Geomatyka (Modelowanie przestrzenne środowiska)

Celem kursu jest nabycie umiejętności samodzielnej realizacji projektów z zakresu przetwarzania i klasyfikacji obrazów teledetekcyjnych oraz modelowania przestrzennego środowiska (numeryczne modele krajobrazu) narzędziami geoinformacyjnymi (w tym GIS, fotogrametrii cyfrowej, LiDAR oraz Teledetekcji satelitarnej). Przeprowadzanie przestrzennej analizy geodanych zawartych w bazach danych wektorowych, rastrowych, atrybutowych oraz pozyskanych z platform lotniczych i satelitarnych (VHRS, LiDAR) oraz ich integracji i wizualizacji 2,5 oraz 3D. Tematyka kursu obejmuje tematykę zagadnień związanych z pozyskiwaniem, gromadzeniem i przetwarzaniem geodanych o środowisku.

TEMATYKA WYKŁADÓW:

Wykład 1. Numeryczne Modele Wysokościowe

Wykorzystanie numerycznych modeli terenu: NMT, NMPT, zNMPT w modelowaniu krajobrazu. Źródła danych i metody generowania modeli aproksymujących przebieg terenu oraz obiektów 3D w krajobrazie. Omówienie pomiarów naziemnych (tachimetria, GPS, naziemny skaning laserowy (ang. TLS), mobilnego skaningu laserowego (MMS), fotogrametrii naziemna, przetwarzanie danych z PZGiK – mapy hipsometryczne (rzeźba; automatyzacja procesu). Naziemny Skaning Laserowy (TLS) - przegląd nowych rozwiązań dla inwentaryzacji obiektów architektonicznych i innych elementów krajobrazu. Zdalne metody: fotogrametria lotnicza (kamery cyfrowe, stereomatching), lotnicze skanowanie laserowe (ang. Airborne Laser Scanning) – chmura punktów, filtracja, generowanie klas i modeli, produkty przetwarzania; zobrazowania satelitarne w trybie stereo (VHRS); altimetria z użyciem lasera - laserowe skanowanie satelitarne (ang. SSL); sensory radarowe; interferometria radarowa (TerraSarX, TanDEM-X).

Wykład 2. Modelowanie 3D

Metody wizualizacji rzeźby terenu dla potrzeb zarządzania (mapy hipsometryczne, cieniowanie reliefu – hillshade, modele 2,5D oraz 3D). Model warstwicowy, model TIN: diagramy Vornoi, Poligony Thiessena. Edycja modelu TIN: linie szkieletowe, nieciągłości, pikiety (ang. mass points), linie ograniczające interpolację. Model rastrowy - struktura i właściwości NMT w postaci GRID Esri. Modele globalne: ASTER Global DEM, SRTM i inne – dokładność i dostępność, charakterystyka modeli.

Wykład 3. Lotnicze skanowanie laserowe – nowe technologie w planowaniu przestrzeni

Lotnicze skanowanie laserowe jako źródło dla modelowanie 2D i 3D krajobrazu. Omówienie założeń i stanu realizacji projektu ISOK. Praktyczne wdrożenia, projekty wykorzystujące dane ALS i TLS do modelowania krajobrazu. Monitoring przemian 2D i 3D w środowisku. Modele 3D miast - poziomy CityGML. Potrzeby modelowania związane z mapami hałasu i zagrożenia powodziowego (ISOK) i osuwisk.

Wykład 4. Teledetekcja satelitarna 1

Wprowadzenie do teledetekcji satelitarnej i jej wykorzystania w zarządzaniu krajobrazem. Podstawy rejestracji obrazów, pojęcie promieniowania elektromagnetycznego, definicje kanałów spektralnych, rozdzielczości systemów, okna atmosferyczne, krzywa spektrostrefowa, barwa, jaskrawość. Satelity geostacjonarne i okołobiegunowe. Rejestracja i georeferencja obrazów. Przetwarzanie i klasyfikacja obrazów teledetekcyjnych. Typy klasyfikacji: pikselowa (podstawowe algorytmy klasyfikacji nadzorowane j i nienadzorowanej) i obiektowa analiza obrazu (OBIA). Analizy wielo-czasowe zmian w krajobrazie (ang. change detection) – CORINE Land Cover – projekty UE . Obrazowanie hiperspektralne – AISA. Indeksy roślinności: NDVI.

Wykład 5. Teledetekcja satelitarna 2

Charakterystyka sensorów optycznych i mikrofalowych (TanDEM X). Średniorozdzielcze systemy satelitarne serii LANDSAT, IRS, SPOT, ASTER. Wysokorozdzielcze systemy obrazowania satelitarnego; WorldView -1 , WorldView -2, GeoEye-1, Pleiades, RapdiEye, SPOT5, IKONOS, QucikBird, EROS, KOMPSAT-2 i inne. Aplikacje zobrazowań satelitarnych w zarządzaniu krajobrazem i środowiskiem.

Wykład 6. Technologie geoinformacyjne w zarządzaniu przestrzenią

Bezzałogowe zdalne systemy obrazowania - UAV. Przegląd zastosowań rozwiązań geoinformacyjnych stosowanych w inwentaryzacji zieleni, zbiorowisk roślinnych i projektach z zakresu Ocen Oddziaływania na Środowisko (OOS). Systemy Mobilnego Mapowania (MMS) w zakresie kartowania obiektów przestrzeni miejskiej 3D. Skanowanie naziemne jako narzędzie architekta krajobrazu. Wskaźniki przestrzenne w ocenie krajobrazu.

Wykład 7. Modelowanie rastrowe GIS -1

Modelowanie krajobrazu z wykorzystaniem analiz przestrzenne GIS na rastrowym modelu danych. Struktura danych typy GRID. Wizualizacja rastra, VAT, edycja histogramu, progowanie. Struktura obrazów rastrowych (ortofotomap satelitarnych i lotniczych, wielospektralnych danych): GeoTIFF oraz TFW, wartości pikseli w kanałach spektralnych. Analizy rastrowe: funkcje lokalne (reklasyfikacja, cross-tabulacja, statystyki, algebra map). Funkcje sąsiedztwa: focal statistic i block statistic. Grupowanie graniczących pikseli w regiony. Strefowanie pikseli (ang. zones).

Wykład 8. Modelowanie rastrowe GIS -2

Geometria dla stref (ang. zonal geometry) . Funkcje globalne – analizy odległości (dystansu i alokacji i kierunku Euklidesowego). Geostatystyka. Interpolacja danych przestrzennych (funkcje nieliniowe; metody opróbowania terenu badań: metoda regularna, losowa, losowa stratyfikacyjna, preferencyjna, izoliniowa itp.). Algorytmy interpolacyjne w oprogramowaniu ArcGIS, QGIS.

TEMATYKA ĆWICZEŃ:

1. Kalibracja map topograficznych i obrazów teledetekcyjnych.

2. Dyrektywa INSPIRE. Usługi WMS, WFS.

3. Modele NMT/NMPT – I. Pozyskiwanie danych do modelowania 3D.

4. Modele NMT/NMPT – II. Fotogrametryczne pozyskanie danych do modelowania 3D.

5. Modele NMT/NMPT – III. Edycja modelu w środowisku GIS.

6. Modelowanie krajobrazu 3D.

7. Geostatystyka – modelowanie przestrzenne środowiska.

8. Naziemny skaning laserowy (TLS).

9. Lotniczy skaning laserowy (ALS).

10. Analizy czaso-przestrzenne krajobrazu w środowisku GIS.

11. Fotogrametria I – wprowadzenie do obsługi stacji cyfrowej DEPHOS

12. Fotogrametria II: VSD-AGH oraz DEPHOS

13. Teledetekcja satelitarna – I . Wprowadzenie.

14. Teledetekcja satelitarna – II. Klasyfikacja pikselowa

15. Teledetekcja satelitarna – III. Ocena klasyfikacji. Integracja z danymi GIS.

1. Adamczyk J., Będkowski K., 2005. Metody cyfrowe w teledetekcji. SGGW Warszawa.

2. Ciołkosz A., Miszalski J., Olędzki R., 1999. Interpretacja zdjęć lotniczych. Wydawnictwa Naukowe PWN.

3. Kraak M. J., Ormeling F. 1998. Kartografia - wizualizacja danych przestrzennych. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa

4. Okła K. (Red.) 2010. Geomatyka w Lasach Państwowych. Częśc I. Podstawy. CILP Warszawa

5. Litwin L., Myrda G., 2006. Systemy Informacji Geograficznej. Zarządzanie danymi przestrzennymi w GIS, SIP, SIT, LIS. Helion

6. Paul A. Longley, Michael F. Goodchild, David J. Maguire, David W. Rhind., 2006. GIS. Teoria i praktyka. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa.

7. Sitek Z., 1997. Wprowadzenie do teledetekcji lotniczej i satelitarnej. AGH – Kraków

8. Olędzki J. 2001. Regiony fotomorficzne Polski. Warszawa.

Kurs pozwala na uzyskanie umiejętności z zakresu modelowania przestrzennego (w tym elementów geostatystyki) oraz przeprowadzania analiz przestrzennych GIS (2.5D, 3D i 4D). Słuchacz kursu uzyskuje wiedzę pozwalającą na samodzielną realizację projektów środowiskowych (np. OOS, planów ochrony itp.) w oparciu o bazy danych geometrycznych i opisowych (PZGiK) w tym: materiały kartograficzne, wysokorozdzielcze obrazy satelitarne i ortofotomapy lotnicze.

wykład - sprawdzian wiedzy, test wielokrotnego wyboru

ćwiczenia laboratoryjne - sprawdzian umiejętności: wykonania zadania obliczeniowego, analitycznego, czynności

- zaliczenie projektu (indywidualne)

- ocena zaangażowania w dyskusji, umiejętności podsumowania, wartościowania

- test wielokrotnego wyboru