Műholdfelvételek feldolgozása

A fejezet során a Sentinel-2 ingyenesen elérhető műholdfelvételek feldolgozása kerül bemutatásra.

Sentinel-2 műholdakról

A Sentinel műholdak célja, hogy jobban megértsük bolygónk egészének működését. A Sentinel-1 radaros térképező, a Sentinel-2 multispektrális (optikai és infravörös) érzékelőkkel, míg a Sentinel-3 sorozat tagjai mikrohullámú berendezésekkel felszerelt és poláris pályán keringő műholdak.

1. ábra: MacKay tó, Ausztrália, Sentinel-2B
1. ábra: MacKay tó, Ausztrália, Sentinel-2B

A Sentinel-2 műholdak (két identikus műhold: Sentinel-2A – fellövés 2015 június – és Sentinel-2B – fellövés 2017 március) a látható fény és a közeli infravörös hullámhosszak tartományában, összesen 13 sávban (színben) készítenek felvételeket, elsősorban a szárazföldi területek vizsgálatát megcélozva.

Sáv Kezdő hullámhossz [nm] Végső hullámhossz [nm] Térbeli felbontás [m]
1 433 453 60
2 458 522 10
3 543 560 10
4 650 680 10
5 698 712 20
6 733 747 20
7 773 793 20
8 785 899 10
8a 855 875 20
9 935 955 60
10 1360 1390 60
11 1565 1655 20
12 2100 2280 20

Poláris napszinkron pályáról 290 km széles felszíni sávokat térképeznek fel, 10, 20 illetve 60 m-es felszíni felbontással. Általánosságban a műholdak visszatérési ideje 5 nap. A Sentinel-2 által közvetített adatok nyíltan és ingyenesen elérhetők.

Alkalmazási területek:

  • Felszínborítás változásának monitorozása
  • Mezőgazdasági applikációk, termés monitoring
  • Részletes vegetáció- és erdőmegfigyelés különféle paraméterek, indexek révén
  • Tengerparti zónák megfigyelése
  • Belvíz monitorozása
  • Gleccserek monitoringja, jégkiterjedés ill. hő lefedés megfigyelése
  • Elárasztások térképezése, kockázatelemzés, katasztrófavédelem

Felvéletek gyűjtése

USGS EarthExplorer

A műholdfelvéletelek begyűjtéséhez használhatjuk a USGS (United States Geological Survey) által készített EarthExplorer honlap alkalmazást (az adatok letöltése regisztrációhoz kötött):

https://earthexplorer.usgs.gov/

2. ábra: A USGS Explorer grafikus felülete.
2. ábra: A USGS Explorer grafikus felülete.

A USGS EarthExplorer az egyik legnagyobb, a Föld felszínéről készült felvételeket tartalmazó adatbázis. A műholdfelvételekn túl, légifelveteleket, felszínborítás modelleket, domborzatmodelleket, illetve digitalizált térképeket is tartalmaz. A portál az amerikai Landsat műholdak felvételeit 1972-ig visszamenőleg, egészen napjainkig - óránkénti frissítéssel - szolgáltatja.

3. ábra: A térképre kattitva meg tudjuk rajzolni a munkaterület határait.
3. ábra: A térképre kattitva meg tudjuk rajzolni a munkaterület határait.

Az térképi- és az időterjedelem beállítását követően az adathalmazoknál a Sentinel-2-re keressünk. A további keresési kritériumoknál az ideális százalékos felhőborítás felső határát is beállíthatjuk. Az eredmények térképen történő megjelenítéséhez használjuk a "Show Browse Overlay" ikont.

Érdemes olyan felvételeket letölteni, amelyeken a projektterületen nincsenek felhők - jelentéktelen a felhőborítás.

A letöltéshez kattintsunk a "Download Options" ikonra, majd a lehetőségek közül töltsük le a nagyobb fájlt (L1C Tile in JPEG2000 format). Teljes méretű csempe esetén a fájl mérete közel 800 MB, és valamennyi Sentinel-2 spektrális sávot tartalmazza.

Copernicus Open Access Hub

A Copernicus Open Access Hub használatánál is szükséges a regisztráció, viszont a felvételek letöltéséhez nem kell külön applikációt (applikációkat) telepíteni.

A portál a kövekető címen érhető el:

https://scihub.copernicus.eu/dhus/

4. ábra: A Copernicus Open Access Hub grafius felületete. A jobb oldali gombon állítva tudjuk a munkaterületet megrajzolni a térképen.
4. ábra: A Copernicus Open Access Hub grafius felületete. A jobb oldali gombon állítva tudjuk a munkaterületet megrajzolni a térképen.

A legördülő menűben állítsunk be egy keresési intervallumot a dátumnál, csak a Sentinel-2 felvételek kereséséhez pipáljuk ki a megfelelő opciót.

Sentinel 2 termékek:

  • Level-1 termékek (MSI1) - (TOA: Top-Of-Atmosphere) légkör feletti visszaverődések
  • Level-2 termékek (MSI2) - (BOA: Bottom-Of-Atmosphere) légkör alatti visszaverődések, korrekcióval ellátott raszter

5. ábra: Sentinel-2 Level-2 termékek letöltése.
5. ábra: Sentinel-2 Level-2 termékek letöltése.

QGIS pluginnal - SCP

A műholdfelvéletelek begyűjtése lehetséges a QGIS-ben belül is, ehhez telepíteni kell a Luca Congado által fejlesztett Semi-Automatic Classification Plugin (SCP) plugint.

6. ábra: A pluginban meg kell adni a földrajzi hely sarokkoordinátáit; a dátumokkal illetve a felhőborítással lehetőség van a felvételek szűrésére.
6. ábra: A pluginban meg kell adni a földrajzi hely sarokkoordinátáit; a dátumokkal illetve a felhőborítással lehetőség van a felvételek szűrésére.

Felvételek megjelenítése

Letöltés után, töltsünk be egy sávot a QGIS-be:

7. ábra: A letöltött Sentinel-2 csempe (T33TXN) B04-es, vörös sávja.
7. ábra: A letöltött Sentinel-2 csempe (T33TXN) B04-es, vörös sávja.

RGB kompozit előállítása

A színes, 3 sávos felvéletel előállításához három sáv szükséges: 2 (kék), 3 (zöld), 4 (piros). Töltsük be ezt a három sávot, majd hívjuk meg a következő parancsot:

Raszter / Egyebek / Összevon
Input fájlok: adjuk meg mindhármat
Minden input fájl külön csatornára helyezése

Ezt követően nyissuk meg az összevont raszter réteg tulajdonságait és menjünk a Stílus fülre. Állítsuk be a Vörös, Zöld, Kék színekhez a megfelelő sávokat - a Betölt (Min/max értékek betöltése fül) gombbal tudjuk frissíteni és egyben ellenőrizni a minimum-maximum intervallumokat.

8. ábra: Színes RGB kompozit részlet, Balaton
8. ábra: Színes RGB kompozit részlet, Balaton

A színes kompozit akár Python kóddal is előállítható:

from osgeo import gdal    
import os    
filename = "d:/sentinel- 2/L1C_T33TXN_A004109_20171219T095410/T33TXN_A004109_20171219T095410"    
red = filename + "_B04.jp2"    
green = filename + "_B03.jp2"    
blue = filename + "_B02.jp2"    
command = 'gdal_merge -separate -co PHOTOMETRIC=RGB -o '+ filename + '_rgb.tif ' + red + ' ' + green + ' ' + blue 
os.system(command)

Indexek számítása

Vezessünk le egy vegetációs indexet a területre, számítsuk ki a szakirodalom szerint legnépszerűbb NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) indexet, mely a zöld vegetáció minőségi jellemzésére szolgál [1, 2]. A zöld levelek fényvisszaverését az infravörös, a klorofil visszaverődést pedig a vörös sáv normalizálásával integrálja.

NDVI=(B08B04)/(B08+B04)NDVI = (B08 - B04) / (B08 + B04)

Az index kiszámításához töltsük be a 4-es és 8-as sávot, valamint használjuk a következő modult:

Raszter / Raszter kalkulátor

Itt a következő kódot alkalmazva vezessük le az NDVI indexet:

("T33TXN_A004109_20171219T095410_B08@1" -"T33TXN_A004109_20171219T095410_B04@1") / ("T33TXN_A004109_20171219T095410_B08@1" + "T33TXN_A004109_20171219T095410_B04@1")

9. ábra: NDVI színezések, bal: tradicionális, jobb: modern [2].
9. ábra: NDVI színezések, bal: tradicionális, jobb: modern [2].

10. ábra: Színezett NDVI térkép, alatta Google Satellite webes réteg.
10. ábra: Színezett NDVI térkép, alatta Google Satellite webes réteg.

Hivatkozások

1: https://www.sentinel-hub.com/eoproducts/ndvi-normalized-difference-vegetation-index
2: https://www.indexdatabase.de/db/i-single.php?id=58
3: https://www.maxmax.com/ndvi_color_mapping.htm

© Dr. Wirth Ervin