A Távérzékelés fogalma

Átírás

1 A távérzékelési, fotogrammetriai és térinformatikai, valamint agrokémiai alapokon nyugvó multispektrális térképezés a mezőgazdaság és talajkutatás szolgálatában Bakó Gábor Interspect kutatócsoport csoportvezető, Szent István Egyetem Növénytani és Ökofiziológiai Intézet, H-2100, Gödöllő Páter Károly u 1., bakogabor@interspect.hu A Távérzékelés fogalma Mit nevezünk Távérzékelésnek? i. Közvetlen érintkezés nélküli érzékelés: remote sensing, vagy teledetection ii. Nem kapcsolat nélküli: a közvetítő valamely erőtér. iii. Föld megfigyelés: a távérzékelés legfiatalabb ága mágneses tér Gravitációs tér Szeizmológia (a földrengések rugalmas hullámainak észlelése) Elektromágneses tér változásai Távérzékelés Budapest, november 21.

2 Passzív és aktív távérzékelés a gyakorlatban Passzív távérzékelés Aktív távérzékelés RGB fotogrammetria RADAR Hiperspektrális Multispektrális LIDAR

3 A LIDAR előnyei Légifelvétel térkép készítésére alkalmas nyers felvételek Légifelvétel térképek

4 Űrbeli szenzorok Geostacionárius: km Pólus-közeli: Nagy magasságú km légi szenzorok: km Légi szenzorok (Közeghatás problémája): 3-10km Nap A Föld Megfigyelő (Távérzékelési) Rendszer Elvi Felépítése Szenzor Légi szenzorok (kis magasságú): 300 m- 3,5 km Ultra-könnyű repülő eszközök, Sárkányrepülők és UAV Terepi mérések Közeli felvételek Kézi, állvány, Daru 1-5m Föld Elő- Feldolgozás Adat Elemzés Kiegészítő Adatok - Emberi részvétel Információ Hasznosítás

5 GIS Térinformatikai Rendszer (Adatbázis) A feladathoz illesztetten kiválasztott, Tematikus, Georeferenciával (térképi koordinátákkal) ellátott Adat-sorozatok ADATBÁZISA és Az adatokat elkülönítetten és együttesen (integráltan), egymáshoz geometriailag illeszkedő fedvényekként kezelő SZOFTVER GIS fájl Vektor adatok Raszteres adatok Topográfia Talaj térkép Talaj térkép földtani térkép Csapadék eloszlás Felszínborítás Növényzet állapota Távérzékelési képek Hőmérséklet eloszlása Vízrajz Népsűrűség Természetvédelmi parkok Környezetvédelmi zónák Digitális Topo Modell Topográfiai térkép Terepi Pontszerű mérések Katonai, hírszerzési alkalmazások 1,8m 10 m

6 Landsat TM - Katasztrófa monitorozás Adatkocka összes pixele: n mxm Geometriai Felbontás-Spektrális Felbontás- Jel/Zaj hányados Az adatkocka 3D képe m pixel:képsorok száma Kép összes pixele: NxN=N 2 m pixel: képoszlopok száma Színes kompozit kép az égő kuvaiti olajkutakról az 1991-es öbölháború idején

7 Mérés elmélet Felbontás Képminőség Spektrum Az adatgyűjtés alapvető szabályai A szabatosság A spektrum A származtatott adatok pontossága Az információ megbízhatósága Statisztikai kérdések Szabatosság Adatgyűjtési és adatkinyerési módszerek Új technológiák

8 Terepi felbontás A geometriai felbontás jelentősége A légi fotogrammetria szempontjából elérhető terepi felbontás jelenleg 2,5 cm-nél tart A gyakorlatban leginkább 20 5 cm terepi felbontású légifelvételek használatosak kataszteri, topográfiai és egyéb térképek aktualizálására Független forrásból: Beolvadás geometriai eltolódás Statisztikai hibák Felismerhetőség Lehatárolhatóság Magyarországon a légi fotogrammetria szempontjából elérhető terepi felbontás jelenleg 0,5 cm A gyakorlatban leginkább 50 5 cm terepi felbontású légifelvételek használatosak

9 Terepi felbontás 2 cm, 5 cm 10 cm 40 cm terepi felbontás nagyítva

10 Kaposvár Interspect IS 4 Terepi felbontás 6 és 10 cm terepi felbontású felvétel (Bakó 2010)

11 Épületek észlelhetősége, lehatárolásuk pontossága a felbontás függvényében Földutak és kopárok észlelhetősége, lehatárolásuk pontossága a felbontás függvényében (Bakó 2010) (Bakó 2010)

12 Tájsebek, humuszos réteget vesztett talajfelszínek (kopárok) által fedett területek lehatárolásának eredménye különböző terepi felbontású felvételekből kiindulva (Bakó 2010) (Bakó 2010)

13

14 Minden tudományos értékű adatgyűjtés megkívánja a feladatnak megfelelő módosításokat A digitális kép dinamikájának alakulása -Térképezés részletességének megválasztása -Spektrumok helyes megválasztása -Felmérési időszak megválasztása -Megfelelő időjárási, légköri körülmények -A feladat sikere a felvételezési idő csökkentésén is múlik

15 Dinamika A digitális felvétel dinamikáját nem csak a fényképezőgép képérzékelője, de a szenzoron jelentkező elektromos jeleket átalakító processzor és algoritmus minősége is befolyásolja. Nagy árnyalatterjedelem, de gyenge árnyalatgazdagság Árnyalatgazdagság: Minél több különböző fényességű pontot tud a fényképezőgép érzékelője elkülöníteni a két szélsőérték között, annál pontosabban ábrázolja a valóságot. Árnyalatterjedelem szélessége: a képen található legsötétebb és legvilágosabb pont közti különbség. Felvételi tágasság, vagy megvilágítás-terjedelem: az érzékenységi küszöb és a maximális érzékenység expozíciós tengelyen mért távolságától függ. Minél nagyobb ez a távolság, annál nagyobb az anyag tágassága. Az árnyalatterjedelem és a tágasság meghatározza az eszközzel elérhető árnyalatgazdagságot. (Fontos tényező az érzékelési tartomány is).

16 A tágasság növekedése (az árnyalatrészletesség növekedésével) A tágasság növekedése (az árnyalatrészletesség növekedésével)

17 A tágasság növekedése (az árnyalatrészletesség növekedésével) A tágasság növekedése (az árnyalatrészletesség növekedésével)

18 A tágasság növekedése (az árnyalatrészletesség növekedésével) Azonos felszínrészlet: Dinamika GoogleEarth Légifelvétel-térkép

19 Szabatos ortofotók mozaikolása A denzitás a mozaikolásnál is lényeges! (Bakó 2010) - A geometriai hibák nem okoznak eltéréseket - Az árnyalatgazdagság segíti a beolvasztást

20 Távérzékelés fotogrammetria nélkül?? A Fővárosi Állat- és Növénykert világrekord felbontású légifelvétel-térképe

21 Távérzékelés fotogrammetria nélkül???????????

22 Távérzékelés Rendszert kell képezzen Fotogrammetria Térképészet Térinformatika

23 Ismételt diszkrét megvilágítási időintervallumok Ismételt diszkrét megvilágítási időintervallumok Centrális vetítésű alapfelvételek Kezelhető, könnyen feldolgozható állományok

24 BakóGábor Kalibrált mérőkemera lencsekorrekciója

25 Kalibrált mérőkemera lencsekorrekciója Szabatosság Légi vagy űrfelvétel Domborzatmodell Felületmodell Ortofotó-térkép

26 Egyszerű mozaik Geometriai hibáktól terhelt

27 Felvétel térképi vetületbe illesztése országfotó (nem készült el az egész országra)

28 A geometriai pontossága tovább javítható Képtranszformáció

29 Ortofotó Digitális terepmodell A szabatos légifelvétel-térkép alapja Viharkár ortofotó-térkép részletén

30 Digitális domborzatmodellre rektifikált kép

31 Munka 5 cm pontosságú ortofotón Ortofotó készítéskor felmerülő hibák és kiküszöbölésük

32 A domborzatmodell hibájából adódó geometriai pontatlanság A domborzatmodell hibájából adódó geometriai pontatlanság

33 Ortofotó készítés egy blokkban, sugárnyaláb kiegyenlítéssel

34 Ortofotók (veszprém 2012 január) (Interspect) RGB ortofotó mozaik alaptérképpel

35 Képelemzés Reflektancia görbék Ortofotó mozaik (CIR csatorna kombináció) Vágó János, Seres Anna, Hegedűs András, 2011

36 Képelemzés Az anyagoknak jellegzetes reflektancia görbéje van, mely megmutatja, hogy az adott anyag (pl. növényfaj, ásvány, kőzet, talajtípus) az elektromágneses sugárzás különböző hullámhosszain milyen mértékben nyel el, illetve ver vissza. Ez a tulajdonság megkönnyíti a multi- és hiperspektrális felvételeken történő elkülönítést. Előfordulhat azonban, hogy két vagy több anyag a sugárzást egy bizonyos hullámhossztartományban nagyon hasonló arányban veri vissza, ezért az adott sávban készült képen nem vagy csak bizonytalanul különböztethetők meg. Ezért a csatornák együttes, komplex elemzését alkalmazzuk.

37 NDVI : normalizált növényzeti mutató (Normalized Difference Vegetation Index,). NDVI=(NIR-RED)/(NIR+RED) A növények a fotoszintézishez a nagyobb energiamennyiséget szállító látható fény hullámhossz-tartományát használják fel, míg a kisebb energiájú közeli infravörös (Near Infrared, NIR) tartományt kevésbé. Ezért a látható fény tartományaiban inkább elnyelnek (a pixelek sötétebbek), míg a közeli infravörösben inkább visszavernek (a pixelek világosabbak). Vagyis minél nagyobb egy adott területen a mért sugárzás (a képen a pixelérték) különbsége a látható vörösben (Red) és a nem látható közeli infravörösben (NIR), annál dúsabb és egészségesebb növényzettel borított. Jellemző NDVI értékek sűrű és egészséges növényzettel való borítottság esetén 0,3 0,8 közötti, felhős és havas-jeges területeken negatív érték, nyílt, növényzetben, planktonban gyér vízfelületek esetén nulla körüli Értéke -1 NDVI 1 lehet.

38 Árnyék probléma További indexek Növényzeti mutató (Ratio Vegetation Index, RVI): RVI=NIR/RED Vegetációs különbség (Difference Vegetation Index, DVI): DVI=NIR-RED Agyagásvány index = TM5 ( nm)/tm7 ( nm) Vasoxid index = nm/ nm Hidrotermális ásványok indexe = TM5( nm)/tm7 ( nm) v. TM3 ( nm)/tm1( nm)

39 A vizsgálatok alapján új szenzorcsalád született : A világ legnagyobb terepi felbontású légifelvétel-térképe területegységre vonatkoztatva 2011: A legnagyobb részletességű képvándorlásmentes nagysebességű légifelvétel (300 km/h 0,5 cm) 2012: A világ legnagyobb terepi felbontású légifelvétel-térképe területegységre vonatkoztatva

40 Interspect IS 2 Felbontása: 60,5 MP (8984 x 6732) vagy 26 MP Elérhető terepi felbontás: 0,5 cm Spektrális felbontás RGB (12.5 f-stops (>72 db) dinamikai tartománnyal), és 2 NIR + 3 beállítható spektrumú csatorna Sebesség: Minimális záridő: redőnyzárral 1/8000 Kiolvasási sebesség: 0,4 sec Objektívek: f= mm FOV f=80 mm esetén: 40 ⁰, 27⁰ Érzékelő: 1 db 53,9 mm x 40,4 mm DALSA CCD (6,0 x 6,0 µ) 2 db 21 MP CMOS (6,1 x 6,1 µ) Repülésirányító szoftver: INTERSPECT CONTROL PRO1.1 Moduláris jelleg: 4 RGB fej Tömege: 74 kg Energia felvétele: 70 W

41 Az alkalmazott CMOS szenzorok spektrális érzékenysége nm tartományban Fotogrammetriai úton előállított háromdimenziós modell Csatorna Csúcsérték nm Kék Zöld Piros Spektrálistartomány nm Csatorna Csúcsérték nm NIR NIR UV Spektrálistartomány nm Zalaegerszeg fotogrammetriai úton előállított terepmodelljének részlete (2011, Interspect)

42 Felbontás nyújtotta előnyök Dinamika nyújtotta előnyök

43 A vörösiszap-katasztrófa elöntési modellje Populus az ortofotó-térképpel ellenőrizve

44 10 cm terepi felbontású ortofotónk részlete Csupán az RGB csatornák elemzésével: az előosztályozás egyik fázisa

45 Csupán az RGB csatornák elemzésével: az előosztályozás egyik következő fázisa Vegetáció és felszínborítás térkép Vegetáció és felszínborítás térkép három dimenzióban

46 Dőlt kameratengelyű erdészeti felmérés alapképének részlete

47 Légi távérzt rzékelés Tudományos, közigazgatási, települési, erdészeti, valamint marketing feladatok Légi távérzt rzékelés Tudományos, közigazgatási, települési, erdészeti, valamint marketing feladatok Légifelvétel-térkép Nagy felbontás ( cm) Kiemelkedő geometriai pontosság Spektrális felbontás s (UV,VIS,IR,TIR) Légifelvétel-térkép Nagy felbontás ( cm) Kiemelkedő geometriai pontosság Spektrális felbontás s (UV,VIS,IR,TIR)

48 Légi távérzt rzékelés Tudományos, közigazgatási, települési, erdészeti, valamint marketing feladatok Légifelvétel-térkép Nagy felbontás ( cm) Kiemelkedő geometriai pontosság Spektrális felbontás s (UV,VIS,IR,TIR) Interspect IS 3 légifelvétel RGB csatornái

49 Interspect IS 3 közeli infravörös csatornát tartalmazó légifelvétel kompozit (CIR)

50 KODAK szabványhoz igazított IS 3 digitális CIR Távérzékelés Multispektrális csatornák és osztályozás

51 A gátszakadás modell ellenőrzése

52

53 Felszíni víztestek szerves szennyezőinek, lebegőanyag tartalmának és ökológiai állapotának becslése, analitikai és Biológiai monitoring vizsgálatok térbeli kiterjesztése A terület 10/2000 (IV.2.) KÖM-EÜM-FVM-KHVM együttes rendeletben meghatározott szennyezettségi határértéket túllépő elemei Kadmium felszíni (f) 3,0 2,5 mély (m) kontroll felszíni (kf) kontroll mély (km) 2,0 1,5 1,0 szennyezettségi határérték 0,5 0,0 A2f A3m A5f A6m A8f A10m A12f A13m A15f K1m B1f B2m B4f B5m B7f B8m B10f B11m B13f B14m E1f E2m C1f C3f C4m C6m B&Bf mg/kg sz.a. INTERSPECT mintavételi hely

54 Invazív növényfajok feltérképezése nagyfelbontású ortofotó-térkép segítségével INTERSPECT Illegális hulladék elhelyezés

55 INTERSPECT

56 A régészeti park BakóGábor BakóGábor

57 BakóGábor A bemutatásra feltárt 115. számú halomsír a Százhalombattai Régészeti Parkban

58 Az IS4 rendszerrel én készített állomány: terepmodell az ortofotón A háromdimenziós ortofotó a tengerszinthez viszonyítva (valós kiemelés)

59 A háromdimenziós ortofotó a tengerszinthez viszonyítva A terület áttekintése BakóGábor

60 Munkaterület dokumntálása április 29. BakóGábor

61

62 További halmok nyomában BakóGábor BakóGábor

63 WorldView

64 Archív légifelvételek beszerzését, digitalizálását, georeferálását vállaljuk A Badacsony 1928-ban

65 üvegnegatív Törött üvegnegatív

66 Hiányos üvegnegatív Hiányos üvegnegatív

67 felvételek helyreállítása felvételek helyreállítása

70 Köszönöm a figyelmet!

71 Felbontása: 185,2 MP (15811 x 11713) vagy 60,5 MP (8984 x 6732) Elérhető terepi felbontás: 1,8 cm Spektrális felbontás RGB (12.5 f-stops (>72 db) dinamikai tartománnyal), SCMC Sebesség: Minimális záridő: redőnyzárral 1/8000 Kiolvasási sebesség: 1,7 sec Objektívek: f=28, 35, 45, 55, 80, 110, 120, 150, 210 mm és 240 mm FOV f=80 mm esetén: repülésirányra merőleges látószög: 37⁰ látószög repülésirányban: 28⁰ Érzékelő: 4 db 53,9 mm x 40,4 mm DALSA CCD 6,0 x 6,0 µ elemi képponttal Repülésirányító szoftver: INTERSPECT CONTROL PRO1.1 Moduláris jelleg: 4 RGB fej Tömege: 280 kg Energia felvétele: 840 W