Szintetikus Apertúrájú Radar hazai alkalmazásai Távérzékelési Osztály eredményeinek összefoglalója Friedl Zoltán, Nádor Gizella, Rotterné Kulcsár Anikó, Hubik Irén, Birinyi Edina, Pacskó Vivien Földmérési, Távérzékelési és Földhivatali Főosztály 1149 Budapest, Bosnyák tér 5. 1592 Budapest, Pf.: 585 Telefon: +36 (1) 222-5101 Fax: +36 (1) 222-5112
Áttekintés: 1. Szintetikus Apertúrájú Radar: Radar felvételezés Képalkotó radar Speckle zaj Radar műholdak 2. Felszíntérképezés: Színkompozitok Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növény fenológiai vizsgálatok : Kukorica bogár kártétele Belvíztérképezés Jégkár Parlagfű térképezés 2
Radar felvételezés Képalkotó radar Speckle zaj Radar műholdak 1. Szintetikus Apertúrájú Radar 3
Radar felvételezés Képalkotó radar Speckle zaj Radar műholdak Távérzékelés Passzív szenzor (Optikai felvételek) Aktív szenzor (radar felvételek) 4
Radar felvételezés Képalkotó radar Speckle zaj Radar műholdak SAR képalkotás geometriája V S / C radar Radar különböző polarizáltságú impulzusokat bocsájt ki és annak különböző polarizáltságú visszaverődését regisztrálja. Frekvencia @ 1000-4000 Hz range: radar principle = scanning at speed of light azimuth: A repülés irányában felvételez sebességgel. V B Koherens képalkotás: Komplex értékű pixelek, amik Tartalmazzák a fázis és amplitudó információkat swath szélesség Fig.: DLR V B 5
Radar felvételezés Képalkotó radar Speckle zaj Radar műholdak 2-D Raw Data Matrix echo signal matrix z x range azimuth x y Felvételezés geometriája (felülnézet) Szóró pont Fig.: DLR 6
Radar felvételezés Képalkotó radar Speckle zaj Radar műholdak Polarizáció S = S HH S VH S HV S VV 7
Radar felvételezés Képalkotó radar Speckle zaj Radar műholdak SAR Raw Data azimuth ERS-1 ESA 8
Radar felvételezés Képalkotó radar Speckle zaj Radar műholdak Fókuszált SAR Data azimuth ERS-1 ESA range 9
Radar felvételezés Képalkotó radar Speckle zaj Radar műholdak Fókuszált SAR Data azimuth ERS-1 ESA Az azimuth szerinti négyes pixel átlagolás után elérjük a kürölbelüli négyzetes pixelméretet 10
Radar felvételezés Képalkotó radar Speckle zaj Radar műholdak Pixelek visszaverődési értékei Minden szürke vektor összekapcsolható a cellán belüli szóródással. Pixelek amplitúdójának eredője (piros vetor) az egyedi vektorok összege. Re Im Cella felbontás A kisugárzott impulzusok polarizációja és a vételi antenna polarizációja ismert. A céltárgy a polarizációs állapotot megváltoztatja. A visszavert rádióhullámok amplitúdója és polarizációs állapota információt tartalmaz: a visszaverő anyag reflektivitásáról, geometriai elrendeződéséről, formájáról, nedvességtartalmáról, felületi minőségéről 11
Radar felvételezés Képalkotó radar Speckle zaj Radar műholdak Mi az a Speckle? Konstruktív kombináció Re Magas radiometria Im SAR Image Destruktív kombináció Re Cella felbontás Im Alacsony radiometria 12
Radar felvételezés Képalkotó radar Speckle zaj Radar műholdak Mi az a Speckle? Speckle egy állandóan meglévő só-bors szerű zaj, ami csökkenti a radar képek minőségét és nehezíti az értelmezést. TERRASAR-X Stripmap Thuringia, Germany Satelite image of the corresponding area GoogleMaps 13
Radar felvételezés Képalkotó radar Speckle zaj Radar műholdak Jelenlegi SAR műholdak műhold Kiszolgáló Sáv Felbontás Beesési szög Swath Életciklus Cosmo Italy X ca. 1 m - 16 m 2007- TerraSAR-X Germany X 1 m - 16 m 15-60 10-100 km 2007/2010- & TanDEM-X Radarsat-2 Canada C 3 m - 100 m 15-59 10-500 km 2007- ALOS-2 Japan L 3 m 100 m 8-70 25 350 km 2014- Sentinel-1A ESA C 5 m 50 m 20-46 20-400 km 2014- Sentinel-1B ESA C 5 m 50 m 20-46 20-400 km 2016- RISAT-1 India C 1 m 50 m 11.5-49.5 10-225 km 2012- RISAT-2 India X 1 m 8 m 20-45 10-120 km 2009- SAOCOM Argentina L 10 m 100 m 17.5-50 30-350 km 2015-14
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok 2. Felszíntérképezés 15
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Általános képfeldolgozás Osztályozás Számítógép alapú értelmezés Manuális/vizuális fotóinterpretáció Felügyelt Nem felügyelt Paraméterezett Nem paraméterezett Paraméterezett Felügyelt Nem Nem paraméterezett felügyelt 16
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok 2015-ös ortofotó kivágát 17
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Sentinel-2A hamis színkompozit 14/08/2015 Red: NIR Green: SWIR1 Blue: Red-edge1 18
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Radar hamis színkompozit Red: Shennon Entropia szórása Green: l2 átlaga Blue: Anizotrópia átlaga 19
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Tisza-tó osztályozása WorldView-2 26/05/2014 Maximum Likelihood Pixel alapú osztályozás Radarsat-2 fine quad-pol 25/05/2014 Maximum Likelihood pixel alapú osztályozás 20
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Tisza-tó osztályozása WorldView-2 26/05/2014 Maximum Likelihood Pixel alapú osztályozás Radarsat-2 fine quad-pol 25/05/2014 Objektum alapú osztályozás (szegmentálás WorldView-2 alapul) 21
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Osztályozások összevetése 22
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Copernicus Nagy Felbontású Rétegei Copernicus Land Monitoring Services munkáságával összefüggésben, 5 nagy felbontású réteg (HRL) készült az European Environment Agency (EEA) 39 országára: Mesterséges felszín (1-100%) Erdő (1-100%, Erdő típus) Füves területek Állandó víztestek Vizenyős területek Félautomatikus képfeldolgozási eljárás űrfelvételek alapján Térbeli felbontás: 20 m/ 100m MMU: 0.5 ha Referencia év: 2012 23
Shannon Entropia értékek 1. Szintetikus Apertúrájú Radar 2. Felszíntérképezés Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Idősoros osztályozás 23 Shannon Entrópia időbeli változása 22 21 20 19 18 17 Füves területek Erdő Víztestek Mesterséges réteg Vizenyős területek 16 15 2014.12.17 2015.03.27 2015.07.05 2015.10.13 2016.01.21 2016.04.30 24
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Idősoros osztályozás Erdő Optikai idősorból készített osztályozott kép Füves területek Vizenyős területek Mesterséges felszín Víztestek Egyéb területek Radar idősorból készített osztályozott kép 25
Százalék (%) 1. Szintetikus Apertúrájú Radar 2. Felszíntérképezés Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Idősoros osztályozások összehasonlítása 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 optical radar radar+opt (pixelwise) radar+opt (obia) overal (%) kappa (%) 26
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Gyeptérképezés Szolnok megyére Sentinel-1 multi-kompozit R: 2015/06/14 SE, G: 2015/06/02 SE, B: 2015/05/09 SE Legelő Potenciálisan legelő 27
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Vetésszerkezeti térkép radar és optikai felvételek fúziójával Optikai+radar multikompozit fúzió Vetésszerkezeti térkép Referencia térkép víz település R: 2015/06/10 Landsat TM8 NIR G: 2015/04/23 Landsat TM8 SWIR B: 2015/06/18 Sentinel-1 ALPHA 28
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Kukorica Napraforgó Jellemzők: Veg. periódus: jún.- okt. Vertikális dominancia a struktúrában 2015: darab / 47 ha 2016: 20 darab / 544 ha Features: Veg. periódus: okt.- júl. Vertikális dominancia a struktúrában Kalász megjelenése áprilisban 2015: 12 darab / 55 ha 2016: 20 darab / 535 ha Őszi búza Repce Jellemzők: Veg. periódus: Máj.- Aug. Komplex struktúra Virágzás júliusban Leszáradás Aug.-ban 2015: 16 darab / 55 ha 2016: darab / 461 ha Jellemzők: Veg. periódus: okt.- jún. Komplex struktúra Virágzás ápr-máj 2015: 7 darab / 45 ha 2016: 21 darab / 522 ha 29
NDVI Csapadék (mm) 1. Szintetikus Apertúrájú Radar 2. Felszíntérképezés Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Fenológiai profilok: NDVI 50 40 30 20 10 0 2015.01.01 2015.02.20 2015.04.11 2015.05.31 2015.07.20 2015.09.08 2015.10.28 2015 90 80 70 60 árvakelés 2015 50 40 30 20 virágzás őszi búza repce 10 aratás 0 2015.01.01 2015.02.20 2015.04.11 2015.05.31 2015.07.20 2015.09.08 2015.10.28 30
NDVI Csapadék (mm) 1. Szintetikus Apertúrájú Radar 2. Felszíntérképezés Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Fenológiai profilok: NDVI 50 40 30 20 10 0 2016.01.01 2016.02.20 2016.04.10 2016.05.30 2016.07.19 2016.09.07 2016 90 80 70 árvakelés 60 50 40 30 20 10 aratás 0 2016.01.01 2016.02.20 2016.04.10 2016.05.30 2016.07.19 2016.09.07 2016 őszi búza kukorica napraforgó repce 31
Shannon Entropy Shannon Entropy 1. Szintetikus Apertúrájú Radar 2. Felszíntérképezés Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok Fenológiai profilok: Shannon Entropy 24 repce termés virágzás árvakelés leszáradás 23 22 virágzás 21 20 19 18 17 kalász aratás 2015.01.01 2015.02.20 2015.04.11 2015.05.31 2015.07.20 2015.09.08 24 23 repce termés 22 virágzás virágzás 21 20 19 18 17 kalász aratás 2016.01.01 2016.02.20 2016.04.10 2016.05.30 2016.07.19 2016.09.07 leszáradás 2015 2016 őszi búza kukorica napraforgó repce őszi búza kukorica napraforgó repce 32
Színkompozit Felszínborítási vizsgálatok Gyeptérképezés Növényfenológiai vizsgálatok H-Alpha tér 2016 őszi búza kukorica napraforgó repce Az őszi és tavaszi vetésű haszonnövények jól elkülönülnek. Az aratás időszakában teljesen elválnak. A repce karakterisztikája a virágzás időszakában elkülönül. 33
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés 34
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés 35
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Bábozódás (7-10 nap júniusaugusztusban) IMÁGÓ Tojásrakás (augusztus szeptember) BÁB TOJÁS Károsítás bibén LÁRVA Lárvakelés (májusjúnius) Gyökér kártétel Áttelelés (Szeptember-május) 36
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Egészséges kukorica és a lúdnyak fekvés 37
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Rendezett és rendezetlen struktúrák 38
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Tipikus lárvakártétel radar jellemzője kontroll károsodott 70-75 cm Egészséges kukoricatábla Károsodott kukoricatábla A kukoricatábla rendezettségének, vagyis struktúrájának változását vizsgáljuk egy a rendezettség méretével (sor-, illetve tőtávolsággal) összemérhető hullámhosszon a polarizáltság változásának elemzésével 39
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Mintaterület Békés megye az ország egyik legfőbb kukorica termesztő területe (~ 100 000 ha). A kukoricabogár lárvakártétel relatív kockázata magas (30% a monokultúra aránya). 40
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Referencia adatgyűjtés, 2007 1 Referencia táblák térbeli elhelyezkedése 1 2 kontroll 2 1 2 IOWA skála kontroll Károsodott tábla Erős kártétel (Iowa skála 5). A referencia adatok megoszlása IOWA skála szerint: 41
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Pontosság vizsgálat, 2007 A lárvakártétel azonosítási pontossága: 61-70% (a jellemzőket külön-külön értékelve), 80 % fölött volt az együttes értékeléskor. Nincs károsodás Károsodott egyéb 42
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Lárvakártétel térkép, 2008 A kukorica vetésterülete 30000 ha volt 2008-ban, ebből 9000 ha (22%) volt monokultúrás. A kimutatott lárvakártétel összterülete: 1085 ha (175 folt) Az azonosított foltok egy mintáját (10 db foltot) a terepen ellenőriztük A terepi ellenőrzés eredménye: Találati arány: 83% Kukorica 2008-ban Monokultúrás kukorica Károsodott kukorica Egyéb terület 43
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Az optikai (stressz) jellemző kvantitatív kiértékelése, 2007/2008 09/07/2007 23/07/2007 27/07/2007 03/07/2008 12/07/2008 20/08/2008 átlagos relatív eltérés: 12,6% Szignifikancia szint: p<0,01 kontrol károsodott Átlagos relatív eltérés: 4,5% Szignifikancia szint: p>0,1 A stressz jellemző alapján szignifikáns eltérés van a károsodott és a kontroll táblák között 2007-ben de 2008-ban nem 44
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés A radar (rendezettség) jellemző kvantitatív kiértékelése, 2007/2008 Átlagos relatív eltérés: 21,6% Szignifikancia szint: p<0,0001 kontroll károsodott Átlagos relatív eltérés: 17,6% Szignifikancia szint: p<0,001 Szignifikáns eltérés van a károsodott és a kontroll táblák között mind 2007-ben, mind 2008-ban. 45
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Sentinel-2 optikai felvételek alapján készített tematikus belvíztérkép 46
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Kivágat a Sentinel-1 radar felvételek alapján készített országos belvíztérképből (Tisza-tó és környéke) 47
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Kivágat a Sentinel-1 radar felvételek alapján készített országos belvíztérképből (balra: Szigliget környéke, jobbra: Csongrád környéke) 48
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Belvíz visszahúzódása 49
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Jégverés Bács-Kiskun és Csongrád megyében, 2015/05/06 R: 2015/05/01, G: 2015/05/09, B: 2015/05/20 Sentinel-1 felvételekből készült multi-kompozit 50
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Terepi felmérés, 2015/05/19 Nem károsodott árpa Károsodott búza 51
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés A 2015.05.06. jégverés hatása búzatáblákon Landsat TM8 optikai űrfelvétel idősoron és a terepen 2015/04/23, előtte 2015/05/09, utána 2015/05/20 Nem károsodott 2015/05/18, utána 2015/06/03, utána Károsodott Nem károsodott Károsodott 52
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés 2015/05/01, előtte 2015/05/20 Károsodott 2015/05/09, utána Nem károsodott Károsodott Nem károsodott A 2015.05.06. jégverés hatása búza táblákon Sentinel-1 radar űrfelvételeken és a terepen készült fényképek 53
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés A parlagfű pollenkoncentrációja Európa térképén 2004. augusztus utolsó 10 napjában 54
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Gyomok gyakorisága kalászos tarlókon parlagfű Forrás: 5 th Nemzeti gyomfelmérés (2007-2008) 55
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés A regisztrált parlagfű foltok eloszlása 2011-ben 56
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés A napraforgó és a pfű geometriai szerkezete eltér gyommentes Pfű fertőzéssel 57
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Tipikus parlagfűvel fertőzött napraforgó optikai, radar és terepi felvételen Ragweed infected Ragweed infected Ragweed-free Ragweed-free IRS-P6 LISS, 02/07/2010 (R:3, G:4, B:2) Ragweed infected SPOT4, 10/08/2010 (R:1, G:4, B:2) 06/08/2010 Ragweed-free ALOS PALSAR, 14/06/2010 (R:SE i, G:SE, B:SE p ) 58
Kukoricabogár kártétel Belvíztérképezés Jégkár Parlagfűtérképezés Gyomos és gyommentes napraforgó tábla, Baranya NIR SWIR RED IRS-P6 LISS, 2012/06/30 RADARSAT2, 2012/06/17 YAM odd SE L2 2012/07/03 gyomos 2012/07/03 gyommentes 59
Köszönjük megtisztelő figyelmüket! friedl.zoltan@bfkh.gov.hu Földmérési, Távérzékelési és Földhivatali Főosztály 1149 Budapest, Bosnyák tér 5. 1592 Budapest, Pf.: 585 Telefon: +36 (1) 222-5101 Fax: +36 (1) 222-5112