Diaľkový prieskum Zeme z družíc pomocou radarovej interferometrie umožňuje sledovať zmeny zemského povrchu na veľkých územiach a súčasne zachytiť aj malé zmeny spôsobené ľudskou činnosťou. Uplatňuje sa pri tvorbe digitálneho modelu povrchu Zeme a pri monitorovaní životného prostredia.
Za posledné desaťročia prešiel diaľkový prieskum Zeme (DPZ) veľkým technologickým vývojom a stal sa dôležitou súčasťou pozorovacích techník určených na detailné študovanie zemského povrchu a jeho premien v čase.
InSar – možnosti a perspektívy
Jednou z najdynamickejšie sa rozvíjajúcich oblastí DPZ je radarová interferometria (InSAR, z anglického Interferometric Synthetic Aperture Radar), čo je družicová technológia využívajúca princíp radaru. Jej posledné technologické výdobytky umožňujú prejsť od sledovania javov, zmien na veľkých územiach (napríklad zemetrasenia, vulkanická činnosť, záplavy a zosuvy) až k sledovaniu javov na menších plochách, ľudskou činnosťou vytvorených stavieb (napríklad sledovanie stability priehrad, elektrární, mostov, výškových budov). Táto metóda našla uplatnenie aj pri tvorbe digitálneho modelu zemského povrchu, popise rôznych druhov krajinnej pokrývky a pri monitorovaní a prieskumoch životného prostredia.
Podstata technológie
Skratka RADAR (z anglického Radio Detection and Ranging) dobre vystihuje podstatu tejto technológie. R = Radio vyjadruje skutočnosť, že systém využíva mikrovlnné elektromagnetické žiarenie s dĺžkou vlny 3 až 50 cm. D = Detection charakterizuje schopnosť technológie rozpoznať, či tam nejaký objekt je alebo nie je. A nakoniec R = Ranging predstavuje schopnosť určiť vzdialenosť, v ktorej sa objekt nachádza. Vysielačom žiarenia je špeciálna družica sledujúca zemský povrch. Dôležitým faktorom sú tiež nižšie ekonomické náklady pri zachovaní rovnakej presnosti v porovnaní s tradičnými geodetickými metódami. Hlavným meracím systémom tejto technológie je družica, ktorá obieha Zem vo výške asi 700 km nad povrchom, pričom jeden obeh okolo Zeme jej trvá približne 100 minút. Vzhľadom na to, že tvar jej dráhy okolo Zeme je takmer kruhový a družica obieha takmer po polárnej dráhe (to znamená, že odklon jej dráhy od presného smeru na sever je len niekoľko stupňov), dokáže sa vrátiť a snímať tú istú oblasť zemského povrchu napríklad raz za 12 dní. Za 12 dní teda získame nasnímanú celú Zem a s touto dvanásťdňovou periódou môžeme sledovať zmeny, ktoré za tento čas nastali na zemskom povrchu.
Snímky aj v noci cez oblaky
Družica nesie na palube niekoľkometrovú (približne 12-metrovú) vysielaciu a zároveň prijímaciu anténu. Tá vysiela smerom k Zemi signál s vlnovou dĺžkou, ktorá je z mikrovlnného pásma s veľkosťou približne 3 cm – mikrovlnné pásmo X, 5 cm – mikrovlnné pásmo C alebo až 20 cm – mikrovlnné pásmo L. Atmosféra má veľmi malý vplyv na tento typ signálu, preto družica vidí aj v noci a aj cez oblaky. Ďalšou zaujímavosťou je, že družica sa nepozerá kolmo dole, ako je to pri optických družiciach, ale pozerá sa šikmo nabok, najčastejšie doprava. Je to hlavne preto, lebo družica aktívne vysiela signál k Zemi vo forme veľmi krátkych pulzov. Tieto interagujú so zemským povrchom a odrazia sa naspäť k družici, ktorá pozmenený signál zaznamená do formy snímky. A preto šikmo nabok, aby sme vedeli rozlíšiť, čo sa na snímke nachádza, čo je na snímke skôr a čo neskôr, resp. čo je bližšie k družici a čo ďalej od nej. Z odrazeného signálu družica zaznamenáva dve zložky. Prvou je amplitúda alebo intenzita odrazeného signálu a druhou je fáza, resp. jeho fázové oneskorenie, pomocou ktorého vieme určiť vzdialenosť medzi družicou a zemským povrchom. Kým intenzita sa používa hlavne pri aplikáciách využívajúcich obraz (napríklad environmentálne aplikácie), fáza sa využíva pri určovaní deformácií zemského povrchu.
Bratislava a Slovensko z družice
Na snímke intenzity odrazeného radarového signálu z Bratislavy vidíme, že niektoré pixely sú svetlejšie a niektoré, naopak, tmavšie až úplne čierne. Svetlejšie/jasnejšie pixely predstavujú miesta, kde nastal veľmi dobrý odraz signálu a sú to predovšetkým objekty s hranami, kútmi, ako sú skalné steny, zárezy alebo objekty vytvorené ľudskou činnosťou, napríklad budovy, mosty, stožiare a oporné múry. Tmavšie pixely predstavujú miesta, kde došlo k čiastočnému vyrušeniu signálu. Ide hlavne o plochy pokryté vegetáciou, napríklad lúky, kroviny, lesy. Na snímke sa nachádzajú aj veľmi tmavé až úplne čierne pixely. Tie predstavujú miesta, kde došlo k minimálnemu odrazu, prípadne odraz nenastal alebo sa signál odrazil preč od družice ako od zrkadla. Ide najmä o vodné plochy, resp. miesta v zatienení, kde sa signál vôbec nedostal. Vidíme, že technológia InSAR je schopná dobre identifikovať, kde sa na snímke nachádzajú objekty vytvorené ľudskou rukou. Program novej rodiny družíc Sentinel sa začal radarovou misiou Sentinel-1.
Prvá družica Sentinel-1A štartovala v apríli 2014, nasledovaná svojou dvojičkou Sentinel-1B v apríli 2016. Družice letiace v zoskupení v súčasnosti opakovane snímajú celé územie Európy, teda aj Slovenska, raz za šesť dní. Jedna snímka pokrýva územie veľké približne 180 km v smere sever – juh a 250 km v smere východ – západ. Celé územie Slovenska sa zmestí na približne šesť snímok v obidvoch fázach obehu družice. Celkovo bolo doteraz z nášho územia nasnímaných približne 1 600 snímok so sumárnou veľkosťou približne 16 terabytov.
Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.
Ing. Juraj Papčo, PhD., a InSaR tím,
Katedra geodetických základov Stavebnej fakulty STU v Bratislave
Ilustrácie autor a Marcela Pekarčíková
Informácie o technológii InSAR nájdete aj na stránke www.insar.sk. Tento príspevok vznikol pri riešení projektu 1/0714/15 a 1/0462/16 finančne podporeného Vedeckou grantovou agentúrou MŠVVaŠ SR a SAV VEGA.
