Download pdf - 08 Daljinska istrazivanja 2 dio 01092010 - rudar.rgn.hrdperko/nids_dperkovic/predavanja/08_Daljinska... · geologija (geomorfologija, tektonika, litologija, seizmotektonika, istraživanje

Daljinska istraživanja – 2. dio

Dario Perkovi ć 2010

O S N O V E G E O I N F O R M A T I K E

2Daljinska istraživanja – 2. dio

REFERENTNI PODACI


Podaci dobiveni daljinskim istraživanjima u pravilu se rijetko koriste

za samostalno donošenje odluka, već se kombiniraju s podacima

dobivenim iz drugih izvora (terenski podaci, postojeće karte,

elaborati). To su npr.:

• karta tala

• laboratorijski izvještaj kvalitete vode

• mjerenja temperature i fizikalno-kemijskih svojstava

različitih pojava u prirodi (voda, zrak, vjetar itd.)

Ovi podaci nam služe kao terenska provjera za identitet, pružanje i

stanje poljoprivrednih usjeva, upotrebe zemljišta, vrsta drveća ili

zagañenja vode. Geografska pozicija je obično označena na karti a

koristi se i GPS.

Podaci iz drugih izvora


Ovi (referentni) podaci zovu se još i GROUND TRUTH. To su

podaci na tlu (na licu mjesta, na lokaciji) iako se podaci mogu

mjeriti i u zraku u obliku aerosnimaka gdje su nam to referentni

podaci za satelitski snimak ili snimak s veće visine. Referentni

podaci mogu biti korišteni da bi se:

� olakšala analiza i interpretacija podataka dobivenih

daljinskim istraživanjima

� kalibrirao senzor

� potvrdile informacije dobivene iz podataka dobivenim

daljinskim istraživanjima

“Ground truth” podaci


ceptometar za mjerenjeLAI (leaf-area-index) indeksa

ceptometar za mjerenjeLAI (leaf-area-index) indeksa

detektordetektor

osobno računaloosobno računalo

radiometarradiometar

Mjerenje spektralne refleksije pomoću spektroradiometra

Mjerenje spektralne refleksije pomoću spektroradiometra

Mjerenja na zemlji (“in situ”)


SPEKTRORADIOMETAR GPSSPEKTRORADIOMETAR GPS

Mjerenja na zemlji (“in situ”)


Da bi bili od najveće koristi, originalni podaci dobiveni daljinskim

istraživanjima moraju biti kalibrirani (baždareni) na dva načina:

1) Geometrijska (x,y,z) i radiometrijska (postotak refleksije)

kalibracija da bi se podaci iz daljinskih istraživanja dobiveni na

različite datume mogli usporediti

Značaj terenskih podataka


2) Podaci iz daljinskih istraživanja moraju obično biti kalibrirani s

onima na zemlji. To mogu biti biofizikalni podaci (npr. LAI,

biomasa), karakteristike poljoprivredne kulture (npr. korištenje

zemljišta/pokrivač, gustoća zasijane kulture).

Terenski posao je neophodan za postizanje ove obje

kalibracije. Može se reći da će, osoba koja razumije kako

prikupiti značajne terenske podatke o istraživanoj pojavi,

zasigurno i mudrije koristiti tehnike i vještine u daljinskim

istraživanjima.

Značaj terenskih podataka


GPS


GPS je globalni sustav za pozicioniranje i služi da bi odredili

lokaciju, na terenu opažanih, referentnih podataka. Osim na

Zemlji, GPS se koristi i u avionima i satelitima za daljinska

istraživanja kao senzor koji daje pouzdanu prostornu informaciju o

poziciji kamere u trenutku snimanja svakog pojedinog snimka, ili

za definiranje pozicije hidrografskih ureñaja i dr.

Definicija i primjena


• Postoji od 1973. godine (američko Ministarstvo obrane)

• Sustav se bazira na prostornom razmještaju satelita koji

kruže oko Zemlje

• Primjena u početku samo u vojne svrhe, potom i u civilne

svrhe: navigacijske potrebe (kopno, more, zrak),

geoznanstvena područja (geodezija, aerofotogrametrija,

geologija, geofizika itd.), GIS, kartografija, šumarstvo,

agronomija i dr.

Definicija i primjena


GPS je primjenjiv na cijeloj Zemlji i sastoji se od 3 osnovna

segmenta:

�svemirski segment koji čine sateliti s emitiranim signalima

�kontrolni segment koji upravlja cijelim sustavom (Navstar GPS)

�korisni čki segment , odnosno različiti tipovi prijemnika

Tri osnovna segmenta


Svemirski segment

• 24 NavStar (Navigation System With Timing and Ranging

Global Positioning System) satelita na H=20200 km, u 6 orbita u

6 ravnina

• Sustav navigacijskih satelita svojim signalom prekriva cijelu

Zemljinu kuglu.

Svemirski i kontrolni segment


Kontrolni segment

• obuhvaća operativni kontrolni sustav (OCS) koji se sastoji od

glavne kontrolne stanice, koja se nalazi u Falconu (Colorado

Springs, USA) te stanica za opažanje rasporeñenih po cijelom

svijetu

• može opsluživati neograničen broj korisnika, po svakom

vremenu i na svakom mjestu

Svemirski i kontrolni segment


Korisnički segment

• GPS prijemnici koji se već rutinski koriste pri izvoñenju različitih

civilnih i vojnih zadataka (npr. za precizno odreñivanje pozicije

objekata i brzine kretanja vozila).

• GPS ureñaj se sastoji od prijemnika signala (antene),

mikroprocesora, kontrolne jedinice (tastatura i ekran), memorijskog

spremnika i radiofrekvencijske jedinice.

• Kada se prijemnik uključi, automatski se biraju 4 satelita koji se

nalaze u najpovoljnijem položaju prema korisniku. Primaju se njihovi

navigacijski signali i izračunava se približna udaljenost svakog od

njih. Na temelju tako dobivenih podataka računalo izračuna točan

položaj korisnika i eventualnu brzinu kretanja.

• Danas na tržištu postoji više od 100 vrsta GPS prijemnika.

Korisnički segment


• GPS je najčešće direktni i brzi izvor prostornih podataka u GIS-u

• GPS omogućuje 4. dimenziju i to kao direktno mjerenu veličinu

(vrijeme), te indirektne veličine (azimut i brzina gibanja izmeñu

dvije točke) a sve to daje ocjenu točnosti

• U GIS-u se koriste dva ili više ureñaja zbog preciznosti podataka

(nekoliko cm)

• GPS se može koristiti za kartiranje i za terensku izmjeru i to s

različitim položajnim i visinskim točnostima: geodezija -

centimetarska točnost, kartiranje metarska točnost.

• Horizontalna točnost je 2 - 3 puta bolja od vertikalne

GPS i GIS


IDEALNI SUSTAVDALJINSKIH ISTRAŽIVANJA


Idealni sustav daljinskih istraživanja u praksi na žalost ne postoji.

Komponente idealnog sustava


KARAKTERISTIKE REALNOG SUSTAVA DALJINSKIH

ISTRAŽIVANJA


• Izvor energije najčešće nije nepromijenljiv pa je potrebno raditi kalibraciju karakteristika izvora zračenja ili raditi s relativnim jedinicama zračenja

• Atmosfera pravi probleme pa je potrebna kalibracija• Različiti materijali mogu spektralno izgledati isto zbog

višeznačnosti spektralnog „svijeta”• Idealni supersenzor ne postoji, nema senzora koji je osjetljiv na

sve valne duljine• Kapacitet podataka koje generiraju senzori nadmašuju

mogućnosti sustava za obradu istih podataka• Korisnici moraju konačno i koristiti podatke iz daljinskih

istraživanja ali na način da nam postaju informacije tj. da netko zna kako ih interpretirati i najbolje koristiti.

Nedostaci realnog sustava


USPJEŠNA PRIMJENA SUSTAVADALJINSKIH ISTRAŽIVANJA


• ispitivanje i procjena obnovljivih resursa

• opažanje stanja i promjene Zemljinog pokrivača

• nadgledanje i kontrola zagañenosti vodnih resursa

• kontrola i monitoring interakcije izmeñu kopna i mora u priobalju

i procjena stanja zagañenosti

• opažanje stanja vegetacije i šuma u kritičnom stanju

• procjena klimatskih faktora na regionalnoj i lokalnoj razini

Primjena – procesi u prirodi


• procjena i nadgledanje fenomena degradacije okoliša

• aktivnosti povezane s geološkim i geobotaničkim problemima

(procjena mineralnih i energetskih sirovina, tzv. neobnovljivih

resursa)

• proučavanje prirodnih katastrofa (razaranja): potresi, vulkanske

erupcije, šumski požari, poplave i dr.,

• razna antropogena devastiranja (incidenti na instalacijama,

zagañenje vode i sl.)

Primjena – procesi u prirodi


� geologija (geomorfologija, tektonika, litologija, seizmotektonika,

istraživanje mineralnih i energetskih sirovina, itd.)

� šumarstvo (planiranje i upravljanje šumama, procjena iznosa

biomase, morfologija, kartiranje šuma, itd.)

� poljoprivreda (kartiranje zemljišta i vegetacije, pedologija,

interpretacija zemljišnih kultura, itd.)

� kartografija (izrada ortofotokarata, satelitskih slikovnih karata i

fotogrametrijske izmjere, obnova topografskih karata, itd.)

Primjena – discipline


� meteorologija (motrenje meteoroloških i ekoloških parametara)

� prostorno planiranje i urbanizam

� vojne potrebe (izviñanje, motrenje, komunikacije,

razminiravanje, itd.)

� ekologija (zaštita okoliša, motrenje površine mora, prirodne i

izazvane katastrofe)

Primjena – discipline


Karta mineralavisine snimanja 4-20 km

hiperspektralni senzor AVIRISUSGS Tetracorder program

(1998)

Karta mineralavisine snimanja 4-20 km

hiperspektralni senzor AVIRISUSGS Tetracorder program

(1998)


Landsat Thematic Mappersnimci na sjecištu San Andreas i Garlock rasjeda

Landsat Thematic Mappersnimci na sjecištu San Andreas i Garlock rasjeda

Landsat 4-kanalni snimak

Landsat 4-kanalni snimak

sjenčani reljef dobiven iz DMR-a

sjenčani reljef dobiven iz DMR-a


Kilauea Pu’u O’o kraterKilauea Pu’u O’o krater

Aerofotografija istjecanja toka lave na vulkanu Kilauea (Hawaii)

Aerofotografija istjecanja toka lave na vulkanu Kilauea (Hawaii)


Grand Canyon, Colorado River, ArizonaGrand Canyon, Colorado River, Arizona

Landsat TM

Band 4

Landsat TM

Band 4

DMRDMR

karta sjenčanog reljefa

karta sjenčanog reljefa

karta nagiba

karta nagiba


NASA ATLASMultispektralni skener (3 x 3 m; Bands 6,4,2 = RGB)

OTOK PALMI, Charleston, S. Carolina

NASA ATLASMultispektralni skener (3 x 3 m; Bands 6,4,2 = RGB)

OTOK PALMI, Charleston, S. Carolina


Landsat MSS snimak, planina Uinta, UtahLandsat MSS snimak, planina Uinta, Utah


Temperatura u svijetu na 0 m n.m.NOAA-14 AVHRR podaci

Temperatura u svijetu na 0 m n.m.NOAA-14 AVHRR podaci

termalni IC podaci (4.3.1999.)(najviše temperature površine u 3 mjerena dana)

termalni IC podaci (4.3.1999.)(najviše temperature površine u 3 mjerena dana)


TERMALNE IC-KAMERETERMALNE IC-KAMERE


Urbana infrastruktura (grad Rosslyn, Virginia)“Soft-Copy” fotogrametrijska tehnika

Urbana infrastruktura (grad Rosslyn, Virginia)“Soft-Copy” fotogrametrijska tehnika


prevrnuti kamion(Anchorage, Alaska)

prevrnuti kamion(Anchorage, Alaska)

potres(Northridge, CA, 1994)

potres(Northridge, CA, 1994)

odron tla(rijeka Santa Clara, CA)

odron tla(rijeka Santa Clara, CA)


Grozny – prije i poslije Drugog čečenskog rata

1999-2000

Grozny – prije i poslije Drugog čečenskog rata

1999-2000


Meteorološki podaciMeteorološki podaci

GOES East snimak uragana Hugo (Portoriko, S. i N. Carolina, (21.9.1989.)

GOES East snimak uragana Hugo (Portoriko, S. i N. Carolina, (21.9.1989.)


DALJINSKA ISTRAŽIVANJA I DRUGE DISCIPLINE


• Predviña se da će vodeće tehnologije u 21. stoljeću biti

daljinska istraživanja, GIS i GPS.

• Zajedničkim korištenjem sve 3 tehnologije može se: prikupljati,

selektirati, analizirati geografske podatke; kontrolirati i upravljati

odreñenim procesima – zasnovanim na geografskim podacima.

• Kvaliteta ovih tehnologija se očituje u tome da se brzo,

pouzdano i ekonomično može registrirati i mjeriti veliki broj

prostornih podataka, te ih se može multidisciplinrano analizirati i

interpretirati prema potrebama korisnika

Daljinska istraživanja, GIS i GPS


• Snimci dobiveni daljinskim istraživanjima i informacije dobivene

iz takvih snimaka (zajedno s GPS podacima), postaju primarni

izvori podataka za moderne GIS sustave.

• Iz satelitskih snimaka se može automatski izraditi DMR

• Daljinska istraživanja i GIS se zajedno koriste za kartiranje i

inventarizaciju prirodnih resursa, procjenu prirodnih katastrofa,

prognoziranje rizika i monitoringa okoliša

Daljinska istraživanja, GIS i GPS


• Snimci dobiveni daljinskim istraživanjima prikupljaju se u

rasterskom formatu pa postaju lako dio GIS-a, rasterskog

GIS-a. Na sirovom ili obrañenom snimku obično gradimo naš

vektorski GIS.

• Podaci iz daljinskih istraživanja ne moraju biti uvijek u

digitalnom obliku jer dovoljna je i vizualna interpretacija da bi

odredili posebne oblike i uvjete na karti koji se zatim posebno

registriraju pri uključivanju u GIS.

Daljinska istraživanja i GIS


• Za daljinska istraživanja i GIS su razvijene posebne vrste

tehničke osnove i programske podrške.

• Nekako je uvriježeno da su stručnjaci za daljinska istraživanja

prvenstveno zaduženi za raspoznavanje i klasifikaciju

odgovarajućih podataka, odnosno njihovu interpretaciju, dok su

stručnjaci za GIS tehnologije više orijentirani prema izradi

karata, provoñenju prostorne analize i oblikovanja prostornih

baza podataka.



• Podaci dobiveni metodama daljinskih istraživanja unapreñuju se

verificiranjem obrañenih podataka u GIS-u, dok s druge strane

GIS primjene imaju značajan izvor informacija u daljinskim

istraživanjima.

• Danas je trend integracija te dvije tehnologije i to je vidljivo kod

proizvoñača softvera ali i kod stručnjaka-specijalista koji se sve

više trude poznavati onu drugu tehnologiju.



PREDNOSTI I NEDOSTACIDALJINSKIH ISTRAŽIVANJA


• Ova istraživanja su nenametljiva ako senzor pasivno bilježi

energiju koja se reflektira ili emitira s objekta našeg zanimanja.

Pasivno daljinsko istraživanje ne ometa objekt od interesa.

• Ureñaj za daljinsko istraživanje može biti “programiran” da

prikuplja podatke sustavno, u obliku okomitih aerosnimaka

veličine 9 x 9 inča. Tako se može izbjeći odstupanje kao u

nekim “in situ” istraživanjima.

Prednosti daljinskih istraživanja


• Pod kontroliranim uvjetima, daljinsko istraživanje nam može dati

fundamentalne biofizikalne informacije koje uključuju x,y

lokaciju, z (visinu ili dubinu), biomasu, temperaturu i udio vlage.

• Informacija dobivena ovim istraživanjima postaje ključna za

uspješno modeliranje brojnih prirodnih procesa (procjena

vodoopskrbe; studije eutrofikacije; zagañenja netočkastim

izvorima) i kulturoloških procesa (prenamjena korištenja

zemljišta na urbanim granicama; procjena potreba za vodom;

procjena populacije)

Prednosti daljinskih istraživanja


• Najveći nedostatak je taj da su podaci iz daljinskih istraživanja

često nedostupni (rasprodani) ali to ne vrijedi konkretno za

satelitske snimke.

• Nemaju dovoljnu rezoluciju (rezolucija je broj linija koje se mogu

ustvrditi po milimetru površine na snimku). To ograničenje je

nekada moglo biti točno ali danas to više nije slučaj.

• Na rezultat daljinskih istraživanja utječu kontrast objekta i

okoline, atmosferski i svjetlosni efekti te valne duljine svjetla pa

sve to utječe na kakvo ću podataka.

• Podaci iz daljinskih istraživanja mogu biti za nas preskupi i to

za prikupljanje i analizu. Srećom, informacija dobivena iz takvih

podataka opravdava troškove.

Nedostaci daljinskih istraživanja


• Podaci mogu biti i nedovoljno precizni za praktične primjene

ali to ovisi o prihvatljivoj razini sigurnosti. Naime, instrumenti u

daljinskim istraživanjima mogu vremenom postati nekalibrirani

rezultirajući onda i nekalibriranim i verificiranim podacima.

Ovdje se može govoriti i o prihvatljivoj razini točnosti ali ne treba

zaboraviti na ljudski faktor.

• Snažni aktivni senzori u daljinskim istraživanjima (radari) mogu

biti jako prodorni i utjecati svojom elektromagnetskom

energijom zračenjem na istraživanu pojavu. Stoga je potrebno

dodatno istraživanje da bi odredili eventualan loš utjecaj

senzora.

Nedostaci daljinskih istraživanja