GIS 1

GIS – GPS, DPZGIS – GPS, DPZ

Obsah přednáškyGPS – principSegmenty GPSDPZ – definicePasivní, aktivní systémy DPZDružicové systémy Landsat, ...Ukázky datPorovnání fotogrammetrie a DPZ

GIS 2

Globální družicové navigační systémyGlobální družicové navigační systémy

GNSS – Global Navigation Satellite Systems 60. léta minulého století – první systémy pro určování polohy a 

navigace pomocí příjmu radiových signálů vysílaných umělými družicemi Země

Princip – dostatečný počet radiomajáků (zde umělé družice Země) pokrývá celý zemský povrch radiovými navigačními signály – je možné určit polohu kdekoliv na Zemi. 

Výhody: jednotný souřadnicový systém, provozuschopnost ­ 24 hodin denně

GIS 3

GPS ­ Global Positioning SystemGPS ­ Global Positioning SystemNavigační systém pro určení polohy kdekoliv na 

zemském povrchu, bez ohledu na počasí a na dobu měření. 

Původně vojenský systém, vyvíjený a budovaný od roku 1973 Ministerstvem obrany Spojených států.

Začátkem 90. let se po vývoji a rozšíření stal plně funkčním a dostupným po celém světě.

Kongres Spojených států schválil výnos o využití systému GPS i v civilní sféře.

GIS 4

GPSGPS

Z důvodu možnosti zneužití (teroristické účely) a zabezpečení prvořadosti vojenských aplikací bylo až do 1.5.2000 provozováno několik opatření:

Selektivní dostupnost (Selected Availibility) ­ záměrné zhoršování přesnosti určení polohy nebo zavedení tzv. přesného P/Y ­ kódu, kterým je šířen signál pouze pro vojenské aplikace,

V současné době je již záměrné zhoršování polohy vypnuté, což pro civilní uživatele znamená téměř 10­ti násobně zvýšení přesnosti určení polohy.

GIS 5

GPSGPS

Členění na tři segmenty, které je možné považovat za  nezávislé. Jsou propojeny přesným časem, který představuje základní princip systému.

Segmenty:kosmický,řídící (kontrolní),uživatelský.

GIS 6

GPS – kosmický segmentGPS – kosmický segment

24 družic (21 pracovních a 3 záložní), orbitální dráhy ve výšce 20200  km  s  dobou  oběhu  11.25  hod,  na  šesti  oběžných drahách. (Dnes 29 družic.)

Každá družice je vybavena přijímačem, vysílačem, atomovými hodinami  a  přístroji  pro  navigaci  nebo  jiné  speciální  úkoly (kupř.  pro  detekci  výbuchu  jaderných  náloží).  Je  vybavena záložními  zdroji,  palubní  baterie  jsou  dobíjeny  dvěmi slunečními panely.

Družice přijímá, zpracovává a uchovává informace předávané z pozemního  řídícího centra pro možnost korekce dráhy  letu raketovými motorky. Sleduje stav vlastních systémů a podává o těchto skutečnostech informace zpět do řídícího centra.

GIS 7

GPS – kosmický segmentGPS – kosmický segment

Princip určování polohy ­ družice vysílá signály pro uživatele v podobě složitého signálu, každá družice vysílá zprávy o své poloze a přibližné poloze ostatních družic systému.

K určení aktuální polohy pozemní přijímač počítá tzv. pseudovzdálenosti, což jsou vzdálenosti mezi přijímačem a viditelnými družicemi (nad obzorem).

GIS 8

GPS – kosmický segmentGPS – kosmický segment

Výpočet pseudovzdálenosti vychází ze znalosti rychlosti šíření družicového signálu a rozdílu času mezi vysláním a příjmem signálu (pseudovzdálenost ­ jsou zavedeny další doplňující výpočty, které určení výsledné polohy dále zpřesňují).

Pro určení dvojrozměrné polohy (nejčastěji zeměpisná délka a šířka) stačí příjem signálu z minimálně tří družic (výpočet tří pseudovzdáleností).

Pro určení trojrozměrné polohy (navíc výška) minimálně ze čtyř družic. Příjem menšího počtu družic znemožňuje výpočet polohy, vyšší počet 

družic naopak určení polohy dále zpřesňuje.

GIS 9

GPS – řídící segmentGPS – řídící segment

Je zodpovědný za řízení celého GPS. Monitoruje funkce družic a získané údaje předává zpět družicím.

Je tvořen hlavní řídicí stanicí v Colorado Springs a dalšími 5 monitorovacími stanicemi (americké vojenské základny) a 3 pozemními stanicemi pro komunikaci, které spolupracují s hlavní řídící stanicí.

Cílem celého řídícího podsystému je monitoring funkcí každé družice, sledování a výpočet dráhy družice, komunikace a zajištění přesného chodu atomových hodin na družicích.

závada na družici se co nejrychleji operativně řeší (cena 50 miliónů dolarů za družici).

GIS 10

GPS – řídící segmentGPS – řídící segment

Existuje několik nezávislých monitorovacích sítí, které umožňují další přesnější určování polohy, především pro velmi přesné aplikace (geodézie, geodynamika), nepodílejí se na řízení a činnosti systému GPS – např. International GPS Service.

Princip ­ při každém průletu družic nad těmito stanicemi jsou vyhodnoceny  parametry  jejich  drah  a  vypočteny  korekce, které jsou vyslány zpět na dané družice a odtud do přijímače, kde dojde k aktualizaci uložených dat o družicích.  

GIS 11

GPS – uživatelský segmentGPS – uživatelský segment

Je tvořen z příjímačů GPS,uživatelů, vyhodnocovacích nástrojů a postupů.

GIS 12

GPS – uživatelský segmentGPS – uživatelský segment

Pozemní segment – speciální přijímač s anténou, jednotkou pro zpracování radiového signálu a dekódování vložených dat, vyhodnocovací jednotkou a výstupní jednotkou pro komunikaci s obsluhou pomocí klávesnice a displeje.

GIS 13

GPSGPS

Použití a přesnost v různých oblastechcivilní  ­  přesnost  od  25  m  do  100  m,  kódování  C/A 

(coarse/acquisition code) pro hrubé zjištění polohy vojenské  ­  přesnost  od  2.5m  do  15m,  kód  C/A, 

zpřesnění kódovaným signálem označovaného jako P (precision code) 

DGPS ­ diferenciální GPS (označována  jako DGPS), přesnost asi 0.5m

GIS 14

Dálkový průzkum země ­ DPZDálkový průzkum země ­ DPZ

Definice z 1988 podle SPRS DPZ je umění, věda a technologie na získávání 

spolehlivých informací o fyzikálních objektech a jejich okolí pomocí záznamu, měření a interpretace snímků a digitálních záznamů, které se získávají pomocí nekontaktních systémů.

International Society for Photogrammetry and Remote Sensing

GIS 15

DPZDPZ

Definice dle Wikipedie:Dálkový průzkum Země (DPZ) je moderní metoda 

získávání informace o objektech a jevech na povrchu planety Země bez nutnosti fyzického kontaktu.

GIS 16

Princip DPZPrincip DPZ

Základem metody dálkového průzkumu je využití dvou následujících poznatků:

• člověk, sám či s přístroji je schopen získávat kvalitativní i kvantitativní informace o jevech a objektech, které ho obklopují,

a každý tento jev nebo objekt nějakým charakteristickým způsobem ovlivňuje své okolí.

GIS 17

DPZDPZ

Samotný termín DPZ začal být používám v šedesátých letech minulého století po vypuštění družice ERTS­1 (později přejmenované na Landsat­1). 

Už předtím se prováděl dálkový průzkum s využitím fotografií pořízených z letadel či kosmických lodí.

GIS 18

Dělení DPZDělení DPZ

Metody DPZ lze dělit podle různých hledisek. Podle charakteru sběru dat rozlišujeme:

klasické (konvenční) metody – výsledkem jsou fotografické snímky (letecké snímky), 

nekonvenční metody – vznikají postupným skenováním po jednotlivých řádcích, výsledkem jsou digitální data (například družice Meteosat).

GIS 19

DPZ – způsoby snímáníDPZ – způsoby snímání

Podle způsobů snímání rozlišujeme   pasivní systémy – snímají zdroj elektromagnetického 

záření (např. ze Slunce), které se odráží  od zemského povrchu

GIS 20

DPZ – způsoby snímáníDPZ – způsoby snímání

aktivní systémy ­ mají vlastní zdroj záření, vysílají k Zemi a snímají jeho odraz (radar, laser)

GIS 21

DPZ – části DPZ – části 

DPZ je možné rozdělit z hlediska používaných technologií na dvě části:

  1. technická oblast ­ sběr, přenos a úprava dat,       kosmický a pozemní segment,  2. oblast analýzy a interpretace dat ­ zpracování   

prostorové informace.

GIS 22

DPZ – známé systémyDPZ – známé systémy

Landsat ­ program NASA od roku 1967, vypuštěno několik nosičů, poslední Landsat7, dosud funguje Landsat 5.

SPOT ­ program Francie ve spolupráci s Belgiií a Švédskem, první nosič 1986.

GIS 23

DPZ – rozmístění poz. stanicDPZ – rozmístění poz. stanic

GIS 24

Družice StartProstorové rozlišení (m) /Záběr (km)panchro multispektr. radar

Landsat 5 USA 01/03/84 ­ 30­120/185 ­ 16Spot 1 FRANCIE 22.2.1986 10/117 20/117 ­ 26Spot 2 FRANCIE 22.1.1990 10/117 20/117 ­ 26NOAA 14 USA 30.12.1994 ­ 1100/2600 ­ 2x denně

ESA 21.4.1995 ­ ­ 26/100 35

KANADA 04/11/95 ­ ­ 24INDIE 28.12.1995 5,8/70 23,5­70,5/148 ­ 24

OrbView 2 USA 01/08/97 ­ 1100/2800 ­ 1

Meteosat 7 EUMETSAT 02/09/97 ­ ­ 30 minINDIE 29.9.1997 5,8/70 23,5­70,5/148 ­ 24

TRMM USA 28.11.1997 ­ 2100/720 5­45 km ­

Spot 4 FRANCIE 24.3.1998 10/117 ­ 03/26/06NOAA 15 USA 13.5.1998 ­ 1100/2600 ­ 2x denně

Resurs O1­4 RUSKO 10/07/98 ­ 30­161/60­714 ­ 21FASAT­B CHILE 10/07/98 ­ 150­1500/? ­ 21TMSAT­1 THAILAND 10/07/98 ­ 100­2500/? ­ ­

USA 15.4.1999 15/185 30­60/185 ­ 16UOSAT 12 ANGLIE 20.4.1999 10/10/06 30/60 ­ ­

Stát/ Organizace

Termínové rozlišení (dny)

ERS­2 

Radarsat 1 7,6­100/ 50­500

IRS­1C

5 km/ polokoule

IRS­1D

20­1100/117­2600

Landsat 7 

GIS 25

Družice StartProstorové rozlišení (m) /Záběr (km)panchro multispektr. radar

TUBSAT­C NĚMECKO 26.5.1999 350 ­ ­ ?

Okean­O1 RUSKO 17.7.1999 ­ 2500/455 5USA 24.9.1999 01/11/06 04/11/06 ­ 1,5

CBERS 1 14.10.1999 ­ 20/? ­ 20

TERRA USA 18.12.1999 ­ ­ 16

KOMPSAT 20.12.1999 ­ 30/60 ­ ?Tsinghua ČÍNA 28.6.2000 ­ 39/150 ­ ?BIRD NĚMECKO 15.7.2000 ­ 100­300/150 ­ ?NOAA 16 USA 21.9.2000 ­ 1100/2600 ­ 2x denněEO­1 USA 21.11.2000 ­ 15­60/150 ­ 16SAC­C ARGENTINA 21.11.2000 ­ 30­300/70 ­ ?EROS IZRAEL 05/12/00 1,8/12 ­ ­ 3­5 dní

GOES 12 USA 23.7.2001 ­ ­ 30 minQuickBird 2 USA 18.10.2001 0,6/11 2,4/11 ­ 2­4 dnyMeteor 3M­1 RUSKO 10/12/01 80/2900 32/76 ­ 1Envisat ESA 01/03/02 ­ 150/600 15/100 ?Spot 5 FRANCIE 04/05/02 2,5/60 10/60 ­ 26Aqua USA 04/05/02 ­ 150/2330 ­ 16NOAA 17 USA 24.6.2002 1,8/12 1100/2600 ­ 2x denně

Stát/ Organizace

Termínové rozlišení (dny)

50­820/195­620

Ikonos ČÍNA/ BRAZILIE

15­90­1000/60­2330

KOREJSKÁ REP.

5 km/ polokoule

GIS 26

Družice meteorologickéDružice meteorologické

METEOSAT ­ patří západoevropskému mezivládnímu sdružení EUMETSAT, 

NOAA – družice zaměřené na sledování oceánů a atmosféry, National Oceanic and Atmospheric Administration ­ vědecká vládní agentura Ministerstva obchodu USA.

GIS 27

První poskytnutý snímek družice MSG­2 (Meteosat – 9). Druhá generace družic snímá pomocí přístroje  SEVIRI, blíže http://www.chmi.cz/meteo/sat/msg/msg04.html.

GIS 28

MERIS Mauretanie 2002 MERIS Mauretanie 2002 první obrazová data družice ENVISATprvní obrazová data družice ENVISAT

GIS 29

Romania Danube MER Romania Danube MER 28.9.200328.9.2003

GIS 30

Corsica Central Italy MER Corsica Central Italy MER 6.10.20036.10.2003

GIS 31

GGööteborg MERIS 12.10.2003teborg MERIS 12.10.2003

GIS 32

Dálkový průzkum země ­ DPZDálkový průzkum země ­ DPZ

Dnes máme možnost nechat si pořídit snímky území podle účelu dat.

Dostatek financí – vybere se vhodný typ družice, snímky mohou být i předzpracované – požadovaný formát dat.

Komerční firmy prodávají snímky sledovaného území, ceny dle velikosti území, způsobu zpracování.

Využití: zemědělství (sledování růstu vegetace), lesnictví (rozeznání typu porostu), ochrana životního prostředí (ENVISAT), ...

GIS 33

Firmy v oblasti geoinformatikyFirmy v oblasti geoinformatiky

•ARCDATA PRAHA, s.r.o.  ATLAS, s.r.o.  Autodesk, s.r.o.  

•BENTLEY SYSTEMS ?R, s.r.o.  BERIT, a.s. 

•Central European Data Agency, a.s. 

•CORA GEO s.r.o. DATA System spol. s r.o. DIGIS, spol. s r.o. 

•GB­geodezie, spol. s r.o. GEODIS BRNO, spol. s r.o.

• GEOTRONICS Praha, s.r.o. 

•GEPRO, spol. s r.o. Globema, s.r.o. HSI, spol. s r.o.

• Intergraph ?R, spol. s r.o. 

•Sitewell s.r.o. SmartGIS TopoL Software s.r.o.

GIS 34

Porovnání fotogrammetrie a DPZPorovnání fotogrammetrie a DPZ   Výhody DPZrozsáhlejší území na jednom snímkupravidelný a operativní způsob sběru údajůrychlé další  zpracování údajůmožnost sledovat změny v krajině (opakované 

přelety)Nevýhoda ­ limit rozlišení je u fotogrammetrie větší