Teledetekcja
technologia zajmująca się pozyskaniem, przetwarzaniem i interpretowaniem danych przestrzennych w postaci informacji obrazowej, otrzymywanej w wyniku rejestracji promieniowania elektromagnetycznego odbitego lub emitowanego przez różnego rodzaju obiekty środowiskowe.
Teledetekcja
badanie powierzchni Ziemi z odległości przy wykorzystaniu do tego celu promieniowania elektromagnetycznego emitowanego lub odbitego od obiektów materialnych.
Teledetekcja
technika zdalnego pozyskiwania danych, które są przestrzennie odniesione do powierzchni Ziemi.
Wykonane zobrazowania teledetekcyjne mogą być wykorzystywane do celów pomiarowych oraz do celów interpretacyjnych.
Fotogrametria
nauka zajmująca się odtwarzaniem - na podstawie zdjęć lotniczych (lub innych obrazów teledetekcyjnych) wymiarów obiektów terenowych.
Fotointerpretacja
dziedzina wiedzy zajmująca się wykrywaniem, rozpoznawaniem i charakterystyką obiektów, procesów i zjawisk na podstawie zdjęć lotniczych i satelitarnych.
Sposoby pozyskiwania teledetekcyjnej informacji obrazowej Zależnie od pułapu wykonywanych zobrazowań:
• systemy teledetekcji z pułapu satelitarnego
• systemy teledetekcji z pułapu samolotowego
• naziemne systemy teledetekcyjne (np. Radarowe)
Zależnie od wykorzystywanego sprzętu:
• aparaty fotograficzne
• kamery wideo
• skanery
• urządzenia radarowe
Zależnie od formy zapisu obrazów:
• forma analogowa
• forma cyfrowa
Zależnie od nośników wykorzystywanych do zapisu:
• klisze fotograficzne
• taśmy magnetyczne
• nośniki elektroniczne
Zależnie od formy barwnej:
• obrazy czarno-białe (w odcieniach szarości)
• obrazy w barwach naturalnych
• obrazy w barwach umownych
Formy obrazów teledetekcyjnych
W przypadku obrazów teledetekcyjnych zarejestrowanych pierwotnie w postaci analogowej (zdjęcia lotnicze, obrazy wideo zapisane w postaci magnetycznej) w celu integracji z innymi danymi przestrzennymi zachodzi konieczność przetransformowania ich na postać cyfrową poprzez
zastosowanie skanerów.
Cyfrową formę obrazu teledetekcyjnego uzyskuje się często bezpośrednio w systemach rejestracji obrazów teledetekcyjnych (w skanerach optycznych i mechanicznych montowanych na satelitach i w samolotach, w urządzeniach radarowych i laserowych, róznych typach kamer cyfrowych).
Rozdzielczość obrazów teledetekcyjnych
Cyfrowe obrazy teledetekcyjne charakteryzują cztery typy rozdzielczości:
• przestrzenna - charakteryzująca terenowy wymiar piksela w obrazie teledetekcyjnym,
• spektralna - podająca specyficzny zakres długości fali promieniowania elektromagnetycznego, które moze zapisać czujnik promieniowania; rozdzielczość spektralna jest podawana dla konkretnego systemu teledetekcyjnego poprzez wyszczególnienie, często specyficznych dla danego systemu, nazw kanałów i zakresów rejestrowanego w nich promieniowania,
• radiometryczna - precyzująca liczbę poziomów, na które jest podzielony zakres sygnału odbieranego przez czujnik; rozdzielczość radiometryczna jest podawana w bitach (np. rozdzielczość 8-bitowa sygnalizuje mozliwość zapisania przez czujnik 256 poziomów sygnału),
• czasowa - określająca, jak często w systemach teledetekcyjnych czujnik moze otrzymać informację z tego samego fragmentu terenu.
Przetwarzanie obrazów teledetekcyjnych
Przykładami analogowego przetwarzania są procedury:
• otrzymywania produktów pochodnych w formie analogowej z oryginalnych zdjęć lotniczych,
• tworzenia modelu stereoskopowego z analogowej formy zdjęć lotniczych i zmiany skali tego modelu, wykorzystujące optykę przyrządów stereoskopowych,
• usuwania zniekształceń geometrycznych, występujących na zdjęciach lotniczych z powodu pochylenia osi kamery.
Przetwarzanie obrazów teledetekcyjnych
Potencjalne zastosowanie teledetekcji w leśnictwie najczęściej będzie dotyczyło następujących typów przetworzeń:
• rektyfikacja
• mozaikowanie
• wzmocnienia
• zmiany jasności i kontrastu
• filtracje cyfrowe
• nakładanie (merging)
• operacje międzykanałowe
• klasyfikacje
Rektyfikacje obrazów
zmierzają do przetworzenia geometrycznie i radiometrycznie zniekształconych obrazów oryginalnych, w celu uzyskania najbardziej wiarygodnej geometrycznie i spektralnie sytuacji terenowej. Procedury tej grupy dotyczyć będą przede wszystkim problemów usunięcia zniekształceń geometrycznych, wpływających na kartometryczność obrazów teledetekcyjnych niezmiernie istotną przy procesach integracyjnych w systemach informacji przestrzennej.
Dla usunięcia zniekształceń geometrycznych obrazów teledetekcyjnych terenów płaskich lub fragmentów obrazów terenu o zróznicowanej rzeźbie wykorzystywane będą dane SIP, dotyczące
tych szczegółów obszarów leśnych, które są moŜliwe do jednoczesnego zidentyfikowania na obrazie i w stosownej warstwie informacyjnej SIP. Będą to więc np. detale granicy polno-leśnej, ale
przede wszystkim skrzyŜowania elementów liniowych: linii podziału powierzchniowego, dróg itp.
Najtrudniejsze do usunięcia są zniekształcenia geometryczne, powstałe w wyniku odwzorowania przez system teledetekcyjny zróŜnicowania wysokościowego terenu. Te sposoby przetwarzania
obejmują m.in. technologię ortofoto i wykorzystują do usuwania zniekształceń geometrycznych obrazów cyfrowy model wysokościowy terenu, uzyskiwany odrębną technologią geomatyki.
W zasadzie wszystkie profesjonalne systemy cyfrowego przetwarzania obrazów oferują obecnie moduł do rektyfikacji ortofoto – najbardziej poŜądanej formy teledetekcyjnego obrazu cyfrowego.
Mozaikowanie obrazów cyfrowych
jest procedurą zmierzającą do utworzenia jednego obrazu ze zbioru kilkunastu lub nawet kilkudziesięciu obrazów składowych. Jest wykorzystywane do sporządzania map obrazowych obejmujących obszar większy niŜ pojedyncze zdjęcie lotnicze czy obraz satelitarny. Charakterystyczną cechą mozaikowania jest nałoŜenie cyfrowe zachodzących częściowo na siebie obrazów, które mogą pochodzić z róŜnych systemów teledetekcyjnych. W mozaikowaniu obraz górny pokrywa obraz dolny w sposób, który w obrazie wynikowym umoŜliwia obserwację tylko obrazu górnego.
Procedury mozaikowania będą wykorzystywane przed integracją danych teledetekcyjnych z SIP wtedy, kiedy załoŜony system informacji przestrzennej swoim zasięgiem przekroczy zasięg
jednego obrazu teledetekcyjnego. Przykładem moŜe tu być sporządzanie mapy obrazowej terytorialnego zasięgu działania nadleśnictwa ze zdjęć PHARE lub wysokorozdzielczych danych
satelitarnych dla potrzeb programu ochrony przyrody w nadleśnictwie.
Zdjęcia lotnicze – warunki techniczne lotu
O wyborze typu samolotu (śmigłowca) decydują określone warunki techniczne:
• prędkość lotu,
• prędkość wznoszenia,
• stateczność lotu,
• długość drogi startu i lądowania,
• mozliwość osiągnięcia określonego pułapu,
• mozliwość umieszczenia kamery w poblizu środka cięzkości samolotu
Zdjęcia lotnicze – rodzaje
W zalezności od połozenia osi optycznej kamery, zdjęcia lotnicze dzielą się na:
pionowe ukośne
ukośne
perspektywiczne
Utrzymanie w pionie osi kamery w trakcie fotografowania z pokładu samolotu (śmigłowca) jest praktycznie niemoŜliwe.Jako zdjęcia pionowe traktuje się obrazy uzyskane przy odchyleniu osi kamery od pionu w granicach do 3o. Najczęściej odchylenie to wynosi około 1o – 1o5’. Stosując stabilizację Ŝyroskopową, moŜna uzyskać odchylenie osi od pionu nie przekraczające 3’ – 5’.
Zdjęcia lotnicze
Zespół zdjęć - wszystkie zdjęcia lotnicze wykonane dla danego fragmentu terenu.
Szereg zdjęć – kolejne zdjęcia wykonane w określonych odstępach czasu, w czasie jednego przelotu nad fotografowanym terenem. W zaleŜności od wielkości fotografowanego obszaru i rodzaju uŜytego sprzętu fotograficznego (ogniskowa obiektywu) zespół zdjęć moŜe się składać z jednego lub kilku szeregów.
Pokrycie podłuŜne – „nakładanie” się zdjęć krawędzią prostopadłą do kierunku nalotu (dotyczy nakładania się zdjęć w ramach danego szeregu).
Pokrycie poprzeczne – „nakładanie” się zdjęć krawędzią równoległą do kierunku nalotu (dotyczy nakładania się szeregów).
Pokrycie podłuŜne, zwane pokryciem w szeregu (p) – dla celów prawidłowego odwzorowania fotografowanego terenu wymaga nakładania około 60% powierzchni. Dla opracowywania modelu stereoskopowego pokrycie w szeregu nie powinno być mniejsze niŜ 50%.
Pokrycie poprzeczne, zwane nakładaniem się szeregów (q) – dla celów prawidłowego odwzorowania fotografowanego terenu wymaga nakładania około 30% powierzchni.
Skala zdjęcia lotniczego – stosunek długości odcinka na zdjęciu do długości odpowiadającego mu odcinka w terenie. Wynik zapisywany jest w postaci ułamka 1/m lub 1 : m.
JeŜeli oś kamery jest prostopadła do fotografowanego terenu, a teren jest płaski i poziomy, a ogniskowa kamery (f) jest stała, to skala zdjęcia jest odwrotnie proporcjonalna do wysokości na
jakiej znajduje się kamera (H).
Z tej samej wysokości moŜna wykonywać zdjęcia w róŜnych skalach, stosując kamery o róŜnych ogniskowych. ZaleŜność ta jest wykorzystywana w fotogrametrii leśnej.
Właściwości informacyjne zdjęć lotniczych moŜna podwyŜszyć, jeŜeli wykonuje się je w takich porach roku lub w takich zakresach spektrum, w których gatunki drzewiaste posiadają największe róŜnice w jasności spektralnej.
• w okresie letnim najlepsze rezultaty uzyskuje się na materiałach spektrostrefowych; ułatwiają one:
- ustalenie granic wyłączeń drzewostanowych,
- określenie składu gatunkowego drzewostanów,
- oddzielenie gatunków iglastych i liściastych,
- wyodrębnienie drzew poraŜonych i chorych,
• materiałów spektrostrefowych nie powinno się stosować wiosną oraz jesienią.
• w okresie letnim dobre rezultaty uzyskuje się takŜe na materiale infrachromatycznym (podczerwień rejestrowana w odcieniach szarości),
• w okresie letnim wykorzystuje się takŜe materiały rejestrujące barwy naturalne,
• wiosną lub jesienią najlepiej wykorzystywać materiały panchromatyczne – w tym czasie występują największe róŜnice w jasności spektralnej widzialnej części widma (wiosna w
zakresie 500-600 nm, jesienią 600-700 nm),
• materiałów panchromatycznych nie zaleca się stosować w okresie letnim.
Przetwarzanie obrazów teledetekcyjnych
WyróŜnia się w nim następujące grupy przetworzeń:
• zmiany jasności i kontrastu,
• filtracje cyfrowe,
• nakładanie obrazów (tzw. merging),
• operacje międzykanałowe.
Wzmocnienia obrazów są procedurami zmierzającymi do optymalnego przygotowania obrazów do interpretacji tematycznych lub uzyskania danych liczbowych istotnych dla uŜytkownika. Ten typ przetworzeń jest często utoŜsamiany z całym procesem cyfrowego przetwarzania obrazów teledetekcyjnych.
Zmiany jasności i kontrastu są najczęściej uŜywanymi procedurami cyfrowego przetwarzania obrazów w poszczególnych kanałach rejestrowanego promieniowania. Stosowane są wtedy, kiedy w oryginalnych obrazach, po ich wizualizacji, twierdza się niewielki zakres radiometrycznej jasności pikseli. Zmiany jasności i kontrastu przetransformowują zakres jasności pikseli obrazu oryginalnego na inne zakresy jasności w wizualizowanym obrazie na ekranie komputera.
Filtracje cyfrowe są zaliczane do najbardziej wyrafinowanych sposobów lokalnego, wielopikselowego przetwarzania obrazów cyfrowych. Działają w kierunku uczytelnienia szczegółów, wzmocnienia lub osłabienia wyrazistości elementów liniowych w obrazie oraz często w kierunku osłabienia zakłóceń radiometrycznych. Najczęściej stosowaną techniką przetworzeń w filtracjach cyfrowych jest budowa matrycy kwadratowej z róŜnymi wartościami liczbowymi w poszczególnych polach matrycy, nałoŜenie tej matrycy na przetwarzany obraz, a następnie wykorzystanie wartości liczbowych pól matrycy i wartości radiometrycznych pikseli obrazu w obrębie matrycy do wyliczenia nowych wartości pikseli obrazu przetwarzanego.
Nakładanie obrazów, zwane mergingiem, powoduje nałoŜenie dwóch róŜnych obrazów cyfrowych na siebie. Efekt nałoŜenia, odmiennie niŜ w przypadku mozaikowania, jest widoczny w postaci obrazu wynikowego, który zachowuje informację z obydwu nakładanych obrazów.
Procedury mergingu są powszechnie wykorzystywane w celu połączenia obrazów teledetekcyjnych o róŜnej rozdzielczości terenowej. Typowym zastosowaniem jest połączenie obrazu wielospektralnego, uzyskanego z systemu Landsat TM, o rozdzielczości terenowej 30 m, z obrazem panchromatycznym SPOT P, o rozdzielczości terenowej 10 m. Techniki nakładania obrazów są szczególnie waŜne w sytuacji, kiedy narynku danych teledetekcyjnych mamy dostępne satelitarne obrazy panchromatyczne o rozdzielczości około 1 m, np. obrazy z systemu IKONOS.
Operacje międzykanałowe wykorzystują informację o jasnościach radiometrycznych pikseli pochodzących z róŜnych kanałów wielospektralnego obrazu teledetekcyjnego. Ta grupa przekształceń jest podstawowa przy tworzeniu kompozycji barwnych z obrazów wielospektralnych, przy wyznaczaniu indeksu wegetacyjnego (NDVI) i kompresji informacji wielospektralnej w tzw. procedurze analizy głównych składowych (PCA).
Klasyfikacje są procedurami zastępowania wizualnych analiz obrazu technikami automatycznej identyfikacji klas obiektów w obrazie. Procedury klasyfikacji mogą wykorzystywać algorytmy
klasyfikacyjne opierające się na cechach spektralnych obrazów. Do klasyfikacji nadzorowanej i nienadzorowanej moŜna uŜywać zarówno kanałów z oryginalnego obrazu teledetekcyjnego, jak i
sztucznie utworzonych kanałów, dla których wartości poszczególnych pikseli są wyliczane poprzez operacje międzykanałowe. Coraz częściej stosowane są algorytmy klasyfikacyjne wykorzystujące
cechy strukturalne obrazu, a nawet informacje pochodzące z serii czasowych obrazów.
Materiały pochodne zdjęć lotniczych
W fotogrametrii i fotointerpretacji często wykorzystywane są pochodne zdjęć lotniczych:
• powiększenia zdjęć lotniczych
• fotoszkic
• fotoszkic ulepszony
• przetworzone zdjęcia lotnicze
• fotomapa
• ortofotomapa
• stereoortofotomapa
Powiększenia zdjęć lotniczych
Wykonuje się je specjalnymi aparatami, które posiadają wysokiej klasy obiektywy (pozbawione dystorsji). Chodzi o to, Ŝeby w trakcie tego procesu nie stracić nic z wartości pomiarowych zdjęć.
Powiększenia zdjęć są bardzo dobrym materiałem do wykonywania terenowych prac fotointerpretacyjnych. Tym samym sprzętem moŜna oczywiście wykonać równieŜ i pomniejszenia zdjęć (np. Dla celów przeglądowych).
Fotoszkic
Materiał ten powstaje przez naklejenie poszczególnych odbitek stykowych całego zespołu zdjęć z danego obszaru na sztywny karton tak, aby tworzyły one jednolity obraz fotograficzny terenu. Przy sporządzaniu fotoszkicu kierujemy się tylko sytuacją na brzegach poszczególnych odbitek. Zbędne części odbitek odcinamy wzdłuŜ dowolnych linii (naleŜy unikać cięcia w wzdłuŜ liniowych
szczegółów terenowych). JeŜeli opracowywany teren był poziomy i zdjęcia zostały wykonane
starannie (przy pionowym połoŜeniu osi optycznej kamery i z tej samej wysokości), to fotoszkice takie mogą być dość dokładne. Dokładność ta będzie jednak rzeczą przypadku i przy korzystaniu z
fotoszkiców naleŜy zdawać sobie z tego sprawę.
Fotoszkic ulepszony
Fotoszkic ulepszony zestawia się z odbitek sprowadzonych do wspólnej określonej (przybliŜonej) skali. W tym celu określa się skalę poszczególnych zdjęć na podstawie mapy, a następnie drogą
zwykłego przefotografowania na aparacie do wykonywania powiększeń, sprowadza się je do wspólnej skali. Fotoszkic ulepszony moŜe więc być wykonany w innej skali niŜ zdjęcia lotnicze. PoniewaŜ przy powiększaniu zdjęć nie uwzględnia się błędów wywołanych nachyleniem kamery w momencie fotografowania, na fotoszkicu ulepszonym występują zniekształcenia z tego tytułu.
Przetworzone zdjęcia lotnicze
Przetworzone zdjęcia lotnicze otrzymujemy drogą odpowiedniego przefotografowania oryginalnych negatywów tak, aby doprowadzić je do jednolitej i z góry załoŜonej ścisłej skali. Podczas tej czynności likwidowane są błędy z tytułu pochylenia zdjęć lotniczych, pozostają jednak zniekształcenia wywołane deniwelacją terenu. Dlatego teŜ do przetwarzania nadają się przede wszystkim zdjęcia lotnicze terenów płaskich lub prawie płaskich (dla terenów większej deniwelacji moŜna stosować przetwarzanie strefowe). Dla przetwarzania zdjęcia lotniczego musimy znać połoŜenie przynajmniej czterech punktów (fotopunkty).
Fotomapa
Fotomapa powstaje przez odpowiednie ułoŜenie, przycięcie i przyklejenie przetworzonych, najczęściej metodą fotomechaniczną, zdjęć lotniczych. Fotomapa zawiera bogatą treść sytuacyjną w postaci obrazu fotograficznego, takiego samego, co oryginalne zdjęcie lotnicze, a więc są na niej wszystkie szczegóły, jakie istniały w terenie w momencie fotografowania. Fotomapa jest dokumentem kartogrametrycznym.
Ortofotomapa
Ortofotomapa powstaje przez odpowiednie zestawienie przekształconych zdjęć lotniczych, będących rzutem środkowym zdjętego terenu, na równowaŜne zdjęcia, które będą rzutem
ortogonalnym. Ortofotomapa jest zatem materiałem pozbawionym zniekształceń wywołanych deniwelacją terenu.
Stereoortofotomapa
Stereoortofotomapa umoŜliwia stereoskopową obserwację zdjętego terenu. Obraz przestrzenny powstaje przez jednoczesną obserwację ortofotomapy i specjalnie wykonanego dodatkowego zdjęcia (stereokomponent, ortofotogram towarzyszący, partner stereoskopowy). Z lewego zdjęcia stereogramu powstaje ortofotomapa, a z prawego stereokomponent.
Ocena wykonanych zdjęć lotniczych
Ocena materiałów fotogrametrycznych przeprowadzana jest pod kątem ich jakości fotogrametrycznej i fotograficznej. Ocena jakości fotogrametrycznej przeprowadzana jest na podstawie oceny stopnia zgodności parametrów technicznych wykonanych zdjęć z projektem nalotu. Oceny jakości fotograficznej zdjęć dokonujemy wizualnie. Zwracamy uwagę na ostrość obrazu w środku i na brzegach zdjęć, szczegółowość (zdolność rozdzielcza), kontrast obrazu, gęstość optyczną, występowanie uszkodzeń i innych fotograficznych defektów.
Ocena wykonanych zdjęć lotniczych
NaleŜy zwrócić uwagę na to, czy:
• cały wybrany teren został pokryty zdjęciami,
• zachowany jest procent pokrycia podłuŜnego,
• zachowany jest procent pokrycia poprzecznego,
• nie istnieją przerwy absolutne lub fotogrametryczne (przerwy absolutne są wówczas, gdy fragment terenu nie odfotografował się na Ŝadnym zdjęciu; fotogrametryczne - gdy odfotografował się tylko na jednym zdjęciu i nie będzie moŜna obserwować tego fragmentu terenu stereoskopowo),
• szeregi są prostolinijne,
• nie występuje "jodełka" (nie uwzględniono kąta znosu),
• zdjęcia są pionowe (wskazania libelki),
• zdjęcia wykonano z tej samej wysokości (róŜnice wysokości nie powinny przekraczać 5%).
Wykorzystanie zdjęć lotniczych w urządzaniu lasu
Wpływ czynników technicznych na przydatność zdjęć lotniczych w urządzaniu lasu oraz podstawowe środki techniczne do wykonywania zdjęć
O przydatności zdjęć lotniczych decydują – dokładność i wiarygodność odczytywanej z nich treści, tzn. Szczegółów dotyczących cech lasu, jego elementów taksacyjnych. Ta precyzja i wiarygodność zaleŜą w duŜym stopniu od warunków w jakich zdjęcia są wykonywane. Wpływ maja tutaj zarówno czynniki przyrodnicze jak i techniczne. Spośród czynników przyrodniczych znaczenie mają przede wszystkim: struktura krajobrazu, charakter drzewostanów, pora wykonywania zdjęć, aspekt fenologiczny, warunki oświetlenia i stan atmosfery. Do czynników technicznych zalicza się typ kamery lotniczej, rodzaj filtru optycznego i materiału światłoczułego oraz sposób obróbki i przetwarzania zdjęć.
Wykorzystanie zdjęć lotniczych w inwentaryzacji lasów nizinnych
Jedna z technik stosowanych w fotografii lotniczej posiada szczególne właściwości odwzorowywania roślinności. Wykorzystuje się w niej film spektrostrefowy, którego jedna z warstw emulsji rejestruje promieniowanie podczerwone. Takie zdjęcia odzwierciedlają nawet niewielkie zmiany zawartości wody i barwników w liściach, co najczęściej wiąŜe się z chorobami
roślin. Fotografia spektrostrefowa wydobywa obraz patologicznych zmian lasu, które nie są widoczne na zdjęciach w widzialnym zakresie spektrum. Do szczegółowych opracowań dotyczących kondycji drzewostanów wykonuje się najczęściej zdjęcia w skali 1:8000 – 1:10000.
Wykorzystanie zdjęć lotniczych
w inwentaryzacji lasów nizinnych
Interpretacja obszarów leśnych na podstawie barwnych zdjęć lotniczych w podczerwieni umoŜliwia wydzielenie dwóch kategorii informacji:
1) opisujących jakościowy stan lasu:
• zróŜnicowanie gatunkowe,
• zasobność w aparat asymilacyjny,
• udatność upraw,
• prawidłowa lub patologiczna forma korony,
• częściowe lub całkowite zamieranie koron,
2) opisujących stan powierzchni leśnej:
• przestrzenny rozkład struktury gatunkowej,
• przestrzenny rozkład struktury wiekowej,
• zwarcie, luki, gniazda,
• zwartość kompleksu leśnego.
Obrazy satelitarne
Analizowanie wybranych elementów środowiska przyrodniczego na podstawie obrazów satelitarnych stało się moŜliwe w latach siedemdziesiątych.
Wystrzelony w 1970 roku satelita NOAA1 zapoczątkował monitorowanie warunków meteorologicznych z uŜyciem sensorów odbierających odbite i emitowane z powierzchni Ziemi promieniowanie. Obrazy satelitarne odbierane są za pomocą kamer fotograficznych tworzących mapy analogowe oraz skanerów, kamer i radarów umoŜliwiających tworzenie obrazów w zapisie cyfrowym. Zakres moŜliwości wykorzystania tych urządzeń jest duŜy, poniewaŜ odbierają one nie tylko promieniowanie w zakresie widma widzialnego, ale równieŜ w podczerwieni i w zakresie widma termalnego.
W Europie w latach siedemdziesiątych moŜna było zaobserwować zwiększone zainteresowanie technikami teledetekcyjnymi z poziomu satelitarnego. W Polsce, w 1975 roku, wykorzystano zdjęcia satelitarne do wielkopowierzchniowej inwentaryzacji uszkodzeń drzewostanów sosnowych spowodowanych Ŝerem poprocha cetyniaka w OZLP Białystok. W późniejszych latach, nastąpił spadek zainteresowania zdjęciami satelitarnymi.
Landsat (USA) – satelity umieszczane na orbicie od 1972 r. OkrąŜają one Ziemię na wysokości 705 km w czasie 92 minut po orbicie kołowej, posiadają rozdzielczość czasową 16 dni. Na pokładzie satelity Landsat 5 pracuje skaner o nazwie Thematic Mapper (TM), który obrazuje powierzchnię Ziemi w pasie o szerokości 180 km w siedmiu kanałach spektralnych jednocześnie, w
tym - w kanale termalnym. Pasy dzieli się na sceny 180 km x 180 km oraz ich ćwierci po 90 km x 90 km.
• Landsat 5 Thematic Mapper (TM)
• Landsat 7 Enhanced Thematic Mapper (ETM+)
SPOT (Francja) - okrąŜa Ziemię w czasie 101 minut, na wysokości 832 km, po orbicie kołowej, prawie okołobiegunowej. Nad tym samym punktem globu znajduje się co 26 dni. Częstość wykonywania zobrazowań tego samego wycinka terenu moŜna zwiększyć, dzięki moŜliwości zrobienia przez skaner zdjęć wychylonych. Na pokładzie satelity pracuje skaner o nazwie HRV,
obrazujący powierzchnię Ziemi w pasie o szerokości 60 km, w trzech kanałach spektralnych o rozdzielczości 20 m x 20 m lub w jednym panchromatycznym o rozdzielczości 10 m x 10 m. Pasy
dzieli się na sceny o wymiarach 60 km x 60 km.
• Spot 4
• Spot 5
Kosmos (Rosja) – seria satelitów, rozmieszczanych na orbicie od Zdjęcia wykonywane kamerą fotograficzną KVR-1000 (TK 350) i KFA-1000. Satelita umieszczony jest na wysokości około 280 km, okrąŜa Ziemię w czasie 89 minut. Zdolność rozdzielczą filmu ocenia się na 145-160 linii/m, a rozdzielczość zdjęć – na 5-10 metrów.
IKONOS (Space Imaging,USA) - prace rozpoczął w ostatnim kwartale 1999 r. Aktualnie daje on najwyŜszą, 1-metrową rozdzielczość terenową obrazów panchromatycznych i 4-metrową rozdzielczość czterokanałowych obrazów wielospektralnych. Satelita porusza się po orbicie okołobiegunowej, zsynchronizowanej ze słońcem, na wysokości 680 km, okrąŜając Ziemię w ciągu 98 minut. Nad tym samym punktem globu znajduje się co 3 dni. Kamera, rejestrująca promieniowanie, została skonstruowana przez firmę Estman Kodak.
EROS - w grudniu 2000 roku umieszczony zosta na orbicie satelita EROS A1 rejestrujący zakres panchromatyczny z rozdzielczością terenową 1,8 metra (w zapisie 11 bitowym). Jest to pierwszy z 8 satelitów serii EROS. Uruchomienie w 2004 roku ostatniego satelity z tej serii umoŜliwi odziennie 2-krotną rejestrację określonego obszaru globu.
Zalety obrazów satelitarnych
• ciągłość informacji (zgodna z właściwościami środowiska przyrodniczego),
• moŜliwe jednorazowe pokrycie duŜego obszaru terenu,
• obiektywność pomiaru fizycznego,
• niewielkie zniekształcenia geometryczne,
• powtarzalność zbierania informacji w regularnych odstępach czasu,
Wady
• większe koszty zakupu zdjęć,
• brak moŜliwości wykonania zdjęć w określonym terminie,
• mniejsza rozdzielczość,
Wykorzystanie zdjęć satelitarnych w ocenie stanu lasu
Pierwsze analizy zdjęć satelitarnych, obrazujących lasy dotknięte klęską ekologiczną w Górach Izerskich i Karkonoszach, umoŜliwiły wydzielenie:
• drzewostanów świerkowych Ŝyjących,
• drzewostanów martwych,
• drzewostanów liściastych,
• mieszanych oraz wylesień.
Zwiększenie poziomu dokładności przy interpretacji umoŜliwiło porównanie ze spektrostrefowymi zdjęciami lotniczymi, które posłuŜyły między innymi do stworzenia mapy zdrowotnego i sanitarnego stanu lasu (w skalach 1:10000 i 1:25000), opracowanej w 1984 r. Ta interpretacja
dostarczyła informacji na temat ubytku aparatu asymilacyjnego świerków, lokalizacji drzewostanów martwych i zamierających oraz lokalizacji róŜnych klas wieku i zwarcia. W wyniku analizy wyznaczono m.in. Klasy zdrowotności drzewostanów, definiowane udziałem drzew martwych i
zamierających oraz ubytkiem aparatu asymilacyjnego.
Zastosowanie nowoczesnych technik przetwarzania i analizy zdjęć satelitarnych pozwoliło na rozszerzenie opisu wydzielanych klas. Było to moŜliwe między innymi dzięki wyselekcjonowaniu kanałów TM przydatnych do monitorowania lasu. Stwierdzono, Ŝe zakresy TM3, TM4, TM5 i TM7 są do tego szczególnie uŜyteczne, a ponadto zauwaŜono, Ŝe wagowania zakresów TM5/TM4 (tzw. wskaźnik uszkodzeń) i TM4/TM3 (tzw. wskaźnik biomasy) rozszerzają moŜliwość oceny szkodzeń
drzewostanów świerkowych. Badania laboratoryjne wykazały, Ŝe wagowanie kanałów TM5/TM4 pozwala rozpoznać deficyt wody w igłach (wskaźnik = ± 0,5) oraz stadium zamierania igieł (wskaźnik = ± 0,7). Szczególną uwagę przywiązywano do precyzyjnego zdefiniowania klas zdrowotności drzewostanów świerkowych. W wyniku tych prac powstały kolejne klasyfikacje opisujące klasy kondycji lasu poprzez ilość drzew martwych i zamierających w drzewostanach, a takŜe ich wiek i gęstość.
Zastosowanie systemu zbudowanego w Instytucie Geodezji i Kartografii na potrzeby Leśnego Kompleksu Promocyjnego „Lasy Puszczy Kozienickiej” oraz Kozienickiego Parku Krajobrazowego, umoŜliwiło przeprowadzenie wyczerpujących analiz, dotyczących drzewostanów sosnowych. Pozwoliły one stwierdzić, Ŝe:
• zdjęcia satelitarne umoŜliwiają rozróŜnienie gatunków panujących oraz siedliskowych typów lasu,
• wpływ na obrazy spektralne lasów sosnowych mają przede wszystkim: zwarcie, udział poszczególnych gatunków oraz defoliacja i liczba drzew Ŝywych na 1 ha,
• w drzewostanach o duŜym udziale sosny i wysokim zwarciu mogą być rozróŜniane klasy wieku oraz wysokości,
• powyŜsze analizy są moŜliwe głównie w drzewostanach monolitycznych i dzięki analizom wielokanałowym,
• drzewostany sosnowe najlepiej odwzorowują się w zakresach średniej i bliskiej podczerwieni oraz czerwieni, którym odpowiadają kanały 5,4 i 3 skanera Thematic Mapper (Landsat) oraz 4,3,2 skanera SWIR (SPOT).
Wykorzystanie teledetekcji w leśnictwie
Ogólne ramy zastosowań teledetekcyjnej informacji obrazowej do zarządzania leśnictwem wielofunkcyjnym, bez względu na wielkość obszaru, mogą obejmować:
• udział leśnictwa polskiego w tworzeniu globalnych i kontynentalnych systemów informacyjnych o lesie i środowisku,
• zapewnienie informacji dla ośrodków odpowiedzialnych za kreowanie i sprawowanie nadzoru nad realizacją polityki ekologicznej i polityki leśnej państwa,
• bieŜącą ocenę zasięgu i dynamiki zmian w stanie lasu,
• sporządzanie raportów i analiz o stanie lasu na uŜytek społeczeństwa i ośrodków władzy,
• zapewnienie właściwego uwzględniania roli i interesów leśnictwa w rozwiązaniach dotyczących całego środowiska, w sferze planowania przestrzennego, tworzenia obszarów chronionych itp.
Lokalizacja przestrzenna
Lokalizacja obiektów realizowana jest w teledetekcji poprzez wykorzystanie róŜnych sposobów odwzorowania. We współcześnie stosowanych rozwiązaniach technicznych wykorzystuje się m.in.:
• rzut środkowy (w kamerach fotogrametrycznych i kamerach wideo),
• odwzorowanie terenu wąskimi paskami (w systemach skanerowych),
• odwzorowania bocznego wybierania (w naziemnych systemach radarowych).
Konsekwencją uŜycia do rejestracji obrazu określonego typu odwzorowania i konkretnego urządzenia technicznego jest konieczność późniejszego stosowania specjalnych korekt
geometrycznych obrazów. Dopiero wówczas moŜliwe jest zintegrowanie obrazów z innymi danymi przestrzennymi w SIP. Zaniechanie korekty powoduje, Ŝe połoŜenie obiektów na obrazie moŜe być obarczone znacznymi błędami.