Diaľkový prieskum Zeme

DPZ je umenie, veda a technológia na získavanie spoľahlivých informácii o fyzikálnych objektoch a ich okolí pomocou záznamu, merania a interpretácie snímok, prípadne digitálnych záznamov, ktoré sa získavajú pomocou nekontaktných snímacích systémov. Diaľkový prieskum Zeme a fotogrametria sa navzájom prelínajú, fotogrametria sa zaoberá  určovaním polohy, rozmerov a tvaru objektov na zemskom povrchu /plocha lesa/, DPZ skúma predovšetkým kvalitu sledovaného objektu /poškodenie lesa/. V DPZ nastáva prenos informácii pomocou elektromagnetického žiarenia.

Elektromagnetické žiarenie je elektromagnetická energia, ktorá sa šíri prostredím.

Prejavuje sa dvojakým spôsobom :

Zdrojom elektromagnetického žiarenia je hmotný objekt. Je nositeľom energie, ktorá sa prostredníctvom žiarenia šíri do priestoru. Všetky elektromagnetické vlny sa pohybujú rýchlosťou svetla - 300 000 km /s. Vlnová dĺžka je vzdialenosť medzi vrcholmi susedných vĺn. Amplitúda je polovica výšky medzi vrcholom a dnom vlny. Frekvencia je počet vĺn prechádzajúcich daným bodom za sekundu. Frekvencie vysielaného žiarenia môžu byť od 10 Hz do 1024 Hz.(1 Hz je jeden kmit za sekundu). Súhrn jednotlivých intervalov frekvencii elektromagnetického žiarenia sa volá spektrum elektromagnetického žiarenia .

Spektrum delíme na :

Spektrum svetla: rádiové lúče, infračervené svetlo, viditeľné svetlo, ultrafialové svetlo, röntgenové žiarenie, gama lúče

dlhé vlny DV

> 1 km

rádio

Stredné vlny SV

187 – 577 m

rádio

Krátke vlny KV

10 – 100 m

stereo rádio

veľmi krátke vlny VKV

< 10 m

polícia , taxi , vysielačky

Ultrakrátke vlny UKV

< 300 mm

televízia

Mikrovlny

> 300 mm

radar

Infračervené žiarenie

0 – 400 mm

fotografia - infrakamery

Viditeľné svetlo

400 – 700 mm

fotografia

Ultrafialové žiarenie

700 – 800 mm

snímky UF spektra

Röntgenové žiarenie

> 800 mm

röntgenové snímky

gama žiarenie

 

kozmické žiarenie

Zdroj elektromagnetického žiarenia vysiela vždy iba frekvenciu z určitého intervalu. Frekvencia žiarenia sa prechodom látkami nemení. Svetlo je elektromagnetické žiarenie s frekvenciami od 3,75. 1014 Hz – 7,5 . 1014 Hz. Svetlo je zložené z červenej, oranžovej, žltej, zelenej, modrej, fialovej farby. jednotlivé farby majú rôznu vlnovú dĺžku. Každé žiarenie môže byť od prirodzeného zdroja – Slnka, alebo od umelého zdroja zabudovaného na nosičoch záznamových zariadení. Systémy DPZ, ktoré pracujú s prirodzeným žiarením sa nazývajú pasívne, systémy DPZ ktoré využívajú umelé zdroje žiarenia sa nazývajú aktívne.

Celý systém DPZ sa môže rozdeliť na :

Nosičmi záznamových zariadení môžu byť lietadlá /balóny , vrtuľníky/ - hovoríme o leteckom DPZ, ak sú nosičmi družice hovoríme o družicovom – kozmickom DPZ. Na získavanie informácii a vyhotovenie záznamov sa využíva fotografická technika – multispektrálne kamery, snímacie zariadenia – skenery, televízna technika – video záznamy, radary a ďalšie technické zariadenia.

Družica Landsat - nosič záznamového zariadenia

Medzi fotografickú techniku patria štandartné letecké kamery a multispektrálne – mnohokanálové kamery používané aj vo fotogrametrii. Pri použití fotografickej kamery ide o zachytenie elektromagnetického žiarenia na citlivé fotografické materiály. V DPZ sa využívajú ortochromatické, panchromatické infračervené a multispektrálne materiály. Pre DPZ majú význam infračervené materiály, ktoré zachytávajú lúče z celého viditeľného spektra a možno snímať aj v znečistenom ovzduší. Majú význam pri fotointerpretácii. Multispektrálne materiály sa používajú na tvorbu farebných syntéz. Syntézy môžu byť v prirodzených alebo umelých farbách a sú vytvárané na princípe optickom alebo optickoelektronickom. Optický princíp využíva multispektrá lny projektor MSP-4. Pri konštantnom 5 násobnom zväčšení možno voliť 6 farieb s odstupňovaním tónov. Výsledný obraz sa zachytí na fotografický materiál – film , papier alebo sa vizuálne sleduje na matnici prístroja. Prístroj umožňuje vytvoriť farebnú syntézu dvoch – troch multispektrálnych snímok vyhotovených multispektrálnymi kamerami.

Multispektrálne kamery synchrónne snímajú tie isté objekty zemského povrchu vo viacerých pásmach spektra elektromagnetického žiarenia . Z konštrukčného hľadiska sú tri typy :

Sú to napr. kamery MKF–6, MSK–4, komplex multispektrálnych kamier Kate od firmy Zeiss Jena.

MKF–6, MSK–4 sú multispektrálne kamery so 6 resp. 4 objektívmi. Snímky sa vyhotovujú v 6 pri MSK v 4 kanáloch. Do kazety možno vložiť 110 až 220 m filmu na vyhotovenie 1250 snímok s rozmermi 5,5 x 8 cm. Tieto kamery sú určené na snímkovanie z kozmu, používajú sa aj v lietadlových laboratóriách. Sú vybavené kompenzáciou zmazu náklonu osi záberu v smere letu.

Medzi najpoužívanejšie nekonvenčné snímacie zariadenia v DPZ patria skenery. Princíp funkcie skenera je v snímaní zemského povrchu v pruhoch kolmých na smer letu nosiča skenera. Nosičmi sú napr. družice Landsat, Spot. Podľa toho či sa pruh sníma po častiach alebo naraz rozdeľujú sa skenery na opticko – mechanické a opticko – elektronické. Na snímanie žiarenia snímače využívajú zrkadlovú optiku. Snímať možno monospektrálne, alebo multispektrálne.

Družica Landsat Videosekvencia znázorňujúca technické vybavenie družice Landsat:

Môžeme tiež vidieť prelet družice nad skúmaným územím a výsledky jej práce.

Multispektrálne skenery snímajú elektromagnetické žiarenie spektrálne rozložené. Najdôležitejšími parametrami skenera sú napr. počet snímacích kanálov, spektrálny rozsah týchto kanálov, celkový uhol snímania priestorová rozlišovacia schopnosť atď. Optickomechanické skenery umožňujú snímanie v širšom rozsahu elektromagnetického spektra – viditeľné svetlo, infračervené až termálne, snímajú povrch Zeme po čiastkových plochách v jednotlivých pruhoch kolmých na smer letu. Optickoelektronické skenery sú vhodné aj na stereosnímkovanie. Tieto skenery snímajú zemský povrch tiež v pruhoch kolmých na smer letu – celý pás súčastne. Skener tvorí objektív, vlastný riadkový snímač a riadiaca jednotka. Na stereosnímanie sú v obrazovej rovine objektívu s určitým odstupom usporiadané dva paralelné riadkové senzory. Snímacie systémy môžu pracovať v multispektrálnom alebo panchromatickom režime.

Družice Spot sú vybavené dvoma trojkanálovými optickoelektronickými skenermi HRV /High Resolution Visible/. Každý systém pracuje ako multispektrálny v troch pásmach. Pri priemernej výške letu 832 km je rozlišovacia schopnosť v multispektrálnom režime 20 m a v panchromatickom režime 10 m. V družiciach Landsat je opticko – mechanický skener, ktorý pracuje v siedmych kanáloch a rozlišovacia schopnosť v multispektrálnom režime 30 m a v panchromatickom režime 15 m.

Medzi televíznu techniku patria televízne vidikónové kamery. Obraz tvorí 4214 riadkov so 4500 pixelmi v riadku, ďalej videokamery využívané hlavne na operatívny zber informácii pri leteckom DPZ. Na sledovanie záujmového územia v infračervenom pásme sa využívajú infravideokamery. Prakticky ich možno využiť napr. na sledovanie stavu zelene, zisťovanie pôdnej vlhkosti aj teplotných strát budov atď.

Radary využívajú aktívny mikrovlnný systém. Vyžarujú mikrovlny v rovine kolmej na smer letu nezávislé od slnečného žiarenia a odrazené žiarenie zachytávajú a spracúvajú. Mikrovlnný systém možno použiť pri každom počasí 24 hodín denne. V DPZ sa využívajú dva systémy leteckých radarov s bočným obzorom. Sú to napr. palubný radar SLAR, ktorý využíva nekoherentné /nesúvislé/ žiarenie a radar SAR so syntetickou clonou, ktorý využíva koherentné žiarenie. Radary využívajú na získanie kvalitných informácii tie vlnové dĺžky - mikrovlny, ktoré najlepšie prenikajú atmosférou.

Všetky získané údaje DPZ sú skreslené rušivými vplyvmi atmosféry. Úlohou podporného pozemného merania je určiť a eliminovať vplyv atmosferických podmienok na žiarenie zachytené snímacími zariadeniami. Do podporného merania patrí pochôdzka v teréne na overovanie interpretačných znakov pri zostavovaní interpretačných kľúčov pre rôzne účely napr. zisťovanie vlhkosti, v prípade termálneho snímania ide o meranie teplôt ap.

Družica Landsat pri práci Videosekvencia znázorňujúca spracovanie nameraných údajov z družice Landsat do podoby 3D modelu územia.

Spracovanie snímok a záznamov DPZ je zlepšenie geometrických a optických parametrov pôvodných snímok a záznamov. Optické vlastnosti možno upravovať a zlepšovať pomocou fotografickej, elektronickej a digitálnej techniky. Ide o úpravu ako napr. kopírovanie, zväčšovanie, úprava kontrastov ap. Pri diaľkovom prenose údajov a obrazu v digitálnej forme, sa dá využiť vyššia citlivosť snímacích zariadení na zvýraznenie vybratých informácii, ďalej diaľkový prenos umožňuje geometrické a rádiometrické transformácie, detekciu hrán obrazu a automatickú klasifikáciu obsahu záznamov.

Vyhodnotenie záznamov a informácii DPZ je získanie potrebných informácii interpretáciou. Interpretácia je identifikácia a klasifikácia predmetov a javov na snímkach. Môže byť vizuálna, čiastočne automatizovaná a úplne automatizovaná. Vizuálnu interpretáciu vykonáva vyhodnocovateľ – interpretátor s využitím jednoduchých pomôcok ako napr. lupa, stereoskop ap. Pri čiastočne automatizovanej interpretácii sú niektoré fázy interpretácie – napr. tvorba syntéz vykonávané automatizovane, výslednú analýzu robí interpretátor. Úplnú automatizovanú interpretáciu vykonávajú plnoautomatické systémy s využitím výpočtovej techniky.

Využitie výsledkov DPZ má interdisciplinárny charakter, lebo materiály a metódy DPZ sa dajú využiť v mnohých odvetviach národného hospodárstva ako napr. geológia – kde ide o výskum prírodných zdrojov, vyhľadávanie surovín a štúdium zosuvných oblastí, hydrológia – hlavne hľadanie zdrojov podzemných vôd v rámci preventívnej ochrany proti znečisťovaniu chemikáliami, poľnohospodárstvo - monitorovanie druhu rastlín, hlavne na zisťovanie oblastí pestovania drog, stanovenie stavu rastlín v dôsledku sucha, hmyzu, mrazov, ap., lesníctvo – na určovanie poškodenia lesných porastov vplyvom emisií a imisií, ekológia - monitorovanie životného prostredia, urbanizmus - tvorba krajiny vzhľadom na životné prostredie, energetika - vyhľadávanie energetických zdrojov, metrológia – na predpovedanie počasia a hurikánov , vojenské účely – špionáž a iné.

DPZ zabezpečuje údaje, kapacitu na spracovanie záznamov a informácii a analýzu získaných dát pre mapovanie, monitorovanie, rozbor a prognózu. Je zdrojom údajov pre tvorbu GIS. GIS zabezpečuje integráciu dát DPZ s georeferenčnými dátami s iných prameňov, umožňuje digitálne prekrývanie vybratých súborov, transformuje geograficky lokalizované údaje do súborov, ktoré spája podľa daných špecifikácii, vytvára spojené databázy a výsledky zobrazuje podľa požiadaviek užívateľa. DPZ a GIS sú vzájomne sa doplňujúce informačné technológie.