Laboratoř dálkového průzkumu

Zaměření na předzpracování a zpracování družicových dat. Aplikace pro monitoring životního prostředí na území České republiky.

Důvody vzniku

Laboratoř dálkového průzkumu vznikla 1. 1. 2019 v rámci reorganizace CENIA, české informační agentury životního prostředí. Její vznik byl motivován snahou pokusit se řešit vztahy mezi jednotlivými složkami krajinné sféry a socioekonomickými aspekty lidské činnosti pomocí metod distančního snímání a to jak na lokální, tak i na regionální či globální úrovni. Metodami dálkového průzkumu bylo pracovníky CENIA v minulosti úspěšně řešeno několik projektů, proto na základě těchto zkušeností bylo zřízeno specializované pracoviště k prohloubení a zintenzivnění činnosti v této oblasti.

Výzkumná činnost

Hlavním předmětem výzkumné činnosti Laboratoře je krajinná sféra, která je tvořena z pevných povrchů a látek, vodních ploch a atmosféry. Pomocí přístrojové techniky dálkového průzkumu jsou získávány o krajinné sféře data různých typů a formátů a z různých oblastí spektra. Na základě získaných dat jsou technikami dálkového průzkumu a dat z jiných zdrojů objekty a jevy krajinné sféry modelovány a také simulovány možné scénáře a varianty dalšího vývoje, nebo naopak jsou simulovány vývojové etapy v minulosti. Proces modelování a simulací mnohdy vede k vývoji nových technologií zpracování (metod, algoritmů, programových nástrojů, nebo speciálních technologických postupů a procesů).

Z výše uvedeného vyplývá, že měření energetických toků v krajinné sféře je v rámci výzkumného záměru směrováno především do dvou oblastí:

Retenční kapacita vody v krajině

Může být koncipován jako agregovaný indikátor, kdy pomocí metod dálkového průzkumu budou měřeny hodnoty jako např. teploty povrchů, vlhkost, či vegetační indexy. Praktickými výstupy mohou být např. zmiňovaná retence vody v krajině, vodní cyklus v krajinné sféře, nebo i teplotní regionalizace České republiky (migrace hotspotů).

Spektrální analýzy objektů

Podle potřeb lze na základě spektrálních charakteristik objektů zjišťovat nejen jejich plošný výskyt, ale i jejich stav (např. u vegetace zdravotní stav, u vodních ploch znečištění, u skládek složení odpadů atd.). Všechny výsledky analýz je třeba verifikovat v terénu.

Projekty

Zaměstnanci laboratoře v současné době pracují na několika projektech zaměřených nejen na aplikaci metod dálkového průzkumu. Podrobnosti o jednotlivých projektech zobrazíte kliknutím na dlaždici daného projektu.

Současně řešené

NIKM - 2. etapa

Projekt Národní inventarizace kontaminovaných míst – 2. etapa (NIKM 2) je pokračováním 1. etapy (viz Projekt NIKM – 1. etapa), kdy je kompletně mapováno celé území České republiky vizuální interpretací leteckých ortofoto snímků, barevných snímků RGB a blízkého IR oboru a také digitálního modelu terénu. Jsou využívána letecká ortofota z let 1998-2018 a historické ortofoto z let 1952-1953. Kromě toho jsou pro zpřesnění identifikace podezřelých lokalit využívány další databáze – např. SEKM, zdroje ČGS, CENIA, ČUZK, Armády ČR aj. Indicie podezřelých lokalit kontaminací jsou kategorizovány do 14 tříd.

Detekce energetických toků v krajině - vymezení urbánního území

Vymezení urbánního území na základě klasifikace dat dálkového průzkumu Země. Metodika vymezuje urbánní území na základě řízených klasifikací multispektrálních satelitních dat. Umožňuje identifikovat dílčí fenomény odehrávající se v městském prostředí a tyto analýzy pravidelně opakovat. Metodika umožňuje v jednotlivých časových horizontech vymezit urbánní prostředí ve všech obcích ČR. Výhodou navržené metodiky je navíc i možné mezinárodní srovnání.

Detekce energetických toků v krajině - zeleň ve městech

Inventarizace zelených ploch ve městě na základě dat dálkového průzkumu Země. Cílem metodiky je analyzovat zelenou infrastrukturu, která charakterizuje zastoupení zeleně a vodních ekosystémů v zájmovém území – urbánním území měst ČR v různém časovém rozmezí. Výsledkem je podíl zelené infrastruktury z celkové rozlohy urbánního území a z rozlohy administrativního území obcí.

Detekce energetických toků v krajině - tepelné ostrovy

Detekce ploch náchylných k přehřívání v rámci urbánního území. Cílem metodiky je analyzovat rozložení povrchových teplot v urbánním území, které je citlivé na extrémní teplotní projevy změny klimatu, zejména vzhledem k vysokému podílu umělých povrchů a nižšímu podílu propustných ploch.

Analýza dat DPZ v rezortu MŽP

Projekt mapuje využití dat dálkového průzkumu v jednotlivých organizacích rezortu Ministerstva životního prostředí. Kromě toho jsou zjišťovány další možnosti, jak využívat data dálkového průzkumu pro běžné agendy nebo výzkumné aktivity v jednotlivých rezortních organizacích.

ETC/ICM

Evropské tematické středisko pro vnitrozemské, příbřežní a mořské vody (ETC/ICM) zajišťuje odbornou podporu pro Evropskou agenturu pro životní prostředí (EEA) v oblasti vodních politik EU. ETC/ICM je konsorcium výzkumných, veřejných a komerčních institucí, které vnášejí odborný a praktický pohled z národních i mezinárodních aktivit a projektů do činností EEA. Stěžejní aktivitou CENIA je příprava, podpora a vyhodnocování reportingu evropskě Směrnice o čištění městských odpadných vod (UWWTD).

Řešené v minulosti

NIKM - 1. etapa

Projekt Národní inventarizace kontaminovaných míst (NIKM – 1. etapa) byl zaměřen na vytvoření metodiky pro analyzování současných a historických leteckých snímků pro identifikaci indicií kontaminovaných lokalit a skládek nebezpečných odpadů, jak legálních, tak ilegálních (realizace 2009-2013). Na testovacích územích zabírajících zhruba 10% území České republiky byla metodika otestována, včetně ověřování možností využití multispektrálních a hyperspektrálních satelitních dat (družice RapidEye, WorldView a EO-1 Hyperion). Schválená metodika byla použita v celoplošném mapování ČR v 2. etapě projektu NIKM (viz….).

V rámci projektu byla provedena též digitalizace historických leteckých snímků 1952-1953 a 1933-1938 (viz https://kontaminace.cenia.cz)

EnviSec

Projekt VG20122015091 „Integrované hodnocení dopadů globálních změn na environmentální bezpečnost České republiky“ (EnviSec) byl financován v rámci programu Bezpečnostního výzkumu Ministerstva vnitra v letech 2012–2015. Předmětem řešení projektu byl aplikovaný výzkum v oblasti hodnocení dopadů globálních změn na environmentální bezpečnost České republiky. Projekt tak reagoval na bezpečnostní rizika vznikající poškozením ekosystémů.

Cílem projektu bylo rozvinout integrované postupy hodnocení a sledování dopadů globálních změn na environmentální bezpečnost České republiky a vyhodnocení z nich plynoucích bezpečnostních rizik pro ekosystémy ČR, rovněž i v mezinárodním kontextu. Dalším cílem projektu bylo vyvinout metodické a informační nástroje poskytující podporu pro sledování a vyhodnocení bezpečnosti životního prostředí, zejména poskytnout podporu implementaci programů GMES (Global Monitoring for Environment and Security) – nyní Copernicus a GEOSS (Global Earth Observing System of Systems).

Webové stránky projektu: http://www.envisec.cz

CORINE Land Cover

Pracovníci Laboratoře se podíleli na posledních třech mapovacích cyklech projektu CORINE Land Cover. Databáze CORINE Land Cover je vytvářena v měřítku 1:100 000 s nejmenší mapovací jednotkou pro plošné jevy 25 ha a minimální šířkou 100 m pro liniové jevy. Časové řady jsou doplněny změnovými vrstvami, ve kterých jsou vykresleny změny krajinného pokryvu s nejmenší mapovací jednotkou o ploše 5 ha. CORINE Land Cover obsahuje celkem 44 tříd krajinného pokryvu a využití území, na území České republiky se vyskytuje 29 tříd.

Národní databáze CORINE Land Cover jsou ve stanovených letech vytvářeny v rámci sítě EIONET (NRC/LC). Většina zemí, včetně České republiky, využívá metodu vizuální interpretace satelitních snímků s pomocí referenčních národních dat – v České republice např. letecké ortofoto, nebo databázi LPIS.

Další významné projekty, na nichž se podíleli pracovníci Laboratoře

Mapování území středního Nilu v Súdánu

V letech 2001 a 2002 byl realizován projekt na výrobu družicových mapových schémat severní části Súdánu v měřítku 1:100 000 a 1:50 000 pro potřeby geologického průzkumu (celkem kolem 60 000 km2). Zadavatelem byly Soudanese Ministry of Finance ve spolupráce s firmou Shirian al Shamal Company for Energy z Chartúmu. Základním zdrojem pro tvorbu těchto mapových schémat byla multispektrální data pořízená družicí Landsat 7 (ETM+, 30 m rozlišení). Po kontrole radiometrické a geometrické přesnosti dat byla vytvořena vhodná barevná syntéza. Prostor 5 celých družicových scén byl transformován do souřadnicového systému WGS84. Pro zpřesnění transformace bylo provedeno zaměření identických bodů přímo v terénu pomocí GPS.

Pro tvorbu názvosloví bylo použito starých map (nejnovější z 30.let minulého století), které bylo zpřesněno místním šetřením. Byl vyřešen geodetický a matematický základ nomenklatur mapových listů. Vizualizace a tisk mapových schémat byla realizována po listech (celkem 64 mapových listů v měřítku 1:100 000 a 16 mapových listů v měřítku 1:50 000).

Klasifikace plodin v okolí jaderné elektrárny Jaslovské Bohunice

V rámci projektu realizovaného v roce 2008 byly podrobně vyzkoušeny technologie, jimiž by bylo možno v případě potřeby zabezpečit vyhodnocení škod na vegetaci a zejména na zemědělských plochách v případě radiační havárie. Projekt byl realizován pro firmu AB Merit a bylo otestováno a analyzováno množství satelitních dat ze systémů ASTER (13 spektrálních pásem, prostorové rozlišení 15 – 90 metrů) a MODIS (36 spektrálních pásem, prostorové rozlišení 250 – 1000 metrů) družic Terra a Aqua.

Ověření metod a technologií dálkového průzkumu Země v krizových situacích

V roce 2009 byl realizován projekt pro Státní úřad radiační ochrany (SÚRO), kdy byly zkoumány možnosti realizace klasifikačního procesu multispektrálních družicových dat dálkového průzkumu Země pro tvorbu a aktualizaci tematických map. Především pak pro přesnou identifikaci jednotlivých typů vegetačního krytu. V první fázi byla použita data ze senzoru ASTER družice Terra, ve druhé fázi pak data ze senzoru HRV družice Spot 5.

Byly otestovány technologie, jimiž by bylo možno v případě potřeby zabezpečit vyhodnocení škod na vegetaci a zejména na zemědělských plochách v případě radiační havárie (v tomto případě JE Temelín). Ukázalo se, že je nutno věnovat pozornost datovým podkladům, které musí být aktuální, přesné, kvalitní a především naprosto pravdivé.

V projektu byl též proveden odhad množství kontaminované biomasy pro daná pásma zasažená únikem radiace. Kromě toho byl na základě výsledků klasifikace jednotlivých zemědělských plodin učiněn odhad výnosů za dané plodiny, a tedy v tomto případě odhad ztrát v zemědělské produkci.

FATIMA

Výzkumný projekt FATIMA z programu EU Horizont 2020 se zabýval možnostmi aplikace metod dálkového průzkumu Země v oblasti precizního zemědělství. S použitím družicových a leteckých dat z dronů a dat z in-situ měření byly určovány výnosové potenciály plodin, které sloužily jako jeden z podkladů pro variabilní aplikaci hnojiv, pesticidů a dalších látek, čímž se dosáhlo optimalizace procesu hnojení a ošetřování zemědělských plodin, omezení vyplachovaní dusíkatých látek a pesticidů do podzemních vod a bylo dosaženo i úspor ve spotřebě chemických látek užívaných v intenzivním zemědělství a následných finančních úspor pro zemědělce.

PREMIA

Projekt pro ESA zabývající se aplikací dat DPZ v oblasti zemědělského pojištění. Časové řady družicových dat spolu s výnosovými mapami a historickými daty extrémních přírodních jevů (např. sesuvy půdy, sucha, krupobití, atd.) slouží jako vstup pro modelování a predikci budoucího vývoje a pomáhají zemědělcům i pojišťovnám s dostupností mapy rizik a dávají přehled o rámcové výši pojištění vybraných plodin na daném pozemku. Na základě výsledků projektu se zemědělci mohou lépe rozhodovat při tvorbě osevních plánů a zajistit si tak co nejlepší rentabilitu zemědělské produkce.

Identifikace biotopu tetřívka obecného (Tetrao tetrix) pomocí metod DPZ

Předmětem výzkumu bylo určit, zda výskyt (vhodný biotop) či absenci tetřívka obecného v Krušných horách lze vysvětlit pomocí proměnných odvozených z neklasifikovaných družicových snímků (spektrální a texturní indexy) a do jaké míry je lze odlišit. K výzkumu se využilo dat dlouhodobého monitoringu početnosti tetřívka obecného v Krušných horách a snímků družice Landsat z příslušných let.

Experiment byl designován tak, aby byla nejprve ověřena schopnost spektrálních a texturních indexů odlišit vhodný biotop od zcela nevhodného, dále byla analyzována využitelnost indexů pro odlišení oblastí prezence a absence tetřívka v prostředí Krušných hor za celé sledované období a nakonec byla stanovena využitelnost indexů pro vysvětlení časoprostorových změn distribuce.

Výsledkem je, že vybrané spektrální a texturní indexy jsou ve statistických modelech signifikantní pro všechny tři experimenty a stávají se vhodným ukazatelem prezence či absence tetřívka obecného v Krušných horách. Lze předpokládat využitelnost tohoto postupu i pro jiné území či odlišné druhy organismů.

Zaměstnanci laboratoře

Prostřednictvím krátkých profilů máte možnost se seznámit s pracovníky Laboratoře DPZ CENIA, české informační agentury životního prostředí.

RNDr. Pavel Doubrava

Vedoucí Laboratoře DPZ

"Vystudoval Přírodovědeckou fakultu Univerzity Karlovy v Praze, obor regionální geografie. Zpracování digitálních dat dálkového průzkumu se věnuje přes 30 let, a to především pro aplikace v životním prostředí, zemědělství a lesnictví. Začínal jako výzkumný pracovník v rámci programu Interkosmos, kde se podílel na vývoji nových metod zpracování digitálních kosmických dat a na vývoji senzorů na družice a kosmickou stanici Mir. Na počátku devadesátých let v Německu pracoval ve vývojářské skupině pro vojenské aplikace dálkového průzkumu a poté na různých projektech pro JPL NASA a soukromé firmy, které se zabývaly rozvojem dálkového průzkumu. Kromě toho je konzultantem v oblasti nanosatelitů a nekonvenčních kosmických pohonů."

PředchozíDalší