Hidrológiai Közlöny 1998 (78. évfolyam)

3. szám - Zilahy András: Elárasztott területek felmérése multiszenzoros távérzékeléssel

150 HIDROLOGIAI KÖZLÖNY 1998. 78. É'v'F. 2. SZ. fői. Egyedül a meteorológiai műholdak képesek a gyakori felvételkészítésre, de itt a felvételek felbontóképessége szab határt az alkalmazhatóságnak. Az árvizek által elöntött területek kiterjedésének pontos feltérképezése fontos feladat, egyrészt az elöntött területeken a lakosság és a természeti-gazdasági értékek megóvása, a károk mielőbbi felmérése és helyreállítása, másrészt a veszélyeztetett területek minél pontosabb felmérése érdekében. Jelen tanulmány célja, hogy bemutassa a multiszenzoros távérzékelés lehetőségeit és korlátait, valamint bepillantást adjon az árvizek felmérésére jelenleg alkalmazott műholdas mérési módszerekbe. 2 A távérzékelésről röviden Minden 0$ K (-273$ C) feletti fizikai test elektromágneses energiát bocsát ki (emittál) magából atomi és molekuláris felépítésétől függően, és szintén szerkezete függvényében veri vissza (reflektálja) a felületére érkező Napsugarakat vagy mesterséges megvilágítást. Az egyegy test által kisugárzott energia (emittált és reflektált energia együtt), mint egy ujjlenyomat, a test azonosításaként szolgálhat, ha a kibocsátott energia széles sávját arra alkalmas műszerrel mérni tudjuk. Az elektromágneses spektrumot tekintve (1. és 2. táblázat) azonnal feltűnik, hogy az emberi szem csupán egy igen szűk tartományt képes színek formájában érzékelni. Megfelelő berendezésekkel azonban az érzékelhető energiaspektrum a többszörösére szélesíthető. A látható fény energiaforrása a Nap, a termál infravörös sugárzást pedig maga a belső energiával rendelkező test bocsátja ki. Előbbit az optikai (a látható fény tartományában működő) szenzorok, utóbbit az infravörös berendezések érzékelik. A harmadik, távérzékelés szempontjából kiemelt jelentőségű energiasáv a mikrohullámú régió. Az ezen a hullámhosszon üzemelő radiométerek (passzív mikrohullámú érzékelők) a testek által kisugárzott energiát érzékelik, míg a radar (aktív mikrohullámú) szenzorok saját maguk bocsátják ki a "megvilágításhoz" szükséges energiát, és a Föld-felszínről visszaverődött sugárzást mérik. /. táblázat. 2. táblázat A mikrohullámú távérzékelés sávjai Mikrohullámú sáv Hullámhossz Frekvaicia Ka 0,75 .. 1,10 cm 26,5 .. 40 GHz K 1,10.. 1,67 cm 18 . 26,5 GHz Ku 1,67 .. 2,40 cm 12,5 .. 18 GHz X 2,40 .. 3,75 cm 8.. 12,5 GHz C 3,75 .. 7,50 cm 4 .. 8 GHz S 7,50.. 15,0 cm 2.. 4 GHz L 15,0.. 30,0 cm 1 .2GHz P 30,0.. 100 cm 0,3 .. 1 GHz Távérzékelés útján tehát a Föld felszínéről a mesterséges holdon, a Föld körül keringő szenzorba jutó elektromágneses sugárzást mérjük. Ahhoz, hogy ebből a mért jelből értékes információt nyerjünk, különböző eljárásokat kell végrehajtani. Az elektromágneses sugárzást, az atmoszférán keresztülhaladva, különböző hatások érik - visszaverődés vagy elnyelés az atmoszférában található apró részecskék által, stb. melyek a szenzorba jutó jelet módosítják. Az űrfelvételeket ezért megfelelő modellek, illetve mérések alapján utólagosan korrigálni kell (radiometriai korrekció), amihez a felvételkészítés időpontjában meteorológiai, valamint a műholdon történő kalibrációs mérések elvégzése szükséges. A geometriai korrekció során a műhold enyhe ingadozása, a felvevő optika beállításának megváltozása, a pályasebesség vagy a Föld forgásának változása által okozott eltéréseket küszöbölik ki. A geometriai korrekciót a priori ismeretek (térképek, helyszíni mérések, műholdparaméterek, stb.) felhasználásával végzik, s a felhasználó legtöbbször már kalibrált és korrigált felvételeket kap a különböző szolgáltató intézményektől. A digitális, nyomtatott vagy film formátumú képek már közvetlenül alkalmasak kutatásra, analizálásra, bár legtöbbször nem a nyers felvételekkel dolgozunk, hanem különböző kiemelési eljárások alkalmazásával nagyobb kontrasztot, illetve több színárnyalatot (monokróm felvétel esetén több szürkeségi-fokozatot) hozunk létre a képeken. A műholdfelvételek legfontosabb jellemzői, melyek alapvetően befolyásolják a felhasználási lehetőségeket, a következők: - felbontóképesség (pixel méret) - frekvencia (hullámhossz) - képméret (letapogatott sáv szélessége) - felvételi gyakoriság (visszatérési idő) - látószög és polarizáció (mikrohullámú rendszernél) - megrendelési / szállítási időtartam - költségek A hidrológia és vízgazdálkodás követelményei a fenti paraméterek tekintetében még attól is függnek, mekkora a megfigyelni kívánt terület (lokális, regionális, globális), illetve hol helyezkedik el a Földön (a sarkokhoz közeli felvételek általában csak nagy geometriai torzítással és gyengébb minőségi paraméterekkel, vagy egyáltalán nem készíthetők). 3 Mesterséges holdak és szenzoraik A Föld körül számos mesterséges hold kering, de ezeknek csak kisebb hányada szolgál kutatási célú megfigyeléseket. A hidrológiai és vízgazdálkodási alkalmazáAz elektromágneses spektrum felosztása Besorolás Hullámhossz Frekvencia Ultraviola sugárzás 100A.. 0,4 (ím 750 . 3.000 THz Látható fény 0,4 - 0,7 |im 430 - 750 THz Infravörös sugárzás Közeli infravörös 0,7-1,3 |im 0,7-1,3 |im Infravörös sugárzás Rövidhullámú infravörös 1,3 - 3 |im 100-230 THz Infravörös sugárzás Közép-infravörös 3 - 8 |im 38- 100 THz Infravörös sugárzás Termál infravörös 8-14 pin 22 - 38 THz Infravörös sugárzás Távoli infravörös 14 nm - 1 mm 0,3 - 22 THz Rádióhullám SzubmiUiméter 0,1 - 1 mm 0,3 - 3 THz Rádióhullám MikrohuU milliméter (EHF 1 - lOmm 30 - 300 GHz Rádióhullám MikrohuU centiméter (SHF 1 - lOcm 3 - 30 GHz Rádióhullám MikrohuU deciméter (UHF) 0,1 - 1 m 0,3 - 3 GHz Rádióhullám Nagyon-röv. huUám (VHF) 1 - 10 m 30 - 300 MHz Rádióhullám RövidhuUám (HF) 10- 100 m 3 - 30 MHz Rádióhullám Középhullám (MF) 0,1 - 1 km 0,3 - 3 MHz Rádióhullám HosszúhuUám (LF) 1 - lOkm 30 - 300 kHz Rádióhullám Nagyon-hosszú huU. (VLF) 10- 100 km 3 - 30 kHz