Univerzita Palackého v Olomouci. Přírodovědecká fakulta Katedra geografie. Diplomová práce

Transkript

1 Univerzita Palackého v Olomouci Přírodovědecká fakulta Katedra geografie Diplomová práce Grafická prezentace základů Dálkového průzkum a jeho využití v geovědních disciplínách (pomůcka ve výuce zeměpisu na SŠ) Vedoucí diplomové práce: doc. RNDr. Miroslav VYSOUDIL, CSc. Olomouc 2006 Michaela DRVOTOVÁ

2 Prohlašuji, že jsem zadanou diplomovou práci řešila sama a že jsem uvedla veškerou použitou literaturu. Olomouc, 28. srpna podpis

3

4

5 Obsah str. 1. Úvod 2 2. Cíl práce 3 3. Metodika zpracování 4 4. Pojetí dálkového průzkumu 5 5. Historie dálkového průzkumu 6 6. Princip dálkového průzkumu Elektromagnetické záření Elektromagnetické spektrum Změny záření v atmosféře Elektromagnetické záření a jeho interakce se zemským povrchem Pasivní a aktivní dálkový průzkum Pasivní dálkový průzkum Nosiče Rozlišení v DP Spektrální rozlišení Radiometrické rozlišení Časové rozlišení Prostorové rozlišení Multispektrální snímkování Termální snímkování Geometrické deformace snímku Meteorologické satelity Satelity pro výzkum krajinné sféry Oceánografické satelity Ostatní senzory Příjem, přenos a zpracování dat Aktivní dálkový průzkum Radar Rozlišení Deformace radarového snímku Vlastnosti snímku Letadlové radarové systémy Družicové radarové systémy Zpracování snímků Vizuální interpretace Digitální zpracování Integrace souborů dat Geovědní disciplíny využívající data dálkového průzkumu Kartografie a GIS Fyzická geografie Meteorologie Hydrologie Geomorfologie Geologie Socioekonomická geografie Zemědělství Lesnictví Ekologie 40

6 11. Příklady aplikací dat dálkového průzkumu Kartografie a GIS Fyzická geografie Meteorologie Hydrologie Geomorfologie Geologie Socioekonomická geografie Zemědělství Lesnictví Ekologie Využívání dat dálkového průzkumu v geovědních disciplínách v ČR Možnosti využití dat DPZ ve výuce zeměpisu na SŠ Závěr Seznam použité literatury 56 Summary Příloha

7 1. Úvod Téma je zpracováno na takové úrovni, aby jej bylo možné využít ve výuce geografie na středních školách. Textová část slouží jako příručka k prezentacím, které byly zpracovány v prostředí PowerPoint. V prezentacích je kladen důraz na schémata a obrázky, text je heslovitý. Komentáře ke schématům a obrázkům jsou obsaženy v textové příručce s odkazem na příslušný snímek v prezentaci. Prezentace jsou koncipovány tak, aby orientace v nich byla snadná a rychlá. K tomuto účelu slouží hypertextové odkazy v podobě textu nebo tlačítek akcí. 2

8 2. Cíl práce Cílem diplomové práce je vypracovat v textové, ale i grafické podobě přehled základů dálkového průzkumu Země. Následně pak vypracování přehledu možností využití této metody při současném studiu krajinné sféry, životního prostředí a zvolení vhodných příkladů aplikací dat dálkového průzkumu v geovědních disciplínách (geografické vědy, geologie). 3

9 3. Metodika zpracování K úspěšnému vytvoření vlastních prezentací bylo zapotřebí prostudovat dostupnou literaturu a internetové zdroje, týkající se dálkového průzkumu Země. Poté byla vytvořena textová část a prezentace v prostředí PowerPoint. Schémata v prezentacích jsou použita z kanadského serveru Canada centre for remote sensing. Tato schémata byla použita zejména pro jejich jednoduchost a názornost. 4

10 4. Pojetí dálkového průzkumu Země Jestliže jste slyšeli termín dálkový průzkum Země, možná jste se sami sebe ptali Co to znamená?. Dálkový průzkum je v podstatě nám známá aktivita, kterou běžně denně provádíme. Když se díváte na obrazovku monitoru, aktivně provádíte dálkový průzkum. Vyzařované záření z obrazovky monitoru urazí určitou vzdálenost než je zachyceno čidlem (vaše oči) a je tudíž od senzoru vzdálené a můžeme hovořit o dálkovém průzkumu. Každé oko pak pošle signál zpracovateli (váš mozek), který informace vyhodnotí a utřídí. Všechny smyslové podněty, které nejsou zprostředkovány přímým dotykem získáváme prostřednictvím dálkového průzkumu. Definice dálkového průzkumu zní: Dálkový průzkum Země je věda zabývající se získáváním informací o zemském povrchu bez vlastního kontaktu senzorů s ním. Toto je umožněno snímáním a nahráváním odraženého nebo vyzářeného záření a následným zpracováním, analýzou a aplikací získaných informací. Pro dálkový průzkum je důležitá vzájemná interakce mezi dopadajícím zářením a povrchem. Různé druhy povrchů ovlivňují záření různě. Prostřednictvím dálkového průzkumu tak můžeme detailně studovat jednotlivé typy povrchů. Tento fakt je znázorněn i na schématu (snímek č.4). Následující schéma použijeme i pro popis fungování dálkového průzkumu. Jak již bylo řečeno je pro dálkový průzkum důležité elektromagnetické záření. Záření vychází z určitého zdroje (A). Zdroj záření je tedy prvním požadavkem pro uskutečnění dálkového průzkumu. Než záření dopadne na námi studovaný typ povrchu, prochází atmosférou, která též ovlivňuje jeho vlastnosti. Tato interakce se může projevit i podruhé než záření již odražené od povrchu dorazí k senzoru. Jakmile záření dopadne na povrch dochází opět vlivem interakce s povrchem k ovlivnění jeho vlastností. Na této interakci se podílí jak vlastnosti povrchu tak i vlastnosti dopadajícího záření. Záření pozměněné vlastnostmi povrchu je zachyceno a zaznamenáno senzorem, který s ním není v přímém kontaktu. Energie zaznamenaná senzorem je následně v elektronické formě přenesena k přijímači zpracovací stanice. Zde jsou data zpracována tak, aby vznikl snímek. Obraz je následně interpretován a analyzován tak, abychom z něj vytáhli co nejvíce informací o ozářeném povrchu. Zakončením celého procesu je aplikace informací, jenž jsme o povrchu získali. Tyto informace nám mohou pomoci lépe porozumět danému typu povrchu, také můžeme jejich prostřednictvím získávat nové informace, nebo je využít při řešení konkrétních problémů. 5

11 5. Historie dálkového průzkumu Počátky dálkového průzkumu spadají do období před první světovou válkou. Jako první bylo využíváno letecké snímkování. První vojenský letecký průzkum provedl Francouz Marionet v severní Africe v roce Letecký průzkum byl pak využíván během první světové války a během druhé světové války se dále zdokonaloval. V období studené války se Spojené státy americké rozhodly vyrábět pozorovací družice Země, aby měly pod kontrolou zejména území Sovětského svazu. Výroba vojenských družic pod kódovým označením Corona začala za přísného utajení v březnu První družice byla vypuštěna a do roku 1972, kdy byl tento program ukončen, se jich na oběžné dráze Země nacházelo více než sto. Družice po splnění úkolu shazovali na zem filmy, jenž byly zachycovány letadly. V roce 1957 vypustil Sovětský svaz svou první družici, Sputnik 1. Počet kosmických letů spojených s pozorováním Země začal od té doby prudce stoupat. První americká meteorologická družice Tiros -1 byla vypuštěna v roce V roce 1972 ji pak následovala první civilní pokusná pozorovací družice ERTS, jenž byla později přejmenována na Landsat. Tyto satelity jsou dodnes využívány pro výzkum krajinné sféry. Od osmdesátých let docházelo k prudkému rozvoji dálkového průzkumu. Byly vypuštěny francouzské družice SPOT, americké NOAA a GOES a satelity řady ERS. Dnes má věda, administrativa i ekonomika k dispozici velké množství dat dálkového průzkumu, bez nichž se již v některých oborech nelze obejít. Přesto však jejich používání ještě není samozřejmostí. 6

12 6. Princip dálkového průzkumu 6.1 Elektromagnetické záření Abychom mohli studovat zemský povrch prostřednictvím dálkového průzkumu, potřebujeme zdroj energie, který ozařuje námi zkoumaný povrch. Zdroj záření nepotřebujeme v případě, že objekt je sám zdrojem energie. Tato energie se označuje jako elektromagnetické záření a přichází k Zemi z vesmíru. Elektromagnetické záření je tvořeno elektrickým magnetickým polem. V elektrickém poli kmitají elektrické vlny, v magnetickém poli pak vlny magnetické a oba typy vln jsou na sebe navzájem kolmé (snímek č. 10). Hlavními vlastnostmi elektromagnetického záření jsou vlnová délka a frekvence. Pro dálkový průzkum má rozhodující význam vlnová délka (snímek č. 11). 6.2 Elektromagnetické spektrum Elektromagnetické spektrum (snímek č. 13) roste od kratších vlnových délek (gama záření) k delším vlnovým délkám (mikrovlny a rádiové vlny). Pro dálkový průzkum jsou důležitá a použitelná tato spektra: ultrafialové záření (UV) záření s nejkratší vlnovou délkou od 10 do 400 nm, kterou lze pro dálkový průzkum použít. Toto záření se nachází za fialovou částí viditelného záření odtud je odvozen i jeho název. Z hlediska dálkovém průzkumu lze UV záření využít v geologii. Některé horniny a minerály světélkují nebo vyzařují viditelné záření když jsou ozářeny právě ultrafialovým zářením. viditelné záření je to ta část spektra, kterou jsme schopni zachytit okem. Jedná se jen o malý zlomek spektra. Viditelné záření se nachází v rozmezí vlnových délek 400 až 900 nm. Záření s nejdelší vlnovou délkou je červené, s nejkratší fialové. infračervené záření - infračervená (IR) oblast spektra zaujímá rozmezí vlnových délek v rozsahu přibližně od 1 µm do 1 mm (tato část spektra je více než 100-krát širší než viditelná část). Infračervená oblast spektra se dělí do dvou kategorií. Toto dělení je založené na rozdílných vlastnostech záření a rozlišuje odražené a tepelné infračervené záření. Odražené infračervené záření 7

13 má velmi podobné vlastnosti jako záření viditelné části spektra a rozmezí jeho vlnových délek je 1 µm až 3 µm. Tepelné infračervené záření je odlišné od viditelné části spektra a jedná se v podstatě o záření vydávané zemským povrchem ve formě tepla. Tepelné záření zaujímá oblast vlnových délek 3,0 µm až 1 mm. mikrovlny zaujímají část spektra o vlnových délek od 1 cm po 1m. Kratší vlnové délky mají vlastnosti podobné tepelnému infračervenému záření. Delší vlnové délky se blíží vlnovým délkám užívaných pro radiové vysílání. V současnosti se tato část spektra stává velmi důležitou pro dálkový průzkum. 6.3 Změny záření v atmosféře Předtím, než je záření zachyceno senzory, a je tak využito pro dálkový průzkum, prochází atmosférou. Při průchodu atmosférou se sluneční záření mění. Intenzita záření se zmenšuje jeho pohlcováním (absorpcí) a jeho kvalita se mění rozptylem. Rozptylem rozumíme takovou změnu, kdy se původně určitým směrem postupující paprsky začnou šířit všemi směry. K rozptylu záření dochází na molekulách plynů a na tuhých a kapalných částicích. Záření se šíří od částic tak jako by ony byly zdrojem záření (snímek č. 15). Intenzita rozptylu závisí na několika faktorech. Především na vlnové délce záření a na množství molekul plynů a částic. Rozlišujeme tři typy rozptylu: Molekulární rozptyl - k molekulárnímu rozptylu dochází na molekulách a atomech plynů (vzduchu). Při molekulárním rozptylu dochází ke změnám ve spektrálním složení. V rozptýleném záření převládá spektrum kratších vlnových délek, protože toto spektrum je rozptylováno více než záření ostatních vlnových délek. Převládá energie fialových a modrých paprsků nad energií oranžových a červených. Tímto se vysvětluje i modrá barva oblohy. Aerosolový rozptyl - rozptyl na kapkách a pevných částicích, které mají přibližně stejnou velikost jako je vlnová délka záření. Ovlivňuje spíše spektrum delších vlnových délek než molekulární rozptyl, ale není tak závislý na vlnové délce jako molekulární rozptyl. 8

14 Difúzní odraz - k difúznímu odrazu dochází při interakci slunečního záření s částicemi většími než je vlnová délka záření (většími než 1,2 µm). V tomto případě nenastává rozptyl a záření se odráží na všechny strany beze změn ve spektrálním složení. Difúzní odraz způsobuje, že mlhu a mraky vidíme bíle, protože energie modrého, zeleného a červeného záření jsou odráženy stejně. Pohlcování (snímek č. 16) má výrazně selektivní charakter a podílí se na něm především vodní páry a plynné složky vzduchu (dusík, kyslík, ozon a oxid uhličitý). Vodní páry a oxid uhličitý pohlcují záření v infračervené části spektra. Kyslík pohlcuje především záření krátkých vlnových délek v ultrafialové části spektra. Ozon pohlcuje ultrafialové záření vlnových délek kratších než 0,290 µm. Pro dálkový průzkum je použitelné záření o vlnových délkách, které jsou v atmosféře nejméně pohlcovány. 6.4 Elektromagnetické záření a jeho interakce se zemským povrchem Sluneční záření, které není v atmosféře pohlceno ani rozptýleno dopadá na zemský povrch. Při interakci se zemským povrchem může být záření pohlceno, odraženo nebo dochází k transmisi. Záření může být modifikováno jedním nebo kombinací tří výše uvedených způsobů. Typ povrchu a vlnová délka záření určují v jakých poměrech dochází ke změnám záření (kolik záření je pohlceno, kolik se odrazí a kolik projde). Každý typ povrchu má tak své typické spektrální chování. Například zdravé listy rostlin ( snímek č. 18) odrážejí nejvíce blízké infračervené záření a absorbují záření viditelné, zatímco voda naopak absorbuje blízké infračervené záření a viditelné odráží. Pohlcení (absorpce) nastává, když je záření pohlceno povrchem. Voda například nejvíce pohlcuje záření v červené a infračervené části spektra. Míra absorpce záření závisí i na obsahu rozpuštěných sedimentů ve vodě (snímek č. 19). Voda s vyšším obsahem sedimentů pohlcuje infračervené záření více, než voda bez sedimentů. K transmisi dochází v případě, že záření povrchem projde. K transmisi dochází zejména u listů rostlin (snímek č. 18). Kolik záření listem projde závisí především na tloušťce listu. Nejvíce prochází viditelné záření kolem vlnových délek 550 nm (tj. energie zeleného záření), dále červené a infračervené záření v rozmezí vlnových délek nm. 9

15 K odrazu dochází je-li záření od povrchu odraženo. Odražené záření je tak zářením využívaným pro dálkový průzkum. Jestliže se záření odrazí od povrchu v jednom směru, hovoříme o zrcadlovém odrazu (snímek č. 20). Difúzní odraz pak nastane když je plocha nerovná a záření se odrazí od plochy všemi směry (snímek č. 21). Většina zemských povrchů odráží záření v rozmezí mezi dokonalým zrcadlovým a dokonalým difúzním odrazem. O tom, jak se nám povrch bude jevit rozhoduje i vlnová délka dopadajícího záření. Při dopadu záření, jehož vlnová délka je menší než velikost částic tvořících povrch (např. zrnka písku), bude převládat difúzní odraz. Naopak při dopadu záření s větší vlnovou délkou než je velikost částic, převládá odraz zrcadlový. 6.5 Pasivní a aktivní metody dálkového průzkumu Podle zdroje elektromagnetického záření se metody dálkového průzkumu dělí na pasivní a aktivní. Pasivní metody (snímek č. 23) využívají jako zdroj energie Slunce. Senzory potom zaznamenávají buď odražené viditelné záření nebo záření, které je povrchem absorbováno a následně vyzářeno v podobě infračerveného tepelného záření. Odražené záření může být zaznamenáváno pouze ve dne, kdy je povrch ozářen Sluncem. Naopak tepelné záření lze zaznamenat i v noci, neboť objekty jsou schopny vyzařovat záření nezávisle na přítomnosti zdroje záření. Záleží však také na intenzitě vyzařovaného záření. Ta musí být tak silná abychom mohli záření registrovat. Aktivní metody (snímek č. 24) využívají takové senzory, které jsou samy zdrojem záření. Senzor pak zachycuje zpětně odražené záření od zemského povrchu. Příkladem takového senzoru je radar. Výhodou aktivních metod je, že lze provádět snímkování bez ohledu na denní dobu a zachytíme i takové vlnové délky, které dostatečně neposkytuje sluneční záření. Jedná se především o mikrovlny. Dále aktivní metody umožňují ovlivnění způsobu ozáření povrchu. 10

16 7. Pasivní dálkový průzkum 7.1 Nosiče Poté, co elektromagnetické záření projde atmosférou a odrazí se od zemského povrchu, je jeho energie zaznamenána senzorem. Stejným způsobem se zaznamenává i energie záření vyzářeného vyzářené. Senzory pro dálkový průzkum mohou být umístěny na nosičích na zemi, ve vzduchu i ve vesmíru. Senzory umístěné na zemi se nacházejí vždy na nějaké nosné konstrukci (snímek č. 27) a slouží k velmi detailnímu studiu typu povrchu. Takto získané snímky můžeme také porovnávat se snímky pořízenými z letadla nebo satelitu a lépe tak snímek analyzovat. Senzory nacházející se ve vzduchu jsou ty, které jsou v zemské atmosféře (snímek č. 28). Většinou jsou tyto senzory umístěny na letadlech, příležitostně i na helikoptérách. Letecké snímkování poskytuje detailní snímky a slouží ke sbírání dat o jakémkoli typu povrchu. Ve vesmíru je dálkový průzkum realizován pomocí jednak senzorů umístěných na raketoplánu (snímek č. 30), jednak pomocí satelitů, které jsou k tomuto účelu využívány běžněji. Satelity jsou objekty obíhající kolem Země po orbitálních drahách. Poskytují nám tak opakované záznamy zemského povrchu. Typy orbitálních drah: geostacionární satelity pohybující se po této oběžné dráze se nacházejí v relativně neměnné pozici nad rovníkem (snímek č.31). Monitorují stále stejnou část zemského povrchu, protože jejich rychlost je přizpůsobená k rychlosti rotace Země a pohybují se přibližně ve výškách kolem km. To umožňuje nepřetržité monitorování určitých oblastí. Po geostacionární oběžné dráze se pohybují například meteorologické satelity. Některé meteorologické satelity jsou díky vysoké výšce schopny monitorovat počasí na celé polokouli. blízká polární satelity, které se pohybují po této oběžné dráze, monitorují zemský povrch v severojižním (poledníkovém) směru (snímek č. 32). Oběžná dráha má sestupnou (od severu k jihu) a vzestupnou (od jihu k severu) fázi. Je-li dráha synchronní se Sluncem, znamená to, že satelit snímá danou oblast zemského povrchu vždy ve stejném místním slunečním čase. 11

17 7.2 Rozlišení v DP Spektrální rozlišení Spektrální rozlišení je založeno na spektrálním chování jednotlivých typů povrchů. Ke studiu různých typů povrchů jsou používány senzory s odlišnou rozlišovací schopností. Například při rozlišování vodních ploch od vegetace stačí k jejich rozlišení senzory s menší rozlišovací schopností. Stačí použít větší rozsah vlnových délek ve viditelné a blízké infračervené části spektra. Pokud ovšem budeme mapovat výskyt různých druhů hornin, musíme použít daleko užší rozsahy vlnových délek abychom horniny od sebe mohli odlišit. V tomto případě pak používáme senzory s vyšší spektrální rozlišovací schopností. Spektrální rozlišovací schopnost senzorů popisuje, jak jemné rozpětí vlnových délek je senzor schopen rozlišit. Spektrální rozlišení snímku je ovlivněno i typem použitého filmu. Černobílý film zaznamenává celou viditelnou část spektra. Znamená to, že různé vlnové délky viditelné části spektra nejsou od sebe rozlišeny. Barevný film je také citlivý na odráženou energii ve viditelné části spektra, ale na rozdíl od černobílého filmu má vyšší spektrální rozlišení a je tudíž schopen zaznamenat jednotlivé vlnové délky ve viditelné části spektra. Film je citlivý na odraženou energii odpovídající vlnovým délkám modré, zelené a červené části spektra. Mnoho systémů dálkového průzkumu zaznamenává energii několika vlnových délek v různých spektrálních rozlišeních. Takové systémy jsou řazeny k multispektrálním senzorům. Pokročilé multispektrální senzory se nazývají hyperspektrální senzory. Tyto senzory jsou schopny rozlišit stovky úzkých spektrálních pásem ve viditelné a infračervené části elektromagnetického spektra. Velmi vysoké spektrální rozlišení nám tak umožní rozeznat i jemné rozdíly mezi jednotlivými částmi povrchu založené na jejich spektrální odpovědi v jednotlivých pásmech Radiometrické rozlišení Zatímco uspořádání pixelu popisuje prostorovou strukturu obrázku, radiometrické charakteristiky popisují skutečné množství informací, obsažených ve snímku. Citlivost filmu nebo senzoru k velikosti elektromagnetického záření (energie) určuje jeho radiometrické rozlišení a popisuje jeho schopnost rozlišit velmi nepatrné rozdíly odraženého nebo vyzářeného záření. Údaje o snímku znázorňují kladná digitální čísla, která mohou mít hodnoty od nuly do vybrané mocniny čísla dvě. Rozsah odpovídá počtu bitů použitých pro 12

18 kódování čísla v binárním formátu. Maximum dostupných úrovní jasu tak závisí na počtu bitů použitých při znázornění zaznamenané energie. Například pokud použije senzor pro záznam energie 8 bitů tak bude dostupných 256 digitálních hodnot v rozsahu od 0 do 255 (2 8 =256). Když použije pouze 4 bity, pak bude dostupných pouze 16 hodnot v rozsahu od 0 do 15 a radiometrické rozlišení tak bude menší. Data, která snímek obsahuje, jsou zobrazena pomocí odstínů šedi. Číslice 0 pak reprezentuje černou barvu a maximální hodnota barvu bílou (například 255 u 8-bitového záznamu). Srovnáme-li 2-bitový a 8-bitový snímek, uvidíme velký rozdíl v rozlišitelnosti jednotlivých detailů, což závisí právě na jejich rozdílném radiometrickém rozlišení (snímek č.36) Časové rozlišení Kromě prostorového, spektrálního a radiometrického rozlišení musíme při dálkovém průzkumu uvážit i rozlišení časové. Absolutní časové rozlišení se rovná periodě, kdy je přesně stejná oblast opět zaznamenána satelitem ze stejného úhlu. Tato perioda se tak rovná i době oběhu satelitu kolem Země. Nicméně, díky určité míře překrytí záběrů ze sousedních satelitů a zvyšování tohoto překrytí s rostoucí zeměpisnou šířkou, jsou určité oblasti Země snímané častěji. Tím pádem skutečné časové rozlišení závisí na míře překrytí, zeměpisné šířce a vlastnostech satelitu. Schopnost snímat stejné části zemského povrchu v různých časových intervalech je jedním z nejdůležitějších předpokladů pro využití dálkového průzkumu. Díky časovému rozlišení tak můžeme sledovat změny probíhající na zemském povrchu a jsme schopni určit, zda se jedná o změny přirozené (přirozené změny vegetačního krytu, záplavy) nebo indukované (odlesňování, urbanizace) Prostorové rozlišení U dálkového průzkumu Země hraje velkou roli také vzdálenost senzoru od zemského povrchu. Tato vzdálenost určuje jednak celkovou rozlohu snímané části povrchu a závisí na ní také jak detailně bude tato část povrchu zaznamenána. V případě, že je senzor daleko od zemského povrchu, snímá větší oblast, ale méně detailně. Pro názornost si můžeme představit co vidí astronaut z raketoplánu a co pilot z letadla. Astronaut vidí velkou část povrchu, ale nerozliší například jednotlivé budovy, zatímco pilot jednotlivé budovy rozliší, ale vidí menší část povrchu. Stejný rozdíl uvidíme při porovnání satelitního a leteckého snímku. Detail rozpoznatelný na snímku závisí na 13

19 prostorovém rozlišení senzoru. Prostorové rozlišení odpovídá velikosti nejmenšího možného jevu, který lze na snímku rozeznat. Prostorové rozlišení u pasivního dálkového průzkumu záleží v první řadě na okamžitém zorném poli senzoru (snímek č. 39). Okamžité zorné pole odpovídá úhlové dohlednosti senzoru, která určuje oblast na zemském povrchu, jenž je snímána najednou v daném čase. Velikost snímané oblasti je určená násobením okamžitého zorného pole vzdáleností od zemského povrchu k senzoru. Tato oblast na zemském povrchu se nazývá rozlišovací buňka a určuje maximální prostorové rozlišení senzoru. Každý snímek se skládá z pixelů, které jsou nejmenšími jednotkami snímku. Pixel je pravidelný čtverec a představuje určitou oblast na snímku. Je nutné ovšem rozlišovat velikost pixelu od prostorového rozlišení snímku. Jestliže senzor má prostorové rozlišení 20 metrů a snímek z tohoto senzoru je zobrazen v plném rozlišení, pak každý pixel reprezentuje oblast na zemském povrchu o rozměrech 20x20 metrů. V tomto případě je velikost pixelu i prostorového rozlišení stejná. Avšak lze zobrazit i snímek s velikostí pixelu odlišnou od prostorového rozlišení. Snímky, na nichž jsou viditelné pouze rozsáhlé objekty mají hrubé (nízké) prostorové rozlišení (snímek č. 40). Na snímcích s jemným (vysokým) prostorovým rozlišením jsou viditelné i malé objekty (snímek č. 41). Například armádní senzory jsou konstruovány tak, aby měly velice jemné prostorové rozlišení k odhalení i malých objektů. Komerční satelity poskytují snímky s rozlišením od několika metrů po několik kilometrů. 7.3 Multispektrální snímkování Pomocí multispektrálního snímání zaznamenáváme elektromagnetické záření ve velmi širokém rozsahu vlnových délek. Mezi takové multispektrální senzory (MSS) patří skenery. Skenery mohou být umístěny jak na letadle, tak na satelitu. Podle metody snímkování rozlišujeme mechanooptické a elektrooptické skenery. Mechanooptické skenery (snímek č. 43) snímají zemský povrch po řádcích, které jsou orientované kolmo na směr pohybu skeneru. Každý řádek je snímán z jednoho konce na druhý díky otáčení zrcadel. Při pohybování skeneru vpřed se tak vytváří dvojrozměrný snímek zemského povrchu. Odražené nebo vyzářené elektromagnetické záření se rozdělí do několika spektrálních pásem (UV, viditelné, infračervené a tepelné záření), jenž jsou samostatně zaznamenávány. K tomu slouží řada detektorů, z nichž každý je citlivý na určitý rozsah vlnových délek a zaznamenává tak 14

20 elektromagnetické záření pro dané spektrální pásmo. Okamžité zorné pole a vzdálenost skeneru od zemského povrchu určují prostorové rozlišení (rozlišovací buňka). Úhlové zorné pole odpovídá míře zakřivení zrcadla a určuje šířku snímaného pásu. Zakřivení zrcadla je měřeno ve stupních. Letadlové skenery mají zakřivení zrcadel v rozmezí od 90 do 120. Zatímco satelitním skenerům stačí k pokrytí široké oblasti díky velké vzdálenosti od zemského povrchu zakřivení mezi 10 až 20. Elektrooptické skenery (snímek č. 44) se také pohybují vpřed, snímají zemský povrch po řádcích a vytvářejí dvojrozměrný snímek. Tyto skenery používají k záznamu místo otáčivých zrcadel lineární řadu detektorů. Každý detektor zaznamenává elektromagnetické záření z dané rozlišovací buňky a tak počet a zorné pole detektorů určují prostorové rozlišení skeneru. Každý detektor zaznamenává všechna spektrální pásma. Energie elektromagnetického záření je elektronicky a digitálně zaznamenána. Skenery mají proti napříč skenerům několik výhod. Lineární řada detektorů umožňuje snímání určité části zemského povrchu po delší dobu než je tomu u skenerů prvního typu. Tak můžeme zaznamenat více elektromagnetického záření vypovídajícím o vlastnostech povrchu a snímky mají větší radiometrické rozlišení. Protože detektory jsou pevná mikroelektronická zařízení, jsou menší, lehčí a jsou více spolehlivá. Bez ohledu na to jaký typ skenerů použijeme, multispektrální snímkování má mnoho výhod proti fotografickým metodám dálkového průzkumu. Spektrální rozsah fotografických systémů je omezen pouze na viditelnou a blízkou infračervenou část spektra, zatímco multispektrální systémy zaznamenají i tepelné záření. Data MSS systémů jsou zaznamenána elektronicky a prostřednictvím digitálního přenosu k přijímací stanici mohou být okamžitě zpracována v počítači. 7.4 Termální snímkování Senzory užívané pro dálkový průzkum jsou schopny zaznamenávat jak odražené záření, tak i záření vydávané zemským povrchem. Mnoho multispektrálních systémů (MSS) snímá záření v tepelné infračervené části spektra stejně tak dobře jako ve viditelné a odražené infračervené části. Termální senzory používají k pořizování snímků detektory citlivé na přímý kontakt fotonu s jejich povrchem a tak jsou citlivé vůči vydávanému termálnímu záření. Aby bylo omezeno ovlivnění záznamu vlastními termálními emisemi detektorů, detektory jsou ochlazené k teplotám blízkým nule. Termální senzory v podstatě měří 15

21 teplotu zemského povrchu a teplotní vlastnosti různých typů povrchů. Termální snímkování je typické pro mechanooptické skenery. Termální senzory používají jeden nebo více teplotních vzorů. Ty slouží pro porovnání se zaznamenaným zářením. Získaná data jsou zaznamenávána na film nebo magnetofonový pásek. Termální rozlišení současných senzorů dosahuje 0,1 C. Snímek (tzv. termogram) je zobrazený v úrovních šedi (snímek č. 46). Místa s vyššími teplotami jsou zobrazena ve světlých tónech a místa s nižšími teplotami v tmavých tónech. Atmosférický rozptyl tepelného záření je díky jeho relativně dlouhé vlnové délce minimální. Nicméně absorpce atmosférickými plyny rozděluje termální snímkování do dvou zvláštních oblastí 3 až 5 µm a 8 až 14 µm. Energie záření se snižuje s rostoucí vlnovou délkou, proto mají termální senzory široké zorné pole. Tím je zajištěno, že k detektoru dorazí dostatečné množství energie nutné pro provedení spolehlivého měření. Prostorové rozlišení termálních senzorů je hrubé. Výhodou termálního snímkování je, že snímky lze pořizovat ve dne i v noci. Termální snímkování má široké možnosti praktického využití. Používá se například při mapování lesních požárů, při monitorování tepelných ztrát budov a v neposlední řadě při vojenských průzkumech. 7.5 Geometrické deformace snímku Snímky získané pomocí dálkového průzkumu, bez ohledu na to zda jsou získané pomocí multispektrálního skeneru na palubě satelitu nebo fotografickým systémem umístěným na palubě letadla, mají vždy různé geometrické deformace. Tato skutečnost je způsobena tím, že trojrozměrný zemský povrch znázorníme jako dvojrozměrný snímek. Všechny snímky tak podléhají určité formě geometrické deformace v závislosti na způsobu jakým jsou data získaná. Tyto deformace mohou být způsobeny různorodostí faktorů, mezi něž patří vlastnosti optiky senzoru, pohyb senzoru, nadmořská výška senzoru a jeho rychlost, typ reliéfu zemského povrchu, zakřivení a rotace Země. V případě leteckých snímků v podstatě získáme momentku zemského povrchu. Objekty nacházející se přímo v nadiru (tj. přímo pod středem senzoru) budou mít viditelné pouze vrcholy, zatímco všechny ostatní objekty se budou naklánět ze středu fotografie a tudíž budou mít viditelné vrcholy a strany. Čím jsou objekty vyšší nebo jsou vzdálenější od středu fotografie, tím budou jejich deformace větší. 16

22 Snímky pořízené elektrooptickým skenerem jsou podobné leteckým snímkům. Každý detektor v podstatě pořizuje momentku rozlišovací buňky. Geometrické odchylky mezi řádky jsou pak způsobeny nepravidelnými odchylkami nadmořské výšky skeneru. Snímky z mechanooptických skenerů vykazují dva hlavní typy geometrických deformací (snímek č. 49). Také vykazují deformace vzniklé posunutím reliéfu a objekty se též naklánějí z nadiru v každém skenovacím řádku. Deformace se opět zvyšují směrem k okrajům záběru. Další deformace je způsobena rotací zrcadel. Jak senzor snímá napříč každý řádek, vzdálenost senzoru od zemského povrchu se zvyšuje k okrajům záběru, což má za následek změny některých tvarů v důsledku vzdálenosti. Tato deformace se nazývá tangenciální změna měřítka. 7.6 Meteorologické satelity Patří mezi první satelity, které nebyly užívané pouze armádou. Monitorování počasí a jeho předpovídání se tak stalo jednou z prvních aplikací dálkového průzkumu v běžném životě. První meteorologický satelit TIROS-1 (snímek č. 6) byl vypuštěn v roce 1960 Spojenými státy americkými. Další satelity, obíhající Zemi po blízkých polárních orbitálních drahách byly vypuštěné během dalších pěti let a zaznamenávaly charakter počasí na celé Zemi. V roce 1966 pak NASA vypustila geostacionární satelit ATS-1 (snímek č. 53), který poskytoval snímky zemského povrchu a oblačnosti každou půlhodinu. Od tohoto data tak mohl být vývoj a chod počasí neustále sledován. Meteorologické satelity mají hrubé prostorové rozlišení a monitorují velké oblasti zemského povrchu. Časové rozlišení je však vysoké, protože satelity provádějí častá snímání zemského povrchu, vlhkosti vzduchu a oblačnosti. Tento fakt připouští monitorování globálních povětrnostních podmínek a umožňuje tak předpovídání počasí. GOES Systém satelitů GOES navazuje na řadu satelitů ATS. Tyto satelity byly navrženy NASA pro NOAA a poskytují Spojeným státům americkým snímky zemského povrchu a oblačnosti (snímek č. 55) a byly užívané meteorology pro monitorování a předpovídání počasí více než 20 let. Satelity řady GOES jsou součástí 17

23 celosvětové sítě meteorologických satelitů rozložených přibližně v rozestupu 70 zeměpisné délky kolem Země a poskytují tak celosvětové pokrytí. Satelity GOES se řadí mezi geostacionární satelity. Dvě generace GOES zaznamenávají záření jak vydávané zemským povrchem tak, od něj odražené. Z těchto měření pak můžeme odvodit atmosférickou teplotu, vlhkost, směr větrů a oblačnost. První generace satelitů zahrnovala satelity GOES 1 až GOES 7. Satelit GOES 1 byl vypuštěn v roce 1975, satelit GOES 7 pak v roce Kvůli jejich designu však byly tyto satelity schopny pořizovat snímky pouze malé procento času (přibližně pět procent). Druhá generace satelitů začala vypuštěním satelitu GOES 8 v roce 1994 a proti satelitům první generace má řadu technických zdokonalení. Proto umožňují průběžné a častější monitorování Země. Snímkování probíhá zhruba každých patnáct minut. Tento nárůst časového rozlišení spolu s lepším radiometrickým a prostorovým rozlišením senzoru poskytuje včasné informace o změnách počasí a zlepšuje kvalitu dat pro předpovědi počasí. Snímky mají 10 bitové radiometrické rozlišení a mohou být přímo přeneseny k uživatelským terminálům. NOAA Satelity řady NOAA také slouží mimo jiné k využití pro meteorologické účely (snímek č. 57). Tyto satelity se pohybují po oběžných drahách blízkých polárním, synchronních se Sluncem, asi km nad zemským povrchem a navazují na řadu satelitů TIROS. Satelity NOAA poskytují doplňující informace ke geostacionárním meteorologickým satelitům GOES. Díky vzájemné spolupráci dvou satelitů je zabezpečeno to, že data pro jakoukoliv oblast Země nejsou více než šest hodin staré. Jeden satelit protíná rovník časně ráno ve směru od severu k jihu a druhý jej protíná odpoledne. Senzorem na palubě NOAA satelitů je radiometr AVHRR (Advanced Very High Resolution Radiometer). Ten zaznamená záření ve viditelné, blízké infračervené a tepelné infračervené části elektromagnetického spektra. Šíře záběru je 3000 km a prostorové rozlišení snímku pořízeného z nadiru je 1,1 km. Ačkoli data ze senzoru AVHRR jsou využívána pro předpovídání a analýzu počasí, jsou vhodná i pro monitorování zemského povrchu. Na rozdíl od satelitů pro výzkum krajinné sféry mají však menší prostorové rozlišení. Lze je využít pro monitorovaní oblastních jevů jako je například monitorování přirozeného vegetačního krytu a zemědělsky obdělávané půdy 18

24 nebo mapování povrchové teploty moří. Snímky, které by pokrývaly větší oblast mohou být vytvořeny ze souborů dat z několika senzorů AVHRR. Další meteorologické satelity Satelity DMSP Spojené státy americké provozují meteorologický satelitní program označovaný jako DMSP ( Defense Meteorological Satellite Program). Tyto satelity se pohybují po oběžné dráze blízké polární. Na palubě satelitu je umístěn skener, který poskytuje dvakrát denně snímky zemského povrchu o šíři záběru 3000 km a v prostorovém rozlišení 2,7 km. Snímky jsou zachycené ve dvou spektrálních pásmech. První pásmo zaznamenává záření ve viditelné a blízké infračervené části spektra (0,4 1,1 µm), druhé pásmo pak zaznamenává záření v tepelné infračervené části spektra 10,0 13,4 µm). Unikátní vlastností tohoto senzoru je jeho schopnost pořizovat snímky ve viditelné části spektra i v nočních hodinách díky zaznamenání slabého světla antropogenního původu (např. velká města). Také lze monitorovat lesní požáry nebo aktivní vulkány. Meteosat a GMS Satelity Meteosat (snímek č. 60) provozují evropské státy sdružené v agentuře EUMETSAT. Geostacionární satelity Meteosat poskytují snímky ve třech spektrálních pásmech. Ve viditelné části spektra v rozmezí vlnových délek 0,4 až 1,1 µm s prostorovým rozlišením 25 km. Ve střední infračervené části spektra v rozmezí od 5,7 do 7,1 µm s prostorovým rozlišením 5 km a v tepelné infračervené části od 10,5 do 12,5 µm taktéž s rozlišením 5 km. Satelity řady GMS jsou též geostacionární a jsou provozovány Japonskem. Podobně jako satelity řady GOES zaznamenávají záření ve dvou spektrálních pásmech. V prvním pásmu ve vlnových délkách v rozmezí 0,5-0,75 µm a s prostorovým rozlišením 1,25 km a ve druhém pásmu v rozmezí 10,5 12,5 µm s prostorovým rozlišením 5 km. 7.7 Satelity pro výzkum krajinné sféry Ačkoli mnoho satelitů meteorologického systému je také využíváno pro monitorování zemského povrchu, nejsou přizpůsobeny pro jeho detailní mapování. 19

25 K těmto účelům slouží satelity určené pro výzkum krajinné sféry, k nimž patří Landsat a SPOT. Landsat První satelit zkonstruovaný pro monitorování zemského povrchu Landsat 1 byl vypuštěn NASA v roce Landsat (snímek č. 63) byl navržen pro experimentální testování možnosti pořizování multispektrálních snímků zemského povrchu a od té doby tento velmi úspěšný program poskytuje snímky z několika Landsat satelitů. Původní program NASA byl v roce 1983 přemístěn do NOAA a v roce 1985 se stal komercionalizovaný a poskytuje data pro civilní využití. Díky již dlouhé existenci programu máme dostatečné množství dat usnadňujících dlouhodobé monitorování krajinné sféry. Všechny Landsat satelity se pohybují po oběžných drahách blízkým polárním a synchronních se Sluncem. První tři satelity se nacházejí ve výškách kolem 900 km a doba jejich oběhu je 18 dnů, zatímco později vypuštěné satelity se nachází ve výškách kolem 700 km a Zemi oběhnou za 16 dnů. Všechny Landsat satelity protínají rovník ráno, kdy jsou podmínky osvětlení povrchu optimální. Na palubě Landsat satelitů se nachází multispektrální skener (MSS) a TM skener. MSS snímá elektromagnetické záření ze zemského povrchu ve čtyřech spektrálních pásmech. Každé pásmo má prostorové rozlišení 60 x 80 metrů a radiometrické rozlišení 6 bitů. Snímání pomocí MSS bylo v roce 1992 nahrazeno používáním (tm) na satelitu Landsat 4. TM má několik zdokonalení oproti MSS, která zahrnují vyšší prostorové a radiometrické rozlišení, jemnější spektrální pásma (sedm namísto čtyř u MSS) a vyšší počet detektorů (šestnáct místo šesti u MSS). Prostorové rozlišení TM skeneru je 30 m a pro tepelné infračervené pásmo 120 m. Radiometrické rozlišení dosahuje 8 bitů. Data z TM i MSS skenerů jsou využívaná pro velké množství aplikací včetně monitorování stavu životního prostředí, mapování rozsahu změn v krajině (např. monitorování kácení lesů) SPOT Řada satelitů pro výzkum krajinné sféry SPOT (snímek č. 65) byla vypuštěna Francouzskou CNES (Centre National d Études Spatiales) za podpory Švédska a Belgie. První satelit SPOT 1 byl vypuštěn v roce 1986 a vždy s odstupem tří až čtyř 20

26 let byly vypuštěny další satelity. Všechny satelity jsou synchronní se Sluncem a pohybují se po dráze blízké polární ve výškách kolem 830 km a doba, za kterou je daná oblast snímána ze stejného úhlu je 26 dnů. SPOT prochází nad rovník kolem půl jedenácté dopoledne místního slunečního času. Satelity řady SPOT byly navrženy jako komerční satelity SPOT satelity jsou schopny zaostřit senzory až do 27 z nadiru. Tím je umožněno cílené monitorování určitých lokalit a zvyšuje se šance na získání snímků za jasného počasí. Také je umožněno stereoskopické pokrytí povrchu. Díky snímání stejné oblasti ze dvou různých úhlů jsme schopni vytvořit trojrozměrný model reliéfu a vizuální simulace. Snímky ze satelitů SPOT jsou využívány pro aplikace vyžadující velké množství prostorových detailů jako mapování měst. Snímky jsou vhodné i pro aplikace, které vyžadují časté monitorování (např. lesnictví a zemědělství) a v neposlední řadě pro tvorbu digitálních výškových modelů. 7.8 Oceánografické satelity Oceány pokrývají dvě třetiny zemského povrchu a hrají tak důležitou roli v klimatickém systému. Kromě toho jsou oceány domovem mnoha živých organismů, které jsou citlivé k znečištění a dalším vlivům člověka. I již zmíněné satelity mohou být využity pro oceánografické aplikace. V této kapitole jsou však popsány satelity navržené přesně k tomuto účelu. Nimbus 7 Satelit Nimbus 7 byl vypuštěný v roce 1978 a na jeho palubě byl senzor (CZCS) určený k monitorování oceánů. Senzor monitoroval jeho barvu a teplotu především v pobřežních zónách. Dostatečné prostorové a spektrální rozlišení umožnilo také monitorování imisí ve svrchních částech oceánu a určení vlastností materiálů vznášejících se ve vodě. Satelit je synchronní se Sluncem a pohybuje se po oběžné dráze blízké polární ve výšce 955 km. Rovníkem prochází v poledne místního času po vzestupné dráze a o půlnoci místního času po dráze sestupné. Senzor CZCS se skládá ze šesti spektrálních pásem ve viditelné, blízké infračervené a tepelné infračervené části spektra. První čtyři pásma jsou velice úzká, protože byla optimalizována pro detailní rozlišování rozdílů v energii odraženého 21

27 záření. Tím je umožněno monitorování koncentrací fytoplanktonu (snímek č. 68) a dalších vznášejících se pevných nebo kapalných částic ve vodě. CZCS senzor ukončil činnost v roce MOS První satelit z řady MOS byl vypuštěn Japonskem v únoru roku 1987 a byl následován dalším satelitem v únoru Tyto satelity jsou vybaveny třemi různými senzory. Mezi něž patří čtyř-kanálový multispektrální radiometr (MESSR), čtyřkanálový radiometr snímající ve viditelné a tepelné infračervené části spektra (VTIR) a dvou-kanálový radiometr snímající v mikrovlnné části spektra (MSR). MOS satelity se pohybují po běžné dráze ve výškách kolem 900 km a stejnou oblast snímají pod stejným úhlem jednou za 17 dnů. SeaWiFS SeaWiFS (snímek č. 71) je senzor umístěný na palubě kosmické lodi SeaStar. Zaznamenává záření v osmi spektrálních pásmech, které mají velmi úzké rozsahy vlnových délek. Byl vyvinut pro monitorování specifických procesů probíhajících v oceánech. Mezi něž patří monitorování cyklů uhlíku, dusíku a síry, monitorování primární produkce biomasy, fytoplanktonu a vlivů oceánů na klimatický systém (akumulace tepla a tvorba aerosolu). Satelit se pohybuje po oběžné dráze ve výškách kolem 705 km. Je schopen snímat ve dvou režimech. První režim se vyznačuje prostorovým rozlišením 1,1 km v nadiru a šířkou záběru 2800 km. Při použití druhého režimu získáme snímky s nižším prostorovým rozlišením 4,5 km v nadiru a záběr má šířku 1500 km. Tento oceánografický satelit poskytuje data důležitá pro monitorování globálního i lokálního znečišťování oceánů a napomáhající pochopení vlivu oceánů na klimatický systém. 7.9 Ostatní senzory Tato kapitola je věnována dalším typům senzorů používaných v dálkovém průzkumu. Je zde zmíněno několik dalších senzorů, které slouží jako alternativní zdroje snímků zemského povrchu. 22

28 Video Snímky pořízené tímto způsobem mají hrubší prostorové rozlišení než digitální nebo fotografické snímky. Video kamery jsou využívány především pro poskytování včasných a levných dat, která jsou důležitá pro záchranné operace např. v případě povodně či požáru nebo pro policejní monitorování. Kamery snímají záření ve viditelné, blízké infračervené a někdy střední infračervené části elektromagnetického spektra. Data jsou zaznamenána na kazetu a mohou být ihned prohlížena. FLIR FLIR systémy pracují na podobném principu jako mechanooptické skenery a zaznamenávají záření v infračervené části elektromagnetického spektra. Tyto senzory jsou většinou umístěny na palubě letadla nebo helikoptéry. Snímky pořízené pomocí systémů mají vysoké prostorové rozlišení a tak mohou být využity pro vojenské účely, pátrací a záchranné operace a monitorování lesních požárů. Laserový fluorosenzor Některé objekty fosforeskují nebo jsou zdrojem záření. Nejedná se však o pouhý odraz dopadajícího záření. Objekty spíše pohlcují energii dopadajícího záření jehož vlivem dochází k excitaci molekul a k následnému vydávání záření delších vlnových délek. Toto záření je pak zachyceno senzorem. Laserový fluorosenzor ozařuje objekty zářením se specifickou vlnovou délkou a je schopen zaznamenat velký rozsah vlnových délek typických pro fosforeskující záření. Tento senzor se osvědčil pro využití v oceánografických aplikacích k nimž patří mapování množství chlorofylu a lokalizace ropných skvrn Příjem, přenos a zpracování dat Data získaná prostřednictvím senzorů, které jsou umístěny na palubě letadla, můžeme získat až po jeho přistání. Pak mohou být zpracována a doručena ke konečným uživatelům. Data získaná prostřednictvím satelitů jsou přenášena v elektronické formě k přijímacím stanicím a jsou tak k dispozici vždy v případě potřeby. Přenos dat ze satelitů k zemskému povrchu je prováděn třemi způsoby (snímek č. 74). Jestliže se přijímací stanice nachází v zorném poli satelitu, jsou data přenášena okamžitě. Pokud tento případ nenastane, data jsou zaznamenána na palubě satelitu a přenesena k přijímacím stanicím později. Posledním způsobem přenosu dat je jejich přenos přes systém převodních geosynchronních satelitů, které se pohybují po oběžné dráze. Přenos 23

29 je prováděn tak dlouho, dokud data nedospějí k vhodné přijímací stanici. Přijímací pozemní stanice jsou rozmístěny po celém světě a přijímají data z různých typů satelitů. Data jsou přijatá přijímací stanicí v digitálním formátu. Následně mohou být v případě nutnosti zpracována. Především dochází k odstranění geometrických deformací snímku a data jsou převedena do standardizovaného formátu. Data lze uchovat pomocí zapsání do paměťového média jako je například magnetofonový pásek nebo CD-ROM. Data ze satelitů jsou archivována vládními agenturami a také obchodními společnostmi v případě komerčního využívání dat. Většina satelitů je schopna poskytovat aktuální snímky zemského povrchu. Tyto snímky mají sice nižší rozlišení, ale jsou rychle zpracovávány a následně jsou přeneseny faxem nebo digitálně koncovým uživatelům. Snímky tohoto typu se využívají zejména při navigaci lodí plujících v Severním Ledovém oceánu za účelem zhodnocení aktuální situace pohybu ledových ker. Tímto je zabezpečeno bezpečnější a snadnější proplutí. Letecké systémy se užívání k aktuálnímu snímání například pro monitorování lesních požárů. Lesní požáry jsou monitorovány stíhačkami, jenž jsou opatřeny senzory pro tepelné snímkování. 24

30 8. Aktivní dálkový průzkum Pro aktivní dálkový průzkum jsou využívány senzory, které, na rozdíl od pasivních senzorů, vydávají elektromagnetické záření. Díky této skutečnosti můžeme pořizovat snímky zemského povrchu nezávisle na tom, zda je námi sledovaný objekt ozářený Sluncem, tedy ve dne i v noci. Senzory aktivního dálkového průzkumu mají ještě další výhodu nad senzory pasivními. Pro snímání používají záření v mikrovlnné části elektromagnetického spektra. Mikrovlnné záření má v porovnání s viditelným a infračerveným zářením, dlouhé vlnové délky. Díky tomu může mikrovlnné záření proniknout skrz oblaka, mlhu, prach i srážky. Navíc není tak citlivé k atmosférickému rozptylu jako záření kratších vlnových délek. Snímat zemský povrch tak můžeme za jakéhokoliv počasí a rozptylových podmínek. 8.1 Radar Představuje nejběžnější typ aktivního mikrovlnného senzoru. Senzor vysílá mikrovlnné signály směrem k povrchu a zaznamenává jejich zpětný rozptyl (snímek č. 78). Intenzita zpětného rozptylu signálu je měřena a slouží k rozlišování různých typů zemského povrchu a objektů na něm umístěných. Časová prodleva mezi vysláním signálu a zaznamenáním jeho odrazu pak určuje vzdálenost k povrchu nebo vzdálenost a polohu zkoumaného objektu. Radar se skládá z následujících komponent z vysílače, antény a elektrotechnického zařízení pro zpracování a záznam dat. Radar vysílá po sobě jdoucí vysokofrekvenční nebo mikrovlnné signály. Anténa zaznamenává odražený nebo zpětně rozptýlený signál ( echo ). Mikrovlnná část elektromagnetického spektra je docela rozsáhlá. Proto je rozdělená do několika pásem, které se od sebe liší rozsahem vlnových délek. Jednotlivá pásma byla rozlišena během druhé světové války a od té doby zůstala nezměněná. Ka, K a Ku pásma zahrnují velmi krátké vlnové délky užívané u ranných letadlových radarových systémů. Dnes se již nepoužívají. Používaná radarová pásma: X pásmo je užívané letadlovými radarovými systémy pro vojenský průzkum a terénní mapování zemského povrchu C pásmo je běžné pro mnoho letadlových (např. AirSAR) a satelitních (např. ERS 1 a 2 a RADARSAT) radarových systémů 25

31 S pásmo užívané senzory na palubě ruského satelitu ALMAZ L pásmo používané americkým satelitem SEASAT a japonským satelitem JERS 1 P pásmo zahrnuje nejdelší vlnové délky a je používané na letadlových radarových systémech NASA Pro ukázku rozdílů v zobrazení zemského povrchu v závislosti na zvoleném pásmu zde máme dva radarové snímky stejné oblasti (snímek č. 82). Na snímku jsou zachycena zemědělská pole. Horní snímek byl získán za použití L pásma, dolní C pásmem. Můžeme jasně vidět jak se pole s rozdílnými plodinami jeví odlišně v každém snímku. Tento rozdíl je způsoben odlišnou interakcí plodin s rozdílnou vlnovou délkou vysílaného signálu. Při záznamu mikrovlnného záření je důležitá i jeho polarizace. Polarizované záření je takové záření, které kmitá ve směru kolmém na směr šíření pouze v jedné rovině. Většina radarů je konstruována k vysílání horizontálně polarizovaného (H) nebo vertikálně polarizovaného (V) záření. Stejně tak anténa radaru přijímá buď horizontálně nebo vertikálně polarizované zpětně rozptýlené záření. Některé radary jsou schopny přijímat oba dva typy. Tak mohou vzniknout čtyři kombinace vysílaného a přijímaného polarizovaného záření: HH horizontálně polarizované vysílané i přijímané záření VV vertikálně polarizované vysílané i přijímané záření HV horizontálně polarizované vysílané a vertikálně polarizované přijímané záření VH vertikálně polarizované vysílané a horizontálně polarizované přijímané záření První dvě kombinace polarizací se označují jako shodně polarizované, protože vysílané i přijímané záření je stejně polarizované. Poslední dvě kombinace jsou označovány jako opačně polarizované, jelikož zpětně rozptýlené záření je opačně polarizované než záření vysílané radarem. Tyto snímky polí (snímek č. 83) demonstrují citlivost radaru vůči polarizaci záření. Dolní dva snímky jsou shodně polarizované, horní pravý snímek je opačně polarizovaný a horní levý snímek zobrazuje kombinaci všech tří dříve jmenovaných. Polarizace záření tak ovlivňuje vlastnosti radarového snímku stejně jako vlnová délka záření. Kombinace různých polarizací a vlnových délek záření mohou poskytovat rozmanité a doplňující informace o studovaném typu zemského povrchu. 26