MONITORING SATELITARNY
WYKŁAD I
1. TELEDETEKCJA – DEFINICJE:
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;
Badanie pow. Ziemi z odległości, z wykorzystaniem do tego celu promieniowania elektromagnetycznego emitowanego lub odbitego od obiektów materialnych;
Technika zdalnego pozyskiwania danych, które są przestrzennie odniesione do pow. Ziemi.
2. TELEDETEKCJA: źródło promieniowania elektromagnetycznego -> oddziaływanie z atmosferą -> obiekt, oddziaływanie z obiektem -> detektor -> zbieranie danych -> analiza -> zastosowania
3. FOTOGRAMETRIA I FOTOINTERPRETACJA
Wykorzystanie obrazów detekcyjnych:
Do celów pomiarowych;
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.
4. 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
5. GIS – GEOGRAPHIC INFORMATION SYSTEMS
Na podstawie badań terenowych, zdjęć lotniczych i satelitarnych, map, danych statystycznych i in. tworzy się bazę danych opisujących dany teren, dzięki czemu mamy dostęp do pełnej informacji o określonym obszarze na Ziemi.
GIS służą do łączenia różnorodnych danych w spójną strukturę, którą w łatwy sposób można przeszukiwać pod kątem istotnych dla nas danych.
6. PRZYKŁADOWE INFORMACJE ZAPISANE W SYSTEMIE GIS:
Ukształtowanie pow.
Stabilność gruntu
Chłonność wody
Plan zagospodarowania przestrzennego
Szybkość komunikacji (np. czas dojazdu)
Dostępność mediów
Zabudowa mieszkalna
Uprzemysłowienie
Szpitale, straż pożarna, policja
Banki, kina, teatry
Sklepy, szkoły, przedszkola, parki
Kierunki i szybkość wiatru
Koszty mieszkań i gruntów
Opłaty
Miejsca parkingowe
7. PRZYDATNOŚĆ SYSTEMÓW OBSERWACJI ZIEMI
Dane satelitarne - ważne narzędzie dla ekspertów, pomocne w monitoringu nagłych zdarzeń, identyfikacji obszarów zagrożeń i ryzyka oraz odwzorowaniu na mapie zasięgu zdarzenia (np. katastrofy).
Umożliwiają szybki przegląd sytuacji, jak duże obszary są dotknięte w danej chwili; wskazują strefy pozostające w niebezpieczeństwie i te już dotknięte.
Gdy sytuacja wróci do normy, dane satelitarne mogą być użyte w celu oszacowania szkody oraz utworzenia map dotkniętych regionów i stworzenia planów zapobiegania katastrofom w przyszłości.
Umożliwiają kontrolę nagłych wypadków, gdy się zdarzają, np. monitoring fali powodziowej, rozprzestrzeniania się zanieczyszczeń w wodzie, ostrzeganie straży przybrzeżnej przed zanieczyszczeniami, wykrywanie pożarów, pomoc władzom lokalnym w usuwaniu skutków katastrof.
8. SATELITA – każde ciało o względnie małej masie obiegające ciało o wielkiej masie. Tor ruchu ciała nosi nazwę orbity.
Satelity:
Sztuczne (np. satelity komunikacyjne – telewizja satelitarna)
Naturalne – księżyce
LEO(Low Earth Orbit) – orbity o wys. 500-2000 km nad pow. Ziemi (n.p.Z.)
MEO(Medium Earth Orbit) – orbity o wys. 8-12 tys. km n.p.Z.
GEO(GEOstationary Orbit) – orbity o wys. 35 786 km w płaszczyźnie równikowej.
Satelita krążący po orbicie GEO ma taką samą prędkość kątową, jak obracająca się Ziemia. Dzięki temu z jej pow. jest widziany cały czas w jednym miejscu. Do stworzenia systemu globalnego (ale nie obejmującego swym zasięgiem obszarów podbiegunowych) wystarczają trzy satelity GEO.
9. PROGRAMY KOSMICZNE UMOŻLIWIAJĄCE OCENĘ RYZYKA ORAZ SKUTKÓW
Satelity obserwacyjne Ziemi (odległe badania)
Komunikacja kosmiczna
Systemy nawigacji i globalnego pozycjonowania
10. KOMUNIKACJA KOSMICZNA
Systemy geostacjonarne:
- INMARSAT
- EUTELSAT
- INTELSAT
Systemy satelitów synchronicznych ze Słońcem:
- INTERSPUTNIK
(satelity Molny i ORBITA)
Systemy komunikacyjne działające na niskiej orbicie geostacjonarnej
- GLOBALSTAR
- IRIDIUM
11. SATELITA GEOSTACJONARNY – sztuczny satelita Ziemi umieszczony na tzw. orbicie geostacjonarnej w płaszczyźnie równikowej, w odległości 37 600 km od równika. Orbita ta charakteryzuje się tym, że umieszczony na niej obiekt porusza się synchronicznie do obrotu kuli ziemskiej niezależnie od swojej masy (czas obiegu Ziemi przez takiego satelitę jest dokładnie równy dobie astronomicznej). Tym samym umocowana na stałe i wycelowana w niego satelita kierunkowa jest zawsze ustawiona we właściwym kierunku.
12. SATELITA SYNCHRONICZNY ZE SŁOŃCEM – sztuczny satelita Ziemi, którego orbita znajduje się w pobliżu biegunów na takiej wysokości, że satelita przechodzi dwukrotnie w ciągu doby o tym samym czasie słonecznym ponad punktami Ziemi leżącymi na tej samej szerokości geograficznej.
13. SYSTEM IRIDIUM (projekt Motoroli uruchomiony 1.11.1998)
System IRIDIUM jest wykorzystującą satelity siecią radiową, zaprojektowaną dla umożliwienia dowolnego typu transmisji telefonicznych ( głosu, danych) do każdego miejsca na Ziemi.
System umożliwia łączność telefoniczną o zasięgu ogólnoświatowym dla przedstawicieli biznesu, mieszkańców wsi, podróżnych oraz terenów słabo rozwiniętych, zespołów usuwania skutków katastrof, a także innych użytkowników, którzy chcą korzystać z wygodnego radiowego telefonu komórkowego.
Stanowi go konstelacja 66 satelitów orbitujących na wys. 780 km n.p.Z.
Sierpień 1999r – bankructwo; 2000r. – przejęcie go przez konsorcjum Iridium Satellite LLC
14. SYSTEM GLOBALSTAR
jest wykorzystującym satelity systemem łączności radiowej stworzonym dla umożliwienia przesyłania głosu, danych, faksów oraz innych usług telekomunikacyjnych do użytkowników na całym świecie. Użytkownicy tego systemu mogą telefonować i odbierać rozmowy używając telefonów ręcznych lub zamontowanych na pojazdach. Rozmowy są przekazywane przez sieć satelitów orbitujących na wys. 1414 km do stacji naziemnych, a stamtąd poprzez kablowe lub radiowe systemy łączności – do odbiorców.
Satelity są łatwe w utrzymaniu i zaprojektowane tak, aby zminimalizować koszty ich umieszczenia na orbicie. Satelity GLOBALSTAR nie łączą bezpośrednio jednego użytkownika z drugim, ale umożliwiają komunikację użytkownik – brama.
Osoba odbierająca jest połączona z bramą przez publiczną sieć telekomunikacyjną (maksymalizującą możliwości usługi, przy minimalizacji kosztów) lub z powrotem przez satelitę do innego użytkownika GLOBALSTAR.
56 satelitów jest umieszczonych na niskiej orbicie geostacjonarnej, z czego 48 orbituje na 8 torach po 6 satelitów na każdym torze, na orbicie kołowej o wys. 1414 km, której płaszczyzna jest nachylona pod kątem 52 stopni do równika.
Satelita jest stabilizowany w 3 kierunkach (osiach). Podstawowa jednostka ma kształt trapezoidalny skonfigurowany tak, by ułatwić umieszczenie więcej niż jednego satelity na orbicie za pomocą jednego statku. Satelita ma 2 rozsuwane panele słoneczne i 2 magnetometry rozmieszczone na bomie.
W przeciwieństwie do wielu satelitów geostacjonarnych (geosynchronicznych), antena nie jest rozstawiana.
Satelity ważą ok. 450 kg; by normalnie operować, wymagają mocy ok. 1100 Wat. Satelity pierwszej generacji umieszczone na orbicie maja przewidywalny zasięg działania 7,5 roku.
15. SYSTEMY GLOBALNEGO POZYCJONOWANIA:
Systemy GPS – opartymi na satelitach radiowymi systemami pozycjonowania, które zapewniają całodobowe pozycjonowanie w trzech wymiarach, a także dostęp do informacji wszystkim użytkownikom zaopatrzonym w odpowiednie urządzenia na Ziemi (a czasem i poza Ziemią).
Systemy Globalnej Nawigacji Satelitarnej (GLONASS) stanowią rozszerzenie systemu GPS, umożliwiające użytkownikom wystarczającą dokładność danych i informacje w krytycznych sytuacjach.
GPS – NAVSTAR (NAVigational Satelite Time And Ranging) składa się z konstelacji 24 satelitów, z czego 21 jest tzw. nawigacyjnymi SVs, a 3 satelity są zapasowe. Znajdują się na 12-godzinnych orbitach, na których satelity powtarzają tę samą drogę nad Ziemią raz na dzień. Wysokość orbit z satelitami SVs jest taka sama (20200 km), że powtarzają one ruch tą samą ścieżką ponad jakimkolwiek punktem na Ziemi w przybliżeniu co 24 godziny (4 minuty wcześniej każdego dnia). Istnieje 6 orbit (na każdej znajduje się co najmniej 4 SVs), jednakowo rozstawionych (pod kątem 60 stopni do siebie) i ustawionych pod kątem 55 stopni do równika. To rozstawienie zapewnia, że użytkownik będzie widziany przez 5 do 8 SVs z każdego punktu na Ziemi. Ten system jest zarządzany przez Departament Obrony USA i jest pierwszym systemem GPS udostępnionym użytkownikom cywilnym.
GLONASS (ros. GLObalnaja NAwigacjonnaja Satelitarnaja Sistemma; ang. GLObal NAvigation Satellite System) jest radionawigacyjnym systemem satelitarnym, który pozwala nieograniczonej ilości użytkowników (niezależnie od pogody) na ustalenie swojej pozycji w 3 wymiarach, a także prędkości oraz czasu w każdym miejscu na Ziemi lub w pobliżu jej pow. Możliwości korzystania GLONASS:
- zarządzanie ruchem powietrznym i morskim (wzrost bezpieczeństwa);
- geodezja i kartografia;
- monitoring transportu naziemnego;
- synchronizacja czasu w odległych miejscach;
- monitoring ekologiczny oraz nadzorowanie akcji poszukiwawczo – ratunkowych.
System GLONASS jest zarządzany z ramienia rządu Federacji Rosyjskiej przez Rosyjskie Siły Terytorialne – pod warunkiem, że przez rozmaitość zastosowań przyniesie on znaczące korzyści cywilnym użytkownikom.
Posiada on 2 typy sygnału nawigacyjnego: standardowy, precyzyjny sygnał nawigacyjny (SP) oraz sygnał nawigacyjny wysokiej precyzji (HP).
SP jako sygnał pozycjonujący i ustalający czas, jest dostępny dla wszystkich użytkowników systemu GLONASS pozostających w zasięgu ogólnoświatowej sieci.
SP umożliwia uzyskanie:
- współrzędnych poziomych w granicach 50-70 m (99,7% prawdopodobieństwa) oraz współrzędnych pionowych w granicach 70 m (99,7% prawdopodobieństwa);
- prędkości w granicach 15 cm/s (99,7% prawdopodobieństwa);
- czasu z dokładnością do 1 mks(9937% prawdopodobieństwa).
Te charakterystyki mogą być znacząco poprawione poprzez używanie zróżnicowanego trybu nawigacji i specjalnych metod pomiarów.
WYKŁAD II
1. ELEMENTY SKŁADOWE SYSTEMÓW SATELITARNYCH:
Segment (moduł) naziemny:
- terminale abonenckie – ruchome lub stacjonarne;
- szkieletowa sieć naziemna ze stacjami bazowymi;
- adaptery sieciowe i stacje kontrolne;
- punkty dostępu do innych sieci naziemnych (gateways).
Segment (moduł) kosmiczny: określona liczba satelitów umieszczonych na orbitach okołoziemskich; do poprawnego działania satelity potrzebują energii (baterie słoneczne) i paliwa do silników rakietowych.
Segment kontrolny – np. w systemie Navstar:
Centralna stacja nadzorcza – Colorado Springs;
4 stacje kontrolne – wysyłanie danych do 2 razy na dobę;
6 dodatkowych stacji monitorujących działających od 2005 roku.
Kanały radiowe:
Do transmisji Ziemia – satelita (uplink);
Do transmisji satelita – Ziemia (downlink).
2. TRANSPONDER SATELITARNY (satellite transponder):
Satelita telekomunikacyjny zawiera równocześnie pracujący odbiornik i nadajnik, połączone razem.
Aby sygnały nie zakłócały się, nadawanie i odbiór odbywają się na różnych częstotliwościach, a anteny są spolaryzowane we wzajemnie prostopadłych płaszczyznach.
Dla ułatwienia sterowania całością (i zmniejszenia strat w przypadku ew. awarii w Kosmosie), zamiast jednej pary (odbiornika i nadajnika) w satelitach montuje się wiele par, niezależnych od siebie.
Każda taka para (odbiornik i nadajnik) to jeden transponder.
Każdy transponder może obsługiwać jednego lub więcej użytkowników.
3. WIĄZKI ANTEN SATELITÓW TELEKOMUNIKACYJNYCH:
Wiązka globalna (global beam) – tuba falowodowa; pokrycie ok. 45% pow. Ziemi;
Wiązka półkulowa (hemispherical beam) – pokrycie ok. 20% pow. Ziemi;
Wiązka strefowa (zone beam) – pokrycie ok. 10% pow. Ziemi;
Wiązka punktowa (spot beam) – reflektor paraboliczny oświetlany układem promienników.
4. SIEĆ DOSTĘPOWA – CHARAKTERYSTYKA:
Sygnał z terminala abonenckiego jest transmitowany do satelity i z powrotem na Ziemię, do stacji bazowej; dalej jest przetwarzany i przesyłany w szkieletowej sieci naziemnej (satelita retransmituje sygnał na Ziemię, nie przekształca go, bo nie zna jego typu; nie może też wzmocnić sygnału; w tym sygnale nie mogą być przesyłane informacje sterujące – do tego jest potrzebny osobny kanał od stacji bazowej do satelity).
Istotna rola segmentu naziemnego sieci; konieczne są duże anteny terminali i stacji bazowych oraz moce sygnałów -> uwzględnienie wpływu szumów na drodze Ziemia – satelita i satelita – Ziemia.
Odbiorca – satelita- baza – druga baza – druga satelita – drugi odbiorca.
Architektura popularna i chętnie stosowana z 2 powodów:
Konstrukcja satelitów jest uproszczona, pozbawione są one elementów wzmacniających, przetwarzających i komutujących wiadomości; prosta konstrukcja oznacza większą niezawodność;
Transmisja sygnału przez satelitę jest przezroczysta; satelita nie zna typów przesyłanych wiadomości, nie ingeruje w nie; oznacza to, że można przesyłać wiadomości dowolnego typu; nie ma konieczności zgodności protokołów transmisyjnych.
5. SIEĆ SZKIELETOWO – DOSTĘPOWA – CHARAKTERYSTYKA:
Satelity stanowią zarówno sieć dostępową, jak i szkieletową; może również występować naziemna sieć szkieletowa (lub jej część) uzupełniająca działanie jej satelitarnego odpowiednika.
Przetwarzanie i komutacja wiadomości następuje już w satelitach; do przesyłania wiadomości bezpośrednio między nimi służą łącza międzysatelitarne ISL (Intern Satellite Links): intra – plane (intra orbital); inter – plane (intern orbital).
Cel: maksymalne uproszczenie i zmniejszenie rozmiarów terminali abonenckich – możliwość zmniejszenia wielkości anten i mocy transmitowanych sygnałów.
Odbiorca – satelita – satelita – baza – satelita – satelita – inny odbiorca.
6. TELEDETYKCYJNA INFORMACJA OBRAZOWA W POSTACI ANALOGOWEJ I CYFROWEJ:
Obrazy teledetekcyjne zarejestrowane pierwotnie w postaci analogowej (zdjęcia lotnicze, obrazy wideo zapisane w postaci magnetycznej) – w celu integracji z innymi danymi przestrzennymi muszą być transformowane do postaci cyfrowej przez zastosowanie skanerów.
Systemy bezpośredniej rejestracji obrazów teledetekcyjnych w formie cyfrowej:
Skanery optyczne i mechaniczne (na satelitach i w samolotach);
Urządzenia radarowe i laserowe;
Różne typy kamer cyfrowych.
7. SPOSOBY ODWZOROWANIA TERENU:
Rzut środkowy (w kamerach fotogrametrycznych i kamerach wideo);
Odwzorowanie terenu wąskimi paskami (w systemach skanerowych);
Odwzorowanie bocznego wybierania (w naziemnych systemach radarowych).
Konsekwencja rejestracji obrazu z użyciem określonego typu odwzorowania i konkretnego urządzenia technicznego -> konieczność późniejszego stosowania specjalnych korekt geometrycznych obrazów (umożliwienie zintegrowania obrazów z innymi danymi przestrzennymi w SIP (Systemy Informacji Przestrzennej)).
Zaniechanie korekty ->położenie obiektów na obrazie może być obarczone znacznymi błędami.
8. TYP ROZDZIELCZOŚCI CYFROWYCH OBRAZÓW TELEDETEKCYJNYCH:
Przestrzenna – charakteryzuje terenowy wymiar piksela w obrazie teledetekcyjnym;
Spektralna – podaje specyficzny zakres długości fal promieniowania elektromagnetycznego, które może zapisać czujnik promieniowania; r. spektr. jest podawana dla konkretnego systemu teledetekcyjnego poprzez wyszczególnienie nazw kanałów i zakresów rejestrowanego w nich promieniowania (często specyficznych dla danego systemu);
Radiometryczna – precyzuje liczbę poziomów, na które jest podzielony zakres sygnału odbieranego przez czujnik; r.radiometr. jest podawana w bitach (np. rozdzielczość 8-bitowa sygnalizuje możliwość zapisania przez czujnik 256 poziomów sygnału);
Czasowa – określa, jak często w systemach teledetekcyjnych czujnik może otrzymać informację z tego samego fragmentu terenu.
9. TELEDETEKCJA – SYSTEMY AKTYWNE I PASYWNE
Aktywne – fale nadawane przez nadajnik trafiają do satelity i później są znowu emitowane z satelity do nadajnika
Pasywne – satelita odbiera fale odbite, np. Słońce – nadajnik – satelita
10. PODSTAWOWE ŹRÓDŁO OBRAZÓW CYFROWYCH W SYSTEMACH SATELITARNYCH – skanery wyposażone w detektory wrażliwe na odpowiednie zakresy widma promieniowania elektromagnetycznego.
Po przetworzeniu do postaci cyfrowej – przesyłanie obrazów drogą telekomunikacyjną z satelity do stacji odbiorczych na Ziemi.
11. PODZIAŁ SKANERÓW ZE WZGLĘDU NA ZAKRES REJESTROWANEGO PROMIENIOWANIA:
Skanery liniowe termalne (IRLS – Infra Red Line Scanner) – badania w dalekiej podczerwieni;
Skanery wielospektralne (MSS – Multi Spectral Scanner) – badania w widzialnej i termalnej części widma elektromagnetycznego, w tym samym czasie i w tych samych warunkach (kilka detektorów).
12. PODZIAŁ SKANERÓW ZE WZGLĘDU NA SPOSÓB DZIAŁANIA:
Optyczno – mechaniczne;
Elektrooptyczne.
Skanery I generacji: optyczno – mechaniczne; badają pojedyncze pow. elementarne (piksele terenowe); zmiany orientacji układu optycznego skanera dają informacje o wybranej linii; stosowane w starszych amerykańskich systemach satelitarnych.
Skanery II generacji: elektrooptyczne liniowe, w których jedna linia zawierająca kilka tysięcy detektorów w tej samej chwili bada pas terenu odpowiadający tej linii detektorów; stosowane we francuskim satelicie SPOT.
Skanery III generacji: elektrooptyczne powierzchniowe; tzw. kamery CCD (Charge – Coupled Devices; przyrządy ze sprzężeniem ładunkowym); zbudowane podobnie, jak kamera fotograficzna, jednak w płaszczyźnie obrazowej mają (zamiast emulsji fotograficznej) matryce detektorów CCD (zestawy elementów półprzewodnikowych ze sprzężeniem ładunkowym, połączonym w macierze – rastry), w których następuje przekształcenie promieniowania elektromagnetycznego na sygnały elektryczne rejestrowane w postaci cyfrowej.
13. SATELITA LANDSAT 5 – SKANER THEMATIC MAPPER (TM) – obrazuje pow. Ziemi w pasie o szer. 180 km w 7 kanałach spektralnych jednocześnie, w tym – w kanale termalnym. Pasy dzieli się na sceny (180km x 180km) i ich ćwierci (90kmx 90km).
14. ZASTOSOWANIA KANAŁÓW SPEKTRALNYCH SATELITY LANDSAT TM:
Kanał 1 (niebieski), o rozdzielczości spektralnej (r.s.) 0,45 – 0,52 µm, użyteczny w kartowaniu stref przybrzeżnych mórz i większych jezior, rozróżnianiu gleb i zbiorowisk roślinnych, roślinnych także w identyfikacji elementów antropogenicznych;
Kanał 2 (zielony), o r.s. 0,52 – 0,60 µm, stosowany w określaniu stanu zdrowotnego roślinności i identyfikacji elementów kulturowych;
Kanał 3 (czerwony), o r.s. 0,63 - 0,69 µm, umożliwia rozróżnianie obszarów różniących się składem gatunkowym roślinności, granic zasięgów gleb i podłoża geologicznego;
Kanał 4 (odbita podczerwień), o r.s. 076-0,90 µm, wykorzystywany do oceny przyrostu biomasy w okresie sezonu wegetacyjnego oraz identyfikacji upraw rolnych i granic między terenami lądowymi i wodami;
Kanał 5 (średnia podczerwień), o r.s. 1,55-1,74 µm, stosowany do badania bilansu wodnego i stanu zdrowotnego roślin;
Kanał 6 (podczerwień termalna), o r.s. 10,40-12,50 µm, służy do określania stopnia zagrożenia roślinności, a także zmian w środowisku wywołanych emisją ciepła;
Kanał 7 (średnia podczerwień), o r.s. 2,08 – 2,35 µm, pomocny w określaniu formacji geologicznych, typów gleb i stopnia wilgotności gleb.
14. RADAR – urządzenie, którego nazwa pochodzi z początku lat 40. XX w. od akronimu RADAR, utworzonego z amerykańskiego wyrażenia Radio Detection And Ranging (detekcja oraz wyznaczanie odległości za pomocą fal radiowych). Nazwa RADAR przyjęła się w wielu językach. Wcześniej stosowano termin brytyjski Radio Direction Finding (RDF), który zastąpiono amerykańskim odpowiednikiem.
Radar wykorzystuje wiązki fal radiowych do:
Wykrywania obiektów powietrznych, nawodnych i lądowych takich, jak samoloty, śmigłowce, rakiety, statki, chmury, obiekty terenowe;
Badania właściwości pow. Ziemi, wegetacji itp.;
Określenia kierunku, odległości i wielkości obiektu;
W przypadku radarów dopplerowskich – określenia także prędkości wykrywanego obiektu.
Do detekcji obiektów wykorzystuje się zjawiska:
Odbicia fal radiowych (najczęściej w tym celu wykorzystuje się pasmo mikrofal) od wykrywanych obiektów;
Emisji fal wysyłanych przez te obiekty.
Radary:
Aktywne, w których nadajnik radaru emituje wiązkę promieniowania oświetlającą badany obszar; sygnał jest odbijany od obiektu nieprzezroczystego dla fal radiowych i odbierany w odbiorniku znajdującym się zazwyczaj w tym samym miejscu, co nadajnik;
Pasywne, które nie emitują promieniowania, a jedynie odbierają promieniowanie wysyłane w celach komunikacyjnych przez samoloty, a w astronomii przez obiekty kosmiczne; sygnał docierający do odbiornika jest bardzo słaby -> potrzeba konstrukcji odpowiednich anten i odbiorników umożliwiających określenie kierunku, natężenia fali i innych jej parametrów.
15. ZASTOSOWANIA URZĄDZEŃ RADAROWYCH:
Wykrywanie chmur burzowych (meteorologia);
Kontrola ruchu lotniczego i morskiego;
Kontrola szybkości i poruszających się pojazdów (policja, wojsko).
16. LIDAR- urządzenie działające na podobnej zasadzie, jak radar. Nazwa pochodzi od angielskiego akronimu LIDAR, utworzonego z wyrażenia: Light Detection And Ranging (detekcja oraz wyznaczanie odległości za pomocą światła).
LIDAR – połączenie lasera z teleskopem:
Laser wysyła poprzez specjalny układ optyczny bardzo krótkie i dokładnie odmierzone, ale silne impulsy światła o określonej dł. fali i w określonym kierunku;
Światło ulega m.in. rozproszeniu do tyłu; jest ono obserwowane za pomocą teleskopu znajdującego się w tym samym urządzeniu, a następnie rejestrowane za pomocą czułego detektora – fotodiody lub fotopowielacza, który bada natężenie rozproszonego światła (natężenie mierzonego sygnału jest proporcjonalne do koncentracji czynnika powodującego rozpraszanie);
Otrzymane dane są analizowane komputerowo.
17. LASER – generator spójnych fal elektromagnetycznych z zakresu ultrafioletu, światła lub podczerwieni. LASER- akronim z pierwszych liter ang. wyrażenia: Light Ampflication by Stimulated Emission of Radiation (wzmocnienie światła za pomocą wymuszonej emisji promieniowania).
Zasada działania wzmacniacza kwantowego (lasera) polega na zmniejszeniu (podczas oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z materią) prawdopodobieństwa absorpcji i emisji spontanicznej – w porównaniu z emisją wymuszoną.
Stan, w którym większość atomów znajduje się na wyższym poziomie energetycznym – stan inwersji obsadzeń poziomów energetycznych.
Przejście fali elektromagnetycznej przez substancję będącą w stanie inwersji wywołuje w niej znacznie więcej aktów emisji wymuszonej, niż absorpcji.
Następuje zwiększenie energii fali kosztem energii wzbudzonych atomów, a wzmocniona fala jest spójna z falą padającą.
Właściwości promieniowania laserowego:
Spójność (uporządkowanie fazowo – przestrzenne)
Monochromatyczność (niewielka szerokość spektralnej linii emisyjnej)
Równoległość (typowa rozbieżność kątowa wiązki wynosi tylko 1 miliradian)
Ścisła kierunkowość generacji wiązki
Duża łatwość skupiania wiązki przez układy optyczne
Możliwość uzyskania dużych powierzchniowych gęstości mocy promieniowania.
18. ELEMENTY BUDOWY LIDARA:
Laser impulsowy generujący krótkie i silne impulsy światła o wybranych długościach fali;
Układ optyczny pozwalający kierować światło lasera w wybranym kierunku;
Teleskop (Newtona) zbierający światło laserowe rozproszone do tyłu;
Detektor promieniowania rejestrującego natężenie światła rozproszonego;
Układ elektroniczny synchronizujący pomiary;
Komputer sterujący całością.
19. LIDAR – ZASTOSOWANIA:
Wyznaczanie przejrzystości powietrza;
Badania składu i koncentracji zanieczyszczeń w atmosferze;
Wykrywanie obszarów o odmiennej temp.;
Pomiary ruchów powietrza na dużych odległościach;
Altimetria satelitarna.
20. Altimetria satelitarna – jedna z metod geodezji satelitarnej.
Altimetr z dalmierzem mikrofalowym umożliwia badanie:
Zmian pow. mórz i oceanów w zależności od pory dnia, roku itp.;
Parametrów pola grawitacyjnego Ziemi na obszarze mórz i oceanów;
Pływów oceanicznych, prądów morskich, falowania oceanów i mórz;
Zmian grubości pokrywy lodowej obszarów okołobiegunowych.
21. INTERFEROMETRIA SATELITARNA
Dwa satelity (lub jeden) w odstępie kilku dni fotografują wybrany obszar pow. Ziemi. Na podstawie dwóch zdjęć oblicza się różnicę w fazie fal odbitych. Powstaje interferogram, z którego uzyskujemy informacje o kształcie pow. Ziemi.
22. KORONALNY WYRZUT MASY (CME – Coronal Mass Ejection) – wyrzut materii słonecznej w przestrzeń międzyplanetarną.
WYKŁAD V
1. PRZYCZYNY WZROSTU CZĘSTOTLIWOŚCI WYSTĘPOWANIA POŻARÓW;
Urbanizacja terenów (włącznie z lasami);
Wycinanie lasów i polityka tłumienia ognia w zasięgu ich występowania;
Niszczenie roślinności;
Zmiany klimatyczne.
2. WYKORZYSTANIE SATELITÓW DO MONITORINGU POŻARÓW:
Ocena możliwości wybuchu pożaru;
Monitorowanie wielkości pożaru, jego postępu i zasięgu ognia;
Ocena strat (także finansowych) po zakończeniu klęski.
3. SZKODY POŻAROWE NA OBSZARACH ZURBANIZOWANYCH:
Satelitarne obrazy wysokiej rozdzielczości mogą służyć do oszacowania strat przed i po pożarze.
Mulitspektralny obraz może pomóc uzyskać odwzorowanie na mapie obszarów, na których wegetacja mogłaby stanowić paliwo dla ognia, a także ich odległości od obszarów zamieszkanych.
Po przejściu ognia, obraz wysokiej rozdzielczości uwidacznia brak wegetacji oraz całkowite zniszczenie budynków.
Kombinacja modelowania cyfrowego i obrazów o rozdzielczości 1 m pozwala oszacować trudności (np. stromy teren, wąskie drogi) w dostarczeniu sprzętu przeciwpożarowego i personelu.
4. SZACOWANIE SZKÓD PO POŻARZE LASU:
Panchromatyczny obraz o rozdzielczości 1 m – do analizy szczegółów w obrębie koron drzew;
Multispektralne obrazy o rozdzielczości 3 m – do oceny zdrowotności drzew, które przeżyły pożar.
Wielkie pożary są zjawiskami o zasięgu globalnym.
5. POŻARY WYWIERAJĄ BEZPOŚREDNI WPŁYW NA CHARAKTER I KONDYCJĘ ROŚLIN, CZEGO KONSEKWENCJĄ SĄ:
Zmiany lub zachowanie szaty roślinnej;
Erozja gleb;
Zniszczenie lub zachowanie bioróżnorodności.
6.POŻARY WYWIERAJĄ BEZPOŚREDNI WPŁYW NA SKŁAD DOLNYCH WARSTW TROPOSFERY, CZEGO KONSEKWENCJĄ SĄ:
Emisja olbrzymich ilości gazów cieplarnianych i aerozoli;
Modyfikacja procesów na granicy faz: biosfera – atmosfera;
Zakwaszenie lub precypitacja.
7. PRZYKŁAD ALGORYTMU WG ARINO et al. (1993)
Wykorzystanie obrazów z kanałów 3,9 oraz 10,7 µm:
BT3.9 >320K – identyfikacja prawdopodobnych pożarów;
BT3.9 –BT10.7 > 15K;
BT10.7 >245K – przeciwdziałanie alarmom z powodu odbicia od chmur;
BT- brightness temperature (temp. luminancyjna; temp. jaskrawości).
1 brightness unit = 0,1 K