01 – Úvod do programového vybavení SNAP, zdroje družicových dat

Cíle cvičení

Seznamte se s programovým vybavením, které budeme používat během cvičení (ESA SNAP)
Vyzkoušejte si možnosti stáhnutí družicových snímků Sentinel a Landsat ze stránek Sentinel Data Hub a Earth Explorer
Seznamte se se strukturou nejčastěji používaných formátů pro družicové snímky (SAFE, GeoTiff, Tiff + world file, JPEG2000, GeoJSON)

Úkoly

stáhněte a zobrazte si snímky ze Sentinelu 2 pro oblast vašeho bydliště, zkuste najít snímky s minimální oblačností (do 20%) a zobrazte je v prostředí SNAP
stáhněte a zobrazte si snímky z Landsatu pro oblast vašeho bydliště, zkuste najít snímky s minimální oblačností (např. do 20%) a zobrazte je v prostředí SNAP

Programové vybavení

SNAP (Sentinel Application Platform) je společné prostředí pro všechny Sentinel toolboxy; jedná se o samostatný a plně funkční software pro zpracování dat z družic Sentinel a misí třetích stran. Cílem prostředí SNAP je vytvoření volně dostupných nástrojů pro různé operační systémy, v němž bude možné zpracovávat (nejen) data Sentinel. Zahrnuje nástroje
podporující vizualizaci, analýzu a zpracování dat. Umožňuje rychlé zobrazení i velkoobjemových snímků, správu vrstev, definování oblasti zájmu, transformaci snímků, vytváření grafů a statistik, mozaikování, matematické funkce, ortorektifikaci a mnoho jiných nástrojů pro základní zpracování dat.

Odkaz na stažení: http://step.esa.int/main/download/

Přehled použitých družicových systémů

Seznam všech dosud vypuštěných družicových systémů a jejich senzorů naleznete na stránkách University of Twente.

Odkaz na stažení dat mise Sentinel: https://dataspace.copernicus.eu/

Sentinel

Copernicus (dříve GMES: Globální monitoring životního prostředí a bezpečnosti) je program Evropské komise plánovaný pro roky 1998-2020. Cílem programu je dosažení kapacit pro autonomní sledování země. Za tímto účelem vznikla vesmírná mise Sentinel Evropské kosmické agentury zahrnující vývoj a vypuštění pětice vlastních satelitů a několika meteorologických družic pro Eumetsat.

První ze série družic, Sentinel 1, poskytuje radarové snímky za jakéhokoliv počasí pro potřeby reakce na přírodní katastrofy, sledování moří i pevnin, občanské bezpečnosti, studií klimatu a řady dalších navázaných aplikací.

Družice Sentinel 2 jsou určeny především pro monitoring krajinného pokryvu a mapování změn v území a využití ploch. Tento senzor je prvním svého druhu, který zahrnuje tři pásma v červeném okraji viditelného spektra a jeho data jsou tak svými parametry ideální také pro monitorování vegetace a to se zaměřením na klasifikaci lesních porostů, mapování obsahu chlorofylu v listech, sledování zdravotního stavu vegetace, tvorbu vegetačních indexů nebo zjišťování vodního stresu.

Družice Sentinel 3 je určená k dodávání přehledových globálních dat o využití zemského povrchu a vegetace na něm, zaznamenávání lesních požárů, stejně jako sledování stavu vodních ploch, moří a oceánů, včetně měření výšky jejich hladin a mořského ledu. Pořizovaná přehledová data mají prostorové rozlišení v řádu stovek metrů (nejpodrobnější data z této družice mají rozlišení 300 metrů) a budou průběžně snímána v pásu širokém přes 1000 km.

Sentinel-5P neboli Precursor je součástí evropského programu Copernicus, který pomocí družice Sentinel zkoumá naši planetu z mnoha různých úhlů. Je zaměřená na sledování znečištění zemského ovzduší. Pro tento účel je vybavena přístrojem pojmenovaným Tropomi. Díky přístroji Tropomi, což je nejpokročilejší zařízení svého druhu, bude Sentinel-5P mapovat celou planetu každých 24 hodin. Každý den provede Tropomi téměř 20 milionů pozorování důležitých znečišťovatelů ovzduší a plynů majících vliv na klima.

Družicová data ze Sentinel 2

Hlavním cílem mise Sentinel 2 je monitorování krajiny, vegetace a mapování změn v území.

K tomuto účelu je vybavena multispektrálním sensorem (MSI – MultiSpectral Instrument), který snímá sluneční záření odražené od zemského povrchu ve 13 spektrálních pásmech (od vlnových délek viditelného záření po střední infračervené záření).

Tři z pásem se nacházejí v oblasti blízkého infračerveného záření v oblasti tzv. “red edge”, které je velmi vhodné zejména pro monitorování a zjišťování zdravotního stavu vegetace.

Standardní doba oběhu jedné družice je 10 dnů, díky tomu, že kolem Země obíhají dvě identické družice, může být stejné území nasnímáno jednou za 5 dnů. Díky zakulacení Země může být v mírných zeměpisných šířkách (např. poloha České republiky) stejné území nasnímáno dokonce jednou za 2 – 3 dny.

Družice ukládá data, které jsou nasnímána nad pevninou a pobřežím mezi 56° j. š. a 83° s. š., k tomu snímá i oblast Středozemního moře, ostrovy EU, všechna uzavřená moře a ostrovy větší než 100 km². Prostorové rozlišení poskytovaných snímků závisí na vlnových délkách jednotlivých pásem, snímky jsou poskytovány v rozlišení 10, 20 a 60 m.

Výška letu družice Sentinel 2 je 786 km se sklonem k rovníku 98,18°
Šířka snímané scény je 290 km
Radiometrické rozlišení MSI – 13bitové

Produkty Sentinel 2 jsou poskytovány podle stupně zpracování dat na několika úrovních:

Level 0 – představuje surová a nezpracovaná data, která nejsou určena běžným uživatelům
Level 1A – představují surová a předzpracovaná data, která také nejsou určena běžným uživatelům
Level 1B – data určená pro uživatele po základní atmosférické korekci a geometrické korekci
Level 1C – Level 1C – data určená pro uživatele, která jsou ortorektifikovaná a převzorkovaná na prostorové rozlišení 10, 20 a 60 m, sestávající se z dlaždic 100 x 100 km
Level 2A – data dostupná pro uživatele po atmosférické korekci a ortorektifikaci, sestávající se z dlaždic 100 x 100 km.

Landsat 7 a 8

Účelem této družice je pokračovat v průběžném snímání celého zemského povrchu obdobným způsobem, jakým to činily její předchůdkyně. První družice řady Landsat byla totiž vypuštěna už v roce 1972 a možnost sestavit si pro téměř libovolnou oblast zemského povrchu časovou řadu družicových snímků v rozsahu několika desítek let je zcela unikátní. Archívy snímků pořízených družicemi Landsat jsou přístupné převážně zdarma.

Družice Landsat-8 pořizuje od března 2013 černobílá (panchromatická) data v rozlišení 15 metrů, barevná (multispektrální) data v rozlišení 30 metrů a tepelná data v rozlišení 100 metrů.

Landsat 8 Overview | Landsat Science

Formáty družicových dat

Geotiff je typickým a nejrozšířenějším otevřeným formátem pro distribuci rastrových geodat. Tento formát umožňuje uložit nejen rastrová data, ale také všechny typy gridových dat. Informace o souřadnicovém systému, souřadnicovém umístění a další popisné informace jsou uloženy přímo v hlavičce souboru. Při uložení dat do tohoto formátu nedochází při vhodné volbě komprese k nevratné ztrátě informace.

JPEG2000 JPEG 2000 a JPEG jsou i přes své podobné názvy rozdílné, navzájem nekompatibilní, formáty. Hlavním rozdílem je využitý kompresní mechanismus. Zatímco JPEG využívá diskrétní kosinovou transformaci (DCT), JPEG 2000 využívá diskrétní vlnkovou transformaci (DWT). Tento formát je vhodný především pro velkoobjemové snímky.

GeoJSON je otevřený formát pro přenos a využití prostorových dat v prostředí webu. GeoJSON formát je založen na formátu JavaScript Object Notation.