Základní principy dálkového pozorování Země (DPZ)
Základním principem DPZ je měření množství elektromagnetického záření odraženého nebo vyzařovaného zemským povrchem. Zdrojem tohoto záření je každý objekt na zemském povrchu, jehož teplota je větší než absolutní nula (tj. -273,15 °C). V případě DPZ je uvažováno jednak záření vydávané samotným povrchem Země, ale i sluneční záření povrchem odrážené, případně záření vydávané umělým zdrojem (např. radarem), které zemský povrch odráží. Zemský povrch a objekty na něm mají určité fyzikální vlastnosti; při dopadu elektromagnetického záření na tento povrch dojde k vzájemné interakci záření s konkrétním povrchem, na který dopadá. Odražené záření nám pak podává informaci o povrchu, od kterého se odrazilo. Zjednodušeně řečeno na základě záření odraženého zemským povrchem jsme schopni určit, o jakou látku se jedná.
Elektromagnetické záření, které je odraženo nebo vydáváno zemským povrchem, je v případě DPZ zaznamenáváno speciálními přístroji – radiometry, které mohou být neseny letadlem nebo družicí. Následně hledáme vztah mezi hodnotami záření naměřenými radiometrem a vlastnostmi zemského povrchu, ze kterého toto záření pochází. Radiometr snímající elektromagnetické záření může být nesen družicí nebo letadlem, ve vzácných případech jsou používány i pozemní nosiče.
DPZ má oproti klasickým metodám pozemních měření řadu výhod. Data jsou pořízena poměrně rychle i za rozsáhlá území. Zároveň jsou získávána za celou plochu, odpadá tak nutnost interpolace z bodových měření. Prováděná měření jsou opakovatelná; je tak možné získat pro konkrétní území časovou řadu snímků za určité období. Tím dochází i ke snížení finančních nákladů za pořízení dat. DPZ zároveň umožňuje získávání informací i ze špatně přístupných míst. Díky možnosti automatizace celého procesu zpracování družicových nebo leteckých snímků je možné lépe provádět dlouhodobý a udržitelný monitoring potřebné oblasti. Velkou předností DPZ je možnost záznamu informace pro člověka neviditelné. Lidské oko je schopné zaznamenávat pouze viditelné záření o rozsahu vlnových délek přibližně 380 – 720 nm, zatímco pro DPZ jsou využívány vlnové délky cca 300 nm – 1 m.
Při použití delších vlnových délek je možné sledovat daleko více charakteristik povrchu. Např. vegetace má v infračervené části spektra daleko výraznější projev než ve spektru viditelném, na infračervených snímcích je tak daleko lépe odlišitelná od ostatních povrchů. Pokud byl snímek pořízen v tepelné části spektra, je možné z něj určit teplotu objektů na zemském povrchu.
Některé družice mají i tzv. panchromatické pásmo, které zahrnuje oblast viditelného záření. Toto pásmo mívá vyšší rozlišení než ostatní pásma; pomocí techniky zvané pansharpening je s jeho pomocí možné zlepšit rozlišení multispektrálního obrazu.
Parametry družicových dat
Při výběru vhodných dat DPZ pro konkrétní aplikaci je nutné zaměřit se na několik základních parametrů družicových snímků. Prvním z nich je prostorové rozlišení, které nám definuje, jak velká plocha na zemském povrchu odpovídá jednomu pixelu na snímku. Čím vyšší je prostorové rozlišení, tím větší podrobnosti lze na snímku rozeznat. V tomto ohledu lze rozlišovat družice nízkého rozlišení pořizující snímky o velikosti pixelu větší než 1 km. Snímky tohoto prostorového rozlišení jsou sice málo podrobné, avšak zachycují velkou část zemského povrchu a snímkování je možné provádět velmi často, i několikrát denně. Tento typ rozlišení je typický pro meteorologické družice, jakými jsou např. NOAA nebo MetOp. Družice středního rozlišení mají velikost pixelu v rozmezí 100 až 250 metrů. Využívají se především pro studie regionálního rozsahu, přičemž snímání jednoho povrchu je opakováno v řádu několika dnů. Střední prostorové rozlišení má např. družice Envisat. Velikost pixelu dat vysokého rozlišení je cca 10 až 50 metrů, patří sem např. družice Landsat nebo SPOT. Snímky středního a vysokého rozlišení jsou používány zejména pro monitorování zemského povrchu (např. sledování oceánů, zdravotního stavu vegetace nebo mapování v regionálním měřítku). Pomocí družic velmi vysokého rozlišení lze již sledovat zemský povrch velmi detailně, velikost pixelu je v tomto případě 5 metrů a méně. Takto podrobná data jsou využívána především pro územní plánování či podrobné lokální mapování. Družice velmi vysokého rozlišení jsou většinou provozovány komerčními subjekty a pořizují data na objednávku.
Dalším důležitým parametrem dat DPZ je časové rozlišení, které udává, s jakou časovou periodou jsou pořizována za stejné území. Zatímco meteorologické družice nízkého prostorového rozlišení mohou snímek stejného území pořídit několikrát denně, v případě družic s rozlišením v řádu metrů se měření opakují jen velmi málo. Spektrálním rozlišením je myšlena jednak šířka elektromagnetického spektra, jakou je radiometr schopen snímat, ale i počet pásem, do kterých je tento interval rozdělen. V tomto ohledu je možné rozlišovat multispektrální data, která obsahují několik jednotek pásem o šířce v řádu desítek nm, a hyperspektrální data, která obsahují několik desítek až stovek spektrálních pásem o šířce několika nm. Hyperspektrální snímky proto poskytují velmi podrobnou informaci o zemském povrchu. V současnosti obíhá kolem Země množství družic, které se liší svým prostorovým, časovým a spektrálním rozlišením a jsou tak vhodné pro různé aplikace.
Radarový DPZ
Pokud chceme sledovat zemský povrch v delších vlnových délkách, je nutné využít vlastní zdroj energie, neboť záření Země i Slunce je v této oblasti poměrně nízké a tím i obtížně zaznamenatelné. Toto lze obejít použitím tzv. zobrazujících radarů generujících vlastní záření, které je následně zemským povrchem odrážené. Radary pracují v oblasti mikrovlnného záření (cca 0,8 – 100 cm). Použitá vlnová délka přitom ovlivňuje pronikavost záření; při použití vlnových délek delších než 30 cm je za určitých podmínek možné sledovat i objekty pod povrchem. Protože radar produkuje vlastní záření, na rozdíl od optických dat není závislý na denní době a na počasí. Radarové snímky je tedy možné pořizovat i v noci a jeho paprsky prochází skrze oblačnost (s výjimkou vlnových délek kolem 1 cm, které jsou naopak používány k detekci srážek). Radarová data proto mají široké využití v meteorologii, v krizovém řízení (díky schopnosti radarového záření proniknout skrz oblačnost jsou často využívány při povodních) či pro detekci ledu a sněhu. Další využití naleznou radarová data při tvorbě výškových modelů terénu a sledování terénních změn (díky diferenční radarové interferometrii je možné pozorovat vertikální pohyby terénu v řádu cm až mm).
Letecká data
Letadla jsou starším typem nosiče. Takto pořízené snímky mají většinou lepší prostorové rozlišení než v případě snímků družicových. Jejich provoz je operativnější, tzn. letadlo je možné rychleji nasměrovat nad snímané území, než je tomu u družice. Nevýhodou leteckých nosičů je zejména větší prostorové zkreslení a dražší pořízení snímku než v případě družice. Letecké snímky jsou využívány zejména pro tvorbu ortofotomap (např. Ortofoto České republiky pořizované ČÚZK). Vzhledem k vyšší technologické náročnosti konstrukce hyperspektrálních senzorů jsou letecké nosiče velmi často využívány pro pořizování hyperspektrálních dat. Příkladem jsou např. senzory AISA nebo HyMap, používané zejména v oblasti geologie a pro studium vegetace.
