Dálkový průzkum Země

1. Dálkový průzkum Země GIS pro krajinné ekology

2. Co to je? • DPZ je metoda, která bezkontaktním způsobem získává data o zemském povrchu nebo o jevech pod zemským povrchem, které se na zemském povrchu projevují (geologické zlomy). • DPZ je nejdražší způsob, jak vytvořit obrázek • DPZ je umění rozdělit svět na množství malých barevných čtverečků, se kterými si lze hrát na počítači s cílem odhalení jejich neuvěřitelného potenciálu.

3. Historie – pár důležitých dat • Historie DPZ začíná vynálezem fotografie. Slovo fotografie je odvozeno ze slov řeckého původu – „světlo“ (phos) a „písmo“ (graphien)

4. 1038 – arabský matematik AlHazen vysvětluje princip fotografické komory

5. Fotografická komora

7. 1490 – Leonardoda Vinci popisuje principy fotografické komory • 1550 – CirolamaCardamo – první optická kamera • 1640 – Angelo Sala objevuje solí stříbra na světlo – tmavnutí • 1666 – rozložení a složení světla pomocí optického hranolu • … • 1800 – Sir William Herschel – měří teplotu světla rozloženého hranolem – objevuje termální infračervenou radiaci

8. 1827 – Niepce – první fotka – francouzská krajina

9. 1858 - Gasper Felix Tournachon “Nadar" zachycuje první leteckou fotografii z výšky 1200 stop nad Paříží

10. 1860 – využití balónů a fotografie v občanské válce

11. 1903 – využití holubů pro doručování zpráv i pro letecké fotografie

12. Rozmach leteckého snímkování za první a druhé světové války (rakety V-2)

13. 1960 - TIROS-1první meteorologický satelit • Konec 60. let – programy Geminy a Apollo • 1972 - ERTS-1 (Earth Resources Technology Satellite,později přejmenován na Landsat 1). • 1972 - Skylab, 1975 - Landsat 2, GOES • 1977 - Meteosat-1,1978 - Landsat 3 • 1981 - Space-Shuttle Imaging Radar(SIR-A), Meteosat-2 • 1982 - Landsat-4, 1984 - SIR-B, 1984 - Landsat-5, 1986 - SPOT-1 • …

14. 2005 - Google Inc. uvolňuje Keyhole, http://earth.google.com, zvýšení povědomosti o satelitních mapách mezi veřejností

15. Fyzikální princip – elektromagnetické záření jako nositel informace • Hypotéza – předměty ovlivňují své okolí prostřednictvím určitého druhu silového pole • Elmg. záření • Prochází atmosférou • Je zachyceno okem • Informace předána mozku • Který je zaznamenává • A tvoří z nich informaci

16. Fyzikální podstata

17. Elektromagnetické záření

18. Violet: 0.4 - 0.446 mm • Blue: 0.446 - 0.500 mm • Green: 0.500 - 0.578 mm • Yellow: 0.578 - 0.592 mm • Orange: 0.592 - 0.620 mm • Red: 0.620 - 0.7 mm

19. Elektromagnetické spektrum Elektromagnetické záření vzniká při zrychleném nebo zpomaleném pohybu nabité částice

20. Wiennův zákon posuvu

21. Průchod atmosférou • Rozptyl • Rayleighův (molekulární) rozptyl – nepřímo úměrný čtvrté mocnině vlnové délky záření  ovlivnění krátkovlnného záření • Aerosolový rozptyl – vlnová délka je menší než průměr částice • Neselektivní rozptyl – bez vlivu vlnové délky • Pohlcení • atmosférická okna

22. Hlavní atmosférická okna

23. Vlnové délky využívané v DPZ • Ultrafialové záření300 Å cca do 3800 Å • Viditelné záření 380 nm – 720 nm • Infračervené zářeníblízké 0.72 m – 1.3 m • Infračervené záření střední1.3m – 4 m • Infračervené záření tepelné8m – 14 m • Infračervené záření daleké 4 m –25 m • Mikrovlnné záření 0.1 cm – 100 cm

24. Ultrafialové záření (0,1 - 0,4 µm) • Je to záření škodlivé pro živé organismy. • K zemskému povrchu je propouštěna pouze malá část • V DPZ se využívá v podobě tzv. UV laseru • Může sloužit pro vyhledávání ložisek zlata, pro monitorování ropných skvrn. • Toto záření také do jisté míry prochází vodním sloupcem. • Mnoho minerálů vydává charakteristické záření v těchto vlnových délkách (využití v mineralogii). • Intenzita pohlcování UV záření O3 slouží k monitorování mocnosti ozónové vrstvy

25. Viditelné záření (0,4 - 0,7 µm) • V oblasti viditelného záření pracují všechny konvenční metody a také většina družicových systémů. • Je nejvyužívanější částí spektra především z historického hlediska. • Neprochází oblačností a mlhou, lze ho zaznamenávat pouze v denních hodinách. • Značný rozptyl a pohlcování má za následek např. ztrátu kontrastu viditelných snímků. • Ve srovnání s delšími vlnovými délkami je toto záření schopno procházet vodním sloupcem - především v modré části spektra. • To umožňuje studovat mnoho fyzikálních i biologických vlastností vodních objektů. • Jednotlivé horniny, minerály ani půda neukazují odlišnosti ve spektrálním chování ve viditelné části spektra.

26. Infračervené blízké (0,7 - 1,4 µm) • Tvoří pokračování atmosférického okna z viditelné části spektra. • Lze je zaznamenávat jak konvenčními fotografickými metodami (do 0,9 µm) tak i elektronicky. • Je již méně pohlcováno a rozptylováno atmosférou. • V důsledku toho jsou snímky ostré s dobrým kontrastem. • Hodí se k topografickým účelům, důležité jsou tyto vlnové délky pro studium vegetace především v lesnictví a zemědělství. • Voda se v těchto vlnových délkách chová téměř jako absolutně černé těleso.

27. Infračervené střední (1,4 - 3 µm) • Zahrnuje dvě atmosférická okna se středy přibližně 1,5 a 2,2 mikrometrů. • Obě jsou důležité především pro vegetační a geologické studie. • První okno např. umožňuje dobré odlišení druhů vegetace, hodí se k rozpoznávání ledu a sněhu, k odlišení oblačnosti a ke studiu zdravotního stavu vegetace. • Druhé okno je oblastí, ve které má mnoho minerálů charakteristický absorpční pás. • Množství odraženého záření je výrazně větší, než množství záření emitovaného. V důsledku tohoto malého množství záření emitovaného nelze blízké a střední infračervené vlnové délky využít ke zjišťování teplotních vlastností povrchů • To je možné až v oblasti termálního infračerveného záření, kde je podíl emitovaného záření větší.

28. Tepelné záření (3 µm - 1 mm) • Obsahuje dvě atmosférická okna v intervalu přibližně 3-5 a 8-12 mikrometrů. • Snímků se používá např. ke zjišťování povrchové teploty oceánů (SST), k mapování tepelného znečištění řek a jezer i samotné krajiny, k lokalizaci lesních požárů apod. • Protože v oblasti 3-5 mikrometrů je ještě množství odraženého záření poměrně značné, k měření radiační teploty lze využívat pouze nočních hodin. • V oblasti 8-12 mikrometrů je již množství odraženého slunečního záření ve srovnání s emitovaným zářením velmi malé, těchto vlnových délek potom lze využít ke zjišťování radiační teploty i během denních hodin. • K přesným kvantitativním měřením je nutná dobrá znalost tzv. emisivity objektů a procesů, které ovlivňují záření v atmosféře. • V případě přesné kalibrace umožňují snímky získávat poznatky o tepelné bilanci objektů

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. • Nejméně závisí na podmínkách počasí, je výrazně zeslabováno pouze v případě vydatného deště. • Intenzita přirozeně emitovaného mikrovlnného záření je velmi nízká, musí měřící zařízení k zachycení zjistitelného signálu měřit toto záření na poměrně velké ploše. • To je příčinou malého prostorového rozlišení dat získaných pasivními metodami v mikrovlnné části spektra. • Značný rozvoj zaznamenávají aktivní systémy, poskytují data využitelná především pro studium reliéfu, plovoucího ledu, v geomorfologii, v lesnictví i v zemědělství. • Pomocí aktivních mikrovlnných systémů lze získat i neobrazová data, informace o výškových poměrech, o řadě meteorologických prvků 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 průběh spektrální odrazivosti vody (1), vegetace (2), suché půdy (3) a vlhké půdy (4).

32. Rozdělení do skupin dle spektrálních vlastností • Pevný povrch bez vegetace • Vegetační povrch • Voda • Plynné látky

33. Vegetační povrch – spektrální projev • utváří homogenní plochy - listnatý les, obilné lány • vytváří také heterogenní plochy - každá rostlina má odlišné odrazové vlastnosti • odrazivost ovlivňuje – vnější uspořádání listů, vnitřní struktura jednotlivých částí rostlin, vodní obsah, zdravotní stav vegetace,k vlastnosti substrátu

34. Spektrální odrazivost • 3 hlavní oblasti odrazivosti • oblast pigmentační abs0.4 - 0.7m • oblast vysoké odrazivobuněčné struktury 0.7 - 1.3 m • oblast vodní absorpce -1.3 - 3.0 m nejrozšířenější barvivo =pohlcuje v0.45m) a (0.65 m), maximum na 0.54 m

35. A – oblast pigmentační absorpce – 0,5-0,6mikrometrů, způsobuje zelené zbarvení rostliny, ovlivňuje hlavně chlorofyl • B – oblast buněčné struktury – 0,7-1,3 mikrometrů, ovlivňuje odrazivost listů, hustota listů, použití pro charakteristiku míry hustoty vegetačního krytu – index listové pokryvnosti– kolikrát je plocha listů větší než plocha jednotková plocha • C – oblast vodní absorpce – 1,3 – 3 mikrometry, formováno absorpčními pásy vody, maxima odrazivosti na 1,6 a 2,2 mikrometrů, využití ve vegetačních studiích • Blízké infračervené- odrazivost druhů dřevin- rozdílné u listnáčů a jehličnanů- detekce vegetace, která je ve stresu - poškozené – klesá množství chlorofylu – bude pohlcováno méně - modré a červené – rostlinu vidíme jako žlutou

38. Parametry ovlivňující odrazivost vegetace • Obsah vody v rostlině - pokles obsahu vody - změna ve vnitřní struktuře objektů - • je-li vlhkost menší než 55 % - ztráta chlorofylu - větší odrazivost na vlnové délce 0.66 m • a vyšší odrazivost i v IR oblasti • správný obsah minerálů v rostlině – nedostatek Fe, Mg – snížené množství chlorofylu

39. Odrazivost zelené vegetace pro různou vlhkost

40. Voda • Voda má maximální odrazivost na vlnové délce 0,48μm a trvale klesá s vlnovou délkou až do oblasti tepelného infračerveného záření

41. Povrch bez vegetace

42. Půdy K hlavním parametrům ovlivňujícím spektrální projev půdního povrchu patří: • vlhkost • obsah humusu • mineralogické složení • mechanické vlastnosti půdy • struktura povrchu půdy • stupeň erozních procesů

45. Systém pořizování dat A,D zdroj záření Dopadající záření C měřená oblast D přijímač odraženého/emitov. záření E Přenos záznamu do přijímací stanice F Předzpracování G zpracování dat DPZ

46. Způsoby pořizování dat • Konvenční (analogový) - analogový záznam - fotografie, filmový záznam • Nekonvenční (digitální) - data měřená přímo v digitální podobě - skenerová data, radarová, ...

47. Konvenční metody • Princip fotografie • Fotografie vzniká najednou, tzv. centrální projekcí • poměrně úzký interval vlnový ch délek (0,3 – 0,9 mm) – oblast viditelného a části infračerveného (blízkého) záření

48. Nekonvenční metody • systémy rozkladových snímacích zařízení • digitální fotografie • odlišná technika vytváření obrazu - ne v jednom okamžiku, ale postupně – po jednotlivých pixelech (kromě dig.fot.) • velké spektrální rozliš ení (0,3 - 14mm)