TELEDETEKCJA ŚRODOWISKA

METODYKA BADAŃ TELEDETEKCYJNYCH

Prof. dr hab.Jan R. Olędzki

Katedra Geomatyki i Kartografii

Wydziału Nauk o Ziemi

Uniwersytet Mikołaja Kopernika

MINIMALNE WARUNKI UDANEGO ZASTOSOWANIA TELEDETEKCJI

W ROZWIĄZYWANIU PROBLEMOW BADAŃ SRODOWISKA

1.

WYRAŹNE OKREŚLENIE PROBLEMU POSTAWIONEGO DO ROZWIĄZANIA;

2. OCENA MOŻLIWOSCI ZASTOSOWANIA TELEDETEKCJI W POSTAWIONYM

DO ROZWIĄZANIEA PROBLEMIE;

3. WSKAZANIE PROCEDUR POZYSKIWANIA DANYCH TELEDETEKCYJNYCH

PRZYDATNYCH DO REALIZACJI OPOSTAWIONEGO CELU;

4. OKREŚLENIE PROCEDUR INTERPRETACJI DANYCH, KTÓRE ZOSTANA

ZASTOSOWANE;

5. OKREŚLENIE POTRZEBNYCH DANYCH REFERENCYJNYCH;

6. IDENTYFIKACJA KRYTERIÓW OCENY JAKOŚ.CI ZEBRANYCH INFORMACJI

WIELOKROTNOŚĆ SPOJRZENIA NA BADANY TEREN

BADANIA PROWADZONE Z WYKORZYSTANIEM DANYCH POZYSKIWANYCH

Z WIELU POZIOMÓW

A.POZIOM SATELELITARNY

B. POZIM LOTNICZY

C. POZIM NAZIEMNY

BADANIA PROWADZONE Z WYKORZYSTANIEM WIELU

URZĄDZEŃ (SENSORÓW)

A. FOTOGRAFICZNE

B. SKANEROWE

C. RADAROWE

D. SKANING LASEROWY

BADANIA PROWADZONE W

RÓŻNYCH ZAKRESACH SPEKTRUM EM

A. WIDMO WIDZIALNE

B.

PODCZERWIEŃ

C. TERMALNE

D. MIKROFALOWE

BASDANIA PROWADZONE Z WYKORZYSTANIEM DANYCH POZYSKANYCH

W

RÓŻNYM CZASIE

ARCHIWALNE

ZDJĘCIA LOTNICZE (W POLSCE OD ROKU 1914)

ARCHIWALNE OBRAZY SATELITARNE SATELITARNE (W POLSCE OD ROKU 1973)

AKTUALNE

ZDJĘCIA LOTNICZE I SATELITARNE

METODYKA INTERPRETACJI ZDJĘĆ LOTNICZYCH

1. PODSTAWY FIZJOLOGICZNO-PSYCHOLOGICZNE

Percepcja wzrokowa
Układ mechanizmów wzrokowych
Widzenie przedmiotowe
Kształt
Barwa
Jasność
Wielkość
Widzenie stereoskopowe

2. PROCES INTERPRETACJI

OGÓLNY OGLĄD SYTUACJI PRZEDSTAWIONEJ NA ZDJĘCIU

INTERPRETACJA KOMPLEKSOWA

INTERPRETACJA

POSZCZEGÓLNYCH OBIEKTÓW

Spostrzeżenie obiekt (wykrycie)
rozpoznanie (identyfikacja)
ocena
interpretacja

Wydzielenie jednorodnych
obszarów fotomorficznych

3. CECHY INTERPRETACYJNE - ROZPOZNAWCZE

BEZPOŚREDNIE

Optyczne
Geometryczne

Kształt

Wielkość

Strukturalno-teksturalne
Stereometryczne

POŚREDNIE

Ilościowe

Przestrzenne
Funkcjonalne
Przyczynowe
Kompleksowe

UWARUNKOWANIA EFEKTÓW INTERPRETACJI

ZDJĘĆ LOTNICZYCH

1. Predyspozycje psychofizjologiczne,

2. Przygotowanie teoretyczne - wiedza tematyczna,

3. Doświadczenie

4. Jakość materiału fotograficznego,

5. Wyposażenie instrumentalne - poziom technik pomocniczych,

6. Dostępność i zasób informacji z innych źródeł.

KOLEJNOŚĆ ODCZYTYWANIA - INTERPRETACJI

ELEMENTÓW POKRYCIA TERENU

1. Tereny Komunikacyjne -

sieć drożna,

2. Sieć hydrograficzna,

3. Elementy rzeźby,

4. Roślinność naturalna,

5.Roślinność „sztuczna”,

6. Osadnictwo,

7. Obiekty przemysłowe, handlowe i inne gospodarcze.

ILOŚCIOWE

1. Pomiar geometryczne

wysokości,

powierzchnie;

2. Pomiary fotometryczne

Gęstość optyczna

Struktura

Tekstura

JAKOŚCIOWE

1. Analogowe,
2. Cyfrowe,
3.Obrazy źródłowe
4. Obrazy pochodne

PROCEDURY INTERPRETACJI ZDJEĆ LOTNICZYCH

PROCEDURY INTERPRETACJI ZDJEĆ LOTNICZYCH

DEDUKCYJNA

INDUKCYJNA

OD ZNANEGO DO NIEZNANEGO

Z

G

G

BUDOWANIE LEGENDY

POZIOM I

G

– Grunty rolne

Z

– Tereny osadnicze

POZIOM II

Go

– Grunty rolne orne

Gz

– Grunty rolne użytki zielone

Zg

– Tereny osadnicze zabudowane

Zs

– Tereny osadnicze zielone

POZIOM III

Go

z

– Grunty rolne orne zboża

Go

o

– Grunty rolne orne okopowe

Gz

l

– Grunty rolne użytki zielone łąki

Gz

k

– Grunty rolne użytki zielone koniczyna

Zg

b

– Tereny osadnicze zabudowane – budynki

Zg

p

– Tereny osadnicze zabudowane – podwórka

Zs

s

– Tereny osadnicze zielone – sady

Zs

o

– Tereny osadnicze zielone – ogrody warzywne

Budynek mieszkalny

– bm – ZB – O

Budynek gospodarczy

– bg – ZB – O

Wiata

– bw – ZB – O

Plac przydomowy

– pp – PP – O

Nieużytek – pn – PP – O
Drzewa owocowe

– do – SO – O

Drzewa nieowocowe

– dn – LL – L

Krzaki - dk

– LL – L

Ogródek warzywny

– ow – SO – O

Żyto – ż – UZ – R
Owies - o

– UZ – R

Koniczyna

– k – UŁ – R

Łąka koszona – łk – UŁ – R
Łąka niekoszona – łnk – UŁ – R
Drzewa liściaste – dl – LL – L
Drzewa iglaste

– di – LI – L

FOTOINTERPRETACJA METODĄ KAMERALNA

1.

Prace przygotowawcze

Zamówienie zdjęć,

Przegląd dostępnych materiałów,

Sporządzenie fotoszkicu,

Wyznaczenie jednostek fotomorficznych

Przygotowanie zdjęć do obserwacji stereoskopowej

Przygotowanie mapy podkładowej do wnoszenia obserwacji

2. Interpretacja stereoskopowa

Jakościowa;

Ilościowa

3. Zestawienie wyników

Opracowanie raportu z wykonanej interpretacji

Wnioski

FOTOINTERPRETACJA METODĄ TERENOWĄ

1. PRACE PRZYGOTOWAWCZE

Zamówienie zdjęć,

Przegląd dostępnych materiałów,

Sporządzenie fotoszkicu,

Wyznaczenie jednostek fotomorficznych,

Plan marszrut,

Opracowanie systemu prowadzenia notatek terenowych

Przygotowanie mapy podkładowej do wnoszenia obserwacji terenowych

2. PRACE POLOWE na całym badanym terenie

Wykonywanie opisów, pomiarów, dokumentacji fotograficznej,

Szerokość pasa obserwacji: teren otwarty 500 m

teren zakryty <250 m

Długość marszrut:

skala 1:10000 - 3-

6 km/zdjęcie 18x18cm

5-

11 km/zdjęcie 24x24 cm

skala 1:26000 - 27-

54 km/zdjęcie 24x24 cm

3. PRACE KAMERALNE

Interpretacja stereoskopowa,

Sporządzenie mapy,

Analiza przedstawionej sytuacji

Opracowanie wniosków

1. PRACE PRZYGOTOWAWCZE

1. Zamówienie zdjęć,

2. Przegląd dostępnych materiałów,

3. Sporządzenie fotoszkicu,

4. Wyznaczenie jednostek fotomorficznych,

5. Przygotowanie zdjęć do obserwacji stereoskopowej,

6.Przygotowanie mapy podkładowej do wnoszenia obserwacji

7. Wyznaczenie terenów kluczowych i testowych;

FOTOINTERPRETACJA

METODĄ KOMBINOWANĄ

4. PRACE TERENOWE NA TERENACH TESTOWYCH

Metodyka badań taka sama jak na terenach kluczowych

3. PRACE KAMERALNE - I

1. Opracowanie czystorysu map dla terenów kluczowych,
2. Opracowanie kluczy interpretacyjnych i wzorców na podstawie
wyników badań terenów kluczowych,
3. Interpretacja stereoskopowa i analiza zdjęć lotniczych całego
badanego obszaru,

2. PRACE TERENOWE NA TERENACH KLUCZOWYCH

Wykonanie badań terenowych na terenach kluczowych, według metodyki danej dziedziny,
wzdłuż uprzednio wyznaczonych marszrut (zapis obserwacji terenowych, pomiary,
Wykonywanie dokumentacji fotograficznej); Na zdjęciach lotniczych zaznacza się zasięgi
badanych obiektów, wnosi się punkty obserwacji i ich numery.

5. PRACE KAMERALNE - II

1. Określenie wiarygodności interpretacji kameralnej zdjęć lotniczych,
2. Opracowanie zaleceń odnośnie poprawienia mapy interpretacyjnej,
3. Reinterpretacja kameralna mapy interpretacyjnej,
4. Opracowanie czystorysu mapy,
5. Opracowanie raportu końcowego (charakterystyka geograficzna

terenu badań, opis analizowanych obiektów – jakościowy i ilościowy,

wnioski (teoretyczne i praktyczne)

1

2

3

4

5

A

D

C

B

A

B

C

D

B

δ

α

γ

β

γ

Użytkowanie ziemi w zlewni Bystrzanka

Stacja Bazowa Szymbark

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

G

ru

n

ty

o

rn

e

Tr

w

ał

e

uż

yt

ki

z

ie

lo

n

e

Te

re

n

y

z

a

b

u

d

o

w

a

n

e

S

a

d

y

Za

k

rz

a

c

z

e

n

ia

i

z

a

d

rz

e

w

ie

n

ia

L

a

s

y

D

ro

gi

g

łó

w

ne

Serie1

żyto

łąka

KLUCZ FOTOINTERPRETACYJNY

Użytkowanie ziemi w zlewni Bystrzanka

Stacja Bazowa Szymbark

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

G

ru

n

ty

o

rn

e

Tr

w

ał

e

uż

yt

ki

z

ie

lo

n

e

Te

re

n

y

z

a

b

u

d

o

w

a

n

e

S

a

d

y

Za

k

rz

a

c

z

e

n

ia

i

z

a

d

rz

e

w

ie

n

ia

L

a

s

y

D

ro

gi

g

łó

w

ne

Serie1

W ROKU 2006

KLUCZE FOTOINTERPRETACYJNE

(WZORCE PORÓWNAWCZE)

Kluczami fotointerpretacyjnymi lub wzorcami porównawczymi

nazywamy

zdjęcia lotnicze lub stereogramy z wyróżnionymi na nich

pojedynczymi obiektami lub elementów

środowiska wraz z opisem ich

cech fotointerpretacyjnych oraz

określającym związki funkcjonalne i

przestrzenne

pomiędzy nimi a także ich uzależnienie od

poszczególnych komponentów lub elementów

środowiska

STRUKTURA KLUCZ

FOTOINTERPRETACYJNEGO

• Nazwa obiektu
• Cechy fotomorficzne

– Fototon
– Struktura obrazu
– Tekstura obrazu

• Cechy geometryczne
• Cechy stereometryczne
• Lokalizacja topograficzna
• Związki z komponentami i

elementami środowiska

STEREOGRAM

M-34-91; Szymbark: N 49º

37’56,34’’; E 21º07’ 0,92’’

Skala 1:10 000

METODY OPRACOWYWANIA

OBRAZÓW CYFROWYCH

OBRAZ ANALOGOWY

CYFROWY OBRAZ RASTROWY

ZASADA ZAMIANY DANYCH ANALOGOWYCH NA CYFROWE

D 0,08-------------------------------------------2,0

DN

– jaskrawość pikseli

Bity

Poziomy jaskrawości
(DN)

1

2

2

4

3

8

4

16

5

32

6

64

7

128

8

256

9

512

10

1024

11

2048

12

4096

Pojedynczy piksel pokrywa

stosunkowo niewielką

powierzchnię i jest w miarę

jednolity pod względem

właściwości spektralnych

Przy zachowani tego samego

rozmiaru piksela, jest

mniejsza rozdzielczość

terenowa. W obrębie jednego

piksela integrowane są

właściwości spektralne dwóch

elementów terenowych

W wyniku bardzo małej
rozdzielczości terenowej jeden
piksel mierzy odbitą energie
od rozmaitych elementów
pokrycia terenu.

Mamy więc „czyste” piksele i piksele

„

zmiksowane” . Na ogół im większe procentowe

zmiksowanie piksela, tym bardziej ograniczona jest zdolność zarejestrowania szczegółów terenowych na

obrazie cyfrowym.

1

2

2

1

1. Rektyfikacja i rekonstrukcja obrazu;

2. Uwydatnianie, uwypuklanie treści obrazu;

3. Klasyfikacja obrazów;

4. Łączenie teledetekcyjnych danych obrazowych i

ich integracja w Systemach Informacji
Geograficznej z danymi pochodzącymi z innych
źródeł;

5. Operacje na hiperspektralnych danych

obrazowych;

6. Modelowania biofizyczne

7. Przesyłanie i kompresja obrazów

METODY PRZTWARZANIA OBRAZÓW CYFROWYCH

METODY PRZTWARZANIA OBRAZÓW CYFROWYCH

Obrazy jednokanałowe

Obrazy wielokanałowe

LANDSAT MSS

500-600 nm 600-700 nm 700-800 nm 800-1100 nm

Korekcja geometryczna

Macierz

wyjściowa obrazowa

– geometrycznie poprawna

Macierz obrazu zniekształconego

Kerekcja radiometryczna

Usuwanie szumów

Uwypuklanie treści obrazu

Działania na kontraście:

Progowanie poziomów szarości,

rozwarstwianie

– kwantowanie,

i rozciąganie kontrastu.

Działania na cechach przestrzennych:

filtracja przestrzenna,

uwypuklanie krawędzi,

i analizy furierowskie.

Działania wieloobrazowe.

Proporcjonowanie (wagowanie) różnicowanie kanałów obrazów wielospektralnych,

skaładowe główne,

składowe kanoniczne,

wskaźniki roślinności,

przekształcenia barwne IHS (intensywność–odcień–nasycenie),

rozciąganie dekorelacyjne.

DZIAŁANIA WIELOOBRAZOWE

Wagowanie spektralne

Składowe roślinne

Przekształcenia w przestrzeni barw IHS

ANALIZA SKŁADOWYCH GŁÓWNYCH

Rozciąganie dekorelacyjne

R

IR

R

IR

NDVI

KLASYFIKACJA OBRAZÓW


KLASYFIKACJA NADZOROWANA

KLASYFIKACJA NIENADZOROWANA