Fjärranalys. Fjärranalys. Fjärranalys: Samla data om... Framställning av tematiska kartor, topografi Vanlig datakälla för GIS

Transkript

1 Fjärranalys Samla data m... Synligt Osynligt Framställning av tematiska kartr, tpgrafi Vanlig datakälla för GIS Fjärranalys Elektrmagnetisk strålning Olika sensrer lika strålningstyper (våglängder) Olika plattfrmar: Ballng, flygplan, helikpter, satellit, rymdfärja, rymdstatin, fartyg, bil, master, trn, handhållen... Olika tider ch datum, förändringsstudier Fjärranalys: ftgrafisk sensrbaserad flygbilder satellitdata 1

2 ftgrafisk flygbilder Fjärranalys: aktiv sensrbaserad satellitdata passiv Ftgrafisk fjärranalys Flygbildstlkning Ftgrammetri Flygbildens histria Ftgraferingsknsten 1830-talet Ballng 1856 (1893) Flygplan 1915 Nya filmslag Satellitplattfrmar 1960 Digital ftgrafi (sensrer)

3 Elektrmagnetisk strålning Alla krppar med en temperatur över 273 C (0 K) utstrålar energi En svartkrpp (blackbdy) reflekterar ingen strålning utan absrberar all strålning samt re-emitterar all strålning. Emissiviteten (ξ) = [M/(M b )] där M är emissiviteten hs ett givet bjekt ch M b är emissiviteten hs en svartkrpp med samma temperatur. Elektrmagnetisk strålning Två förklaringsmdeller 1 Vågrörelse Elektriskt fält Magnetiskt fält C = Ljushastighet Våglängd ch frekvens Vågr följer ekvatinen: c = v λ Där c = ljushastigheten (3x 8 m/sec) v = frekvens (svångningar per sek. Eller Hertz, khz, MHz. λ = våglängd (nm µm, mm, m) 3

4 Våglängd λ = wavelength (distance between tw wave peaks) ν = frequency (number f cycles passing a fixed pint per unit time) Elektrmagnetiskt strålning Våglängd (λ) Avståndet från en punkt i svängningscykeln till mtsvarande punkt i nästa cykel cm = 0.01 m = -2 m mm =0.001 m = -3 m µm = m = -6 m nm = m = -9 m Visible light (µm) UV blue green red NIR X-ray Gamma ray -3-2 Ultra-Vilet Near-IR 2 Thermal IR 3 (µm) Radar Televisin Radi 4

5 Wavebands Optical wavebands = 0.2 µm 15 µm UV 0.01 µm 0.4 µm Visible 0.4 µm 0.7 µm Reflected IR 0.7 µm 3.0 µm Near IR (NIR) 0.7 µm 1.3 µm Middle IR (MIR) 1.3 µm 3.0 µm Thermal IR 3.0 µm 15 µm Far IR (FIR) 15 µm 00 µm Elektrmagnetisk strålning 2 Partikelström Energin förmedlas sm ftner eller kvantum Energin hs en ftn E = hv där h = Planck s knstant, x -34 J.sec v = frekvens (Hz) E = energi i Jule Elektrmagnetisk strålning Högre frekvens => Mer energi Högre frekvens => krtare våglängd c = v λ 5

6 Stefan-Bltzmann s Law: M = σ T 4 where M is the ttal amunt f radiated energy frm the surface f an bject (W/m 2 ), σ is the Stefan-Bltzmann cnstant ( W/m 2 / K) and T is the abslute temperature ( K). Wien s Displacement Law λ m = A/T where λ m is the wavelength with maximum radiatin, A is a cnstant 2898 µm ºK) and T is the abslute temperature (ºK) f the bject. SRE (W/m 2 / µm K Visible radiant energy band Blackbdy radiatin at sun's temperature 4000 K 3000 K Blackbdy radiatin at incandescent lamp temperature K 00 K 500 K 300 K Blackbdy radiatin at earth's temperature K Wavelength (µm) 6

7 Strålning i atmsfären Sme radiatin is reflected Sme wavelengths are cmpletely cnsumed by gases Scattering is the diffusin f incident radiatin Absrptin cnsumes part f the radiatin Selective scattering: Rayleigh (f UV and blue shrt wavelengths, particels smaller than wavelenght) and Mie (ca 5 0 µm caused by particles f smke, fumes and haze f apprx. same sizes as wavelengths f light being scattered) Rayleigh scatter = Partikelknc/λ 4 Nn-selective scattering: caused by dust, fg and cluds f particle sizes > times wavelength f light. Scatters all wavelengths equally. Absrptin f radiatin causing depletin, by O 2, N 2, O 3, CO 2 and H 2 O in many atmspheric absrptin bands 7

8 Transmissin (%) Atmsfäriska fönster Radiatin absrbers H 2 O CO 2 CO 2 O 3 H 2 O O 3 H O 2 CO ,1 1 0 Wavelength (µm) UV Visible NIR TIR Atmsfäriska fönster Imprtant atmspheric windws are µm Visible, Reflective IR µm Reflective IR µm Reflective IR µm Thermal IR µm Thermal IR µm Thermal IR Prcessen Spridning = en typ av reflektin 8

9 Prcessen Strålningen påverkas av lika bjekt genm: Reflektin E R (λ) Absrptin E A (λ) Transmissin E T (λ) Energibalansekvatinen: E I (λ) = E R (λ) + E A (λ) + E T (λ) Olika bjekts reflektinsegenskaper Critical rle f reflectrs, which are distinguished theretically as a) Specular: flat, mirrr-like surface b) Diffuse: (rugh) surface Mst actual earth surfaces fall between the tw Incming Reflected Incming Reflected Surface Specular reflectr Surface Diffuse reflectr Olika bjekts reflektinsegenskaper Knwledge f energy/target interactins is central t effective use f remte sensing In visible and reflective IR prtins f spectrum, knwledge f spectral reflectance is the key 9

10 Olika bjekts reflektinsegenskaper Detectin f Incming shrt wave slar radiatin 99 % radiated energy between µm 44 % between µm Lngwave terrestial radiatin emitted ver brad range frm 5.0 µm : als by atmspheric gases and heated bjects n grund Olika bjekts reflektinsegenskaper Albed: average percentage f incident radiatin reflected Fresh snw 80-85% Old snw 50-60% Asphalt 5-% Water (sun near hrizn) 50-80% Light sil 25-45% Deciduus frest 15-20% Cniferus frest - 15% Olika bjekts reflektinsegenskaper Albed values are generalisatins Albed values disregard variatins in reflectance with wavelength (λ) Each sensr functins in ne r mre narrw parts f the E-M spectrum Thus imprtant t knw value f reflectance at specific λ

11 Olika bjekts reflektinsegenskaper Many variables affect reflectance e.g. with trees: Species Texture/clur f expsed leaves Mrphlgy f tree crwn Health f tree Spaces between tree crwns Spectral cmpsitin and intensity f light Atmspheric cnditins Olika bjekts reflektinsegenskaper Sil type and misture Relief and drainage Slpe and aspect Weather cnditins Date and time f bservatin Directin f bservatin relative t illuminatin 0 Reflectance (%) water absrptin dry sil green vegetatin water 0 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 2,6 Wavelength (µm) 11