Praca z danymi satelitarnymi w programie Global Mapper

Gdy słońce świeci, dostarcza Ziemi promieniowanie elektromagnetyczne, którego część odbieramy jako światło. Różne materiały, powierzchnie i cechy odbijają tę energię z powrotem na różne sposoby. Najbardziej znanym zakresem promieniowania elektromagnetycznego jest światło widzialne — światło, które nasze oczy wykrywają i wykorzystują do postrzegania otaczającego nas widzialnego świata — które mieści się w zakresie długości fal od 380 do 720 nanometrów. Pełne spektrum promieniowania elektromagnetycznego obejmuje wiele długości fal, a określone zakresy tej energii powodują określone efekty lub są wykorzystywane do określonych celów. Na przykład światło ultrafioletowe, światło powodujące oparzenia słoneczne, ma długość fali od 300 do 380 nanometrów, podczas gdy energia wykorzystywana przez promienie rentgenowskie jest jeszcze krótsza i wynosi od 0.03 do 300 nanometrów. Na drugim końcu widma promieniowanie mikrofalowe osiąga długość fali od około 1 milimetra do 30 centymetrów.

Dane satelitarne powstają poprzez rejestrowanie odbitego i emitowanego promieniowania elektromagnetycznego z określonych zakresów długości fal. Gdy satelita krążący wokół Ziemi przelatuje nad danym obszarem, zaawansowane czujniki rejestrują energię emitowaną i odbijaną z powierzchni Ziemi z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Dane te są ostatecznie dostarczane w formacie rastrowym, gdzie każdy piksel reprezentuje wartość o różnym współczynniku odbicia promieniowania.

Dane satelitarne dzielą zakresy odbitej energii według długości fali na oddzielne warstwy obrazu dla tej samej sceny. Każda z tych warstw jest nazywana pasmem, a każde pasmo może być samodzielną warstwą rastrową z pojedynczą wartością powiązaną z każdym pikselem. Powszechnym źródłem danych satelitarnych jest Landsat 8 (OLI), który wykorzystuje poniższe oznaczenia pasm do rozróżniania współczynnika odbicia promieniowania elektromagnetycznego o różnych długościach fal.

Źródło: Jakie pasma widmowe satelity Landsat są najlepsze do wykorzystania w moich badaniach?

Dane z satelity Landsat 8 i innych satelitów można pobrać z EarthExplorer , portalu pobierania danych obsługiwanego przez USGS. Okno dialogowe źródeł danych online w Global Mapper zawiera bezpośredni link do EarthExplorer w folderze Imagery. Połączenie z tym źródłem uruchomi stronę pobierania EarthExplorer USGS w przeglądarce internetowej i użyje bieżących granic ekranu z Global Mapper jako obszaru zainteresowania do pobrania danych, co ułatwia wyszukiwanie i pobieranie danych satelitarnych dla obszaru projektu.

Tworzenie obrazów wielospektralnych

Połączenie danych z różnych pasm w jedną warstwę multispektralną pozwala uzyskać dodatkowe szczegóły dla danego obszaru. Obrazy multispektralne są tworzone w programie Global Mapper poprzez załadowanie oddzielnych pasm i wyeksportowanie ich jako pojedynczego obrazu rastrowego wielopasmowego. 

Aby uzyskać naturalny obraz kolorystyczny z oddzielnych pasm, połącz pasma czerwonego, zielonego i niebieskiego podczas eksportu. W rezultacie obraz wygląda naturalnie i jest zbliżony do tego, jak postrzegalibyśmy krajobraz w okolicy. 

Pasma czerwone, zielone i niebieskie, czyli pasma 4, 3, 2 z danych Landsat 8, są łączone w celu wygenerowania obrazu satelitarnego o naturalnych kolorach. 

Dalsza manipulacja pasmami wyświetlanymi na obrazie może ujawnić specyficzne cechy sceny. Nałożenie pasm bliskiej podczerwieni, czerwieni i zieleni tworzy specyficzny obraz w fałszywych kolorach, często nazywany obrazem w podczerwieni kolorowej. Ponieważ wiadomo, że chlorofil, występujący w zdrowej roślinności, odbija światło bliskiej podczerwieni, ta kombinacja pasm jest przydatna do identyfikacji zdrowej roślinności. 

Z danych Landsat 8 eksportowane są pasma 5, 4, 3 w celu wygenerowania obrazu w bliskiej podczerwieni. W rezultacie czerwone obszary oznaczają zdrową roślinność. 

Chociaż do wyświetlenia obrazu zostaną użyte tylko trzy pasma danych, Global Mapper może eksportować pliki danych wielopasmowych, które zawierają wszystkie pasma dla danego obszaru. Eksportując siedem powszechnie używanych pasm do jednego pliku wielopasmowego, można zmienić kolejność i sposób wyświetlania pasm w oknie dialogowym Opcje warstwy. 

Karta Ustawienia pasma oferuje liczne predefiniowane kombinacje pasm dla popularnych źródeł danych satelitarnych. Kombinacja pasm Fałszywych Kolorów 6, 5, 4 może być przydatna w analizach rolniczych, ponieważ wyraźnie pokazuje obszary porośnięte roślinnością na zielono, a jałowe pola na różowo i magentę. 

 

 

Ostrzenie patelni

Dane satelitarne są często gromadzone z niższą rozdzielczością niż zdjęcia lotnicze z niższych wysokości. Dane z satelity Landsat 8 przedstawione powyżej mają rozdzielczość przestrzenną 30 metrów, co oznacza, że ​​każdy piksel reprezentuje fragment powierzchni gruntu o wymiarach 30 na 30 metrów. Satelita Landsat gromadzi również dane w paśmie panchromatycznym o rozdzielczości 15 metrów, rejestrując dane o odbiciu dla szerszego zakresu długości fal. 

Wyższa rozdzielczość pasma panchromatycznego jest wykorzystywana w procesie wyostrzania panoramicznego w połączeniu z obrazem o naturalnych kolorach, co pozwala na zwiększenie poziomu szczegółowości i koloru obrazu wielospektralnego. 

 

Obliczenia rastrowe

Oprócz nakładania wartości pasm w celu wygenerowania mapy prezentującej określone cechy i materiały przedstawione na scenie, poszczególne pasma można wykorzystać w Kalkulatorze Rasterów Global Mappera, aby uzyskać jeszcze więcej informacji. Ponieważ badania wykazały, jak różne powierzchnie i zasoby oddziałują z promieniowaniem elektromagnetycznym, można zastosować formuły wykorzystujące wartości odbicia energii z pikseli koordynujących z wielu pasm, aby uzyskać nowe warstwy danych. 

Kalkulator rastrowy oferuje liczne predefiniowane formuły do ​​typowych obliczeń, z kilkoma wariantami odzwierciedlającymi zmiany w strukturze pasmowej danych źródłowych. Umożliwia również wprowadzanie niestandardowych formuł i wyrażeń matematycznych w celu tworzenia nowych warstw rastrowych. 

W poniższym przykładzie pasma zielone i bliskiej podczerwieni z satelity Landsat 8 służą do obliczenia Znormalizowanego Różnicowego Wskaźnika Wody (NDWI) dla danego obszaru. Ten powszechnie stosowany wzór wykrywa obecność wody w środowisku i jest przydatny do monitorowania i oceny wrażliwych terenów podmokłych. 

Wybrana formuła Landsat 8 NDWI w Global Mapper prawidłowo nazywa te pasma we wzorze B3 i B5.

NDWI używa skali od -1 do +1 do wskazania obecności wody w środowisku. Wartości dodatnie, pokazane na niebiesko, pokazują zbiorniki wodne w tej scenie. 

Zrozumienie, jak różne długości fal światła oddziałują na określone powierzchnie i jak się od nich odbijają, stwarza możliwość uzyskania wielu informacji o pokryciu terenu i typach powierzchni z ogólnodostępnych danych satelitarnych. Dzięki temu, że dane te są oparte na pikselach, warstwy te można wykorzystywać ze wszystkimi narzędziami do analizy rastrowej oferowanymi przez Global Mapper. 

Jeśli chcesz poznać dane satelitarne i inne narzędzia Global Mapper, pobierz 14-dniowy bezpłatny okres próbny już dziś! W razie pytań prosimy o kontakt.

Referencje: 

Które pasma widmowe satelity Landsat są najlepsze do wykorzystania w moich badaniach?, USGS, www.usgs.gov/faqs/what-are-best-landsat-spectral-bands-use-my-research?qt-news_science_products=0#qt-news_science_products.

Campbell, James B. i Randolph H. Wynne. Wprowadzenie do teledetekcji . Wydanie piąte, Guilford Press, 2011.