10.02.2015 Views

Określanie wybranych wskaźników ilościowych z obrazów ... - AGH

Określanie wybranych wskaźników ilościowych z obrazów ... - AGH

Określanie wybranych wskaźników ilościowych z obrazów ... - AGH

SHOW MORE
SHOW LESS

You also want an ePaper? Increase the reach of your titles

YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.

Określanie <strong>wybranych</strong> wskaźników ilościowych z obrazów satelitarnych<br />

Teledetekcja i fotogrametria II, GiK - WGGiIŚ <strong>AGH</strong> w Krakowie<br />

Określanie <strong>wybranych</strong> wskaźników ilościowych z obrazów satelitarnych<br />

Cel<br />

Głównym celem ćwiczeń jest zapoznanie się ze sposobem obliczania wskaźników ilościowych na<br />

podstawie <strong>wybranych</strong> kanałów spektralnych obrazu wielospektralnego z satelity Landsat 7.<br />

Środkiem do osiągnięcia celu jest opracowanie i analiza dwóch map tematycznych: mapy<br />

temperatury radiacyjnej oraz mapy indeksu wegetacyjnego.<br />

Zagadnienia<br />

I. Zapoznanie się z dostępnymi materiałami.<br />

II. Opracowanie mapy temperatury radiacyjnej powierzchni Ziemi<br />

1. Konwersja wartości cyfrowych kanału termalnego na luminancję spektralną Lλ.<br />

2. Przeliczenie luminancji spektralnej Lλ kanału termalnego na wartości temperatury<br />

radiacyjnej T [K].<br />

3. Obliczenie temperatury radiacyjnej w °C.<br />

4. Analiza mapy temperatury radiacyjnej.<br />

5. Obliczenie powierzchni obszaru o określonej temperaturze radiacyjnej.<br />

III. Obliczenie indeksu wegetacyjnego<br />

1. Opracowanie mapy indeksu wegetacyjnego NDVI<br />

2. Analiza wartości indeksu NDVI dla poszczególnych kategorii uŜytkowania terenu<br />

3. Obliczenie powierzchni obszaru pokrytego roślinnością.<br />

Materiały<br />

klon\pracownicy\awrobel\3_GiK\Albedo\albedo_dane_ilwis\<br />

• albedo.rpr, temperatura.rpr, NDVI.rpr – pliki z paletą kolorów<br />

• krakow.dom, albedo.dom, temperatura.dom, NDVI.dom – pliki z dziedziną<br />

• 8 kanałów spektralnych zarejestrowanych przez radiometr ETM+ satelity Landsat 7 z<br />

7 maja 2000 roku:<br />

Dane Landsat 7 λ (μ m) Rozdzielczość<br />

(m)<br />

krak1 kanał 1 - niebieski 0.45÷0.52 30<br />

krak2 kanał 2 - zielony 0.53÷0.61 30<br />

krak3 kanał 3 – czerwony (RED) 0.63÷0.69 30<br />

krak4 kanał 4 – bliska podczerwień (NIR) 0.78÷0.90 30<br />

krak5 kanał 5 – średnia podczerwień 1.55÷1.75 30<br />

krak6 kanał 6 - termalny 10.40÷12.50 60<br />

krak7 kanał 7 – średnia podczerwień 2.09÷2.35 30<br />

krak8 kanał 8 - panchromatyczny 0.52÷0.90 15<br />

• klon\pracownicy\awrobel\3_GiK\Albedo\orto.jpg – fragment ortofotomapy ze zdjęć<br />

lotniczych.<br />

opracowanie Monika Badurska


Określanie <strong>wybranych</strong> wskaźników ilościowych z obrazów satelitarnych<br />

Teledetekcja i fotogrametria II, GiK - WGGiIŚ <strong>AGH</strong> w Krakowie<br />

Wprowadzenie teoretyczne<br />

Albedo i temperatura radiacyjna<br />

Głównym źródłem energii na Ziemi jest promieniowanie słoneczne, które moŜe być<br />

odbite przez powierzchnię Ziemi (lub przez chmury) albo teŜ pochłonięte. Powierzchnia<br />

Ziemi, poniewaŜ ma temperaturę wyŜszą niŜ zero bezwzględne, emituje energię cieplną.<br />

Znajomość stopnia odbijania promieniowania słonecznego oraz wielkości emitowanej energii<br />

cieplnej są wielkościami potrzebnymi do modelowania zjawisk zachodzących w środowisku,<br />

w tym zmian zagospodarowania terenu i zmian klimatycznych. NaleŜy zaznaczyć, Ŝe<br />

w naszym przypadku, analizujemy odbicie promieniowania krótkofalowego jakie wysyła<br />

Słońce (maksimum energii dla fali 0,5 µm), i emisję promieniowania cieplnego Ziemi<br />

o większej długości (najsilniejsze jest dla długości fali ok. 10µm).<br />

Ta część promieniowania słonecznego, która podlega odbiciu jest nazywana albedo Ziemi.<br />

Albedo (z łac. „białość”) definiowane jest, jako stosunek ilości energii promieniowania<br />

odbitego do całkowitej energii promieniowania padającego na daną powierzchnię. Jest ono<br />

parametrem określającym zdolność odbijania promieniowania słonecznego przez daną<br />

powierzchnię. Albedo moŜe przyjmować wartości od 0 (co oznacza brak odbicia) do 1 (całe<br />

padające promieniowanie jest odbijane). MoŜe być równieŜ wyraŜone w %. NatęŜenie<br />

promieniowania odbitego uzaleŜnione jest od całkowitego promieniowania słonecznego oraz<br />

od charakteru powierzchni odbijającej, jej barwy, szorstkości, zawartości wilgoci, ale takŜe<br />

duŜy wpływ ma kąt padania promieni słonecznych oraz wysokość słońca nad horyzontem.<br />

Promieniowanie cieplne jest praktycznie jedynym rodzajem promieniowania, które<br />

w niektórych przypadkach moŜemy uznać za równowagowe. W stanach ustabilizowanych<br />

(tzn. gdy ciało ma cały czas jednakową temperaturę) w wyniku nieprzerwanej wymiany<br />

energii między ciałem i promieniowaniem następuje stan równowagi, tzn. ciało w jednostce<br />

czasu pochłania tyle energii, ile wypromieniowuje. Do ilościowego scharakteryzowania<br />

promieniowania słuŜy spektralna zdolność emisyjna ciała R, natomiast zdolność ciała do<br />

pochłaniania padającego na nie promieniowania jest scharakteryzowana spektralną zdolnością<br />

absorpcyjną A. Obydwie zdolności zaleŜą od natury ciała, jego temperatury i róŜnią się w<br />

zaleŜności od długości fali promieniowania. Spektralna zdolność emisyjna ciała jest to moc<br />

promieniowania jednostki powierzchni ciała w przedziale jednostkowym częstości (długości<br />

fali) promieniowania. Spektralna zdolność absorpcyjna A jest to stosunek ilości energii<br />

promieniowania pochłoniętego do całkowitej ilości energii promieniowania padającego na<br />

dane ciało w przedziale jednostkowym częstości promieniowania. Całkowita zdolność<br />

emisyjna danego ciała jest to suma (po wszystkich częstościach) spektralnej zdolności<br />

emisyjnej.<br />

Ciało, które jest zdolne do całkowitego pochłaniania promieniowania dla wszystkich<br />

częstości dla dowolnej temperatury nazywa się ciałem doskonale czarnym. W rezultacie<br />

zdolność absorpcyjna ciała doskonale czarnego jest równa 1 dla wszystkich częstości<br />

promieniowania i temperatur (A=1). W przyrodzie ciała doskonale czarne nie występują,<br />

dlatego często definiuje się pojęcia ciała doskonale szarego, przez które rozumie się ciało, dla<br />

którego zdolność absorpcyjna jest stałą mniejszą od jedności (A


Określanie <strong>wybranych</strong> wskaźników ilościowych z obrazów satelitarnych<br />

Teledetekcja i fotogrametria II, GiK - WGGiIŚ <strong>AGH</strong> w Krakowie<br />

Podstawowe prawa promieniowania cieplnego<br />

(źródło: http://cmf.p.lodz.pl/posmykiewicz/wyklady_wl/wyklad_25/wyklad_w25.htm)<br />

Prawo Kirchhoffa.<br />

Kirchhoff określił zaleŜność między spektralną zdolnością emisyjną i spektralną zdolnością<br />

absorpcyjną ciał. Stosunek spektralnej zdolności emisyjnej do spektralnej zdolności absorpcyjnej<br />

nie zaleŜy od natury ciała, jest on dla wszystkich ciał uniwersalną funkcją częstości (długości fal)<br />

i temperatury. W rezultacie, zgodnie z prawem Kirchhoffa, dla wszystkich ciał stosunek<br />

spektralnej zdolności emisyjnej do spektralnej zdolności absorpcyjnej jest równy spektralnej<br />

zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego dla danej temperatury.<br />

Prawo Stefana-Boltzmanna.<br />

WaŜnym zadaniem teorii promieniowania cieplnego jest określenie zaleŜności zdolności<br />

emisyjnej ciała od częstości promieniowania i temperatury. WaŜnym zadaniem teorii<br />

promieniowania cieplnego jest określenie zaleŜności zdolności emisyjnej ciała od częstości<br />

promieniowania i temperatury. Stefan i Boltzmann rozwiązali to zadanie częściowo, ustalając<br />

zaleŜność między całkowitą zdolnością emisyjną a temperaturą.<br />

Całkowita zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego jest proporcjonalna do czwartej<br />

potęgi temperatury.<br />

E ecz =σ T 4<br />

σ - stała Stefana-Boltzmanna, jej wartość wyznaczona eksperymentalnie jest równa<br />

5,67 ⋅10 -8 W /(m 2 ⋅ K)<br />

Prawo Wiena<br />

Wien ustalił zaleŜność między długością fali λ max odpowiadająca maksymalnej wartości<br />

funkcji spektralnej zdolności emisyjnej a temperaturą. Długość fali λ max odpowiadająca<br />

maksymalnej wartości spektralnej zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego jest<br />

odwrotnie proporcjonalna do jego temperatury.<br />

λ = b<br />

max<br />

T<br />

b – stała Wiena, jej wartość wyznaczona doświadczalnie wynosi 2,9 ⋅10 -3 m⋅ K<br />

Prawa Stefana-Boltzmanna i Wiena odgrywają waŜną rolę, ale są one tylko prawami<br />

częściowymi – nie dają ogólnego obrazu rozkładu energii w zaleŜności od częstości dla<br />

równych temperatur.<br />

Prawo Plancka<br />

WyraŜenia na spektralną zdolność emisyjną podał niemiecki fizyk M.Planck. Zgodnie<br />

z zaproponowaną przez Plancka hipotezą kwantową, oscylatory atomowe wysyłają energię<br />

nie w sposób ciągły, a określonymi porcjami – kwantami. Planck wyprowadził wzór na<br />

uniwersalną funkcję Kirchhoffa, która w sposób doskonały zgadzała się z danymi<br />

eksperymentalnymi dotyczącymi rozkładu energii w widmie ciała doskonale czarnego<br />

w zaleŜności od wszystkich częstości od 0 do nieskończoności dla róŜnych temperatur.<br />

Emitancja spektralna (gęstość monochromatyczna natęŜenia napromienienia) ciała doskonale<br />

czarnego jest funkcją temperatury tego ciała i długości fali:<br />

2<br />

2πc<br />

h 1<br />

Iλ<br />

= •<br />

5 hc / kT<br />

λ e −1


Określanie <strong>wybranych</strong> wskaźników ilościowych z obrazów satelitarnych<br />

Teledetekcja i fotogrametria II, GiK - WGGiIŚ <strong>AGH</strong> w Krakowie<br />

Indeksy wegetacyjne<br />

Umieszczone na satelitach spektrometry mierzą luminancję (luminancja - wielkość<br />

fotometryczna charakteryzująca świecenie ciał w danym kierunku (encyklopedia PWN)) spektralną<br />

w <strong>wybranych</strong> zakresach światła widzialnego i podczerwieni. Proporcje luminancji spektralnej<br />

o róŜnej długości fali są charakterystyczne dla róŜnych obiektów pokrywających teren.<br />

W szczególności, ilość chlorofilu moŜna dość dobrze oszacować za pomocą tzw. indeksów<br />

wegetacyjnych.<br />

Indeksy wegetacyjne są ilościowymi wskaźnikami zawartości biomasy (pochodzenia<br />

roślinnego). Do ich określenia stosuje się kanał czerwony RED i bliskiej podczerwieni NIR, gdyŜ<br />

między tymi kanałami zachodzi największe zróŜnicowanie odbicia promieniowania dla<br />

roślinności (niskie odbicie dla RED i wysokie dla NIR). Dla satelity Landsat TM kanał RED<br />

odpowiada kanałowi 3, natomiast kanał NIR – kanałowi 4.<br />

Indeks wegetacji jest sztucznym obrazem powstałym przez dzielenie <strong>wybranych</strong> kanałów<br />

spektralnych, ma charakter orientacyjny, a jego wielkość silnie zaleŜy od rodzaju oświetlenia<br />

i stopnia wegetacji. Dzielenie kanałów spektralnych powoduje równieŜ korektę wpływu rzeźby<br />

terenu (następuje znormalizowanie odbicia spektralnego między zboczami o róŜnym<br />

ukierunkowaniu). Na dokładność wyznaczenia indeksu wegetacji istotny wpływ ma równieŜ szum<br />

gleb i szum atmosferyczny.<br />

• Szum gleby – na obrazie moŜe istnieć kilka rodzajów gleb a ich zmiany w wilgotności<br />

powodują zafałszowanie obliczonego wskaźnika wegetacji (odbicie jest wypadkową samej gleby<br />

i ilości wody w niej zawartej). Szum gleb ma szczególne znaczenie przy niskim poziomie<br />

wegetacji.<br />

• Szum atmosfery – atmosfera moŜe zmieniać się bardzo silnie, nawet w obrębie jednego<br />

zdjęcia, szczególnie na obszarach o urozmaiconej rzeźbie terenu. Ilość odbitego światła moŜe,<br />

więc zmieniać się dla zdjęć tego samego terenu zrobionych w róŜnych momentach.<br />

Rozwiązaniem problemu jest skorzystanie z metod atmosferycznej korekcji zdjęć przed<br />

poddaniem ich obróbce.<br />

Opracowano wiele róŜnych wskaźników wegetacji róŜniących się między sobą m.in.<br />

odpornością na szum gleby lub szum atmosfery, mających rozmaite zakresy wartości<br />

i zawierających róŜne teoretyczne załoŜenia, dotyczące spektralnych cech obszarów gleby<br />

i wegetacji. Wszystkie z nich bazują jednak na tym samym mechanizmie: porównaniu<br />

luminancji spektralnej rejestrowanej w pasmach: bliskiej podczerwieni oraz czerwieni. Dwa<br />

najpopularniejsze i najczęściej wykorzystywane to:<br />

• RVI -Ratio Vegetation Index<br />

Zakres wartości wskaźnika RVI wynosi od zera do nieskończoności<br />

RVI =<br />

NIR<br />

RED<br />

• NDVI – Normalized Difference Vegetation Index<br />

NDVI<br />

=<br />

NIR<br />

NIR<br />

−<br />

+<br />

RED<br />

RED<br />

Gdzie NIR, RED oznacza jasność (określaną jako DN) w kanałach 4 i 3 satelity Landsat.<br />

NDVI jest najpopularniejszym indeksem wegetacyjnym Jest on prosty do policzenia


Określanie <strong>wybranych</strong> wskaźników ilościowych z obrazów satelitarnych<br />

Teledetekcja i fotogrametria II, GiK - WGGiIŚ <strong>AGH</strong> w Krakowie<br />

i stosunkowo odporny na szum gleby i zmiany atmosferyczne (z wyjątkiem przypadków niskiego<br />

poziomu wegetacji). NDVI jest bardzo wygodny w uŜyciu, m.in. dzięki temu, Ŝe jego zakres<br />

wartości wynosi od -1 do +1. Obraz indeksu wegetacji interpretujemy jako wskaźnik biomasy –<br />

im wyŜsza wartość tego indeksu tym większa istniejąca w danym miejscu biomasa (ogólna masa<br />

materii organicznej zawartej w organizmach roślinnych). Największe wartości NDVI przyjmuje w<br />

przypadku obszarów o największej koncentracji roślinności, natomiast wartości ujemne<br />

odpowiadają terenom pozbawionych roślinności – odkrytej glebie, wodzie, terenom<br />

wybetonowanym itp.<br />

Przebieg ćwiczenia<br />

I. Zapoznanie z danymi<br />

NaleŜy wizualnie porównać kanał termalny z kanałem panchromatycznym, stworzyć<br />

kompozycję barwną oraz określić lokalizację poszczególnych elementów obrazu w terenie.<br />

W przypadku trudności w lokalizacji moŜna skorzystać z załączonego fragmentu<br />

ortofotomapy orto.jpg<br />

• Uruchom program ILWIS<br />

• UŜyj Nawigatora (Navigator), aby przejść do swojego katalogu roboczego (jest to<br />

katalog, w którym masz dane i w którym lokowane będą nowoutworzone pliki)<br />

• Wyświetl kanały krak6 i krak8 w odcieniach szarości (Kliknij dwukrotnie obraz<br />

krak6 / krak8 w oknie Catalog). Porównaj obydwa obrazy<br />

• Stwórz kompozycję barwną z kanałów krak1, krak2, krak3:<br />

Rozwiń opcję Create w Operation-tree menu i podwójnym kliknięciem<br />

uruchom<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

<br />

New Map List. Na ekranie pojawi się okno dialogowe Create Map List.<br />

Jako nazwę listy (Map List) wprowadź Krakow. Z listy po lewej stronie<br />

wybierz obrazy od krak1 do krak3 i wciśnij przycisk >. Wybrane obrazy<br />

pojawią się na liście po prawej stronie. Naciśnij OK.<br />

Kliknij dwukrotnie na liście Krakow w oknie Catalog. Lista otworzy się jako<br />

nowe okno Catalog.<br />

W pasku narzędzi otwartej listy naciśnij przycisk Open As ColorComposit<br />

.Pojawi się okno dialogowe Display Options – Map List as ColorComp.<br />

WskaŜ obraz krak3 jako Red Band, krak2 jako Green Band i krak1 jako<br />

Blue Band.<br />

Zaakceptuj ustawienia domyślne naciskając OK. W oknie mapy wyświetlona<br />

zostanie kompozycja barwna.<br />

W menu tekstowym okna mapy wybierz File a następnie Save View lub<br />

naciśnij przycisk Save View w pasku narzędzi. Na ekranie pojawi się okno<br />

dialogowe Save View As.<br />

Wprowadź krak123 jako nazwę zapisywanej kompozycji (Map View Name)<br />

i naciśnij OK. Utworzona kompozycja została zachowana.<br />

W osobnym oknie (poza Ilwis) otwórz plik orto.jpg


Określanie <strong>wybranych</strong> wskaźników ilościowych z obrazów satelitarnych<br />

Teledetekcja i fotogrametria II, GiK - WGGiIŚ <strong>AGH</strong> w Krakowie<br />

II. Opracowanie mapy temperatury radiacyjnej powierzchni Ziemi<br />

Temperatura radiacyjna powierzchni Ziemi zostanie wyznaczona na podstawie kanału<br />

termalnego (kanał 6) o rozdzielczości przestrzennej wynoszącej 60 m, obejmującym zakres<br />

promieniowania podczerwieni termalnej (10,4÷12,5 μ m). W chwili rejestracji, analizowany<br />

obszar znajdował się pod wpływem wyŜu w masie powietrza arktycznego napływającego ze<br />

wschodu. Nad Krakowem brak było wówczas zachmurzenia, które mogłoby uniemoŜliwić<br />

interpretację termalnego zdjęcia.<br />

1. Konwersja zarejestrowanych przez detektor satelity wartości cyfrowych DN na luminancję<br />

spektralną Lλ kanału panchromatycznego.<br />

Konwersję naleŜy przeprowadzić za pomocą narzędzia Map Calculation (Menu-Operations-<br />

Raster Operations lub lewy panel – Operation List) zgodnie z poniŜszym wzorem:<br />

gdzie:<br />

Lλ = gain ⋅ DN + offset = ((L max − L min ) / 255) ⋅ DN + L µιν<br />

Lλ – luminancja spektralna zarejestrowana przez sensor satelity (W ⋅m -2 ⋅ sr -1 ⋅µm -1 )<br />

L min – minimalna luminancja spektralna wyznaczona dla detektorów, wynosząca w kanale<br />

termalnym 0.00 (W ⋅m −2 ⋅ sr −1 ⋅µm −1 )<br />

L max – maksymalna luminancja spektralna wyznaczona dla detektorów, wynosząca w kanale<br />

termalnym 17.04 ( W ⋅m −2 ⋅ sr −1 ⋅µm −1 )<br />

DN – 8-bitowa wartość cyfrowa (wartości kanału termalnego – kanału 6)<br />

W oknie Map Calculation naleŜy wpisać:<br />

((17.04 – 0)/255)*krak6 + 0 czyli (17.04/255)*krak6<br />

Obraz wynikowy nazwać lum_kan_term, dziedzina (domain) krakow, wyświetlić w palecie<br />

PSEUDO<br />

2. Przeliczenie zarejestrowanej przez radiometr luminancji spektralnej Lλ na wartości<br />

temperatury radiacyjnej T.<br />

Obliczenie naleŜy dokonać narzędziem Map Calculation, na podstawie poniŜszego równania<br />

zgodnego z prawem Plancka:<br />

K<br />

T =<br />

2<br />

⎛ K ⎞<br />

ln<br />

⎜<br />

1<br />

+ 1<br />

⎟<br />

⎝ Lλ<br />

⎠<br />

gdzie:<br />

Lλ – luminancja spektralna zarejestrowana przez radiometr satelity ( W ⋅m −2 ⋅ sr −1 ⋅µm −1 )<br />

K 1 , K 2 - stałe kalibracyjne


Określanie <strong>wybranych</strong> wskaźników ilościowych z obrazów satelitarnych<br />

Teledetekcja i fotogrametria II, GiK - WGGiIŚ <strong>AGH</strong> w Krakowie<br />

2<br />

2 ⋅ π ⋅ c ⋅ h ⎛ ⎞<br />

= ⎜<br />

W<br />

K<br />

⎟<br />

1 =<br />

666.09<br />

5<br />

λ<br />

2<br />

⎝ m ⋅sr<br />

⋅µ m ⎠<br />

h ⋅ c<br />

K 2 = = 1282.71( K)<br />

k ⋅ λ<br />

−23⎛<br />

J ⎞<br />

k – stała Boltzmanna 1.380 ⋅10<br />

⎜ ⎟<br />

⎝ K ⎠<br />

−34<br />

6.626 ⋅10<br />

J ⋅ s<br />

h – stała Plancka ( )<br />

c – prędkość światła<br />

8⎛<br />

m ⎞<br />

2.998 ⋅10<br />

⎜ ⎟<br />

⎝ s ⎠<br />

λ – długość fali (m)<br />

UWAGA! Obliczona temperatura jest w jednostkach Kelvina (K) – obraz wynikowy nazwać<br />

temperatura_k.


Określanie <strong>wybranych</strong> wskaźników ilościowych z obrazów satelitarnych<br />

Teledetekcja i fotogrametria II, GiK - WGGiIŚ <strong>AGH</strong> w Krakowie<br />

3. Przeliczenie temperatury radiacyjnej z jednostek K na °C<br />

• °C = K – 273.15<br />

• wynikową mapę temperatury radiacyjnej nazwać temperatura_c<br />

• UWAGA!! – mapę temperatury radiacyjnej stworzyć w dziedzinie temperatura<br />

wyświetlić mapę temperatury radiacyjnej w palecie temperatura<br />

4. Analiza mapy temperatury radiacyjnej.<br />

Przeanalizować wyświetloną mapę temperatury radiacyjnej i wypełnić poniŜszą tabelę<br />

zakresem wartości i średnimi wartościami dla poszczególnych powierzchni. Analizę naleŜy<br />

dokonać korzystając z dostępnych danych (kanału panchromatycznego, kompozycji barwnej,<br />

ortofotomapy Krakowa) (wartość temperatury dla poszczególnych pikseli moŜna odczytać<br />

klikając lewy przycisk myszy).


Określanie <strong>wybranych</strong> wskaźników ilościowych z obrazów satelitarnych<br />

Teledetekcja i fotogrametria II, GiK - WGGiIŚ <strong>AGH</strong> w Krakowie<br />

Powierzchnie<br />

Zabudowa zwarta<br />

Zabudowa rozproszona<br />

UŜytki rolne<br />

Lasy<br />

Rzeki<br />

Zbiorniki wodne<br />

Temperatura radiacyjna (°C)<br />

zakres wartości / średnia<br />

Pytania:<br />

1) Jakie tereny charakteryzując się wyŜszymi temperaturami<br />

2) Jakie tereny charakteryzują się najniŜszymi temperaturami<br />

5. Obliczenie powierzchni obszaru o określonej temperaturze radiacyjnej.<br />

NaleŜy obliczyć powierzchnię obszaru, dla którego wartość temperatury radiacyjnej jest<br />

wyŜsza niŜ<br />

20 + 0,2∗Nr_studenta.<br />

Następnie obliczyć procentowy udział powierzchni spełniającej zadane kryterium w stosunku<br />

do całkowitej powierzchni obrazu.<br />

Aby stworzyć mapę wyświetlającą zadane przez nas kryterium moŜna wykorzystać poznaną<br />

juŜ funkcję Map Calculation, wpisując tym razem wyraŜenie logiczne. Przykładowo, aby<br />

wyświetlić piksele o temperaturze przekraczającej wartość 21.0ºC naleŜy wpisać:<br />

temperatura_c>21.0. Nazwa tworzonej mapy: „warunek”, domena BOOL.<br />

Wyświetli nam się wówczas dwukolorowa mapa, dla której piksele przekraczające wartość<br />

21.0ºC zostaną wyświetlone w innym kolorze niŜ pozostałe (patrz „Legend”).<br />

Powierzchnię obszaru spełniającego zadane kryterium moŜna policzyć za pomocą histogramu<br />

obrazu „warunek”. Po utworzeniu histogramu w tabelce obok wykresu moŜemy odczytać<br />

m.in. następujące wartości:<br />

value – czy piksele spełniają warunek (True, False)<br />

npix - liczba pikseli w danej grupie<br />

npixpct - procent jaki dana grupa stanowi z całości<br />

area - powierzchnia danej grupy (m2)<br />

III. Obliczenie indeksu wegetacyjnego<br />

1. Opracowanie mapy indeksu wegetacyjnego NDVI<br />

Indeks wegetacyjny zostanie obliczony na podstawie kanału czerwonego (krak3) i bliskiej<br />

podczerwieni (krak4) satelity Landsat 7. Obliczenia naleŜy przeprowadzić za pomocą<br />

narzędzia Map Calculation, w dziedzinie NDVI, zgodnie z poniŜszym wzorem:<br />

krak4<br />

− krak3<br />

NDVI =<br />

kreak4<br />

+ krak3


Określanie <strong>wybranych</strong> wskaźników ilościowych z obrazów satelitarnych<br />

Teledetekcja i fotogrametria II, GiK - WGGiIŚ <strong>AGH</strong> w Krakowie<br />

2. Analiza wartości indeksu NDVI dla poszczególnych powierzchni<br />

Przeanalizować wyświetloną mapę indeksu wegetacji NDVI i wypełnić poniŜszą tabelę średnimi<br />

wartościami dla poszczególnych powierzchni. Analizę naleŜy dokonać korzystając z dostępnych<br />

danych (kanału panchromatycznego, kompozycji barwnej oraz mapy Krakowa).<br />

Powierzchnie<br />

Zbiorniki wodne<br />

Rzeki<br />

Starorzecza<br />

UŜytki zielone<br />

Lasy<br />

Gleba odkryta<br />

Zabudowa jednorodzinna<br />

Zabudowa przemysłowo-handlowa<br />

NDVI<br />

3. Obliczenie powierzchni obszaru pokrytego roślinnością<br />

Obliczyć powierzchnię obszaru pokrytego roślinnością, samemu ustalając wartość progową dla<br />

roślinności. Następnie obliczyć procentowy udział powierzchni pokrytej roślinnością w stosunku<br />

do całkowitej powierzchni obrazu.<br />

Obliczenie to moŜna wykonać podobnie jak przy analizie temperatury radiacyjnej – tzn.


Określanie <strong>wybranych</strong> wskaźników ilościowych z obrazów satelitarnych<br />

Teledetekcja i fotogrametria II, GiK - WGGiIŚ <strong>AGH</strong> w Krakowie<br />

utworzyć obraz o nazwie „warunek-NDVI” (domena BOOL) wpisując w oknie<br />

Map Calculation: NDVI>a (gdzie a = wartość progowa).<br />

Do sprawozdania naleŜy dołączyć: (mapy – jako zrzuty z ekranu)<br />

1. Temperatura radiacyjna<br />

a. Mapę luminancji, temperatury radiacyjnej w stopniach Kelvina i stopniach<br />

Celsjusza, mapę obszaru spełniającego warunek.<br />

b. Tabelę ze średnimi temperaturami dla powierzchni <strong>wybranych</strong> kategorii<br />

uŜytkowania terenu.<br />

c. Obliczoną powierzchnię obszaru dla zadanego warunku dla temperatury<br />

radiacyjnej i jej procentowy udział w całkowitej powierzchni obrazu.<br />

d. Odpowiedzi na zadane pytania.<br />

2. Indeks wegetacyjny<br />

a. Mapę wskaźnika wegetacyjnego.<br />

b. Tabelę ze średnimi wartościami wskaźnika NDVI dla poszczególnych<br />

kategorii uŜytkowania terenu.<br />

c. Obliczoną powierzchnię obszaru pokrytego roślinnością i jej procentowy<br />

udział w całkowitej powierzchni obrazu.<br />

d. Odpowiedzi na zadane pytania.

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!