KOS_instrukcja

TELEDETEKCJA - LABORATORIUM

GiK sem. V

Ćwiczenie 7

MAPA POKRYCIA TERENU

NA PODSTAWIE KOMPOZYCJI BARWNEJ Landsat ETM+

Cel

ćwiczenia

Wykonanie mapy pokrycia terenu i ocena warto

ści interpretacyjnej zdjęć Landsat ETM+.

Porównanie kompozycji barwnych wykonanych dla ró

żnych kombinacji zakresów

spektralnych i filtrów RGB.

G

łównym celem ćwiczenia jest nauczenie rozpoznawania obiektów na kompozycji

barwnej z wykorzystaniem jedynie informacji spektralnej – charakterystyk spektralnych
obiektów terenowych.

II.

Materia

ły

- kompozycja barwna z obszaru Polski ale z nieznanego studentom obszaru

utworzona ze zdj

ęcia Landsat ETM+ zarejestrowanego dnia 24 maja 2001 r.

- wykresy charakterystyk spektralnych różnych obiektów terenowych.

III.

Metoda wykonania

1. Wyobrazi

ć sobie jak wyglądał krajobraz w dniu rejestracji zdjęcia satelitarnego.

Zapozna

ć się z krajobrazem przedstawionym na kompozycji barwnej.

2. Podobnie jak w przypadku kompozycji barwnych Landsat MSS na pocz

ątku

ćwiczenia należy ustalić znaczenie kolorów na podstawie charakterystyk
spektralnych ró

żnych obiektów terenowych i parametrów kompozycji barwnej.

Jest to kluczowy etap dla dalszej interpretacji. Wyniki analizy kolorystycznej nale

ży

przedstawi

ć w sprawozdaniu w formie odpowiednich rysunków.

3. Wyznaczy

ć na kalce interpretacyjnej kontury klas pokrycia terenu na poziomie 3

CORINE Land Cover.

IV.

Sprawozdanie

W sprawozdaniu przedstawi

ć: drogę dojścia do znaczenia kolorów, kalkę interpretacyjną,

komentarze.

PDF stworzony przez wersj

ę demonstracyjną pdfFactory

www.pdffactory.pl/

V. Opis programu CORINE

Program CORINE (Coordination of Information on the Environment) prowadzony

przez Komisj

ę Wspólnot Europejskich w latach 1985-90 obejmuje:

System Informacji zawieraj

ący podstawowe dane o środowisku krajów Wspólnoty

Europejskiej m. in. granice i jednostki administracyjne, wody, osiedla, sie

ć dróg,

potencja

ł roślinny, typy gleb, klimat, erozja gleb, użytkowanie ziemi, emisja

zanieczyszcze

ń, elektrownie jądrowe, etc.

Nomenklatur

ę i metodologię wykonywania programu CORINE dla krajów Wspólnoty

Europejskiej i krajów pozacz

łonkowskich Europy Centralnej i Wschodniej.

W 1991 podj

ęto decyzję zastosowania metodyki tego programu do realizacji trzech

jego podprogramów w krajach Europy

Środkowo-Wschodniej: CORINE LAND COVER,

CORINE BIOTOP, CORINEAIR.

W ramach podprogramu CORINE LAND COVER wydziela si

ę 44 klasy pokrycia

terenu pogrupowane w trzy poziomy przedstawione w poni

ższej tabeli (Program kartowania

pokrycia terenu CORINE, IGIK Warszawa 1993.07.16).

Klasy pokrycia terenu przyj

ęte w programie CORINE Land Cover

Poziom I

Poziom II

Poziom III

1. Tereny zantropogenizowane

1.1. Tereny zurbanizowane

1.1.1. Zabudowa zwarta
1.1.2. Zabudowa lu

źna

1.2. Tereny przemys

łowe,

handlowe i komunikacyjne

1.2.1. Tereny przemys

łowe i handlowe

1.2.2. Tereny komunikacyjne i zwi

ązane z komunikacją

(drogow

ą i kolejową)

1.2.3. Porty
1.2.4. Lotniska

1.3. Kopalnie, wyrobiska i budowy

1.3.1. Miejsca eksploatacji odkrywkowej
1.3.2. Zwa

łowiska i hałdy

1.3.3. Budowy

1.4. Zantropogenizowane tereny
zielone (nie u

żytkowane rolniczo)

1.4.1. Miejskie tereny zielone
1.4.2. Tereny sportowe i wypoczynkowe

2. Tereny rolne

2.1. Grunty orne

2.1.1. Grunty orne poza zasi

ęgiem urządzeń nawadniających

2.1.2. Grunty orne ci

ągle nawadniane

2.1.3. Pola ry

żowe

2.2. Uprawy trwa

łe

2.2.1. Winnice
2.2.2. Sady i plantacje
2.2.3. Gaje oliwne

2.3.

Łąki

2.3.1.

Łąki

2.4. Obszary upraw mieszanych

2.4.1. Uprawy jednoroczne wyst

ępujące wraz z uprawami

trwa

łymi

2.4.2. Z

łożone systemy upraw i działek

2.4.3. Tereny g

łównie zajęte przez rolnictwo z dużym udziałem

ślinności naturalnej

2.4.4. Tereny rolniczo-le

śne

3. Lasy i ekosystemy seminaturalne

3.1. Lasy

3.1.1. Lasy li

ściaste

3.1.2. Lasy iglaste
3.1.3. Lasy mieszane

3.2. Zespo

ły roślinności

drzewiastej i krzewiastej

3.2.1. Murawy i pastwiska naturalne
3.2.2. Wrzosowiska i zakrzaczenia
3.2.3. Ro

ślinność sucholubna (śródziemnomorska)

3.2.4. Lasy i ro

ślinność krzewiasta w stanie zmian

3.3. Tereny otwarte, pozbawione
ro

ślinności lub z rzadkim

pokryciem ro

ślinnym

3.3.1. Pla

że, wydmy, piaski

3.3.2. Ods

łonięte skały

3.3.3. Ro

ślinność rozproszona

3.3.4. Pogorzeliska
3.3.5. Lodowce i wieczne

śniegi

4. Obszary podmok

łe

4.1.

Śródlądowe obszary podmokłe 4.1.1. Bagna śródlądowe

4.1.2. Torfowiska

4.2. Przybrze

żne obszary

podmok

łe

4.2.1. Bagna s

łone (salniska)

4.2.2. Saliny
4.2.3. Osuchy

5. Obszary wodne

5.1. Wody

śródlądowe

5.1.1. Cieki
5.1.2. Zbiorniki wodne

5.2. Wody morskie

5.2.1. Laguny
5.2.2. Estuaria
5.2.3. Morza i oceany

PDF stworzony przez wersj

ę demonstracyjną pdfFactory

www.pdffactory.pl/

VI. Skaner wielospektralny TM i ETM+

Drugim, po MSS, urz

ądzeniem do zbierania danych, pracującym na pokładzie

satelity LANDSAT 4, jest skaner drugiej generacji – TM (Thematic Mapper). Skaner
ten znalaz

ł się również na satelicie LANDSAT 5. Nowa, ulepszona wersja skanera

ETM+ zosta

ła umieszczona na pokładzie satelity LANDSAT 7. W odróżnieniu od

poprzedniego, skaner TM (ETM+ równie

ż) ma większą przestrzenną zdolność

rozdzielcz

ą i dokonuje rejestracji informacji w siedmiu zakresach spektralnych. Dobór

tych zakresów poprzedzi

ły długotrwałe studia i eksperymenty mające na celu

okre

ślenie najkorzystniejszych zakresów promieniowania elektromagnetycznego do

pozyskiwania informacji o okre

ślonej tematyce. Skaner TM rejestruje więc sześć

pasm promieniowania w zakresie promieniowania widzialnego, bliskiej i

średniej

podczerwieni oraz jedno w zakresie podczerwieni termalnej. Dobór tych pasm
zwanych kana

łami i ich przeznaczenie przedstawia się następująco:

Pasmo 1 (0,45 – 0,52

μm). Fale elektromagnetyczne o tych długościach mają

łaściwości penetracji wody. Zostały więc wykorzystane w kartowaniu wód

przybrze

żnych, a także w kartowaniu obszarów pokrytych roślinnością

z rozró

żnianiem formacji iglastych i liściastych.

Pasmo 2 (0,52 – 0,60

μm). Pasmo to jest przeznaczone do pomiarów ilości

promieniowania najsilniej odbijanego przez zielona ro

ślinność. Zostało ono

zatem wykorzystane do oceny

żywotności (wigoru) roślin.

Pasmo 3 (0,63 – 0,69

μm). Fale elektromagnetyczne o tych długościach są silnie

absorbowane przez chlorofil. Zdj

ęcia wykonywane w tym paśmie służą do

szczegó

łowych rozróżnień roślinności.

Pasmo 4 (0,76 – 0,90

μm). To pasmo zastosowano do określania ilości biomasy,

a tak

że w kartowaniu powierzchni wodnych.

Pasmo 5 (1,55 – 1,75

μm). Rejestracja fal elektromagnetycznych w tym zakresie

pozwala na dokonywanie szacunku zawarto

ści wilgoci w roślinach i w

glebie. Zdj

ęcia wykonywane w tym paśmie wykorzystuje się także do

kartowania obszarów pokrytych

śniegiem, jako że obraz śniegu

rejestrowany w tym zakresie spektrum wyra

źnie różni się od obrazu chmur.

Pasmo 6 (10,40 – 12,50

μm). W tym paśmie satelita dokonuje rejestracji

promieniowania cieplnego emitowanego z powierzchni ziemi. Jest ono
zatem wykorzystywane w kartowaniu zjawisk termicznych, a tak

że w

analizie stanów stresowych ro

ślinności oraz w kartowaniu wilgotności gleb.

Pasmo 7 (2,08 – 2,35

μm). Rejestracja tego zakresu fal została wprowadzona

dodatkowo, na wniosek geologów, którzy uznali,

że nadaje się od

najbardziej

rozró

żniania typów skał i kartowania zjawisk

hydrotermicznych.

Jak wi

ęc wynika z powyższego zestawienia, głównym zadaniem skanera TM

jest monitorowania i kartowanie ro

ślinności oraz zbieranie informacji do celów

geologicznych.

Zdj

ęcia wykonywane przez skaner TM są lepszej jakości niż wykonywane

przez skaner MSS i mo

żna je porównywać ze zdjęciami lotniczymi wykonanymi z

żej wysokości.

Skaner ETM+, poza obrazowaniem w 7 wymienionych powy

żej zakresach

spektralnych, rejestruje równie

ż dane w zakresie panchromatycznym. Jest to jednak

obraz panchromatyczny zmodyfikowany, poszerzony o cz

ęść bliskiej podczerwieni.

PDF stworzony przez wersj

ę demonstracyjną pdfFactory

www.pdffactory.pl/

Zakresy promieniowania rejestrowane przez skanery TM i ETM+ umieszczone

na serii satelitów Landsat

Nazwa satelity (skanera)

Kana

ły Zakresy promieniowania [μm] Rozdzielczość [m]

Landsat 4, 5 (TM)

0,45 – 0,52

0,52 – 0,60

0,63 – 0,69

0,76 – 0,90

1,55 – 1,75

10,40 – 12,50

120

2,08 – 2,35

Landsat 7 (PAN)

0,50 – 0,90

Landsat 7 (ETM+)

0,45 – 0,52

0,52 – 0,60

0,63 – 0,69

0,76 – 0,90

1,55 – 1,75

10,40 – 12,50

2,08 – 2,35

VII. Charakterystyki spektralne obiektów terenowych

Roślinność

Sucha
gleba – 5%

Czysta woda (jezioro)

Woda mętna (rzeka)

Wilgotna
gleba – 20%

ługość fali [

mm]

dbi

[

Zakresy spektralne TM

1 2 3 4

PDF stworzony przez wersj

ę demonstracyjną pdfFactory

www.pdffactory.pl/

ługość fali [

mm]

dbi

[

Trawa

Sucha, żółta trawa

Jodła

Korona drzew orzecha włoskiego

Zakresy spektralne TM

1 2 3 4

Odbicie spektralne ró

żnych upraw w tym samym czasie ale w różnej fazie rozwoju.

PDF stworzony przez wersj

ę demonstracyjną pdfFactory

www.pdffactory.pl/

II. 2. Warstwa tematyczna „pokrycie terenu”

1. Wprowadzenie

ążąc do zaspokojenia swych potrzeb człowiek przekształca otaczającą go

przestrze

ń. Zagospodarowując powierzchnię Ziemi ludzie ingerują w harmonię

przyrody i wykorzystuj

ą niektóre elementy środowiska naturalnego w celach innych

ż wskazują na to jego potencjalne możliwości. Wkraczanie w te współzależności

poszczególnych komponentów

środowiska winno odbywać się z zachowaniem

nale

żytego respektu dla praw przyrody, aby zbyt gwałtownymi zmianami nie wywołać

niezamierzonych, katastrofalnych skutków.

Racjonalna gospodarka przestrzeni

ą wymaga ciągłej kontroli prawidłowości

wykorzystania ró

żnych elementów środowiska. Jednym ze środków umożliwiających

kontrol

ę właściwego gospodarowania środowiskiem jest warstwa „pokrycie terenu” w

systemie informacji przestrzennej. Stosuj

ąc rozumowanie oparte na metodyce i

technologii SIP mo

żna powiedzieć, że mapa pokrycia terenu jest produktem

graficznym warstwy tematycznej SIP o tej samej nazwie. Warstwa ta jest jednym z
najwa

żniejszych elementów składowych SIP. Wielką wagę przywiązuje się do tej

warstwy, w szczególno

ści dla obszarów wiejskich. Wynika z tego, że warstwa

„pokrycie terenu” b

ędzie miała kluczowe znaczenie dla tych obszarów, w gospodarce

których przewa

żają zagadnienia rolne, leśne i rekreacyjne.

Poj

ęcie „pokrycie terenu” odpowiada angielskiemu terminowi „land cover”.

Funkcjonuje ono obok poj

ęcia „użytkowanie ziemi” odpowiadającego angielskiemu

„land use”. W wielu przypadkach oba te poj

ęcia są używane zamiennie. Jedna z

wcze

śniejszych definicji (Jankowski 1977) mówi, że pod pojęciem pokrycia terenu

nale

ży rozumieć informację o rozmieszczeniu form użytkowania ziemi, użytkowanych

lub nieu

żytkowanych przez człowieka w ich związku przestrzennym i wzajemnej

wspó

łzależności. Autor tej definicji używa zamiennie terminów „pokrycie terenu” i

„u

żytkowanie ziemi”.

Na rozdzielne u

żytkowanie tych pojęć w Polsce duży wpływ wywarły prace

prowadzone w ramach projektu CORINE Land Cover, zrealizowane najpierw dla
krajów Unii Europejskiej, pó

źniej również dla państw Europy Centralnej i Wschodniej.

W projekcie u

żywa się nazwy „land cover”, co przyjęto w języku polskim jako

„pokrycie terenu”.

łówna różnica między terminami „pokrycie terenu” oraz „użytkowanie ziemi” jest

zwi

ązana z trwałością (niezmiennością) wydzielonych obszarów.

Mapa pokrycia terenu przedstawia elementy w miar

ę trwałe, nie zmieniające się w

czasie sezonu wegetacyjnego. B

ędą to więc lasy, łąki, tereny zabudowane, grunty

orne itp. Szczegó

łowość wydzieleń zależy od skali mapy i potrzeb, dla których

wykonuje si

ę opracowanie. w terminologii francuskiej są to mapy „d’occupation du

sol”.

Mapa u

żytkowania ziemi wyróżnia obok elementów trwałych również te elementy,

które s

ą zmienne w czasie np.: typy upraw, sposób rolniczego wykorzystania ziemi,

struktur

ę upraw (zasiewów).

W skali województwa mapa pokrycia terenu jest materia

łem podstawowym do

wykonania studium zagospodarowania przestrzennego i analiz z zakresu rolnictwa
oraz ochrony

środowiska. Powinna być wykonana z rozdzielczością przestrzenna

odpowiadaj

ącą skali1:50 000 (ewentualnie 1:100 000) i rozdzielczością tematyczną

odpowiadaj

ącą potrzebom studium zagospodarowania przestrzennego i potrzebom

analiz.

PDF stworzony przez wersj

ę demonstracyjną pdfFactory

www.pdffactory.pl/

W skali gminy mapa pokrycia terenu jest tak

że materiałem podstawowym do

wykonania studium kierunków i warunków zagospodarowania przestrzennego.
Powinna by

ć wykonana z rozdzielczością przestrzenną odpowiadającą skali 1:25

000, a dla gmin o zró

żnicowanej strukturze skali 1:10 000.

Zawarte w warstwie „pokrycie terenu” informacje porównane z potencjalnymi

cechami

środowiska dają odpowiedź na pytanie, czy środowisko jest

wykorzystywane zgodnie z jego mo

żliwościami.

Źródła danych o pokryciu terenu

Podstawowymi

źródłami danych o pokryciu terenu są:

a) mapy topograficzne – pod warunkiem,

że są aktualne, wykonane z wysoka

dok

ładnością i szczegółowością. Warunek ten spełniają nowe cywilne mapy

topograficzne w skalach 1:10 000 i 1:50 000 w uk

ładzie współrzędnych „1992”

i „1942”,

b) zdj

ęcia satelitarne,

c) zdj

ęcia lotnicze,

d) mapy tematyczne – glebowo-rolnicze, siedlisk le

śnych, ewidencji gruntów, itp.,

e) wywiad terenowy.

Przy tworzeniu warstwy „pokrycie terenu” najlepsze rezultaty uzyskuje si

wykorzystuj

ąc różne źródła danych. Dla opracowania o dokładności geometrycznej i

tematycznej potrzebnej dla poziomu gminy b

ędą to: mapa topograficzna 1:10 000,

zdj

ęcia lotnicze PHARE, mapy tematyczne oraz wywiad terenowy. Dla opracowania

na poziomie województwa optymalnym rozwi

ązaniem jest wykorzystanie mapy

topograficznej 1:50 000, zdj

ęć lotniczych PHARE oraz zdjęć satelitarnych.

Dla niektórych celów mo

że okazać się przydatna, wykonana dla terenu całej

Polski w ramach projektu CORINE Land Cover, mapa pokrycia terenu w skali
1:100 000.

3. Mapa pokrycia terenu skali 1:100 000 opracowana w ramach programu

CORINE Land Cover

Historia tego projektu si

ęga roku 1985, kiedy to w krajach należących do

Wspólnoty Europejskiej podj

ęto program środowiskowy pod nazwa CORINE Land

Cover (Coordination of Information on the Environnement). Jego celem by

ło

zgromadzenie informacji o

środowisku geograficznym w sposób jednolity i

uporz

ądkowany. Zebrane w ten sposób informacje miały służyć ujednoliceniu polityki

środowiskowej w krajach Wspólnoty.

Rozszerzenie programu CORINE na kraje Europy

Środkowej sprawiło, że Polska

przyst

ąpiła w 1993r. do opracowania „Mapy pokrycia terenu 1:100 000”. Mapa ta

zosta

ła opracowana zgodnie z technologią przyjętą w krajach Unii Europejskiej i

powsta

ła w oparciu o środki funduszu PHARE.

Legenda Mapy Pokrycia Terenu ma charakter hierarchiczny – trójstopniowy, przy

czym na poziomie trzecim wyst

ępują 43 klasy pokrycia terenu.

W razie potrzeby stosuj

ąc logikę pierwszych trzech poziomów można wyróżnić

poziom czwarty.

Podstawowym materia

łem wykorzystywanym do opracowania mapy pokrycia

terenu by

ły zdjęcia satelitarne wykonane z satelity Landsat skanerem TM. Polska

zosta

ła pokryta 29 takimi zdjęciami pochodzącymi w większości z roku 1992, a dla

fragmentów kraju z lat 1989 i 1993. W pracy by

ły wykorzystywane kompozycje

PDF stworzony przez wersj

ę demonstracyjną pdfFactory

www.pdffactory.pl/

barwne zdj

ęć doprowadzone do skali 1:100 000 i przetworzone do układu

wspó

łrzędnych płaskich „1942”. Kompozycje te były interpretowane wizualnie z

wykorzystaniem innych materia

łów, głównie map topograficznych. Zgodnie z

łożeniami metodycznymi, najmniejsza jednostka powierzchniowa zaznaczona na

mapie ma wielko

ść 25ha, a kontury wydłużone wyróżniano wtedy, gdy miały

szeroko

ść większą niż 100m. W wyniku interpretacji zdjęć powstały nakładki z

ęcznie wyrysowanymi granicami poszczególnych wydzieleń i oznaczeniami

kodowymi, które po zamianie na posta

ć cyfrową zostały wprowadzone do bazy

danych. Mapa pokrycia terenu w zapisie numerycznym umo

żliwia określenie

powierzchni zajmowanej przez poszczególne klasy wyró

żnione na mapie. Na

podstawie opracowania mo

żna określić aktualną powierzchnię wszystkich klas

pokrycia terenu na obszarze ca

łego kraju. Wprowadzenie do bazy danych informacji

dotycz

ących administracyjnego podziału kraju stwarza możliwość uzyskania wyżej

wymienionych informacji dla dowolnych jednostek podzia

łu terytorialnego (Ciołkosz,

Baranowski, 1994). Dane s

ą dostępne dla obszaru całego kraju, również i dla

województwa ostro

łęckiego. Przykład mapy pokrycia terenu dla południowo-

wschodniego fragmentu województwa pokazano w za

łączniku, jednakże nie przyjęto

tej mapy jako podstawy do tworzenia warstwy tematycznej „pokrycie terenu” dla SIP
województwa ostro

łęckiego.

Program CORINE Land Cover nie ujmuje w sposób zadowalaj

ący użytkowania

ziemi w Polsce. Legenda Mapy Pokrycia Terenu jakby troch

ę „nie pasuje” do

środowiska przyrodniczego naszego kraju.

ęcie niektórych zagadnień jest zbyt ubogie, jak np.: wyróżnienie tylko dwóch

rodzajów zabudowy: zabudowy zwartej i zabudowy lu

źnej. Podobnie podział gruntów

ornych na trzy grupy: grunty orne poza zasi

ęgiem urządzeń nawadniających, grunty

orne ci

ągle nawadniane i ryżowiska jest niewystarczający, gdyż nie uwzględnia

bogactwa i ró

żnorodności upraw.

Stosunkowo niska jest szczegó

łowość mapy, gdyż najmniejsza jednostka

powierzchniowa zaznaczona na mapie ma wielko

ść 25ha.

4. Warstwa „pokrycie terenu” w systemie informacji przestrzennej dla

województwa ostro

łęckiego

Podczas rozpocz

ęcia prac nad warstwą „użytkowanie terenu”, dla województwa

ostro

łęckiego nie były dostępne aktualne zdjęci lotnicze i satelitarne. Podjęto wiec

decyzje o utworzeniu tej warstwy w oparciu o map

ę topograficzną 1:50 000. Teren

łego województwa ma pokrycie mapą wojskową w układzie „1942”. Dla

łudniowej części województwa opracowano 7 arkuszy map cywilnych w układzie

„1942” o stanie aktualno

ści na rok 1991. Większa aktualność tych map, jak i

szczegó

łowość i zakres treści zadecydowały, że mapy cywilne przyjęto jako materiał

źródłowy do opracowania metody tworzenia warstwy „pokrycie terenu” oraz
wykonania przyk

ładowych opracowań. Dla pozostałej części województwa należy

zmodyfikowa

ć tę metodę i dostosować do możliwości jakie dają mapy wojskowe.

Jako

źródło do aktualizacji i wzbogacenia treści można wykorzystywać kompozycje

barwne ze zdj

ęć satelitarnych Landsat TM w skali 1:100 000 wykonanych dla

projektu CORINE Land Cover.

W 1997 roku wykonano dla województwa ostro

łęckiego programowane zdjęcia

satelitarne SPOT, panchromatyczne i wielospektralne. Umo

żliwiło to podjęcia próby

opracowania metody tworzenia warstwy tematycznej „pokrycie terenu” na podstawie
tych zdj

ęć. Wyniki tej próby są przedstawione w dalszych rozdziałach.

PDF stworzony przez wersj

ę demonstracyjną pdfFactory