Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

GIS pro krajinné ekology Dálkový průzkum Země. Co to je?  DPZ je metoda, která bezkontaktním zp ů sobem získává data o zemském povrchu nebo o jevech.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "GIS pro krajinné ekology Dálkový průzkum Země. Co to je?  DPZ je metoda, která bezkontaktním zp ů sobem získává data o zemském povrchu nebo o jevech."— Transkript prezentace:

1 GIS pro krajinné ekology Dálkový průzkum Země

2 Co to je?  DPZ je metoda, která bezkontaktním zp ů sobem získává data o zemském povrchu nebo o jevech pod zemským povrchem, které se na zemském povrchu projevují (geologické zlomy).  DPZ je nejdražší zp ů sob, jak vytvo ř it obrázek  DPZ je um ě ní rozd ě lit sv ě t na množství malých barevných č tvere č k ů, se kterými si lze hrát na po č íta č i s cílem odhalení jejich neuv ěř itelného potenciálu.

3 Historie – pár důležitých dat  Historie DPZ za č íná vynálezem fotografie. Slovo fotografie je odvozeno ze slov ř eckého p ů vodu – „sv ě tlo“ (phos) a „písmo“ (graphien)

4  1038 – arabský matematik Al Hazen vysv ě tluje princip fotografické komory

5 Fotografická komora

6

7  1490 – Leonardo da Vinci popisuje principy fotografické komory  1550 – Cirolama Cardamo – první optická kamera  1640 – Angelo Sala objevuje solí st ř íbra na sv ě tlo – tmavnutí  1666 – rozložení a složení sv ě tla pomocí optického hranolu  …  1800 – Sir William Herschel – m ěř í teplotu sv ě tla rozloženého hranolem – objevuje termální infra č ervenou radiaci

8  1827 – Niepce – první fotka – francouzská krajina

9  Gasper Felix Tournachon “Nadar" zachycuje první leteckou fotografii z výšky 1200 stop nad Pa ř íží

10  1860 – využití balón ů a fotografie v ob č anské válce

11  1903 – využití holub ů pro doru č ování zpráv i pro letecké fotografie

12  Rozmach leteckého snímkování za první a druhé sv ě tové války (rakety V-2)

13  TIROS-1 první meteorologický satelitTIROS-1  Konec 60. let – programy Geminy a Apollo  ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite,pozd ě ji p ř ejmenován na Landsat 1).ERTS-1  Skylab, Landsat 2, GOES  Meteosat-1, Landsat 3  Space-Shuttle Imaging Radar (SIR-A), Meteosat-2  Landsat-4, SIR-B, Landsat-5, SPOT-1  …

14  Google Inc. uvol ň uje Keyhole, zvýšení pov ě domosti o satelitních mapách mezi ve ř ejností

15 Fyzikální princip – elektromagnetické záření jako nositel informace  Hypotéza – p ř edm ě ty ovliv ň ují své okolí prost ř ednictvím ur č itého druhu silového pole  Elmg. zá ř ení  Prochází atmosférou  Je zachyceno okem  Informace p ř edána mozku  Který je zaznamenává  A tvo ř í z nich informaci

16 Fyzikální podstata

17 Elektromagnetické záření

18 •Violet:  m •Blue:  m •Green:  m •Yellow:  m •Orange:  m •Red:  m

19 Elektromagnetické spektrum Elektromagnetické zá ř ení vzniká p ř i zrychleném nebo zpomaleném pohybu nabité č ástice

20 Wiennův zákon posuvu

21 Průchod atmosférou  Rozptyl  Rayleigh ů v (molekulární) rozptyl – nep ř ímo úm ě rný č tvrté mocnin ě vlnové délky zá ř ení  ovlivn ě ní krátkovlnného zá ř ení  Aerosolový rozptyl – vlnová délka je menší než pr ů m ě r č ástice  Neselektivní rozptyl – bez vlivu vlnové délky  Pohlcení  atmosférická okna

22 Hlavní atmosférická okna

23 Vlnové délky využívané v DPZ  Ultrafialové zá ř ení 300 Å cca do 3800 Å  Viditelné zá ř ení 380 nm – 720 nm  Infra č ervené zá ř ení blízké 0.72  m – 1.3  m  Infra č ervené zá ř ení st ř ední 1.3  m – 4  m  Infra č ervené zá ř ení tepelné 8  m – 14  m  Infra č ervené zá ř ení daleké 4  m –25  m  Mikrovlnné zá ř ení 0.1 cm – 100 cm

24 Ultrafialové záření (0,1 - 0,4 µm)  Je to zá ř ení škodlivé pro živé organismy.  K zemskému povrchu je propoušt ě na pouze malá č ást  V DPZ se využívá v podob ě tzv. UV laseru  M ů že sloužit pro vyhledávání ložisek zlata, pro monitorování ropných skvrn.  Toto zá ř ení také do jisté míry prochází vodním sloupcem.  Mnoho minerál ů vydává charakteristické zá ř ení v t ě chto vlnových délkách (využití v mineralogii).  Intenzita pohlcování UV zá ř ení O3 slouží k monitorování mocnosti ozónové vrstvy

25 Viditelné záření (0,4 - 0,7 µm)  V oblasti viditelného zá ř ení pracují všechny konven č ní metody a také v ě tšina družicových systém ů.  Je nejvyužívan ě jší č ástí spektra p ř edevším z historického hlediska.  Neprochází obla č ností a mlhou, lze ho zaznamenávat pouze v denních hodinách.  Zna č ný rozptyl a pohlcování má za následek nap ř. ztrátu kontrastu viditelných snímk ů.  Ve srovnání s delšími vlnovými délkami je toto zá ř ení schopno procházet vodním sloupcem - p ř edevším v modré č ásti spektra.  To umož ň uje studovat mnoho fyzikálních i biologických vlastností vodních objekt ů.  Jednotlivé horniny, minerály ani p ů da neukazují odlišnosti ve spektrálním chování ve viditelné č ásti spektra.

26 Infračervené blízké (0,7 - 1,4 µm)  Tvo ř í pokra č ování atmosférického okna z viditelné č ásti spektra.  Lze je zaznamenávat jak konven č ními fotografickými metodami (do 0,9 µm) tak i elektronicky.  Je již mén ě pohlcováno a rozptylováno atmosférou.  V d ů sledku toho jsou snímky ostré s dobrým kontrastem.  Hodí se k topografickým ú č el ů m, d ů ležité jsou tyto vlnové délky pro studium vegetace p ř edevším v lesnictví a zem ě d ě lství.  Voda se v t ě chto vlnových délkách chová tém ěř jako absolutn ě č erné t ě leso.

27 Infračervené střední (1,4 - 3 µm)  Zahrnuje dv ě atmosférická okna se st ř edy p ř ibližn ě 1,5 a 2,2 mikrometr ů.  Ob ě jsou d ů ležité p ř edevším pro vegeta č ní a geologické studie.  První okno nap ř. umož ň uje dobré odlišení druh ů vegetace, hodí se k rozpoznávání ledu a sn ě hu, k odlišení obla č nosti a ke studiu zdravotního stavu vegetace.  Druhé okno je oblastí, ve které má mnoho minerál ů charakteristický absorp č ní pás.  Množství odraženého zá ř ení je výrazn ě v ě tší, než množství zá ř ení emitovaného. V d ů sledku tohoto malého množství zá ř ení emitovaného nelze blízké a st ř ední infra č ervené vlnové délky využít ke zjiš ť ování teplotních vlastností povrch ů  To je možné až v oblasti termálního infra č erveného zá ř ení, kde je podíl emitovaného zá ř ení v ě tší.

28 Tepelné záření (3 µm - 1 mm)  Obsahuje dv ě atmosférická okna v intervalu p ř ibližn ě 3-5 a 8-12 mikrometr ů.  Snímk ů se používá nap ř. ke zjiš ť ování povrchové teploty oceán ů (SST), k mapování tepelného zne č išt ě ní ř ek a jezer i samotné krajiny, k lokalizaci lesních požár ů apod.  Protože v oblasti 3-5 mikrometr ů je ješt ě množství odraženého zá ř ení pom ě rn ě zna č né, k m ěř ení radia č ní teploty lze využívat pouze no č ních hodin.  V oblasti 8-12 mikrometr ů je již množství odraženého slune č ního zá ř ení ve srovnání s emitovaným zá ř ením velmi malé, t ě chto vlnových délek potom lze využít ke zjiš ť ování radia č ní teploty i b ě hem denních hodin.  K p ř esným kvantitativním m ěř ením je nutná dobrá znalost tzv. emisivity objekt ů a proces ů, které ovliv ň ují zá ř ení v atmosfé ř e.  V p ř ípad ě p ř esné kalibrace umož ň ují snímky získávat poznatky o tepelné bilanci objekt ů

29 Mikrovlnné záření (1 mm - 1m)  Je využíváno pasivními i aktivními metodami (RADAR).  Tyto dlouhé vlnové délky mohou za vhodných podmínek pronikat i pod povrch.  Nejmén ě závisí na podmínkách po č así, je výrazn ě zeslabováno pouze v p ř ípad ě vydatného dešt ě.  Intenzita p ř irozen ě emitovaného mikrovlnného zá ř ení je velmi nízká, musí m ěř ící za ř ízení k zachycení zjistitelného signálu m ěř it toto zá ř ení na pom ě rn ě velké ploše.  To je p ř í č inou malého prostorového rozlišení dat získaných pasivními metodami v mikrovlnné č ásti spektra.  Zna č ný rozvoj zaznamenávají aktivní systémy, poskytují data využitelná p ř edevším pro studium reliéfu, plovoucího ledu, v geomorfologii, v lesnictví i v zem ě d ě lství.  Pomocí aktivních mikrovlnných systém ů lze získat i neobrazová data, informace o výškových pom ě rech, o ř ad ě meteorologických prvk ů atd.

30 Zářivé vlastnosti krajinných objektů  Intenzita odraženého záření závisí na elmg. vlastnostech látek, které závisejí na:  druhu látky (objektu) - druhové parametry  jeho okamžitém stavu - (stavové parametry)  na stavu jeho okolí znalost těchto zářivých vlastností umožňuje z naměřených intenzit záření (odrazivosti, emisivity) určit, o jakou látku jde

31 Spektrální charakteristiky Obecný pr ů b ě h spektrální odrazivosti vody (1), vegetace (2), suché p ů dy (3) a vlhké p ů dy (4).

32 Rozdělení do skupin dle spektrálních vlastností  Pevný povrch bez vegetace  Vegeta č ní povrch  Voda  Plynné látky

33 Vegetační povrch – spektrální projev  utvá ř í homogenní plochy - listnatý les, obilné lány  vytvá ř í také heterogenní plochy - každá rostlina má odlišné odrazové vlastnosti  odrazivost ovliv ň uje – vn ě jší uspo ř ádání list ů, vnit ř ní struktura jednotlivých č ástí rostlin, vodní obsah, zdravotní stav vegetace,k vlastnosti substrátu

34 Spektrální odrazivost  3 hlavní oblasti odrazivosti  oblast pigmenta č ní abs  m  oblast vysoké odrazivobun ěč né struktury  m  oblast vodní absorpce  m nejrozší ř en ě jší barvivo = pohlcuje v 0.45  m) a (0.65  m), maximum na 0.54  m

35  A – oblast pigmenta č ní absorpce – 0,5-0,6mikrometr ů, zp ů sobuje zelené zbarvení rostliny, ovliv ň uje hlavn ě chlorofyl  B – oblast bun ěč né struktury – 0,7-1,3 mikrometr ů, ovliv ň uje odrazivost list ů, hustota list ů, použití pro charakteristiku míry hustoty vegeta č ního krytu – index listové pokryvnosti– kolikrát je plocha list ů v ě tší než plocha jednotková plocha  C – oblast vodní absorpce – 1,3 – 3 mikrometry, formováno absorp č ními pásy vody, maxima odrazivosti na 1,6 a 2,2 mikrometr ů, využití ve vegeta č ních studiích  Blízké infra č ervené - odrazivost druh ů d ř evin - rozdílné u listná čů a jehli č nan ů - detekce vegetace, která je ve stresu - poškozené – klesá množství chlorofylu – bude pohlcováno mén ě - modré a č ervené – rostlinu vidíme jako žlutou

36

37

38 Parametry ovlivňující odrazivost vegetace  Obsah vody v rostlin ě - pokles obsahu vody - zm ě na ve vnit ř ní struktu ř e objekt ů -  je-li vlhkost menší než 55 % - ztráta chlorofylu - v ě tší odrazivost na vlnové délce 0.66  m  a vyšší odrazivost i v IR oblasti  správný obsah minerál ů v rostlin ě – nedostatek Fe, Mg – snížené množství chlorofylu

39 Odrazivost zelené vegetace pro různou vlhkost

40 Voda  Voda má maximální odrazivost na vlnové délce 0,48 μ m a trvale klesá s vlnovou délkou až do oblasti tepelného infra č erveného zá ř ení

41 Voda v mikrovlnném pásmu  Dobrý odraže č - voda odrážena sm ě rem od p ř ijímacího p ř ístroje  odraz se zv ě tšuje s hladkostí povrchu - dobré pro odlišení vod s ropnými látkami  pomocí radarových dat jsou m ěř eny výšky vln na mo ř ské hladin ě - m ěř ení v šikmém sm ě ru pohledu radaru

42 Sníh a led  Sníh i led - vysoké hodnoty odrazivosti ve VI a IR pásmu  stejn ě vysoká odrazivost je u horních vrstev mrak ů, kde jsou krystalky led ů  ALE spektrální odrazivost sn ě hu má hluboká minima u  = 1.55 až 1.75 a v absorp č ních pásmech vody  Zvýšená ne č istota sn ě hu - snížení odrazivosti  č ím v ě tší sn ě hové č ástice - tím menší odrazivost  se stá ř ím sn ě hu klesá odrazivost, protože starší sníh má vyšší vodní hodnotu sn ě hu - mírné tání - velké snížení intenzity odraž. zá ř ení

43 Povrch bez vegetace

44 Půdy K hlavním parametr ů m ovliv ň ujícím spektrální projev p ů dního povrchu pat ř í:  vlhkost  obsah humusu  mineralogické složení  mechanické vlastnosti p ů dy  struktura povrchu p ů dy  stupe ň erozních proces ů

45

46

47 Systém pořizování dat A,D zdroj zá ř ení Dopadající zá ř ení C m ěř ená oblast D p ř ijíma č odraženého/emitov. zá ř ení E P ř enos záznamu do p ř ijímací stanice F P ř edzpracování G zpracování dat DPZ

48 Způsoby pořizování dat  Konven č ní (analogový) - analogový záznam - fotografie, filmový záznam  Nekonven č ní (digitální) - data m ěř ená p ř ímo v digitální podob ě - skenerová data, radarová,...

49 Konvenční metody  Princip fotografie  Fotografie vzniká najednou, tzv. centrální projekcí  pom ě rn ě úzký interval vlnový ch délek (0,3 – 0,9 mm) – oblast viditelného a č ásti infra č erveného (blízkého) zá ř ení

50 Nekonvenční metody  systémy rozkladových snímacích za ř ízení  digitální fotografie  odlišná technika vytvá ř ení obrazu - ne v jednom okamžiku, ale postupn ě – po jednotlivých pixelech (krom ě dig.fot.)  velké spektrální rozliš ení (0,3 - 14mm)

51

52

53

54 Rozlišující schopnosti snímacích systémů  spektrální (spektrální pásma)  radiometrická (citlivost detektor ů )  prostorová (velikost pixelu)  č asová (jak č asto)

55 Prostorová rozlišovací schopnost  Velikost území tvo ř ící plochu 1 pixelu, z n ě hož je zaznamenána jedna hodnota odrazivosti v jednom spektrálním pásmu (udává se jako délkový rozm ě r stran pixelu)  ř ádov ě desítky cm až kilometry

56 Časová rozlišovací schopnost  Doba, která uplyne od po ř ízení dvou m ěř ení obrazových dat stejného území ze stejného p ř ístroje  rozsah desítky minut až desítky dní

57 Příklady družic  Landsat MSS (Multispectral Scanner)  79x79m, 6 bit ů, snímek 185x185 km  Landsat TM (Thematic Mapper)  30x30m, 8 bit ů  SPOT 1,2,3  2 HRV (High Resolution Visible) systémy  - rozlišení 10m v panchromatickém režimu (tzn. č ernobíle)  nebo 20m v multispektrálním režimu (barevný + infra č ervený mód).  záb ě r 117x117km

58

59 Multispektrální x hyperspektrální  Skenery snímající v ur č itých vymezených pásmech – LANDSAT – MSS, TM - multispektrální  Skenery snímající v širším pásmu po ur č itém kroku – 0,01  m – hyperspektrální (AIS – Airborne Imaging Spectrometer – 128 spektrálních pásem, ší ř ka 9,8 nm, vlnové délky 1,2-2,4  m, výška 4200m, prostorové rozlišení 8m; CASI – komer č n ě p ř ístupná data, 228 pásem, 0,4-0,9  m)  spektrální kostka

60 Druhy snímků  Č ernobílé normální  Č ernobílé infra č ervené  Barevné normální  Barevné infra č ervené

61 Černobílé normální (panchromatické)  film vnímá stejn ě jako naše oko (stejný rozsah)  nízká cena  nelze použít pro rozlišení vegetace – odstíny zelené jsou nahrazeny tmavými odstíny  v ě tšinou nejde rozlišit zp ů sob využití p ů dy  zachycují pouze viditelné sv ě tlo s krátkovlnnou délkou  vzdálen ě jší p ř edm ě ty jsou nez ř etelné nebo mlhavé

62 Černobílé snímky infračervené (spektrozonální)  výhoda – paprsky pronikají aerosoly a kou ř em, možnost snímkování p ř i špatném po č así  používá se velmi tmavý filtr pro zachycení viditelného zá ř ení  po ř ízení je dražší než u panchromatických snímk ů  vzdálen ě jší p ř edm ě ty jsou stejn ě výrazné jako nejbližší  malý rozptyl – ostré p ř echody mezi stínem a osv ě tlenými č ástmi, jsou výrazn ě jší než č ernobílé normální  vodní plochy pohlcují, negativ je sv ě tlý a pozitiv tmavý  pro odlišení r ů zných druh ů porost ů – jehli č natý les pohlcuje a je tmavý, listnatý je sv ě tlejší

63 Barevné snímky přirozených barvách  vyžadují p ř ímé osv ě tlení krajiny sluncem  obsahují více informací než č b  interpretace je rychlejší a p ř esn ě jší  vhodné pro zachycení detail ů nap ř. vegetace  možnost detekovat i detaily ve stínech nebo pod vodou  dob ř e č itelné využití p ů dy  nižší rozlišovací schopnost  jsou více ovliv ň ovány kou ř em  špatn ě se na nich stanovuje rozhraní vody a souše

64 Barevné snímky infračervené (spektrozonální)  objeveno v dob ě 2. sv. války  odlišení mrtvé vegetace, která je sv ě tle zelená nebo tmavá od živé vegetace  terén je zobrazen neskute č nými nep ř irozenými barvami  jsou jasné a kontrastní  zobrazují místa i ve stínech  ideální ke zjiš ť ování stavu vegetace  vegetace bez chlorofylu se jeví žlutá

65 Ukázky mapových produktů – satelitní ortofoto


Stáhnout ppt "GIS pro krajinné ekology Dálkový průzkum Země. Co to je?  DPZ je metoda, která bezkontaktním zp ů sobem získává data o zemském povrchu nebo o jevech."

Podobné prezentace


Reklamy Google