Даљинска детекција

Употреба сателита у даљинској детекцији

Снимак Долине смрти снимљен радаром са синтетичком апертуром и обојен употребом полариметрије.

Даљинска детекција или теледетекција представља метод прикупљања информација путем система који нису у директном, физичком контакту са испитиваном појавом или објектом. Назив даљинска детекција је слободан превод енглеског термина Remote Sensing. Када се говори о даљинској детекцији обично се мисли на уређаје (било да су они на авиону, спејс шатлу, сателиту) за прикупљање података о животној средини. Ипак, авион који врши аероснимања, опсервацију Земље или сателит који прати метеоролошке промене, ултразвук којим се контролише стање плода у материци или уређаји за осматрање свемира, све су то видови даљинске детекције. И поред тога, у савременој употреби, термин даљинска детекција се везује пре свега за сателитска и аероснимања и не обухвата термине медицинско снимање и фотограметрија. Принцип даљинске детекције се своди на систематско мерење одређеног енергетског поља и тумачење утврђених аномалија разликама у својствима испитиваног објекта. На истом принципу се, код истраживања у геологији, заснивају и сви геофизички методи испитивања. Геофизика мери гравитационо, електрично, магнетно и друга енергетска поља и њихове аномалије тумачи разликама у геолошкој грађи. Даљинска детекција користи електромагнетно енергетско поље. По својој суштини она, свакако, припада геофизичким методима истраживања.

U praksi se daljinsko istraživanje provodi pomoću različitih na daljinu postavljenih uređaja za prikupljanje informacija o nekom objektu ili području. Svi sljedeći postupci primjeri su daljinskih istraživanja: osmatranje Zemlje ili meteorološke satelitne kolekcijske platforme, osmatranje oceana i atmosfere s meteoroloških plutajućih platforma, nadzor trudnoće pomoću ultrazvuka, magnetska rezonancijska vizualizacija (MRI), pozitronska emisijska tomografija (PET) i svemirske sonde. U modernoj uporabi termin se općenito odnosi na uporabu tehnologija vizualizacijskih senzora koji uključuju, ali nisu ograničeni uporabom instrumenata u zrakoplovima ili svemirskim letjelicama, te se razlikuje od ostalih srodnih vizualizacijskih polja kao što je medicinska vizualizacija.

Postoje dvije vrste daljinskih istraživanja. Pasivni senzori detektiraju prirodnu radijaciju koju emitiraju ili reflektiraju promatrani objekti ili okolno područje. Reflektirano sunčevo svijetlo je najčešći izvor radijacije koju mjere pasivni senzori. Primjeri pasivnih daljinskih senzora uključuju filmsku fotografiju, infracrvene, uređaje uparenih naboja i radiometre. Aktivno prikupljanje, u drugu ruku, emitira energiju radi skeniranja objekata i područja a zatim pasivni senzor detektira i mjeri radijaciju koju je cilj reflektirao ili raspršio u pozadini. RADAR je primjer aktivnog daljinskog istraživanja pri kojem se mjeri vremenska odgoda između emisije i povratka čime se utvrđuje lokacija, visina, brzina i smjer objekta.

Daljinska istraživanja omogućuju prikupljanje podataka na opasnim ili nepristupačnim područjima. Primjene daljinskih istraživanja uključuju nadzor deforestacije u područjima poput bazena Amazone, učinke klimatskih promjena na ledenjake i arktičke i antarktičke regije, te dubinsko sondiranje obalnih i oceanskih dubina. Vojno prikupljanje tijekom Hladnog rata omogućilo je korištenje precizne zbirke podataka o opasnim graničnim područjima. Daljinska istraživanja također zamjenjuju skupo i sporo prikupljanje podataka na zemlji, te ne uzrokuju u procesu narušavanje objekata ili područja.

Orbitalne platforme prikupljaju i odašilju podatke iz različitih dijelova elektromagnetskog spektra što u konjunkciji s opsežnijim zračnim i zemaljskim istraživanjima i analizama daje istraživačima dovoljno informacija za nadziranje trendova kao što je El Niño ili neki drugi prirodni dugotrajni ili kratkotrajni fenomen. Ostale uporabe uključuju različita područja geoznanosti kao što je upravljanje prirodnim resursima, zatim u poljoprivrednim poljima uporabu i očuvanje tla, nacionalnu sigurnost te visinska, prizemna i daljinska prikupljanja na graničnim područjima.

Tehnike prikupljanja podataka

Osnovu za multispektralno prikupljanje i analizu čine proučavana područja ili objekti koji reflektiraju ili emitiraju radijaciju koja se izdvaja od okolnog područja.

Primjene podataka iz daljinskih istraživanja

• Konvencionalni radar je većinom povezan s kontrolom zračnog prometa, ranim uzbunjivanjem i određenim opsežnim meteorološkim podatcima. Dopplerov radar koriste lokalni redarstvenici za nadziranje ograničenja brzine, a u poboljšanom meteorološkom prikupljanju u određivanju brzine i smjera vjetra unutar vremenskih sustava. Ostale vrste aktivnog prikupljanja uključuju plazme u ionosferi. Interferometrijski radar sa sintetičkom aperturom koristi se za stvaranje preciznih digitalnih elevacijskih modela terena u velikom mjerilu (vidi RADARSAT, TerraSAR-X, Magellan).
• Laserski i radarski altimetri ili visinomjeri na satelitima pružaju širok raspon podataka. Mjerenjem ispupčenja vode uzrokovanog gravitacijom, oni kartiraju oblježja morskog dna u rezoluciji od milje ili otprilike veličine. Mjerenjem visine i valne duljine oceanskih valova, visinomjeri mjere brzine i smjerove vjetra, te površinske oceanske struje i njihove smjerove.
• Light Detection And Ranging (LIDAR) dobro je poznat u primjerima gađanja oružjem, lasersko iluminiranim praćenjem projektila. LIDAR se koristi za detekciju i mjerenje koncentracije različitih kemikalija u atmosferi, dok se zračni LIDAR može koristiti u mjerenju visine objekata i obilježja na tlu pouzdanije od radarske tehnologije.
• Radiometri i fotometri najčešći su instrumenti u uporabi, te služe za prikupljanje reflektirane i emitirane radijacije u širokom rasponu frekvencija. Najčešći su vidljivi i infracrveni radari, a za njima slijede mikrovalni, gama-valni i ultraljubičasti. Također se mogu koristiti za detektiranje emisijskog spektra različitih kemikalija čime pružaju podatke o kemijskim koncentracijama u atmosferi.
• Stereografski par zračnih fotografija često su koristili u izradi topografskih karata analitičari snimaka, terenski analitičari u prometnosti i autocestnim odjelima za moguće rute.
• Simultane multispektralne platforme poput Landsata nalaze se u uporabi od 1970-ih. Ovi tematski maperi rade snimke u višestrukim valnim duljinama elektromagnetske radijacije (multispektralno) pa se obično nalaze na satelitima za osmatranje Zemlje uključujući (primjerice) Landsatov program satelita IKONOS. Karte pokrova tla i uporabe tla iz tematskog mapiranja mogu se koristiti u pretraživanju minerala, detektiranju ili monitoriranju uporabe tla, deforestacije, te proučavanja zdravlja autohtonih biljaka i usjeva uključujući čitave poljoprivredne regije ili šume.
• U aspektu borbe protiv deforestacije daljinska istraživanja omogućuju praćenje i monitoriranje rizičnih područja tijekom dugog razdoblja, determiniranje dezertifikacijskih faktora, podupiranje donositelja odluka u definiranju relevantnih mjera upravljanja okolišem, te procjenjivanju njihovih učinaka.

Geodetske tehnike

Cjelovito geodetsko prikupljanje prvi put je korišteno u zračnom detektiranju podmornica, te u gravitacijskim podatcima korištenima u vojnim kartama. Ovi podatci otkrivaju kako se minutne perturbacije u Zemljinom gravitacijskom polju (geodezija) mogu koristiti za determiniranje promjena u masenoj distribuciji Zemlje što se zatim može koristiti u geološkim ili hidrološkim istraživanjima.

Akustične i paraakustične tehnike

Pasivne; sonar se koristi za detektiranje, određivanje raspona i mjerenje podvodnih objekata i terena. Seizmogrami uzeti na različitim lokacijama mogu locirati i mjeriti potrese (nakon što se oni pojave) uspoređujući relativni intenzitet i precizno vrijeme. Aktivne; geolozi koriste pulseve za detektiranje naftnih polja.

Za koordinaciju nizom opsežnih osmatranja većina će istraživačkih sustava ovisiti o sljedećem; lokaciji platforme, trenutačnom vremenu, te rotaciji i orijentaciji senzora. Krajnji instrumenti danas često koriste pozicijske informacije iz satelitskih navigacijskih sustava. Rotaciju i orijentaciju često daju unutar jednog ili dva stupnja elektronički kompasi. Kompasi mogu mjeriti ne samo azimut (tj. stupnjeve magnetskog sjevera), nego također visinu (stupnjeve iznad horizonta) jer magnetsko polje ponire u Zemlju u različitim stupnjevima na različitim geografskim širinima. Egzaktnije orijentacije zahtjevaju žiroskopsku orijentaciju, periodično nanovo usklađene različitim metodama uključujući navigaciju pomoću zvijezda ili poznatih referentnih točaka.

Rezolucija utječe na prikupljanje, a najbolje je objašnjena sljedećim odnosom; niža rezolucija=manje detalja & veća pokrivenost, viša rezolucija=više detalja, manja pokrivenost. Izvježbano upravljanje prikupljanjem rezultira isplativim prikupljanjem i izbjegavanjem situacija poput uporabe višestrukih visokorezolucijskih podataka koji uzrokuju zapreke transmisijskoj infrastrukturi i onoj za pohranu podataka.

Сензори

Уређаји за откривање, регистрацију и мерење зрачења електромагнетне енергије, сопствене (емитоване) и/или саопштене (рефлектоване), називају се заједничким именом сензори. Подела сензора извршена је на основу неколико критеријума. Основна подела сензора заснива се на пореклу регистроване енергије. По овом критеријуму сензори се деле у две категорије:

• пасивни сензори;
• активни сензори.

Према конструкцији и начину рада, сензори се могу сврстати у три основне категорије, које чине:

• фотооптички системи;
• електрооптички системи;
• микроталасни системи.

Примена даљинске детекције

Даљинском детекцијом се могу проучавати опасна и тешко доступна подручја. Таква места могу бити подручја хазарда као што су пожари, подручја захваћена ураганом и др. Могу се вршити мерења на Северном полу и у дубинама океана, а оваква проучавања осигуравају да места која се снимају нису поремећена присуством човека. Користећи даљинску детекцију могу се боље разумети кретања воде, а у еколошком смислу ширење загађења било ваздухом или воденим путевима. Даљинска детекција се користи у метеоролошке сврхе при праћењу промене времена и за потребе временске прогнозе али може се користити и користи се у разним геолошким истраживањима: регионалним тектонским, геофизичким, геотехничким, истраживањима лежишта минералних сировина, и уопште при геолошком картирању. Даљинска детекција омогућава брже прикупљање података, смањење трошкова и олакшава сагледавање целине истражног простора. Даљинска детекција се користи и приликом просторног планирања разних регионалних објеката попут, путних праваца и железничких пруга, далековода, гасовода и др. У геодезији даљинска детекција се користи приликом израде различитих врста карата. Даљинска детекција се користи и приликом израде различитих врста географских информационих система. У војнобезбедносне сврхе врше се сателитска снимања кретања војних трупа, осматрање изградње нуклеарних постројења и постројења далекометних ракета, за откривање извршених нуклеарних проба и њихових последица, при глобалном позиционирању подручја од интереса, снимање кретања бродова и др.

Компјутерски програми који се користе у даљинској детекцији

Подаци који су прикупљени помоћу даљинске детекције процесирају се и анализирају помоћу компјутерских програма, познатијих као апликативни програми у даљинској детекцији. Постоји велики број комерцијалних и бесплатних програма за процесирање података у даљинској детекцији. Неке од њих су: Ердас имеџин (ERDAS IMAGINE), Ер мапер (ER Mapper), Енви (ITT Visual Information Solutions ENVI); МапИнфо (MapInfo), Тиенти мипс (TNTmips), Идризи (Idrisi) .

За једноставан и бесплатан преглед снимака који се користе у даљинској детекцији може се користити Ер вјуер (ER Viewer). GRASS GIS слободан софтвер отвореног кода посједује модуле за априори ненадгледану класификацију (i.cluster, i.maxlik), априори надгледану класификацију (i.class, i.maxlik) и апостериори класификацију (i.smap) снимака.

Сателитски програми

• Нимбус програм
• Ландсат програм
• РАДАРСАТ
• УАРС

Види још

• Сателитски снимци континената

Литература

• Радмила Павловић, Томас Чупковић, Мирослав Марковић (2004), Даљинска детекција, Завод за уџбенике и наставна средства, Београд
• Campbell, J. B. (2002). Introduction to remote sensing (3rd изд.). The Guilford Press. ISBN 1-57230-640-8. 
• Jensen, J. R. (2007). Remote sensing of the environment: an Earth resource perspective (2nd изд.). Prentice Hall. ISBN 0-13-188950-8. 
• Jensen, J. R. (2005). Digital Image Processing: a Remote Sensing Perspective (3rd изд.). Prentice Hall. 
• Lentile, Leigh B.; Holden, Zachary A.; Smith, Alistair M. S.; Falkowski, Michael J.; Hudak, Andrew T.; Morgan, Penelope; Lewis, Sarah A.; Gessler, Paul E.; Benson, Nate C. (2006). „Remote sensing techniques to assess active fire characteristics and post-fire effects”. International Journal of Wildland Fire. 3 (15): 319—345. doi:10.1071/WF05097. 
• Lillesand, T. M.; R. W. Kiefer; J. W. Chipman (2003). Remote sensing and image interpretation (5th изд.). Wiley. ISBN 0-471-15227-7. 
• Richards, J. A.; X. Jia (2006). Remote sensing digital image analysis: an introduction (4th изд.). Springer. ISBN 3-540-25128-6. 
• US Army FM series.
• US Army military intelligence museum, FT Huachuca, AZ
• Datla, R.U.; Rice, J.P.; Lykke, K.R.; Johnson, B.C.; Butler, J.J.; Xiong, X. (2011). „Best practice guidelines for pre-launch characterization and calibration of instruments for passive optical remote sensing” (PDF). Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology. 116 (2): 612—646. doi:10.6028/jres.116.009. 
• Begni G., Escadafal R., Fontannaz D. and Hong-Nga Nguyen A.-T. (2005). Remote sensing: a tool to monitor and assess desertification. Les dossiers thématiques du CSFD. Issue 2. 44 pp.
• KUENZER, C. ZHANG, J., TETZLAFF, A., and S. DECH, 2013: Thermal Infrared Remote Sensing of Surface and underground Coal Fires. In (eds.) Kuenzer, C. and S. Dech 2013: Thermal Infrared Remote Sensing – Sensors, Methods, Applications. Remote Sensing and Digital Image Processing Series, Volume 17, 572 pp., ISBN 978-94-007-6638-9, pp. 429–451
• Kuenzer, C. and S. Dech 2013: Thermal Infrared Remote Sensing – Sensors, Methods, Applications. Remote Sensing and Digital Image Processing Series, Volume 17, 572 pp., ISBN 978-94-007-6638-9
• Lasaponara, R. and Masini N. 2012: Satellite Remote Sensing - A new tool for Archaeology. Remote Sensing and Digital Image Processing Series, Volume 16, 364 pp., ISBN 978-90-481-8801-7.

Спољашње везе

• Стандард садржаја дигиталних геометаподатака: Екстензије за метаподатке при даљинској детекцији

Туторијали

• Natural Resources Canada
• NASA

Компјутерски програми за даљинску детекцију

• ERDAS
• ER Mapper
• ENVI
• MapInfo
• Microimages
• ESRI
• GRASS GIS
• Idrisi