GIS GPS, DPZ Obsah přednášky GPS princip Segmenty GPS DPZ definice Pasivní, aktivní systémy DPZ Družicové systémy Landsat,... Ukázky dat Porovnání fotogrammetrie a DPZ GIS 1
Globální družicové navigační systémy GNSS Global Navigation Satellite Systems 60. léta minulého století první systémy pro určování polohy a navigace pomocí příjmu radiových signálů vysílaných umělými družicemi Země Princip dostatečný počet radiomajáků (zde umělé družice Země) pokrývá celý zemský povrch radiovými navigačními signály je možné určit polohu kdekoliv na Zemi. Výhody: jednotný souřadnicový systém, provozuschopnost 24 hodin denně GIS 2
GPS Global Positioning System Navigační systém pro určení polohy kdekoliv na zemském povrchu, bez ohledu na počasí a na dobu měření. Původně vojenský systém, vyvíjený a budovaný od roku 1973 Ministerstvem obrany Spojených států. Začátkem 90. let se po vývoji a rozšíření stal plně funkčním a dostupným po celém světě. Kongres Spojených států schválil výnos o využití systému GPS i v civilní sféře. GIS 3
GPS Z důvodu možnosti zneužití (teroristické účely) a zabezpečení prvořadosti vojenských aplikací bylo až do 1.5.2000 provozováno několik opatření: Selektivní dostupnost (Selected Availibility) záměrné zhoršování přesnosti určení polohy nebo zavedení tzv. přesného P/Y kódu, kterým je šířen signál pouze pro vojenské aplikace, V současné době je již záměrné zhoršování polohy vypnuté, což pro civilní uživatele znamená téměř 10 ti násobně zvýšení přesnosti určení polohy. GIS 4
GPS Členění na tři segmenty, které je možné považovat za nezávislé. Jsou propojeny přesným časem, který představuje základní princip systému. Segmenty: kosmický, řídící (kontrolní), uživatelský. GIS 5
GPS kosmický segment 24 družic (21 pracovních a 3 záložní), orbitální dráhy ve výšce 20200 km s dobou oběhu 11.25 hod, na šesti oběžných drahách. (Dnes 29 družic.) Každá družice je vybavena přijímačem, vysílačem, atomovými hodinami a přístroji pro navigaci nebo jiné speciální úkoly (kupř. pro detekci výbuchu jaderných náloží). Je vybavena záložními zdroji, palubní baterie jsou dobíjeny dvěmi slunečními panely. Družice přijímá, zpracovává a uchovává informace předávané z pozemního řídícího centra pro možnost korekce dráhy letu raketovými motorky. Sleduje stav vlastních systémů a podává o těchto skutečnostech informace zpět do řídícího centra. GIS 6
GPS kosmický segment Princip určování polohy družice vysílá signály pro uživatele v podobě složitého signálu, každá družice vysílá zprávy o své poloze a přibližné poloze ostatních družic systému. K určení aktuální polohy pozemní přijímač počítá tzv. pseudovzdálenosti, což jsou vzdálenosti mezi přijímačem a viditelnými družicemi (nad obzorem). GIS 7
GPS kosmický segment Výpočet pseudovzdálenosti vychází ze znalosti rychlosti šíření družicového signálu a rozdílu času mezi vysláním a příjmem signálu (pseudovzdálenost jsou zavedeny další doplňující výpočty, které určení výsledné polohy dále zpřesňují). Pro určení dvojrozměrné polohy (nejčastěji zeměpisná délka a šířka) stačí příjem signálu z minimálně tří družic (výpočet tří pseudovzdáleností). Pro určení trojrozměrné polohy (navíc výška) minimálně ze čtyř družic. Příjem menšího počtu družic znemožňuje výpočet polohy, vyšší počet družic naopak určení polohy dále zpřesňuje. GIS 8
GPS řídící segment Je zodpovědný za řízení celého GPS. Monitoruje funkce družic a získané údaje předává zpět družicím. Je tvořen hlavní řídicí stanicí v Colorado Springs a dalšími 5 monitorovacími stanicemi (americké vojenské základny) a 3 pozemními stanicemi pro komunikaci, které spolupracují s hlavní řídící stanicí. Cílem celého řídícího podsystému je monitoring funkcí každé družice, sledování a výpočet dráhy družice, komunikace a zajištění přesného chodu atomových hodin na družicích. závada na družici se co nejrychleji operativně řeší (cena 50 miliónů dolarů za družici). GIS 9
GPS řídící segment Existuje několik nezávislých monitorovacích sítí, které umožňují další přesnější určování polohy, především pro velmi přesné aplikace (geodézie, geodynamika), nepodílejí se na řízení a činnosti systému GPS např. International GPS Service. Princip při každém průletu družic nad těmito stanicemi jsou vyhodnoceny parametry jejich drah a vypočteny korekce, které jsou vyslány zpět na dané družice a odtud do přijímače, kde dojde k aktualizaci uložených dat o družicích. GIS 10
GPS uživatelský segment Je tvořen z příjímačů GPS, uživatelů, vyhodnocovacích nástrojů a postupů. GIS 11
GPS uživatelský segment Pozemní segment speciální přijímač s anténou, jednotkou pro zpracování radiového signálu a dekódování vložených dat, vyhodnocovací jednotkou a výstupní jednotkou pro komunikaci s obsluhou pomocí klávesnice a displeje. GIS 12
GPS Použití a přesnost v různých oblastech civilní přesnost od 25 m do 100 m, kódování C/A (coarse/acquisition code) pro hrubé zjištění polohy vojenské přesnost od 2.5m do 15m, kód C/A, zpřesnění kódovaným signálem označovaného jako P (precision code) DGPS diferenciální GPS (označována jako DGPS), přesnost asi 0.5m GIS 13
Dálkový průzkum země DPZ Definice z 1988 podle SPRS DPZ je umění, věda a technologie na získávání spolehlivých informací o fyzikálních objektech a jejich okolí pomocí záznamu, měření a interpretace snímků a digitálních záznamů, které se získávají pomocí nekontaktních systémů. International Society for Photogrammetry and Remote Sensing GIS 14
DPZ Definice dle Wikipedie: Dálkový průzkum Země (DPZ) je moderní metoda získávání informace o objektech a jevech na povrchu planety Země bez nutnosti fyzického kontaktu. GIS 15
Princip DPZ Základem metody dálkového průzkumu je využití dvou následujících poznatků: člověk, sám či s přístroji je schopen získávat kvalitativní i kvantitativní informace o jevech a objektech, které ho obklopují, a každý tento jev nebo objekt nějakým charakteristickým způsobem ovlivňuje své okolí. GIS 16
DPZ Samotný termín DPZ začal být používám v šedesátých letech minulého století po vypuštění družice ERTS 1 (později přejmenované na Landsat 1). Už předtím se prováděl dálkový průzkum s využitím fotografií pořízených z letadel či kosmických lodí. GIS 17
Dělení DPZ Metody DPZ lze dělit podle různých hledisek. Podle charakteru sběru dat rozlišujeme: klasické (konvenční) metody výsledkem jsou fotografické snímky (letecké snímky), nekonvenční metody vznikají postupným skenováním po jednotlivých řádcích, výsledkem jsou digitální data (například družice Meteosat). GIS 18
DPZ způsoby snímání Podle způsobů snímání rozlišujeme pasivní systémy snímají zdroj elektromagnetického záření (např. ze Slunce), které se odráží od zemského povrchu GIS 19
DPZ způsoby snímání aktivní systémy mají vlastní zdroj záření, vysílají k Zemi a snímají jeho odraz (radar, laser) GIS 20
DPZ části DPZ je možné rozdělit z hlediska používaných technologií na dvě části: 1. technická oblast sběr, přenos a úprava dat, kosmický a pozemní segment, 2. oblast analýzy a interpretace dat zpracování prostorové informace. GIS 21
DPZ známé systémy Landsat program NASA od roku 1967, vypuštěno několik nosičů, poslední Landsat7, dosud funguje Landsat 5. SPOT program Francie ve spolupráci s Belgiií a Švédskem, první nosič 1986. GIS 22
DPZ rozmístění poz. stanic GIS 23
Družice Stát/ Organizace Start Prostorové rozlišení (m) /Záběr (km) panchro multispektr. radar Termínové rozlišení (dny) Landsat 5 USA 01/03/84 30 120/185 16 Spot 1 FRANCIE 22.2.1986 10/117 20/117 26 Spot 2 FRANCIE 22.1.1990 10/117 20/117 26 NOAA 14 USA 30.12.1994 1100/2600 2x denně ERS 2 ESA 21.4.1995 26/100 35 7,6 100/ 50 Radarsat 1 KANADA 04/11/95 500 24 IRS 1C INDIE 28.12.1995 5,8/70 23,5 70,5/148 24 OrbView 2 USA 01/08/97 1100/2800 1 5 km/ Meteosat 7 EUMETSAT 02/09/97 polokoule 30 min IRS 1D INDIE 29.9.1997 5,8/70 23,5 70,5/148 24 TRMM USA 28.11.1997 2100/720 5 45 km 20 1100/117 Spot 4 FRANCIE 24.3.1998 10/117 2600 03/26/06 NOAA 15 USA 13.5.1998 1100/2600 2x denně Resurs O1 4 RUSKO 10/07/98 30 161/60 714 21 FASAT B CHILE 10/07/98 150 1500/? 21 TMSAT 1 THAILAND 10/07/98 100 2500/? Landsat 7 USA 15.4.1999 15/185 30 60/185 16 UOSAT 12 ANGLIE 20.4.1999 10/10/06 30/60 GIS 24
Družice Stát/ Organizace Start Prostorové rozlišení (m) /Záběr (km) panchro multispektr. radar TUBSAT C NĚMECKO 26.5.1999 350? 50 820/195 Okean O1 RUSKO 17.7.1999 620 2500/455 5 Ikonos USA 24.9.1999 01/11/06 04/11/06 1,5 ČÍNA/ CBERS 1 BRAZILIE 14.10.1999 20/? 20 15 90 TERRA USA 18.12.1999 1000/60 2330 16 KOREJSKÁ KOMPSAT REP. 20.12.1999 30/60? Tsinghua ČÍNA 28.6.2000 39/150? BIRD NĚMECKO 15.7.2000 100 300/150? NOAA 16 USA 21.9.2000 1100/2600 2x denně EO 1 USA 21.11.2000 15 60/150 16 SAC C ARGENTINA 21.11.2000 30 300/70? EROS IZRAEL 05/12/00 1,8/12 3 5 dní 5 km/ GOES 12 USA 23.7.2001 polokoule 30 min QuickBird 2 USA 18.10.2001 0,6/11 2,4/11 2 4 dny Meteor 3M 1 RUSKO 10/12/01 80/2900 32/76 1 Envisat ESA 01/03/02 150/600 15/100? Termínové rozlišení (dny) Spot 5 FRANCIE 04/05/02 2,5/60 10/60 26 Aqua USA 04/05/02 150/2330 16 NOAA 17 USA 24.6.2002 1,8/12 1100/2600 2x denně GIS 25
Družice meteorologické METEOSAT patří západoevropskému mezivládnímu sdružení EUMETSAT, NOAA družice zaměřené na sledování oceánů a atmosféry, National Oceanic and Atmospheric Administration vědecká vládní agentura Ministerstva obchodu USA. GIS 26
První poskytnutý snímek družice MSG 2 (Meteosat 9). Druhá generace družic snímá pomocí přístroje SEVIRI, blíže http://www.chmi.cz/ meteo/sat/msg/msg 04.html. GIS 27
MERIS Mauretanie 2002 první obrazová data družice ENVISAT GIS 28
Romania Danube MER 28.9.2003 GIS 29
Corsica Central Italy MER 6.10.2003 GIS 30
Göteborg MERIS 12.10.2003 GIS 31
Dálkový průzkum země DPZ Dnes máme možnost nechat si pořídit snímky území podle účelu dat. Dostatek financí vybere se vhodný typ družice, snímky mohou být i předzpracované požadovaný formát dat. Komerční firmy prodávají snímky sledovaného území, ceny dle velikosti území, způsobu zpracování. Využití: zemědělství (sledování růstu vegetace), lesnictví (rozeznání typu porostu), ochrana životního prostředí (ENVISAT),... GIS 32
Firmy v oblasti geoinformatiky ARCDATA PRAHA, s.r.o. ATLAS, s.r.o. Autodesk, s.r.o. BENTLEY SYSTEMS?R, s.r.o. BERIT, a.s. Central European Data Agency, a.s. CORA GEO s.r.o. DATA System spol. s r.o. DIGIS, spol. s r.o. GB geodezie, spol. s r.o. GEODIS BRNO, spol. s r.o. GEOTRONICS Praha, s.r.o. GEPRO, spol. s r.o. Globema, s.r.o. HSI, spol. s r.o. Intergraph?R, spol. s r.o. Sitewell s.r.o. SmartGIS TopoL Software s.r.o. GIS 33
Porovnání fotogrammetrie a DPZ Výhody DPZ rozsáhlejší území na jednom snímku pravidelný a operativní způsob sběru údajů rychlé další zpracování údajů možnost sledovat změny v krajině (opakované přelety) Nevýhoda limit rozlišení je u fotogrammetrie větší GIS 34