DPZ11 Systémy, aplikace. Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava

Transkript

1 DPZ11 Systémy, aplikace Doc. Dr. Ing. Jiří Horák Institut geoinformatiky VŠB-TU Ostrava

2 Přístrojová technika

3 Dobrovolný

4 Dobrovolný

5 Přehled družicových systémů Meteorologické mise Družice pro sledování povrchu Země (tematické sledování) Vojenské mise Mise pilotovaných kosmických letů

6 Data s nízkým a středním prostorovým rozlišením (cca 100 m a více) Multispektrální Vysoké časové rozlišení (hodiny, dny) Typické aplikace: globální a kontinentální mapování sledování stavu a vývoje vegetace modelování vývoje zemědělských plodin a předpovídání výnosů monitorování rozsáhlých přírodních katastrof sledování stavu a vývoje sněhového pokryvu a ledovců sledování stavu a vývoje atmosféry a oceánů

7 GISAT

8

9 Data s vysokým prostorovým rozlišením (cca 10 m) Panchromatické + multispektrální časové rozlišení v týdnech nebo individuální zakázky Typické aplikace: regionální mapování (1: :100000) mapování stavu, vývoje a změn v krajině (land cover/land use) regionální plánování monitorování rozvoje měst sledování stavu a vývoje vegetace mapování zemědělských ploch a klasifikace zemědělských plodin sledování stavu lesních porostů a klasifikace lesních ekosystemů sledování lesní těžby geologické mapování geomorfologické mapování mapování důsledků přírodních katastrof tvorba digitálního modelu terénu

10 Data s velmi vysokým prostorovým rozlišením (cca 1 m) Panchromatické + multispektrální (nebo jen PAN) individuální zakázky Typické aplikace: podrobné mapování urbanistické studie 3D modely měst precizní zemědělství kontrola zemědělských aktivit plánování a projektování liniových staveb mapování dopravních sítí inventarizace lesních porostů mapování rozptýlené vegetace monitorování povrchových dolů, skládek a rekultivace mapování půdní eroze plánování a organizace humanitární pomoci pojišťovnictví tvorba digitálního modelu terénu

11 Meteosat (MSG 2nd gener.) Geostacionární dráha, většina Guinejský záliv 4 družice 2.generace (M 8, 9, 10, ), provozuje ESA, centrum Darmstadt, 3.2x2.4 m, 282 kg, rotace 100 RPM M 8 rapid sken Ev co 5 min, M 9 celá Ev+Asie co 15 min Senzory: GERB (Geostationary Earth Radiation Budget) 7 pásem μm, p.r m SEVIRI (Spinning Enhanced Visible and InfraRed Imager) 12 pásem, 1000 (HRV μm) a 3000 m ( μm) 1.generace (30 min, 2.5 km a 5 km) obrázek: Chystá se 3.generace, 2021, kombinace zobrazujících a zvukových záznamů (družice zobrazující, družice sound profiling)

12

13 Družice NOAA National Oceanic and Atmospheric Administration Aktuálně družice 15, 16, 17, 18, 19 ( ), 20 (JPSS-1, 2017) Polární dráha, km, vždy 2 za sebou snímky každé oblasti nejvíce 6 hodin staré, snímkování + vertikální sondáž atm. + koncentrace O3, mapy teploty oceánu, NDVI Senzor (NOAA 19): AVHRR/3 (5 pásem R, NIR, MIR, 2x TIR, 1.1 km) HIRS/4 (High Resolution Infrared Radiation Sounder) AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit) SBUV/2 (Solar Backscatter Ultraviolet Spectral Radiometer) MHS (Microwave Humidity Sounder) pád na podlahu při manipulaci v hale, oprava 135 mil. USD. NOAA 20: VIIRS (22 pásem), ATMS (22), CrIS, OMPS, CERES

14

15 NOAA-20 Shares New View of the North Pole for Earth Day

16 LANDSAT

17 Landsat 8 Dobrovolný

18 LANDSAT 7: Chyba v systému 5/2003 řádkový korektor - Použitelný z celé scény jen pruh 22 km široký.

19 2013, 705 kilometrů LANDSAT 8 OLI (Operational Land Imager) 9 pásem, viditelné + infra, pás 185 km, rozlišení PAN 15 m, multi 30 m. životnost přes 5 let TIRS (Thermal InfraRed Sensor) - životnost jen 3 roky, tepelná data, prostorové rozlišení 100 m.

20 LANDSAT , spolupráce NASA a USGS Podobné nástroje jako Landsat 8

21 ESA družice, zadarmo Sentinel Sentinel 1 radar, rozlišení 20x4 m, co 12 dní (2 družice co 6 dní) Sentinel 2 MSI 10 dní na rovníku, u nás 2-3 dny Sentinel 2B - vypuštěna , posunuta o 180 st. MSI - 13 pásem, 10, 20, 60 m rozlišení Sentinel 3 27 dní, 814 km, OLCI: 21 pásem, 300 m rozlišení

22 Sentinel 2 MSI 10 m 20 m 60 m

23 Sentinel Sentinel 3 mořská pozorování Sentinel 4, 5 kvalita vzduchu (UVN, resp. UVNS senzor), kontinuální sledování atmosféry Sentinel 5P monitoring atmosféry

24 SPOT Francouzské družice, CNES, Toulose, od 1986 SPOT 5 r.2002: HRG: 2.5 m, 5m (PAN), 10m (MS) + HRS (PAN) podélné skenování, pohledy dopředu a dozadu, stereopáry Výška 832 km, doba oběhu 26 dní, inklinace 98,7 st., scéna 60x60 km SPOT 6 vypuštěn 9/2012. PAN 1.5 m, barevné 1.5 m, MS 6 m (4 pásma RGB+NIR) SPOT 7 vypuštěn Společná konstelace 2-2 s Pléiades 1A a 1B (stejný orbit)

25 Terra EOS (Earth Observing System) NASA, 1999 ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer) 15 pásem, 15 m (G, R, 2 NIR), 30 m (6 SWIR), 90 m (5 TIR). Global DEM. CERES (Clouds and the Earth's Radiant Energy System) MISR (Multi-angle Imaging SpectroRadiometer) MODIS (Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer) 36 pásem, 250 m, 500 m, 1000 m. MOPITT (Measurements of Pollution in the Troposphere) Primárně CO2 + aerosolové znečištění + monitorování klimatu Subpolární dráha, km 2008 neautorizovaný přístup hackerů, žádný příkaz nedali

26 Dobrovolný

27 IKONOS 1.komerční satelit pro veřejnost s velmi vysokým rozlišením. Spaceimaging (1. ztroskotal, až 2.se podařil) Polární slunečně synchronní, výška 681 km, scéna 11 km, 720 kg, časové rozlišení 3-5 dní off nadir, 144 dní nadir. 0.8 m PAN (1m PAN), 4 m MS (RGB NIR), 1 m PAN sharpened 11 bit, 16 bit. Polohová přesnost 12 m horizontálně, 10 m vertikálně. S vlícovacími body 2, resp. 3 m. Cena min USD, 3 pokusy

28 Dobrovolný

29 WorldView - 2 Komerční, DigitalGlobe, 10/2009, PAN pixel 0.5 m MS 8 pásem, pixel 1.84 m Dráha 770 km, 100 minut Časové rozlišení 1-3 dny

30 WorldView - 3 Komerční, DigitalGlobe, 8/ km MSI 8 pásem, 1.24 m v multi, CAVIS 12 pásem, ale 30 m SWIR 8 pásem, 3.7 m Časové rozlišení 4 dny

31

32 GeoEye -1 Komerční, NGA + Google, 8/2008 PAN 0.41 m (ale jen pro US vládu, Google 50 cm, ostatní 60 cm) MS 1.65 m scéna 15.2 km 681 km, 98 st., GeoEye (0.34 m PAN, 1.36 m MS)

33 Další s VVR FormoSat PAN, 2m CartoSat PAN, 2.5m OrbView PAN 1m, MS 4m Pléiades 1A a 1B 1 den, 4 pásma, 0,5 m TripleSat Satellite Sensor 1 den, 0,8m PAN, 3.2 m multi (R, G, B, NIR nm)

34 Oblasti aplikací

35 Oblasti aplikací DPZ Topografické mapy (mapování), DMT Ochrana životního prostředí Správa a využití přírodních zdrojů: Zemědělství Lesnictví Vodohospodářství Rybolov Geologie a hornictví

36 Cessna, ZEISS RMK TOP, 20 cm - Ostrava Geodis

37 Ikonos, PAN, 1m - Řím

38 ERS1 - Vesuv

39 DMR - SRTM

40

41 mapování ropných skvrn na moři

42

43 Oblasti aplikací DPZ Tvorba krajiny, urbanismus Výzkum a sledování: atmosféry, geosféry, biosféry, hydrosféry (oceány, ledovce,..) Vojenství a bezpečnost Krizové řízení Komunikace Archeologie

44 Terezín, Meteosat7,

45

46

47 Landsat5, TM, Irán

48 ASTER IRAA 12:8:4 RGB Kopáčková Zelená, modrá Horniny obohacené Al a Ca - Vápence, opuky Červená Horniny bohaté Si -Pískovce, slepence, -aluviální sed. Hnědá a tmavě zelená Horniny bohaté Si, Mg, Fe - Vulkanické horniny

49 Litologická analýza Metelka Vizuální interpretace vylepšené družicové scény (barevné kombinace, dekorelace, podíly pásem) neřízená klasifikace dekorelovaného podílu pásem Landsat 7 ETM+ 5/7-5/4-3/1 metodou IZODATA referenční materiály: ruské geologické mapy databáze dokumentačních bodů

50 Oblasti aplikací DPZ Správci sítí Tepelný monitoring budov Socioekonomické aplikace 3D modely, vizualizace

51 Jiné typy družic

52 Huygens Po startu 15. října 1997 z kosmodromu na mysu Canaveral na Floridě (USA) bylo vzhledem k značné hmotnosti spojených sond Cassini a Huygens během letu k Saturnu využito gravitačních manévrů při dvou průletech kolem Venuše (26. dubna 1998 ve výši 234 km a 24. června 1999 ve výši 600 km), kolem Země (18. srpna 1999 ve výši 1171 km) a kolem Jupitera (30. prosince 2000 ve výši přibližně 10 mil. km). Každý z těchto gravitačních manévrů sondu urychlil, čímž se podstatně zkrátila doba přeletu k Saturnu bez nároku na pohonné látky. Během přeletu meziplanetárním prostorem technici dodatečně přišli na problém související s dopplerovským posunem frekvence modulujícího digitálního signálu přenášených dat ze sondy Huygens na sondu Cassini během přistávacího manévru na Titanu. Problém byl nakonec vyřešen přesunutím přistání sondy Huygens z prvního na třetí oběh a zvětšením vzájemné vzdálenosti obou sond v průběhu manévru, čímž se nežádoucí efekt zmírnil. Do Saturnovy sféry gravitačního vlivu vstoupily spojené sondy 9. března Zážehem hlavního korekčního motoru na dobu 96 minut byla 1. července 2004 sonda Cassini navedena na oběžnou dráhu kolem planety. Dne 14. září 2004 byly zahájeny přípravy pouzdra Huygens k samostatnému letu. Do té doby byla sonda Huygens až na krátké okamžiky prověrek jejího technického stavu hibernována. Vlastní odpojení sondy Huygens od mateřské sondy Cassini proběhlo 25. prosince Sonda Huygens 14. ledna 2005 úspěšně přistála na měsíci Titan. Sestup atmosférou trval 2 hodiny 32 minut a 15 sekund. Během přistávání a pobytu na povrchu sloužila sonda Cassini jako retranslační stanice pro předávání vědeckých a technických dat ze sondy Huygens na Zemi. Atmosférická sonda přistála na zmrzlé bažině tvořené směsí křemičitanových hornin a tuhého metanu. Nad očekávání vědců přežila přistání o více než 4 hodiny a spojení mezi ní a retranslující sondou Cassini bylo ztraceno až 2 hodiny po přistání, když se jí Cassini ztratila za obzorem. Slabý signál nosné frekvence (bez možnosti získání smysluplných dat) byl přijímán přímo na Zemi ještě další 2 hodiny poté. V důsledku programátorské chyby došlo ke ztrátě přibližně poloviny dat přijatých na sondě Cassini, která nebyla nahrána do palubní paměti a proto nemohla být později předána na Zemi. Přesto je mise Huygens považována za mimořádný technický a vědecký úspěch.

53 Vlastní atmosférická sonda tvaru nízkého komolého kužele o maximálním průměru 2,7 m byla stabilizována rotací. Během balistického sestupu bylo pouzdro s přístroji chráněno proti tepelnému namáhání krytem o celkové hmotnosti asi 100 kg, tvořeným vpředu ablativním štítem na ochranu proti žáru během sestupu a na zádi hliníkovým krytem, pod nímž byl umístěn padákový systém tvořený třemi postupně vypouštěnými nylonovými padáky: pilotním, hlavním a stabilizačním. Proti prochladnutí bylo přístrojové pouzdro vybaveno 35 topnými elementy s plutoniem 238. Sonda nesla soubor vědeckých přístrojů, který tvořily: sestupová kamera a spektrální radiometr se 13 čidly pro měření teploty částic v atmosféře, atmosféry a povrchu, spektrální výzkum a pořízení snímků pod vrstvou oblačnosti; reflektor určený k osvětlení povrchu, pro záběry ve viditelné a infračervené oblasti; plynový chromatograf a hmotový spektrometr pro chemickou analýzu plynů a aerosolových částic; lapač aerosolů a pyrolytické zařízení na zachycení částic v oblacích a jejich následné odpaření; soubor experimentů pro povrchový výzkum pro určení fyzikálních vlastností a složení povrchu v místě dopadu, který tvoří: akustický detektor umožňující měření výšky i případného pohybu povrchu (vlny, hloubka moře v případě přistání na hladině); přístroj pro měření kývání sondy při sestupu i po přistání; čidla měřící hustotu, teplotu, index lomu, tepelné vlastnosti atp. kapalného povrchu; zařízení pro výzkum atmosféry obsahující čidla pro měření fyzikálních a elektrických vlastností atmosféry, hustoty atmosféry, větrného proudění, mohutnosti vln, teploty a tlaku; anemometr pro měření rychlosti větru. Během letu po meziplanetární dráze a v počáteční fázi letu po oběžné dráze kolem Saturnu byla sonda Huygens připojena k mateřské sondě Cassini, určené k průzkumu planety, jejích prstenců a systému jejích měsíců. Na mateřské sondě bylo umístěno jednak zařízení pro vypuštění sondy Huygens, jednak přijímače pro retranslaci naměřených dat z atmosférické sondy na Zemi.