Wprowadzenie
Promieniowanie elektromagnetyczne jest emitowane przez wzbudzone
atomy. Fala elektromagnetyczna to rozchodzÄ…ca siÄ™ w przestrzeni i w czasie
spójna zmiana pola elektrycznego i magnetycznego. Cechuje się długością
Zastosowanie zdjęć
i częstotliwością. Promieniowanie można zauważyć w momencie oddziaływania
lotniczych CIR
na dany ośrodek (np. rozpraszanie na kurzu w powietrzu).
w określaniu stanu
Energia może być :
zdrowotnego
żð odbijana  w sytuacji zmiany kierunku rozchodzenia siÄ™ fali;
drzewostanów
żð przepuszczana  promieniowanie przechodzi przez dany osrodek (np. blaszke
liściową);
żð absorbowana  caÅ‚kowite bÄ…dz
częściowe pochłanianie i przekształcanie
w formÄ™ energii (np. fotosynteza)
dr inż. Piotr Wężyk
żð emitowana  wysyÅ‚anie promieniowania przez obiekt (np. w zakresie
termalnym)
Wykład: 7_F
żð rozpraszana  zmniejszenie promieniowania rozchodzacego siÄ™ w kierunku
Kurs: Podstawy geomatyki w leśnictwie
pierwotnym
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 2
Krzywe spektrofotometryczne roślinności (1) Krzywe spektrofotometryczne roślinności (2)
A - warunki dotyczÄ…ce promieniowania:
żð kÄ…t padania promieni sÅ‚onecznych,
żð blokowanie promieniowania przez atmosferÄ™,
żð struktura spektralna promieniowania,
żð udziaÅ‚ bezpoÅ›redniego promieniowania sÅ‚onecznego
i światła nieboskłonu (promieniowania nieba)
Pojęcia wstępne:
żð okno atmosferyczne
żð zakresy promieniowania
żð odbicie promieniowania
7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR
2012-01-25 3 2012-01-25 4
Krzywe spektrofotometryczne roślinności (3) Krzywe spektrofotometryczne roślinności (4)
B - czynniki zwiÄ…zane z obiektem:
- zagęszczenie i odstępy między roślinami,
- struktura gatunkowa roślin,
- wysokość roślin,
-  chropowatość powierzchni górnej,
- forma i ułożenie liści,
- stosunek procentowy powierzchni gleby widocznej z góry (w zależności od
jej barwy i wilgotności) do powierzchni pokrytej roślinnością,
- żywotność roślin,
- zmiany żywotności roślin wywołane nawożeniem, uprawą ziemi,
wilgotnością gleby, brakiem określonych substancji mineralnych,
- szkody: biotyczne i abiotyczne (widoczne i niewidoczne),
- szkody od emisji przemysłowych,
- faza fenologiczna i czas wykonywania zdjęć,
- wiek roślin,
- wysokość terenu n.p.m.
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 5 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 6
1
Krzywe spektrofotometryczne roślinności (5) Krzywe spektrofotometryczne roślinności (6)
Czynniki modyfikujÄ…ce przebieg krzywej spektrofotometrycznej
70
barwniki struktura komórkowa woda zawarta w komórce
60
50 absorpcja przez w odÄ™
absorpcja przez
chlorofil
Maksima odbicia promieniowania:
40
30
1. W zakresie światła widzialnego - odpowiedzialne barwniki
20 2. W zakresie bardzo bliskiej NIR - odpowiedzialna struktura
10 komórkowa
światło
widzialne "bliska podczerwień" podczerwień
3. W zakresie bliskiej IR - odpowiedzialna woda zawarta w komórce
0
Długość fali [nm]
Typowy kształt odbicia promieniowania od zielonego liścia.
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 8
Krzywe spektrofotometryczne roślinności (7) Krzywe spektrofotometryczne roślinności (8)
Ad. 1 Barwniki :
różnice w odbiciu promieniowania przez górną i dolną stronę liścia
(dolna strona odbija więcej w zakresie światła widzialnego) -
różnice wynikające ze względu na koncentracje chlorofilu w
miękiszu palisadowym
Zakresy absorpcji promieniowania dla poszczególnych pigmentów.
Pigment Zakresy promieniowania (nm)
chlorofil a 360 - 440 i 600 - 700
chlorofil b 400 - 460 i 600 - 680
protochlorofil 400 - 460
karoten 380 - 510
ksantofil 400 - 510
7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR
2012-01-25 9 2012-01-25 10
Krzywe spektrofotometryczne roślinności (9) Krzywe spektrofotometryczne roślinności (10)
BARWNIKI + STRUKTURA KOMÓRKI BARWNIKI + STRUKTURA KOMÓRKI
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 11 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 12
2
Odbicie [%]
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1300
1400
1500
1600
1700
1800
1900
2000
2100
2200
2300
2400
2500
2600
2700
Krzywe spektrofotometryczne roślinności (11) Krzywe spektrofotometryczne roślinności (12)
Ad 2. Struktura komórki:
A
Odbicie promieniowania od liścia i kory
Przekroje poprzeczne
przez igłę sosny Pinus
silvestris L.
A - nieuszkodzona
B - uszkodzenie emisjami
B
przemysłowymi
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 13 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 14
Ujęcie stanu zdrowotnego lasu na
Krzywe spektrofotometryczne roślinności (13)
barwnych zdjęciach spektrostrefowych (1)
CIR - Colour InfraRed = Barwne zdjęcia spektrostrefowe
Ad 3. Zawartość wody w komórce
żð maksima absorpcji dla wody zawartej w liÅ›ciu przypadajÄ… na dÅ‚ugoÅ›ci
fal = 450 i 950 oraz = 2500 nm.
- odpowiada to naturalnie minimom krzywych spektrofotometrycznych.
żð powyżej 2500 nm nie stwierdza siÄ™ już praktycznie odbicia.
żð roÅ›liny wypromieniowujÄ… jednak zaabsorbowanÄ…, skumulowanÄ…
i przez siebie wyprodukowanÄ… energiÄ™ cieplnÄ… (Kadro, 1981).
7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR
2012-01-25 15 2012-01-25 16
Ujęcie stanu zdrowotnego lasu na Ujęcie stanu zdrowotnego lasu na
barwnych zdjęciach spektrostrefowych (2) barwnych zdjęciach spektrostrefowych (3)
Lotnicze zdjęcie spektrostrefowe:
Czas wykonywania zdjęć
żð okres wegetacji zróżnicowany w zależnoÅ›ci od gatunku
żð czas wykonywania zdjęć (okres wegetacji)
żð drzewa oraz wysokoÅ›ci n.p.m. (fenologia)
żð film spektrostrefowy (Kodak 2443)
żð dobra widoczność na 20-25 km
żð jakość radiometryczna zdjÄ™cia lotniczego
żð godziny poÅ‚udniowe (+2 lub -2 godziny po osiÄ…gniÄ™ciu zenitu
(wskaz
nik barw)
przez słońce)
żð trasa nalotu
żð obiektywy (210, 300)
żð skala zdjęć lotniczych (1:5000 - 1:9000)
żð pokrycie terenu (80% podÅ‚użne; 35%
poprzeczne)
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 17 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 18
3
Ujęcie stanu zdrowotnego lasu na Ujęcie stanu zdrowotnego lasu na
barwnych zdjęciach spektrostrefowych (4) barwnych zdjęciach spektrostrefowych (5)
Barwny film spektrostrefowy (2):
Do warstwy dolnej, uczulonej na
Barwny film spektrostrefowy (1):
promieniowanie podczerwone,
wprowadzono barwnik niebiesko-
żð Nowość!!! KODAK -AEROCHROME III Infrared Film 1443 (nastÄ™pca zielony. Do warstwy górnej,
2443 USA),
uczulonej na promieniowanie
żð Film KODAK Aerochrom InfraRed 2443 skÅ‚ada siÄ™ z trzech zielone - barwnik żółty, a do
warstw światłoczułych, z których 2 reagują na promieniowanie
środkowej reagującej na
widzialne, a trzecia na bliskie podczerwone.
promieniowanie czerwone -
żð KODAK - SO 131 (USA),
barwnik purpurowy.
żð SN (prod. dawnego ZSSR).
Wszystkie jednak warstwy sÄ…
żð Rosyjskie filmy spektrostrefowe wszystkie (prócz SN-23) sÄ…
wrażliwe na niepożądane w tym
praktycznie dwuwarstwowe i negatywowe, w przeciwieństwie do
wypadku - promieniowanie
trójwarstwowych materiałów odwracalnych Kodaka.
niebieskie, które można
wyeliminować zakładając na
obiektyw kamery filtr "minus -
niebieski" czyli żółty (Tzschupke,
1984).
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 19 20
Ujęcie stanu zdrowotnego lasu na Ujęcie stanu zdrowotnego lasu na
barwnych zdjęciach spektrostrefowych (6) barwnych zdjęciach spektrostrefowych (7)
 Fałszywe kolory na filmie CIR Kodak 2443 Trasa nalotu (Schneider 1989):
żð wÅ‚aÅ›ciwie dobrana do konfiguracji terenu (W-E) (N-E)
żð barwa niebieska odpowiada zielonej w naturze:
żð odpowiedni czas nalotu (godziny przedpoÅ‚udniowe - stoki E)
żð  spagetthi - nawigacja DGPS
żð barwa zielona odpowiada czerwonej w naturze;
żð barwa czerwona odpowiada niewidzialnemu zakresowi
żð promieniowania w bliskiej podczerwieni (NIR)
N
7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR
2012-01-25 21 2012-01-25 22
Ujęcie stanu zdrowotnego lasu na Ujęcie stanu zdrowotnego lasu na
barwnych zdjęciach spektrostrefowych (8) barwnych zdjęciach spektrostrefowych (9)
Zalety zdjęć spektrostrefowych:
Wg. Schneider (1989) zaletą barwnych zdjęć spektrostrefowych jest to iż:
żð dokumentujÄ… i sÄ… podstawÄ… do cyklicznych porównaÅ„;
żð pozwalajÄ… na znaczne zaoszczÄ™dzenie czasu pracy interpretatorów;
żð zawierajÄ… w sobie bardzo dużo informacji;
żð uszkodzenia koron drzew przy użyciu tych zdjęć i wyraz
nych kryteriów
Warunki oświetlenia koron
stajÄ… siÄ™ sprawdzalne i obiektywne;
żð na zdjÄ™ciu czytelna jest caÅ‚a korona wraz z partiÄ… szczytowÄ…, od której
rozpoczyna siÄ™ obumieranie drzewa;
żð pozwalajÄ… na wspólnÄ… ocenÄ™ a w szczególnoÅ›ci na ujÄ™cie wpÅ‚ywu
czynników abiotycznych i kompleksowych, powodujących stany
chorobowe lasu
Korona bez uszkodzeń Korona z uszkodzeniem
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 23 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 24
4
Klucz fotointerpretacyjny (1)
żð Do 14 dni po wykonaniu zdjęć CIR lub krócej w zależnoÅ›ci od pory roku
żð Wybór terenów wzorcowych: gatunek, fenotyp, wysokość n.p.m.,
spadek, wystawa stoków, podłoże geologiczne, uwilgotnienie
gleby, lokalne uwarunkowania rozwoju wegetacji , etc
żð Przygotowanie map (analogowych, cyfrowych  PDA + GPS)
żð Wydruk powiÄ™kszonych fragmentów zdjęć lotniczych
żð Nawigacja GPS do obszarów wzorcowych
żð Wykonanie zdjęć naziemnych oraz szkiców
żð Wykonanie opisu i wspólny trening grupy taksatorów
żð Pomiar DGPS wybranych drzew, pÅ‚atów roÅ›linnoÅ›ci
żð Prace kameralne
żð Testy okresowe
żð Analizy statystyczne  mapy uszkodzenia drzewostanów, intensywnosci
CIR  kamera cyfrowa 25 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 26
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR
Zastosowanie teledetekcji w określaniu
Klucz fotointerpretacyjny (2)
stanu zdrowotnego drzewostanów
Commission of the European
Communieties
Directorate  Generate for Agriculture
1992
żð technologia filmów CIR
żð parametry nalotu fotogrametrycznego
żð koncepcja inwentaryzacji
żð fotointerpretacja
żð statystyka
7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR
2012-01-25 27 2012-01-25 28
Planowanie nalotów i koncepcja inwentaryzacji
Ekotyp:
świerk szczotkowy
bez
objawów chlorozy
Stopnie uszkodzeń
0-2.2
Klucz fotointerpretacyjny:
żð Stereopary zdjęć lotniczych
CIR Kodak Aerochrome 2443
oraz
żð naziemne zdjÄ™cie na filmie
barwnym
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 29 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 30
5
Ekotyp: świerk szczotkowy
bez objawów chlorozy
0
Ekotyp:
świerk grzebieniasty
bez
objawów chlorozy
1
Stopnie uszkodzeń
0-2.2
2.1
2.2
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 31 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 32
Ekotyp: świerk grzebieniasty
Stopnie chlorozy na świerku Stopnie uszkodzeń świerka
bez objawów chlorozy
7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR
2012-01-25 33 2012-01-25 34
Struktura koron sosny
Formy pokroju korony sosny
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 35 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 36
6
Sosna zwyczajna (Pinus silvestris L.)
bez objawów chlorozy
Stopnie chlorozy
Na koronie
Sosny zwyczjnej
Pinus silvestris L.
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 37 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 38
Jodła Jodła
pospolita pospolita
bez bez objawów
objawów chlorozy
chlorozy
Klasy
Klasy uszkodzeń
uszkodzeń 2.2-4
0-2.1
7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR
2012-01-25 39 2012-01-25 40
Korona silna stuktura
Korona bez wyraz
nej struktury
Jodła pospolita
bez objawów
chlorozy
Klasy uszkodzeń
0-3.2
Buk zwyczjany
Fagus silvatica
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 41 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 42
7
Buk
zwyczajny
stopnie
chlorozy
Dęby
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 43 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 44
Chloroza
Ortofotografia  1:13.000
CIR  Puszcza Piska
Dęby
7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR
2012-01-25 45 2012-01-25 46
CIR  Puszcza Piska
CIR  Gorce 1997, skala 1:10.000
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 47
8
CIR  Gorce 1997, skala 1:10.000 CIR  Gorce 1997, skala 1:10.000
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 49 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 50
CIR  Gorce 1997, skala 1:10.000 CIR  Gorce 1997, skala 1:10.000
7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR
2012-01-25 51 2012-01-25 52
CIR  Gorce 1997, skala 1:10.000 CIR  Gorce 1997, skala 1:10.000
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 53 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 54
9
Praktyczne zastosowania (1) Praktyczne zastosowania (2)
Kartowanie szaty roślinnej w BgPN Kartowanie g.g.l. w BgPN
1991 rok 2002 rok
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 55 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 56
Praktyczne zastosowania (3) Praktyczne zastosowania (4)
Zmiany w użytkowaniu ziemi w GPN Struktura górnoreglowych borów świerkowych w BgPN
1954
1987 1997
7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR
2012-01-25 57 2012-01-25 58
Cyfrowe kamery lotnicze
Praktyczne zastosowania (5)
VexcelCam X 10cm; Bildflug-ProGea Sept. 16.10.2007
Struktura górnoreglowych borów świerkowych w TPN
RGB
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 59 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 60
10
Cyfrowe kamery lotnicze Cyfrowe kamery lotnicze
VexcelCam X 10cm; Bildflug-ProGea Sept. 16.10.2007 VexcelCam X 10cm; Bildflug-ProGea Sept. 26.09.2007
CIR
2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 61 2012-01-25 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 62
Cyfrowe kamery lotnicze CIR Espoo, Finlandia
VexcelCam X 10cm; Bildflug-ProGea Sept. 26.09.2007 Vexcel camera piksel 15 cm
7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR 7_F Piotr Wężyk © 2008 Lab. GIS & RS WL UR
2012-01-25 63 2012-01-25 64
11