UVOD U DALJINSKU DETEKCIJU

predavač spec.ing.geom. Čedomir Stanković

Predavanje u okviru projekat“Astronomija selu u pohode” kojirealizuje AD “Alfa” uz porškuCentra za promociju nauke.

UVOD U DALJINSKU DETEKCIJU

Daljinska detekcija je metoda skupljanjainformacija o nekom objektu ili fenomenupomoću uređaja za snimanje i istraživanje urealnom vremenu koji nije u bliskom fizičkomkontaktu s objektom.

• Osmatranje Zemlje• Meteorološka snimanja• Praćenje trudnoće (Ultrazvuk)• Marnetna rezonanca (MRI)• Pozitronska emisijska tomografija (PET)

SAR - slika Doline smrti obojena metorom polarimetrije

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

DALJINSKA DETEKCIJA KROZ ne tako davnu ISTORIJU

• Posle 1883. godine kada je bila erupcija vulkana Krakatau,tadašnji meteorolozi su pratili dešavanja u atmosferi narednihnekoliko godina. Fenomen koji su primetili su nazvali"equatorial smoke stream„. Radi se o prvoj vizuelnoj detekcijiDžeta

• 1902. godine je otkrivena stratosfera

• 1930. je pronađena radio sonda

• 1944. prvi radar za detektovanje uragana

• 1948. prvo uspešno rano upozorenje na tornado

Prva vremenska mapa Severne Amerike sa iscrtanim frontovima

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

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

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 jesunce oko zenita i kadaje vegetacija niska

• Pravac kretanja avionaSever – Jug

• Visina leta zavisi odrazmere u kojoj se snima

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)

AERO FOTOGRAMETRIJADa bi se snimak mogao napraviti, potrebno je ijoš:• 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 prividnokreće, 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 centralnuliniju u pravcu leta aviona - istovremeno seprati i kurs leta

• Kontrola i regulacija poprečnog preklopa prekoniza zakrivljenih linija (ekscentrične spirale).Linije treba da se kreću istom brzinom kao iteren.

AERO FOTOGRAMETRIJAZeiss 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 nagibakamere ω i Φ, kursa i zakošenja, datuma ivremena, kao i automatska kontrola zakošenjai preklopa.

• Zeiss Jena – LMK 2000 (objektivi sa 89, 152,210, 305mm, AWAR=76L/mm, FMC do64mm/s, srednja radijalna distorzija manja od2µm, 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, odvojenakontrola jedinica, FMC, standardizovane kasetesa filmom)

AERO FOTOGRAMETRIJA

Stereoskop sa ogledalima

Za dobijanje jednog aero fotograskog snimka neophodan je jedna stereo par

AERO FOTOGRAMETRIJA

Aero fotografski snimak dela Ade Ciganlije

DIGITALNA AERO FOTOGRAMETRIJADigitalne 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

DIGITALNA AERO FOTOGRAMETRIJA

U rizičnim zonama, moguće je slati malebespilotne letelice koje su opremljenenajsavremenijim senzorima za merenjetoplote, radijacije i emisije stetnih i otrovnihgasova. Takođe mogu biti opremljeni zaranu detekciju požara, malih divljihdeponija, nalaženje i identifikaciju lokacijakoja su kontaminirana azbestom, analizutermalnih i hemijskih promena u tekućim istajaćim vodama, detekciju usevnih kultura.

DIGITALNA AERO FOTOGRAMETRIJASa druge strane, bespilotne leteliceza potrebe aerofotogrametrijskihsnimanja mogu dosta olakšatiposao. Tako su 23. maja 2014.godine, u prostorijama Republičkoggeodetskog zavoda (RGZ),predstavnici preduzeća Livonad.o.o, regionalnog distributeraameričke kompanije Trimble,prezentovali karakteristike tipičnihbespilotnih aerofotogrametrijskihsistema (BAS), kao nove tehnologijekoja se ubrzano razvija, saakcentom na velikim potencijalimaprimenjivosti u geodeziji i srodnimstrukama (rudarstvo, šumarstvo,poljoprivreda, urbanizam).

DIGITALNA AERO FOTOGRAMETRIJAKomplet 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.

World View - 1World View - 2World View - 3

Radarsat 1Radarsat 2

TerraSAR – X EnvisatPALSAR

Quick BirdGEOEYE - 2

SLEDEĆI SU SATELITI

• 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, glečeristalni led i njegovo kretanje

JEDNE OD METODA SNIMANJA I DETEKCIJE

DEM, DTM, DSM

DEM ili digitalnielevacioni model jesnimak površineZemlje (ili nekedruge planete iliasteroida) sa svimelementima koji jeprate (vegetacija,objekti, zgrade...)

Na slici je DEM 3Dprikaz TithoniumChasma sa Marsa savelikom količinomdetalja na prikazu.

DEM, DTM, DSM

DTM je najosnovnija komponenta DEMaDok sa druge strane DSM predstavlja puniju sliku predela koji je obuhvaćen.

DEMDSM DTM

TerraSAR-X

HRWS

TanDEM-X

TerraSAR-X2

2015

~ 2019

2010

2007

TerraSAR/

PAZ

Constellation

2013

WorldSAR

Constellation

2017

SAR (Sintetic Aperture Radar) KAPACITETI I BUDUĆI PLANOVI

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)

• 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

Detaljni monitoring kretanja tla iznad podzemne železnice

Vigriranje

Heterogeno sleganje

-30 +30mm/11 dana

Detaljni monitoring kretanja aerodromske piste koja je na stubovima iznad mora

Priobalne vetrenjače

Santa leda Kopno

Brodovi

TSX Automatsko detektovanje brodova i ostalih

plocećih obijekata i tela

Brod Golar Arctic (dužina:

279m)

Nysted Windfarm, Denmark

TerraSAR-X StripMap © DLR

Obalska straža

LiDARLiDAR = Svetlosna detekcija i rangiranje

je radarska tehnologija DEMa visoke rezolucije sa vertikalnom tačnošću od oko10cm. LiDAR tehnologija radi po principu lasera uz neizostavnu asistenciju GPS iINS (internacionalni navigacioni sistem). On radi po principu laserskog skeningagde se viši detekcija reflektovane svetlosti. Metodom LiDAR se može snimatiteren i noću kao i pri uslovima smanjene vidljivosti.

LiDAR metoda snimanja se takođe može koristiti za čuvanje tačnog oblika fasadazgrada i istorijskih lokaliteta. Koristi se i u saobraćajnim nesrećama da se napraviprecizan 3D digitalni model oštećenja radi detaljne obrade i komjuterskesimulacije

LiDAR

Primeri daljinske detekcije u astronomiji

Primeri daljinske detekcije u astronomiji

Primeri daljinske detekcije u astronomijiPovršina Venere snimljena Magelanom, tehnologijom SAR (Sintetic Aperture Radar)

Površina Venere snimljena Magelanom, tehnologijom SAR (Sintetic Aperture Radar)

Površina Venere snimljena Magelanom, tehnologijom SAR (Sintetic Aperture Radar)

Površina Venere snimljena Magelanom, tehnologijom SAR (Sintetic Aperture Radar)

Misija Clementine

Reljef na Mesečevoj površini je snimila Klementina metodom LiDAR

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 ExperimentGravity ExperimentCharged Particle Telescope (CPT)

Plava boja označava mesto bogato kapilarnom vodom.

Lunar Prospector je svoju misiu završio31.7.1999. tako što je pao u kraterblizu južnog pola nakon čega je unjemu otkrivena ledena voda zbogmaterijala mesečeve površine koja sepodigla kao posledica udara

Primeri daljinske detekcije u astronomiji

• Doplerov efekat je pojava da usled relativnog kretanja prijemnika iliizvora dolazi do menjanja frekvencije elektromagnetnog talasa.Udaljavanje izvora vidimo kao crveni pomak ili pomak ka crvenom deluspektra, a plavi pomak je približavanje izvora

• Fotometrija je precizno merenje blistavosti, boje i spektra zvezda idrugih nebeskih tela kako bi se došlo do podataka o njihovoj strukturi,temperaturi i sastavu. Grčki astronom i matematičar Hiparh primenioje, oko 130. godine p.n.e., sistem kojim je zvezde podelio u šestmagnituda, od najsvetlijih do najtamnijih.

Primeri daljinske detekcije u astronomiji

• Spektroskopija je disciplina koja se bavi proučavanjem međudelovanjaelektromagnetnog zračenja i materije.

• Polarimetrija je merenje i interpretacija polarizacije transverzalnih talasa, najčešćeelektromagnetih talasa, kao što su radio ili svetlosni talasi. Tipično se polarimetrijaizvodi 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 krozmerenje osobina radio talasa koje posmatrane pojave zrače. Radio-astronomija jenastala sredinom 20. veka otkrićem radio-zračenja koje potiče iz svemira. Do tadase vasiona proučavala jedino preko posmatranja u vidljivom spektru. Godine 1933,inženjer Karl Janski koji je radio za američku telefonsku kompaniju Bel, kada jepokušavao da reši probleme koji su nastali u komunikaciji sa avionima, konstruisaoje antenu. Antena je radila na talasnoj dužini od 4 metra i pomoću nje je Janskimogao da utvrdi vrste smetnji koje su se pojavljivale na telefonskim linijama.Utvrdio je da postoje dve vrste smetnji, jedne koje su izazivala nevremena, dok seza druge kasnije ispostavilo da su to kosmički izvori radio-zračenja.

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

Hvala na pažnji