Teledetekcja

LITERATURA:

A. Ciołkosz, J Miszalski, J. Olędzki „Interpretacja zdjęć lotniczych”

TELEDETEKCJA:

Zbieranie informacji na temat zjawisk i obiektów na odległość (bez kontaktu z obiektem) oraz badanie zależności między tymi obiektami i zjawiskami.

Teledetekcja to równiej synteza i analiza zebranych danych.

Zachodzi współzależność 3 elementów:

- badanego obiektu

- detektora z urządzeniem rejestrującym

- nośnikiem energii między nimi

Jako detektora wykorzystuje się kamery, skanery, lasery liniowe i powierzchniowe oraz radary.

Naturalnym detektorem jest oko.

Jako nośnika energii wykorzystuje się fale w zakresie światła widzialnego, UV, podczerwieni, mikrofal i fal radarowych.

Teledetekcja optyczna – używa promieniowania słonecznego

Teledetekcja radarowa – używa promieniowania radarowego

rys.

Energia słoneczna jest zniekształcana przez atmosferę podczas przechodzenia przez nią, następnie wchodzi w interakcje z obiektem i zostaje odbita z powrotem do atmosfery która ponownie ją zniekształca, następnie zostaje zniekształcona przez system optyczny detektora.

Poziomy rejestracji danych: - pomiary naziemne - pomiary lotnicze - pomiary satelitarne Dane teledetekcyjne: - zdjęcia lotnicze - obrazy satelitarne - obrazy radarowe	Teledetekcje stosuje się do obserwacji: - Pogody - Mórz i oceanów (pomiar temp. wód, głębokości, ukształtowanie dna) - Użytków rolnych i lasów (wigor roślin, zasięgi) - Aktywności wulkanów - Obszarów działań wojennych - Wykrywania pożarów

PODSTAWY FIZYCZNE TELEDETEKCJI

Promieniowanie – przekazywanie energii nie wymagające kontaktu fizycznego pomiędzy ciałem promieniującym a absorbującym.

Rodzaje promieniowania:

- jądrowe (gamma, x, beta)

- grawitacyjne

- kosmiczne

- elektromagnetyczne

- cieplne i inne

Stała Słoneczna – natężenie promieniowania słonecznego docierającego do górnej granicy atmosfery. Ilość energii cieplnej, wyrażona w dżulach [J] , jaką otrzymuje jednostka powierzchni [m²] ustawionej prostopadle do biegu promieni w ciągu jednostki czasu [s].

stała słoneczna nie jest wartością stałą ponieważ zależy od cyklu słońca i odległości ziemi od słońca

średnio wynosi 1382 W/m²

pyrheliometr – przyrząd służący do pomiaru ilości energii słonecznej docierającej do ziemi

Długość fali – odległość między dwoma wierzchołkami fali

Rodzaj fali	Długość
gamma	<0.1 μm
X	0,1 μm – 1 nm
UV	1 – 360 nm
Widzialne Błękit Niebieski Zielony Żółty Pomarańczowy Czerwony	400 – 700 nm 420 – 460 nm 460 – 490 nm 490 – 530 nm 530 – 590 nm 590 – 650 nm 650 – 760 nm
Podczerwień	700 nm – 1mm
Mikrofale	1 mm – 100 cm
Fale radiowe	>100 cm

Częstotliwość – określa liczbę cykli zjawiska okresowego występujących w jednostce czasu.

Fala długa ma małą częstotliwość

Fala krótka ma dużą częstotliwośc

W próżni fale elektromagnetyczne rozchodzą się z prędkością światła.

Wszystkie ciała o temp. powyżej 0 ̊K (-273 ̊ C) emitują promieniowanie.

Prawo Stefana-Boltzmanna – ilość energii całkowitej Mλ wyrażona w W•m², wypromieniowanej przez ciało doskonale czarne jest wprost proporcjonalna do czwartej potęgi temp. bezwzględnej (T) tego ciała.

Mλ=σT⁴

Mλ – ilość energii całkowitej

T⁴ – stała Stefana i Boltzmanna

σ – stała Stefana-Boltzmanna = 5,6697•10⁻⁸ W•m⁻²K⁻⁴

Ciało doskonale czarne – ciało wysyłające jak i przyjmujące energię z maksimum przypadającym na określoną długość fali (λ) w zależności od jego temp. (T)

Rozproszenie promieniowania w atmosferze powodują:

- cząsteczki pyłów i dymów

- duże molekuły gazów atmosferycznych (np. para wodna)

Intensywność rozproszenia zależy od:

- wielkości cząsteczek w atmosferze

- gęstości ich

- długości fali

- odległości jaką musi pokonać promieniowanie

Okno atmosferyczne – zakres spektralny promieniowania elektromagnetycznego (0,4-0,7 μm) słabo pochłanianego przez atmosferę, dzięki czemu możliwe jest wyemitowanie części promieniowania z ziemi nawet przy chmurach. Efekt szklarniowy polega na zatkaniu tego okna związkami pochłaniającymi ten zakres fali.

Gazy absorbujące promieniowanie słoneczne: H₂O, CO₂, O₃, N₂O

Energia Promienista – jest rozumiana jako zdolność promieniowania do wykonywania pracy fizycznej, rozgrzania obiektu lub wywołania zmiany stanu.

Promieniowanie elektromagnetyczne może być opisywane zarówno za pomocą długości fali (λ), częstotliwości (u), jak i wielkości energii promienistej (Q) powodującej reakcję fotochemiczną w emulsji filmu lub pobudzającą element światłoczuły np. matrycę CCD

Typy powierzchni:

- Lambertowska – odbicie od niej jest całkowicie rozproszone

rys.

- Zwierciadlana – odbicie od niej jest zwierciadlane, zależne od kąta padania promieni

rys.

- częściowe lambertowskie lub zwierciadlane

Albedo – zdolność do dobijania promieni słonecznych przez powieszchnie wyrażona w procentach lub ułamku dziesiętnym

Albedo = promieniowanie odbite : padające • 100%

WŁAŚCIWOŚCI SPEKTRALNE OBIEKTÓW

Woda pochłania dużo bliskiej podczerwieni

Woda z zanieczyszczeniami odbija więcej promieniowania niż czysta.

Przy badaniu wody duże znaczenie ma kont pod jakim przeprowadzana jest teledetekcja i kont pod jakim padają promienie słoneczne. Czym wyższe położenie słońca tym krótsze wnikanie promieniowania w wódę.

W wodzie najmniejsza absorpcja i rozpraszanie, a największe przewodzenie zachodzi w zakresie fal niebieskich.

Najodpowiedniejszą długością fali dla oddzielenia lądu od wód na zdjęciu jest zakres 740-2500nm.

Wilgotna gleba pochłania więcej promieniowania niż sucha.

Gleba odbija mniej promieniowania czym więcej zawiera Fe₂O₃i materii org

Drzewa liściaste odbijają więcej promieniowania podczerwonego niż iglaste.

Liście z niedoborem wody lub stare odbijają więcej promieniowania czerwonego i pochłaniają mniej promieniowania bliskiego podczerwieni.

Rośliny pochłaniają dużo promieniowania czerwonego ponieważ wykorzystują je w procesie fotosyntezy, i odbijają dużo światła zielonego ponieważ światło zielone ma największą

energie i rośliny odbijają je by się nie przegrzać.

Rośliny odbijają dużo bliskiej podczerwieni.

Sztuczna trawa pochłania więcej promieniowania podczerwonego niż prawdziwa.

Absorpcja

Chlorofil a	435, 670-680, 740 nm
Chlorofil b	480, 650 nm
Cv – carotenoid	420, 440, 470 nm
P – caretenoid	425, 450, 480 nm
anthocyanin	400-550 nm
lutein	425, 445, 475 nm
vilaxantinn	425, 450, 475 nm
water	970, 1450, 1944 nm

LAI – wskaźnik pokrycia liściowego, mówi o biomasie rośliny, jest to stosunek powierzchni liści do powierzchni gruntu jaką zajmuje roślina widziana z góry.

Komponenty luminacji całkowitej L_c (docierającej do sensora)

$$L_{c} = L_{\text{atm}} + L_{\text{pow}} + L_{\text{pod}} + L_{\begin{matrix} \text{dno} \\ \\ \end{matrix}}$$

Gdy kont zenitalny słońca równa się kontowi widzenia, bardzo silny komponent odbicia zwierciadlanego tłumi informacje i na zdjęciu widzimy biały rozbłysk.

SATELITY

Rozdzielczość przestrzenna satelity mówi o tym jaki najmniejszy element można zobaczyć na zdjęciu, jest to powierzchnia która jest zapisana za pomocą jednego piksela. Największa obecna rozdzielczość to 20 cm.

Rozdzielczość spektralna to zakres fal rejestrowanych przez czujnik.

EOS – Earth Observation Satellites

co badają:

Atmosfera: właściwości chmur, przepływ energii, opady, chemia troposfery, chemia stratosfery, właściwości aerozoli, temperatura powietrza, wilgotność, wyładowania atmosferyczne	Promieniowanie słoneczne: Całkowita irradiancja słoneczna, słoneczna irradiancja spektralna,	Lądy Powierzchnia ziemi: zmiany pokrycia i użytkowania, dynamika roślinności, występowanie pożarów, aktywność wulkanów,	Oceany: temperatura powierzchniowa, fitoplankton i rozpuszczona materia org., pola powierzchniowe wiatrów, topografia powierzchni oceanów,	Kionosfera: topografia pokrywy lodowej, zmiany zasięgu lodowca, przemieszczanie się lodowca, temperatura pokrywy,

Rewizyta – czas pomiędzy przelotem satelity nad tym samym miejscem

LANDSAT 1 - pierwszy satelita wystrzelony na orbitę w 1972r. wysokość lotu: 919 km rewizyta: 18 dni okrążenie: 130 min wielkość obszaru na zdjęciu: 180 x 170 km rozdzielczość: 60 m czujniki MSS: R, G, B, IR	Obecnie lata Landsat 7 wysokość lotu: 705 km rewizyta: 16 dni rozdzielczość: 30 m czujniki TM: PAN, R, G, B, IR Obrazy Landsata są darmowe

Charakterystyka kanałów spektralnych:

Niebieski	450-520 nm	badanie wód, wspomaga analizę użytkowania ziemi, badania gleboznawcze i roślinności (promieniowanie maksymalnie pochłaniane przez rośliny)
Zielony	520-600 nm	badanie roślinności (promieniowanie maksymalnie odbijane przez rośliny)
Czerwony	630-690 nm	identyfikacja roślinności (pasmo absorpcji chlorofilu), wyznaczanie zasięgów glebowych i geologicznych
Bliska podczerwień	760-900 nm	szacowanie biomasy roślinnej, identyfikacja upraw
środkowa podczerwień	1550-1750 nm	wykrywanie suszy, odróżnianie chmur, śniegu i lądu
Podczerwień termalna	10 480-12 500 nm	mierzenie promieniowania emitowanego przez ziemie, wykrywanie pożarów

GOES – Geostationary Operational Environmental Satellites

Satelita geostacjonarny jest zawieszony nad jednym punktem nad ziemią, jego czas okrążenia orbity jest równy obrotowi ziemi (24h), jego wysokość lotu jest wyższą niż satelit EOS. Są wykorzystywane do obserwacji jednego punktu (np. zmian meteorologicznych). Ma małą rozdzielczość z powodu wysokości na jakiej się znajduje (np. 1 km)