"Daljinska detekcija" - predavanje Čedomira Stankovića u okviru projekta "Astronomija selu u pohode".
Projekat "Astronomija selu u pohode" realizuje Astronomsko društvo "Alfa" iz Niša u saradnji sa Prirodno-matematičkim fakultetom u Nišu uz poršku Centra za promociju nauke.
1. UVOD U DALJINSKU DETEKCIJU
predavač spec.ing.geom. Čedomir Stanković
Predavanje u okviru projekat
“Astronomija selu u pohode” koji
realizuje AD “Alfa” uz poršku
Centra za promociju nauke.
2. UVOD U DALJINSKU DETEKCIJU
Daljinska detekcija je metoda skupljanja
informacija o nekom objektu ili fenomenu
pomoću uređaja za snimanje i istraživanje u
realnom vremenu koji nije u bliskom fizičkom
kontaktu s objektom.
• Osmatranje Zemlje
• Meteorološka snimanja
• Praćenje trudnoće (Ultrazvuk)
• Marnetna rezonanca (MRI)
• Pozitronska emisijska tomografija (PET)
SAR - slika Doline smrti obojena
metorom polarimetrije
3. DALJINSKA DETEKCIJA KROZ ISTORIJU
• Anemometar – Uređaj za merenje brzine vetra. Pronalazač je bio Leon Batista Alberti, italijanski arhitekta
1450 godine
• Galileo Galilej je 1592-1593. gdoine osmislio uređaj za merenje temperaturnih razlika poznatiji kao
termoskop
• Barometar - uređaj za merenje vazdušnog pritiska, nastao 1643. godine. Toričeli
• Bendžamin Frenklin je 1743. godine otkrio da se oluje kreću
• 1806: Francis Bofort je klasifikovao vetrove po brzinama
• Rendgenski zraci su otkriveni 1895 godine. Otkrio ih je Vilijem Konrad von Rentgen
• Gajgerov brojač je nastao 12.1908. Malo kasnije, od 1928 je to Gajger-Milerov brojač
• Karl Goye Jansky je američi radio inženjer i smatra se pionirom radio astronomije. 1932. godine je
detektovan prvi radio izvor iz kosmičkog izvora i to iz centralnog dela Mlečnog puta
• 1873. godine je vojska objavila prvo upozorenje na uragan
• 1900. godine je napravljena prva vremenska mapa sa pretpostavkom kretanja uragana
4. DALJINSKA DETEKCIJA KROZ ne tako davnu
ISTORIJU
• Posle 1883. godine kada je bila erupcija vulkana Krakatau,
tadašnji meteorolozi su pratili dešavanja u atmosferi narednih
nekoliko godina. Fenomen koji su primetili su nazvali
"equatorial smoke stream„. Radi se o prvoj vizuelnoj detekciji
Džeta
• 1902. godine je otkrivena stratosfera
• 1930. je pronađena radio sonda
• 1944. prvi radar za detektovanje uragana
• 1948. prvo uspešno rano upozorenje na tornado
6. DALJINSKA DETEKCIJA DANAS
Danas je skoro nemoguće zamisliti da prođe jedan dan, a da ne
upotrebimo neki vid daljinske detekcije
• Svakodnevna vremenska prognoza
• GPS navođenje
• Aero fotogrametrija, DEM, DTM, DSM, SAR, Polarimetrija, LiDAR,
• Geološka istraživanja
• Istraživanja morskog dna
• Istraživanja u petrohemijskoj industriji
• Policijski radari rade po principu doplerovog efekta
• Magnetna rezonanca (MRI)
• Pozitronska emisijska tomografija (PET)
• Ultrazvučno praćenje trudnoće
• ASTRONOMIJA – nauka sa možda najvećom primenom daljinske
detekcije kao motode određivanja određenih parametara
7. AERO FOTOGRAMETRIJA
Za aero-foto snimak je potrebno:
• Postaviti optičku osu kamere u vertukalu libelom
• Barometrom određivati visinu leta koji ima toleranciju +-1m
• Kontrola podužnog preklopa – regulator preklopa
• Korekcije kursa se mogu raditi samo između ekspozicija – geodeta i pilot
treba da imaju vizelni signal trenutka ekspozicije
• Ekspozicija rubnih markica mora biti usklađena sa glavnom ekspozicijom u
okviru 1ms
• Konstanta kamere je skoro uvek fiksirana – za objektive sa velikim žižnim
daljinama fokusiranje je izvršeno na oko 1000m
• Film se održava ravnim korišćenjem vakuuma
• Mora se voditi računa o temperaturnim razlikama (aerodrom i rad na visini
leta) – korištenje materijala sa istim koeficijentima temperaturne ekspanzije,
odbijanje hladnog vazduha
8. AERO FOTOGRAMETRIJA
• Najveća primena je u geodeziji
• Snimanje se vrši iz aviona, helikoptera ili cepelina (u novije vreme to mogu raditi i
bespilotne letelice kojima se upravlja daljinskim putem
• Uslov je dobro vreme i odlična vidljivost
• Vreme snimanja kada je
sunce oko zenita i kada
je vegetacija niska
• Pravac kretanja aviona
Sever – Jug
• Visina leta zavisi od
razmere u kojoj se snima
9. AERO FOTOGRAMETRIJA
Na snimak se preslikavaju sledeće informacije
• Broj snimka
• Vreme
• Visina leta (±50m)
• Centrična libela
• Datum, broj kamere i magacina
• Ime projekta
• Konstanta kamere
• Podaci o spoljnoj orijentacijai
(INS/GPS)
• Podaci o ekspoziciji (blenda, vreme
ekspozicije i kompenzacija za
• kretanje slike)
10. AERO FOTOGRAMETRIJA
Da bi se snimak mogao napraviti, potrebno je i
još:
• Ciklus kamere izvodi se automatski nakon što je
zadata komanda za ekspoziciju prvog snimka
• Signal može davati operater manuelno ili
uređaj za kontrolu preklopa
• Najkraći ciklus kamere 1.6 do 2 s.
U tražilu operator vidi teren koji se prividno
kreće, a moguća je i:
• Kontrola vidnog polja preko niza ramova koji
odgovaraju vidnim poljima različitih objektiva
• Kontrola horizontiranja preko centrične libele
• Kontrola tačke u nadiru preko krsta končanice
• Kontrola i korekcija zaokretanja preko praćenja
kretanja tačke na terenu u odnosu na centralnu
liniju u pravcu leta aviona - istovremeno se
prati i kurs leta
• Kontrola i regulacija poprečnog preklopa preko
niza zakrivljenih linija (ekscentrične spirale).
Linije treba da se kreću istom brzinom kao i
teren.
11. AERO FOTOGRAMETRIJA
Zeiss Jena i Zeiss Oberkochen nude
poseban regulator preklopa sa tražilom koji
se montira iznad sopstvenog otvora – koriste
se pokretne stepenice čija brzina se
usklađuje sa brzinom kretanja terena
• INS/GPS – beleženje pozicije φ,λ,h i nagiba
kamere ω i Φ, kursa i zakošenja, datuma i
vremena, kao i automatska kontrola zakošenja
i preklopa.
• Zeiss Jena – LMK 2000 (objektivi sa 89, 152,
210, 305mm, AWAR=76L/mm, FMC do
64mm/s, srednja radijalna distorzija manja od
2µm, najveća blenda 5.6, 8 rubnih markica)
• Wild – RC30 (kamera sa postoljem,
teleskopom sa tražilom, objektivi sa 88, 152,
210 i 303mm, najveća blenda 4, odvojena
kontrola jedinica, FMC, standardizovane kasete
sa filmom)
14. DIGITALNA AERO FOTOGRAMETRIJA
Digitalne kamere za snimanje iz vazduha. Prednosti
• Fleksibilnost tokom snimanja
• Geometrijska tačnost (nema deformacija filma, nepromenljiva unutrašnja
orijentacija)
• Visoka moć razlučivanja i radiometrijski kvalitet
• Slike u startu u digitalnom obliku (nema naknadnog skeniranja)
• Na nivou piksela sinhronizovano prikupljanje panhromatskih i
multispektralnih slika
• Visok odnos signala i šuma
• Kvantitativno merenje sivih tonova na nivou piksela – veće mogućnosti za
kasniju obradu
• Proširenje elektromagnetskog spektra koji se registruje
• Viša spektralna rezolucija
• Eliminacija nekih koraka obrade (fotolaboratorijska obrada, skeniranje,
rekonstrukcija unutrašnje orijentacije)
• Neograničen broj kopija bez gubitka kvaliteta
• Potencijali za rad u realnom vremenu
• Što je najbitnije, moguć je skening terena
15. DIGITALNA AERO FOTOGRAMETRIJA
U rizičnim zonama, moguće je slati male
bespilotne letelice koje su opremljene
najsavremenijim senzorima za merenje
toplote, radijacije i emisije stetnih i otrovnih
gasova. Takođe mogu biti opremljeni za
ranu detekciju požara, malih divljih
deponija, nalaženje i identifikaciju lokacija
koja su kontaminirana azbestom, analizu
termalnih i hemijskih promena u tekućim i
stajaćim vodama, detekciju usevnih kultura.
16. DIGITALNA AERO FOTOGRAMETRIJA
Sa druge strane, bespilotne letelice
za potrebe aerofotogrametrijskih
snimanja mogu dosta olakšati
posao. Tako su 23. maja 2014.
godine, u prostorijama Republičkog
geodetskog zavoda (RGZ),
predstavnici preduzeća Livona
d.o.o, regionalnog distributera
američke kompanije Trimble,
prezentovali karakteristike tipičnih
bespilotnih aerofotogrametrijskih
sistema (BAS), kao nove tehnologije
koja se ubrzano razvija, sa
akcentom na velikim potencijalima
primenjivosti u geodeziji i srodnim
strukama (rudarstvo, šumarstvo,
poljoprivreda, urbanizam).
17. DIGITALNA AERO FOTOGRAMETRIJA
Komplet sadrži:
- eBee RTK (mini drone spreman za let,
s ugrađenim autopilotom za potpuno
automatsku navigaciju, poletanje,
sletanje i upravljanje kamerom)
- WX 18MP RGB kamera potpuno
integrirana s autopilotom
- eMotion 2 (desktop softver za
planiranje i praćenje leta)
- Postflight Terra 3D EB (desktop softver
za izradu Orthomozaika, DEM-a i
PointClouda)
- 2.4GHz USB radio modem EB za data link
- 2.4GHz remote control (za ručno upravljanje u slučaju da je potrebno)
U eBee ugrađen RTK GNSS prijemnik omogućava generiranje preciznih orthophoto mozaika,
point clouda i DSM-a i bez korištenja orijentacijskih točaka na terenu, što u znatnoj mjeri
olakšava snimanje nepristupačnih terena, a ubrzava i pojednostavljuje sve vrste snimanja.
18. World View - 1
World View - 2
World View - 3
Radarsat 1
Radarsat 2
TerraSAR – X Envisat
PALSAR
Quick Bird
GEOEYE - 2
SLEDEĆI SU SATELITI
19. • DEM (digitalni elevacioni model)
• DTM (digitalni terestički model)
• DSM (digitalni površinski model)
• SAR (Sintetic Aperture Radar)
• Polarimetrija
• Spektroskopija
• LiDAR (Light Detection And Ranging)
svetlosna detekcija i klasifikacija
• GTOS (Global Terrestrial Observing System)
cryosphere networks, morski led, glečeri
stalni led i njegovo kretanje
JEDNE OD METODA SNIMANJA I DETEKCIJE
20. DEM, DTM, DSM
DEM ili digitalni
elevacioni model je
snimak površine
Zemlje (ili neke
druge planete ili
asteroida) sa svim
elementima koji je
prate (vegetacija,
objekti, zgrade...)
Na slici je DEM 3D
prikaz Tithonium
Chasma sa Marsa sa
velikom količinom
detalja na prikazu.
21. DEM, DTM, DSM
DTM je najosnovnija komponenta DEMa
Dok sa druge strane DSM predstavlja puniju sliku predela koji je obuhvaćen.
DEMDSM DTM
23. Značajnosti TerraSAR-X
Kvantitativna merenja Kvalitativna merenja i
mapiranje
Digital Elevation Models
(rel. vertical accuracy
< 2 m)
Topographic Mapping
(better than 1:25,000)
Ground Control Points
(3D accuracy < 1 m)
Change Detection
(ACD, CCD)
Surface Movement
Monitoring
(velocity < 5mm/year)
Ship Detection
(ship length > 10 m)
24. • Digitalni Elevacioni Model (DEM)
– Korekcija DSM
– Determinacija Datum/Elipsoid: WGS84
• HEM Height Error Map: automatsko generisanje
• FLM Flag Mask: markiranje
--Praćenje svih vrsta voda i indikacija
– Zonirana interpolacija
– Lociranje i detekcija ugrođenih i devastiranih područja
• Metadata (XML, ISO 19115)
• Buduci globalni projekti
– Mapiranje svih voda
– Precizno mapiranje granica između svetskog mora i kopna
– Detaljno mapiranje svih urbanih područja
TanDEM-X: Globalni DEM
28. LiDAR
LiDAR = Svetlosna detekcija i rangiranje
je radarska tehnologija DEMa visoke rezolucije sa vertikalnom tačnošću od oko
10cm. LiDAR tehnologija radi po principu lasera uz neizostavnu asistenciju GPS i
INS (internacionalni navigacioni sistem). On radi po principu laserskog skeninga
gde se viši detekcija reflektovane svetlosti. Metodom LiDAR se može snimati
teren i noću kao i pri uslovima smanjene vidljivosti.
LiDAR metoda snimanja se takođe može koristiti za čuvanje tačnog oblika fasada
zgrada i istorijskih lokaliteta. Koristi se i u saobraćajnim nesrećama da se napravi
precizan 3D digitalni model oštećenja radi detaljne obrade i komjuterske
simulacije
38. Misija Clementine
Ultraviolet/Visible Camera (UV/Vis)
Near-Infrared Camera (NIR)
Long-Wave Infrared Camera (LWIR)
High Resolution Camera (HIRES)
Star Tracker Cameras
Laser Altimeter (LIDAR)
Bistatic Radar Experiment
Gravity Experiment
Charged Particle Telescope (CPT)
Plava boja označava mesto bogato
kapilarnom vodom.
Lunar Prospector je svoju misiu završio
31.7.1999. tako što je pao u krater
blizu južnog pola nakon čega je u
njemu otkrivena ledena voda zbog
materijala mesečeve površine koja se
podigla kao posledica udara
39. Primeri daljinske detekcije u astronomiji
• Doplerov efekat je pojava da usled relativnog kretanja prijemnika ili
izvora dolazi do menjanja frekvencije elektromagnetnog talasa.
Udaljavanje izvora vidimo kao crveni pomak ili pomak ka crvenom delu
spektra, a plavi pomak je približavanje izvora
• Fotometrija je precizno merenje blistavosti, boje i spektra zvezda i
drugih nebeskih tela kako bi se došlo do podataka o njihovoj strukturi,
temperaturi i sastavu. Grčki astronom i matematičar Hiparh primenio
je, oko 130. godine p.n.e., sistem kojim je zvezde podelio u šest
magnituda, od najsvetlijih do najtamnijih.
40. Primeri daljinske detekcije u astronomiji
• Spektroskopija je disciplina koja se bavi proučavanjem međudelovanja
elektromagnetnog zračenja i materije.
• Polarimetrija je merenje i interpretacija polarizacije transverzalnih talasa, najčešće
elektromagnetih talasa, kao što su radio ili svetlosni talasi. Tipično se polarimetrija
izvodi na elektromagnetnim talasima koji su prošli kroz, i koji su reflektovani,
refraktovani, ili difraktovani nekim materijalom da bi se karakterisao taj objekat
• Radio-astronomija je grana astronomije koja proučava pojave na nebu kroz
merenje osobina radio talasa koje posmatrane pojave zrače. Radio-astronomija je
nastala sredinom 20. veka otkrićem radio-zračenja koje potiče iz svemira. Do tada
se vasiona proučavala jedino preko posmatranja u vidljivom spektru. Godine 1933,
inženjer Karl Janski koji je radio za američku telefonsku kompaniju Bel, kada je
pokušavao da reši probleme koji su nastali u komunikaciji sa avionima, konstruisao
je antenu. Antena je radila na talasnoj dužini od 4 metra i pomoću nje je Janski
mogao da utvrdi vrste smetnji koje su se pojavljivale na telefonskim linijama.
Utvrdio je da postoje dve vrste smetnji, jedne koje su izazivala nevremena, dok se
za druge kasnije ispostavilo da su to kosmički izvori radio-zračenja.
41. Primeri daljinske detekcije u astronomiji
Danas najpoznatiji radio teleskopi su:
• Aresibo u Portoriku, prečnika 305 m, izgrađen 1963. godine
• Efelsberg 100-metarski radio teleskop, prečnika 100 m, izgrađen u
Nemačkoj 1971. godine
• Veliki milimetarski teleskop, prečnika 50 m, nalazi se u Portoriku, a
izgrađen je 2010. godine
• Jedni od najvećih i najvažnijih radio teleskopa interferometra:
• VLA teleskop u Novom Meksiku koji radi od 1980. godine
• Mreža teleskopa Alen u Kaliforniji izgrađen 2007. godine
• Mreža velikih milimetarskih Atakama teleskopa u Čileu izgrađen 2011.
godine
• Australijska mreža kompaktnih teleskopa aktivna od 1994.
• Kombinovana mreža teleskopa za istraživanja u milimetarskom talasnom
opsegu u Čileu
• Evropska mreža VLBI u Evropi aktivna od 1980. godine
• Gigantski metrotalasni teleskop u Indiji
• LOFAR u Holandiji od 2012. godine
• Mreža Murišonovih teleskopa koja snima u širokomm spektru, Australija,
od 2012. godine
