Základy interpretace leteckých snímků

Transkript

1 Základy interpretace leteckých snímků Dvě uplynulé dekády přinesly jak odborníkům mnoha profesí, tak i široké veřejnosti nebývalé možnosti přístupu k obrazovým datům, získaným leteckým snímkováním. Možnost pracovat s leteckými snímky požadovaného místa či oblasti na území České republiky prostřednictvím vhodné programové aplikace, považujeme v současnosti za samozřejmost. Aktuální a případně i historické letecké snímky, spojené do mozaiky, se staly běžnou součástí databází prostorových dat, publikovaných elektronicky institucemi veřejné správy či firmami. Záměrem uživatelů, kteří cíleně pracují s takovým typem obrazových dat, je data vyhodnotit a získat požadovanou informaci. Metody a prostředky, které se k vyhodnocení používají, odpovídají potřebám a požadavkům uživatelů. Uživatel, který vyhodnocuje obrazová data v rámci potřeb své profese, přistupuje k této činnosti obvykle s hlubšími znalostmi a mnohdy využívá sofistikovanější postupy a technologické prostředky. Uživatel laik, který zpravidla využívá přístup k elektronicky publikovaným obrazovým datům z leteckého snímkování prostřednictvím internetu (často prostřednictvím webových aplikací), si vystačí se znalostmi, podpořenými vlastní zkušeností či intuitivním přístupem. Jak uživatelé z řad profesionálů tak i laikové, využívají při vyhodnocení obrazových dat společný základ, kterou je metoda (vizuální) interpretace leteckých snímků, postavená na využití interpretačních znaků. Cílem tohoto cvičení je podat přehled interpretačních znaků, které se využívají při vyhodnocení leteckých snímků. Dále pak každý z interpretačních znaků představit v pestrosti, která plyne z jeho proměnlivosti. V neposlední řadě pak na příkladech interpretačních znaků, vybraných z mozaiky ortofotosnímků, ukázat jejich význam pro identifikaci a bližší zhodnocení objektů, jevů a případně procesů ve zkoumaném území. Procvičování interpretace budeme provádět v prostředí aplikace, označované jako Národní geoportál INSPIRE ( Důvodem použití tohoto nástroje, jehož prostředí ukazuje obrázek č. 1, je možnost snadno vyhledat konkrétní detaily, dokumentujících procvičovanou látku. Připravené výřezy elektronicky publikovaných ortofotosnímků si otevřeme vždy, kdy ukázka dokumentuje někerý z pojmů, o kterém se ve cvičení hovoří. Na příslušném místě v textu je vždy uveden název XML soubor tzv. mapové kompozice. Tyto soubory jsou k dispozici publikované na www stránce tohoto cvičení. Každý ze souborů je třeba otevírat v prostředí aplikace Národní geoportál INSPIRE. Při načítání mapové kompozice je uživatel tázán, zda má být její obsah přidán do stávající mapy nebo zda má přepsat stávající mapu nově otevíraným obsahem. Pro účely tohoto cvičení budeme vždy volit přepsání stávající mapy nově otevíraným obsahem. Pro otevření souboru je k dispozici standardní ikona, známá z většiny jiných programů.

2 Obrázek č. 1 Ukázka aplikace GeoPortal Inspire Interpretační znaky Při interpretaci na základě leteckých měřických snímků využíváme interpretační znaky, mezi něž patří zejména: tvar barva a odstín stín velikost textura struktura souvislost Tvar Tvar jako charakteristika zobrazených objektů jsou jedním z nejdůležitějších interpretačních znaků, protože vypovídají o základních geometrických atributech objektů, které člověk svým zrakem přirozeně vnímá. Při pozorování objektů v obrazových materiálech z dálkového průzkumu Země si všímáme především tvaru půdorysu jednotlivých objektů. Při tom do určité míry dokážeme intuitivně kompenzovat zdánlivé deformace tvarů, dané geometrickým zkreslením v důsledku omezení použité technologie vzniku obrazu. Zaměříme-li se na tvar objektu, můžeme si ve většině případů okamžitě

3 povšimnout, zda se jedná o pravidelný či nepravidelný tvar, zda vidíme jednoduchý geometrický útvar (kružnice, čtverec, trojúhelník) nebo zda se jedná o tvar komplikovanější. Pravidelný tvar vypovídá zpravidla o antropogenním původu objektů, neboť k formování dokonale pravidelných tvarů vlivem přírodních procesů dochází zpravidla výjimečně. Jednoduché pravoúhlé útvary čtverce či obdélníka nebo komplikovanější pravoúhlé tvary složené kombinováním čtverců či obdélníků jsou charakteristické pro mnoho obytných, veřejných či průmyslových budov, pro bazény, některé pozemky či stavební parcely a podobně. Pravidelný tvar ohraničený kružnicí najdeme u některých staveb. Kružnice je charakteristická pro půdorys známých staveb průmyslové architektury (chladící věže, zásobníky, komíny), dopravní stavby (kruhové objezdy) dále u zemědělských ploch zavlažovaných rotujícími sprinklery. Kružnice najdeme vykreslené na otevřených sportovištích, na přistávacích plochách vrtulníků atd. Vyloučeny nejsou ani kruhové tvary veřejných a někdy i obytných budov (viz výřez z leteckého snímku VIvDPZ_tvar1 - budova C v areálu VŠB TU Ostrava v Porubě). Oválný tvar je charakteristický rovněž pro některé typy staveb jako jsou křižovatky či sportoviště (viz výřez z leteckého snímku VIvDPZ_tvar4). Rozšířené jsou také tvary omezené nepravidelným N-úhelníkem a přímost jednotlivých stran je rovněž výsledkem činnosti člověka. Tvary nepravidelných N-úhelníků lze pozorovat u mnoha budov a dále pozemků či stavebních parcel. Známé jsou i méně obvyklé tvary pravidelných N- úhelníků, jako je například pravidelný pětiúhelník. Příkladem je Pentacon, budova Ministerstva obrany USA. Mnoho objektů antropogenního původu má nepravidelný tvar, který však lze matematicky relativně snadno vyjádřit. Jedná se především o tvary složené z oblouků či parametricky definovaných křivek, které jsou využívány například při projektování dopravních staveb (viz výřez z leteckého snímku VIvDPZ_tvar2). Železnici, procházející krajinou, vnímáme v obrazových datech jako linii s oblouky velkých poloměrů, které odpovídají konfiguraci reliéfu terénu, možnostem železničních vozidel a dalším technickým a bezpečnostním požadavkům. Příkladem liniových objektů, charakterizovaných víceméně nepravidelnými tvary proměnlivými v čase, jsou vodních toky meandrující v přirozeném řečišti. Jako ukázku lze uvést tok Odry v Polance na Odrou, který je patrný ve výřezu z leteckého snímku VIvDPZ_tvar3. Vliv člověka se viditelně projevuje regulací vodních toků, které napřimuje do umělých vodotečí, snadno rozeznatelných v obrazových materiálech. Kontrast mezi regulovaným řečištěm a původním, slepým ramenem řeky Odry v Ostravě Výškovicích ukazuje výřez z leteckého snímku VIvDPZ_tvar5.

4 Barva Budeme-li striktně vycházet z terminologie digitální teorie barev, pak výsledná barva zkoumaného objektu či jevu je dána současným působením tří složek, kterými jsou barevný tón, jas a sytost. Na podání barev v obrazu se podílí mnoho vlivů a reálný barevný vjem, který nás ovlivňuje je výsledkem spolupůsobení všech tří složek, které jsou zpravidla velmi variabilní v důsledku působení těchto vlivů. Připomeňme si tedy, že měnit se může: barevný tón (angl. hue), tedy vlnová délka barvy, vnímáme např. jako zelenou, modrou,... jas, ovlivňující odstín barvy (angl. tone nebo shade), vnímáme jako světlý či tmavý sytost, vnímáme jako sytá nebo bledá Tradiční technologie uchování obrazu fotochemickou cestou transformují tyto barevné složky do šedotónové škály (černobílý snímek) nebo v případě barevného snímku do složek CMY. V posledních letech se při leteckém snímkování využívá digitální technologie, která přináší možnosti získávání obrazu působením elektromagnetického záření jak viditelného i tak i infračerveného oboru. Vícesložkový obraz je uchován v datových strukturách rastru, v nichž jsou uloženy naměřené hodnoty veličiny, popisující intenzitu elektromagnetického záření, které se podílelo na vzniku obrazu. To přináší specifické možnosti vizualizace a zpracování digitálního obrazu, které jsou náplní následujících cvičení. Homogenní barva může být atributem objektů, které jsou bezprostředně dílem člověka, případně objektů, ovlivněných antropogenním působením či dokonce objektů, na jejichž vzniku se člověk vůbec nepodílel a jejich existenci neovlivnil. Při pozorování snímku vnímáme projevy tónové variability (nestejnorodosti) resp. tónové homogenity (stejnorodosti) krajinného pokryvu. Tónová variabilita výsledné barvy zkoumaného objektu je dána proměnlivostí jeho barevného tónu. Vysvětleme si to na příkladu barevného tónu vybraných objektů, zobrazených na výřezu z leteckého snímku VIvDPZ_barva1. Podívejme se na tenisové kurty, pokryté antukou, dále fotbalové hřiště s umělým trávníkem a hřiště pro košíkovou. Posuzujeme-li variabilitu či homogenitu tónu pouhým zrakem, jeví se povrch všech tří objektů jako více méně tónově homogenní. Druhým příkladem je barevná variabilita střechy budovy ve středu výřezu z leteckého snímku VIvDPZ_barva3. Střecha je charakteristická výskytem několika barevných tónů, což je způsobeno použitím různých střešních krytin nebo různými nátěry. Každý barevný tón, znamená to odlišnou spektrální odezvu při odrazu elektromagnetického záření. Na základě spektrometrického měření by bylo možno získat odlišné křivky spektrálního chování. Další příklad barevné variability, kterou vidíme na snímku, způsobuje proměnná výška vodního sloupce v rybníce či jiné nádrži. To se zřetelně projevuje na přechodu od mělčiny u břehu do větších hloubek. Kromě vodního sloupce se na pohlcování a odrazu elektromagnetického záření

5 výrazně podílí i materiál usazenin tvořící dno nádrže. Mělké části vodní nádrže částečně odrážejí vlnové délky viditelného oboru elektromagnetického záření. Popsaný případ ilustruje ukázka na výřezu z leteckého snímku VIvDPZ_barva2, zobrazující část Brněnské přehrady s přilehlým okolím. Stín Stíny v obrazových materiálech z dákového průzkumu Země, vznikají v důsledku interakce elektromagnetického záření s objekty. Stíny se promítají jak na zemský povrch tak na jiné objekty. Při interpretaci stíny sehrávají kladnou i zápornou roli. Stín umožňuje za vhodných podmínek získat představu o bočním profilu objektu, který se na vzniku stínu podílel, jak je vidět ve výřezu z leteckého snímku VIvDPZ_Stin1. Délka stínu umožňuje při znalosti výšky Slunce odhadnout výšku objektu. Současně je stín indikátorem směru ke zdroji záření tedy ke Slunci. V důsledu negativního působení stínů se mění jas a sytost barvy zastíněných objektů. Negativním jevem, který vzniká v zastíněném prostoru je dočasná odlišnost některých vlastností vzduchu, především teploty a vlhkosti. Proto se zde déle výskytuje rosa resp. opar, které mají vliv na interakci dopadajícího záření resp. na jeho průchod touto částí atmosféry. Z hlediska vyhodnocovatele jsou však tyto vlivy při interpretaci většinou zanedbatelné. Se všemi popsanými výhodami a nevýhodami existence stínů je třeba počítat při interpretaci. Vyhodnocovatel má možnost vliv stínů do určité míry omezit. Při dostatečných zkušenostech se může pokusit o kompenzování vlivu stínů na základě ostatních interpretačních znaků. Jestliže se jedná o letecký snímek, pořízený digitální technologií, lze využít některé metody předzpracování obrazu s cílem eliminovat stíny. Velikost Velmi důležitým atributem, který usnadňuje interpretaci, je velikost objektu, která je funkcí měřítka. Je tedy možné vyhodnocovat velikost zkoumaného objektu jak ve vztahu k ostatním objektům v obrazu tak také jako absolutní charakteristiku. Jestliže je známé měřítko snímku, lze velikost sledovaných objektů snadno zjistit. V případě, že měřítko mapy je neznámé, může pomoci porovnání velikosti zkoumaného objektu s jinými objekty, jejichž velikost známá je. Ve výřezu z leteckého snímku VIvDPZ_Velikost1 je zobrazena tzv. olejová laguna v areálu bývalé rafinerie minerálních olejů na území Ostravy a v její blízkosti též část nákladového nádraží. Velikost nádrže lze odhadnout podle velikosti objektů, jejichž velikost známe, tedy například podle délky nákladních vagonů. V prostředí jednoduchých programů, specializovaných na práci s geodaty, jsou k dispozici nástroje, které umožňují měřit horizontální vzdálenosti a někdy též obsah (rozlohu či výměru) polygonů. V aplikaci GeoPortal je k dispozici pouze měření horizontálních vzdáleností, což však při seznamování s obsahem leteckých snímků postačuje.

6 Velikost zobrazených objektů může často napovědět, o jaký typ objektu se jedná a případně k jakému účelu je využíván. Například objekty budov v rezidenční části města jsou menší než objekty soustředěné v administrativních, obchodních či průmyslových částech. Textura Textura jako jeden z interpretačních znaků v DPZ se týká uspořádání a frekvence tónové proměnlivosti v konkrétních částech obrazu a pro lepší pochopení se často hovoří o textuře šedotónového obrazu. Jedná se tedy o uspořádání tmavších plošek na světlém pozadí nebo naopak světlejších plošek na tmavém pozadí. Drsná textura je charakteristická náhlými změnami tónu na relativně malém území. Tento typ textury mají drsné povrchy a nepravidelné struktury jako například korunový zápoj stromů v lese. Lesní porost v dolní části výřezu z leteckého snímku VIvDPZ_Textura1 má drsnější texturu než porost v horní části výřezu. Hladká textura je charakteristiká velmi malou tónovou proměnlivostí a je typická pro rovnoměrné a pravidelné povrchy, například zemědělské plochy, píšečná pláž, asfalt nebo travnatá krajina. Struktura Struktura znamená prostorové uspořádání vizuálně rozpoznatelných objektů. Příkladem jsou v prostoru pravidelně rozmístěné stromy v ovocném sadu, jak ukazuje výřez z leteckého snímku VIvDPZ_Struktura1. Jedná se o ukázku ovocných sadů v katastru obce Kobylí v okrese Břeclav. Jako další příklad lze uvést městské ulice s pravidelně uspořádanými budovami, zobrazené ve výřezu z leteckého snímku VIvDPZ_Struktura2. Tato ukázka obytných domů v okolí ulic Porubská, Dělnická a Skautská dokumentuje výstavbu z 50. let 20. století. Souvislost Jak už napovídá název interpretačního znaku, souvislost (v některé české literatuře se používá kontext) bere se v úvahu vztahy mezi zkoumaným objektem resp. jevem a objekty resp. jevy v jeho okolí. Fakt, že se jedná o vzletovou resp. přistávací dráhu letiště potvrzuje přítomnost letadel na nedaleké ploše (viz výřez z leteckého snímku VIvDPZ_Souvislost). Interpretace šikmých leteckých snímků Letecké snímkování produkuje rovněž šikmé snímky, u nichž je nutno počítat s některými specifiky při interpretaci. Interpretaci šikmého leteckého snímku si zkusíte v prostředí webové aplikace v níž je k diszozici režim zobrazení, označovaný jako ptačí pohled. Tento režim lze volitelně využít při zobrazení leteckých snímků (nikoliv map) v měřítcích odpovídajících stupňům přiblížení Ulice a Domy. Při nastavení těchto stupňů přiblížení se zobrazuje tlačítko označené ptačí pohled a po jeho použití se zobrazení přepíná do režimu, kdy snímky vidíme jako

7 šikmé. Při volbě ještě většího stupně přiblížení, který je označován jako Ptačí pohled se zobrazení mění automaticky do šikmého režimu. Interpretace termografických snímků z leteckého snímkování Použitím speciálních termografických kamer při leteckém snímkování lze pořídit digitální obrazová data (termografická data), která vypovídají o intenzitě elektromagnetického záření v termálním oboru, které emitují objekty v zobrazeném území. Velmi podrobné informace o aplikaci termografického snímkování, které pro město Vsetín prováděly společnosti Geodis Brno, a.s. a Argus Geo Systém, najdete na stránce: /query=termografické. Úkoly Postupujte podle následujících pokynů a vyzkoušejte si jednoduché úlohy týkající se interpretace leteckých snímků. Interpretace kolmých leteckých snímků Na základě porovnání rozměrů olejové laguny se známými rozměry vagónů (ty lze zjistit z dostupných zdrojů) se pokuste se odhadnout půdorysné rozměry a výměru laguny ve výřezu leteckého snímku VIvDPZ_Velikost2. Odhadnuté rozměry ověřte pomocí nástroje pro odečítání délek, který je k dispozici v aplikaci Národní geoportál INSPIRE. Na základě popisu textury vyhledejte 2 objekty nebo části krajinného pokryvu, z nichž jeden je charakteristický hladkou texturou a druhý drsnou texturou. Výřezy s nalezenými objekty uložte v prostředí aplikace Národní geoportál INSPIRE a vysvětlete na základě jakých charakteristik textury považujete jednu za texturu hladkou a druhou za drsnou. Vyhledejte část území na němž se nachází liniové objekty uspořádané do charakteristické struktury. Výřez s nalezenými objekty uložte v prostředí aplikace Národní geoportál INSPIRE a vysvětlete o jaké objekty se jedná a jaký typ struktury tyto objekty tvoří. Interpretace šikmých leteckých snímků Vyzkoušejte si interpretaci šikmých leteckých snímků s tím, že se soustředíte na dobře známý prostor areálu VŠB-TU Ostrava nebo na své bydliště. Pokuste se formulovat výhody a naopak nevýhody, které podle vašeho názoru interpretace šikmých leteckých snímků přináší.

8 Interpretace termografických leteckých snímků Prostudujte dokument o problematice termografického snímkování a na základě informací, které jsou zde uvedeny, interpretujte cvičný termografický snímek, který je k dispozici k tomuto cvičení. Při interpretaci termografického snímku položte důraz na rozpoznání objektů, zobrazených ve snímku. Pro některé ze zobrazených objektů lze rozpoznat jejich okamžitý stav při snímkování, případně formulovat teorie o aktivitách, na kterých se podílely v době krátce před snímkováním případně v průběhu snímkování.