Temat 5

(Badanie przydatności kartograficznej

obrazów satelitarnych Landsat)

Damian Nowak

Gr 5

Nr 4

Sprawozdanie techniczne

1. Dane formalno-prawne

1. ZLECENIODAWCA: Wydział Geodezji Górniczej i Inżynierii Środowiska Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie

2. WYKONAWCA: Damian Nowak

3. PRZEDMIOT ZLECENIA: Badanie przydatności kartograficznej obrazów satelitarnych Landsat

4. TERMIN WYKONANIA ZLECENIA: 10.03.2011.

1. Wykorzystane materiały

• Obrazy satelitarne z satelity Landsat TM przedstawiające fragment województwa małopolskiego – odrębne obrazy dla 8 kanałów spektralnych: niebieskiego, zielonego, czerwonego, bliskiej podczerwieni, średniej podczerwieni, kanał termalny, kanał panchromatyczny.

• Barwna ortofotomapa w skali 1:10 000 przydzielonego fragmentu terenu

(wielkość piksela – 75 cm)

• Mapa topograficzna przydzielonego fragmentu terenu

Godło mapy topograficznej oraz przydzielonej ortofotomapy: M-34-65-D-a-4

Okolice wsi Wawrzeńczyce – kierunek północny-wschód od Krakowa. Wisła ma tu szerokie koryto, które jest bardzo dobrze widoczne z satelity Landsat. Brzegi nie są zakryte przez przyrzeczne drzewa, więc znalezienie osi rzeki jest stosunkowo proste.

1. Wykonanie zlecenia

• Przebieg ćwiczenia

  • Stworzenie w programie ILWIS barwnej kompozycji R(Lan3), G(Lan2), B(Lan1) w barwach naturalnych.

  • Stworzenie kompozycji w barwach zafałszowanych dla jak najlepszego wyodrębnienia treści wód płynących – wybrana została kompozycja R(Lan7), G(Lan5), B(Lan4) z uwagi na rejestrację obrazu w na długościach fali odpowiadających podczerwieni, która bardzo dobrze ukazuje wszelkie wody płynące i stojące.

  • Określono za pomocą narzędzia mierniczego przybliżone wymiary senny satelitarnej (przybliżony kształt – kwadrat o bokach 191.2 km x 98.49 km)

  • Odszukanie przydzielonego fragmentu terenu

  • Odczytanie współrzędnych naroży sceny satelitarnej

	X	Y
Górny-Lewy	444000	379050
Górny-Prawy	684600	379050
Dolny-Lewy	444000	160650
Dolny-Prawy	684600	160650

• Utworzenie nowej warstwy, na której zostały zwektoryzowane granice obszaru przydzielonego terenu i osie rzek

• Wektoryzacja przybliżonego zasięgu oraz osi rzeki

• Na ortofotomapę nałożono zwektoryzowaną treść i sprawdzono za pomocą narzędzia mierniczego odstępstwa osi rzeki od faktycznego stanu przedstawionego na ortofotmapie w odstępach 200 metrów – odchyłki przedstawiono poniżej:

Odchyłki [m]
10.23
3.82
6.96
8.82
1.85
3.74

• Obliczono błąd średniokwadratowy wektoryzacji osi rzeki za pomocą wzoru

$$m_{0} = \sqrt{\frac{\sum_{}^{}\text{VV}}{n - 1}} = 9,8\ m$$

• Wnioski

Błąd średniokwadratowy obliczony z odchyłek niewpasowania osi rzeki do rzeczywistego stanu uzyskanego z ortofotomapy określa zdatność obrazów satelitarnych z Landsata do opracowań kartometrycznych. Należy tu jednak rozbić (w przypadku rzek) uzyskany błąd na dwie sytuacje terenowe.

Piksel obrazu z Landsata wynosił 30m – wyznaczało to niejaką granicę dokładności interpretacji pewnych zjawisk na mapie. Nie oznaczało natomiast, że rzeka o szerokości mniejszej nie zostanie zobrazowana. Jednakże rzeki w rejonach górskich (Raba) podlegają pewnym zjawiskom, które w sposób istotny mogą rzutować na dokładność wektoryzacja ich osi np.:

• Naniesienie materiału kamienistego przez rzekę przez co lustro wody płynie mniejszym korytem

• Zasłonięcie tego koryta przez gałęzie drzew przyrzecznych

• Okresy powodzi, topnienia śniegu w górach mogą powodować zejście dużej ilości wody, która z kolei może doprowadzić do przesunięcia koryta rzeki

Wektoryzowana rzeka znajdowała się na wschód od Krakowa (Wisła), jej koryto było szerokie (powyżej 30 metrów), zbocza były dobrze widzialne z satelity, nie podlegały takim zjawiskom jak rzeki górskie, co sprawiło, że wektoryzacja osi była dużo prostsza, a końcowy wynik w postaci błędu średniokwadratowego wektoryzacji osi rzeki był dużo niższy aniżeli dla rzek górskich.

Odpowiedzi na pytania z konspektu:

1. Najodpowiedniejszą kompozycją spektralną jest taka, która wykorzystuje promieniowanie podczerwone, gdyż rzeki są wtedy odwzorowywane w postaci ciemnych obszarów na tle dużo jaśniejszych, a zatem kontrastowych, obszarów zieleni oraz obszarów zabudowanych.

2. Łatwiej jest kartować oś rzeki, gdyż brzegi mogą być niewidoczne (zasłona z drzew) lub brzeg może posiadać bardzo nieregularny kształt, co znacząco utrudniłoby interpretację obrazu. Im większa szerokość rzeki tym łatwiej zwektoryzować jej oś, natomiast już w miarę przyzwoite efekty uzyskuje się dla rzek o szerokości powyżej piksela obrazu (w naszym przypadku 30m)

3. Będzie to możliwe pod warunkiem wykorzystania innego satelity o możliwości wykonywania lepszych rozdzielczo zdjęć. Dla Landsata również jest możliwa taka operacja, aczkolwiek dokładność takiej wektoryzacja może być znacząco gorsza od wektoryzowania rzek o szerokości większej od 30m.

4. Kompozycją, która najgorzej odwzorowuje rzeki jest kompozycja barwna R(Lan3), G(Lan2), B(Lan1), gdyż koryta rzek są mało kontrastowe w stosunku do zieleni je otaczającej.

5. Odległość ta zależy od stopnia nieregularności przebiegu koryta rzeki. Jeżeli rzeka meandruje lub ma nagłe zwroty, należałoby w takich przypadkach dokładniej pomierzyć odchyłki przebiegu osi od faktycznej sytuacji w terenie.

6. Tak, jest to możliwe. Rzeki górskie w czasie wiosennych roztopów lub powodzi potrafią kilkukrotnie powiększyć obszar swojego koryta, a gdy spływająca ilość wody się ustabilizuje, rzeka znajduje sobie najbardziej dogodne miejsce do przepływu, pozostawiając w pozostałej części koryta naniesione materiały skalne (bardzo częsty widok w północnych Włoszech – Udine), które pozwalają nam określić przybliżone granice koryta rzecznego.

7. Uważam, że tak, gdyż większa rozdzielczość geometryczna powoduje ostrzejsze zobrazowanie mniejszych szczegółów terenowych, jak choćby cieki i strumyki niewidoczne przy pikselu obrazu 30m. Wzrost rozdzielczości geometrycznej powoduje poniekąd możliwości lepszej wektoryzacja osi rzeki, lecz dalej duży wpływ na jej jakość mają czynniki wymienione we Wnioskach do tematu.

8. Dokładność wektoryzacja osi Wisły na moim obszarze wyniósł 9.8m. Jest to wartość 3 razy niższa niż wartość piksela terenowego.

Do projektu zostały dołączone następujące załączniki:

1. Fragment mapy topograficznej z zaznaczonym obszarem opracowania

2. Fragment obrazu w barwach zafałszowanych - R(Lan7), G(Lan5), B(Lan4) z zaznaczonym zasięgiem opracowania i zwektoryzowaną osią rzeki

3. Fragment ortofotomapy z zaznaczeniem przebiegu zwektoryzowanej osi rzeki

Załącznik nr 1 (Fragment mapy topograficznej z zaznaczonym obszarem opracowania)

Załącznik nr 2 (Fragment obrazu w barwach zafałszowanych - R(Lan7), G(Lan5), B(Lan4))

Załącznik nr 3 (Fragment ortofotomapy z zaznaczeniem przebiegu zwektoryzowanej osi rzeki)