1. Jak to všechno funguje – princip dálkového průzkumu Země
Co je to dálkový průzkum Země? Na jakém principu je možné pořizovat ze satelitů snímky? Jak je dlouhá vlnová délka elektromagnetického záření? Jaký můžete vidět nejmenší detail na satelitních snímcích?
Princip DPZ – dálkového průzkumu Země
Dlouhá staletí objevovali lidé své okolí pouze ze zemského povrchu, a zaznamenávali tyto poznatky nejprve do ručně kreslených map, posléze i do mechanicky nebo počítačově vytvořených děl. Teprve vynález fotografie, poté rozmach letectví, kosmonautiky a nakonec rozvoj výpočetní techniky umožnil lidstvu využívat družicové snímkování jako neocenitelný zdroj poznání a hlavně sledování proměn naší planet y v čase. Jak se vlastně definuje a co tedy je ten dálkový průzkum Země?
Dálkový průzkum Země má několik definic. Některé jsou:
Vědecké
Dálkový průzkum je věda i umění získávat užitečné informace o objektech, plochách či jevech prostřednictvím dat měřených na zařízení, která s těmito zkoumanými objekty, plochami či jevy nejsou v přímém kontaktu.
Praktické
Dálkový průzkum Země (DPZ) se zabývá pořizováním leteckých a družicových snímků, jejich zpracováním a analýzou za účelem tvorby topografických či tematických map.
Zábavné
Dálkový průzkum je umění rozdělit svět na množství malých barevných čtverečků, se kterými si lze hrát na počítači s cílem odhalení jejich neuvěřitelného potenciálu a tajemství.
Princip pasivního a aktivního snímání
Podstatou fungování je obdobný princip, který je třeba na vašich mobilních telefonech – satelity mají tzv. skenery - radiometry (něco jako optické nebo radarové senzory), které nejčastěji umožňují přijímat odražené sluneční záření od objektů na zemském povrchu, v atmosféře a někdy i částečně pod povrchem země nebo pod vodou.
Některé tyto satelity vysílají i vlastní umělý signál (laserový či radarový), který se odrazí od povrchu a poté ho přijímají zpět. Můžete si ho představit jako takový policejní radar, který umožňuje zaznamenat i obraz. Na podobném principu pracují třeba i radary na letišti, které sledují polohu letadel.
Tyto přenosy signálů, ať už odražených od Slunce nebo přímo uměle vyslaných z družice, umožňují na senzoru zaznamenat elektromagnetické záření na různých vlnových délkách od ultrafialového záření (znáte ho třeba z UV filtrů), přes viditelné záření (tak vidí okolní svět lidské oko), infračervené záření (používají ho vojáci pro noční vidění), termální záření (určitě jste viděli obrázky z termální kamery) až po mikrovlnné záření (sem patří právě radarové snímky třeba srážek apod.)
Zjisti více: Vlnové délky
Pokud se chceš dozvědět, jak asi veliké jsou jednotlivé vlny v různých spektrech elektromagnetického záření a zda projdou atmosférou, mrkni na tento odkaz a video.
Vyzkoušej si, jestli dokážeš správně přiřadit jednotlivé vlnové délky k různým druhům záření.
Princip přenosu a zpracování informace z družic
Celý proces přenosu a zpracování informace si můžeme popsat takto:
Slunce vyšle záření (1), které putuje skrz atmosférou (2), poté se odrazí od konkrétního povrchu na zemi (3) a putuje zpátky přes atmosféru do družice (4), na které jsou nainstalované senzory s detektory citlivými na intenzitu světla. Každý povrch odráží různým způsobem a proto se pak na snímku jeví různé typy povrchů odlišným odstínem nebo barvou. Tento obraz se elektronicky posílá (5) na záznamové zařízení na Zemi (6), odkud se přes různé portály posílá odborníkům (7), kteří na něm zpracovávají analýzy (8) a ty poté předávají pro další využití ostatním lidem (9).
Z technologického hlediska můžeme pak rozdělit celý systém DPZ na tři části:
- kosmická – kde se pořizují a získávají data
- zpracovatelská – zde dochází k přenosu a prvotnímu předzpracovaní dat jednotlivými poskytovateli snímků
- uživatelská – tady už probíhají různé analýzy potřebné pro všechny možné obory lidské činnosti např. ochranu přírody, sledování přírodních katastrof, dopad lidského osídlení na krajinu apod.
Není všechno černobílé a taky ani malé ani velké.
Digitální satelitní snímky mají svoje specifické vlastnosti, které záleží hlavně na typu senzoru a oběžné dráze, a můžeme je rozdělit do 4 kategorií:
- radiometrické rozlišení
- prostorové rozlišení
- časové rozlišení
- spektrální rozlišení
Radiometrické rozlišení
Každý digitální snímek se skládá z množství tzv. obrazových prvků - pixelů (malých čtverečků), a každý pixel nese jedno číslo, které se nazývá DN – digital number – je většinou prezentováno jako odstín šedi a určuje intenzitu odraženého druhu povrchu. Políčka, která vidíš bíle, jsou povrchy, které odrážejí hodně slunečního světla – např. plechové střechy, naopak tmavá políčka spíše sluneční záření pohlcují (např. zoraná pole, lesy). Jakou má pixel hodnotu také záleží na tom, jak moc přesný a citlivý je senzor na družici – starší přístroje mohly zaznamenat třeba jenom 256 odstínů šedi, nové už umějí i několik desítek tisíc hodnot.
„Tato vlastnost snímku se většinou určuje jako mocnina 2, takže třeba číslo 2^8 (dvě na osmou) znamená osmibitové rozlišení a políčka na snímku mohou dosáhnout hodnot 0-255. Možná jste už bity a byty probírali v informatice – kódují se tak informace v počítači.“
Prostorové rozlišení
To, jak moc plochy na zemi zabere jeden čtvereček alias pixel, nám určuje prostorové rozlišení. Tahle hodnota se může pohybovat od několika kilometrů až po desítky centimetrů. Opět hodně záleží, jak je senzor konstruován a z jaké výšky se na Zemi dívá, souvisí s tím i typ oběžné dráhy družice, o které ti povím ještě v další kapitole. Obecně lze ale říci – čím níže nad povrchem lítá – tím podrobnější a detailnější snímky lze získat.
Malé velké čtverečky
Časové rozlišení a spektrální rozlišení
Časové rozlišení znamená, za jak dlouho se družice při svém přeletu dostane na stejné místo nad zemským povrchem, které snímá. Některým to trvá pár minut, některým pár hodin a některým několik dní. Nejkratší dobu mají geostacionární družice, které se otáčejí společně se Zemí a v podstatě jakoby „visí“ stále nad stejným místem – snímky můžete získat i 4x za hodinu. Jedná se především o meteorologické družice.
Spektrální rozlišení nám zase určuje, kolik různých spektrálních pásem (na různých vlnových délkách), umí senzor zaznamenat – existují snímky panchromatické (černobílé), multispektrální (barevné) a hyperspektrální (kde je několik set snímků s různou vlnovou délkou). Jak už jistě víš z předchozího textu, nemusí to být vždycky jenom snímky z viditelné části záření, ale můžou to být třeba také termální nebo infračervené záznamy.