TELEDETEKCJA 2010

(aka podejście 3.)

Remote sensing – zdalne pozyskiwanie informacji, badanie wykonywane z pewnej odległości, przekaźnikiem jest promieniowanie elektromagnetyczne, którego prawie cały zakres wykorzystuje (USA 1950)

Nauka o ziemi

• Teledetekcja

• Kartografia – mapa + opis - +opracowanie tekstowe + gis

Dziedziny geomatyki – pomiary na kuli ziemskiej

• Teledetekcja – zbieranie informacji o środowisku

  • Lotnicza

  • Satelitarna

• Geodezja – pomiary ziemi

• Fotogrametria – dokładne pomiary powierzchni ziemi

• SIP – gromadzenie informacji o przestrzeni (System Informacji Przestrzennej)

Fotografia –(gr. Piszę światło) –zbiór wielu różnych technik prowadzących do zarejestrowania trwałego pojedynczego obrazu za pomocą światła

Fotografia tradycyjna – oparta na chemii światłoczułych związków srebra

• Monochromatyczna

• Barwna

Fotografia elektroniczna – oparta na technikach elektrooptycznych

• Analogowa

• Cyfrowa

Kamera Obscura (XVI w.) – podstawy do tworzenia (uwieczniania) obrazu

1826/1827 – pierwsza fotografia na wypolerowanej płytce metalowej

1839 – uznaje się za właściwą datę wynalezienia fotografii; zdjęcie otrzymane na warstwie jodku srebra

1839 – pojawienie się fotografii na ziemiach polskich

1858 – pierwsze zdjęcia z powietrza (balon, Paryż)

1861 – pierwsza fotografia barwna

1909 – pierwsze zdjęcia z samoloty

1957 – sputnik

1960 – satelita meteorologiczny (TYROS 1)

1961 – pierwsze zdjęcia w kosmosie

1965 – pierwsze kolorowe zdjęcie z satelity

1969 –zdjęcia z powierzchni Księżyca

1972 – badanie powierzchni ziemi z satelity LANDSAT

Metody teledetekcji

• Aktywne - radar (mikrofale), lidar (światło), sonar (fale akustyczne) – sygnał wysyłany z instrumentu, a po odbiciu od obiektu odbierany i analizowany

• Pasywne – analiza sygnału wysyłanego od obiektu

Spektrum fal

Gamma – 0.01nm

Rentgen (X) – 1nm – 100nm

Ultrafiolet (UV) – 100 nm – 380/400nm

Światło widzialne – 400 nm – 700nm

Niebieskie – 400nm – 500nm

Zielone – 500nm – 560nm

Żółte – 560nm – 590nm

Czerwone - 590nm – 700nm

Podczerwień – 1mm – 1cm

Mikrofalowe – 1mm – 1m

Radiowe – 1m – 1km

Obraz wielospektralny – pasmo widzialne, bliska podczerwień, daleka podczerwień

Zdjęcie spektostrefowe – zieleń + czerwień + bliska podczerwień - w barwach umownych – nienaturalnych.

Obraz kolorowy – 400-700nm

Obraz wielospektralny – światło widzialne+ mikrofale+ daleka i bliska podczerwień + ultrafiolet

Okno atmosferyczne – to długość fali elektromagnetyczne przechodzącej przez atmosferę

• Okno optyczne – promieniowanie widzialne

• Okno radiowe – krótkofalowe promieniowanie radiowe

• Część promieniowania podczerwonego – Bliska i daleka

Prawo Wiena - prawo opisuje promieniowanie elektromagnetyczne emitowane przez ciało doskonale czarne; ze wzrostem temperatury promieniowanie ciała doskonale czarnego przesuwa się w stronę fal krótszych

Odpowiedź spektralna obiektu – ilość promieniowania, która jest odbita

Krzywa spektralna – charakterystyka współczynnika odbicia (%) obiektu, która zależy od długości fali i właściwości obiektu.

Promieniowanie elektromagnetyczne może ulec

• Odbiciu

• Pochłaniania (absorpcja) – osłabienie mocy promieniowania przy zachowaniu kierunku rozchodzenia się fali. Ozon (O₃ - około 30 km nad ziemią) – ultrafiolet; CO₂ – daleka podczerwień; para wodna (H₂O) – daleka podczerwień + fale 2,2cm-1m (brak wpływu na fale radiowe)

• Przenikaniu

• Rozpraszaniu – osłabianie mocy i zmiana kierunku rozchodzenia fali. Wielkość rozproszenia zależy od: długości fali elektromagnetycznej, wielkości cząsteczki, długości oddziaływania fali w atmosferze

  • Rayleigha – wielkość cząsteczek rozpraszających mniejsza niż długość fali – niebieska barwa nieba – zachodzi w górnych warstwach atmosfery

  • Mie – wielkość cząsteczek porównywalna do długości fali – białe chmury – troposfera

  • Nieselektywne – wielkość cząsteczek dużo większa niż długość fali – niebo szare i zamglone

Cień własny –cień na obiekcie idealnie czarnym, który daje wrażenie plastyczności zdjęcia.

Zieleń bardzo dużo dobija w zakresie bliskiej podczerwieni (nawet 50%, a tylko 10% w zakresie barwy zielonej), służy to:

• Badaniu struktury zalesienia

• Badania stanu lasów

Sucha gleba ma lepsze odbicie niż wilgotna gleba

Kamery lotnicze

• Analogowe

• Cyfrowe

23x23cm – format zdjęci wykonywanych przez lotnicze kamery fotogrametryczne, pozbawione dystorsji (zniekształceń na obrzeżu zdjęć) czyli trzymające skale

Ogniskowa/stała kamery – element orientacji wewnętrznej kamery, nie można jej oraz ostrości zmieniać

Typy kamer

• Normalnokątna – 300mm (23x23cm)

• Półnormalnokątna – 210 mm

• Szerokokątna – 150 mm (duże zniekształcenia)

• Nadszerokokątna – 88mm

Kamera lotnicza

• Półkasety(??) z filmem

• Jednostka napędowa

• Stabilizowane zawieszenie (0-3stopnia)

• Statek obiektywowy

• Luneta nawigacyjna

Zdjęcie lotnicze jest obrazem terenu przestawionego na płaszczyźnie w rzucie środkowym.

Zdjęcie lotnicze jako rzut środkowy:

Pokrycie podłużne zdjęć (par zdjęć) – 60%

Pokrycie poprzeczne zdjęć (szeregów)- 30% (teren górski 45%)

Pas potrójnego pokrycia – 10%-20%

Ilość szeregów - N=c/l c-szerokość fotografowanego terenu; l-odległość między szeregami

Całkowita liczba zdjęć – R = nN +10% n – liczba zdjęć w szeregu; N – ilość szeregów

Fotografia czarno-biała

Emulsja fotograficzna – sole srebra zawieszone w żelatynie

• Niebarwoczyła – reakcja tylko na kolor niebieski

• Barwoczuła/ortochromatyczna – niebieski + zielony (nie czerwony)

• Wszechbarwoczuła/panchromatyczna – N+Z(lekko obniżona czułość)+C; biały foton – drogi, czarny foton - wody; fototon nie może być jedyną cechą rozpoznawczą takiego zdjęcia, bo różne barwy mają zbliżoną wartość foto….

• Ultra chromatyczna – N+Z+C+bliska podczerwień

Ludzkie oko najlepiej odbiera barwę zieloną. Zieleń (roślinność) ma najlepszą odpowiedź spektralną w podczerwieni.

Fotografia barwna

• Metoda addytywna – mieszanie barw poprzez sumowanie; błona trójwarstwowa:

  • 1. Warstwa – niebieski i żółty filtr

  • 2. Warstwa – zielony filtr

  • 3. Warstwa – czerwony filtr

• Metoda subtraktywna – odejmowanie barw

Bliska podczerwień

• Zieleń/roślinność – kolor czerwony

• Woda – czarny (gdyż pochłaniana)

Zdjęcia w podczerwieni – obraz po wywołaniu w barwach nierzeczywistych/fałszywych

• Czarno-białe – 1 warstwa

• Kolorowe – 3 warstwy

Zdjęcia czarno-białe w podczerwieni

• Biały fototon – roślinność liściasta

• Ciemniejszy fototon – roślinność iglasta

• Wody - czarne

Zdjęcia barwne w podczerwieni – najlepsze do rozróżniania rodzajów zieleni

• Największe odbicie – roślinność polna + roślinność łąkowa

• Mniejsze odbicie – roślinność liściasta

• Najmniejsze odbicie – roślinność iglasta

Zdjęcie spektrostrefowe – cały świat biotyczny w czerwieni, uszkodzone elementy drzew - turkusy

Zdjęcia panchromatyczne mają większą rozdzielczość (80 par linii na 1mm) niż fotografia kolorowa (60 par lini na 1mm)

Światłoczułość – ISO –skala światłoczułośći

• Niskoczułe – 25; 50

• Średnioczułe – 100; 200; 400

• Wysokoczułe – 800; 1600

Zdjęcie lotnicze

• Elementy orientacji wewnętrzne – do określenia środka rzutu w stosunku do głównego punktu zdjęcia

  • Współrzędne tłowe punktu głównego zdjęcia

  • Ogniskowa kamery (odległość obiektywu od ramki tłowej)

• Elementy orientacji zewnętrznej – do określenia położenia kamery względem terenu fotografowanego

  • Kąt nachylenia zdjęcia

  • Kąt skręcenia zdjęcia

  • Kąt kierunkowy zdjęcia

  • Wspólna przestrzeń środka rzutów

  • Położenia kamery względem fotografowanego terenu

Ramka tłowa

• Znaczniki tłowe

• Libella – pęcherzy powietrza – nachylenie i skręcenie zdjęcia

• Zegar

• Wysokość lotu

• Ogniskowa kamery

• Numer zdjęcia

• Numer kamery

Rodzaje zdjęć

• Pionowe – 0-3stopnia

• Nachylone – więcej niż 3 stopnie (brak widocznego horyzontu)

• Ukośne – więcej niż 10 stopni i widoczny horyzont

Wielkość fotografowanego obszaru zależy od ogniskowej.

Skala zdjęcia:

• 1/m = f/H - m-mianownik skali zdjęcia; f-ogniskowa; H-wysokośc lotu.

• 1/m = l’/l_mm_m – l’ –długość odcinku na zdjęciu; m_m-mianownik skali mapy; l_m – długość odcinku na mapie; m-skala zdjęcia

Powierzchnia fotografowanego terenu: P=(a*(H/f))² albo P=(am)²; a-wielkość zdjęcia

Obliczanie północy na zdjęciu

• Na podstawie mapy

• Na podstawie długości cienia

Przetworzenie/opracowanie pojedynczego zdjęcia:

• Cel: wyeliminowanie zniekształceń, dopasowanie do pożądanej jednolitej skali

• Graficzne

• Optyczne

• Fotomechaniczne – między skalami i rzutami

Fotoszkic – obraz terenu zestawiony z nieprzetworzonych, pionowych lub nachylonych zdjęć, dopasowanych wzajemnie na podstawie obrazu sytuacji terenowej

Fotoszkic ulepszony – jednolita skala

Fotomapa – ułożenie, przycięcie i przyklejenie przetworzonych fotomechanicznie zdjęć

Ortofotomapa – zespół przetworzonych zdjęc z rzutu środkowego na ortagonalny, dopasowane do jednolitej skali i wpasowane w osnowę geodezyjną

Zniekształcenia zdjęcia

• Radialne przesunięcie puntu wynikające z deniwelacji terenu

• Zniekształcenia rosną w stronę ramki tłowej promieniści

• Przesunięcie punktu wywołane nachyleniem kamery

Metody interpretacji zdjęć lotniczych:

• Wstępna, kameralna (jakość materiału zdjęciowego, rodzaj aparatury oraz umiejętności)

• Polowa (prace przygotowawcze, prace terenowe na obszarach treningowych)

• Kameralna na obszarach nie objętych badaniami polowymi

• Polowa w wybranych punktach w granicach wyróżnionych jednostek

• Końcowa kameralna

Kolejność interpretacji obiektów na zdjęciu lotniczym

• Komunikacja

• Hydrografia

• Rzeźba

• Roślinnośc

• Uprawy

• Osadnictwo

  • Wiejskie

  • Miejskie

  • Przemysłowe

  • Wojskowe

Metodyka interpretacji obiektów

• Kojarzenie obrazu z rzeczą

• Właściwa interpretacja

• Wnioski fotointerpretacyjne i stawianie hipotez

Zastosowanie zdjęć lotniczych

• Fotogrametria

• Geodezja

• Geografia

• Geologia

• Leśnictwo

• Archeologia

• Planowanie przestrzenne

• Logistyka

• Służby specjalne

Geologiczna interpretacja zdjęć lotniczych

• Cechy bezpośrednie

  • Fototon

  • Barwa

• Cechy pośrednie

  • Kryteria geomorfologiczne

  • Kryteria hydrologiczne

  • Kryteria geobiologiczne

  • Zagospodarowanie terenu

Rzeźba jako wskaźnik litologi

• Rodzaj i ukształtowanie sieci dolinnej

• Charakter stoku

• Kształt form rzeźby

Gleby

• Związek ze skałą macierzystą

• Fototon zależny od struktury gleby

Roślinnośc

• Skały osadowe – uboga

• Piaskowe – drzewa i krzaki

• Roślinność wskaźnikowa – np. bratek cynkowy ->ruda cynku

Mapy fotogeologiczne

• Formy zboczowe (osuwiska i ich skutki)

• Formy rzeźby (osady lodowe i niwalne)

• Zespoły wyniesionych tarasów morskich

• Osady i formy o innej genezie

Analiza użytkowania ziemi

• Badania fizjonomi miast

• Badania struktury miast

• Badania funkcji i typów miast

• Badania zagadnien społecznych

Kamera termalna –wykorzystuje zakresy niewidzialne dla człowieka (2000-5000nm i 8000-13000nm), obiekty emitują ciepło do atmosfery. Emitancja jest zbierana i wizualizowana na termografie.

Emitancja – porównanie emisyjności ciała z emisyjnością ciała doskonale czarnego.

Teledetekcja aktywna – nadajnik promieniowania + rejestracja odbitego impulsu

Radar –Radio detection and Reging – wykorzystuje mikrofale 1mm-1m.

• SLAR – radar bocznego wybierania

• RAR – radar bocznego wybierania z anteną rzeczywistą

• SAR-radar – radar bocznego wybierania z anteną syntezująca

Cechy obrazowania radarowego

• System aktywny

• Wykorzystywanie 8. zakresów długości fal

• Rejestracja w zakresie mikrofalowym

• Pokazuje szorstkość podłoża (obraz tworzony na podstawie „echa” odbitego od obiektu)

• Niezależne od warunków atmosferycznych i oświetleniowych

• Z samolotu albo z satelity

• Skala 1:100 000 – 1 000 000

Rozdzielczość pasmowa – jakość obrazu zależna od częstotliwości impulsu

Rozdzielczość azymutalna – dotyczy szerokości wiązki, która powinna być jak najwęższa aby piksel był najmniejszy – dotyczy anten rzeczywistych. Antena syntetyzująca (SAR) wybiera najbardziej korzystne dane.

Im dłuższa fala tym większa możliwość penetracji w podłoże środowiska przyrodniczego

Ton obrazu radarowego zależy od:

• Długości fali

• Polaryzacji fali (ukierunkowanie pionowe i poziome)

• Szorstkości obiektu

• Właściwości odbiciowej obiektu

Interferometria radarowa – InSAR

• Odbiór obrazu przez dwie anteny

• Powstają dwa obrazy

• Każdy piksel zawiera informacje o amplitudzie i fazie zarejestrowanego echa

• Tworzy się interferogram zawierający różnice faz odpowiadających sobie pikseli obu obrazów

• Może być podstawą do pomiarów wysokości i numerycznego modelu terenu

GPS – global positioning system – pomiar czasu dotarcia sygnału radiowego z satelitów (co najmniej 3) do odbiornika. Wykorzystuje 24 satelity na 6 orbitach okołoziemskich (około 20 tysięcy km), które 2x na dobę okrążają ziemię.

Stereoskopia – technika obrazowania dodająca wrażenie normalnego widzenia przestrzennego. Muszą być to dwa obrazy fotografowane z różnych miejsc, przesunięte o średnią bazę widzenia. Dwa obiektywy robią zdjęcie jednocześnie

Baza stereoskopu – odległość między punktem głównym zdjęcia lewego a jego obrazem na zdjęciu prawym na stereogramie zmontowanym do obserwacji steroskopowej.