1 / 87

Visió sinòptica de la Teledetecció

Visió sinòptica de la Teledetecció. Màster en Teledetecció i Sistemes d’Informació Geogràfica UAB-CREAF 2013-2014. Dr. Xavier Pons Departament de Geografia, UAB. Teledetecció o Percepció remota (1/2) Definició:

morton
Télécharger la présentation

Visió sinòptica de la Teledetecció

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Visió sinòptica de la Teledetecció Màster en Teledetecció i Sistemes d’Informació GeogràficaUAB-CREAF 2013-2014 Dr. Xavier Pons Departament de Geografia, UAB

  2. Teledetecció o Percepció remota (1/2) • Definició: • Ciència i tecnologies que tenen per finalitat l’obtenció remota de dades a través de sensors, així com el seu processament i la seva anàlisi aplicats a l’observació, des de l’espai, des de l’aire o des del terreny, de la Terra, de l’Univers, dels fons marins, etc. • La teledetecció tant permet mesurar i fer seguiment de fenòmens (temperatura, etc) com identificar i fer seguiment d’entitats espacials (construccions humanes, etc).

  3. Teledetecció o Percepció remota(2/2) • L’obtenció remota implica que no calgui el contacte directe o total del sensor amb l’objecte d’estudi i, quan aquell no és o no retorna en un breu temps a les nostres mans, implica també la transmissió de les dades. • Utilitza com a font d'informació l'energia electromagnètica que emeten o reflecteixen els objectes (tot i que també altres senyals com ones mecàniques –so– o variacions de la gravetat). • En sentit ampli inclou tècniques com la fotografia aèria, la fotogrametria i la cartografia basada en les dades fornides pels satèl·lits artificials, els sonars, etc. En altres llengües: Teledetección, Remote Sensing, Télédétection, Telerilevamento, etc

  4. En el curs ens centrarem en la teledetecció basada en radiació electromagnètica

  5. La idea clau • Cada tipus d'objecte (un arbre, un conreu, una carretera, l'aigua, etc.) emet o reflecteix radiació de forma característica. •  Aquesta propietat permet identificar-los (visualment o algorísmicament) i és la base de la Teledetecció.

  6. Què es pretén? • Cartografiar amb un menor esforç que recórrer tot el territori (l’ortoimatge n’és el producte més bàsic) • Cartografiar amb un nivell conegut d’exactitud fenòmens que interessi mesurar de forma quantitativa

  7. Arròs Polígon industrial Nucli urbà Pineda Blat de moro Platja Aigua marina Vegetació de ribera Imatge Landsat-7 ETM+ [13-06-2002] (4-5-1) (1.5%, 3% Bsup)

  8. Les plataformes (1/2) • * Segons la posició: • Aèries (ex. avions [pressuritzats o no], globus, vehicles aeris no tripulats [UAV], etc) • La línia de Kármán, a uns 100 km per sobre de la superfície terrestre, és considerada freqüentment com la frontera entre l’atmosfera i l’espai exterior des d’un punt de vista aeronàutic. • Espacials (ex. satèl·lits, llançadores espacials, estacions espacials, etc) • Per sota dels 180 km, aproximadament, l’atmosfera és massa densa per a orbitar sense encendre’s per la fricció. Per sobre de 600-800 km, hi ha poca atmosfera i es pot quedar en òrbita de forma indefinida.

  9. Les plataformes (2/2) • * Segons el tipus d‘òrbita (en satèl·lits): • Geostacionaris (ex. Meteosat, GOES-E&W, GMS) • Heliosíncrons (ex. Landsat, SPOT, IRS) • Altres

  10. Les plataformes:Òrbites geostacionàries i heliosíncrones Dibuix original del Dr. Pau Alegre

  11. Les plataformes  Vegeu, amb el Gestor de Metadades de MiraMon (Presentació | Aspectes tècnics | Informació sobre la plataforma i el sensor), un exemple a partir de 197_13062002_4.img, ubicat al directori de l’assignatura “Mètodes Estadístics 2” (MEII).

  12. Els sensors * Segons la forma d'obtenció de les dades: Actius(ex. dades de radar o de lidar) Passius(ex. dades de fotografia aèria, radiòmetres de microones) * Segons el tipus d'informació enregistrada: Analògics (ex. càmera mètrica de fotografia aèria segle XX) Digitals (ex. sensors de satèl·lits) * Segons la regió espectral a què són sensibles: Òptics en el visible (l400-700 nm) Òptics en el visible i infraroig no tèrmic1(l400-2500 nm) Tèrmics (l4000-20000 nm) Microones (lcm) 1 Regió aproximada de l’espectre solar

  13. Passades ascendents i descendents • Les passades ascendents corresponen a la part de l'òrbita en què el satèl·lit està en moviment de sud a nord, mentre que les passades descendents corresponen a quan fa el moviment de nord a sud. • La majoria de plataformes heliosíncrones (quasi-)polars fan les passades descendents sobre l'hemisferi il·luminat pel Sol i retornen (passada ascendent, de sud a nord) quan és de nit a l’hemisferi oposat. • Els sensors que reben energia solar reflectida només prenen imatges de la superfície terrestre en les passades descendents. En canvi, els sensors actius o els sensors passius que reben radiació emesa poden captar també imatges durant les passades ascendents.

  14. Els sensors: Captació amb un escànner multispectral Font: http://edc.uss.gov/guides/landsat_mss.html Camp total de visió Direcció del moviment Camp de visió instantani Exemple per al Landsat MultiSpectral Scanner Sensor, MSS Font: Arbiol et al. (1986)

  15. Font: spaceimaging.com

  16. Píxel i Resolucions... (1/2) • Píxel: (Picture & element) L’element més petit que es pot resoldre, un cop captat i emmagatzemat. • Resolució: • Espacial: Grandària de l'objecte més petit que pot ser distingit en una imatge, però sovint definit com a dimensió del píxel. En realitat està lligada a l’IFOV, altura i velocitat d’avenç de la plataforma (en sensors òptics). A no confondre amb la distància de mostreig sobre el terreny (GSD), l’empremta(footprint, sensors actius) ni amb el camp d'observació, ni amb el costat de píxel. • Espectral: Regions espectrals abasta el sensor (per exemple, el VIS i l'IRp), nombre total de bandes i l'interval espectral de cadascuna.

  17. Píxel i Resolucions... (2/2) • Radiomètrica: Capacitat de discriminació de nivells diferents d’energia rebuda. Nombre de valors, diferents i discrets, que pot prendre cada píxel (e.g., 64, 256). En realitat també lligada a la radiància mínima i màxima, etc. • Temporal: Interval de temps entre dues cobertures d’una mateixa zona (nadiral i a l’Equador). A no confondre amb el temps de revisita, que pot ser molt superior degut als recorreguts orbitals, la capacitat d’apuntament o la dallada. Pot ser molt alterada per la nuvolositat en certs sensors. Noteu que existeix una resolució temporal i un temps de revisita de constel·lació. • Angular: Nombre i direcció dels angles en què, de forma aproximadament simultània, un sensor és capaç d'observar una escena. (exemples: MISR del Terra, amb 9 angles, CHRIS del PROBA, amb 5 angles, IRR que forma part de l'ATSR-2 de l'ERS-2, amb 2 angles). Interessant per a la identificació i seguiment d'aquelles cobertes que presenten una resposta poc lambertiana i per a certs estudis atmosfèrics que es beneficien d'observacions des de diferents angles.

  18. Tres punts de vista equivocadament enfrontats: • Entendre la TD com a: • “satèl·lits” + “sensors digital” + “anàlisi digital” • enfronta: • Aeri  Espacial • Sensor analògic  Sensor digital • Fotointerpretació  Anàlisi digital • Però aquesta concepció només empobreix les possibilitats: Cal aprofitar tots els recursos de dades i mètodes.

  19. Dues grans maneres de tractar les dades: * Anàlisi visual o fotointerpretació  “Intel·ligent”  Els millors resultats en categories heterogènies  Excel·lent aproximació als usos  Cara i poc operativa a la llarga * Anàlisi digital  Objectiva  Pot considerar moltes més variables simultàniament (multispectral, multitemporal, MDT, etc)  Ràpida, i cada cop més  Excel·lent aproximació a les cobertes  És possible fer cartografia de variables quantitatives  Primera inversió més cara. Argument avui obsolet

  20. Cadena típica de processament de les imatges: • Preprocessament: • * Correcció geomètrica. • * Correcció radiomètrica. • * Tractaments visuals diversos (realç de contorns, augment de contrast, etc). • Processament en si: • * Estudis de resposta espectral. • * Classificació: Tècniques visuals o digitals (supervisades o no). • Volem: •  Un ús concret (incendis, etc). •  Obtenir un mapa per a aplicacions cartogràfiques en general. • * Models Digitals continus (de temperatura, biomassa, etc). • * Anàlisi: •  Sistemes d'Informació Geogràfica.

  21. Quatre conceptes bàsics en la representació d'imatges de Teledetecció: 1/ Imatge en B/N (o en escala de grisos). Un sol canal espectral. Mínima resposta del sensor en negre i màxima en blanc. 2/ Imatge en color natural (o en color real). Tres canals espectrals corresponents a la regió espectral dels tres colors fonamentals, visualitzats simultàniament, cadascun projectat a través del canó de color que realment representa. 3/ Imatge en color fals. Tres canals espectrals corresponents a qualsevol regió espectral, visualitzats simultàniament, cadascun projectat a través del canó d'un dels tres colors fonamentals. 4/ Imatge en pseudocolor o de color amb paleta. Una sola imatge, normalment resultat d'una classificació. Colors arbitràriament atribuïts a cada classe.

  22. Alguns conceptes addicionals (1/2) • Bandat (striping): Radiometria desigual en files o en columnes de la imatge; sol donar un aspecte de bandejat regular. En els sensors d’escaneig transversal podem trobar striping horitzontal quan escannegen més d'una línia alhora i els detectors no estan igualment calibrats o bé si en el camí d'anada i tornada del mirall hi ha alguna diferència. En els sensors de barreta podem trobar striping vertical si algun dels centenars o milers de detectors de la barreta no estan ben calibrats. El banda sol ser visible sobre superfícies homogènies (aigua) i quan la resolució radiomètrica és alta. • Nadir: Punt del terreny situat verticalment sota el sensor. Si la vista és vertical, és al centre de la imatge.

  23. Alguns conceptes addicionals (2/2) • IFOV: (Instantaneous field of view) Mínima secció angular que capta el sensor. Se sol expressar en radiants i determina, juntament amb la distància sensor-objecte, la grandària del píxel. El sensor MSS té un IFOV de 0.086 mrad i és a 920 km  resolució espacial de 79 m al nadir. • FOV: (Field of view) Angle total que capta el sensor, habitualment en sentit transversal a l’avanç. • Dallada (swath): L’ample total que capta el sensor sobre el terreny, típicament en km. • Nota: Els sensors CASI-2 i CASI-3 tenen un IFOV similar, però en canvi, la dallada del CASI-3 és gairebé 3 cops superior perquè escanneja 1500 píxels simultàniament vs. els 512 de CASI-2.

  24. Dos exemples ja clàssics en Teledetecció (1/2) NOTES: (1) Canal TM6 (infraroig tèrmic): resolució espacial inferior (120 m) (2) Canal P (pancromàtic): resolució espacial superior (10 m) (3) Canal P (pancromàtic): resolució espectral inferior (6 bits, 64 n.g.)

  25. Dos exemples ja clàssics en Teledetecció (2/2)

  26. Un exemple més recent: MODIS (1/2) Acrònim de MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer, espectroradiòmetre captador d'imatges de resolució moderada. Sensor de teledetecció instal·lat a bord dels satèl·lits Terra i Aqua i destinat majoritàriament a l'estudi de la temperatura de la superfície de la terra, de l'oceà, productivitat primària, cobertes vegetals, núvols, aerosols, vapor d'aigua, perfils de temperatura i incendis. En la seva configuració més típica, permet obtenir imatges en les regions espectrals del VIS, IRp, IRoc, IRom i IRol, amb una resolució espacial al nadir de 250 m en el VIS i IRp (bandes 1 i 2), 500 m en el VIS, IRp i IRoc (bandes 3 a 7) i de 1000 m en el VIS, IRp, IRoc, IRom i IRol (bandes 8 a 36). Les seves imatges es capturen amb una tecnologia d'escanneig, que permet distribuir escenes que solen presentar una dallada d'uns 2330 km.

  27. Un exemple més recent: MODIS (2/2) Informació tècnica del sensor: General: FOV (º): 110.00 (perpendicular a la traça) Dallada (km): 2330 Subsistemes: IFOV (mrad): 0.3510 / 0.6816 / 1.2338 Resolució espacial (m): 250 / 500 / 1000 Nombre de mostres (columnes): 9320 / 4660 / 2330 Bandes espectrals (longitud d’ona, nm): • 01: [620,670]; 02: [841,876]; • 03: [459,479]; 04: [545,565]; 05: [1230,1250]; 06: [1628,1652]; 07: [2105,2155]; • 08: [405,420]; 09: [438,448]; 10: [483,493]; 11: [526,536]; 12: [546,556]; 13: [662,672]; 14: [673,683]; 15: [743,753]; 16: [862,877]; 17: [890,920]; 18: [931,941]; 19: [915,965]; 20: [3660,3840]; 21: [3929,3989]; 22: [3929,3989]; 23: [4020,4080]; 24: [4433,4598]; 25: [4482,4549]; 26: [1360,1390]; 27: [6535,6895]; 28: [7175,7475]; 29: [8400,8700]; 30: [9580,9880]; 31: [10780,11280]; 32: [11770,12270]; 33: [13185,13485]; 34: [13485,13785]; 35: [13785,14085]; 36: [14085,14385]

  28. Un altre exemple més recent: IKONOS-2 (1/2) IKONOS: Sèrie de satèl·lits d'òrbita heliosíncrona, polar, circular, gestionada pel GeoEye i destinada al proveïment d'imatges comercials d'alta resolució. El satèl·lit IKONOS-1 va fallar al seu llançament, el 27 d'abril de 1999; el satèl·lit IKONOS-2, a una altitud nominal de 681 km al perigeu i 709 km a l'apogeu, va ser llançat el 24 de setembre de 1999. Principal sensor: OSA.

  29. Un altre exemple més recent: IKONOS-2 (2/2) OSA: Acrònim d'Optical Sensor Assembly, muntatge de sensor òptic. Sensor destinat majoritàriament a l'obtenció d'imatges d'elevat detall espacial i de MDE. Permet obtenir imatges en les regions espectrals del VIS i l'IRp amb una resolució espacial al nadir més detallada que 1 m a la banda pancromàtica (denominada PAN) i d'uns 4 m a les multispectrals (denominades amb el prefix MS). Les seves escenes presenten una resolució radiomètrica d'11 bits, es capturen amb una tecnologia d'empenta i es distribueixen amb una cobertura territorial d'11 km. El satèl·lit presenta capacitat d'apuntament en totes direccions, amb un camp d'observació d'uns 820 km. El temps de revisita és d'uns 3 dies. Informació tècnica del sensor: FOV (°)[c]: 0.92546 (± 30 apuntament lateral) Dallada (km): 11.0000 ([c] 817.054 camp d'observació) IFOV (mrad)[c]: 0.001204 (PAN), 0.005874 (MS) Resolució espacial (m) (PAN): 0.82 (nadiral),1.171 ([c] cas més extrem d'apunt. lateral) Resolució espacial (m) (MS): 4 (nadiral), 5.714 ([c] cas més extrem d'apunt. lateral) Nombre de mostres (columnes)[c]: 13414 (PAN) 2750 (MS) - (FOV/IFOV) Bandes espectrals (longitud d'ona, nm): PAN: [526,929]; MS01: [445,516]; MS02: [506,595]; MS03: [632,698]; MS04: [757,853]

  30. El nínxol de Landsat

  31. Característiques importants de la teledetecció en general:  La visió vertical permet un dimensionat òptim i, per tant, la millor cartografia.  Mesurar, quantificar  Mostreig quasi-continu sobre el territori.  Baix cost si ho comparem amb altres tècniques de cartografia convencional.

  32. Teledetecció vs. treball de camp • Dos móns idealment complementaris, però... • Des de baix no es dimensiona bé • Des de baix es veuen coses que poden ser importants • Potser cal renunciar a certa informació perquè no es pot recollir tot • És impossible de recórrer tot el territori • Necessitat d'informació fàcilment actualitzable • L’exactitud en la ubicació no és un bé absolut en tots els casos: • - Té sentit la precisió planimètrica tradicional quan en vegetació no és infinitament millorable? • - Quines implicacions té això en la formació de bases de dades SIG? (superposició conflictiva, tolerància)

  33. Característiques importants addicionals del tractament digital:  Exactitud i objectivitat de la cartografia resultant (d'acord amb la relació [resolució del sensor]/[escala del mapa]).  Cost encara més baix que amb fotointerpretació.

  34. Característiques importants de la teledetecció espacial:  Dades ja informatitzades (argument a desaparèixer).  Repetitivitat en l'obtenció de les dades (ex. 16 dies en Landsat).  Especial riquesa de la informació multispectral i multitemporal  Visió sintètica de grans àrees en pocs segons.  FOV petit (ex.15° vs 45°)  menys deformacions.  Cost encara més baix que amb mitjans aeris.

  35. Principals problemes tècnics de la teledetecció espacial: * Insuficient resolució espacial (argument cada cop menys vàlid). * Insuficient capacitat de procés dels equips en augmentar la resolució espacial, espectral o radiomètrica o temporal. (dolç problema, però!)

  36. Principals problemes tècnics de l'anàlisi digital: • * Elements geogràfics repartits entre dos píxels. • * Efectes d'il·luminació diferencial. •  Tots ells també presents a la fotointerpretació, però en ella són més suavitzables.

  37. ALGUNS EXEMPLES

  38. Detecció de focs: Focs actius al llevant peninsular (Juliol del 94). Imatge NOAA Cartografia d’incendis: Prades 1985, 1986 Recurrència de focs a Catalunya 1975-1998

  39. Recuperació de la vegetació després dels focs:

  40. Cartografia de vegetació i usos del sòl: Imatge IRS València Color natural, Fals color Medi urbà: Ikonos Barcelona Ikonos Washington

  41. Breu història de la teledetecció • Finals 1850's: Primeres fotografies des d'un globus • 1909: Wright pren la primera fotografia des d'un avió • 1915: Primera cambra mètrica • 1940-45: Desenvolupament de les emulsions en IRC i del radar • 1957: Llançament de l'Sputnik • 1960: Primer satèl·lit sèrie TIROS • 1969: L'Apollo-9 porta 4 cambres amb diferents filtres • 1972: Llançament del Landsat-1 (ERTS)

  42. Altres fites importants (1/2) • 1964: El Nimbus-1, llançat el 28 d'agost, porta el sensor HRIR (High Resolution Infrared Radiometer), que introdueix la tecnologia d’escaneig transversal per a imatges en l’IR i que continuarà en els satèl·lits 2 i 3 de la sèrie i en moltes altres plataformes. • Detalls: IRom [3500,4100 nm (a Nimbus-1 i 2); 3400,4200 nm (a Nimbus-3)] i, en el cas de Nimbus-3, amb una segona banda en l’IRp [700,1300 nm]. Resolució espacial de 8 km (8.5 a N-3) i dallada de 3000 km. • 1978: SASS (SeaSat-A Scatterometer System): Primer dispersòmetre de vent instal·lat en una plataforma satel·litària (SeaSat), operatiu del 27 de juny al 10 d'octubre de 1978. De fet, SeaSat va ser la primera missió espacioportada de SAR destinada a usos civils. • Detalls: Microones (banda Ku [14.599 GHz]). Resolució espacial de 50 km i dallada entre 500 i 750 km. • 2006: Rússia llança el seu primer satèl·lit d’observació de la Terra enterament civil, el RESURS-DK amb el seu sensor Geoton-1, que permet prendre imatges en 4 bandes VIS-IRp amb 1 m de resolució espacial en pancromàtic i 2-3 m en multispectral.

  43. Altres fites importants (2/2) • Més dades a: http://spaceflight.nasa.gov/history/shuttle-mir/references/documents/mirhh-part2.pdf (podeu canviar 2 per 1)

  44. La TD a l'Estat espanyol i internacionalment (1/5) • Grupo de Trabajo en Teledetección  Asociación Española de Teledetección (1989) • Congressos estatals biennals: • Barcelona (1985) - València (1987) - Madrid (1989) - Sevilla (1991) - Gran Canaria (1993) - Valladolid (1995) - Santiago de Compostela (1997) - Albacete (1999) - Lleida (2001) - Cáceres (2003) – Tenerife (2005) – Argentina (2007) – Calatayud (2009) – Mieres (2011) – Torrejón de Ardoz (2013) • Revista de Teledetección (semestral) • Directori ¿Quién es quien? • Sociedad Española de Cartografía, Fotogrametría y Teledetección • Jornades de treball sobre temes concrets

  45. La TD a l'Estat espanyol i internacionalment (2/5) • Institut Cartogràfic de Catalunya (ICC) • www.icc.cat. Molta tradició en TD (ortoimatges, cartografia temàtica, etc), projectes internacionals. TD aeroportada (CASI, etc). • Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) • www.inta.es. NPOC. TD aeroportada (ATM, etc). • Agencia Medioambiente Junta Andalucía, Universitats i Centres de Recerca (IEEC, CREAF - Geografia UAB, València, Alcalá, Valladolid, etc). Instituto Geográfico Nacional, etc.

  46. La TD a l'Estat espanyol i internacionalment (3/5) • Europa ~ global • European Space Agency (ESA):www.esa.int Satèl·lits Meteosat, ERS, Envisat, etc • European Association of Remote Sensing Laboratories(EARSeL): www.earsel.org • Europa. Altres • França: Centre National d’Études Spatiales (CNES): www.cnes.fr. Groupement pour le Développement de la Télédétection Aérospatiale (GDTA): www.gdta.fr. • Regne Unit: Remote Sensing and Photogrammetry Society (RSPSoc): www.rspsoc.org

  47. La TD a l'Estat espanyol i internacionalment (4/5) • Estats Units d’Amèrica • American Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ASPRS) • www.asprs.org Congressos i jornades diversos. PE&RS • National Aeronautics and Space Administration (NASA) • www.nasa.gov Centres, com el Goddard(Maryland) o el Jet Propulsion Laboratory (Califòrnia). Sèries de satèl·lits com Terra. • National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) • www.noaa.gov Sèries de satèl·lits NOAA i GOES • United States Geological Survey (USGS) • www.usgs.gov EROS Data Center. Distribució d’imatges (Landsat, etc)

  48. La TD a l'Estat espanyol i internacionalment (5/5) • Japó • Japan Aerospace eXploration Agency (JAXA) • Internacional • Sociedad de Expertos Latinoamericanos en Percepción Remota (SELPER) • www.selper.org Congressos biennals. Butlletí. • International Society for Photogrammetry and Remote Sensing (ISPRS) • www.isprs.org Congressos cada 4 anys (..., Amsterdam 2000, Istanbul 2004, Beijing 2008,...)

  49. TD satel·litària vs. aeroportada (1/2) • Aspectes positius • Vols “a la carta” des del punt de vista de: • data (meteorologia, fenologia) • aspectes tècnics configurables: resolució espacial, espectral, radiomètrica, etc. • Possibilitat d’abordar temes de caràcter urgent (quantificar àrees malmeses per incendis, desastres, etc)

  50. TD satel·litària vs. aeroportada (2/2) • Aspectes negatius i limitacions • Menor camp de visió total (visió menys sinòptica) • Rectificació geomètrica habitualment més complexa que amb dades de satèl·lit • Cost molt superior

More Related