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.

str. 1

O'

A'

f - ogniskowa; B'A' - płaszczyzna zdjęcia - rzutnia; O' - punkt główny zdjęcia; O - punkt główny obiektywu; AB - powierzchnia terenu; BB' i AA' - promienie rzutujące

B'

f

O

B

A

---