Комбинации на Ландсат 8 спектрални појаси и нивна примена во различни области

оригинално објавено на: 23.04.2017

Ландсат програмата е најдолгата вселенска мисија за прибирање на сателитски снимки за Земјата. Првиот сателит е лансиран во 1972-та година. Со отпочнувањето на мисијата, беше овозможен сосема нов и уникатен поглед на нашата планета низ електромагнетниот спектар, вклучувајќи го и она што не е видливо за човековото око. Ландсат сателитите ја снимаат секоја локација на нашата планета на секои 16 дена, на тој начин откривајќи ни ги сите тајни на Земјата и глобалните промени што се случуваат со текот на времето на нејзината површина. Последниот лансиран сателит е Ландсат 8 (Landsat 8), кој што е во функција од 11.02.2013-та година.

Ландсат 8 користи два инструменти за далечинско детектирање: Operational Land Imager (OLI) и Thermal InfraRed Sensor (TIRS). Снимките добиени од овие два инструменти се состојат од девет спектрални појаси со кратка бранова и два спектрални појаси со долга бранова должина. Податоците од Ландсат 8 се базираат на просторна резолуција од 15-100 метри и како што е веќе наведено, временска резолуција од 16 дена. Со комбинирањето на различните спектрални појаси можат да се добијат реално колоритни или лажно колоритни прикази, коишто може да најдат примена во различни области: геолошки истражувања, земјоделство, проучување на распространетоста, состојбата, типот на вегетацијата и слично. Важен предуслов за комбинирање на различните спектрални појаси е да се познаваат нивните карактеристики. Во таа насока, во продолжение се опишани карактеристиките на сите спектрални појаси посебно.

Појас 1 (длабоко син) – специфично дизајниран за истражување на водените ресурси и крајбрежните зони;

Појасите 2, 3 и 4 (син, зелен и црвен) се всушност видливата сина, зелена и црвена боја од електромагнетниот спектар и се користат за добивање на реално колоритни прикази;

Појас 5 (блиску инфрацрвен) – Многу битен во областа на екологијата, бидејќи здравите растенија го рефлектираат овој дел од електромагнетниот спектар. Затоа се користи за одредување на состојбата на вегетацијата. Исто така, блиску инфрацрвената енергија е апсорбирана од страна на водените тела, така што тие изгледаат многу темни. Затоа овој појас се користи и за издвојување на водените од копнените површини;

Појасите 6 и 7 (кратко инфрацрвен 1 и 2) покриваат различни делови од кратко инфрацврениот дел на електромагнентниот спектар. Особено се користат за раздвојување на влажните од сувите области, како и во областа на геологијата, бидејќи различни карпи и почви кои што изгледаат слично кај останатите појаси, овде имаат голем контраст;

Појас 8 (панхроматски) – има двојно подобра резолуција од останатите појаси (15 m) и е во црно-бела боја. Поради тоа, во процес наречен pansharpening, се комбинира со 30-метарските снимки во боја, со цел како краен продукт да се добијат сателитски снимки во боја со подобрена резолуција;

Појас 9 (цирус) – Овој појас дава најмалку информации бидејќи речиси во целост е апсорбиран од страна на атмосферата, но сепак претставува една од најинтересните карактеристики на Ландсат 8. Земјината површина е речиси невидлива кај овој појас, а се користи за детектирање на облаците, посебно облаците цируси;

Појасите 10 и 11 (термално инфрацрвен 1 и 2) ја мерат температурата на површината на Земјата;

Сето тоа што е наведено претходно е вовед, предуслов и основа за правење на разни комбинации со спектралните појаси, со крајна цел добивање снимки кои може да имаат голема употребна вредност во различни области и научни истражувања. Во таа смисла, во продолжение се дадени примери за различни комбинации на спектрални појаси и нивна можна примена:

1. Реално колоритна композитна снимка (4 – црвен, 3 – зелен, 2 – син).

Оваа комбинација на спектрални појаси дава приказ сличен на погледот на човековото око, според тоа снимките се слични со она што би се видело на обична фотографија. Реално колоритната снимка е погодна како за анализи на копнени, така и на подводни површини, но и за проучување на урбаните средини. Реално колоритните снимки имаат тенденција да бидат со помал контраст и се малку замаглени, поради тоа што синиот појас има најголем шум. Сепак, овој појас добро пенетрира во водени површини што го прави погоден за анализа на подводните карактеристики.

2. Реално колоритна композитна снимка – батиметрија (4 – црвен, 3 – зелен, 1 – длабоко син).

Ваквата комбинација на канали исто така дава приказ приближен на оној на човековото око. Разликата е во тоа што, со додавањето на длабоко синиот појас на местото на синиот, се максимизира пенетрацијата во рамките на водените површини дури и до 30 метри длабочина со што се овозможува идентификација на карактеристиките на плитките подрачја кај водените тела, мониторинг на седиментите во водата, согледување на длабочината на водата итн.

3. Дефинирање на граници помеѓу копнени и водени површини (5 – блиску инфрацрвен, 6 – кратко инфрацрвен, 4 – црвен).

Ваквата комбинација на каналите нуди дополнителна дефиниција на границите помеѓу водените и копнените површини и нагласува суптилни детали кои што не се лесно забележливи кај реално колоритните снимки. Со други зборови, реките и езерата се полесно воочливи поради употребата на кратко инфрацрвениот појас кој што е апсорбиран од страна на водените површини. Вегетацијата варира во боја од портокалова до зелена, водените површини се во нијанси на сина боја, додека подрачјата под снег имаат магента боја.

4. Блиску инфрацрвена композитна снимка – проучување на тип, распространетост и состојба на вегетација (5 – блиску инфрацрвен, 4 – црвен, 3 – зелен).

Оваа комбинација се добива со додавање на блиску инфрацрвениот и отфрлање на синиот канал. Вегетацијата ја рефлектира блиску инфрацрвената енергија поради хлорофилот, така што, ваквите снимки ја прикажуваат вегетацијата живописно во различни нијанси на црвено. Според тоа, оваа комбинација е погодна пред сé за проучување на состојбата, распространетоста и типот на вегетацијата. Генерално, потемно црвената боја означува вегетација со широки листови во здрава состојба, додека посветлите нијанси на црвено означуваат пасишта и површини со проретчена вегетација. Водата се појавува во темни нијанси поради апсорпцијата на црвениот и блиску инфрацрвениот појас од водените површини.

5. Проучување на вегетација (5 – блиску инфрацрвен, 6 – кратко инфрацрвен, 2 – син).

Уште една комбинација која овозможува проучување на состојбата на вегетацијата. Здравата вегетација во добра состојба варира помеѓу нијанси на портокалова и црвена боја, додека вегетацијата во полоша состојба е прикажана со потемна портокалова и кафена боја. Голите почви имаат зеленкаста боја. Урбаните подрачја пак, варираат од лилјакова, сива па сé до бела боја.

6. Атмосферска пенетрација (7- кратко инфрацрвен 2, 6 – кратко инфрацрвен 1, 5 – блиску инфрацрвен).

Оваа комбинација не содржи ниту еден појас од видливиот дел на електромагнетниот спектар, со што максимално се редуцираат атмосферските влијанија врз квалитетот на снимката. Ваквите снимки покажуваат одлична јасност, а бидејќи двата кратко инфрацрвени и блиску инфрацрвениот канал се апсорбираат од страна на водените површини, крајбрежните делови и водените тела се јасно дефинирани. Вегетацијата е во различни нијанси на сина боја во зависност од нејзината состојба. Здравата вегетација е прикажана со посветли нијанси на сино.

7. Земјоделство (6 – кратко инфрацрвен, 5 – блиску инфрацрвен, 2 – син).

Лажно колоритна снимка каде што вегетацијата во здрава состојба се прикажува во нијанси на светла и темна зелена боја, додека нездравата вегетација е во бледа зелена боја. Зимзелените шуми имаат потемна нијанса на зелено во однос на листопадните шуми, кои што се прикажани со посветла нијанса на зелената боја. Просторите со ретка вегетација и голините се во различни нијанси на кафена боја. Оваа комбинација може да се користи за проучување во земјоделството.

8. Детектирање на урбани области (7 – кратко инфрацрвен 2, 6 – кратко инфрацрвен 1, 4 – црвен).

Лажно колоритна снимка погодна за детектирање и визуелизирање на урбаните подрачја. На сликата е прикажана областа на Лос Анџелес, Калифорнија.

9. Редуцирање на атмосфрерски влијанија врз квалитетот на снимката (7 – кратко инфрацрвен, 5 – блиску инфрацрвен, 3 – зелен).

Комбинацијата 7 5 3 генерира снимка во природни бои, истовремено редуцирајќи ги атмосферските влијанија врз нејзиниот квалитет. Богатите шумски подрачја, земјоделски површини и крајбрежна вегетација се со живописна зелена боја. Иглолисните шуми имаат потемни нијанси на зелено, додека листопадните се прикажани со светло зелени нијанси. Пасиштата, областите со ретка вегетација, сувите подрачја се прикажани со нијанси на портокалова и кафена боја. Урбаните подрачја имаат магента боја, додека зелените подрачја во рамките на урбаните зони претставуваат зелени површини како на пример паркови. Водата е со сина боја, додека опожарените области се со црвена боја. Оваа комбинација може да се користи при истражувања во разни области како на пример во геологијата, земјоделството, проучувањето на влажните подрачја, како и за анализа и управување на простори зафатени со пожари.

10. Pansharpening – изострување.

Сите спектрални појаси искористени во различните комбинации имаат резолуција од 30 метри, а како последица на тоа крајниот резултат се снимки во боја со истата резолуција. Со цел подобрување на резолуцијата кај снимките во боја, преку процес наречен pansharpening, истите можат да се искомбинираат со осмиот појас, односно панхроматската снимка, која што има резолуција од 15 метри. На тој начин се добива снимка во боја со подобрена резолуција во однос на влезниот податок со резолуција од 30 метри. Во продолжение, на првата слика е прикажана реално колоритна снимка со резолуција од 30 метри. додека на втората е прикажана панхроматската снимка во резолуција од 15 метри. На третата слика е излезниот резултат, реално колоритна снимка со подобрена резолуција.

Со оглед на тоа што Landsat 8 снимките се слободно достапни и за територијата на Република Македонија и тоа од 1975 година (Landsat MSS) па до денес, постојат големи можности за нивно користење во споменатите, но и многу други подрачја. Техниките за симнување, обработка, комбинации и анализи на Ландсат (1-8), но и други сателитски снимки за нашата држава, се изучуваат во сите циклуси на насоката ГИС на Институтот за географија, особено по предметот далечинска детекција.

Извори:

esripm.maps.arcgis.com/apps/MapJournal/index.html?appid=d2c8058a54604792a083b874bb39fe5d

landsat.gsfc.nasa.gov/landsat-8/landsat-8-bands/

www.igeografija.mk/Portal/?p=4219

Изработил: Томе Јовановски, постдипломец на насока ГИС

Стручна корекција: д-р Ивица Милевски