuje „běžný“ provoz o měsíc dříve) ze strany Rudého moře (podobný počet lodí byl i na straně od Středozemního moře) – paralyzování celosvětového obchodu à celosvětové ekonomické dopady 25 Srovnání území podle satelitních snímků 2021 Březen Pravé barvy Vodní vláha NDVI Červen Říjen Zápatí prezentace 26 Sentinal Playgroung a EO browser ̶ Zápatí prezentace 27 Sentinal Playground ̶Úkol 1 – vyhledat snímek Brna a okolí, oblasčnost svécény menší než 40 procent, říjen ̶Zobrazit pravé barvy, a další nepravé barvy ̶Úkol 1 Oběžné dráhy družic a) rovníková dráha b) šikmá oběžná dráha c) subpolární oběžná dráha. [USEMAP] Oběžná dráha •rovníkové o​Družice na rovníkové oběžné dráze obíhají kolem Země v rovině rovníku v takové výšce, aby doba oběhu družic byla rovna době rotace Země kolem vlastní osy. Pro pozorovatele na Zemi se tedy jeví jako nehybné. Pohybují se ve vzdálenosti cca 36 000 km. oTuto dráhu lze označovat taky jako geostacionární. ̶od západu k východu ̶úhlová rychlost oběhu družice odpovídá úhlové rychlosti rotace Země tj. pro pozorovatele na Zemi je tedy družice stále na stejném místě o •šikmé •subpolární METEOSAT https://www.youtube.com/watch?v=tOp1UYbmp0Y Oběžná dráha •rovníkové ̶meteorologické družice ̶monitorující synoptické procesy v atmosféře a umožňující ukazovat stav a pohyb oblačnosti, analyzovat a předpovídat počasí ̶družice METEOSAT ̶pozorovatele na Zemi je tedy družice stále na stejném místě o METEOSAT Oběžné dráhy družic [USEMAP] METEOSAT > > > Meteosat ̶Využití: předpovědi počasí a studiu klimatu ̶umístěná na nultém poledníku nad Guinejským zálivem ̶rovníková dráha, geostacionární ̶Družice operují ve dvojicích, jedna jako hlavní a druhá jako záložní. ̶ ̶ ̶Provozovatelem je evropská mezivládní organizace Eumetsat ̶provoz řídí organizace ESA (Evropská kosmická agentura) ̶Hlavním snímacím na palubě družice MSG je přístroj SEVIRI. Jeho úkolem je pořizovat snímky Země v 11 úzkopásmových spektrálních kanálech a jednom širokopásmovém s vysokým rozlišením První dvojice je umístěna nad nultým poledníkem a snímá Evropu, část Afriky a Ameriky. Druhá dvojice je nad Indickým oceánem •rovníkové •šikmé •subpolární ̶https://www.youtube.com/watch?v=tOp1UYbmp0Y ̶většina družic ̶ve směru poledníků ve výšce 700 až 1000 km ̶od severu k jihu ̶doba oběhu závisí na výšce letu (cca 2h) ̶12 až 16 oběhů za 24 hodin ̶jsou synchronní se Sluncem ̶tj. prolétají nad stejným místem ve stejnou hodinu místního času ̶ LANDSAT SPOT NOAA Quick Bird SENTINEL Oběžná dráha Přelety podle místního času Dráha se Sluncem synchronní Zápatí prezentace 38 Lesní požár v Českosaském Švýcarsku ̶Lesní požár v Českosaském Švýcarsku vypukl v sobotu 23. července 2022 (během velké vlny veder) v národním parku České Švýcarsko nedaleko Hřenska. Požár postupně zasáhl více než 1600 ha plochy parku, v největším nasazení ho hasilo osm vrtulníků, pět letadel a dohromady asi 700 osob.[4] V pondělí 25. července se rozšířil na německou stranu do oblasti Saského Švýcarska, kde zasáhl plochu 250 ha. Šlo o nejrozsáhlejší lesní požár v novodobé historii Česka[5] a Saska.[6] Požár byl na českém území uhašen v pátek 12. srpna 2022[7] a na německé straně o týden později v pátek 19. srpna 2022.[3] https://cs.wikipedia.org/wiki/Lesn%C3%AD_po%C5%BE%C3%A1r_v_%C4%8Ceskosask%C3%A9m_%C5%A0v%C 3%BDcarsku Zápatí prezentace 39 Zápatí prezentace 40 ̶ Využití nepravých barev v praxi Požáry v Řecku v létě 2021 Značná část vegetace na zasaženém území shořela – lze pozorovat rozdíl Úbytek vegetace v důsledku požárů v okolí města Istiaia v srpnu 2021 (šedá barva značí spálenou vegetaci – nemá žádný chlorofyl). animace vlhkosti https://sentinelshare.page.link/V3zE •ESRI konference 2015 • •http://media.esri.com/arcstream/2015/07/4638-uc2015-opening-video_960.mp4 • 45 Satelitní snímky z EO Browser v environmentálním vzdělávání Zpracoval Tomáš Jurča v rámci Bakalářské práce 46 Proč je využívat ve výuce? ̶K pozorování krajiny kolem nás ̶ ̶V různém časovém období ̶ ̶Jejich porovnání = pochopení environmentálních vztahů ̶ ̶Ke sledování antropogenního vlivu na přírodu ̶ K pozorování atmosféry a jejího složení ̶ ̶ Jsou pouze pár desítek hodin staré ̶ 47 Co vše dokážou zachytit? ̶Krajinu v pravých barvách 48 Co vše dokážou zachytit? ̶Stav vodní vláhy v půdě (Moisture index) 49 Vodní vláha ̶Obecně: voda v půdě, která nevytváří souvislou vodní hladinu ̶Na satelitním snímku: Hodnota vypočtená ze vzorců pomocí pásem NIR a SWIR ̶NIR = blízké infračervené záření – odrazivost ovlivněna sušinou listu, ale ne obsahem vody ̶SWIR = krátkovlnné infračervené záření – velikostí jeho odrazu od rostlin lze určit obsah vody (voda SWIR pohlcuje) ̶Legenda pro vodní vláhu: hodnoty (-0,2 až -1) = suchá neúrodná půda hodnoty (-0,2 až 0,4) = vodní stres hodnoty (0,4 až 1) = dostatek vodní vláhy 50 Jak vypadá stejné území v různých letech? Úhrn srážek leden až červenec 2017 Jihomoravský kraj 145 [mm] Česká republika 379 [mm] Úhrn srážek leden až červenec 2020 Jihomoravský kraj 367 [mm] Česká republika 439 [mm] 51 Jak vypadá vývoj vodní vláhy během roku Úhrn srážek v únoru 2020 Jihomoravský kraj 35 [mm] Česká republika 78 [mm] Úhrn srážek v květnu 2020 Jihomoravský kraj 66 [mm] Česká republika 75 [mm] Úhrn srážek v srpnu 2020 Jihomoravský kraj 86 [mm] Česká republika 111 [mm] Úhrn srážek v listopadu 2020 Jihomoravský kraj 21 [mm] Česká republika 22 [mm] 52 Použití pro výuku ̶Srovnání vlhkostní rozdílů v jednotlivých letech nebo v daném roce ̶Sledování rozdílu v závlaze zemědělských ploch ̶Sledování vodní vláhy v zalesněných oblastech ̶Diskuze pro studeny: ̶ které plodiny potřebují vodní vláhu, které naopak ne ̶ co má největší vliv na vodní vláhu ̶ jak lépe zadržovat vodu v krajině ̶ 53 Co vše dokážou zachytit? ̶Stav vegetace (NDVI) 54 Stav vegetace (NDVI) ̶Obecně: Index pro kvantifikaci zelené vegetace ̶Jak funguje: odrazivostí NIR od listoví a pohlcováním červených vlnových délek pomocí chlorofylu ̶Vzorec pro výpočet: ̶ ̶ ̶Legenda pro NDVI: hodnoty k 1 = lesy hodnoty (0,2 až 0,4) = křoviska, travní porosty hodnoty (0,1 až -0,1) = bez vegetačního pokryvu hodnoty k -1 = vodní plochy NIR – RED NDVI = _______ NIR + RED 55 Jak funguje NDVI? ZDRAVÝ STROM = ______ 50 - 8 50 + 8 ZDRAVÝ STROM = = 0,72 __ 42 58 NEZDRAVÝ STROM = 40 - 30 _____ 40 + 30 NEZDRAVÝ STROM = = 0,14 __ 10 70 56 Stav vegetace v různých letech 57 Vývoj NDVI během roku 58 Použití pro výuku ̶Srovnání vegetace v jednotlivých letech i během roku ̶Sledování zdraví vegetace a jejího rozšíření nebo úbytku ̶Pozorování zdraví vegetace během sušších a vlhčích období ̶Diskuze: ̶ k čemu se snímání NDVI může využívat? (předpovědi požárů) ̶ co způsobilo rozdíly v oblasti lesů, jaké oblasti lesů zůstaly tmavé – jaké stromy zde rostou? ̶Jaké zbarvení bude mít vegetace s (ne)dostatkem vodní vláhy? ̶ 59 Srovnání území podle satelitních snímků 2021 Březen Pravé barvy Vodní vláha NDVI Červen Říjen 60 Souvislosti mezi vodní vláhou a NDVI ̶Množství vodní vláhy v půdě úzce souvisí s množstvím chlorofylu v listoví ̶Čím menší vláha = tím méně chlorofylu v listoví = menší odrazivost pro paprsky NDVI ̶Souvislost, kterou lze podložit satelitním snímáním ̶ ̶ ̶ ̶Příklad výstupu v EO Browser: ̶ Aktivity a soutěže pro školy Aktivity a soutěže pro školy European Space Agency Svět se souvislou výplní 2021-22 school projects náhled ̶Tvorba stratosférického balónu/ minisatelitu – sledování jejich ketu a vyhodnocování dat ̶CanSat je malou napodobeninou skutečné družice, která má rozměry plechovky od limonády. Do této velikosti se musejí vejít všechny základní systémy od baterie, přes vysílací zařízení až po samotné senzory. ̶Data získávají po vystřelení raketou nebo vypuštěním z jiného nosiče (např. letadla či balonu) do přibližně kilometrové výšky a při následném řízeném sestupu s pomocí padáku a bezpečném přistání. ̶Cílem je získaná data analyzovat, případně zasadit do širšího kontextu celé mise a prezentovat odborné porotě. CanSat: Postav svůj satelit ESERO Astro Pi Challenge: Pošli svůj kód do vesmíru! Mise ZERO ̶Týmy 2 – 4 žáků do 19 let mají za úkol zaktivovat displej na počítači Astro Pi, zobrazit na něm libovolnou zprávu astronautům a změřit teplotu v modulu Columbus. Jedná se o velmi jednoduchý úkol, jehož splněním se děti seznámí s programováním a každé dítě, které splní podmínky, obdrží certifikát přímo z ESA, že jeho kód běžel ve vesmíru. Není nutné žádné speciální vybavení ani programovací schopnosti. Mise SPACE LAB ̶Mise Space Lab je určena žákům do 19 let v týmech po 2 - 6 členech. Úkolem je navrhnout a naprogramovat experiment, který poběží na Astro Pi počítačích na oběžné dráze Země. Nejlepší pokusy budou realizovány na ISS a týmy pak budou mít možnost analyzovat a interpretovat výsledky ̶ Astro Pi Challenge: Pošli svůj kód do vesmíru! [USEMAP] ̶Ze satelitních dat studentu vyberou klimatický problém – jak tento problém můžeme řešit? ̶ [USEMAP] ̶ [USEMAP] ̶V rámci Moon Camp Challenge mají žáci od 6 do 18 let ve třech věkových a obtížnostních kategoriích za úkol navrhnout a vymodelovat s využitím softwaru Tinkercad nebo Fusion 360 základnu na Měsíci, která udrží na živu minimálně 2 astronauty. qÚvodní seznámení se satelity a jejich podobou q3D scény [USEMAP] https://store.steampowered.com/app/765810/Mars_Horizon/ https://theirregularcorporation.com/game/mars-horizon/ Aktivity a soutěže pro školy National Advisory Committee for Aeronautics [USEMAP] ̶High School Aerospace Scholars ̶In-flight Education Downlinks ̶Micro-g Neutral Buoyancy Experiment Design ̶Teams (Micro-g NExT) ̶Minority University Research and Education Program (MUREP) ̶Moon to Mars ̶NASA Community College Aerospace Scholars (NCAS) ̶NASA Internships and Fellowships ̶NASA Pathways Programs ̶NASA Spacesuit User Interface Technologies for Students Design Challenge (NASA SUITS) ̶ Student Opportunities https://viewspace.org/ https://spaceplace.nasa.gov/menu/play/ [USEMAP] ̶ https://viewspace.org/interactives/unveiling_invisible_universe/star_death/crab_nebula qnejnovější obrázky, videa, informace o misích, zprávy, hlavní články, tweety, NASA TV qmožnost podívat se na nadcházející plánované mise Mezinárodní vesmírné stanice + upozornění qsledování živého streamování z experimentu HDEV (High Definition Earth Viewing) na Mezinárodní vesmírné stanici qzobrazení satelitní sledovací 2D map a 3D modelů Země Zápatí prezentace 76 ̶ 77 Satelitní snímky z EO Browser v environmentálním vzdělávání Zpracoval Tomáš Jurča v rámci Bakalářské práce 78 Proč je využívat ve výuce? ̶K pozorování krajiny kolem nás ̶ ̶V různém časovém období ̶ ̶Jejich porovnání = pochopení environmentálních vztahů ̶ ̶Ke sledování antropogenního vlivu na přírodu ̶ K pozorování atmosféry a jejího složení ̶ ̶ Jsou pouze pár desítek hodin staré ̶ 79 Co vše dokážou zachytit? ̶Krajinu v pravých barvách 80 Co vše dokážou zachytit? ̶Stav vodní vláhy v půdě (Moisture index) 81 Vodní vláha ̶Obecně: voda v půdě, která nevytváří souvislou vodní hladinu ̶Na satelitním snímku: Hodnota vypočtená ze vzorců pomocí pásem NIR a SWIR ̶NIR = blízké infračervené záření – odrazivost ovlivněna sušinou listu, ale ne obsahem vody ̶SWIR = krátkovlnné infračervené záření – velikostí jeho odrazu od rostlin lze určit obsah vody (voda SWIR pohlcuje) ̶Legenda pro vodní vláhu: hodnoty (-0,2 až -1) = suchá neúrodná půda hodnoty (-0,2 až 0,4) = vodní stres hodnoty (0,4 až 1) = dostatek vodní vláhy 82 Jak vypadá stejné území v různých letech? Úhrn srážek leden až červenec 2017 Jihomoravský kraj 145 [mm] Česká republika 379 [mm] Úhrn srážek leden až červenec 2020 Jihomoravský kraj 367 [mm] Česká republika 439 [mm] 83 Jak vypadá vývoj vodní vláhy během roku Úhrn srážek v únoru 2020 Jihomoravský kraj 35 [mm] Česká republika 78 [mm] Úhrn srážek v květnu 2020 Jihomoravský kraj 66 [mm] Česká republika 75 [mm] Úhrn srážek v srpnu 2020 Jihomoravský kraj 86 [mm] Česká republika 111 [mm] Úhrn srážek v listopadu 2020 Jihomoravský kraj 21 [mm] Česká republika 22 [mm] 84 Použití pro výuku ̶Srovnání vlhkostní rozdílů v jednotlivých letech nebo v daném roce ̶Sledování rozdílu v závlaze zemědělských ploch ̶Sledování vodní vláhy v zalesněných oblastech ̶Diskuze pro studeny: ̶ které plodiny potřebují vodní vláhu, které naopak ne ̶ co má největší vliv na vodní vláhu ̶ jak lépe zadržovat vodu v krajině ̶ 85 Co vše dokážou zachytit? ̶Stav vegetace (NDVI) 86 Stav vegetace (NDVI) ̶Obecně: Index pro kvantifikaci zelené vegetace ̶Jak funguje: odrazivostí NIR od listoví a pohlcováním červených vlnových délek pomocí chlorofylu ̶Vzorec pro výpočet: ̶ ̶ ̶Legenda pro NDVI: hodnoty k 1 = lesy hodnoty (0,2 až 0,4) = křoviska, travní porosty hodnoty (0,1 až -0,1) = bez vegetačního pokryvu hodnoty k -1 = vodní plochy NIR – RED NDVI = _______ NIR + RED 87 Jak funguje NDVI? ZDRAVÝ STROM = ______ 50 - 8 50 + 8 ZDRAVÝ STROM = = 0,72 __ 42 58 NEZDRAVÝ STROM = 40 - 30 _____ 40 + 30 NEZDRAVÝ STROM = = 0,14 __ 10 70 88 Stav vegetace v různých letech 89 Vývoj NDVI během roku 90 Použití pro výuku ̶Srovnání vegetace v jednotlivých letech i během roku ̶Sledování zdraví vegetace a jejího rozšíření nebo úbytku ̶Pozorování zdraví vegetace během sušších a vlhčích období ̶Diskuze: ̶ k čemu se snímání NDVI může využívat? (předpovědi požárů) ̶ co způsobilo rozdíly v oblasti lesů, jaké oblasti lesů zůstaly tmavé – jaké stromy zde rostou? ̶Jaké zbarvení bude mít vegetace s (ne)dostatkem vodní vláhy? ̶ 91 Srovnání území podle satelitních snímků 2021 Březen Pravé barvy Vodní vláha NDVI Červen Říjen 92 Souvislosti mezi vodní vláhou a NDVI ̶Množství vodní vláhy v půdě úzce souvisí s množstvím chlorofylu v listoví ̶Čím menší vláha = tím méně chlorofylu v listoví = menší odrazivost pro paprsky NDVI ̶Souvislost, kterou lze podložit satelitním snímáním ̶ ̶ ̶ ̶Příklad výstupu v EO Browser: ̶ 93 Děkuji za pozornost!