Mitä kaukokartoitus on?
Eri karttapalveluissa olet varmasti nähnyt ilma- ja satelliittikuvia eri alueilta. Kaukokartoituksessa tietoa kerätään pääasiassa satelliiteissa, lentokoneissa ja nykyisin myös droneissa olevista mittalaitteista eli instrumenteista. Tiedonkeruun tuloksena syntyvät ilma- ja satelliittikuvat.
Kaukokartoitus, englanniksi remote sensing (rs) tai earth observation (eo), eli kaukohavainnointi tarkoittaa kohteen ominaisuuksien mittaamista sähkömagneettisten aaltojen avulla ilman fyysistä kosketusta kohteeseen.
Katso Youtube -video Helsingin yliopistossa toteutetusta kaukokartoitustutkimuksesta, josa droneilla kuvatusta aineistosta tuotetaan malleja maan pinnanmuodoista ja kasvillisuudesta. Näitä erittäin tarkkoja maisemamalleja voidaan tarkastella esimerkiksi virtuaalisessa todellisuudessa.
Erityyppisten maastokohteiden sähköiset, fysikaaliset, kemialliset ja geometriset ominaisuudet vaikuttavat siihen, miten ne heijastavat sähkömagneettista säteilyä, esimerkiksi näkyvän valon aallonpituuksia ja infrapuna-aallonpituuksia. Kohteiden tunnettujen heijastusominaisuuksien avulla voidaan mitata myös kohteiden muita ominaisuuksia.
Satelliiteissa tai lentokoneissa olevat instrumentit havaitsevat maata yleensä usealla eri aallonpituusalueella eli kanavalla. Kanavien lukumäärä ja niiden aallonpituusalueet vaihtelevat eri instrumenttien välillä. Eri kanavat näyttävät kuvattavan kohteen eri tavoin, jolloin tiettyjä kanavia kannattaa hyödyntää yhdenlaisten ja toisia kanavia toisenlaisten kohteiden ja ilmiöiden tutkimiseen.
Kaukokartoituksen toimintaperiaatteet
Kaukokartoituksessa käytetään hyväksi kohteen heijastamaa tai lähettämää sähkömagneettista säteilyä. Yleisimmin mitataan jotain seuraavista:
- kohteesta heijastunutta auringon säteilyä
- mittalaitteen itse lähettämää ja kohteen heijastamaa säteilyä
- kohteen lämpösäteilyä
Maastokohteita mittaavan instrumentin ja mitattavan kohteen välillä säteily kulkee ilmakehän läpi, mikä muuttaa säteilyn ominaisuuksia kuten suuntaa, voimakkuutta tai spektristä jakaumaa.
Ilmakehän vaikutusta säteilyyn pyritään mallintamaan ja siitä aiheutuvia virheitä korjaamaan. Pilvet ovat optisten instrumenttien suurin murhe, koska ne estävät näkyvyyden maanpinnalle. Ne pitää tunnistaa ja poistaa kuvista. Toiset aktiiviset kaukokartoitusinstrumentit, kuten tutkat, näkevät pilvien läpi.
Instrumentit jaetaan aktiivisiin ja passiivisiin sen mukaisesti lähettääkö instrumentti itse sähkömagneettista säteilyä vai ei. Aktiiviset instrumentit lähettävät säteilyä itse ja mittaavat takaisin heijastuneen ja sironneen säteilyn määrää. Tällaisia ovat mm. mikroaalto- ja lasertutkat.
Passiiviset instrumentit mittaavat kohteesta heijastunutta tai sen lähettämää säteilyä, kuten näkyvän valon, infrapunan ja termisen (lämpö-) alueen säteilyä. Tällaisia ovat erilaiset kamerat, keilaimet, radiometrit ja spektrometrit.
Passiivisen kaukokartoitusinstrumentin toimintaperiaate: 1) säteilyn lähde (aurinko) 2) maanpinnalta heijastunut säteily 3) instrumentti joka vastaanottaa säteilyn 4) datan vastaanotto ja prosessointi maassa
Aktiivisen kaukokartoitusinstrumentin toimintaperiaate: 1) säteilyn lähde (instrumentti) 2) maanpinnalta heijastunut säteily 3) instrumentti myös vastaanottaa säteilyn 4) datan vastaanotto ja prosessointi maassa
Kuva pohjautuu käyttäjän Arkarjun1 kuvaan (Wikimedia Commons), lisenssillä CC-BY-SA-3.0
Satelliittikuvien erotuskyky eli resoluutio
Satelliittikuvien resoluutiolla tarkoitetaan useimmiten maastoerotuskykyä (spatiaalinen erotuskyky) eli pienimmän erottuvan kohteen kokoa. Erotuskyvyllä voidaan tarkoittaa myös spektraalista, radiometristä tai temporaalista erotuskykyä. Spektraalisella erotuskyvyllä tarkoitetaan instrumentin kykyä havaita eri aallonpituusalueita, eli käytännössä aallonpituusalueiden (kanavien) määrä ja leveys. Radiometrinen resoluutio taas tarkoittaa instrumentin kykyä tallettaa maastokohteesta tullut säteily eli kuinka hyvin säteilyn intensiteetin erot erottuvat. Temporaalinen erotuskyky kertoo sen, kuinka usein satelliitti kuvaa samaa aluetta maanpinnalla.
Suvi Hatunen, Suomen ympäristökeskus
Tämä teksti perustuu Jenni Attilan (SYKE) ja Markus Törmän (SYKE) opetusmateriaaleihin
Linkkejä kaukokartoitustuotteisiin
Sentinel-satelliittikuvien lataus- ja katselupalvelu:
https://apps.sentinel-hub.com/eo-browser
Sentinel2 satelliittikuvapeittojen katselupalvelu (2016 & 2018):
SYKEn Tarkka-karttapalvelu satelliittikuvien ja SYKEn kaukokartoitustuotteiden katseluun: