Variációk műholdképekre 1.

A műholdfelvételek megjelenítése csak egyik módja a bennük lévő információ kinyerésének. A képek adattartalmát más módon is felhasználhatjuk, abból gyorsan és hatékonyan származtathatunk olyan új információkat is, amelyeket a különböző felhasználási területeken jobban vagy egyszerűbben hasznosíthatnak, további elemzéseknek vethetnek alá. Ebben a fejezetben a teljesség igénye nélkül bemutatunk néhány, egymástól teljesen különböző lehetőséget a képekben rejlő további információk kinyerésére, felhasználására vonatkozóan.

Az egyik ilyen módszer az ún. spektrális indexek előállítása. Ezek általában egyszerű matematikai képletekkel kiszámíthatók az űrfelvétel minden pixelére a különböző hullámhossztartományokban mért értékekből, és egyes jellemző tulajdonságok kiemelésére használhatók. A legelterjedtebbek a vegetációs indexek (pl. a normalizált különbség vegetációs index, NDVI), de gyakran használjuk a víz és talaj-indexeket is. A vegetációs indexek segítségével becsülhetjük a növényzet jelenlétét, fejlettségi és egészségi állapotát a területen, de információt kaphatunk a növényzet típusáról, a klorofill- és víztartalmáról is, sőt, a tengerek és óceánok algavirágzása is megfigyelhető ily módon. Az indexek idősorából természetesen ezek változása is jól követhető. Hasonló mutatókat mikrohullámú tartományban rögzített felvételekből is nyerhetünk.

Amennyiben egy felhasználási terület igényli, tematikus térképeket is előállíthatunk űrfelvételekből. Ez a fajta információkinyerés kellő mennyiségű és minőségű referenciaadatot kíván a vizsgált területről, hogy az egyes lehatárolt foltokhoz hozzárendelhessük a valós felszíni jelentéstartalmat. Tematikus eredmény lehet pl. egy felszínborítás-térkép, amely megmutatja, hogy hol, milyen típusú növényzetet találunk, illetve hol vannak a vízfelszínek, beépített területek, vagy a csupasz talajfelszínek. Tematikus eredmény lehet egy mezőgazdasági terület terménytérképe, illetve káresemények, természeti katasztrófák után az érintett területek lehatárolásának térképe is.

A felszínborításban bekövetkezett változásokat kimutathatjuk úgy is, hogy adott időpontokra elkészített (statikus) tematikus térképek különbségeit vizsgáljuk, de ma már az elemző algoritmusok képesek a rendelkezésre álló teljes űrfelvétel-idősorok elemzésével elkülöníteni egymástól az egységesen (egyforma mértékben és irányban és sebességgel) változó területeket is. Ilyen vizsgálat képet adhat a tájszerkezet vagy a természetes növénytakaró változásáról, a beépítettség mértékének alakulásáról, de azonosíthatjuk a mezőgazdasági területeken termesztett növényeket is.

Az űrfelvételekből levezetett felszínborítás térképekre fontos példa a Copernicus földmegfigyelési program keretein belül előállított és szabadon letölthető CORINE felszínborítás adatbázis (Corine Land Cover, CLC)  és az ún. nagyfelbontású felszínborítási rétegek adatbázisa (High Resolution Layer, HRL). A CORINE 6 évente készül el Európára (a jelenlegi legfrissebb verzió 2018-ban készült, a legelső pedig 1990-ben). A módszer űrfelvétel-idősorok vizuális kiértékelésén alapszik, és az egyes évekre vonatkozó pillanatnyi állapotot bemutató térképek mellett a térképezett időpontok közötti változásokat nyilvántartó adatbázisok is készülnek. Az adatbázis 44 felszínborítási és földhasználati kategóriát tartalmaz.

A nagyfelbontású rétegek – szintén európai léptékben – egy-egy tematikára fókuszálnak: mesterséges felszínekre, erdős területekre, gyepterületekre, vízfelületekre és vizenyős területekre. Ezek a fedvények négyszögletes cellákból álló raszterek – ellentétben a CORINE-nal, amely határvonalakkal tagolt foltokat tartalmazó ún. vektoros térkép. A nagyfelbontású rétegek 20×20 méteres cellákra osztják a felszínt, és meghatározott szabályrendszer szerint információt adnak arról, hogy az egyes tematikák tekintetében az adott cella milyen értéket vesz fel, azaz mi található ott a földfelszínen.

Sentinel–1 és Sentinel–2 űrfelvételek elemzésével (speciális gépi tanuló algoritmus alkalmazásával), valamint számos más adatbázis felhasználásával készült el 2019 nyarára Magyarország ökoszisztéma alaptérképe, amely térbeli és tematikus felbontását tekintve is mindeddig a leginformatívabb országos ökoszisztéma térképünk. Az egyes kategóriáknak megfelelő területek lehatárolásában nemcsak az űrfelvételek, hanem a belőlük származtatott egyéb információk (például növényzet vagy víz jelenlétére utaló spektrális indexek) is nagy szerepet játszottak. Az adatbázis 20 méter/pixel felbontású raszter, amely a CORINE-hoz hasonlóan szabadon böngészhető, letölthető és felhasználható további elemzésre, kutatásra.

A nagy és igen nagy felbontású űrfelvételek (Very High Resolution, VHR) lehetőséget adnak a városi környezet vizsgálatára, hisz napjaink egyik aktuális kérdése az urbanizáció és hatásainak térképezése. Ezeknek a felvételeknek a segítségével mérhető például a beépítettség mértéke és jellege, a városi növényzet – akár minden egyes fa – térképezhető. Idősort vizsgálva pedig képet kaphatunk ezek dinamikájáról is.

A szárazföldek, a vízfelszín, és az atmoszféra különböző rétegeinek hőmérsékletét már évtizedek óta mérjük műholdak segítségével. Kis térbeli felbontású szenzorok napi szinten gyűjtik az adatokat igen nagy területekről egyszerre, de közepes felbontású, szabadon felhasználható felvételeket kisebb területek, pl. városi hőszigetek térképezésére is használhatunk. A következő ábra Budapestet ábrázolja, és jól szemlélteti a fák jótékony hatását a felszíni hőmérsékletre. Ez az egyre forróbb nyarainkon az ökoszisztéma igen fontos „szolgáltatása” a városlakók számára. A felvételt a Landsat 8 műhold TIRS (Thermal Infrared Sensor) elnevezésű érzékelője készítette, amely a felszín által kibocsátott hosszúhullámú hősugárzást méri. Ennek intenzitása a felszín hőmérsékletének függvénye.

Az idősorok nagy szerepet töltenek be a hőmérsékleti anomáliák felderítésében is. Az alábbi ábra szárazföldi alkalmazásra mutat példát, a Terra műhold MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) szenzorának mérései alapján.

Számos műhold speciális feladata a légköri szennyező anyagok és aeroszolok mennyiségének mérése. Az idősoros elemzések eredményeként a légköri gázok koncentrációjának változása, és a légköri szennyezések, pl. az egyre gyakoribb bozót- és erdőtüzek füstje is nyomon követhetők, akár a műholdadatok segítségével készített animációkon keresztül.

Lechner Tudásközpont Űrtávérzékelési Osztály