O S N O V E G E O I N F O R M A T I K E Dario Perković 2010
REFERENTNI PODACI 2
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 3
Ground truth podaci 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 4
Mjerenja na zemlji ( in situ ) radiometar radiometar detektor detektor osobno osobnoračunalo računalo ceptometar ceptometarza zamjerenje mjerenje LAI LAI(leaf-area-index) (leaf-area-index)indeksa indeksa Mjerenje Mjerenjespektralne spektralnerefleksije refleksije pomoću pomoćuspektroradiometra spektroradiometra 5
Mjerenja na zemlji ( in situ ) SPEKTRORADIOMETAR GPS GPS 6
Značaj terenskih podataka 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 7
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. 8
GPS 9
Definicija i primjena 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. 10
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. 11
Tri osnovna segmenta 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) korisnički segment, odnosno različiti tipovi prijemnika 12
Svemirski i kontrolni segment 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. 13
Kontrolni segment Svemirski i 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 14
Korisnički 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. 15
GPS i GIS 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 16
IDEALNI SUSTAV DALJINSKIH ISTRAŽIVANJA 17
Komponente idealnog sustava Idealni sustav daljinskih istraživanja u praksi na žalost ne postoji. 18
KARAKTERISTIKE REALNOG SUSTAVA DALJINSKIH ISTRAŽIVANJA 19
Nedostaci realnog sustava 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. 20
USPJEŠNA PRIMJENA SUSTAVA DALJINSKIH ISTRAŽIVANJA 21
Primjena procesi u prirodi 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 22
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.) 23
Primjena discipline 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.) 24
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) 25
Karta minerala visine snimanja 4-20 4-20 km km hiperspektralni senzor AVIRIS USGS Tetracorder program (1998) 26
Landsat Landsat Thematic ThematicMapper Mapper snimci snimcina nasjecištu sjecištusan San Andreas AndreasiiGarlock Garlockrasjeda rasjeda Landsat Landsat4-kanalni 4-kanalni snimak snimak sjenčani sjenčanireljef reljefdobiven dobiveniziz DMR-a DMR-a 27
Kilauea Pu u Pu uo o O okrater Aerofotografija istjecanja toka toka lave lave na na vulkanu Kilauea (Hawaii) 28
Grand Canyon, Colorado River, Arizona Landsat TM TM Band 4 DMR karta sjenčanog reljefa karta nagiba 29
NASA ATLAS Multispektralni skener (3 (3 x 3 m; m; Bands 6,4,2 = RGB) OTOK PALMI, Charleston, S. S. Carolina 30
Landsat MSS snimak, planina Uinta, Utah 31
Temperatura u svijetu na na 0 m n.m. n.m. NOAA-14 AVHRR podaci termalni IC IC podaci (4.3.1999.) (najviše temperature površine u 3 mjerena dana) 32
TERMALNE IC-KAMERE 33
Urbana infrastruktura (grad Rosslyn, Virginia) Soft-Copy fotogrametrijska tehnika 34
prevrnuti prevrnutikamion kamion (Anchorage, (Anchorage,Alaska) Alaska) potres potres (Northridge, (Northridge,CA, CA,1994) 1994) odron odrontla tla (rijeka (rijekasanta SantaClara, Clara,CA) CA) 35
Grozny Grozny prije prije i i poslije poslije Drugog Drugog čečenskog rata rata 1999-2000 36
Meteorološki podaci podaci GOES GOES East East snimak snimak uragana Hugo Hugo (Portoriko, S. S. i i N. N. Carolina, (21.9.1989.) 37
DALJINSKA ISTRAŽIVANJA I DRUGE DISCIPLINE 38
Daljinska istraživanja, GIS i GPS 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 39
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 40
Daljinska istraživanja i GIS 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. 41
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. 42
Daljinska istraživanja i GIS 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. 43
PREDNOSTI I NEDOSTACI DALJINSKIH ISTRAŽIVANJA 44
Prednosti daljinskih 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. 45
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) 46
Nedostaci 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 kakvoću podataka. Podaci iz daljinskih istraživanja mogu biti za nas preskupi i to za prikupljanje i analizu. Srećom, informacija dobivena iz takvih podataka opravdava troškove. 47
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. 48