Földmegfigyelés
From Wikipedia, the free encyclopedia
Remove ads
A földmegfigyelés a Föld világűrből való megfigyelése különböző (aktív vagy passzív) érzékelő eszközök (műholdak) segítségével. A földmegfigyelés objektív lefedettséget nyújt térben és időben. Az űrbeli érzékelők adatokat gyűjtenek a Földről, olyan területeket is beleértve, amelyek túl távoliak vagy másképpen elérhetetlenek földi felderítéssel.
A földmegfigyelő rendszer (EOS) Föld körüli pályájú és alacsony inklinációjú műholdak összehangolt rendszere, melynek célja a földfelszín, a bioszféra, az atmoszféra, a Föld szilárd rétegének és az óceánok hosszútávú megfigyelése. A földmegfigyelés folyamata nemcsak a kibocsátott vagy visszavert energia érzékelését, hanem a mért adatok feldolgozását, elemzését és alkalmazását is magába foglalja.
Remove ads
Fizikai alapok
Az elektromágneses sugárzásnak alapvető tulajdonsága a frekvencia. A rövid hullámhosszú (gamma- és röntgen) sugárzástól a hosszú hullámhosszú (mikrohullámú és rádióhullámú) sugárzások összessége alkotja az elektromágneses spektrumot vagy színképet.
 |
 |
 |
Mielőtt a távérzékeléshez használt sugárzás eléri a földfelszínt, keresztülhalad a légkörön, és az atmoszférában található gázokkal és részecskékkel kölcsönhatásba kerül a beérkező fény és sugárzás, melynek két típusa lehet: szóródás és elnyelődés.
Az űrbeli megfigyeléshez és adatgyűjtéshez az elektromágneses spektrumnak csak azok a részei használhatók, melyeket nem befolyásolnak az említett hatások. Ezeket légköri ablakoknak nevezzük. Az a sugárzás, ami nem abszorbeálódik és nem szóródik szét, eléri a földfelszínt és három lehetséges formában kölcsönhatásba kerül vele: a sugárzást elnyeli, áthalad rajta vagy visszaverődik róla. Ezek egymáshoz viszonyított aránya a hullámhossztól és a felszín anyagától függ. A földmegfigyelés során a legfontosabb a visszavert sugárzás érzékelése, mérése. A reflektancia két szélsőséges forma között változhat: tökéletes és diffúz visszaverődés.[1]
A visszaverődés mértéke és formája szintén a felszín vagy a megfigyelt tárgy anyagától, tulajdonságaitól függ.
Remove ads
Rögzítési technika és fényképezés
Fényképes
Távérzékelt fényképes adatok úgy készülnek, hogy a tárgyról visszaverődő közvetlen sugárzást veszik filmre. A hullámhosszok tartománya, amelyet a fényképező eszközök érzékelnek, korlátozottak a kamerában található film és a szűrő érzékenysége által. A film spektrális érzékenységének tartománya az ultraibolyától (UV) az infravörösig terjedhet. Szűrőket is használnak a különböző filmtípusokkal közösen, azért, hogy leszűkítsék a felvételre kerülő hullámhossztartományt, vagy hogy csökkentsék a légköri háttérsugárzást. A többsávos kamerákat, amelyek egyidejűleg rögzítenek több felvételt ugyanazon tárgyról, többsávos (multi-spectral) képek előállítására használják. Az ilyen kamerák különböző film és szűrő kombinációkat használnak a különböző hullámhossztartományok rögzítésére. A film lehet egy spektrális sávra érzékeny (mint az egyrétegű fekete-fehér filmek) vagy többre (mint a három rétegű színes filmek). A négy filmtípus, amelyeket űrfelvételeknél használhatnak, a következők:
- Fekete-fehér a látható tartományban (pánkromatikus)
- 'térképező' (mapping) film – nagyjából egyforma érzékenységű az összes látható tartományra. Sokszor a filmet egy ’mínusz-kék’ (minus-blue – kéket elnyelő) szűrővel együtt használják, hogy kiszűrjék a légköri háttérsugárzást az elektromágneses spektrum kék végéről.
- ’felderítő’ (reconnaissance) film – kevésbé érzékeny a kék hullámhossztartományra, így kisebb a légköri zaj.
- Fekete-fehér a közeli infravörös tartományban
- Színes a látható tartományban
- Hamis színes a közeli infravörös tartományban[2]
 |
 |
Digitális
Az adatoknak digitális vagy numerikus formátumban kell lenniük ahhoz, hogy egy számítógép feldolgozhassa. A digitális képen a színek számok formájában vannak jelen. A grid (vagy valamelyik másik leképezési) mintát használják arra, hogy rögzítsék a kép színeit, minden egyes cella egy vagy több színkódból áll.A digitális érzékelők közvetlenül szám formátumban rögzítik a sugárzást. A legtöbb esetben a nulla a semmilyen (vagy a legkisebb érzékelhető) sugárzást rögzíti, és a legnagyobb rögzíthető szám a legnagyobb sugárzási szintet jelenti. A legtöbb távérzékelt képnél ez a legmagasabb sugárzási szint a 255-ös számhoz van rendelve. Ezzel a felbontással 256 különböző fényintenzitású színt lehet rögzíteni a digitális képen.[3]
Remove ads
Érzékelők (szenzorok)
A szenzorok az érzékelés módja szerint 2 csoportba sorolhatók:
- passzív: az energia, ami az érzékelt sugárzáshoz szükséges, külső forrásból származik – pl. a Napból –, az érzékelő a visszavert sugárzást rögzíti
- aktív: az energiát, amit az érzékelő rendszeren belül generálnak, kívülre irányítják, és a visszatérő energiatöredéket mérik meg (a radar egy példa rá)
Passzív
Nem pásztázó
- Nem képalkotó
Megméri a célterület összes pontján a sugárzást, feldolgozza, és jelenti az eredményt egy elektromos jelerősség vagy valamely más mennyiségi érték formájában. Ilyen érzékelők lehetnek:
- Mikrohullámú (radiométer)
- Mágneses
- Gravitációmérő
- Fourier-spektrométer
- egyéb
- Képalkotó (kamera)
A felszabaduló elektronok ionizálnak egy anyagot, mint pl. ezüst (Ag) a filmen, és mivel a cél minden egyes pontjához köthető sugárzás, az eredmény egy kép lesz. A kamerák típusai a fény tartományai alapján a következők lehetnek:
- Monokróm (egyszínű)
- Színes a látható tartományban
- Infravörös
- Hamis színes az infravörös tartományban
- egyéb
Pásztázó
- Képalkotó
A felszabaduló elektronok egy képalkotó eszközre hatnak, mint pl. TV vagy számítógép-monitor, oszcilloszkóp vagy elektromos érzékelők
- Image plane scanning
- TV camera
- Solid scanner
- Object plane scanning
- Többsávos letapogatórendszer (Multispectral Scanner (MSS))
- Image plane scanning
A többsávos letapogatórendszer, ahogy a neve is mutatja, egy olyan távérzékelő eszköz, amely a sugárzást több különböző hullámhosszon méri, ezek a látható, közel-infravörös, közép-infravörös, és termális-infravörös tartományai az elektromágneses spektrumnak. Mivel a hullámhosszakat ezekben a tartományokban jelentősen befolyásolják a légköri zajok, ezeknek az eszközöknek a hasznossága a földmegfigyelésben korlátozottak lehetnek a légköri viszonyok által. Az MSS eszközök digitálisan rögzítik az észlelt sugárzást több meghatározott hullámhossz ’csatornában’ vagy ’sávban’. Az elve ennek a rögzítési módszernek ugyanaz, mint a kameráknál a szűrők használata a korlátozott hullámhossztartomány felvétele érdekében. Például, ha megfelelő szűrőt használunk, hogy a kék fényt rögzíthessük, egy teljesen piros tárgy feketén jelenik meg, mert csak a kék fény megy át a szűrőn a film felvételekor.
- mikrohullámú radiométer
Ezek a passzív érzékelők rövidebb hullámhossztartományban dolgoznak, legfeljebb 300 mm-ig, a mikrohullámú tartomány termál sugárzását mérik. A hullámhosszok azon tartománya, amelyet a mikrohullámú radiométer érzékel, a Föld energiaspektrumának alacsonyabb energia-tartományú részével egyezik meg. A passzív sugárzás intenzitása függ a tárgy hőmérsékletétől, a beeső sugárzástól, a kisugárzástól, visszaverődéstől és a törésmutatótól. Mivel ezek az érzékelők viszonylag alacsony energiaszinten dolgoznak, a képek zajosak, így rosszabb felbontásúak is és összetettebb feldolgozást igényelnek.
A passzív mikrohullámú radiométert általában a tengerjég, valamint egyéb tengeri tulajdonságok, mint pl. felszíni szél, jégkiterjedés és esőviszonyok térképezésére használják. Napjainkban több új érzékelőt is fejlesztenek speciálisan erre a fontos területre.
A mikrohullámú érzékelőrendszereknek, mindegy hogy aktívak vagy passzívak, fontos szerepük van a globális klíma és időjárás rendszer tanulmányokban. Ezeknek az adatait máris felhasználták a meteorológia és az óceánkutatás számos területén, valamint az újabb kutatások a szárazföldi alkalmazásokra is kiterjednek.
Aktív
A radar térbeli helyzet és távolság meghatározására alkalmas műszer. A kisugárzott, majd visszavert mikrohullámú jel visszaérkezési idejét mérve meghatározható az objektum távolsága a műszertől. A mikrohullámú tartomány több sávra osztható, amelyek különböző jelenségek vizsgálatára alkalmasak.[4]
A mikrohullám egyenes vonalban terjed, a légköri hatások – mint a pára, felhőzet vagy a csapadék – csillapítják.
Nem pásztázó
- Nem képalkotó
- Mikrohullámú radiométer
- Mikrohullámú magasságmérő
Az aktív mikrohullámú mérőműszerek radar műszereken alapulnak.
A radaros magasságmérés egy technika, amely a felszín feletti magasságot tudja mérni, a rádió-magasságmérő segítségével. A működési elve az, hogy a radar kibocsát egy hullámot, majd ez a hullám visszaverődik a felszínről, és ezt a visszaérkező hullámot értékeli ki. A radaros magasságmérés a földfelszín magasságára vonatkozó mérési adatokat szolgáltat, amelyek segítségével meg lehet határozni a tengeri jégtakaró kiterjedését, az óceán kisléptékű felszíni különbségeit, valamint a szélsebességet. A fontosabb műholdakon található magasságmérők:
- ERS 1 és 2: Ku-sávú (13,8 GHz) rádió-magasságmérő, amelyet az Európai Távérzékelő Műholdon (ERS 1 és 2) 1991. július 17-én és 1995. április 21-én lőttek fel.
- GEOSAT Ku-sávú (13,5 GHz) rádió-magasságmérő, amelyet a GEOSAT műholdon 1985. február 12-én lőttek fel.
- Seasat: Ku-sávú (13,5 GHz) rádió-magasságmérő, amelyet a Seasat műholdon 1978. június 27-én lőttek fel.
- TOPEX/Poseidon: Ku-sávú (13,6 GHz) és C-sávú (5,3 GHz) dupla frekvenciájú Topex radar, amelyet a TOPEX/Poseidon felületén 1992. augusztus 2-án lőttek fel.
- CryoSat-2: SILAR
- Lézeres vízmélységmérő
- Lézeres távolságmérő
Pásztázó
- Képalkotó
- Image plane scanning
- PPAR (Passive phased array radar)
- Object plane scanning
- RAR (Real aperture radar)
- SAR (Synthetic aperture radar): az érzékelő, ahogy halad a pályáján, minden megfigyelt pontot lát elölről, felülről és hátrafelé visszatekintve, amíg ez a pont beleesik a sugárnyalábba. Utólagos digitális adatfeldolgozással az utazási idő és a jelek kibocsátási ideje alapján határozható meg a visszaverési pont képe.
- Image plane scanning
 |
 |
Remove ads
KEO rendszer
A ismeret-orientált föld megfigyelési rendszer (KEO – Knowledge-centric Earth Observation) jelenleg a világ legnagyobb nyilvános távérzékelési adatfeldolgozó rendszere.
A három kulcsszó: a „nyilvános”, a „távérzékelési” és az „adatfeldolgozó” kifejezések érzékeltetik, hogy egy komplex és integrativitásra törekvő rendszerbe nyerhetnek betekintést az alkalmazók. Az adatok hozzáférhetőségének megkönnyítésével, feldolgozásuk és interpretációjuk automatizálásával a KEO úttörő lehetőségeket nyújt a tudományos kutatások és az alkalmazói fejlesztések számára egyaránt.[5]
Az egészen egyszerű elemzések elvégzése mellett a folyamattervezés eszközével komplex döntéstámogatói rendszerek alakíthatók ki a KEO rendszer segítségével.[6]
Remove ads
Légi fényképezés
A légi fényképezés célja a földfelszín levegőből történő fényképezése.[7] Ezek a fotók általában repülőgépre vagy helikopterre szerelt kamerával készülnek.
 |
 |
A kamera tengelyállása többféle lehet: fekvő, erősen ferde, ferde, függőleges. A függőleges tengelyállású kamerával készült képeket ortofotó-nak is nevezik.
Az egymás után készülő légifotók között legalább 60%-os átfedés szükséges, illetve a felette lévő sávból kb. 20–30%. A repülés pontos adatait és körülményeit minden fényképen keretjelek rögzítik:
- repülési magasság
- a kép sorszáma
- fókusztávolság
- óra
- illesztő jel
- szelencés libella: jelzi, hogy mennyire függőleges tengelyállásból készült a felvétel
Torzulások a légi fényképen:
- perspektív (látszati): függőlegestől eltérő optikai tengely esetén keletkezik ilyen torzulás, ennek mértéke a kép minden pontján eltérő irányú és nagyságú
- magasságkülönbségből eredő: a képen látható függőleges tárgyak a kép belseje felől látszólag kifelé dőlnek, ennek mértéke egyenes arányban van a tárgyak magasságával és mélységével, illetve a kép közepétől való távolságukkal
A légifényképek felhasználása
- fotogrammetria: a légifotók mérhető, műszaki tartalmát hasznosítja, ennek segítségével például térképeket lehet létrehozni
- légifénykép-interpretálás: komplex vizsgálat, mely kiterjed a fénykép paramétereire, a fotó belső tartalmára, a lefényképezett tájra, objektumra, ehhez jó minőségű légi fotók szükségesek. Elemezhető:
- tónusok: színes, szürke – nedvességtartalomra, felszín szerkezetére lehet ezek alapján következtetni
- színek, színárnyalatok
- árnyékhatás – erdők és felhőzet vizsgálata
Remove ads
Műholdas földmegfigyelés[8]
Űrfelvételek tulajdonságai[9]
Térbeli felbontás
Az érzékelő és a felszín meghatározza, hogy a mekkora területről történhet az adatgyűjtés, illetve a gyűjtött adatok mennyire részletesek. Az űrfelvételeken felismerhető legkisebb részletek az érzékelő térbeli felbontásától függenek. Minden műholdkép alapegysége a pixel, a térbeli felbontás tehát attól függ, hogy egy pixel mekkora területnek felel meg.
Spektrális felbontás
A műholdak érzékelőberendezései egy-egy hullámhossz-tartományban készítenek felvételeket, ezeket sávoknak nevezik. A spektrális felbontás azt jelenti, hogy egyidejűleg hány képsávban készülnek felvételek: pankromatikus: 1 sáv, multispektrális: 3–20 sáv, hiperspektrális: 20–300 sáv.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
Radiometriai felbontás
Az érzékelők radiometriai felbontásától függ, hogy a visszavert sugárzás változásait mekkora mértékben tudja megkülönböztetni, ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy a képet alkotó pixelek hányféle színárnyalatot vehetnek fel.
Időbeli felbontás
Egy adott földrajzi hely két egymást követő megfigyelése között eltelt idő, vagyis a visszatérési idő.
Landsat-program
Amerikai földmegfigyelő és erőforrás-kutató műholdcsalád. Napjainkra a Landsat-program 7 műholdat számlál.[10][11]
A Landsat TM szenzor sávjainak alkalmazási területei:
SPOT program
Francia erőforrás-kutató műholdsorozat.[12]
IRS program
Indiai erőforrás-kutató műholdcsalád.
ERS
Az ESA (Európai Űrügynökség) első földmegfigyelő műholdjai.[13]
ENVISAT
Az ESA (Európai Űrügynökség) földmegfigyelő műholdja, 2002.03.01-én állították pályára. Számos földmegfigyelő érzékelő-berendezéssel szerelték fel.[14] Öt évvel a tervezett élettartama után, 2012. április 8-án megszakadt vele a kapcsolat.[15]
A NASA földmegfigyelő műholdjai
Nagyfelbontású kereskedelmi műholdak
Radarfelvételek tulajdonságai
A radaros távérzékelési eszközök az általuk kibocsátott hullámok visszaverődését mérik. A visszaverődés intenzitása alapján általában szürkeárnyalatos skálát használva ábrázolják a radarképet.
- radarképen fekete felületek: sima felszínek, nyugodt vizű régiók, mert ezek gyakorlatilag tükörként viselkednek (tökéletes a visszaverődés), a beeső sugárzás nem az érzékelő antenna irányába verődik vissza
- radarképen világos felületek: durva, érdes felszínek – olyan felszíni változások, melyek mérete hasonló a radar által kibocsátott hullámhosszhoz – (diffúz visszaverődés), szögletes objektumok (a sarokhatás miatt dupla visszaverődés)
A fémből készült objektumok is fényesen jelennek meg a radarfelvételeken, mivel nagy a dielektromos állandójuk. A talaj vagy a vegetáció nedvességtartalma is felerősíti a visszaverődés mértékét. A radarhullámok fontos tulajdonsága a polarizáció: mely síkban rezegnek a kibocsátott hullámok.
- vízszintes (HH)
- függőleges (VV)
- keresztpolarizált (HV, VH)
Radaros műholdak
Remove ads
Kapcsolódó szócikkek
Jegyzetek
Források
Wikiwand - on
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Remove ads