Dálkový průzkum Země

1. Dálkový průzkum Země

2. Co to je? Obdoba funkce očí Elmg. záření Vyzařované obrazovkou Prochází atmosférou Je zachyceno okem Informace předána mozku Který je zaznamenává A tvoří z nich informaci

3. DPZ je, když A,D zdroj záření B dopadající záření C měřená oblast D přijímač odraženého/ emitov.záření E přenos záznamu do přijímací stanice F předzpracování G zpracování dat DPZ

4. 1. Definice DPZ • Je to metoda i umění, která umožňuje získávat a zpracovávat data naměřená bezkontaktním způsobem většinou o zemském povrchu nebo atmosféře. Pro měření je využívána část elektromagnetického záření různých vybraných vlnových délek Halounová podle Lillesanda a Kiefera • Dálkový průzkum Země je nejdražší způsob, jak vytvořit obrázek Andrew Bashfield, INTERGRAPH

5. 1. Vysvětlení definice Měření elektromagnetického záření = sběr dat Zpracování dat - pro získání informace formou interpretace a analýzy Data jsou většinou ve formě obrazových dat V datech jsou 2 druhy informací – prostorová(fotogrammetrie) a tematická informace(DPZ)

6. 1. Pojmenování v různých jazycích Dialkový prieskum Zeme Remote sensing Télédétection Fernerkundung Distacionnoje zondirovanije zemli

7. 2. Historie DPZ • Ms Evelyn Pruitt v polovině 50. let použila termín poprvé • Data již 19.století – fotografie • Informace o elektromagnetickém záření od 17. století

8. 2. Elektromagnetické záření větší (vlnová délka) menší  1666 – Isaac Newton pomocí optického hranolu rozložil bílé světlo na jednotlivé spektrální barvy

9. 2. Elektromagnetické záření 1800 – sir W. Herschel objevil infračervené záření 1847 – A.H.L. Fizeau aj.B.L. Foucault dokázali, že infračervené záření má podobné vlastnosti jako viditelné záření 1873 – J.C. Maxwell – teorie elektromagnetického záření

10. 2. Fotografie 1839 – vynález fotografie – Nicephore Niepce, William Henry Fox Talbot, Louis Jacques Mande Daguerre 1858 – Tournacone (F) fotografie z balónu vesnice Bièvre u Paříže 1860 – J.W.Black – fotografie Bostonu z balónu 1903 – J. Neubronne – patent fotografování s pomocí holuba

11. 2. Fotografie – holub= pohyblivý nosič Patentováno v Německu Převzato z tutoriálu NASA kamera

12. 2. Snímek zámku pořízený holubem Převzato z tutoriálu NASA

13. 2. Boston 1860 –pohyblivý nosič = balón Převzato z tutoriálu NASA

14. 2. Historie fotografie 1909 – W. Wright – Centocelli v Itálii 1906 – 1908 – první fotografie z balónu v Čechách – J. Plischke – oblast u dnešního Výstaviště v Praze 1. světová válka - rozvoj letecké fotografie

15. 2. Historie fotografie Období před 2. světovou válkou - část území České republiky na leteckých měřických snímcích Po 2. světové válce – letecké i družicové fotografie – až dosud

16. 2. Historie dalších druhů dat Období po konci 2. světové války: • první kroky raketové techniky • vynález radaru • využívání infračerveného záření – pro zdravotní stav vegetace (R.Colwell – Manual of Remote Sensing ) – Camouflage detection film

17. 2. Historie dalších druhů dat • 1946 – 1950 – pokusy s raketami V-2 v Novém Mexiku • 1958 – první snímek zemského povrchu pořízený z družice – Explorer 1 Délka: 2.03m Tloušťka 15cm Životnost 3měsíce Převzato z tutoriálu NASA

18. 2. Historie dalších druhů dat 1957 -skutečný začátek DPZ – sovětská družice Sputnik SSSR vypustila družici se psem Lajkou 12. dubna 1961 – 1. člověk ve vesmíru Jurij Gagarin Začátek soupeření SSSR a USA

19. 2. Historie dalších druhů dat • 1960 – vypuštění družice TIROS – 1 = počátek družicového DPZ • 60. léta - množství dat pořízeno z družic – Apollo, Gemini, Mercury • Z původně komunikačních družic se formují družice geostacionární

20. 2. Historie další etapy DPZ 1972 – ERTS (pak pojmenována Landsat) = skutečný začátek DPZ pro civilní sféru– komerční družice 1986 – SPOT – evropská družice 80. léta – ERS – European Radar Satelite – radar se syntetickou aperturou (SAR) 90. léta – vznik digitální fotogrammetrie

21. 2. Historie další etapy DPZ 80.léta – NASA podporuje výzkum hyperspektrálních dat v JPL (Jet Propulsion Laboratory v Pasadeně) První družicová hyperspektrální data – evropská družice ENVISAT vypuštěná v roce 2002 Data DPZ = vstupní data GIS

22. 3. Fyzikální základy DPZ • Vysvětlují, • proč je tato metoda možná, • její omezení, • jednotlivé vlivy jevů, které je nutné znát a pochopit, aby uživatel využíval DPZ co nejlépe

23. 3.1. Elektromagnetické záření • Foton je forma kvanta, což je základní částice studovaná kvantovou mechanikou (to je fyzika zabývající se malými částicemi na úrovni atomů) • Někdy je označován jako nejmenší částice světla Foton obsahuje záření emitované, nebo absorbované, nebo odražené a pohybuje se formou vln, má tedy tzv. duální charakter

24. 3.1. Elektromagnetické záření Vlna má tvar popisovaný sinusovou funkcí

25. 3.1. Elektromagnetické záření Elektromagnetické záření = nositel informace v DPZ

26. 3.1. Elektromagnetické záření • vlnová délka = c.T, • je vzdálenost mezi 2 vrcholy sinusoid • kdec je rychlost světla (cca 3.105 km/s) • Tje doba jedné periody • f jefrekvence, což je celkový počet vrcholů procházejících 1 bodem za 1 vteřinu f = 1/T  = c/f

27. 3.1. Elektromagnetické záření • Foton ve formě elmg vlny má 2 složky: • elektrickou s vektorem intenzity E el. pole • magnetickou s vektorem intenzity H magn.pole

28. 3.1. Elektromagnetické záření • Energie jednoho fotonu vyjadřuje Planckova rovnice E = h.f , kdeh je Planckova konstanta 6.6260 x 10-34 J/s (Joul/sec)

29. 3.1. Elektromagnetické záření • Vlnová délka je nepřímo úměrná frekvenci – čím je větší vlnová délka, tím je menší frekvence – číselně je f = 1/T • E = hc/  • h je Planckova konstanta • c rychlost světla •  vlnová délka

30. Max Karl Ernest Ludwig Planck Německý fyzik Max Karl Ernest Ludwig Planck se narodil 23. dubna 1858 v Kielu. zemřel 3. října 1947 v německém Göttingenu

31. 3.1 Rychlost postupu světla • c = 1/., • kde  je permitivita (F/m) • kde  je permeabilita (H/m) •  = r. 0 •  =  r. 0 • c = c 0 /( r. r) • Redukční faktor n =( r. r), což je absolutní index lomu • Relativní index lomu: n12=n2/ n1

32. 3.1 Rychlost postupu světla permeabilita (H/m)=(henry/metr) Permeabilita je fyzikální univerzální konstanta, v izotropním prostředí je to poměr velikosti magnetické indukce a intenzity magnetického pole. Permeabilita vakua = 4.10-7 H.m-1 (henry na metr).

33. 3.1 Rychlost postupu světla • permitivita (F/m)= (farad/metr) Permitivita je fyzikální veličina popisující buď: • izolační vlastnosti dielektrika (v případě statického pole), nebo • vztah mezi vektory elektrického pole a elektrické indukce (v případě střídavého pole nebo elektromagnetického vlnění).

34. Michael Faraday Michael Faraday (22. září1791, Newington, Anglie – 25. srpna1867) byl významný anglický chemik a fyzik. V roce 1831 objevil elektromagnetickou indukci, magnetické a elektrickésiločáry. Jeho objev byl významný v tom, že doposud se elektrická energie vyráběla pouze chemickou metodou z baterií. Faraday tak dal teoretický základ pro všechny elektromotory a dynama. Další jeho objevy souvisí s chemií - obohatil odborné názvosloví o důležité pojmy, jako jsou anoda, katoda, elektroda a ion.

35. 3.1 Intenzita elektrického a magnetického pole E – vektor intenzity elektrického pole určuje polarizaci vlny směrem k zemskému povrchu H– vektor intenzity magnetického pole Elmgn vlna nese energii, jejíž velikost je dána intenzitou záření M = E . H E .  = H 

36. 3.1. Elektromagnetické záření Elektromagnetické spektrum • Rozdělení fotonů s různou energií pro různé frekvence ukazuje elmgn. spektrum

37. Violet: 0.4 - 0.446 mm • Blue: 0.446 - 0.500 mm • Green: 0.500 - 0.578 mm • Yellow: 0.578 - 0.592mm • Orange: 0.592 - 0.620 mm • Red: 0.620 - 0.7 mm

39. 3.1. Vlnové délky využívané v DPZ Ultrafialové záření 300 Å cca do 3800 Å Viditelné záření 380 nm – 720 nm Infračervené zářeníblízké 0.72 m – 1.3 m Infračervené záření střední1.3m – 4 m Infračervené záření tepelné8m – 14 m Infračervené záření daleké 4 m –25 m Mikrovlnné záření 0.1 cm – 100 cm

40. 3.1.Druhy mikrovlnného záření Pásmo Frekvence (GHz) Vlnový rozsah (cm) • Ka 40 - 26,5 0,8 - 1,1 • K 26,5 - 18 1,1 - 1,7 • Ku 18 - 12,5 1,7 - 2,4 • X 12,5 - 8 2,4 - 3,8 • C 8 - 4 3,8 - 7,5 • S 4 - 2 7,5 - 15,0 • L 2 - 1 15,0 - 30,0 • P 1 - 0,3 30,0 - 100,0 konec G 4.10.09

41. 3.1.Druhy mikrovlnného záření

42. 3.2. Zdroje záření Rotační pohyb atomův molekulách (IR a MW) Kmitavý pohyb atomůkolem jejich vazeb – frekvencezávisí na druhu atomů i vazby a tyto frekvence jsou pro každou molekulu charakteristické (blízké a střední IR) Skupina několika blízkých si frekvencí tvoří pás, spektrum molekulárního záření = pásové spektrum

43. 3.2. Zdroje záření • Přechody elektronů mezi drahami v atomech • –dráhy jsou charakteristické pro každý atom, proto je vysílané záření pro daný atom typické – vznik čárového spektra • -tímto způsobem vzniká záření • ultrafialové (UV), • viditelné (V), • infračervené (IR) • V přírodě většinou spojité spektrum – více procesů vedoucích ke vzniku záření

44. 3.2. Zdroje záření • Disociace atomů = změna rychlosti elektronů a iontů při pohybu v libovolném silovém poli – více frekvencí – spojité spektrum – zdroj pro záření o kratších vlnových délkách než UV

45. 3.3. Radiometrické veličiny Q - zářivá energie (J)  - zářivý tok (W) M - intenzita vyzařování (W/m2) E - intenzita ozařování (W/m2) I - zářivost (W/sr) L - zář (W /(m2.sr))

46. 3.3. Radiometrické veličiny energie záření tok záření Intenzita vyzařování, intenzita ozařování

47. 3.4. Radiometrické veličiny • zářivost zářivost je zářivý tok vyzařovaný z bodu na ploše dA do prostorového úhlu d

48. 3.4. Radiometrické veličiny • Zář – vyjadřuje závislost na prostorovém úhlu a na směru • dA0 = dA.cos je efektivní plocha zářiče = = kolmý průmět zářivé plochy do směru pozorování

49. 3.4. Radiometrické veličiny Z předchozích rovnic vyplývá: • dI = L.dA.cos • dE = L.cos .d

50. 3.5. Energie záření Stefan-Boltzmanův zákon – vztah mezi celkovou intenzitou záření produkovanou černým tělesem (veškerá kinetická energie se změní na zářivou) a jeho teplotou • Mč = .T4 kde  je přír. konstanta 5.6693.10-8 W.m-2..K-4 Každé těleso s teplotou vyšší než T=0 je zdrojem elmgn. záření