Přehled jevů a dat DPZ pro použití. v dopravě. Analýza přínosu vybraných aplikací

Číslo projektu Název projektu TB0100MD021 Zhodnocení využitelnosti dat dálkového průzkumu Země pro použití v dopravě Přehled jevů a dat DPZ pro použití v dopravě Analýza přínosu vybraných aplikací Verze dokumentu 1.0 GISAT s.r.o. Milady Horákové 57 170 00 Praha 7 http://www.gisat.cz Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 1

Projekt TB0100MD021 / Zhodnocení využitelnosti dat dálkového průzkumu Země pro použití v dopravě je řešen s finanční podporou TA ČR. Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 2

OBSAH DOKUMENTU OBSAH DOKUMENTU... - 3 - SEZNAM TABULEK... - 5 - SEZNAM ZKRATEK... - 6 - SHRNUTÍ... - 7-1 ÚVOD... - 8-2 REŠERŠE... - 10-2.1 SLEDOVÁNÍ NĚŽÁDOUCÍCH POHYBŮ A DEFORMACÍ DOPRAVNÍ INFRASTRUKTURY...- 10-2.2 SLEDOVÁNÍ VLIVŮ A DOPADŮ DOPRAVNÍ INFRASTRUKTURY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ - 13-3 PŘEHLED DAT DPZ...- 16-3.1 ÚVOD...- 16-3.2 ZÁKLADNÍ PARAMETRY DAT...- 16-3.3 DOSTUPNOST DAT Z TECHNICKÉHO HLEDISKA...- 21-3.4 DOSTUPNOST DAT Z FINANČNÍHO HLEDISKA...- 25-4 PŘEHLED JEVŮ V DOPRAVĚ...- 30-4.1 ROZDĚLENÍ JEVŮ...- 30-4.2 JEVY SOUVISEJÍCÍ S NEŽÁDOUCÍMI POHYBY...- 30-4.2.1 Monitorování pomocí radarové interferometrie a trvalých odražečů... 31 4.2.1.1 Princip... 31 4.2.1.2 Vyhodnocení proveditelnosti... 32 4.2.1.3 Výběr dat... 33 4.2.1.4 Výběr metody zpracování... 34 4.2.1.5 Přesnost a limity... 36 4.2.1.6 Výsledné produkty... 38 4.2.2 Uživatelské požadavky... 38 4.2.3 Identifikované jevy... 40 4.2.3.1 Deformace tělesa a povrchu vozovky... 40 4.2.3.2 Deformace tělesa železniční trati... 42 4.2.3.3 Deformace konstrukcí mostů, nadjezdů... 43 4.2.3.4 Deformace infrastrukturních prvků v okolí dopravní infrastruktury... 46 4.2.3.5 Sedání a poklesy podloží nebo nadloží... 48 4.2.3.6 Svahové pohyby a sesuvy... 50 4.3 JEVY SOUVISEJÍCÍ S DOPADY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ...- 52-4.3.1 Mapování dopadů na životní prostředí... 52 4.3.1.1 Princip zpracování optických dat... 52 4.3.1.2 Obrazová spektroskopie... 54 4.3.1.3 Využití normalizovaných vegetačních indexů... 55 4.3.1.4 Výběr dat a metod... 56 4.3.1.5 Přesnost a limity... 57 4.3.1.6 Produkty ze zpracování... 58 4.3.2 Jevy související se znečištěním... 59 Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 3

4.3.2.1 Exhalace... 59 4.3.2.2 Kontaminace půdy splachem... 61 4.3.2.3 Kontaminace půdy únikem nebezpečných látek v případě havárie... 62 4.3.3 Jevy související se změnami vegetace a krajinné pokryvu... 64 4.3.3.1 Sledování zdravotního stavu vegetace... 64 4.3.3.2 Monitoring výstavby, změn krajinného pokryvu a využití půdy, změn druhové skladby vegetace a fragmentace krajiny... 66 4.4 Ostatní jevy...- 69-4.4.1 Identifikované jevy... 69 4.4.1.1 Monitorování zaplavení dopravní infrastruktury... 69 4.4.1.2 Sledování stavu a okolí infrastruktury pomocí LiDARu... 70 4.5 Degradace kvality povrchu vozovky...- 72-5 ANALÝZA PŘÍNOSU DRUŽICOVÝCH DAT PRO APLIKACE V DOPRAVĚ...- 74-5.1 OBECNÉ VÝHODY A NEVÝHODY...- 74-5.2 PŘÍNOSY VE SROVNÁNÍ S EXISTUJÍCÍMI METODAMI...- 75-5.2.1 Monitoring nežádoucích pohybů a deformací... 75 5.2.2 Sledování dopadů na životní prostředí... 76 5.3 ANALÝZA NÁKLADŮ...- 77-5.3.1 Porovnání nákladů... 77 5.3.2 Náklady na data... 79 5.3.3 Náklady na služby... 84 5.4 VÝTĚŽNOST DAT... - 90-5.5 ZÁVĚR... - 94 - PŘEHLED LITERATURY... - 96 - O AUTORECH... - 100 - Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 4

SEZNAM TABULEK Tabulka 1 Parametry optických dat DPZ... 17 Tabulka 2 Parametry radarových dat DPZ (část1)... 18 Tabulka 3 Parametry radarových dat DPZ (část 2)... 19 Tabulka 4 Parametry leteckých hyperspektrálních dat... 20 Tabulka 5 Technická dostupnost optických dat DPZ... 23 Tabulka 6 Technická dostupnost radarových dat DPZ... 24 Tabulka 7 Kurzy platné ke dni 22. 11. 2013 použité pro přepočet cen dat na CZK... 25 Tabulka 8 Finanční dostupnost optických dat DPZ... 27 Tabulka 9 Finanční dostupnost radarových dat DPZ... 29 Tabulka 10 Kritéria pro vyhodnocení proveditelnosti... 32 Tabulka 11 Teoretický vztah mezi vlastnostmi družicových dat, velikostí a rozsahem detekovatelných pohybů... 38 Tabulka 12 Kategorizace požadavků... 39 Tabulka 13 Stručný přehled základních vegetačních indexů... 55 Tabulka 14 Obecné výhody použití dat DPZ... 74 Tabulka 15 Obecné neýhody použití dat DPZ... 75 Tabulka 16 Porovnání parametrů konvenčních a DPZ metod... 76 Tabulka 17 Kalkulace ceny pro programování nové akvizice optických dat DPZ... 80 Tabulka 18 Kalkulace ceny pro pořízení archivních optických dat DPZ... 81 Tabulka 19 Kalkulace ceny pro programování nové akvizice radarových dat DPZ... 82 Tabulka 20 Kalkulace ceny pro pořízení archivních radarových dat DPZ... 83 Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 5

SEZNAM ZKRATEK CSM COSMO SkyMed DEM Digital Elevation Model (digitální výškový model) DI Dopravní infrastruktura DLR Forschungszentrum der Bundesrepublik Deutschland für Luft und Raumfahrt DN Digital number (digitální číslo/hodnota) DPZ Dálkový průzkum Země DSM Digital Surface Model (digitální model povrchu) D InSAR Diferenciální InSAR EC Evropská komise EO Earth Observation (pozorování země) ESA Evropská kosmická agentura EU Evropská unie GB InSAR Ground based InSAR (pozemní InSAR) GCM GMES Contributing Mission GMES Global Monitoring for Environment and Security (program GMES/Copernicus) GSC GMES Space Component HLOP High Level Operational Pkan HR High Resolution (data vysokého rozlišení) InSAR Interferometcický SAR IPTA Interferometric Point Target Analysis L1 Level 1 (úroveň zpracování na úrovni 1) LiDAR Light Detection and Ranging LOS Line of Sight (směr pohledu) LU/LC Land Use / Land Cover (využití půdy / krajinný pokryv) MD Ministerstvo dopravy MR Medium resolution (data středního rozllišení) MS Multispektrální data / kanál NIR Near Infrared (blízký infračervený obor spektra) OBIA Object based Image Analysis (objektová analýza obrazu) PAN Panchromatická data / kanál PS InSAR Persistent/Permanent Scatterers InSAR (metoda trvalých odražečů) ŘSD Ředitelství silnic a dálnic SŽDC Správa železniční dopravní cesty SAR Snthetic Aparture Radar (syntetická radarová aparatura) SBAS Small BAsline Subset algoritmus SLC Single Look Complex data StaMPS Stanford Method for Persistent Scatterers SWIR Short wavelength Infra Red (střední infračervený obor spektra) TAČR Technologická agentura České republiky TPM Third Party Missions TSX TerraSAR X T InSAR Terrestrial InSAR (pozemní InSAR) VHR Very High Resolution (data velmi vysokého rozlišení) VIS Visible light (viditelný obor spektra) ŽP Životní prostředí Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 6

SHRNUTÍ Dokument Přehled jevů a dat pro použití v dopravě a Analýza přínosu je výstupem z první fáze veřejné zakázky Zhodnocení využitelnosti dat DPZ pro použití v dopravě financovaného v rámci programu Technologické agentury České republiky (TAČR) Beta, který je řešen společností GISAT s.r.o. Dokument si klade za cíl seznámit odbornou veřejnost v oblasti dopravy a dopravních aplikací s možnostmi, které současná data a zpracovatelské postupy dálkového průzkumu Země (DPZ) v této oblasti nabízí. Dokument se zaměřuje na popis a zhodnocení využití především dat z družicových nosičů a senzorů. Parametry družicových dat jsou uvedeny v přehledné tabulkové formě. Popsány jsou družicové platformy a konstelace stávající, které umožňují operační objednání dat dle požadavků uživatele, již nefunkční, jejichž archivní data se dají použít pro srovnání stávajícího a historického stavu, a platformy plánované. Zhodnocena je dostupnost z technického i finančního hlediska jak pro komerční tak nekomerční družice. Cena dat je podstatným a z hlediska udržitelnosti aplikace v podmínkách České republiky klíčovým faktorem. Slibné je v tomto směru plánované zahájení provozu evropské družicové konstelace Sentinel, která nabídne členským státům operačně pořizovaná data vysokého rozlišení zdarma. Dokument cílí na aplikace pro sledování dvou základních okruhů dopravních jevů, které souvisí s bezpečností v dopravě a dále s jejími vlivy na okolí: sledování nežádoucích pohybů a deformací dopravní infrastruktury, sledování dopadů dopravní infrastruktury na životní prostředí. Jevy vhodné pro sledování pomocí prostředků DPZ byly identifikovány na základě rešerše literatury, projektů a zkušeností autorů a byly konzultovány s odborníky z Ředitelství silnic a dálnic a Správy železniční dopravní cesty. Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 7

1 ÚVOD Dálkový průzkum Země (DPZ) se v oblasti nevojenských aplikací začal uplatňovat již od 80. let 20. století, opravdu výrazného nástupu a komerčního využití se dočkal až na přelomu tisíciletí v důsledku zvýšení počtu operačně provozovaných komerčních a nekomerčních družic. Hovoříme o rozvoji průmyslu DPZ (z angl. Earth Observation Industry), který sobě zahrnuje segment vlastních družic, ale i obslužnou infrastrukturu včetně přijímacích stanic, rozsáhlých datových archivů a přístupových bodů pro vyhledávání, výběr a objednání družicových dat, a dále navazující služby zaměřené na vývoj specializovaných softwarových nástrojů, zpracování, analýzu a interpretaci družicových dat. Informace o objektech a jevech na zemském povrchu a o jejich vlastnostech získané z družicových dat dnes nacházejí uplatnění v celé řadě oblastí, vědních oborů a aplikací počínaje životním prostředím přes zemědělství a lesnictví až po průmyslové, těžební a infrastrukturní aplikace, dopravu nevyjímaje. Na základě požadavků založených na vlastnostech, charakteru a rozsahu sledovaného objektu či jevu je dnes možné vybírat z řady alternativ družicových dat, které se liší svým prostorovým, spektrálním a temporálním rozlišením i cenou. Zatímco sledování stavu životního prostředí pomocí DPZ jako je detekce zdravotního stavu vegetace, fragmentace krajiny ad. se řadí k tradičním aplikacím, které využívají dlouho vyvíjené a operačně nasazované metody detekce, klasifikace a analýzy převážně nad optickými daty DPZ, sledování pohybů a deformací pomocí DPZ je mladším odvětvím, které využívá tzv. radarové interferometrie pomocí syntetické aparatury InSAR (z angl. Interferometric Synthetic Aperture Radar). Nejmladší a současně nejprogresivnější technika InSAR využívá srovnání fázových rozdílů signálů z více snímků SAR a nazývá metoda trvalých odražečů PS InSAR (z angl. Persistent Scatterers InSAR). Techniky InSAR jsou založeny na porovnání fázové složky dvojice nebo série radarových SAR snímků. Ty jsou pořízeny přesnými senzory umístěnými na družicovém nosiči pohybujícím se na oběžné dráze ve výšce stovek kilometrů nad zemským povrchem. Technika umožňuje sledovat pohyby povrchu a objektů na něm až s přesností jednotek milimetrů za rok. Je třeba zdůraznit, že data a metody DPZ slouží k detekci projevů sledovaných jevů a neukazují přímo na jejich příčinu. Stejně tak nemůže dálkový průzkum odpovědět na otázku, zda se jedná o pohyb žádoucí nebo nežádoucí. Interpretaci výsledků je proto třeba provést ve spolupráci s odborníky na sledovanou problematiku (deformace infrastruktury, projektanti, analytici a měřiči konvenčními sledovacími metodami). Toto platí v dálkovém průzkumu Země obecně. V čem je třeba vyzdvihnout hlavní přínos DPZ je schopnost detekovat nejen velikost (magnitudu) či intenzitu sledovaného jevu, ale především jeho rozsah v prostoru a v případě monitorování i projev v čase. To činí z dálkového průzkumu vhodný doplněk ke konvenčním měřícím metodám tam, kde jsou tyto metody sice přesnější, ale kde by jejich plošné nebo preventivní nasazení bylo neefektivní nebo neekonomické. Další výhodou DPZ je možnost využití archivních dat pořízených v minulosti ke zpětnému monitoringu požadovaných jevů (tzv. backdating). Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 8

Dokument je strukturován následujícím způsobem: Rešeršní část stručně shrnuje stav výzkumu a operačních aplikací metod a dat DPZ v oblasti dopravy na základě rešerše odborných článků a výstupů z proběhlých i probíhajících projektů aplikovaného výzkumu. Datová část sumarizuje přehled dostupných dat DPZ dle jejich typu, módu rozlišení a určení. Kromě archivních dat a dat z v současnosti operačně provozovaných družic jsou uvedeny i data z družic, které by měly být uvedeny do provozu v blízké budoucnosti. Klíčová část dokumentu se zaměřuje na stručný popis a charakteristiku metod pro sledování dopravních jevů, a to z hlediska výhod i možných omezení. Postupně jsou představeny jednotlivé jevy související s bezpečností v dopravě a jejími dopady na životní prostředí, které byly identifikovány ve spolupráci se zástupci ŘSD a SŽDC. Jevy jsou, bylo li to možné, popsány a kvantifikovány z hlediska jejich projevů v prostoru a čase a jsou navržena vhodná data a metody pro jejich sledování pomocí DPZ. Poslední část dokumentu se zabývá analýzou přínosu aplikace dat DPZ v dopravě. Jsou sumarizována kvalitativní kritéria obecných přínosů a jsou uvedeny náklady na pořízení dat a realizaci služeb jako vstup pro kvantitativní porovnání nákladů a finančních dopadů pro zadavatele služeb. V této kapitole je také zhodnocena výtěžnost dat po kategoriích. Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 9

2 REŠERŠE V rešeršní části je odkazováno na výzkumné práce a projekty zaměřené na aplikaci metod DPZ pro sledování vybraných jevů v oblasti dopravy. Cílem není podat vyčerpávající rešerši dostupné literatury na dané téma, ale odkázat na základní zdroje dokumentující aktuálnost řešené problematiky v kontextu dopravních aplikací. Dopravní infrastruktura (DI) představuje nedílnou součást hospodářství a její rozvoj a údržba je předmětem dopravní politiky v národním i nadnárodním měřítku. Dopravní infrastrukturu lze chápat zejména jako cesty a doprovodné technické zázemí (např. dálnice, železnice, ale také produktovody nebo vodní cesty, nezahrnuje však samotné dopravní prostředky, jejichž pozorování pomocí satelitů je také v omezené míře proveditelné v podobě pilotních studií, například na pozemních komunikacích nebo detekce plavidel. 2.1 SLEDOVÁNÍ NĚŽÁDOUCÍCH POHYBŮ A DEFORMACÍ DOPRAVNÍ INFRASTRUKTURY Jak bylo naznačeno v úvodu, metoda trvalých odražečů PS InSAR je poměrně mladou implementací radarové interferometrie. Metoda PS InSAR vychází z nejnovějších vědeckých poznatků a v současnosti se v oblasti DPZ jedná o nejčastěji používanou metodu pro dlouhodobé sledování jevů souvisejících s pohyby a deformacemi povrchů v řadě tematických oblastí včetně dopravy. V literatuře lze nalézt reference, které potvrzují její robustnost a aplikovatelnost s využitím časových řad družicových snímků s různým prostorovým rozlišením. Zde je nutno předestřít, že se jedná o metodu, kterou lze využít ke sledování obecně jakýchkoliv pohybů a deformací, ať již se jedná o pohyby nezastavěného zemského povrchu nebo budov a objektů infrastruktury. Tedy k detekci projevu jevů (pohybů, posunů), které jsou buď přírodního původu (v důsledku zemětřesení, sopečné aktivity, pohybů zemské kůry a nestability svahů), nebo antropogenního původu (poddolování), resp. pohybů samotného sledovaného objektu coby důsledků jeho stavu (stárnutí, deformace atd.); v případě použití dat s metrovým či submetrovým rozlišením lze sledovat i změny vlivem teplotní dilatace. V dlouhodobém horizontu je možné detekovat lineární i nelineární posuny v řádu centimetrů až milimetrů. Omezení pro konkrétní aplikaci jsou daná charakterem projevu sledovaného jevu v kombinaci s dostupností vhodných dat z hlediska prostorového, temporálního a spektrálního (vlnového) rozlišení. Metodický popis využívající bodů se stabilním projevem, tzv. trvalých odražečů, v sadě snímků pořízených během určitého časového intervalu byl publikován v roce 1999 výzkumníky z Milánské polytechniky a byl jimi dále rozveden a podrobně popsán v [1]. Dle [2], který podrobně popisuje teoretické základy a principy sady metod v rámci InSAR, se obecně pro sledování pohybů a deformací zpracovává pár či série radarových snímků, nasnímaných obvykle z družice (je však možná i letecká či pozemní varianta). Existuje řada variant metody InSAR: D InSAR (diferenciální InSAR), který zpracovává dva nebo více snímků po dvojicích (každá dvojice se vyhodnocuje samostatně); vlastní PS InSAR, který využívá zpracování velké sady (série) dat, avšak ne celých snímků (jen význačné body) [1], SBAS (metoda krátkých základen Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 10

z angl. Small BAseline Subsets) [3], SqueeSAR [4] a další, již méně významné. Použití konkrétních metod závisí na řadě faktorů vycházejících z mapovaného jevu a prostředí, dostupnosti dat a liší se i diskovými a výpočetními nároky. Podrobnější přehled metod InSAR a diskuse vhodnosti pro sledování konkrétních jevů jsou uvedeny v kapitole 4. Z pohledu dálkového průzkumu Země se v dopravě až na výjimky jedná o stavby liniové, kde jeden rozměr stavby řádově přesahuje rozměry ostatní. Výhodou je, že jde o umělé objekty, jejichž vlastnosti jsou pro účely PS InSAR nepoměrně příznivější než objekty přírodní především co se týče stability objektů a jejich okolí. Výhodám PS InSAR pro zpracování pro liniové stavby se věnuje [5], která zmiňuje monitorování hráze v Nizozemí na základě široké časové řady 83 snímků z družic středního rozlišení (ERS 1/2), pořízených v letech 1992 2000. Nevýhodou z hlediska pokryvnosti jednotlivými snímky může být délka liniové stavby. Pokud stavba zasahuje do více sad sousedních snímků, je třeba provést zpracování pro každou sadu zvlášť (pro každou dráhu družice budou i různá data snímání) a výsledky pak spojit; postup spojení lze najít v [6]. Studie [7] tuto metodu aplikuje na sledování čínské dálnice dlouhé přes 1600 km, jejíž poklesy v řádu 5 10 cm/rok jsou způsobeny čerpáním podzemní vody. Zpracování zde probíhalo pouze v 3km pásu okolo dálnice a byly použity snímky z družice středního rozlišení (ENVISAT) z let 2008 2010. Pro silniční a zvláště pro železniční infrastrukturu mohou být vážným problémem neplánované poklesy podloží, tzv. subsidence. Poklesy v oblasti koridoru rychlostní železniční trati způsobené čerpáním podzemní vody byly sledovány v rámci několika projektů [8] (s využitím 9 snímků z družice ENVISAT z let 2003 2004 metodou D InSAR) a [9] (s využitím 37 snímků z družice TerraSAR X s velmi vysokým rozlišením cca 1 m, 2009 2010 pomocí metody PS InSAR). Podobně lze sledovat i poklesy v důsledku poddolování, např. v důsledku stavby tunelu metra. Čínské město Šanghaj je položeno v deltě řeky na jílech a píscích a dle detekce poklesů metodou PS InSAR v [10] zde byly získány přesné trasy nově postavených úseků metra, které do té doby nebyly zveřejněny. Pro účely studie bylo využito několika desítek snímků velmi vysokého rozlišení (1 m) z družic Cosmo SkyMed z let 2008 2010. Metodou InSAR byly též sledovány [11] poklesy způsobené ražbou metra v Londýně, který je také situován na silných vrstvách jílu. Projekt demonstroval možnosti metodologie tentokrát s využitím 31 snímků středního rozlišení z družic ERS 1/2 z let 1992 2001. V Itálii byly sledovány deformace v důsledku stavby tunelů (resp. infrastruktury nad tunely) [12], a to ze satelitů ERS 1/2 (1992 2001) a RADARSAT (2003 2008). Byly využívány jak klesající, tak stoupající dráhy, což umožnilo spolehlivěji odhadnout deformace ve více směrech tato metoda kontrastuje s obvyklým využitím série snímků pouze z jedné dráhy družice, kdy dostáváme deformace pouze ve směru paprsku (tzv. line of sight LOS, typicky tedy v odklonu cca 25 40 stupňů od svislice). Navíc je zde na případových studiích doložena aplikovatelnost PS InSAR při řešení problémů s pohyby v různých fázích výstavby železničních tunelů (projektovou, realizační propady, svahové sesuvy a monitorovací sledování účinnosti aplikovaných opatření). ASTRIUM [13, 14]podobně jako TRE [12] se snaží uvádět PS InSAR aplikace do industriální operační praxe, jak dokládá na příkladech monitorování subsidence pomocí TerraSAR X snímků v souvislosti Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 11

s výstavbou tunelů v Budapešti a Hong Kongu, bohužel bez doložení konkrétních detailů zpracovatelského postupu a přesnějších výsledků. Dlouhodobé sledováním tektonických pohybů v přípravné fázi před výstavbou mostní konstrukce se věnuje [15], nicméně výhody takového monitoringu se projeví především v tektonicky aktivní oblasti. [16] se zaměřili na sledování deformací mostní konstrukce nejdelšího zavěšeného mostu v Evropě: Rio Antirio v Řecku. V 34 snímků dlouhé řadě snímků velmi vysokého rozlišení z TerraSAR X v letech 2010 2012 byly na mostní konstrukci identifikovány umělé odražeče na vrcholech mostních pylonů a podél nájezdů, které umožnily detekci pohybů pomocí implementace PS InSAR. Výsledky studie byly validovány s využitím rozdílné techniky PS InSAR v rámci evropského projektu TerraFirma. Autoři zdůrazňují jednu z výhod PS InSAR sledování diferenciálních relativních rozdílů deformací. Na rozdíl od rovnoměrně působících pohybů či deformací, některé diferenciální mohou představovat značné riziko pro mostní konstrukce. Další z častých, ne li nejčetnějších, aplikací interferometrie je sledování svahových pohybů a sesuvů. Z řady zdrojů se jen minimum věnuje přímo aplikacím v souvislosti s dopravou, nicméně jedná se o univerzální implementaci metod použitelné pro stanovení rizika v důsledku probíhajících pohybů nebo detekci rozsahu zasaženého území. Velkým problémem při sledování přírodních povrchů je její tzv. dekorelace vlivem vegetace. Při nedostatku koherentních přírodních trvalých odražečů je třeba použít umělých trvalých odražečů, tedy pro tyto účely vyrobených a nainstalovaných odražečů. Tento přístup je dokumentován v [17] při sledování subsidence v okolí železnice vedoucí nad krasovou oblastí v Rusku či potrubí na sesouvajícím se svahu na Kubě. Pro oba projekty byla použita metoda D InSAR a pouze 4 snímky z družice TerraSAR X. Umělé trvalé odražeče nelze použít pro historické zpětné mapování. V [18] je doloženo, že nevhodná data v kombinaci s nepříznivými topografickými podmínkami vedou k neuspokojivým výsledkům i tam, kde jsou svahové pohyby zdokumentovány a za normálních okolností by měly být detekovatelné. Zájmová oblast zde byla situována v radarovém překryvu, pokryta alespoň částečně vegetací, a protože šlo o historická archivní data, nebylo možné ani změnit úhel pohledu, ani instalovat umělé odražeče. Jsou zde také popsány potřebný počet a konstelace umělých odražečů pro sledování sesuvné oblasti dané velikosti. Z hlediska časového a prostorového rozlišení je pro sledování bodových nebo plošně malých objektů velmi slibná metoda T InSAR (terestriální InSAR), která využívá statického SAR radaru umístěného na zemském povrchu. V oblasti sledování dopravní infrastruktury nebo rizikových faktorů je tato metoda v současnosti ve fázi případových studií nebo testování. Např. v rámci projektu ARTES Evropské kosmické agentury je financován projekt [19] na sledování ohrožení infrastruktury ve švýcarských Alpách. Zatím nejsou bohužel známy podrobnosti a konkrétní výsledky testování. V České republice doposud nebyla úspěšně zrealizována aplikace zaměřená na využití PS InSAR přímo v dopravě, nicméně proběhlo několik studií nebo testování v jiných resortních oblastech. V rámci projektu zaměřeného na vyhodnocení poklesů v důsledku důlní činnosti proběhlo v r. 2010 vyhodnocení poklesů na Ervěnickém koridoru v sev. Čechách [20]. Ervěnický koridor je čtyřproudá silnice, dvoukolejná železnice a zatrubněná řeka Bílina, společně postavené v 80. letech 20. století Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 12

na výsypce. Poklesy koridoru v prvních letech byly v řádu 1 m/rok, od té doby postupně klesají. Zpracováním 35 snímků z družic ERS 1/2, pořízených v letech 1992 2000 s rozlišením 4.5 m (směr letu) x 20 30m (směr kolmý) metodou PS InSAR v programu GAMMA/IPTA byly detekovány maximální poklesy cca 5.5 cm/rok s odhadem jejich lineárního časového průběhu. Byla zpracována větší oblast, poklesy však byly znatelné jen na samotném železničním koridoru, zatímco na silnici ani na potrubí nebyly zpracovány body z důvodu nízké odrazivosti. V současnosti v oblasti probíhá návazný výzkum s využitím dat velmi vysokého rozlišení z družice TerraSAR X a instalovaných umělých trvalých odražečů. V oblasti dopravy bylo také provedeno testování využití dat z TerraSAR X pro sledování pohybů jednoho z dálničních nadjezdů na dálnici D47 [21]. Nicméně byl použit malý počet snímků (6) a výsledky nebyly validovány. V České republice bylo dále zrealizováno několik projektů využívajících techniky InSAR na datech středního rozlišení ERS ½ a ENVISAT ASAR). Projekty se nevěnovaly dopravně a infrastruktuře jako takové, ale byly zaměřeny na mapování subsidence vlivem důlní činnosti a detekci subsidence ve velkých městech (Praha, Ostrava) [22, 23]. Některé zóny poklesů detekované pomocí metody PS InSAR koincidují se silniční nebo železniční infrastrukturou a patrně souvisí s kompresí podloží nebo jeho složením. Otázkou ověření přesnosti metod PS InSAR a validace výsledků pomocí pozemních měření se obsáhle zabývá report publikovaný v rámci evropského projektu TerraFirma [24]. 2.2 SLEDOVÁNÍ VLIVŮ A DOPADŮ DOPRAVNÍ INFRASTRUKTURY NA ŽIVOTNÍ PROSTŘEDÍ Intenzita dopravy nadále roste, důsledkem je nárůst vlivu dopravy na ŽP a z toho plynoucí vyšší míra znečištění. Kromě kontinuálního znečišťování z běžného provozu můžeme odlišit případy znečištění způsobené mimořádnými událostmi haváriemi. Emise polutantů způsobené dopravním provozem vznikají především jako důsledek nedokonalého spalování fosilního paliva. V menší míře ke zhoršení vlastností ovzduší přispívá také víření pohybem dopravních prostředků a opotřebení součástí vozidel. Na základě pozorování lze z dat DPZ dále odvodit některé veličiny popisující charakter znečištění ovzduší. Častou aplikací je monitorování optické hloubky, ovlivněné aerosoly (AOD Aerosol optical depth). Od poloviny 90. let bylo vypuštěno několik desítek družic se zaměřením na monitorování kvality ovzduší[28]. Většinou se jedná o družice nízkého a středního rozlišení (3 1 km, 1000 250m) a primárně slouží pro meteorologická vyhodnocení a jako zdroj pro globální modely. Široký přehled družic a aplikací pro monitorování kvality ovzduší jako AVHRR, GOES, Aura (OMI), Gome 1, Terra (MODIS, MISR), Aqua (MODIS), ENVISAT, Metop lze najít v [28][29]. Do budoucna jsou také plánované další družice pro monitorování atmosféry např. Sentinel 5 (ESA). Data DPZ lze dále využít jako vstup pro další modelování, např. rozptylových podmínek. Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 13

Často lze získat pro operační použití i hotové produkty např. MODIS Aerosol Product [30][31]. Příklady aplikací a detekce polutantů jako NO2, O3, CO apod. uvádí např. [29]. [32] uvádí příklad monitorování optické hloubky v asijských megalopolích s využitím satelitních družicových dat MODIS a následně pomocí pozemních měření, dat Land Cover a populačních charakteristik modelování zplodin. Přes možné náhodné vlivy (lesní požár, srážky) studie potvrzuje korelaci pozorování DPZ (AOD) a měření (PM2.5). Odvození množství PM2.5 je možné určit také z dat vysokého rozlišení např. SPOT [33]. Vzniklá mapa poskytuje prostorovou distribuci s lepšími parametry, než interpolace lokálních měření. Pomocí dat velmi nízkého rozlišení např. OMI (Ozone monitoring instrument) lze také určovat koncentrace dalších chemických látek jako NOx nebo O3 [34]. Tato měření jsou spíše vhodná pro pozorování velkých území, jejich aplikace vzhledem k prostorovému rozlišení, je např. pro menší městskou aglomeraci omezená. Kromě satelitních měření je možné vzdušné polutanty monitorovat i letecky Airborn Air Quality Mapper (AAQM) na příkladu města Leicester (UK)[35]. Na základě absorpce ve viditelném spektru jsou vyhodnoceny a odhadovány zdroje znečištění NO2 (průmysl ale také doprava). Podrobnou analýzu využití satelitních dat v oblasti znečištění ovzduší poskytuje také zpráva JRC [34]. Pomocí leteckých nosičů lze analogicky využít i hyperspektrálních senzorů, jedná se zatím převážně o studie. Zimní údržba DI je vzhledem k dnešní intenzitě dopravy nezbytná. Především zimní solení na bázi chloridů (sodný, méně vápenatý) obnáší nežádoucí škálu efektů na vegetaci kolem silnic, ať už na fyziologický stav rostlin či posuny v zastoupení druhů na úrovni společenstva; na kvalitu vody podzemní i povrchové a na živočichy v nich žijící; na změnu vlastností půd, jako jsou stabilita, dostupnost živin, obsahy (resp. toky) jednotlivých makro i mikroprvků. Kvalita půdy také zpětně ovlivňuje stav rostlinného společenstva [36]. Příklad aplikace DPZ při monitorování zhoršení stavu vegetace na příkladu úmrtnosti stromových formací uvádí [37], pomocí odvozeného indexu listové plochy (a NDVI) z dat IKONOS pak [38]. Monitorování kontaminace půdy v případě havárií např. produktovodů je obvykle rentabilní jen pro odlehlé lokality anebo pro zvlášť rozsáhlé úniky škodlivých látek[39]. Nezbytnou podmínkou pro spolehlivou identifikaci vegetace a stanovení dalších vlastností je snímání v blízkém infračerveném pásmu (NIR, SWIR). Existuje celá řada studií a příkladů dokládajících širokou využitelnost pro mapování vegetace z dat DPZ a dnes jsou tato mapovaní prováděna rutinně a do značné míry i automatizovaně. Podrobný přehled aplikací této skupiny dat včetně nejběžnějších postupů uvádí např. [41]. Častým přístupem jsou také metody a algoritmy určení biofyzikálních parametrů následně umožňující interpretaci stavu vegetace [41]. Výzkum bioindikátorů vychází z výzkumu a modelování závislostí spektrálních vlastností (odrazivost, spektrální absorpce, barva, propustnost a další) a jejich přiřazení (souvislost) se stresovými faktory na rozličných plodinách např. v zemědělství (obilí, vojtěška apod.) v různých podmínkách (acidifikace půdy, znečištění těžkými kovy, vlastnostmi půdy, míře hnojení apod.) Vyvozením statistických souvislostí lze následně stanovit vhodné indikátory pro posouzení stavu vegetace[42]. Mezi nejčastěji aplikované postupy lze zařadit využití vegetačních indexů. Princip spočívá v algebraické kombinaci spektrálních pásem. Tato kombinace pak umožní zvýraznění požadovaných projevů vegetace, nebo konkrétní charakteristiky vegetace, nebo naopak potlačení nežádoucích Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 14

elementů v datech [41]. Výhodou indexů je především přenositelnost mezi snímky pořízenými za odlišných podmínek v jisté míře i např. mezi různými senzory [43],[44],[45],[46]. Kromě vegetačních indexů lze také využít obrazové transformace a biofyzikální indexy založené na modelaci přenosového modelu. Následně je možné vytvořit model popisující vztah mezi indexem a konkrétním ukazatelem stavu vegetace. Využití hyperspektrálních dat pro environmentální vyhodnocení (vegetační stres) a vztahu kontaminace toxickými kovy a zdravotním stavem vegetace je předmětem práce [46]. Příklad velmi komplexního posouzení DPZ v procesu plánování DI lze najít v [48]. Tato zpráva je ukázkou a sumarizací výhod DPZ pro plán výstavby významné komunikace (USA). Zahrnuje kompletní proces od výběru vhodných dat, zpracování a volby metod analýzy až po hodnocení předností. Pro městské prostředí lze uvést studii monitorování kondice stromů na základě leteckého snímkování v rozlišení 1m, která na základě korelace umožňuje stanovení stresu stromů s využitím vegetačních indexů analogický postup lze pak aplikovat na družicová data VHR [49]. V rámci projektu VAV v České republice proběhlo vyhodnocení možností monitoringu stavu a změn v okolí hlavních komunikací pomocí metod DPZ [49]. V rámci projektu byly testovány praktické aplikace pro sledování vybraných jevů pomocí optických dat DPZ a laserového skenování (LiDARu). Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 15

3 PŘEHLED DAT DPZ 3.1 ÚVOD V následující kapitole je uveden ucelený přehled dostupných družicových dat, jejich parametrů a vlastností, které jsou podstatné při jejich výběru pro aplikace v dopravě. Data byla z důvodu větší přehlednosti a neporovnatelnosti některých charakteristik rozdělena do dvou skupin na optická a radarová. Rozdíly charakteristik vycházejí z rozdílu povahy mezi optickým (pasívním) a radarovým (aktivním) snímáním. Přehled se zaměřuje na data z družicových senzorů. V případě hyperspektrálních dat, kde je zatím funkční minimum družicových systémů, jsou v samostatné tabulce uvedené dostupné letecké senzory. Výčet dat není úplný, ale zaměřuje se na nejrozšířenější komerční a nekomerční družice a systémy velmi vysokého (VHR) a vysokého (HR) rozlišení, které jsou relevantní pro aplikace v dopravě. V optické doméně jsou uvedeny i některé družice středního rozlišení (MR), které mohou nacházet uplatnění pro sledování znečištění ovzduší. Data jsou dále zhodnocena z hlediska jejich dostupnosti z technického a finančního hlediska. 3.2 ZÁKLADNÍ PARAMETRY DAT Následující tabulky sumarizují komerční i nekomerční družicová data z hlediska základních parametrů souvisejících s pokryvností, prostorovým, spektrálním a temporálním rozlišením (tzv. periodou snímání). Radiometrické rozlišení u funkčních družic bývá 10 nebo více bitů což zajištuje dostatečný dynamický rozsah hodnot pro rozlišení jemných nuancí v odrazivosti sledovaných povrchů. Prostorové rozlišení určuje velikost detekovatelných objektů Spektrální rozlišení (počet kanálů) ovlivňuje vzájemnou rozlišitelnost typů objektů a povrchů na základě rozdílu v odrazivosti materiálů, které je tvoří. Temporální rozlišení dané periodou snímání určuje, za jak dlouho bude moci být území danou družicí znovu nasnímáno. Jedná se o klíčový parametr pro aplikace založené na monitoringu dlouhodobém a opakovaném pozorování vybraného jevu. Šíře záběru určuje plochu pokryvnosti v rámci jednoho snímku. Obecně platí, že vyšší prostorové nebo spektrální rozlišením jsou vykoupeny nižší pokryvností. V případě radarových družic nehovoříme o spektrálním rozlišení jako u optických, frekvence kmitání (potažmo jeho vlnová délka) elektromagnetického signálu v použitém pásmu nicméně ovlivňuje charakter odraženého signálu a je důležitým parametrem při výběru vhodných dat pro konkrétní aplikace, zvláště v radarové interferometrii. V aplikacích zaměřených na detekci a rozlišení objektů a krajinného krytu hraje důležitou roli další z parametrů, kterým je schopnost detekovat směr kmitání odraženého signálu (tzv. polarizace), který je ovlivněn interakcí s povrchem a závisí na jeho dielektrických vlastnostech. Pro interferometrické aplikace jsou relevantní radarová data nasnímaná v tzv. Single Look Complex módu (SLC), který umožňuje detekovat jak amplitudu (intenzitu) tak fázi odraženého signálu. Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 16

DRUŽICE Perioda snímání Šíře záběru ROZLIŠENÍ KANÁLY KATEGORIE DLE ROZLIŠENÍ POZNÁMKA Název Operační doba (dny) (km) PAN (m) MS (m) MS počet spektrálního prostorového OrbView 3 2003 2007 3 8 1 4 4 multispektrální VHR Již nefunkční. PAN a MS snímány zvlášť. Ikonos 1999 dosud 3 11 1 4 4 multispektrální VHR Nejstarší VHR družice. QuickBird 2001 dosud 3 16 0,6 2,4 4 multispektrální VHR Bez vlícování chyba v poloze až 25m. Formosat 2 2005 dosud 1 24 2 8 4 multispektrální VHR Pokrytí lze zjistit jen dotazem. Kompsat 2 2006 dosud 5 15 1 4 4 multispektrální VHR Pokrytí lze zjistit jen dotazem. WorldView 1 2007 dosud 2 17,6 0,5 0 panchromatická VHR Pouze černobílá data GeoEye 1 2008 dosud 3 15,2 0,5 4 4 multispektrální VHR GE 1 a WV 2 nejpodrobnější dostupná data. WorldView 2 2009 dosud 2 16,4 0,5 1,84 8 superspektrální VHR MS volitelné 4 nebo 8 kanálů. Pleiades 2012 dosud 1 20 0,7 2,8 4 multispektrální VHR Rozlišení PAN 0,7m, ale dodáváno 0,5m. Kompsat 3 2013 dosud 2 16,8 0,7 2,8 4 multispektrální VHR Přelety ve 13:30 lokálního času. SPOT6 2013 dosud 3 60 1,5 6 4 multispektrální VHR WorldView 3 2014*? 13,1 0,31 1,24; 3,7; 30 8+8+12 superspektrální VHR Bude dodáváno rozlišení jen do 0,5m. GeoEye 2 2020*? 14,5 0,34 1,36 4 multispektrální VHR Bude dodáváno rozlišení jen do 0,5m ALOS (AVNIR 2) 2006 2011 5 70 10 4 multispektrální HR ALOS (PRISM) 2006 2011 5 35 2,5 0 panchromatická HR Landsat 5 1985 2011 16 185 30 6 superspektrální HR Od podzimu 2011 prakticky nesnímá. Landsat 7 1999 2003 16 185 15 30 6 superspektrální HR Od 2003/05 použitelná pouze 1/8 scény Landsat 8 2013 dosud 16 185 15 30 8 superspektrální HR Nová pásma MS a úprava rozsahu. SPOT4 1998 2013 5 60 10 20 4 multispektrální HR SPOT5 2002 dosud 3 60 5 10 4 multispektrální HR PAN HRG rozl. 5 m, PAN HRS 10 m RapidEye 2008 dosud 1 77 6,5 5 multispektrální HR Konstelace celkem 5 družic, pouze MS data. Sentinel 2a/2b 2014/2015* 10/5 290 10; 20; 60 4; 6; 3 superspektrální HR Plánovaná operační doba Proba 1 2001 dosud 2 14 5 18 a 34 18+64 hyperspektrální HR Hyperspektrální pokusná družice EO 1 2001 dosud 30 7,7 10 30 9+220 hyperspektrální HR EnMap 2017* 21 30 30 228 hyperspektrální HR PRISMA 2014* 7 30 5 30 237 hyperspektrální HR Hyperspektrální italská družice Terra (MODIS) 2000 dosud 1 2330 250; 500; 1000 36 hyperspektrální MR Aqua (MODIS) 2002 dosud 1 2330 250; 500; 1000 36 hyperspektrální MR Tabulka 1 Parametry optických dat DPZ Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 17

DRUŽICE PERIODA SNÍM. SCÉNA ROZLIŠENÍ VLNOVÁ DÉLKA POLARIZACE INTERFEROMETRIE Název Operační doba Akviziční mód (dny) Šířka (km) Délka (km) Range x Azimuth (m) Pásmo λ (cm) z ALOS Palsar 2006 2011 FBS Fine Resolution 46 70 70 7až44 L 23,61 single SLC data ALOS Palsar 2006 2011 FBD Fine Resolution 46 70 70 14až88 L 23,61 dual SLC data ALOS Palsar 2006 2011 P Fine Polarimetric 46 30 70 30 L 23,61 full SLC data ALOS Palsar 2006 2011 SL SCANSAR 46 350 350 100 a více L 23,61 single NE ALOS 2 Palsar 2 2014* SpotLight 14 25 25 1x3 L 22,90 single SLC data ALOS 2 Palsar 2 2014* Ultra Fine 14 50 50 3x3 L 22,90 single, dual SLC data ALOS 2 Palsar 2 2014* High Sensitive 14 6 50 6x6 L 22,90 single, dual, full SLC data ALOS 2 Palsar 2 2014* Fine 14 10 70 10x10 L 22,90 single, dual, full SLC data ALOS 2 Palsar 2 2014* Scansar Nominal 14 100 350 100x100 L 22,90 single, dual NE ALOS 2 Palsar 2 2014* Scansar Wide 14 60 490 60x60 L 22,90 single, dual NE COSMO SkyMed 1 až 4 2007 dosud SpotLight 16 (1) 10 10 1x1 X 3,12 single SLC data COSMO SkyMed 1 až 4 2007 dosud SpotLight 2 16 (1) 7 7 1x1 X 3,12 single SLC data COSMO SkyMed 1 až 4 2007 dosud StripMap Himage 16 (1) 40 40 3 5x3 5 X 3,12 single SLC data COSMO SkyMed 1 až 4 2007 dosud StripMap PingPong 16 (1) 30 30 15x15 X 3,12 full SLC data COSMO SkyMed 1 až 4 2007 dosud ScanSAR WideRegion 16 (1) 100 100 30x30 X 3,12 single NE COSMO SkyMed 1 až 4 2007 dosud ScanSAR HugeRegion 16 (1) 200 200 100x100 X 3,12 single NE Envisat ASAR 2002 2012 StripMap Image 35 100 100 30x30 C 5,60 single SLC data Envisat ASAR 2002 2012 Alternating polaris. 35 100 100 30x30 C 5,60 alternating SLC data Envisat ASAR 2002 2012 StripMap Wave 35 5 5 400x400 C 5,60 single SLC data Envisat ASAR 2002 2012 Wide Swath 35 400 400 150x150 C 5,60 single NE Envisat ASAR 2002 2012 Global Monitoring 35 400 400 950x950 C 5,60 single NE ERS 2 1995 2011 ERS PRI 35 100 100 30x30 C 5,66 single SLC data JERS 1992 1998 Standard 44 75 75 18x18 L 23,51 single SLC data Kompsat 5 2013* High Resolution 28 5 5 1x1 X 3,20 single SLC data Kompsat 5 2013* Standard Mode 28 30 800 3x3 X 3,20 single SLC data Kompsat 5 2013* Wide Swath 28 100 800 20x20 X 3,20 single SLC data PAZ SEOSAR 2014* SpotLight 11 5 10 1x1 X 3,11 single SLC data PAZ SEOSAR 2014* ScanSAR 11 100 100 15x15 X 3,11 single SLC data PAZ SEOSAR 2014* Stripmode 11 30 30 3x3 X 3,11 single SLC data Tabulka 2 Parametry radarových dat DPZ (část1) Funkční družice Nefunkční družice Plánovaná družice Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 18

DRUŽICE PERIODA SNÍMÁNÍ SCÉNA ROZLIŠENÍ VLNOVÁ DÉLKA POLARIZACE INTERFEROMETRIE Název Operační doba Akviziční mód (dny) Šířka (km) Délka (km) Range x Azimuth (m) Pásmo λ (cm) z RADARSAT 1 1996 2013 Fine 24 45 50 9 11x9 C 5,66 single SLC data RADARSAT 1 1996 2013 Standard 24 100 100 28x25 C 5,66 single SLC data RADARSAT 1 1996 2013 Extended High 24 75 75 28x20 C 5,66 single SLC data RADARSAT 1 1996 2013 Wide 24 150 150 28x25 C 5,66 single SLC data RADARSAT 1 1996 2013 Extended Low 24 170 170 28x40 C 5,66 single SLC data RADARSAT 1 1996 2013 ScanSAR Narrow 24 305 300 50x50 C 5,66 single NE RADARSAT 1 1996 2013 ScanSAR Wide 24 510 500 100x100 C 5,66 single NE RADARSAT 2 2008 dosud Spotlight A 24 20 20 1x1 C 5,55 single SLC data RADARSAT 2 2008 dosud Ultra Fine 24 20 20 3x3 C 5,55 single SLC data RADARSAT 2 2008 dosud Wide Ultra Fine 24 50 50 2,8x1,6 3,3 C 5,55 single SLC data RADARSAT 2 2008 dosud Multi Look Fine 24 50 50 4,6 7,6x3,1 10,4 C 5,55 single SLC data RADARSAT 2 2008 dosud Wide Multi Look Fine 24 90 90 4,6 7,6x3,1 10,4 C 5,55 single SLC data RADARSAT 2 2008 dosud Fine 24 45 50 9 11x9 C 5,55 single, dual SLC data RADARSAT 2 2008 dosud Fine Quad Po 24 25 25 9 11x9 C 5,55 full SLC data RADARSAT 2 2008 dosud Extended High 24 75 75 28x20 C 5,55 single SLC data RADARSAT 2 2008 dosud Standard Quad Pol 24 25 25 28x25 C 5,55 full SLC data RADARSAT 2 2008 dosud Standard 24 100 100 28x25 C 5,55 single, dual SLC data RADARSAT 2 2008 dosud Wide 24 150 150 28x25 C 5,55 single, dual SLC data RADARSAT 2 2008 dosud Extended Low 24 170 170 28x40 C 5,55 single SLC data RADARSAT 2 2008 dosud ScanSAR Narrow 24 305 300 50x50 C 5,55 single, dual NE RADARSAT 2 2008 dosud ScanSAR Wide 24 510 500 100x100 C 5,55 single, dual NE Sentinel 1A/1B 2014/2015* strip mode 12/6 80 80 5x5 C 5,55 dual doplňkově Sentinel 1A/1B 2014/2015* interferom. wide 12/6 250 250 20x5 C 5,55 dual SLC data Sentinel 1A/1B 2014/2015* extra wide swath 12/6 400 400 40x20 C 5,55 dual doplňkově Sentinel 1A/1B 2014/2015* wave mode 12/6 20 20 5x5 C 5,55 single doplňkově TerraSAR X, TanDEM X 2007 dosud Staring SpotLight 11 4 4 0,24x0,85 1,77 X 3,10 single SLC data TerraSAR X, TanDEM X 2007 dosud High Res. SpotLight 11 10 5 1x1 X 3,10 single, dual SLC data TerraSAR X, TanDEM X 2007 dosud SpotLight 11 10 10 1x2 X 3,10 single, dual SLC data TerraSAR X, TanDEM X 2007 dosud Stripmap 11 30 50 3x3 X 3,10 single, dual SLC data TerraSAR X, TanDEM X 2007 dosud ScanSAR 11 100 150 16x16 X 3,10 single NE TerraSAR X, TanDEM X 2007 dosud WideScanSAR 11 270 200 40x6 10 X 3,10 single NE Tabulka 3 Parametry radarových dat DPZ (část 2) Pozn.: Plánovaný start. Po vynesení na oběžnou dráhu probíhá po dobu 3 6 měsíců zaváděcí provoz a testování, kdy nejsou operačně pořizovány snímky Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 19

Pro úplnost je níže uvedena tabulka s leteckými hyperspektrálními daty. Ty jsou snímány z hyperspektrální kamery umístěné na leteckém nosiči. V současné době je v ČR provozován pouze jeden hyperspektrální letecký skener: AISA Eagle. Snímání některým z dalších skenerů je nutno zrealizovat objednávkou od zahraničního provozovatele platformy. Název senzoru Kategorie Šíře záběru (km)* Rozlišení (m) * Spektrální pásma HyMap VHR HR ** 2 10 128 AVIRIS VHR HR ** 4 20 224 CASI VHR HR ** 0.25 10 288 SFSI VHR HR ** 0.5 10 230 AISA Eagle VHR 500 4000*** 0.5 4 492 ProSpecTIR VS VHR HR ** 2 10 256 Tabulka 4 Parametry leteckých hyperspektrálních dat Pozn.: *Šíře záběru a rozlišení záleží na výšce, ze které je obraz snímán a na ohniskové vzdálenosti a zorném poli čočky hyperspektrální kamery ** Nebyly nalezeny vstupní údaje pro výpočet *** Příklad pro čočku ohniskové vzdálenosti 23 mm a zorném poli 29.9 Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 20

3.3 DOSTUPNOST DAT Z TECHNICKÉHO HLEDISKA Dostupnost dat DPZ z technického hlediska je daná infrastrukturou, která umožňuje jednoduché a efektivní vyhledávání požadovaných dat na základě strukturovaného uživatelského požadavku, jejich kontrolu, výběr a export metadat vybraných scén pro jejich následné zpracování uživatelem. Konkrétně se jedná o následující standardní požadavky na infrastrukturu, které jsou po skupinách uvedeny pro jednotlivé družice v tabulkách níže. Přístupnost katalogu / archivu dat o Online / offline nutnost instalace o Nutnost přihlášení Vyhledávání o Import / definice uživatelského AOI o Definice data pořízení nebo jejich rozsahů o Definice dalších relevantních parametrů Kontrola vhodnosti dat o Výběr dle oblačnosti o Výběr dle radiometrické kvality o Zobrazení rozsahu scény o Zobrazení náhledu scény Export výsledků hledání o Do strojově zpracovatelného formátu o Do formátu umožňujícího načtení výsledků do geografického informačního systému (GIS) Možnost objednání / zadání programování akvizice nové scény Většina komerčních i nekomerčních družic dnes umožňuje přístup do on line katalogu. Katalogy se liší vzhledem, přehledností a uspořádáním dostupných funkcí a nástrojů, ale všechny nabízí standardní funkcionalitu pro výběr dat a jejich metadat. Přístup k datům s družic provozovaných Evropskou kosmickou agenturou (ESA) případně k datům z komerčních družic pořízeným v rámci některých projektů financovaných z rozpočtu Evropské komise (EC) je realizován přes off line aplikaci Eoli sa, kterou je nutné nainstalovat na lokálním PC. Až na výjimky není třeba provádět registraci uživatele pro přímý přístup ke standardní funkcionalitě katalogů. Objednání dat je v některých případech možné pro registrované uživatele přímo z katalogu, nicméně ve většině případů je nutné oslovit provozovatele případně prodejce dat pro daný region s konkrétním seznamem identifikátorů požadovaných družicových dle provedeného výběru. Důležitým aspektem z hlediska vyhovění uživatelským požadavkům co do místa a frekvence snímání je programovatelnost družice. Ta umožňuje provést manévr s vykloněním a specifickým zaměřením senzorů na místo zájmu. Krátká perioda snímání u komerčních VHR družic je daná touto schopností, bez ní by se pohybovala v řádu desítek dnů. Nevýhodu pro některé aplikace (a současně výhodu pro jiné) představuje geometrie optického snímku ve vysokých náklonech, kdy objekty na povrchu nejsou snímány shora ale z boku (až s odklonem 45 od svislice). Družice středního rozlišení a hyperspektrální družice tuto schopnost většinou nemají. Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 21

Pořizování dat a programování každé družice probíhá v souladu s jejím operačním akvizičním plánem, který dle typu požadavku (krizový, rutinní sběr, komerční požadavek, požadavek v rámci podpory vědeckého programu atd.) přiřazuje jednotlivým požadavkům prioritu v rámci definovaných akvizičních oken. V případě optických dat se jedná o důležitý aspekt z hlediska pořizování nad oblastí pokrytou oblačností a v případě konfliktů mezi souběžnými požadavky na pořízení dat v různých směrech a úhlech snímání v rámci jedné orbity. Ještě důležitější je tento aspekt v případě radarových družic, které umožňují pořizovat snímky ve více akvizičních módech, z nichž se ale některé navzájem vylučují pro paralelní snímání. U komerčních družic mají obvykle přednost urgentní (krizové) a dále komerční požadavky. Evropská radarová družice Sentinel 1, jejíž data by měla být až na specifické výjimky poskytována zdarma, nabídne celkem čtyři akviziční módy snímání, navíc rozšířené o varianty polarizace, které ve výsledné kombinaci budou reprezentovat 34 možných operačních sub módů, z nichž některé jsou navzájem exkluzivní pro paralelní snímání z technických důvodů. Interferometric Wide Swath (IW) Extra Wide Swath (EW) Strip Map (SM) celkem 6 možných programovatelných incidenčních úhlů Wave (WV) Případné konflikty mezi konkurenčními požadavky se snaží řešit Vysokoúrovňový operační plán (High Level Operation Plan HLOP) 1 provozu družic Sentinel, na jehož základě se budou v maximálním možném rozsahu naplňovat požadavky: GMES/Copernikus služeb užití pro potřeby jednotlivých členských států EU zajištění kontinuity misí ERS / ENVISAT požadavky vědecké komunity příspěvky mezinárodní spolupráci. Dokument definuje strategii pro optimální využití zdrojů satelitu. Na jejím základě jsou zpracovány předdefinované operační scénáře pro pořizování dat v jednotlivých módech, kterým jsou přiřazeny priority podle typu snímaného povrchu (souše, moře), geografické oblasti (oblasti pro rutinní sledování, předdefinované rizikové oblasti) a typu požadavku. Česká republika spadá do standardní pevninské zóny. Tudíž by nad jejím územím měla být rutinně pořizována data v IW(S) módu se single (HH) nebo duální polarizací. To umožní vyvinout řadu operačních aplikací založených na InSAR, podporujících monitorování povodní, změn land use a land cover, zemědělství a lesnictví. Nevýhodou tohoto módu je relativně nízké rozlišení. Data s vyšším rozlišením (SM) se budou rutinně pořizovat pro jiné oblasti (se zvýšenými tektonickými a vulkanickými riziky) nebo v případě krizových událostí. 1 ESA Sentinel HLOP (2013)1. Dostupné online: https://sentinel.esa.int/documents/247904/351367/sentinel+high+level+operations+plan/530fd782 6386 4d26 9e05 36970bf91b85 Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 22

DRUŽICE Provozovatel Přístup Dostupnost Aktuální Katalog Název k datům v GMES* programovatelnost Druh** Vyhledání Kontrola Export Přístup OrbView 3 DigitalGlobe komerční data TPM N On A A A http://earthexplorer.usgs.gov/ Ikonos DigitalGlobe komerční data TPM A On A A A http://geofuse.geoeye.com/advanced/ QuickBird DigitalGlobe komerční data TPM A On A A A https://browse.digitalglobe.com/imagefinder/filter.do Formosat 2 NSPO komerční data TPM A N N N N pouze na dotaz Kompsat 2 KARI komerční data TPM A N N N N pouze na dotaz WorldView 1 DigitalGlobe komerční data TPM A On A A A https://browse.digitalglobe.com/imagefinder/filter.do GeoEye 1 DigitalGlobe komerční data TPM A On A A A http://geofuse.geoeye.com/advanced/ WorldView 2 DigitalGlobe komerční data TPM A On A A A https://browse.digitalglobe.com/imagefinder/filter.do Pleiades Astrium, CNES komerční data GCM A On A A A http://www.astrium geo.com/geostore/ Kompsat 3 KARI komerční data A N N N N pouze na dotaz SPOT6 Astrium, CNES komerční data GCM A On A A A http://www.astrium geo.com/geostore/ WorldView 3 DigitalGlobe komerční data předpokládá se Pon https://browse.digitalglobe.com/imagefinder/filter.do GeoEye 2 DigitalGlobe komerční data předpokládá se Pon http://geofuse.geoeye.com/advanced/ ALOS (AVNIR 2) JAXA komerční data TPM N On A A A https://auig.eoc.jaxa.jp/auigs/top/top1000login.do ALOS (PRISM) JAXA komerční data TPM N On A A A https://auig.eoc.jaxa.jp/auigs/top/top1000login.do Landsat 5 USGS, NASA nekomerční data TPM N On A A A http://earthexplorer.usgs.gov/ Landsat 7 USGS, NASA nekomerční data TPM N On A A A http://earthexplorer.usgs.gov/ Landsat 8 USGS, NASA nekomerční data TPM N On A A A https://landsat8portal.eo.esa.int/portal/ SPOT4 Astrium, CNES komerční data GCM N On A A A http://www.astrium geo.com/geostore/ SPOT5 Astrium, CNES komerční data GCM A On A A A http://www.astrium geo.com/geostore/ RapidEye RapidEye AG komerční data GCM A On A A A http://eyefind.rapideye.com/ Sentinel 2 ESA nekomerční data GSC *** Pon + Of Předpokládá se online katalog + Eoli sa Proba 1 ESA nekomerční data TPM A Of A A A Eoli sa EO 1 NASA nekomerční data A On A A A http://earthexplorer.usgs.gov/ EnMap DLR nekomerční data GCM předpokládá se Pon Předpokládá se online katalog + Eoli sa PRISMA ASI nekomerční data GCM předpokládá se Of Eoli sa Terra (MODIS) NASA nekomerční data TPM A On A A A http://glovis.usgs.gov/ a další Aqua (MODIS) NASA nekomerční data TPM A On A A A http://glovis.usgs.gov/ a další Tabulka 5 Technická dostupnost optických dat DPZ Verze: D1.00 Datum: 5. prosince 2013 23