Upload
coye
View
69
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
TELEDETEKCJA WYBRANYCH ELEMENTÓW INFRASTRUKTURY MIEJSKIEJ NA ZOBRAZOWANIACH SATELITANYCH. Małgorzata Jenerowicz Wojskowa Akademia Techniczna Kierownik pracy: Dr hab. inż. Wiesław Dębski. CEL PRACY:. - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
TELEDETEKCJA TELEDETEKCJA WYBRANYCH WYBRANYCH ELEMENTÓW ELEMENTÓW
INFRASTRUKTURY INFRASTRUKTURY MIEJSKIEJMIEJSKIEJ
NA ZOBRAZOWANIACH NA ZOBRAZOWANIACH SATELITANYCHSATELITANYCH
Małgorzata JenerowiczMałgorzata JenerowiczWojskowa Akademia Wojskowa Akademia TechnicznaTechnicznaKierownik pracy: Dr hab. inż. Kierownik pracy: Dr hab. inż. Wiesław DębskiWiesław Dębski
CEL PRACY:CEL PRACY:
Analiza Technicznych Środków Analiza Technicznych Środków ObrazowaniaObrazowania obszarów miejskich w obszarów miejskich w zakresie systemów satelitarnychzakresie systemów satelitarnych
Organizacja informacjiOrganizacja informacji pozyskanych na pozyskanych na drodze teledetekcji, określenie oraz drodze teledetekcji, określenie oraz zapewnienie przydatności danego zapewnienie przydatności danego zobrazowania. zobrazowania.
Praktyczne wykazanie przydatności Praktyczne wykazanie przydatności zobrazowań satelitarnych Landsat TMzobrazowań satelitarnych Landsat TM, , w wykrywaniu zmian zaistniałych w obrębie w wykrywaniu zmian zaistniałych w obrębie obszaru miejskiegoobszaru miejskiego
Charakterystyka systemów Charakterystyka systemów satelitarnych w świetle obrazowań satelitarnych w świetle obrazowań obszarów miejskich:obszarów miejskich:
Wymiar pikselaWymiar piksela 0.61m w nadirze (PAN)0.61m w nadirze (PAN)
2.44m w nadirze (MS)2.44m w nadirze (MS)15m (PAN)15m (PAN)
30m (ETM +)30m (ETM +)
60m (TIR)60m (TIR)
Rozdzielczość spektralnaRozdzielczość spektralna 0.45-0.90 PAN0.45-0.90 PAN
0.45-0.52 B0.45-0.52 B
0.52-0.60 G0.52-0.60 G
0.63-0.69 R0.63-0.69 R
0.76-0.90 NIR0.76-0.90 NIR
ETM + ETM +
0.50-0.90 PAN 0.76-0.90 0.50-0.90 PAN 0.76-0.90 NIRNIR
0.45–0.52 B 1.55-1.75 0.45–0.52 B 1.55-1.75 MIRMIR
0.52-0.60 G 10.4-12.5 0.52-0.60 G 10.4-12.5 TIRTIR
0.63-0.69 R 2.08-2.35 0.63-0.69 R 2.08-2.35 MIRMIR
Rozdzielczość czasowaRozdzielczość czasowa 1 – 3.5 dni1 – 3.5 dni 16 dni16 dni
Rozdzielczość radiometrycznaRozdzielczość radiometryczna 11 bitów11 bitów 8 bitów8 bitów
Wysokość i rodzaj orbityWysokość i rodzaj orbity 450 km, 450 km, heliosynchronicznaheliosynchroniczna
705 km,705 km,
heliosynchronicznaheliosynchroniczna
Szerokość pasa zobrazowaniaSzerokość pasa zobrazowania 16.5 km16.5 km 185 km185 km
QuickBird 2 USA2002
LANDSAT 7 USA1999
Pojęcie rozdzielczości:Pojęcie rozdzielczości:
ZMIENNOŚĆ W CZASIE ZMIENNOŚĆ W CZASIE
ROZDZIELCZOŚĆ CZASOWAROZDZIELCZOŚĆ CZASOWA
CHARAKTERYSTYCZNE POKRYCIE TERENUCHARAKTERYSTYCZNE POKRYCIE TERENU
ROZDZIELCZOŚĆ SPEKTRALNAROZDZIELCZOŚĆ SPEKTRALNA
GEOMETRIA I POŁOŻENIEGEOMETRIA I POŁOŻENIE
ROZDZIELCZOŚĆ PRZESTRZENNAROZDZIELCZOŚĆ PRZESTRZENNA
B1 - Obwód budynku, obszar, objętość, wysokość, informacje katastralne ( granice )T1 - Główne osie drogiT2 - Dokładna szerokość drogiT3 - Badanie natężenia ruchu (samochody, samoloty, itp.)U1 - Sporządzanie map głównych linii (napowietrznych, podziemnych itp.) U2 - Dokładna szerokość linii, pierwszeństwo przebiegu liniiU3 - Usytuowanie słupów, włazów, podstacjiS1 - Szacowanie miejscowej populacjiS2 - Szacowanie populacji regionu/krajowejS3 - Wskaźniki jakości życiaE2 - Badania izolacji budynkówM5 - Monitorowanie ciepłych obszarów w miastachDE 1 - Zobrazowania sprzed katastrofyDE 2 - Zobrazowania po katastrofieDE 3 - Stopień uszkodzenia zabudowań DE 4 - Stopień uszkodzenia ciągów komunikacyjnych
T3
DE2
DE3DE4
B1
T2,U2,U3
T1,U1
S2S1
DE1, E2
S3
Digital FramePhotography
andTraditional
Aerial Photography0.25x0.25 m (0.82x0.82ft)
1x1m (3.28x3.28ft)
ORBITIMAGEOrbView 2Pan 1 x 1MSS 4 x 4
IKONOS 2Pan
0.82X0.82 MSS
3.24X3.24
ASTEREOS TerraVNIR 15X15
mSWIR 30X30
mTIR 90x90 m
LANDSAT 7 ETM+Pan 15x15 MSS
30x30TIR 60x60
LANDSAT 4.5Pan 30X30 MSS 80X80
TIR 120X120
IRS-1 CDPan 5.8x5.8
LISS-3 23.5x23.5;MIR
70x70WIFS 188x188
IRS-1 ABLISS-1
72.5x72.5LISS-2
36.25x36.25
ERS-1,2C-band 30x30
SPOT HRV 4Pan 10x10XS 20x20
SPOT 5 HRG (2001; not shown) Pan 2.5x2.5; 5x5MSS 10x10; SWIR 20x20JERS-1
MSS 18x24L-band 15x18
SPINKVR-1000 2x2TK-350 10x10
Quickbird 2Pan 0.62x0.62MSS 2.48x2.48
0.2 0.3 0.5 0.8 2 3 5 8 15 20 30 50 80 200 300 500 800 2*103 3*103 8*103
1m 10m 100m 1km 5km 10km
100 min
3
5
2
810
30
50
20
80
300
500
200
800
min
1 h
12 h
1 d103min
2 d
3 d4 d5 d
104min
105min
9 d
16d
30 d
44d
180 d
1y
2 y3 y4 y5 y
15 y10 y
107 min
106 min
44d30d26d16d
IRS P6Pan 5.8x5.8
LISS-3 23.5x23.5;AWIFS 56÷70
EROS A1Pan 1.8X1.8
TES, IRS Cartosat 2Pan 1X1
Formosat 2Pan 2X2 MSS 8X8
EROS BPan 0.7X0.7
IRS P5Pan 2.5X2.5
Resurs DK1Pan 1X1
MSS 2.5÷3.5
M5
Dziś…Dziś…
Możliwość pokrycia obszaru jednym Możliwość pokrycia obszaru jednym zobrazowaniemzobrazowaniem
Zachowanie stałych warunków oświetleniowychZachowanie stałych warunków oświetleniowych Periodyczność wykonania, a co za tym idzie, Periodyczność wykonania, a co za tym idzie,
aktualność aktualność Możliwość wykonania zobrazowań w rejonach Możliwość wykonania zobrazowań w rejonach
gdzie misja lotnicza byłaby niemożliwa ze gdzie misja lotnicza byłaby niemożliwa ze względów technicznych i politycznych względów technicznych i politycznych
Możliwość monitorowania w czasie Możliwość monitorowania w czasie Sprawna dystrybucja, skrócony czas Sprawna dystrybucja, skrócony czas
oczekiwaniaoczekiwania
Klimat miejski – celowość Klimat miejski – celowość zastosowania zobrazowań zastosowania zobrazowań satelitarnych:satelitarnych:
Mapowanie obszarów niekorzystnych klimatycznie w obrębie miasta
Klimat miejski – celowość Klimat miejski – celowość zastosowania zobrazowań zastosowania zobrazowań satelitarnych:satelitarnych:
Jutro…Jutro…
Zwiększenie ilości misjiZwiększenie ilości misji Dążenie do pozyskania obrazu w szerokim Dążenie do pozyskania obrazu w szerokim
pasie terenu w możliwie dobrej rozdzielczości pasie terenu w możliwie dobrej rozdzielczości przestrzennejprzestrzennej
Rozwój i popularyzacja małych satelitów Rozwój i popularyzacja małych satelitów Prace nad umieszczeniem satelitów o średniej i Prace nad umieszczeniem satelitów o średniej i
wysokiej rozdzielczości na orbicie wysokiej rozdzielczości na orbicie geostacjonarnej geostacjonarnej
Budowa i operowanie pikselem o wymiarze Budowa i operowanie pikselem o wymiarze 0,5m 0,5m
Lata 2012 – 2020: wzrost rozdzielczości Lata 2012 – 2020: wzrost rozdzielczości systemów obrazujących (10 cm dla zakresów systemów obrazujących (10 cm dla zakresów optycznych i do 0,5m dla systemów optycznych i do 0,5m dla systemów radarowych)radarowych)
Organizacja informacjiOrganizacja informacji pozyskanych na drodze pozyskanych na drodze teledetekcjiteledetekcji
2
CHARAKTERYSTYKA PRZYDATNOŚCI CHARAKTERYSTYKA PRZYDATNOŚCI ZOBRAZOWAŃ TELEDETEKCYJNYCH ZOBRAZOWAŃ TELEDETEKCYJNYCH POZYSKANYCH OD RÓŻNYCH SENSORÓW POZYSKANYCH OD RÓŻNYCH SENSORÓW
- SYSTEM NIIRS- SYSTEM NIIRS ORGANIZACJA DANYCH ZA POMOCĄ ORGANIZACJA DANYCH ZA POMOCĄ
SCHEMATU KLASYFIKACJISCHEMATU KLASYFIKACJI- USGS - U.S. Geological Survey - USGS - U.S. Geological Survey
Classification StandardClassification Standard- LBCS - Land-Based Classification Standard- LBCS - Land-Based Classification Standard
NIIRS:NIIRS:
2
Np.:
POZIOM 1: Wyróżnia główne kategorie użytkowania terenu(np. teren miejski, rolniczy, leśny, wodny, nieużytki); wykrywa średniej wielkości porty; odróżnia pasy startowe i pasy kołowania na dużym lotnisku; GRD: powyżej 9,00m.
NIIRS składa się z 10 poziomów, stopniowanych od 0 do 9
Każdy poziom posiada kilka kryteriów, które wskazują ilość informacji możliwych do wydobycia z obrazu w danym poziomie interpretacyjnym.
Schemat klasyfikacji USGSSchemat klasyfikacji USGS
Atrybuty Roz.Czasowa Roz.Przestrzenna Roz.Spektralna
USGS Poziom pierwszyUSGS Poziom drugiUSGS Poziom trzeciUSGS Poziom czwarty
5 - 10 lat5 -10 lat3 - 5 lat1 - 3 lat
20 - 100 m5 - 20 m1 - 5 m0.25 - 1 m
V - NIR - MIR -RadarV - NIR - MIR -RadarPan - V - NIR - MIRPan
1 Obszary miejskie lub zabudowane
2 Obszary rolnicze
3 Obszary występowania zieleni
4 Obszary zalesione
5 Wody
6 Obszary podmokłe
7 Obszary jałowe
8 Tundra
9 Obszary wiecznie ośnieżone lub oblodzone
Schemat klasyfikacji LBCS: Schemat klasyfikacji LBCS: Wielowymiarowość (działalność, funkcja, struktura, charakter Wielowymiarowość (działalność, funkcja, struktura, charakter rozwojowy, własność).rozwojowy, własność).
PARK ROZRYWKI – PD KALIFORNIA
Działalność7000: czas wolnyFunkcja5310: zabawa, rozrywkaWłasność3000: publiczny rejon
zgromadzenia
Analiza cyfrowa – mapa zmian:Analiza cyfrowa – mapa zmian:
Miasto jest strukturą wielce skomplikowaną o Miasto jest strukturą wielce skomplikowaną o szczególnym nasileniu działalności przestrzenno-szczególnym nasileniu działalności przestrzenno-
ekonomicznych i społecznych, wynikających przede ekonomicznych i społecznych, wynikających przede wszystkim z realizacji potrzeb życiowych jego wszystkim z realizacji potrzeb życiowych jego
mieszkańców, czego wewnętrznym przejawem jest stale mieszkańców, czego wewnętrznym przejawem jest stale przekształcający się fragment przestrzeni, którą zajmuje.przekształcający się fragment przestrzeni, którą zajmuje.
Hiszpańskie miasto – Hiszpańskie miasto – WalencjaWalencja Landsat TM 1988r. oraz Landsat TM 1988r. oraz 2004 r.2004 r.
Analiza cyfrowa – mapa zmian:Analiza cyfrowa – mapa zmian:Korekcja geometrycznaKorekcja geometryczna
Liczba punktów transformacji:Liczba punktów transformacji:
n – stopień wielomianu n – stopień wielomianu w transformacjiw transformacjiMetoda resamplingu:Metoda resamplingu:Cubic convolutionCubic convolutionDokładność transformacji:Dokładność transformacji: x1,x2 – współrzędne x na obrazie 1 i 2x1,x2 – współrzędne x na obrazie 1 i 2y1,y2 – współrzędne y na obrazie 1 i 2y1,y2 – współrzędne y na obrazie 1 i 2
mmss (RMS) < ½ piksela (15m) (RMS) < ½ piksela (15m)
2
)2)(1( nn
221
221 yyxxRMS
Analiza cyfrowa – mapa zmian:Analiza cyfrowa – mapa zmian:Korekcja radiometrycznaKorekcja radiometryczna
Różne terminy rejestracji :Różne terminy rejestracji :różne stany oświetleniaróżne stany oświetleniawarunki atmosferycznewarunki atmosferycznestan detektorów skanerastan detektorów skanera
Erdas Imagine 9.0Erdas Imagine 9.0 : :Haze ReductionHaze Reduction Destripe TM dataDestripe TM data Histogram MatchingHistogram Matching
Analiza cyfrowa – mapa zmian:Analiza cyfrowa – mapa zmian:
Metoda odejmowania wartości odbicia Metoda odejmowania wartości odbicia spektralnego obrazów spektralnego obrazów nieprzetworzonych nieprzetworzonych
Metoda odejmowania wartości odbicia Metoda odejmowania wartości odbicia spektralnego obrazów przetworzonychspektralnego obrazów przetworzonych
Metoda klasyfikacji nadzorowanej Metoda klasyfikacji nadzorowanej
Różnicowanie obrazów Różnicowanie obrazów nieprzetworzonychnieprzetworzonych
Na tym etapie zostały utworzone dwa obrazy różnicowe, pierwszy w pełnym zakresie spektralnym kompozycji barwnej false colour (4,3,2), drugi w zakresie podczerwonym.
Jedynym pewnym wnioskiem interpretacyjnym takich zobrazowań jest stwierdzenie iż znacznej rozbudowie uległ port miejski oraz teren w kierunku południowym, jednak konkretnej informacji na temat jakiego charakteru są zaistniałe zmiany nie mamy
Różnicowanie obrazów Różnicowanie obrazów przetworzonychprzetworzonych
PRINCIPAL COMPONENTS ANALYSIS
Metoda ta polega na analizie głównych składowych zobrazowań wielospektralnych, które są ze sobą silnie skorelowane. Został stworzony nowy zakres danych, który nie jest skorelowany bądź posiada bardzo niski stopień korelacji.Niemal cały ładunek informacji zawarty jest w czterech pierwszych składowych. W analizie wykorzystujemy składową nr 2 .
Jedynym pewnym wnioskiem interpretacyjnym takich zobrazowań jest stwierdzenie iż znacznej rozbudowie uległ port miejski
Różnicowanie obrazów Różnicowanie obrazów przetworzonychprzetworzonych
WSPÓŁCZYNNIK NDVI
Metoda ta jest niezwykle przydatna w analizie rozwoju miejskiego w przypadku gdy zmiany w pokryciu terenu polegają na przejściu z klas roślinnych na klasę zabudowy
)(
)(
REDNIR
REDNIRNDVI
Klasyfikacja nadzorowanaKlasyfikacja nadzorowana
Rok 1988 Rok 2004
Stworzenie pól treningowych poszczególnych kategorii obrazu za pomocą narzędzia Signature Editor programu Erdas Imagine 9.0. Narzędzie to umożliwia wyznaczenie i porównanie parametrów statystycznych charakteryzujących poszczególne klasy (wartość średnia). Dzięki takiej informacji istnieje możliwość oceny zmienności spektralnej dla danych klas. Analiza różnic odbicia dla poszczególnych klas wykazała podobne charakterystyki spektralne dla niektórych kategorii terenów miejskich
Klasyfikacja nadzorowanaKlasyfikacja nadzorowana
teren inne teren inne (pola, naga (pola, naga ziemia, ziemia, suche łąki suche łąki itp.) itp.)
zabudowa zabudowa stara stara
zabudowa zabudowa nowa nowa
roślinność roślinność
Park Park Narodowy Narodowy
zabudowa zabudowa stara stara
morze morze zabudowa zabudowa nowa nowa
zabudowa zabudowa nowa nowa
zabudowa zabudowa stara stara
obiekty obiekty sportowe sportowe
roślinność roślinność
Rok 1988 Rok 2004
Wnioski końcowe:Wnioski końcowe:
Pojęcie teledetekcji obszarów miejskich nie istnieje bez usystematyzowanego Pojęcie teledetekcji obszarów miejskich nie istnieje bez usystematyzowanego
kryterium rozdzielczości.kryterium rozdzielczości.
Rozdzielczość czasowa realizowana przez systemy satelitarne (1-3 Rozdzielczość czasowa realizowana przez systemy satelitarne (1-3 ÷÷ 26 dni) jest wystarczająca 26 dni) jest wystarczająca
przy niemalże każdym atrybucie miejskim poza badaniem natężenia ruchu (5-10min), przy niemalże każdym atrybucie miejskim poza badaniem natężenia ruchu (5-10min),
W większości zadań miejskich niezbędna rozdzielczość spektralna to: pasmo VIS i PAN, w pełni W większości zadań miejskich niezbędna rozdzielczość spektralna to: pasmo VIS i PAN, w pełni
zapewniana przez analizowane w pracy systemy średnio- i wysoko- rozdzielcze. zapewniana przez analizowane w pracy systemy średnio- i wysoko- rozdzielcze.
Ograniczeniem dla zobrazowań satelitarnych są wymogi związane z rozdzielczością Ograniczeniem dla zobrazowań satelitarnych są wymogi związane z rozdzielczością
przestrzenną. Najmniejszy terenowy wymiar piksela satelity QuickBird 2 nie ma zastosowania przestrzenną. Najmniejszy terenowy wymiar piksela satelity QuickBird 2 nie ma zastosowania
w badaniach związanych ze szczegółową analizą dróg i zabudowy, gdzie górna granica wynosi w badaniach związanych ze szczegółową analizą dróg i zabudowy, gdzie górna granica wynosi
0.5m. 0.5m.
Schematy organizacji danych pozyskanych na drodze teledetekcji potwierdzają, iż Schematy organizacji danych pozyskanych na drodze teledetekcji potwierdzają, iż
zobrazowania satelitarne nie dostarczają pełnych informacji z zakresu badań zobrazowania satelitarne nie dostarczają pełnych informacji z zakresu badań
obszarów miejskichobszarów miejskich, ze względu na niewystarczający wymiar piksela obrazowania, ze względu na niewystarczający wymiar piksela obrazowania
Przeprowadzone w pracy analizy wykazały Przeprowadzone w pracy analizy wykazały przydatność zobrazowań satelitarnych średnio przydatność zobrazowań satelitarnych średnio
rozdzielczych - Landsat TMrozdzielczych - Landsat TM, w wykrywaniu zmian oraz mapowaniu terenów niekorzystnych , w wykrywaniu zmian oraz mapowaniu terenów niekorzystnych
klimatycznie, na obszarach urbanistycznych ze względu na wysoką rozdzielczość spektralną klimatycznie, na obszarach urbanistycznych ze względu na wysoką rozdzielczość spektralną
sensora.sensora.
Atuty systemów satelitarnychAtuty systemów satelitarnych, tj. monitorowania w czasie wykonywania danych inwestycji, , tj. monitorowania w czasie wykonywania danych inwestycji,
pokrycie obszaru jednym, ewentualnie kilkoma obrazami oraz aktualność, pokrycie obszaru jednym, ewentualnie kilkoma obrazami oraz aktualność, nie doprowadzą nie doprowadzą
do wyparcia z rynku danych lotniczychdo wyparcia z rynku danych lotniczych, ale powstanie rynek na którym będą się one , ale powstanie rynek na którym będą się one
wzajemnie uzupełniały i wzmacniały. wzajemnie uzupełniały i wzmacniały.
KoniecKoniec
Dziękuję za uwagęDziękuję za uwagę
Małgorzata JenerowiczMałgorzata Jenerowicz