• Nem Talált Eredményt

egyenlet - Visszaverődés-elnyelődés-áthaladás

In document Környezeti Informatika (Pldal 25-30)

2. fejezet - Adatnyerési módszerek (Nagyváradi L.)

2.1. egyenlet - Visszaverődés-elnyelődés-áthaladás

azaz adott hullámhosszon az említett részek összege egyenlő a teljes beeső sugárzás mennyiségével.

Az r, a és t mennyiségek értéke mindig az adott tereptárgy fizikai jellemzőitől és kémiai összetételétől függ, s közülük a r(l) mérhető. A távérzékelési eszközök által mért érték alapján tehát következtethetünk a megfigyelt tárgy kémiai és fizikai jellemzőire.

Az optikai tartományban ez a r(l) mennyiség a tárgy által bizonyos irányban, bizonyos besugárzási körülmények között visszavert sugárzás mennyiségét jelenti, egy ideális, fehér, szórt fényt visszaverő (ún. Lambert-) felület pontosan ugyanilyen körülmények között mért radianciájához képest.

Ezt a mennyiséget általában százalékban fejezhetjük ki (reflektancia-százalék). A távérzékelésben használatos passzív szenzorok azonban csak a tárgy által visszavert sugárzási energiát mérik, lévén a besugárzás pontos mértéke ismeretlen. Ennek következtében a r(l) mennyiséget nem lehet közvetlenül meghatározni. Hogy ezt megtehessük, ismert r(l) értékekkel rendelkező ún. referencia-tárgyakat kell alkalmaznunk.

1.3. 2.1.3. A távérzékelés típusai

A távérzékelés több szempont szerint csoportosítható. Lehet a szenzorok, vagyis az érzékelők alapján, a hordozóeszköz, vagy azok magassága, illetve pályája szerint (2.3. ábra - animációk és videók). Fontos tényező a sugárzás jellege, hullámhossza szerinti klasszifikálás. A testeknek, földfelszíni tárgyaknak elemeknek kémiai összetételükre, színükre, halmazállapotukra jellemző visszaverődési görbéje van. A távérzékelés ezeket az egyedi sajátosságokat kihasználva képes vizsgálni a felszínt, a légkört stb. A Napból érkező sugárzási energia kölcsönhatásban van a földfelszínnel, így a beérkező sugárzás hatására szóródás, elnyelődés mellett a visszaverődés nyújtja a legfontosabb információt.

2.3. ábra - Különböző pályákon keringő érzékelők - 2 DB ANIMÁCIÓ + 2 DB VIDEÓ

A videó a linkre kattintva indítható. - Közel-poláris, napszinkron pályán keringő műhold mozgása a Föld körül Az animáció a linkre kattintva indítható. - Ilyen lehet a Föld látványa egy közel-poláris, napszinkron pályán keringő műhold fedélzetéről

A videó a linkre kattintva indítható. - A geostacionárius pályán keringő műhold (pl. METEOSAT) keringési ideje megegyezik a Föld tengelyforgási idejével

Adatnyerési módszerek (Nagyváradi L.)

Az animáció a linkre kattintva indítható. - Ilyen lehet a Föld látványa egy geostacionárius pályán keringő műhold fedélzetéről

A Napból érkező sugárzás tehát a felszínről visszaverődve éri el a szenzort, ezt a folyamatot passzív távérzékelésnek nevezzük. A folyamat során ugyanis a távérzékelő berendezés passzív módon „csak” rögzíti a beérkező adatokat (2.4. ábra). Szemben az aktív távérzékeléssel, amikor a berendezés maga bocsát ki sugárzást, aktív részese a folyamatnak, mivel az általa kibocsátott ismert hullámhosszúságú sugárzás felszínről történő visszaverődését vizsgálja. Mindkét esetben a sugárzás áthalad a légkörön, sőt a termális sugárzást kivéve kétszer halad át a teljes légkörön a sugárzás, míg eléri a szenzort. A már említett szóródás és elnyelődés fontos módosító tényezői távérzékelés során kapott adatoknak, eredményeknek. A légkör hatása jelentős és ez nagyban függ az áthaladó sugárzás légkörben megtett út hosszától.

2.4. ábra - A távérzékelés típusai

Ismert tény, hogy a látható fény csak egy elenyésző része az elektromágneses tartománynak. Szemünkkel csak egy nagyon kis „ablakon” keresztül látjuk a világot. A távérzékelés kiszélesítette ezt a tartományt, mert az érzékelők képesek a látható fénynél hosszabb, illetve rövidebb hullámhosszon érkező sugárzást érzékelni. A felszín fizikai tulajdonságainak, állapotának megfelelően veri vissza a sugárzást. Ezek a jellemzők általánosíthatók, így hasonló sugárzási görbék esetén hasonló felszínre következtethetünk, anélkül, hogy fáradtságos, időigényes, sőt olykor lehetetlen terepi munkával gyűjtenénk össze az adatokat. Például a talaj és víz eltérő fizikai jellegéből adódóan eltérő hőkibocsátással rendelkezik, amely a távérzékelés során fontos azonosítási jellemző. Az értékekből nem csak azonosítani lehet egy felszínt, hanem következtethetünk annak állapotára (szennyezettségére, kémiai összetételére) is. A hőkibocsátás mellett a légköri szóródás, felszíni elnyelődés nagyban befolyásolja, hogy mely spektrális sávokat alkalmazhatjuk a távérzékelés során. Azokat a tartományokat, ahol a légkör teljesen, vagy legalább részben átengedi az elektromágneses sugárzást atmoszférikus ablakoknak nevezzük (2.5. ábra).

2.5. ábra - Atmoszférikus ablakok

Az elektromágneses sugárzást mérő műszereket szenzoroknak (érzékelőknek) nevezzük. Két fő típusukat különböztetjük meg: az aktív és a passzív érzékelőket (2.6. ábra).

2.6. ábra - A légifelvétel készítésének elve

A passzív szenzorok nem rendelkeznek saját sugárforrással. Természetes eredetű elektromágneses sugárzásokat mérnek, amelyek forrása általában a visszavert napfény vagy a tárgy által spontán kibocsátott sugárzás.

Klasszikus példájuk a fényképezőgép, amely egy filmre felvitt fényérzékeny rétegre rögzíti a tárgyról érkező

Adatnyerési módszerek (Nagyváradi L.)

sugárzás intenzitásának térbeli eloszlását. További példák: a multispektrális szkennerek, a termális szkennerek vagy a mikrohullámú radiométerek. A passzív érzékelés hátránya, hogy csak nappal és tiszta időben végezhető, mivel a felhőzet csökkenti az érzékelés hatékonyságát. Ennek legjobb példája a légifényképezés.

Passzív érzékelés esetén az alábbi hullámhossz tartományban mérünk visszaverődést:

• 0,3-0,4 μm ultraibolya,

• 0,4-0,7 μm látható fény,

• 0,7-2,5 μm visszaverődő infravörös.

A tárgyak által kibocsátott hősugárzást az alábbi tartományokban mérünk:

• 3-5 μm hőinfravörös,

• 8-14 μm hőinfravörös,

• 1-30 GHz passzív mikrohullám.

Előnye a passzív visszavert sugárzás érzékelésével szemben, hogy a megfigyelés bármilyen napszakban végezhető. Azonban míg a hőinfravörös mérés csak felhőmentes időszakban alkalmazható, A passzív mikrohullámnál a felhőborítás nem számít., szemben a hőinfravörössel.

Az aktív szenzorok saját sugárforrással rendelkeznek. A szenzor a tárgyra kibocsátott sugárzás visszavert részét érzékeli. Ide tartoznak például a RADAR-ok (RAdio Direction And Ranging: rádióhullám-észlelés és távolság-meghatározás) vagy a LIDAR-ok (LIght Direction And Ranging: fény észlelése és távolságának meghatározása).

A különböző RADAR rendszereknél a szenzor a visszaverődött mikrohullámokat fogja fel az alábbi hullámtartományokban:

• X-BAND RADAR 9,4 GHz (3,2 cm),

• C-BAND RADAR 5,3 GHz (5,7 cm),

• L-BAND RADAR 1,3 GHz (23 cm),

• P-BAND RADAR 0,44 GHz (68 cm).

A megfigyelés napszak-független és nem befolyásolja a felhőzet.

LIDAR rendszereknél a szenzor által kibocsátott visszavert fényt érzékeli a detektor a következő hullámhosszokban:

• 0,25-0,35 μm ultraibolya,

• 0,4-11 μm látható fény és infravörös.

A megfigyelés bármilyen napszakban lehetséges, és a légköri inhomogenitás befolyásolja a detektálást.

Az eszközöket az észlelés távolsága, illetve a hordozóeszköz alapján is megkülönböztethetjük (2.7. ábra).

2.7. ábra - Hordozóeszközök

Adatnyerési módszerek (Nagyváradi L.)

A leggyakoribb típusok:

• földi megfigyelés

• könnyűszerkezetes és normál repülőgépekre telepített megfigyelőműszerek.

• hőlégballonok

• műholdak.

A szenzorok mérési adataiból előfeldolgozás során előállított kép által tartalmazott információk a következőképpen osztályozhatók:

• geometriai (térbeli) információk: a tárgyak helye, elhelyezkedése, alakja, felülete stb. Fontos mérőszáma a pixelméret, azaz a kép egy pontjának a földfelszínen mérhető, valós térbeli kiterjedése (2.8. ábra - animáció).

2.8. ábra - Különböző térbeli felbontású felvételek szimulációja (gyakran használt pixelméretekkel) - ANIMÁCIÓ

Az animáció a linkre kattintva indítható. - Különböző térbeli felbontású felvételek szimulációja (gyakran használt pixelméretekkel)

Spektrális információk: a tárgyról érkező sugárzás mértéke. A mérés szenzortól függően egy vagy több hullámhossztartományban (spektrális- vagy színképsáv) történik; az egysávos felvételt monospektrálisnak, a többsávos felvételt (a sávok számától függően) multispektrálisnak, illetve hiperspektrálisnak nevezzük. A műholdas távérzékelés a spektrális információgyűjtés minden típusát alkalmazza.

2. 2.2. Térképezés és fotogrammetria

A távérzékelés során adatok kaphatók az objektumok terepi helyzetéről, a megfigyelés gyakoriságáról az észlelés radiometriai tulajdonságairól. A távérzékelés adatait elsősorban a meteorológia, az erőforrás-kutatás, környezetvédelem és a térképészet hasznosítja. A térképészeti célú felvételek fedéssel készülnek, és felbontásuk is nagyobb, mint a meteorológiai vagy erőforrás kutató műholdak fényképei. A világűrből készült felvételek nagy mennyiségű információt képesek rögzíteni rövid idő alatt, így alkalmasak globális és regionális térinformatikai rendszerek adatbázisának létrehozására. Különösen jelentősek az időben változó jelenségek megfigyelését szolgáló térinformatikai rendszerek kialakításában.

2.1. 2.2.1. Térképezés légi és űrfelvételekkel

A légi és űrfelvételek a terep pontszerű felvételezésével szemben felületi felvételt nyújtanak, ezért segítségükkel a térképkészítés és térképhelyesbítés gyorsabban, bizonyos részeiben pontosabban és hosszabb időszakot tekintve olcsóbban végezhető, mint a hagyományos terepfelméréssel. Magyarországon a topográfiai térképezés (felmérés, helyesbítés, felújítás) szinte kizárólagosan légi fényképek metrikus értékelésével (fotogrammetriai kiértékeléssel) történik. A tematikus térképezéshez is egyre gyakrabban használnak nem hagyományos fotográfiai úton készült légi- és űrfelvételeket.

Adatnyerési módszerek (Nagyváradi L.)

Az űrkutatás lehetővé tette a természeti és az épített környezet nagy léptékű és folyamatos megfigyelését változásainak rögzítését és térképi interpretálását. A világűrből készülő felvételek napjaink egyik legfontosabb információi, melyet a földtani kutatások, mezőgazdaság, környezet- és természetvédelem, vízgazdálkodás és természetesen a térképészet is alkalmaz. A korábban alkalmazott térképészeti (felmérési, geodéziai) módszerekhez képest kétszer gyorsabb és 60 százalékkal olcsóbb lett a térképkészítés. Napjainkra igen részletes térképek készültek Ázsia, Afrika, Latin-Amerika korábban csak kis méretarányban feltérképezett területeiről is.

Az öt kontinens felszínének csak mintegy feléről létezik 1:50 000, és negyedéről 1:25 000 méretarányú topográfiai térkép. A fejlődő országokban a térképek hiánya, a fejlett országokban a lassú felújítási ütem jelent problémát. Európában az 1:25 000 és 1:50 000 méretarányú térképeknek csak mintegy 6-8 %-át újítják fel évente.

A nagyfelbontású űrfelvételek fontos adatokat nyújtanak a topográfiai térképezés számára, mind a térképkészítés, mind a térképfelújítás terén, bár a hagyományos eljárásokat nem pótolhatják teljesen. Az űrfelvételeken a topográfiai térkép számos, de nem minden eleme azonosítható és határolható le. A sztereó képpárokból a domborzat automatizált eljárással határozható meg. A felvétel felbontása és az elérhető méretarány szoros kapcsolatban vannak egymással.

A képzés során a térképezés és fotogrammetria munkafolyamatával történő megismerkedés terepgyakorlaton, ill. üzemlátogatáson történik, ahol a cégek gépeinek, berendezéseinek megtekintésével és szóbeli közléssel történik a leghatékonyabb oktatás. A vállalatok adatbázisában található sztereoképpárok és azok feldolgozásának folyamata jó példával szolgál az alkalmazási területek megismerésére is.

Egy térkép felújítása általában kisebb felbontású felvételt követel meg, mint egy ugyanakkora méretarányú új térkép elkészítése (2.9. ábra). Az űrfelvételek haszna az, hogy a hagyományos eljáráshoz képest lényegesen gyorsabban és kisebb költséggel készíthető el a térkép, bár esetenként a pontosság nem éri el a hagyományos eljárással készítettekét. A SPOT műhold pankromatikus felvételeiből rutinszerűen elérhető a 10 méteres síkbeli pontosság. A hasonló magassági pontosság biztosítása azonban attól függ, hogy sikerül-e nem túl nagy időbeli különbséggel megfelelő sztereó felvételpárt is készíteni. Az egyidejűség miatt nagy a jelentőségük az azonos pályáról sztereóképet készítő szenzoroknak (JERS, MOMS). Az űrfotótérkép vagy űrorthofotó, amely nagy pontossággal – a topográfiai torzítást is figyelembe véve – korrigált űrfelvétel, számos különböző célú tematikus térkép alapja.

2.9. ábra - Az űrtérképészet néhány adata

Képfeldolgozási módszerekkel egyesíthetők az egysávos, nagyobb felbontású és a többsávos, kisebb felbontású felvételek. Például a SPOT pankromatikus és a LANDSAT TM felvételből a SPOT felbontásának megfelelő színes kép állítható elő. Az űrfotótérképeket alkalmazó főbb szakterületek: a geológia, az erdészet, a regionális tervezés, a földhasznosítás, a mezőgazdasági tervezés, és a környezetgazdálkodás.

A radarfelvételeknek óriási jelentőségük van a gyakran felhővel borított egyenlítői területek térképezése szempontjából. A mintegy 90 000 km2 területű, nagyrészt trópusi őserdővel fedett Francia Guyana teljes területéről néhány hónap alatt ERS-l SAR felvételeket készítettek. A 18 képből űrfotómozaikot állítottak össze, amelynek fő felhasználási területe a nyersanyagkutatás. Új módszer a SAR interferometria, mellyel két, eltérő időpontú ERS-1 SAR felvételből 10 m-nél jobb magassági pontosságú DTM (domborzati terepmodell) kapható.

A műhold felvételek elemzéséhez szükséges gyakorlati tudni valók elemei:

• felbontás,

• készítés időpontja,

• frekvencia tartomány,

• műhold pályaadatai,

• jelkulcs,

Adatnyerési módszerek (Nagyváradi L.)

• több felvétel összehasonlító elemzése,

• idősoros felvételek összehasonlító elemzése,

• terepismeret,

• színkódok ismerete,

• alapvetület ismerete,

• torzítás,

• adatok hitelessége,

• képfeldolgozó cég ismerete,

• bekerülés költség.

3. Tesztfeladatok

A tesztfeladat megoldások az utolsó feladat után megtalálhatók.

In document Környezeti Informatika (Pldal 25-30)