Teledetekcja

Wykład 1

Teledetekcja – teoria i metodyka pozyskiwania, przetwarzania i interpretowania danych będących rejestracją promieniowania elektromagnetycznego odbitego lub emitowanego przez różnego rodzaju obiekty (1987r.)

Teledetekcja – (ang. Remotesensing) to badanie wykonane przy użyciu kamery fotograficznej z samolotów, przestrzeni kosmicznej lub z powierzchni ziemi. Metody teledetekcyjne dzielą się na aktywne i pasywne. W AKTYWNEJ teledetekcji sygnał jest wysyłany z instrumentu, a po odbiciu od obiektu, odbierany i analizowany. Przykładami aktywnej teledetekcji jest radar – mikrofale, lidar – światło, czy sodar – fale akustyczne.

PASYWNYMI metodami teledetekcji są metody oparte na analizie sygnału wysyłanego od obserwowanego obiektu. Zdjęcie fotograficzne jest przykładem teledetekcji pasywnej.

Fotointerpretacja – wykrywanie i rozpoznawanie na materiałach fotograficznych poszczególnych obiektów, określanie ich cech ilościowych i jakościowych, a także wyjaśnienie wzajemnych związków i zależności pomiędzy elementami krajobrazu.

Rys historyczny:

1839 r. – pierwsze zdjęcie wykonane na płytce pokrytej jodkiem srebra przez L.J.M. Daguerra

(metoda dagerotypowa – pozytyw, jeden egzemplarz)

18.. r. – H.F. Talbot – naświetlając papier pokryty jodkiem srebra uzyskał negatyw (kwas galusowy) następnie pozytyw poprzez naświetlanie negatywem papieru pokrytego chlorkiem srebra – wiele egzemplarzy

1839 r. – J. Herschel wprowadza termin fotografia

1858 r. – G.F. Tourmachon – wykonuje pierwsze zdjęcie z lotu ptaka Paryża ( ojciec fotografii lotniczej)

1860 r. – S. King, J. Blach – wykonują zdjęcia Bostonu

1886 r. – A. Kowańko – wykonuje zdjęcia Petersburga

1909 r. – W. Wright – wykonuje pierwsze zdjęcie lotnicze Rzymu z pokładu samolotu

Lata międzywojenne – fotointerpretacja, fotogrametria w rozwoju gospodarczym świata (fotografia panchromatyczna)

Lata powojenne – rozwój fotografii nadfioletowej, zdjęcia radarowe w bliskiej podczerwieni

1946 r. – początek fotografii z kosmosu

Polska:

Lata międzywojenne – wykonanie przez Wojskowy Instytut Geograficzny zdjęć środkowego i dolnego biegu doliny Wisły, Tatrzańskiego Parku Narodowego, wschodnich terenów przygranicznych

1930 r. – powołanie przy PLT Wydziału Aerofotogrametrycznego zw. Fotolotem. Wykonanie podkładów fotogrametrycznych dla celów urbanistycznych, melioracyjnych i budowlanych.

1965 r. – powstanie przy PTG Komisji Interpretacji – periodyk Fotointerpretacja w Geografii

1976 r. – utworzenie Ośrodka Przetwarzania Obrazów Lotniczych i Satelitarnych w Instytucie Geodezji i Kartografii w Warszawie ( Ośrodek Teledetekcji i Informacji Przestrzennej)

1995 r. – rozpoczęcie przez Państwową Służbę Geodezyjną i Kartograficzną prac nad pokryciem całego kraju kolorowymi zdjęciami lotniczymi w skali 1:26 000 (17 dużych miast w skali 1:5 000)

Wykład 2

Promieniowanie elektromagnetyczne (fala elektromagnetyczna) – fala poprzeczna, w której składowa elektryczna i magnetyczna są prostopadłe do siebie, a obie są prostopadłe do kierunku rozchodzenia się promieniowania.

1. Oba pola indukują się wzajemnie – zmieniające się pole elektryczne wytwarza zmienne pole magnetyczne

2. Źródłem pola EM jest przyspieszający lub hamujący ładunek elektryczny

3. Historia:

1861 r. – istnienie fali elektromagnetycznej przewidział James Clerk Maxwell

1886 r. – Heirich Hertz odkrył falę elektromagnetyczną

Im większa częstotliwość tym fale są krótsze, im mniejsza – tym dłuższe.

Widmo fal elektromagnetycznych wg ich długości w próżni (częstotliwości)

1. Promieniowanie gamma (przenikliwe)

• Fale o długości krótszej od 10/-10 m (<0,01nm)

• źródłem promieniowania są procesy zachodzące w jądrze atomowym oraz promieniowanie kosmiczne

1. promieniowanie rentgenowskie (promieniowanie X)

• odkrył w 1895 r. W.C.

1. promieniowanie nadfioletowe (ultrafioletowe)

• fala o długości od 4x10/-7m do 10-8/m (400 – 700 nm)

• wyróżnia się ultrafiolet: bliski (400 – 190 nm) i daleki (190 – 10 nm)

• naturalne źródło – ciała o wysokiej temperaturze np. Słońce

• kosmiczne promieniowanie UV posiada 3 zakresy: UV – A (320 – 400 nm),

UV – B (290 - 320 nm), UV – C (320 – 290 nm)

1. światło widzialne

• fale o długości od ok. 4x10/-7 m do ok. 7x10/-7 m (400 – 700 nm)

1. promieniowanie podczerwone (cieplne)

• długość fali od 7x10/-7 m do 10/-2 m (700 nm – 1 cm)

• źródłem są rozgrzane ciała w wyniku wzbudzeń cieplnych elektronów wewnątrz substancji (im niższa temperatura, tym mniejsze natężenie i dłuższe fale)

1. mikrofale

• fale o długości od 10/-4 cm do 0,3 m (0,1 cm do 30 cm)

1. fale radiowe

• fale o długości większej od 10/-4 m (0,1 mm – 10 km)

• źródło wypromieniowanie energii z anteny nadawczej

Metodyka badań teledetekcyjnych środowiska geograficznego:

1. wykorzystanie promieniowania nadfioletowego do badań środowiska (320 – 280 nm), materiał rejestrujący – klisza fotograficzna

2. wykorzystanie promieniowania widzialnego (400 – 440 nm), materiał rejestrujący – klisza fotograficzna – zdjęcie panchromatyczne

3. wykorzystanie promieniowania podczerwonego:

• podczerwień bliska (760 nm – 1,5 µm)

• podczerwień środkowa (1,5 – 10 µm)

• podczerwień daleka (10 – 1000 µm – 1 mm)

• 14 µm pasmo wykorzystywane do badań środowiska

• Poprzez sensybilizator (emulsja światłoczuła) zwiększa się zakres czułości filmu

• Duża czułość chlorofilu pozwala na prowadzenie badań nad kondycją lasów

• RODZAJE ZDJĘĆ LOTNICZYCH WG KĄTA NACHYLENIA

• Pionowe do 3° – mają największą dokładność

• Nachylone – kąt powyżej 3° bez widocznego horyzontu

• Ukośne – niewidoczny horyzont

Skala zdjęcia lotniczego:

1. Wzór wykorzystujący dane ogniskowej i wysokość fotografowania – iloraz wielkości ogniskowej do wysokości fotografowania

1/M=f/H (dla okolic punktu głównego zdjęcia)

1. Wzór wykorzystujący długości odcinków ze zdjęcia i z mapy

1/M-L_z/L_mxM_m (dla całego zdjęcia)

m – mianownik mapy

1. Wzór na obliczenie dopuszczalnej różnicy ΔM≤4δ/L_max² (pionowość zdjęcia)

ΔM – max różnica mianowników

δ – dokładność pomiaru długości odcinków w terenie wyrażona w cm

(dla mapy 1:10 000 – 500 cm, dla mapy 1:25 000)

L_maxz – długość max odcinka na zdjęciu

1. Wzór na obliczenie skali zdjęcia nachylonego (dla głównej poziomej X=0)

1/Mh

1. Wzór na obliczenie powierzchni obfotografowanej

P=(am)²

a – format zdjęcia (23x23 lub 18x18)

m – iloraz wysokości fotografowania do ogniskowej

P=(a x H/f)²

f – ogniskowa

Technika wykonywania zdjęć:

1. Rodzaje kamer i ich przeznaczenie:

• Kamery rozpoznawcze

• Kamery pomiarowe

1. Klasyfikacja kamer pod względem wielkości ogniskowej:

• Krótkoogniskowe 55<f<150 mm - do zdjęć prostopadłych, małych obszarów

• Normalno ogniskowe 150<f<300 mm

• Długoogniskowe f>300 mm - do ukośnych i dużych obszarów prostopadłych

1. Klasyfikacja kamer pod względem szerokokątności:

• Normalnokątne

• Szerokokątne

• Nadszerokokątne

1. Klasyfikacja kamer pod względem stopnia zautomatyzowania:

• Szeregowe - dla 3D pod stereoskopem

• Ręczne - 1 obiekt

Wykonanie zdjęć lotniczych:

Pojedyncze zdjęcia

Szeregi zdjęć – małe obszary

Zespoły zdjęć – duże obszary

Wykład 3

Metodyka interpretacji zdjęć lotniczych:

1. Określenie celu fotointerpretacji zdjęć lotniczych

2. Ustalenie planu interpretacji

3. Wybór materiałów fotograficznych (ustalić skalę zdjęć) od 1:10 000 do 1:30 000 – dokładne

4. Wybór środków pomocniczych (źródła kartograficzne, statystyczne – dynamika zmian, literatura)

5. Fotointerpretacja polowa

6. Fotointerpretacja kameralna:

1. Cechy bezpośrednie:

• Kształt

• Wielkość obiektu

• Foton lub barwa

• Tekstura (fototekstura) – przestrzenne uporządkowanie

• Struktura (fotostruktura) – drobno – lub gruboziarnista

1. Cechy pośrednie:

• Cień (określenie orientacji zdjęcia, wysokości)

*godzina, szerokość geograficzna, wysokość fotografowania – da się obliczyć wysokość obiektu

Interpretacja podłoża geologicznego:

1. Uwarunkowania klimatyczne:

• Klimat zwrotnikowy – suchy – cechy bezpośrednie

• Klimat równikowy, umiarkowany – cechy pośrednie

1. Cechy bezpośrednie w interpretacji geologicznej:

• Cechy proste (tereny odkryte)

• Cechy geometryczne (rozmiary)

• Cechy fotometryczne (barwa skał, minerałów)

• Struktura i tekstura skał (smugowatość)

• Granice utworów geologicznych (foton, tekstura)

• Ułożenie partii skalnych (synkliny, antysynkliny, uskoki)

• Profil stoku (stereoskop)

Interpretacja skał i minerałów:

1. Minerały:

• Kwarc (93%), biotyt (7%), muskowit – barwy neutralne (jasny foton)

• Granat, epidot – zakres barw od niebieskiego do czerwonego

1. Skały:

• Skały krystaliczne (560 – 680 nm)

• Magmowe – zakres barw od zielonoszarego do ciemnoszarego (zdjęcie panchromatyczne – foton czarny)

• Intruzywne – granodioryty – zakres barw od różowego do różowoszarego, serpentynity – zielonoszary, perydotyty, dioryty, porfiry – zakres barw od czarnego do ciemnozielonego (zdjęcie panchromatyczne – ciemny foton)

• Skały osadowe (600 – 690 nm)

• Piaskowce – zakres barw od niebieskiego do zielonego (zdjęcie panchromatyczne – ciemnoszary foton, tekstura smugowata)

• Ilaste – zakres barw od żółtoczerwonego, czerwonego do ciemnobrązowego (ciemny foton)

• Węglanowe – zakres barw od żółtoszarego, pomarańczowego do czerwonego (zdjęciec panchromatyczne – jasny foton)

1. Lepiszcze skalne:

• Wapienie: kwarcowe – barwa jasna

• Żelaziste – zakres barw od czerwonego do zielonego

Cechy pośrednie:

• Cechy morfologiczne

• Cechy hydrologiczne

• Cechy geobotaniczne

• Cechy antropogeniczne – wyrobiska lub odsłonięcia

Cechy morfologiczne (rzeźba):

• Analiza nachylenia stoków (kąt upadu warstw skalnych; im większy to nachylenie stoku mniejsze)

• Przebieg i kształt stoków

• Kształt, ułożenie grupy stoków

• Układ form stokowych, rzecznych, eolicznych

Cechy hydrograficzne:

1. Identyfikacja typu sieci rzecznej pozwala na interpretację podłoża geologicznego. Gęsta sieć oznacza mało odporne podłoże na procesy erozji:

• Piaskowce, wapienie, skały magmowe – dolomity wydłużone, mała gęstość sieci

• Iły, łupki, tufy wulkaniczne – krótkie doliny, duża gęstość sieci – odsłonięcia tekstury i struktury

1. Wpływ typów sieci rzecznej na interpretację podłoża geologicznego:

• Typ dendrytyczny sieci rzecznej:

• Skały o podobnej litologii

• Utwory ułożone poziomo

• Skały osadowe – piaskowce

• Typ równoległy sieci rzecznej:

• Skały osadowe o różnej odporności

• Obszar rozcięty uskokami równoległymi

• Typ prostokątny sieci rzecznej:

• System upadów, szczelin, spękań prostopadłych

• Skały krystaliczne

• Skały osadowe

• Typ kratowy:

• Skały o różnej litologii

• Obszar fałdowy porozcinany uskokami

• Obszar polodowcowy – pagórki drumlinowe

• Typ poligonalny

• Skały intruzywne

• Skały zmetamorfizowane

• Typ promienisty sieci rzecznej:

• Wzniesienia o zarysie kolistym (wulkany)

• Skały osadowe

• Skały wulkaniczne

Roślinność:

• Ogólny wygląd roślinności

• Struktura przestrzenna

• Tekstura przestrzenna

• Piętrowość roślinności

• Zmiany w przestrzeni

• Fenologiczny stan roślinności

• Skały zasadowe – ubogość świata roślinnego

• Drzewostany liściaste – gleby gliniaste

• Drzewostany iglaste – gleby piaszczyste

• Pola uprawne – brak wskaźnika

Podłoże glebowe:

• Gleby piaszczyste – jasny foton

• Gleby gliniaste – ciemny foton

Cechy interpretacyjne utworów geologicznych – tabela 6.1. str. 183 – 186

Ciołkosz A., Miszalski J., Olędzki J.R., „Interpretacja zdjęć lotniczych”, PWN Warszawa 1999r.

Interpretacja rzeźby terenu:

1. Praca przygotowawcza

2. Praca terenowa:

• Zdjęcia

• Kartowanie

• GPS

Dynamika zmian morfologicznych

1. Formy morfologiczne:

1. Wulkany – ciemnoszary foton

• Strome stoki

• Rynny lawowe

• Krater lub kaldera

• Promienisty typ sieci rzecznej

1. Formy tektoniczne – tekstura + foton

• Skorupy

• Stopnie

• Uskoki (budowa zrębowa)

• Synkliny i antysynkliny

• Fałdy (budowa fałdowa)

1. Formy rzeźby powstałe pod wpływem działalności wody:

Wąwozy:

• Ciemny foton

• Roślinność

• Widoczne skały (struktura i tekstura)

Doliny rzeczne:

• Ciemnoszary foton koryta

• Krętość koryta

• Roślinność

• Formy akumulacyjne korytowe – jasny foton

• Terasy akumulacyjne – terasy zalewowe (ciemny foton), nadzalewowe (jasny foton) – spłaszczenia

• Stożki napływowe – jasny foton, kształt Δ, struktura drobnoziarnista, tekstura kierunkowa

Wykład 4

Żleby:

• Jasny foton

• Rysy wzdłuż stoku

Zbocza (stoki):

• Uzależnione od pokrycia – skaliste, deluwialne

• Asymetria zboczy

1. Formy powstałe pod wpływem działalności lodowców i lądolodów:

• Pole firnowe – jasny (biały) foton

• Jęzor lodowcowy – jasny foton, seraki

• Wygłady lodowcowe – gładkie powierzchnie dna, zboczy, widoczne rysy

• Mutony – podłużne garby, pagóry, stroma proksymalna wygładzona – łagodny stok, stroma dystalna wygładzona – stromy stok

• Misy lodowcowe (wypełnione wodą lub śniegiem), (kotły, cyrki) – strome stoki, formy owalne

• Granie

• Ściany skalne – zależność od pokrycia i geologii, żleby, hałdy, granie – stoki skaliste

• Żebra skalne

• Żleby

• Stożki usypiskowe – kształt Δ, pozycja morfologiczna, jasny foton, struktura gruboziarnista, tekstura bezładna

• Równiny morenowe – szary foton, tekstura plamista, struktura drobnoziarnista, zagłębienia + sieć dolinna + nieregularne małe pola – morena pagórkowata, odwrotność powyższych cech – morena płaska lub falista

• Moreny boczne – wały wzdłuż doliny, jasny foton

• Moreny czołowe – ciemny foton

• Równiny sandrowe – płaski teren, porośnięty lasem iglastym, pola duże regularne, jasny foton

• Ozy

• Kemy

• Drumliny

Interpretacja roślinności:

1. Interpretacja powierzchni leśnych:

1. Znajomość czynników ekologicznych, składu gatunkowego, struktury drzewostanu

2. Znajomość warunków atmosferycznych w momencie fotografowania

3. Właściwości materiałów fotograficznych

4. Skala zdjęcia (jak największa) – przy 1:10 000 interpretacja lasów nie ma sensu

2. Wybór okresu (pory) do badań środowiska leśnego (łąkowego):

1. Dobowa (warunki oświetlenia)

2. Roczna (pora roku) – dla brzozy połowa maja, dla buka koniec czerwca

3. Identyfikacja obszarów leśnych:

1. Zawartość chlorofilu wpływa na zakres barw – rośliny światłolubne (jasny foton), rośliny cieniolubne (ciemny foton)

2. Struktura liści – liście woskowane (jasny foton, podczerwień !), liście włoskowate (ciemny foton)

3. Zdrowe drzewostany cechują się małym współczynnikiem odbicia światła w zakresie promieniowania niebieskiego i czerwonego, natomiast większe w zakresie promieniowania zielonego (550 nm)

*określenie zdrowotności drzewostanów: Tabela 10.3 str. 347 – 348

Ciołkosz A., Miszalski J., Olędzki J.R., „Interpretacja zdjęć lotniczych”, PWN Warszawa 1999r.

1. Cechy rozpoznawcze lasów:

• Kształt korony

• Wysokość drzew

• Tekstura korony

• Cień

4. Identyfikacja gatunków drzew:

1. Sosna:

• Kształt korony – paranoidalny, jajowaty

• Brak formy stożka

• Jednolity szary foton

• Struktura – szare plamy koron

• Cień – jajowaty

• Wyrównany profil górnego poziomu lasu

1. Świerk, jodła:

• Korona zwarta – kształt stożka

• Cień stożkowy

• Ciemny foton

• Zwarta tekstura

1. Modrzew:

• Korona mało zwarta

• Cień trójkątny o mało wyraźnych granicach

• Ciemny foton

• Zwarta tekstura

• Pamiętać o porze roku !!! – modrzew traci liście !!!

1. Brzoza:

• Korona wydłużona, wrzecionowata

• Barwa liści jasnozielona – jasny foton

• Struktura – plamki w koronie – brokułowi

• Cień trudno zauważalny

1. Dąb, buk:

• Korony szerokie

• Wysokie drzewa

• Foton szary

• Struktura brokułowi

1. Wierzba (– lubi wodę), topola (– przy zbiornikach i ciekach wodnych, wzdłuż dróg), lipa:

• Położenie morfologiczne

1. Krzewy – nie możliwe określenie składu gatunkowego

1. Identyfikacja roślinności łąkowej i rolnej:

1. Łąki:

• Tekstura chmurzasto – kłębiasta (wiosna)

• Struktura jednorodna (pora roku)

• Foton szary (sianokosy)

• Lokalizacja – blisko lasu, tereny pagórkowate, dna dolin, zagłębienia, obszary podmokłe

• Kopczyki – snopki

1. Pastwiska – tekstura kropkowa (rola bydła)

2. Pola uprawne – uprawy zbożowe:

• Okopowe, sady, plantacje – tekstura smugowata, kierunkowa, skala od 1:10 000 do 1:30 000

Interpretacja sieci osadniczej:

1. Funkcje zabudowy wiejskiej:

• Zabudowa mieszkaniowa

• Zabudowa gospodarcza

• Zabudowa użyteczności publicznej – kościoły, szkoły, sklepy

1. Układ przestrzenny miejscowości wiejskich:

• Owalnica

• Okolnica

• Wielodrożnica

• Ulicówka

• Łańcuchówka

• Rzędówka

1. Funkcje zabudowy miejskiej:

• Zdjęcia wielkoskalowe – określenie wysokości budynków, pokrycia dachów, szerokości ulic, lokalizacja ogródków, skwerów, identyfikacja zabudowy mieszkalnej, przemysłowej, transportowej, usługowej – funkcje miasta

• Zdjęcia małoskalowe – zdjęcia poglądowe