Embed Size (px)
Citation preview
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU - GEODETSKI FAKULTET UNIVERSITY OF ZAGREB - FACULTY OF GEODESY
Zavod za primijenjenu geodeziju; Katedra za upravljanje prostornim informacijama Institute of Applied Geodesy; Chair of Spatial Information Management
Kačićeva 26; HR-10000 Zagreb, CROATIA Web: www.upi.geof.hr; Tel.: (+385 1) 46 39 222; Fax.: (+385 1) 48 28 081
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU - GEODETSKI FAKULTET UNIVERSITY OF ZAGREB - FACULTY OF GEODESY
Zavod za primijenjenu geodeziju; Katedra za upravljanje prostornim informacijama Institute of Applied Geodesy; Chair of Spatial Information Management
Kačićeva 26; HR-10000 Zagreb, CROATIA Web: www.upi.geof.hr; Tel.: (+385 1) 46 39 222; Fax.: (+385 1) 48 28 081
Usmjerenje: Inženjerska geodezija i upravljanje prostornim informacijama
DIPLOMSKI RAD
Modeliranje poplava u programskom paketu ILWIS
Izradio:
Ivan Gačić
Naserov Trg 12
10000 Zagreb
Mentor: doc. dr. sc. Vlado Cetl
Zagreb, rujan 2009.
2
Zahvala:
Zahvaljujem mentoru doc. dr. sc. Vladi Cetlu i asistentima Hrvoju Tomiću, Lorisu Redovnikoviću i Mariu Mileru na strpljenju, pomoći i korisnim savjetima pri izradi ovog diplomskog rada.
Također se zahvaljujem svim kolegama koji su mi pomogli da dođem do same faze izrade ovog rada.
Na kraju se posebno želim zahvaliti svojim roditeljima, a osobito svim prijateljima koji su me podupirali i bodrili u radu, te uljepšali moje studentske dane.
3
I. Autor
Ime i prezime: Ivan Gačić
Datum i mjesto rođenja: 12. 06. 1980. Zagreb
II. Diplomski rad
Predmet: Digitalni katastar
Naslov: Modeliranje poplava u programskom paketu ILWIS
Mentor: doc. dr. sc. Vlado Cetl
III. Ocjena i obrana
Datum zadavanja zadatka: 20. 04 2009.
Datum obrane: 25. 09. 2009.
Sastav povjerenstva pred kojim je branjen diplomski rad:
doc. dr. sc. Vlado Cetl
prof. dr. sc. Siniša Mastelić Ivić
dr. sc. Almin Đapo
4
Modeliranje poplava u programskom paketu ILWIS
Ivan Gačić
Sažetak: Tema ovog diplomskog rada bila je ispitivanje mogućnosti programa ILWIS u modeliranju poplava. U teoretskom djelu rada obrađene su poplave, daljinska istraživanja u upravljanju prirodnim katastrofama i dan je prikaz programa ILWIS. U praktičnom djelu rada korištene se LANDSAT snimke i program ILWIS za modeliranje poplava.
Ključne riječi: Poplave, Daljinska istraživanja, Landsat, ILWIS
Flood modeling in ILWIS
Abstract: The topic of this thesis is testing the features of ILWIS program for modelling floods. The theoretical part of the paper is concerned with floods and remote sensing in natural disasters management, and gives an overview of ILWIS application. The practical part consists of LANDSAT images and ILWIS application for modelling floods.
Key words: Flood, Remote sensing, Landsat, ILWIS.
5
Predložak za izradu diplomskog rada
Ivan Gačić
S A D R Ž A J
1. UVOD .............................................................................................................. 6
2. POGLAVLJE PRVO ....................................................................................... 7
2.1. OPĆENITO O POPLAVAMA .............................................................................. 8 2.2. SUVREMENO UPRAVLJANJE I KONTROLA POPLAVAMA ....................................... 8
3. DALJINSKA ISTRAŽIVANJA U ZAŠTITI OD POPLAVA ............................ 11
3.1. CILJ DALJINSKIH ISTRAŽIVANJA .................................................................... 11 3.2. SENZORI ZA REGISTRIRANJE ELEKTROMAGNETSKOG ZRAČENJA ..................... 11
3.2.1. Fotografske kamere .......................................................................... 12 3.2.2. Multispektralni skaneri ...................................................................... 12 3.2.3. Radari ............................................................................................... 13
3.3. MONITORING POPLAVA ............................................................................... 13
4. LANDSAT SNIMKE ...................................................................................... 15
4.1. LANDSAT 1 – 3 .......................................................................................... 16 4.2. LANDSAT 4-6 ............................................................................................. 16 4.3. LANDSAT 7 ................................................................................................ 17
5. PROGRAMSKI PAKET ILWIS ..................................................................... 20
5.1. MOGUĆNOSTI ILWIS-A .............................................................................. 21 5.2. STRUKTURA PROSTORNIH PODATAKA U ILWIS-U .......................................... 22
5.2.1. Vektorski model ................................................................................ 23 5.2.2. Rasterski model ................................................................................ 24
5.3. TIPOVI OBJEKATA ....................................................................................... 24 5.4. GRAFIČKO SUČELJE ILWIS-A ...................................................................... 25
5.4.1. Pokretanje ILWIS-a ........................................................................... 25 5.4.2. Traka izbornika ................................................................................. 27 5.4.3. Katalog ............................................................................................. 29
6. PRAKTIČNI DIO ........................................................................................... 30
6.1. PREUZIMANJE PODATAKA ........................................................................... 30 6.2. GEOREFERENCIRANJE ................................................................................ 31 6.3. NAREDBA CLUSTER ................................................................................... 34 6.4. VEKTORIZACIJA SLIKE ................................................................................. 35 6.5. GRAFIČKI PRIKAZ PROMJENE VODENIH POVRŠINA .......................................... 40
7. ZAKLJUČAK ................................................................................................ 45
Literatura
Životopis
6
1. Uvod
Razvoj novih digitalnih tehnologija u proteklih nekoliko desetljeća omogućava nam učinkovito upravljanje mnogim zadaćama, a među njima i prirodno izazvanim katastrofama. Tu se prije svega misli na razvoj senzora kod daljinskih istraživanja kao i na razvoj računalnih tehnologija. Zahvaljujući tome moguće je praćenje i saniranje posljedica prirodnih katastrofa poput poplava, potresa, požara i dr. Današnji satelitski senzori pružaju kvalitetne prostorne podatke s rezolucijom ispod 1m. Obzirom na njihovo kontinuirano snimanje, moguće je isto područje pratiti u različitim vremenskim razdobljima.
Zadatak ovog diplomskog rada bio je korištenjem LANDSAT snimaka ispitati mogućnosti programskog paketa ILWIS u upravljanju poplavama. Korištene su LANDSAT 7 besplatne satelitske snimke Drave na području oko grada Osijeka, i to posebno 4-kanalni snimak zbog svoje valne duljine koja izdvaja vodene površine od ostatka okoliša. Satelitske snimke kao izvor prostornih podataka poznate su već duže vrijeme, ali nisu bile dostupne širem krugu korisnika. Njihova je dostupnost prije bila ograničena na vojne svrhe, dok danas pojedini sateliti imaju upravo osnovni zadatak snimanje određenih područja na zahtjev bilo kojeg korisnika. S druge strane Internet je omogućio vrlo brz pristup postojećim, već snimljenim podacima. Od 2005. godine organizacija US Geological Survey (USGS) omogućila je besplatno preuzimanje LANDSAT 4,5 i z snimaka i njihovo korištenje u nekomercijalne svrhe.
Za obradu snimaka korišten je slobodni softver ILWIS čija je upotreba također besplatna u nekomercijalne i istraživačke svrhe. ILWIS omogućava razne operacije nad rasterskim podlogama, a u ovom radu se ispituju mogućnosti njegova korištenja u modeliranju poplava.
7
2. Poglavlje prvo
Razne pojave i procesi koji se dešavaju u prirodi često se negativno odražavaju na ekosustav, pa i cjelokupnu biosferu. Najčešći uzroci tome su razne elementarne nepogode ili katastrofe, među koje se ubrajaju:
Poplave
Potresi
Vulkanske erupcije
Šumski požari
Olujni vjetrovi
Suše
Ekstremno visoke i niske temperature i dr.
Poplava je pojava neuobičajeno velike količine vode na određenom mjestu zbog djelovanja prirodnih sila (velika količina oborina) ili drugih uzroka kao što su propuštanje brana, ratna razaranja i sl.
Prema uzrocima nastanka poplave se mogu podijeliti na:
poplave nastale zbog jakih oborina,
poplave nastale zbog nagomilavanja leda u vodotocima,
poplave nastale zbog klizanja tla ili potresa,
poplave nastale zbog rušenja brane ili ratnih razaranja.
S obzirom na vrijeme formiranja vodnog vala poplave se mogu razvrstati na:
mirne poplave - poplave na velikim rijekama kod kojih je potrebno deset i više sati za formiranje velikog vodnog vala,
bujične poplave - poplave na brdskim vodotocima kod kojih se formira veliki vodni val za manje od deset sati,
akcidentne poplave - poplave kod kojih se trenutno formira veliki vodni val rušenjem vodoprivrednih ili hidroenergetskih objekata
Nositelj obrane od poplave u Republici Hrvatskoj je Državna uprava za vode, a pravna osoba za upravljanje svim vodama na području države su Hrvatske vode.
8
2.1. Općenito o poplavama
Poplave se javljaju posvuda i izazivaju više oštećenja nego bilo koji drugi tip iznenadnih nepogoda. Računa se da su samo za 5 godina, od 1980. do 1985. godine, poplave pogodile oko 185 milijuna ljudi, pri čemu je oko 20 milijuna ostalo bez krova nad glavom. Prema statistici koju je objavio UNESCO, od 1980. do 1990. godine usmrtile 524.638 ljudi, od čega najviše u Aziji – 493.766.
Iz navedenih podataka vidljivo je da katastrofalne poplave velikih rijeka mogu uzrokovati velike materijalne štete, naročito u gusto naseljenim područjima u dolinama rijeka.
Poplave nanose velike štete i gubitke koje su često trajnog karaktera. Poplavljuju se usjevi (antropogeni ekosustav), stradaju veliki kompleksi pod vegetacijom (naročito šume), iz lanca ishrane ispadaju mnoge vrste, a neke druge se razvijaju. Vodena stihija odnosi plodni obradivi dio površinskog sloja zemlje, a dolazi i do zagađenja podzemnih voda što često vodi do različitih epidemija.
Iznenadne poplave izravno su posljedica hidrološkog ponašanja slivnog područja, a za praćenje nastanka i širenja poplava potrebno je proučiti meteorološke i fiziografske značajke tog područja. Takvom proučavanju poplavljenih područja značajno doprinose metode daljinskih istraživanja, izrada digitalnog modela terena i GIS tehnologije.
2.2. Suvremeno upravljanje i kontrola poplavama
Upravljanje i kontrola poplavama igraju ključnu ulogu u zaštiti ljudi i njihove imovine čime pružaju izravnu podršku socio-ekonomskom razvoju. Do nedavno sustavi kontrole i zaštite od poplava tretirani su isključivo s inženjerskog stanovišta. Nije se vodila dovoljna, a nerijetko i nikakva, briga o socijalnim, kulturološkim i ekološkim učincima provedenih mjera na društveni i prirodni okoliš. Općenito uočeni nedostatak dosadašnjih sustava obrane od poplava ležao je u činjenici što nisu razmatrani njihovi dugoročne posljedice prvenstveno na okoliš. Općenito nekritički i isključivo s inženjerskog stajališta primjenjivane su strukturne mjere kao što su: nasipi, rasteretni kanali, brane i akumulacije, velike, skupe i krute hidrotehničke građevine (ustave na pr.) itd. Izgradnja ovih objekata uzrokovala je nagle i drastične promjene prirodnog hidrološkog režima, fiksiranje neprirodnih oblika vodotoka, odvajanje otvorenih vodotoka od njihovih plavljenih površina itd. Posljedice je prije svega osjetio okoliš, a one su bile izražene u masovnim i drastičnim gubicima staništa, biološke raznolikosti i produktivnosti. Nedostatke ovakvog pristupa obrani od poplava uočene su u drugoj polovini dvadesetog stoljeća, prije svega u najrazvijenijim državama svijeta (SAD, Nizozemska, Velika Britanija, Njemačka, Japan itd.) koje su izgradile najsloženije i najskuplje sustave obrane od poplava.
Suvremeni pristup obrani od poplava drastično se izmijenio u odnosu na klasični i do sada prevladavajući. Od tzv. pasivnog koncepta najrazvijenije zemlje svijeta u posljednjem desetljeću prelaze na novi aktivni i integralni koncept.Na to su bile prisiljene stoga jer se zbog prirodnih razloga (varijacija i/ili promjena klime), ali i pod pritiskom snažnih antropogenih utjecaja na njihovim prostorima javljaju sve
9
češće i sve razornije poplave praćene i drugim vodnim katastrofama. Isti procesi dešavaju se na cijeloj planeti. Gubici ljudskih života uzrokovani katastrofama (najviše upravo poplavama) još su uvijek najveći u siromašnim državama. Međutim, ekonomski izražene štete od svih vrsta katastrofa, a naročito poplava, znatno su veće u bogatim i razvijenim državama. Praksa je pokazala da je u većini slučajeva nemoguće u cijelosti ukloniti rizik od poplava, tj. izbjeći štete koje one nanose. Stoga se napori usmjeravaju na smanjivanje ili ublažavanje šteta kroz djelatnosti nazvane zajedničkim imenom upravljanje rizicima i kontrola poplava. Da bi se postigli učinci u tom procesu potrebno je prvenstveno identificirati rizik od poplava,razviti strategiju za njegovo smanjivanje te kreirati politiku i programe koji će omogućiti praktično ostvarenje postavljenih ciljeva. Upravljanje rizikom bitna je aktivnost koja usklađuje razne inicijative.
Međunarodne aktivnosti svrstane pod pojam Integralnog upravljanja poplavama(IntegratedFloodManagement-IFM)predstavljaju široku inicijativu usmjerenu na istovremeno ostvarivanje ciljeva učinkovitog spašavanja ljudskih života i njihove imovine od poplava, ali i osiguravanja dugoročnog održivog razvoja kako onog društvenog tako i okoliša. Radi se o neophodnosti ispunjavanja ciljeva zaštite okoliša navedenih u okvirima starije međunarodne aktivnosti nazvane Integralno upravljanje vodnim resursima(IntegratedWaterResourcesManagement-IWRS).Pri tome je IFMskoncentriran na ispunjavanje ciljeva IWRS-apri projektiranju i izgradnji sustava obrane od poplava. Ova je inicijativa podržana od brojnih svjetskih agencija, a prije svega onih koje pripadaju sustavu UN-a kao i od Svjetske banke.
Sažeto rečeno IFM predstavlja koncept kojim se promovira postizanja maksimalne korisne uloge plavljenih površina uz istovremeno svođenje šteta od poplava na minimalnu moguću mjeru s naglaskom na spašavanje ljudskih života. Vezano, ali i u suglasju s prethodno napomenutim pojavio se i koncept nazvan «živjeti s poplavama».
Naime, definitivno je ustanovljeno da apsolutnu obranu od poplava nije moguće ostvariti te da je poplave potrebno prihvatiti kao dio naše stvarnosti. To se posebno odnosi na neke prostore kao što su visoko urbanizirani i industrijalizirani prostori, naselja izgrađena u ravničarskim terenima uz otvorene vodotoke, naselja uz bujične vodotoke i slično.
Bit novog integralnog pristupa poplavama usredotočen je na objašnjavanje uloge poplava kao opasnih prirodnih katastrofa, ali ujedno i uvažavanje kao i pružanje podrške pozitivnim prirodnim procesa koji su vezani uz poplave i koji su bitni za pružanje podrške okolišu. Ovakav pristup ima za cilj da se kontrola poplava izvrši na učinkovitiji način nego se to do sada radilo, te da se ujedno poduzetim mjerama kontrole poplava ne nanose štete okolišu. Naime, dosadašnja brojna iskustva su pokazala da se skupim mjerama obrane od poplava nije postiglo bolja zaštita, ali da su okoliš, održivi razvoj i biološka raznolikost pretrpili nenadoknadive štete. To se prije svega odnosi na isključivanje velikih plavljenih prostora iz kontakta s glavnim vodotokom izgradnjom nasipa, izgradnjom velikih akumulacija te isušivanjem močvara i vlažnih područja. Posljedice ovih i ujedno najčešćih mjera
10
obrane od poplava i regulacije vodotoka pokazale su se u cijelom svijetu krajnje negativnim i dugoročno opasnim sa stanovišta zaštite okoliša.
11
3. DALJINSKA ISTRAŽIVANJA U ZAŠTITI OD POPLAVA
Tehnike daljinskih istraživanja koriste se u raznim aplikacijama, uključujući poljoprivredu, šumarstvo, oceanografije i ekološke studije. Daljinska istraživanja uključuju sve aktivnosti od snimanja, procesiranja, analiziranja, interpretiranja do dobivanja korisnih informacija iz podataka prikupljenih tim istraživanjima. Daljinsko istraživanje možemo definirati kao metodu prikupljanja i interpretiranja informacija o udaljenim objektima bez fizičkog dodira s objektom. Uobičajene platforme koje se koriste za opažanja u daljinskim istraživanjima su: zrakoplovi, sateliti i svemirske sonde. Daljinska istraživanja se temelje na snimanju i mjerenju elektromagnetske energije, reflektirane, apsorbirane ili emitirane od Zemljine površine.
3.1. Cilj daljinskih istraživanja
Glavni cilj daljinskih istraživanja je pomoć u zaštiti od poplava i izrada sustava predviđanja, pri čemu se osnovna korist iskazuje u:
doprinosu modeliranju i predviđanju poplava
dobivanju podataka i informacija za sustav upravljanja
dobivanju informacija za identifikaciju pokazatelja poplava I mogućnosti poduzimanja iznenadnih poplava I mogućnosti poduzimanja zaštitnih mjera, odnosno definiranja područja rizika
U odnosu prema navedenim zadacima, analiza i interpretacija satelitskih snimaka usmjerena je na:
izvođenje I prezentaciju poplavljenog područja u odnosu prema okolini I riječnoj dolini
izdvajanje aktualnih informacija o korištenju zemljišta (''land use'')
precizno određivanje visina reljefa
integraciju dobivenih podataka u informacijski sustav o riziku poplava na temelju GIS-a
Pri tome se izrađuju različite satelitske slikovne karte (1:100 000, 1:50.000)za cjelokupno poplavljeno područje. Satelitske karte se izrađuju iz snimaka dobivenih u različitim vremenima u odnosu na dogođenu poplavu.
3.2. Senzori za registriranje elektromagnetskog zračenja
Daljinska istraživanja temelje se na korištenju elektromagnetskog spektra. Svako tijelo na Zemljinoj površini emitira energiju dijela elektromagnetskog spektra, koja je uglavnom posljedica Sunčevog zračenja. Količina emitirane energije ovisi o svojstvima objekta: njihovog sastava, boje, sposobnosti apsorpcije Sunčeve
12
energije i sposobnosti emitiranja vlastite energije. Elektromagnetska energija koju emitiraju objekti registriraju mjerni senzori koji se nalaze u letjelici. Na osnovu registrirane energije dobivamo informaciju o samom objektu na Zemljinoj površini.
Poznavanje osnovnih svojstava refleksije objekata u različitim intervalima elektromagnetskog spektar je važno za uspješnu primjenu daljinskih istraživanja. Svako elektromagnetsko spektralno područje nosi set informacija o Zemljinom okolišu. Na primjer, ozon apsorbira ultraljubičasto zračenje pa se određivanje ozona u atmosferi vrši mjerenjem ultraljubičastog zračenja. Vidljivi i infracrveni podaci upotrebljavaju se za procjenu stanja ''zdravlja'' usjeva, šuma i drugih oblika vegetacijskog pokrivača Zemlje. Toplinsko infracrveno zračenje upotrebljava se za određivanje temperature oblaka, tla i oceanskih površina.
Današnji sateliti nose veliki broj različitih i karakterističnih senzora za snimanje i mjerenje. Među najvažnije spadaju: fotografske kamere, elektronski skaneri i radarski sustavi.
3.2.1. Fotografske kamere
Fotografska kamera je najstariji senzor u satelitima, a više godina je bila i najvažniji instrument. Najčešće korišteni fotosustavi za orbitalna snimanja su vertikalni oblik kamera. Vertikalne kamere koriste vakuum za držanje filma za vrijeme ekspozicije. Vrijeme između pojedinačne ekspozicije ovisi o visini leta, dužini fikusa kamere i formatu filma. Svi ovi elementi određuju površinu koja će biti snimljena. Optički sustav razlikuje se kod različitih kamera, ali se obično radi o više objektiva koji su tako konstruirani da omogućuju dobivanje neiskvarene slike.
3.2.2. Multispektralni skaneri
Multispektralni skanere dijelimo na:
mehaničke rotacijske skanere
linijske skanere.
Mehanički rotacijski skaneri skaniraju Zemljinu površinu po redovima okomito na putanju satelita. Zračenje elektromagnetskog dijela Zemljine površine pada na rotirajuću prizmu koja ga razlaže na spektralne dijelove, a detektori pretvaraju energiju u električne signale. Analogno-digitalni pretvarači pretvaraju električne signale u digitalan oblik, u kojemu se podaci šalju na zemaljske stanice koje registriraju podatke na magnetske trake.
Optoelektronički ili linijski skaner snima široki spektar elektromagnetskog zračenja u vidljivom i infracrvenom spektru. Ovi skaneri registriraju zračenje čitavog reda okomitog na putanju satelita istovremeno, jer je u jedan red smješteno više tisuća detektora CCD.
13
3.2.3. Radari
Radarska snimanja pripadaju aktivnoj grupi postupaka, jer posjeduju vlastiti izvor energije koju odašilju, a reflektirani dio ponovo primaju. Emitirani elektromagnetski val određenog trajanja i frekvencije na svom putu dolazi do objekta, od kojeg se jednim dijelom reflektira. Dio reflektirane energije ponovo dolazi do antenskog sustava, gdje se prima, pojačava i obrađuje. Raspršivanje i reflektiranje odaslane energije ovisi o značajkama površine i sastavu objekta. S obzirom na velike valne duljine elektromagnetskog spektra može se Zemljina površina snimati i kroz oblake i maglu. Budući radari odašilju vlastitu energiju mogu snimati danju i noću.
3.3. Monitoring poplava
Satelitskim daljinskim istraživanjima mogu se odjednom sagledati i ispitati goleme površine, što je osobito važno za registriranje globalnih ili regionalnih fenomena i problema okoliša. Monitoring poplavljenih područja iz svemira daje dodatne informacije ispitivanjima koja su obično ograničena lošim vremenskim prilikama, prekidom telekomunikacija, transportnog sustava i dr. Monitoring poplava također se primjenjuje na području hidrologije. Kartiranje poplavljenih područja i analiza promjena nastalih zbog poplave, kao i proučavanje slivnog područja te meteoroloških prilika prije, za vrijeme i poslije poplave može dati cjelovitu sliku o uzrocima i posljedicama poplava.
U slučaju izljeva vodotoka i nastanka poplava, kada nagle i obilne oborine uzrokuju poplave, teško je predvidjeti poplavu i dati pravodobno upozorenje o njoj, tako da je sam proces ublažavanja posljedica ograničen. Međutim, ako se monitoring izvodi konstantno i podaci dobivaju u realnom vremenu, može se pomoći determinaciji kretanja vodene fronte i predvidjeti širenje poplave i njenog učinka.
Mogu se izdvojiti 4 glavne karakteristike satelitskih snimaka koje ih opredjeljuju za primjenu pri monitoringu poplavljenih područja a to su:
Prostorna rezolucija (veličina piksela)
Ciklus ponovnog snimanja istog područja
Mogućnost dobivanja snimaka
Cijena snimaka
Senzori koji se koriste pri monitoringu poplava mogu se podijeliti u 3 osnovne skupine:
Optički sustav srednje rezolucije (Landsat, Spot)
Meteorološki sateliti (NOAA-AVHRR)
Aktivni mikrovalni senzori (SAR) na platformi ERS-1, ERS-2, JERS-1 I Radarsat.
14
Valna duljina korištenog spektra je također značajna, kao i kut snimanja i polarizacija (mikrovalni sustav senzora). Optički sustavi visoke rezolucije obično imaju više kanala u vidljivom dijelu spektra, meteorološki sateliti imaju senzore različitih kanala u vidljivom i infracrvenom području spektra, dok su SAR senzori obično opremljeni jednokanalnim sustavom u mikrovalnom području spektra. Bitno je napomenuti da snimci visoke rezolucije, dobiveni s pomoću senzora SAR (Synthetic aperture radar) mogu prodirati kroz oblake, oborine u tamu, pa su prikladniji za monitoring poplavljenog područja.
Gotovo svi sateliti imaju stalni kut snimanja. Idealnim satelitskim snimkama za monitoring poplavljenog područja smatraju se oni koji imaju srednju do viskou prostornu rezoluciju s ponovljenim snimanjem od jednog dana. Pri tome je poželjno da prekrivaju cjelokupno poplavljeno područje multispektralnim snimanjem (u vidljivom, bliskom IC, infracrvenom i mikrovalnom spektru), s vertikalnim dnevnim snimanjem. Za monitoring poplava najprikladniji su snimci rezolucije od nekoliko metara pa do više desetaka metara, budući da se mogu koristiti i za procjenu šteta nakon poplava, za kartiranje i precizno modeliranje dinamike događanja te za druge svrhe.
15
4. LANDSAT SNIMKE
Vjerojatno niti jednda kombinacija dvaju tehnologija nije rezultirala sa tako širokim radijusom aplikacija kao ujedinjenje RS-a i istraživanja svemira. Danas se svemirske platforme koriste za vremensku prognozu, prognozu žitnog uroda, exploataciju minerala, otkrivanje raznih vrsta zagađenja ili jednom riječju promatranje zemlje kao sistema. Nakon početničkih pokušaja prvi komercijalni uspjeh doživio je Earth Resources Technology Satellites (ERST)-Landsat. Prvi takav sistem je lansiran 1972. , a zatim slijede njegovi potomci do recentnog, sedmog, lansiranog 1999.
Snimanje posredstvom Landsat-a je automatski bez posade. Podaci se također automatski odašilju i primaju u zemaljskim stanicama, gdje se registriraju na visokoosjetljive magnetske trake HDDT). Postoji petnaestak zemaljskih stanica, raspoređenih širom svijeta, u kojima se primaju Landsatovi podaci.
Sateliti iz serije Landsat kreću se po polarnoj orbiti, s otklonom od nekoliko stupnjeva. Razmak između dviju susjednih putanja različit je s obzirom na razmak od ekvatora do pola. Snimanjem potpuno prekrivaju područje između 81° sjeverne i 81° južne širine.
Četiri različita tipa senzora su implementirana na ovim sistemima:
Vidicon system s povratnim zrakama (Return Beam Vidicon RBV)
Multispektralni skener (MSS)
Tematski kartograf (Thematic Mapper TM)
Napredni tematski kartograf (Enhanced Thematic Mapper ETM).
Snimci načinjeni s pomoću multispektralnogskenera i tematskog kartografa sadrže određene geometrijske distorzije koje uključuju:
nelinearno skeniranje
neravnomjernu brzinu skeniranja
detektiranje snimaka u dijelovima
dislokaciju detektora u odnosu prema ravnini preslikavanja
Ove distorzije korigiraju se tjekom procesiranja, na osnovi poznavanja senzora kojim su snimci načinjeni i orbite satelita iz koje je snimano. Snimci se korigiraju i prevode u željenu kartografsku korekciju s približnom točnosšću od 15 m.
16
Slika 1 Landsat satelit u svemiru
4.1. Landsat 1 – 3
Operirali su sa visine od 900 km snimajući simultano teren od 185x185 km sa prelaskom zrake po terenu brzinom od 6.46 km/sec. Landsatu je trebalo 18 dana da snimi površinu cijele zemaljske kugle te da počne njeno ponovo snimanje.Od senzora sustavi Landsat 1-3 imali su 3-kanalni RBV te 4-kanalni MSS. RBV su kamere slične televizijskim koje su simultano pokrivale teren od 185x185 km sa rezolucijom od 80 m sa osjetljivošću kamera u vidnom području 0.475-0.575 m (zelena ), 0.580-0.680 m (crvena ) te od 0.690-0.830 m (near IR području). Kamere nisu posjedovale film nego su slike sa fotoosjetljive površine skenirane u raster formu i na taj način signal je postajao identičan video signalu.
Kod Landsata 3 poboljšana je rezolucija na 30 m te se snimalo samo u jednom spektralnom području 0.505-0.750 m. Da se kompenzira povećanje fokalne duljine (smanjenje područja koje satelit pokriva simultano) postavljaju se dvije kamere koje snimaju susjedna područja i rezultiraju slikom 183x98 km. Na sva tri Landsata RBV sustavi su bili sekundarni izvor informacija pred MSS sistemima, prije svega zbog mogućnosti MSS sistema da pribavljaju podatke u digitalnom formatu. MSS generira sliku terena od 185x185 km sa 79x79 m (11.5 m side overlap) prostorne rezolucije terena u 4-kanalnom modu 0.5-0.6 m , 0.6-0.7 m , 0.8-1.1 m dok je Landsat3 imao i termalni band od 10.4-12.6 m. Sistem paralelno skenira 6 linija , poboljšanje odnosa signal-šum, što rezultira u potrebi za 24 detektora, za svaki band po 6 detektora .
4.2. Landsat 4-6
Kružili su oko zemlje na visini od 705 km simultano snimajući teren od 185x185 km. Satelitu je trebalo 16 dana da obiđe cijelu površinu zemlje s tim da su dva satelita Landsat 4,5 ušla u svoje orbite sa međusobnim pomakom od 8 dana što je rezultiralo mogućnošću promatranja iste točke na zemlji sa periodom od 8 dana. Sateliti su sa sobom ponijeli MSS te TM senzore. Kako je visina snimanja smanjena, a sa željom da podaci budu kompatibilni sa Landsat 1-3 , prostorna rezolucija je podešena na 82x82 m2 . TM je u osnovi unaprijeđeni MSS sistem koji
17
snima simultano u još 3 banda 0.45-0.52 m, 1.55-1.75 m, 2.08-2.35 m. TM inkorporira i A-D konverter koji kvantizira otipkane podatke sa 8 bita u odnosu na 6 bita za kvantizaciju kod MSS-a. Još jedna prednost TM je smanjenja prostorna rezolucija koja sada iznosi 30 m osim u termalnom 120 m. Valja još naglasiti da je kod TM-a smanjena frekfencija osciliranja ogledala jer se snima u oba pravca a ne samo u jednom kao kod MSS te da se sada snima 16 linija paralelno u netermalniom bandovima dok u termalnom snimamo 4 linije što rezultira povećanjem broja detektora na 100.
Neuspjela misija Landsat 6 imala je implementiran sustav ETM sa dodatnim pankromatskim bandom 0.50-0.90 m prostorne rezolucije 15m.
4.3. Landsat 7
Lansiran 15. travnja 1999, LANDSAT 7 počeo je svoju misiju za nastavak i povećanje 27-o godišnjeg snimanja Zemljine površine i prikupljanje podataka. Poboljšane značajke instrumenta u LANDSAT 7 dizajn omogućuju praćenje globalnih, regionalnih, kao i malih mogućnosti i procesa na Zemljinoj površini. Studije otkrivanja promjena za ekološke, urbane, ili druge aplikacije su razvijene na bazi LANDSAT-ovih spektralnih i prostornih rezolucija.
Na Landsatu 7, posljednjem u ovoj seriji, ETM+ (Enhanced Thematic Mapper) senzor osigurava 7 band-ova (valnih podrucja) multi-spektralnih podataka u 30 metarskoj rezoluciji, plus jedan pankromatski band na 15 m, pri širini zahvata od 183 kilometra na površini Zemlje. Pored navedenog, postoji i jedan band rezolucije 60 metara u thermalnom infracrvenom području. Landsatov uredaj za snimanje moze memorirati do 500 punih satelitskih snimki.
Karakteristike spektralnih kanala u ETM+ senzoru ugrađenom u Landsat-7:
KANALI VALNE DULJINE
(m) REZOLUCIJA KARAKTERISTIKE
1 0,45-0,52 30 Za katiranje obalnih voda (plavo-zeleno područje spektra)
2 0,52-0,60 30
Za mjerenje zelene refleksije spektra pri ispitivanju zdravo-bolesne vegetacije (zeleno područje)
3 0,63-0,69 30 Za određivanje vrsta vegetacije (crveno područje)
4 0,76-0,90 30 Za prikaz vodenog tijela (blizu-infracrveno
18
područje)
5 1,55-1,75 30
Za ispitivanje vegetacije (srednje-infracrveno područje)
6 10,40-12,50 60
Za ispitivanje vegetacije, kartiranje tla i termalno kartiranje
7 2,08-2,35 30
Za određivanje vrsta stijena i za hidrotermalna kartiranja
8 0,52-,0,90 15
Pankromatski (crno-bijeli dio spektra) za povećanje rezolucije i poboljšanje detekcije
Landast 7 se koristi za:
Nadziranje okoliša
Geološka i hidrološka analiza
Poljoprivreda, šumarstvo i monitoring prirodnih resursa
Korištenje zemljišta klasifikacija i kartiranje
Obalne resurse
GIS pozadine i površine analiza
19
Slika 2 Landsat 7 satelit i dijelovi
Osnovne značajke su:
pankromatski bend sa 15m prostornom rezolucijom
on-board, puni otvor, 5% apsolutna radiometričana kalibracija
termalni infracrveni kanal sa 60m prostornom rezolucijom
on-board snimač podataka
20
5. PROGRAMSKI PAKET ILWIS
Za potrebe izrade diplomskog rada i raznih analiza korišten je ILWIS programski paket, točnije verzija 3.3. Academic (Error! Reference source not found.). ILWIS je skraćenica od međunarodne riječi koja u prijevodu znači informatički sustav za zemlju i vodu (engl. Integrated Land and Water Information System). Riječ je o softveru za geoinformacijski sustav (GIS) i daljinska istraživanja. Sastoji se od cjelokupnog paketa za obradu snimaka, prostornu analizu i digitalno kartiranje. ILWIS se može lako koristiti i naučiti, ima cijeli “on-line” Help, opsežne vježbe i 25 studija u različitim disciplinama. [Error! Reference source not found.1]
Razvio ga je Međunarodni institut za Geoinformacijsku znanost i promatranje Zemlje, skraćeno ITC (engl. International Institute for Geo-Information Science and Earth Observation). Program je 2004. godine prešao u shareware, i bio je dostupan po simboličnoj cijeni od 100 €, a od srpnja 2007. godine, dostupan je besplatno pod licencom 52°North (GPL licenca) pod imenom ILWIS 3.4 Open.
Prelaskom na 52°North, ILWIS-u ide u korist 52°North-ova platforma za zajednički rad na razvoju softvera te tako da bi olakšao nastajanje i širenje novih GIS funkcionalnosti baziranih na ILWIS komponentama unutar šire zajednice. Svu podršku za korisnike omogućava ILWIS zajednica, koja ujedno i nudi ažurne informacije o trenutnom razvoju ILWIS-a. Softver je dostupan za download na geoportal.hr ili na stranicama 52°North. [Error! Reference source not found.2].
Slika 3 ILWIS – početni logo
21
Geoinformacijski sustavi su danas neizostavni u mnogim različitim područjima primjena, jer olakšavaju postupak donošenja odluka. Najviše odluka je pod utjecajem nekih geografskih činjenica. Koja je točna lokacija? Gdje je najpogodnije gradilište? Gdje, kad i koje promjene će se dogoditi? Evo, navedimo nekoliko primjera:
U planiranju korištenja zemljišta, GIS se koristi da se odrede posljedice različitih mogućnosti razvoja regije,
U geologiji, GIS se koristi da se pronađe najpogodnije mjesto za iskop, ili određivanje područja povezanih sa prirodnim rizicima,
Područja koja mogu biti zahvaćena zagađenjem se analiziraju koristeći GIS funkcije,
Proširenje gradova se planira na osnovu analiza mnogih prostornih i vremenskih uzoraka
Da bismo mogli donijeti odgovarajuće odgovore na ova i slićna pitanja, potreban je pristup različitim vrstama informacija. Podaci bi trebali biti održavani i ažurirani i trebali bi biti korišteni u analiziranju da bismo dobili korisnu informaciju. U ovom postupku ILWIS može biti korisno oruđe.
5.1. Mogućnosti ILWIS-a
Jedna od glavnih značajki ILWIS-a je mogućnost rada kako s rasterskim tako i s vektorskim podacima te podržava i konverzije među njima. ILWIS omogućava unos, upravljanje, analizu i prikazivanje podataka definiranih u prostoru, kao i izradu visoko kvalitetnih karata.
Na rasterskim snimkama mogu se kreirati digitalni modeli reljefa (DEM), korigirati utjecaji sjene i računati udaljenosti. ILWIS može poboljšavati prikaz na snimkama pomoću raznih filtera, rastezanja skupa vrijednosti piksela (stretching), rezanja i lijepljenja slike, razdvajanja RGB snimke na tri razdvojene jednokanalne snimke (color separation)...
Sa satelitskim snimkama ILWIS može kreirati snimke sa 24-bitnim pikselima, nastale spajanjem bilo koja tri kanala u jedan piksel (color composite). Također, može kreirati histograme, filtrirati snimke, uzimati uzorke i klasificirati snimke, prikazivati višekanalne statistike...
Vektorski prikazi mogu se dobiti na razne načine. ILWIS podržava digitalizaciju analognih snimaka i konverziju iz klasificiranih rasterskih snimaka (interpolacijom iz točaka ili iz izolinija). Iz vektorskih snimaka također, kao i iz rasterskih, mogu se izvoditi i razne analize.
ILWIS podržava import vektorskih i rasterskih karata raznih formata zapisa (Slika 4).
22
Slika 4 Unos podataka u ILWIS
Kao što mu i samo ime kaže, ILWIS je specijaliziran za izradu hidroloških analiza koje između ostalog služe za određivanje prirodnog toka vode, određivanje drenažne mreže te konstruiranje akumulacijskih područja. Jedna od zanimljivijih opcija programa ILWIS je mogućnost raznovrsnih prikaza digitalnih modela terena koji vjerno vizualiziraju određeno područje.
Poteškoće koje se javljaju prilikom rada u ILWIS-u su uzrokovane nepostojanjem undo funkcije, zatim nema mogućnosti preimenovanja datoteka u ILWIS-ovom prozoru, a ne preporučuje se ni preimenovanje u Windowsima, jer se tako mogu prekinuti veze između međusobno ovisnih datoteka. Također, često mu fali funkcija apply pa kad se naprave neke promjene, da bi postale vidljive na snimci, najlakše je zatvoriti je pa je ponovo otvoriti.
5.2. Struktura prostornih podataka u ILWIS-u
Prostorna obilježja u ILWIS-u se mogu prikazati na slijedeće načine:
Točkama. Mnogi detalji se mogu prikazati kao pojedine točke na karti, kao primjerice, postaja za mjerenje kiše, kuće, točke uzoraka i sl.
Linijama. Linearni objekti kao što su ceste, linije drenaže ili slojnice.
Površinama. Objekti koji zauzimaju određeno područje, kao što su jedinice korištenja zemljišta (npr. šuma), geološke jedinice itd.
23
Ovi prostorni entiteti mogu biti prikazani u digitalnom obliku u dva modela: vektorskom ili rasterskom modelu. Oba modela pohranjuju položaje entiteta i njihove vrijednosti, klase ili identifikacije. Ključna razlika između tih modela podataka je način na koji pohranjuju i prikazuju položaje (Slika 5 ).
Slika 5 Prikaz prostornih entiteta u vektorskom i rasterskom formatu
5.2.1. Vektorski model
U vektorskom modelu položaj svakog prostornog objekta je određen pomoću skupa X i Y koordinata. Osim položaja, značenje objekta je dano kodom (nazivom).
Točka
Položaj točke je opisan pomoću jedinstvenog XY para koordinata. Točke su pohranjene u kartama točaka (engl. point map) pomoću bilježenje njihovog položaja u X i Y koordinatama, i kodiranjem (npr. stanica za mjerenje padalina, visine, itd.)
Segmenti
Linija je pohranjena kao niz X i Y koordinata (točaka) koje najbolje ocrtavaju njena svojstva. Točke su spojene ravnim dužinama. U ILWIS-u dijelovi linije se zovu segmenti. Segment je opisan pomoću koordinata početne i završne točke (čvorova) i središnje točke. Kod segmenta se određuje što predstavlja segment (npr. cestu, državnu granicu, slojnicu, itd.)
Mnogokuti
24
Površine se prikazuju pomoću njihovih granica ili međa, koje su ustvari linije pohranjene na isti način kao i segmenti. Poligon je zatvorena površina jednog ili više graničnih segmenata i koda. Granični segmenti definiraju i granice poligona i što im je s lijeva, a što s desna (topološka struktura). Površina određena pomoću graničnih linija i koda naziva se mnogokut. Kod mnogokuta se opisuje njegov sadržaj (npr. šuma, grad, pješčenjak, itd.)
U ILWIS-u vektorske karte (engl. vector map) su ili karte točaka (engl. point map), segmenata (engl. segment map) ili mnogokuta (engl. polygon map). Većina ovih karata se dobiva digitaliziranjem ili uvoženjem. Vektorske karte iziskuju manje prostora za pohranjivanje na disku i pogodni su za stvaranje visoko kvalitetnih izlaznih karata. Manje su pogodne za dosta GIS operacija, pogotovo onih koje se bave preklapanjem karata. Moguće je pretvoriti vektorsku kartu u rastersku. U ILWIS-u, većina analitičkih operacija se temelje na rasterima.
5.2.2. Rasterski model
U rasterskom modelu, prostorni podaci su ustrojeni u pravilne ćelije ili piksele. Piksel je izraz dobiven iz engleske riječi za slikovni element (engl. picture element). Ti slikovni elementi su osnovne jedinice za koje se podaci jasno zapisuju. Svakom slikovnom elementu pripada samo jedna vrijednost. Karte pohranjene u ILWIS-u u rasterskom modelu se zovu rasterske karte (engl. raster map). Svi pikseli u rasterskoj karti imaju jednake dimenzije. Zbog toga nije nužno pohranjivati sve koordinate piksela kao piksele uređene u pravilnom uzorku. Dovoljno je odrediti veličinu piksela i parametre pretvaranja između X i Y koordinata na karti i položaja piksela na rasterskoj karti (red i stupac). Postupak ustanovljavanja ove veze se zove georeferenciranje. Kroz georeferenciranje saznajemo odnos između koordinatnog sustava i položaja piksela na slici.
Točka je opisana u rasterskom modelu položajem jednog piksela. Položaj svake ćelije je određen brojem stupca i retka. Pikselu je pridodan kod (naziv). Linija i površina su opisani pomoću skupa spojenih piksela, koji imaju isti kod (naziv). U rasterskom modelu nema temeljne razlike u pohranjivanju točaka, linija i površina.
Kroz rasteriziranje vektorski podaci (točke, segmenti, mnogokuti) mogu se pretvoriti u rasterski oblik. Osim ovog izvora, rasterske karte mogu biti unesene kao slike, satelitske snimke, skenirane aerofotografske ili druge unesene karte iz raznih izvora. Većina ILWIS raščlanjivanja se zasniva na rasterskom modelu podataka, a također i rezultati većine operacija su također rasterske karte.
5.3. Tipovi objekata
Tipovi objekata u ILWIS-u su:
Podatkovni objekti - rasterske, poligonske i segmentne karte, karte točaka, tablice. Oni obuhvaćaju aktualne podatke.
Servisni objekti - koriste ih podatkovni objekti. Pored podataka obuhvaćaju pomoćne aplikacije koje podatkovni objekti trebaju, osim samih podataka (domene, načini prikaza, koordinatni sustavi i georeferenciranje).
25
Skladišni objekti - skupovi podatkovnih objekata (liste snimaka, skupova
objekata i njihovih prikaza te tekstualne primjedbe).
Specijalni objekti - histogrami, skupovi (set) uzoraka, 2D tablice, matrice, filteri, funkcije definirane od strane korisnika i komandne datoteke.
Formati u kojima su spremljeni tipovi objekata koji se javljaju u diplomskom radu su:
.cs# - binarna datoteka za rubne točke koordinatnog sustava, uvijek dolazi sa .csy datotekom,
.csy - definira objekte i podatke za koordinatne sustave, ASCII datoteka,
.dom - definira domene, ASCII datoteka,
.dm# - binarna datoteka za domenu,
.gr# - binarna datoteka za georeferenciranje rubnih točaka, direktno georeferenciranje linija i georeferenciranje ortofoto planova, uvijek dolazi sa .grf datotekom,
.grf - definira objekte za georeferencirane rasterske karte, ASCII datoteka,
.hi# - binarna datoteka za histogram rasterske snimke, uvijek dolazi sa .his datotekom,
.his - definira objekte za histograme rasterske snimke, ASCII datoteka
.mpl - definira objekte i podatkovnu datoteku za listu snimaka, ASCII datoteka,
.mp# - binarna datoteka, uvijek dolazi sa .mpr datotekom,
.mpr - definira datoteke za poligonske karte, ASCII datoteka,
.mpv - definira objekte za prikaz snimaka, ASCII datoteka,
.rp# - binarna datoteka za prikaz domene, uvijek dolazi sa .rpr datotekom,
.rpr - definira objekte za prikaz, ASCII ddatoteka,
.sms - definira objekte za set uzoraka.
26
5.4. Grafičko sučelje ILWIS-a
5.4.1. Pokretanje ILWIS-a
Pri pokretanju ILWIS-a otvara se glavni prozor (Error! Reference source not found.). Iz ovog prozora moguće je rukovati sa svim podacima i pokretati sve operacije.
Slika 6 ILWIS – glavni prozor
Kod standardnih postavki glavni prozor sastoji se od:
naslovne trake (engl. Title bar),
trake izbornika (engl. Menu bar),
standardne alatne trake (engl. Standard toolbar),
alatne trake za odabir vrste objekta (engl. Object selection toolbar),
komandne linije (engl. Command line),
kataloga (engl. Catalog),
statusne traka (engl. Status bar) i
27
okvira operacija/navigacije (engl. Operations/Navigator pane)
Na slici iznad, s lijeve strane vidimo okvir operacija/navigacije koji sadrži tri tab-a: navigator, Operation–tree (stablo operacija) i Operation–list (listu operacija).
(a) (b) (c)
Slika 7 ILWIS – okvir operacija/navigacije
Operation–tree (Error! Reference source not found. (a)) i Operation–list (Error! Reference source not found. (b)) pružaju pregledan prikaz svih operacija u ILWIS-u. U izborniku Operation–tree naredbe su poredane u obliku stabla, tako da ih lako nalazimo prema funkciji koju obavljaju, dok Operation–list sadrži te iste naredbe, ali poredane po abecedi. Na Error! Reference source not found. (a) vidimo kako su sve hidrološke analize uredno posložene pod izbornikom DEM hydro-processing, što uvelike olakšava posao korisnicima koji se prvi puta susreću s programom i još ne znaju gdje da šta traže. U oba prikaza svaki element liste/stabla prikazan je ikonom i imenom. Ikone opisuju tip izlaznih podataka pojedine operacije.
Navigator (Error! Reference source not found.(c)) se koristi za promjenu trenutnog diska i radnog direktorija (engl. working directory). U obliku stabla
prikazuje listu svih direktorija. Navigator također sadrži i povijest (engl. History ) kako bi se olakšao povratak na prethodno korištene direktorije.
28
5.4.2. Traka izbornika
Traka izbornika ima šest podizbornika: File, Edit, Operations, View, Window and Help.
U File izborniku (Error! Reference source not found.) imamo ponuđene opcije za stvaranje raznih objekata i otvaranje već postojećih ILWIS objekata (projekta). Također u ovom izborniku možemo mijenjati postavke programa (engl. Preferences). U postavkama se mogu promijeniti postavke programa i izgled radnog prozora (veličinu/položaj, radni direktorij, direktorij gdje se nalaze podaci, veličinu fontova, veličina prozora, itd.)
U Operations izborniku imamo ponuđeno:
Visualization – koristi se za razne prikaze ulaznih podataka u novom prozoru (karte, tablice, kompozicija karata, slide show, 3D, stereo-par)
Raster operations – analize rasterskih karata, prekrivanje, grupiranje, dodjeljivanje svakom pikselu udaljenosti u metrima od korisnički definiranog piksela, dodjeljivanje jedinstvenih identifikatora pikselima iste klase ili vrijednosti, kopiranje dijela rasterske karte u novu rastersku kartu, spajanje više georeferenciranih rasterskih karata u jednu rastersku kartu, zrcaljenje/rotacija itd.
Image processing – operacije filtriranja, rastezanja, sjenčanja, razdvajanja po bojama, kompozicije boja, raspoređivanja u razrede, uzimanja uzoraka, klasifikacija, izmjena rezolucije i sl.
Statistics – stvaranje histograma, te razne statistike rastera, poligona, segmenata i točaka
Interpolation – interpolacija rastera, segmenata i točaka
Vector operations - operacije sa vektorima
Rasterize – pretvorba poligona/segmenta/točaka u raster i gustoća segmenata/točaka
Vectorize – pretvorba rastera u poligon/segment/točke, pretvorba poligona u segmente/točke i pretvorba segmenata u poligone/točke.
Table operations - transponiranje, promjena domene, spajanje tablica
Hydrologic flow – DEM vizualizacija i optimizacija
Import – uvođenje datoteka drugih aplikacija u ILWIS
Edit, View i Help su više-manje standardni izbornici kod većine programa pa je njihovo detaljnije objašnjavanje suvišno.
29
Slika 8 ILWIS – File izbornik
5.4.3. Katalog
Katalog je dio glavnog prozora u kojem se prikazuju karte, tablice i ostali ILWIS objekti. Vrste najčešće korištenih ILWIS objekata su:
Rasterska karta – trodimenzionalni prikaz promatranog područja
Poligonska karta – sadrži prostorne jedinice proučavanog područja
Karta segmenata
Karta točaka
Tablica – sadrži podatke o promatranom području
Domena – sadržaj/lista imena istoimenog objekta
Reprezentacije – sadrži boju piksela rasterske karte
Koordinatni sistem – sadrži definiciju koordinatnog sustava koji se koristi
Georeference
Prvih pet objekata nazivaju se podatkovni objekti. Oni sadrže stvarne podatke. Ostali objekti se nazivaju objektima posluživanja. Oni sadrže potrepštine koje podatkovni objekti trebaju osim samih podataka.
30
6. PRAKTIČNI DIO
Zadatak ovog diplomskog rada bio je modeliranje poplava u programskom paketu ILWIS. Za modeliranje poplava koristili smo Landsat 7 snimke koje smo preuzeli sa [Error! Reference source not found.3]. Radili smo analizu područja oko rijeke Drave u okolici Osijeka u vremenskom intervalu od 3 godine, sa snimkama ažuriranim svakin godinu dana.
6.1. Preuzimanje podataka
United States Geological Survey (USGS) je znanstvena agencija Vlade Sjedinjenih Američkih Država. Znanstvenici zaposleni u USGS-u bave se proučavanjem krajolika, prirodnih resursa i prirodnih hazarda koji prijete. Organizacija ima četiri glavne znanstvenih disciplina, u vezi biologije, geografije, geologije i hidrologije.
USGS Global Visualization Viewer (GloVis) je brz i jednostavan online alat za pretraživanje i naučivanje za odabrane satelitske podatake. Viewer omogućuje korisniku pristup svim raspoloživim preglednicima slika od velikog broja Landsat zbirki podataka, kao i ASTER, MODIS, EO-1, i drugih senzora. Kroz grafički prikaz karta, korisnik može odabrati bilo koje područje interesa i brzo provjeriti dostupnost podataka unutar USGS popisa za navedene lokacije.
Slika 9 USGS Global Visual Viewer
31
Za potrebe izrade ovog diplomskog rada preuzeli smo LANDSAT 7 snimke od 2003. godine nadalje sa [Error! Reference source not found.] koje se daju bez Scan Line Correctora (SLC-a) koji se pokvario 6 tjedana nakon lansiranja satelita u orbitu. Koristili smo snimke istog područja Drave oko Osijeka iz 2007, 2008 i 2009 godine radi određivanja razlike poplavama obuhvaćenih površina kroz godine.
Slika 10 USGS Global Visual Viewer data download
6.2. Georeferenciranje
Uvjet za mnoge operacije sa snimkama je da one moraju biti georeferencirane. Prvo je potrebno kreirati koordinatni sustav.
Za potrebe državne izmjere u Hrvatskoj se upotrebljava Gauss-Krűgerova projekcija. To je konformna, poprečna, cilindrična projekcija elipsoida u ravninu.
U literaturi engleskog govornog područja ta se projekcija naziva transverzalna (poprečna) Mercatorova projekcija.
Gauss-Krűgerova projekcija određena je uvjetima:
32
1. projekcija je konformna, 2. srednji meridijan preslikava se u pravoj veličini, odnosno mjerilo uzduž
njega je konstantno, 3. os x pravokutnog koordinatnog sustava poklapa se sa slikom srednjeg
meridijana područja preslikavanja. Ishodište se obično uzima u presjecištu slike meridijana i ekvatora.
Širina područja preslikavanja iznosi 127 km istočno i zapadno od središnjeg meridijana, odnosno 1,°5. Širina jednog sustava iznosi 3°. Područje Hrvatske čine dva koordinatna sustava 5 i 6, sa dodirnim meridijanima 15° i 18°.
Odlukom o utvrđivanju službenih geodetskih datuma i ravninskih kartografskih projekcija Republike Hrvatske (NN br. 110/04 i 117/04), utvrđeno je da se koordinatni sustav poprečne Mercatorove (Gauss-Krűgerove) projekcije, sa srednjim meridijanom 16°30' i linearnim mjerilom na srednjem meridijanu 0,9999 određuje projekcijskim koordinatnim sustavom Republike Hrvatske za područje katastra i detaljne državne topografske kartografije. Novi službeni geodetski datumi i ravninske kartografske projekcije u službenu uporabu uvodit će se postupno, a najkasnije do 1. siječnja 2010. godine.
U glavnom ILWIS-ovom prozoru naredbom File > Create > Coordinate System kreira se koordinatni sustav (slika 21). Odabere se ime (npr. «gk5») i Coordinate System Projection.
Nakon otvaranja dijaloškog okvira Coordinate System Projection odabere se:
Projektion: transverzalna Mercatorova,
Elipsoid: Bessel 1841,
Datum: Croatia,
False Easting: 6 500 000,
Central Meridian: 18°,
Scale Factor: 0.9999.
33
Slika 11 Definiranje koordinatnog sustava
Georeferenciranje snimke pokreće se naredbom File > Create > GeoReference, nakon čega se otvara dijaloški okvir Create GeoReference (slika 12).
Slika 12 Dijaloški okvir Create GeoReference
34
Georeferenciranje se vrši pomoću koordinata uglova snimka pa se odabere opcija GeoRef Tiepoints. Za koodinatni sustav odabere se ranije definiran «gk6» i snimka «2007».
Nakon toga se otvara dijaloški okvir GeoReference Editor (slika 13), u kojem se odabirom točaka na snimci, ili pomoću Edit > Add Tie Point, unesu koordinate uglova plana. Treba naglasiti da se upisuju koordinate središta rubnog piksela.
Slika 13 Dijaloški okvir GeoReference Editor
Editor se može ugasiti. Ako sada otvorimo snimku, u donjem desnom uglu prozora možemo pročitati koordinate pojedinih piksela.
Nakon provedenog georeferenciranja snimke, pristupili smo klasificiranju snimke, i to naredbom cluster.
6.3. Naredba Cluster
Klasteriranje, ili klasifikacija bez nadzora, je prilično brz proces u kojem se slikovni podaci grupiraju u skupine na temelju spektralnih statističkih svojstava svih vrijednosti piksela. To je automatska klasifikacija s maksimalno 4 ulazna banda. Klasteriranje se pokreće pomoću naredbe Image Procesing > Cluster. Možemo definitrati broj izlaznih mapa, do maksimalno njih četiri, zbog 4 ulazna banda koja
35
naredfba obrađuje. Također definiramo i broj klastera odnosno klasa, a nama je za potrebe izrade rada bilo bitno definirati vodene površine te smo stoga definirali samo 2 klastera: vodene površine i ostalo.
Slika 14 Clustering
Rezultat je podjela slike na Cluster-e, kojima možemo grafički manipulirati, npr. mijenjati boje i slično. Iako nismo provodili klasifikaciju snimke, opet smo na neki način uspješno definirali potrebne klase. Nakon tako možemo pristupiti vektorizaciji slike
6.4. Vektorizacija slike
Naredbom Vectorize > Raster to Polygon Ilwis vrši automatsku vektorizaciju rasterske slike. Bitno je napomenuti da snimka prije toga mora biti klasificirana, jer naredba funkcionira po principu da se sva klasificirana područja prebacuju u poligone. Domena snimke koju vektoriziramo mora biti Image, jer je vektorizacija moguća samo na snimkama sa tom domenom
36
Slika 15 Naredba Vectorize > Raster to Polygon
Nakon provedene naredbe ILWIS automatski vektorizira rastersku sliku i to po rubovima određenim klasifikacijom slike, odnosno naredbom Cluster. Rezultat je slika u vektorskom obliku (Slika 16) sa kojom su moguće daljnje manipulacije.
37
Slika 16 Vektorizirana slika
Na vektoriziranim snimkama moguće je provesti histogramsku analizu pomoću naredbe Statistics > Histogram
38
Slika 17 Statistics > Histogram
Histogram izbacuje grafičke omjere i numeričke podatke o površinskoj pokrivenosti crteža određenim klasterom
Slika 18 Površine pod clusterima
U lijevom dijelu histograma sa slike br. 18 nalazi se grafički omjer površina između 2 klastera, a u desnom numerička očitanja.
39
Kako smo mi unaprijed definirali da nam klaster 2 prikazuje vodene površine, a klaster 1 sve ostale površine, iz razlika histogramskih očitanja kroz godine jasno vidimo razliku između vodenih površina na zadanom području kroz period od 3 godine.
Slika 19
Slika 20
Slika 21
40
Na slici br 19 prikazano je stanje vodenih površina iz 2007. godine, na slici br 20 stanje iz 2008. godine, a na slici br 21 stanje vodenih površina iz 2009. godine.
6.5. Grafički prikaz promjene vodenih površina
Završni korak ovog diplomskog rada bio je vizualizacija prikaza promjena vodenih površina na zadanom području rijeke Drave. U Ilwisu nije moguće prikazati transparenti prikaz preklopa 2 snimke, pa smo vektorski obrađene snimke konvertirali u .dxf datoteke radi prikaza u AutoCAD-u.
Konverzija se izvodi naredbom Import/Export > Export uz odabir ponuđenog formata odnosno ekstenzije datoteke (Slike 22 i 23).
Slika 22 Import/Export > Export
41
Slika 23 Format .DXF
Rezultat konvertiranja je .dxf datoteka koju dalje možemo po potrebi obrađivat u AutoCAD-u.
Rezultat konvertiranja je .dxf datoteka koju dalje možemo po potrebi obrađivat u AutoCAD-u (Slika 24).
42
Slika 24AutoCAD prikaz vektorski obrađene slike u ILWIS-u
AutoCAD je, zbog prethodno vektorizirane slike, vodene površine automatski prikazao kao zatvorene polyline linije, te nam je time još više olakšano daljnje manipuliranje datotekama.
Nakon obavljenog preklapanja snimaka (Slika 25) jasno se vidi razlika između vodenih površina kroz godine (Slika 26).
43
Slika 25 Transparentno preklapanje slika u AutoCAD-u
Slika 26 Prikaz poplavljenih površina kroz godine
44
Na slici br. 26 crvenom bojom prikazano je stanje vodenih površina iz 2007. godine, zelenom bojom prikazano je stanje iz 2008. a plavom je prikazano stanje iz aktualne, 2009. godine.
45
7. Zaključak
Cilj ovog diplomskog rada bio je provesti analizu vodenih površina rijeke Drave na području oko Osijeka upotrebom programske aplikacije ILWIS i ispitati mogućnost njihova korištenja u upravljanju poplavama. U tu svrhu korištene su LANDSAT 7 multispektralne satelitske snimke odabranog područja kroz vremenski period od 3 godine i programski paket ILWIS. Prednosti korištenja ILWIS-a su višestruke, primjerice, analize su gotovo u potpunosti automatizirane, a time je i postupak relativno brz. Izborom raznih opcija za vizualizaciju unutar aplikacije je znatno olakšan pregled prostornih podataka. Kreiranjem modela unutar GIS okruženja moguće je koristiti klasične atributne, kao i prostorne upite, te ih kombinirati. Time je omogućena izrada velikog broja različitih analiza i tematskih prikaza modeliranog područja.
Međutim postoje i mane korištenja ILWIS-a koje se odnose se na poteškoće prilikom odrađivanja određenih operacija sa rasterskim snimkama. Neke naredbe neće obraditi određeni raster ako domena snimke nije podešena točno za potrebe izvršavanje te iste naredbe, a što otežava korištenje neiskusnim korisnicima. Ostale poteškoće također nisu od velikog značaja. Uzrokovane su nepostojanjem undo funkcije. Zatim, nema mogućnosti preimenovanja datoteka u ILWIS-ovom prozoru, a ne preporučuje se ni preimenovanje u Windowsima jer se tako mogu prekinuti veze između međusobno ovisnih datoteka. Unatoč tome, ILWIS se kao slobodni softver pokazao dovoljno fleksibilnom i učinkovitim za rad.
Nastavno na ovaj rad mogla bi se napraviti analiza i kombinacija između LANDSAT snimaka i podatka s mjernih stanica. Kombiniranjem tih dvaju izvora podataka sigurno bi rezultiralo kvalitetnijim modeliranjem vodenih plavnih područja.
46
Literatura:
Oluić, M. (2001): Snimanje i istraživanje Zemlje iz svemira. Hrvatska akademija znanosti i umjetnosti, Zagreb.
Bajić, M. (1999): Daljinska istraživanja, bilješke, Geodetski fakultet, Zagreb
Mohd. Ibrahim Seeni Mohd. & Mohamad Adli bin Mansor (1999): Flood Predicition from LANDSAT Thematic Mapper Data and Hydrological Modeling. GIS Development.
Ivančević, T. (2008): Klasifikacija zračnih snimaka na području Jaruna pomoću programa ILWIS. Diplomski rad, Geodetski fakultet Sveučilišta u Zagrebu.
Mihalić, M. (2008): Model sliva rijeke Zrmanje u ILWIS-u. Diplomski rad, Geodetski fakultet Sveučilišta u Zagrebu
POPIS URL-ova:
URL 1. http://itc.eu/ilwis/applications/application02.asp
URL 2. http://www.itc.nl/ilwis/
URL 3. http://glovis.usgs.gov/
URL 4. http://glovis.usgs.gov/ImgViewer/Java2ImgViewer.html
47
Ž I V O T O P I S
E U R O P E A N C U R R I C U L U M V I T A E
F O R M A T
OSOBNE OBAVIJESTI
Ime IVAN, GAČIĆ Adresa NASEROV TRG 12, 10020 ZAGREB Telefon 0981749561
Faks E-pošta [email protected]
Državljanstvo Hrvatsko
Datum rođenja 12.06.1980
RADNO ISKUSTVO
• Datum (od – do) LIPANJ 2005 – RUJAN 2005 • Naziv i sjedište tvrtke zaposlenja Vještačenje Bajilo d.o.o.
• Vrsta posla ili područje Reambulacija K.O. Centar i K.O. Trešnjevka • Zanimanje i položaj koji obnaša Voditelj terenske grupe
• Osnovne aktivnosti i odgovornosti
• Datum (od – do) KOLOVOZ 2005 – VELJAČA 2007 • Naziv i sjedište tvrtke zaposlenja Geodetski fakultet Zagreb
• Vrsta posla ili područje Vođenje trase plinovoda Zagreb-Slavonski brod, uredska obrada podataka • Zanimanje i položaj koji obnaša
• Osnovne aktivnosti i odgovornosti
• Datum (od – do) VELJAČA 2008 –KOLOVOZ 2008 • Naziv i sjedište tvrtke zaposlenja M.G.V. d.o.o. Zagreb
• Vrsta posla ili područje Terenski poslovi u geodeziji • Zanimanje i položaj koji obnaša Figurant
• Osnovne aktivnosti i odgovornosti
• Datum (od – do) LISTOPAD 2007 –VELJAČA 2008 • Naziv i sjedište tvrtke zaposlenja Geodetski fakultet Zagreb
• Vrsta posla ili područje Demonstrator na Geodetskom fakultetu iz predmeta Geodetski instrumenti • Zanimanje i položaj koji obnaša
• Osnovne aktivnosti i odgovornosti
48
• Datum (od – do) STUDENI 2008 –PROSINAC 2008
• Naziv i sjedište tvrtke zaposlenja Geodetski fakultet Zagreb • Vrsta posla ili područje Snimanje K.O. Župe Dubrovačke
• Zanimanje i položaj koji obnaša • Osnovne aktivnosti i odgovornosti
ŠKOLOVANJE I IZOBRAZBA
• Datum (od – do) 1995. – 1999. • Naziv i vrsta obrazovne ustanove Geodetska tahnička škola, Zagreb
• Osnovni predmet /zanimanje • Naslov postignut obrazovanjem Geodetski tehničar • Stupanj nacionalne kvalifikacije
(ako postoji)
• Datum (od – do) • Naziv i vrsta obrazovne ustanove
• Osnovni predmet /zanimanje • Naslov postignut obrazovanjem • Stupanj nacionalne kvalifikacije
(ako postoji)
MATERINSKI JEZIK HRVATSKI JEZIK
DRUGI JEZICI
ENGLESKI JEZIK • sposobnost čitanja DOBRO • sposobnost pisanja DOBRO
• sposobnost usmenog izražavanja DOBRO
SOCIJALNE VJEŠTINE I
SPOSOBNOSTI Življenje i rad s drugim ljudima u
višekulturnim okolinama gdje je značajna komunikacija, gdje je timski rad osnova
(npr. u kulturnim ili sportskim aktivnostima).
Komunikacijske vještine stečene u radu s ljudima
TEHNIČKE VJEŠTINE I
SPOSOBNOSTI S računalima, posebnim vrstama
opreme, strojeva, itd.
Poznavanje rada na računalu; svakodnevno korištenje Microsoft Office paketa (Word, Excel, Power Point, Outlook), internet, poznavanje rada u AutoCad-u, ILWIS …
VOZAČKA DOZVOLA da
