Kaugseire

Allikas: Vikipeedia
Satelliidipilt Eestist (2004)

Kaugseire on objektilt või nähtuselt lähtuva elektromagnetkiirguse mõõtmine ja andmete salvestamine mõõteaparatuuriga, mis pole uuritava objektiga füüsilises kontaktis.

Enamasti nimetatakse kaugseireks lennukitelt või satelliitidelt teostatud mõõtmisi, kusjuures mõõdetavad objektid asuvad Maal. Kaugseire on näiteks aerofotode tegemine.

Astronoomilisi vaatlusi tavaliselt kaugseireks ei nimetata.

Ülevaade[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kaugseires on kaks peamist liiki: passiivne ja aktiivne kaugseire [1]. Passiivsed andurid püüavad looduslikku kiirgust, mis on kiirgunud või peegeldunud uuritavatelt objektidelt või selle lähiümbrusest. Peegeldunud päikesekiirgus on kõige tavalisem passiivsete anduritega mõõdetav kiirgus. Passiivsed andurid on kasutusel näiteks fotograafias, infrapunakiirguse mõõtmiseks, CCD ja radiomeetrid. Aktiivsed andurid kiirgavad ise energiat, et skaneerida objekte ja keskkonda. Andur tuvastab ja mõõdab kiirgust, mis on uuritavalt objektilt tagasi peegeldunud või hajunud. Radar ja LIDAR on näited aktiivsetest kaugseire meetoditest, kus aeg kiirgamise ja kiirguse tagasijõudmise vahel on mõõdetud, võimaldades teavet objekti asukoha, kõrguse, kiiruse ja suuna kohta.

Kaugseire võimaldab ohtlikest ja ligipääsmatutest kohtadest andmeid koguda. Muu hulgas saab teavet metsaraie kohta Amasoonias, jääliustike liikumisest ja ookeanide sügavusest. Külma sõja ajal kasutati kaugseiret vaenlase territooriumi kohta andmete saamiseks. Kaugseire asendab kallid ja aeglased andmekogumissüsteemid maapinnal, tagades piirkonna puutumatuse.

Orbiidil olevad platvormid koguvad ja edastavad andmeid elektromagnetkiirguse spektri eri osadest. See annab teadlastele võimaluse uurida suuremaid süsteeme, nagu El Niño. Lisaks eelnimetatud valdkondadele kasutatakse kaugseiret ka mujal maateadustes, põllumajanduses maakasutusel.[2]

Satelliitide, lennukite, kosmoselaevade, poide, laevade ja helikopterite abil kogutakse andmeid ja tehakse pilte, mille abil saab analüüsida ja lihtsalt võrrelda vegetatsiooni, erosiooni, saastatust, metsastumist, ilma ja maakasutust. Kõike seda saab kaardistada ja edasipidigi jälgida. Kaugseire on kasulik ka linnaplaneerimisel, arheoloogilistel kaevamistel, sõjaväelistel vaatlustel ja geomorfoloogilistel mõõdistustel.

Andmekogumistehnikad[muuda | redigeeri lähteteksti]

Multispektraalne analüüs tähendab, et uuritavad alad peegeldavad ja kiirgavad ümbritsevast keskkonnast erinevat kiirgust.

Kaugseireandmete rakendamine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Radar seondub tavaliselt õhuliikluse juhtimisega, eelhoiatamisega ja meteoroloogiliste andmetega. Doppleri radarit kasutab politsei selleks, et avastada lubatud kiiruse ületajaid, ning ilmajaamad tuule suuna ja kiiruse mõõtmiseks. Teised aktiivse seire tüübid kasutavad ionosfääris olevat plasmat. Interferomeetrilist radarit kasutatakse kõrguse täpse digitaalse mõõtmise jaoks suurtel maa-aladel.

Laser- ja radarkõrgusmõõturid satelliitidel on andnud suurel hulgal andmeid. Gravitatsiooni põhjustatud kühmusid mõõtes kaardistatakse merepõhjas olevaid pinnakonarusi 1,7-kilomeetrise lahutusvõimega.

LIDAR on tuntud näiteks relvade laskeulatuse määramisel. Laseriga on valgustatud eeldatav trajektoor. LIDARit kasutatakse, et mõõta keemiliste ainete kontsentratsiooni atmosfääris. Õhus asuva LIDARiga saab mõõta asjade kõrgusi ja omadusi palju täpsemalt kui radaritega. LIDARi põhiline rakendus on taimestiku kaugseire.

Radiomeetrid ja fotomeetrid on kõige tavalisemad instrumendid, mida kasutatakse peegeldunud kiirguse ja kiiratud kiirguse kogumiseks laias sageduste vahemikus. Kõige tavalisemad on nähtava ja infrapunakiirguse andurid, neile järgnevad mikrolained, gammakiirgus ja harva ka ultraviolettkiirgus. Neid võib kasutada kemikaalide emissioonispektri tuvastamiseks, saades teavet nende kontsentratsioonide kohta atmosfääris.

Aerofoto Tallinna vanalinnast

Stereofotograafiat ja aerofotosid kasutatakse topograafiliste kaartide tegemiseks. Kujutlusvõimet rakendades ja maastikku analüüsides otsustab maanteeamet võimalikud rajatavate teede asukohad.

Mitme korraga töötava spektraalkanaliga satelliidid on olnud kasutusel juba alates 1970-ndatest. Nad teevad pilte elektromagnetkiirguse eri lainepikkustel ja on kasutusel maa vaatlemiseks, sealhulgas Landsati ja IKONOSe programmis. Maa pinnakattetüüpide ja maakasutuse kaartide põhjal saab teha teemakaardid, mis näitavad näiteks mineraalide kasutamisvõimalust, võimaldavad uurida ja jälgida raiet, taimestikku ja saaki, sealhulgas põllumajandusalasid ja metsi.

Hüperspektraalne kujutamine loob pildi, kus igal pikslil on täielik spektraalne teave. Hüperspektraalset kujutamist kasutatakse mineraloogias, bioloogias, riigikaitses ja keskkonna uuringutes.

Võitluses kõrbestumise vastu annab kaugseire võimaluse jälgida riskipiirkondi pikas perspektiivis, et teha kindlaks kõrbestumise tegurid, toetada otsustajaid asjakohase teabega keskkonnajuhtimises ja hinnata nende tegurite mõju.[3]

Geodeesia[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kaugseiret kasutatakse õhust allveelaevade avastamiseks ja gravitatsiooniliste andmete lisamiseks sõjaväe kaartidele. Need andmed paljastasid mitu hälvet Maa gravitatsiooniväljas. Neid hälbeid kasutatakse Maa massi jaotumise muutuste kindlakstegemiseks, mis annab teavet geoloogiliste uurimuste tarvis.

Akustilised ja seismilised lained[muuda | redigeeri lähteteksti]

Sonar võib olla nii aktiivne kui passiivne. Passiivne sonar on teiste objektide (vaala, laeva jms) tekitatud helide kuulamiseks. Aktiivne sonar saadab ise helisignaali välja ja registreerib kaja. Aktiivset sonarit kasutatakse veealuste objektide ja maastiku avastamiseks ja mõõdistamiseks.

Eri kohtadest saadud seismogrammid annavad teavet maavärinate toimumiskoha ja võimsuse kohta pärast toimumist, kui võrrelda nende suhtelist võimsust ja ajastust.

Koordineerides suuremat uurimissüsteemi, sõltub suurem osa seiresüsteeme järgmistest teguritest: platvormi asukoht, kellaaeg, anduri pööramisvõimalused ja suund. Tänapäevased instrumendid kasutavad navigeerimissüsteemi abil positsioneerimist. Elektroonilised kompassid määravad pöörlemise ja suuna sageli kraadi või paari täpsusega. Kompassid mõõdavad asimuuti, aga ka kõrgust (kraade üle horisondi), kuna magnetväli kaardub Maa sisemusse erinevatel kõrgustel eri nurkade alt. Täpsemad suunamised vajavad güroskoobi abi, neid kohandatakse regulaarselt eri meetoditega, sealhulgas navigeerimisel tähtede ja muude orientiiride järgi.

Lahutusvõime mõjutab andmete kogumist. Väiksema lahutusvõimega saame vähem detaile ja suurema katvuse, suurema lahutusvõimega rohkem detaile ja väiksema katvuse. Kogutud andmete oskusliku haldamise korral on võimalik mõne valdkonna hinnapoliitikat tõhustada. Kuid vältida tuleb niisuguseid olukordi, kus suure lahutusvõimega uuringute andmed kipuvad ülekande- ja mäluseadmeid ummistama.

Andmetöötlus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Üldiselt võib öelda, et kaugseire töötab pööratud probleemi põhimõttel. Kui huvipakkuvat objekti või nähtust ei saa otse mõõta, on sageli võimalik mõõta mingeid muid sellega seotud objekte ja nähtusi ning huvipakkuva objekti kohta andmeid saada mõõdetud andmeid töödeldes. Tavaline analoog on looma äratundmine tema jalajälgede põhjal. Näiteks kuni pole võimalik otse mõõta ülemiste atmosfäärikihtide temperatuuri, saab seda teha, mõõtes spektraalset emissooni tuntud aines (näiteks süsihappegaasis) selles piirkonnas. Emissooni sageduse saab siis seostada temperatuuriga selles piirkonnas termodünaamiliste suhete kaudu.

Kaugseire andmete kvaliteet sõltub ruumilisest, spektraalsest, radiomeetrilisest ja ajalisest lahutusvõimest.

Ruumiline resolutsioon on piksli suurus, mis on salvestatud rasterpilti. Tüüpiliselt võivad pikslid vastata ruudule, mille küljepikkus on 1–1000 meetrit.

Spektraalne resolutsioon on eri sagedustel salvestatud lainepikkuste vahemik. See on tavaliselt seotud salvestatud sageduste arvuga. Uusim Landsat võimaldab pildistada 7 spektripiirkonnas, sealhulgas mitmes infrapunase piirkonnas, ulatudes 0,07–2,1 μm.

Radiomeetriline resolutsioon näitab, kui mitme intensiivsusega kiirgust suudab andur eristada. Tavaliselt jääb see 8–14 biti vahele, millele vastavad 256 halltooni ja kuni 16 384 värvi intensiivsust või tooni igas spektriribas. See oleneb ka instrumendi müratasemest.

Ajaline resolutsioon on satelliitide või lennukite ülelendude sagedus. See on oluline ajaseeria uuringutes ja sellistes uuringutes, mis nõuavad tavalist või mosaiikpilti, nagu raie monitooring. Seda kasutasid esimesena luureüksused, kus korduv pildistamine paljastas erinevused infrastruktuuris, üksuste ümberpaigutamise positsioonidel või muudatused varustuses. Pilvkate teeb korduspildistamise samas piirkonnas vajalikuks.

Anduripõhiste kaartide loomiseks ekstrapoleerib enamik kaugseiresüsteeme andmeid mingi etalonpunkti suhtes, võttes arvesse maapinnal teadaolevate punktide omavahelisi kaugusi. See oleneb kasutatava anduri liigist. Näiteks tavalises fotograafias on kaugused pildi tsentris täpsed, mõõdete moonutused suurenevad pildi ääre suunas. Tiigel, mis on filmi vastu vajutatud, on veel üks asjaolu, mis võib põhjustab vigu fotodelt kauguste mõõtmisel. See probleem lahendatakse georeferentsiga, mis hõlmab punktide sobitamist arvuti abil (tavaliselt 30 või rohkem punkti pildi kohta), mis ekstrapoleeritakse orientiiri suhtes, "koolutades" pilti nii, et saadakse täpne ruumiline andmestik. Alates 1990. aastatest on müüdavad satelliidipildid täielikult georeferentseeritud. Lisaks võivad pildid vajada radiomeetrilist ja atmosfääri korrektsiooni.

Radiomeetriline korrektsioon annab pikslite väärtuste skaala, nt monokromaatiline skaala 0–255 teisendatakse kiirguse väärtustesse.

Atmosfääri korrektsioon tähendab seda, et atmosfääri hägu elimineeritakse iga sagedusriba ümber. Hägu klassifitseeritakse nii, et selle miinimumväärtus vastab nullile. Andmete digitaliseerimine teeb samuti võimalikuks andmete muutmise, muutes halltoonide väärtust.

Tõlgendamine on oluline osa andmete mõistmisest. Piltide analüüs on alles välja töötatud rakendus, mis toimub automaatselt arvutite abil ja on üha rohkem kasutatav.

Vaata ka[muuda | redigeeri lähteteksti]

Viited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. Jian Guo Liu, Philippa Mason (2009). Essential Image Processing for GIS and Remote Sensing. Wiley-Blackwell, 4. ISBN 978-0-470-51032-2. 
  2. http://hurricanes.nasa.gov/earth-sun/technology/remote_sensing.html
  3. Gérard Begni Richard Escadafal, Delphine Fontannaz ja Anne-Thérèse Hong-Nga Nguyen. Remote sensing: a tool to monitor and assess desertification. Les dossiers thématiques du CSFD 2005. Issue 2. 44 pp.