Τηλεπισκόπηση (ΜΟΠ 416)

Περιεχόμενο μαθήματος :

Τηλεπισκόπηση, όπως και η λέξη υποδηλώνει, σημαίνει αντίληψη αντικειμένων από απόσταση, δηλαδή αναγνώριση και μέτρηση των ιδιοτήτων και χαρακτηριστικών αντικειμένων χωρίς στην πραγματικότητα να έρθουμε σε απευθείας επαφή με αυτά. Τηλεπισκόπηση είναι η επιστήμη που ασχολείται με την αλληλεπίδραση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας με στόχους την επιφάνεια της Γης. Την πληροφορία αυτής της ακτινοβολίας την διαχειρίζεται με μορφή εικόνας.

Περιεχόμενα: Εισαγωγή, Βασικές αρχές, Εφαρμογές, Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, Μηχανισμοί επιδράσεων με την ηλιακή ακτινοβολία, Ατμοσφαιρικές επιδράσεις, Αεροφωτογραφία, Στερεο-φωτογραφία, Φωτογραφική επεξεργασία, Ερμηνεία των αεροφωτογραφιών, Δορυφορικές εικόνες, Δορυφορικά συστήματα Τηλεπισκόπησης, Χαρακτηριστικά των πολυφασματικών συστημάτων, Υπέρυθρος θερμική απεικόνιση, Θερμικές καταγραφές και ιδιότητες, Χαρακτηριστικά των θερμικών εικόνων, Μικροκυματικές απεικονίσεις, Μικροκυματικά Radar, Πόλωση, διαχωριστική ικανότητα, Ερμηνεία εικόνων Radar, Βελτίωση φασματικών στοιχείων εικόνας, Ραδιομετρικές και γεωμετρικές διορθώσεις, Ιστόγραμμα εικόνας, Μετασχηματισμοί ιστογραμμάτων

Εργαστηριακές ασκήσεις σε προγραμματιστικό περιβάλλον και λογισμικά Τηλεπισκόπησης. Δίνονται 10 ασκήσεις στους φοιτητές (1 ανά εβδομάδα). Η ύλη των ασκήσεων καλύπτει τα πρώτα 6 κεφάλαια του βιβλίου «Τηλεπισκόπηση και Ψηφιακή Ανάλυση Εικόνας». Λύνονται πρότυπες ασκήσεις στην Αίθουσα, καθώς και η άσκηση που παρέδωσαν οι φοιτητές την προηγούμενη εβδομάδα.
1η άσκηση: Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, διαχωριστική ικανότητα, δίοδοι ακτινοβολίας, ηλιακή σταθερά, φασματική αφετική ικανότητα.
2η άσκηση: Χρήσεις Γης και εδαφικής κάλυψης, αεροφωτογραφία.
3η άσκηση: Έλεγχος στερεοσκοπικής όρασης, εξοικείωση με τα στερεοσκόπια του εργαστηρίου, άσκηση με στερεοζεύγος από αεροφωτογραφίες της Κρήτης.
4η άσκηση: Δορυφόροι SPOT και Landsat, ανιχνευτές δορυφόρων, αναζήτηση και λήψη εικόνων.
5η άσκηση: Τροχιές δορυφόρων Τηλεπισκόπησης, δορυφορικές εικόνες, δορυφόροι Sentinel, AVIRIS, IKONOS, Quick Bird, TERRA, NIMS.
6η άσκηση: Εξοικείωση με το εκπαιδευτικό λογισμικό επεξεργασίας ψηφιακών εικόνων BILKO (σύνθεση εικόνων, μετρήσεις στις εικόνες).
7η άσκηση: Εξοικείωση με το εκπαιδευτικό λογισμικό επεξεργασίας ψηφιακών εικόνων BILKO (σύνθεση εικόνων με διαφορετικές γεωμετρικές αναλύσεις, βελτίωση αντίθεσης των ιστογραμμάτων των εικόνων).
8η άσκηση: Εικόνες στο θερμικό υπέρυθρο, συντελεστής εκπομπής, κινητική θερμοκρασία, φαινόμενη θερμοκρασία, θερμοχωρητικότητα, θερμική αδράνεια.
9η άσκηση: Εικονοληπτικά συστήματα Radar. Radar πραγματικού ανοίγματος κεραίας (RAR) και Radar συνθετικού ανοίγματος κεραίας (SAR). Διαχωριστική ικανότητα συστημάτων Radar.
10η άσκηση: Εικονοληπτικά συστήματα Radar, Συντελεστές Rayleigh, γεωμετρικές παραμορφώσεις εικόνων Radar, στερεοζεύγη εικόνων Radar, λογισμικό αναζήτησης δορυφορικών εικόνων EOLI-SA.
 

Μαθησιακά Αποτελέσματα :

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής/τρια θα είναι σε θέση να:

•  Αναγνωρίζει την ανάγκη της επιστήμης της Τηλεπισκόπησης και ειδικότερα τις εφαρμογές της στα αντικείμενα του Μηχανικού
•  Αναθεωρεί τις βασικές αρχές της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και της αλληλεπίδρασής της με τις φυσικές επιφάνειες της Γης.
•  Αναλύει τον τρόπο με τον οποίον οι φυσικές ιδιότητες των επιφανειακών χαρακτηριστικών του εδάφους απεικονίζονται σε αεροφωτογραφίες ή δορυφορικές εικόνες
•  Εκτιμάει (Υπολογίζει) και να διορθώνει τις γεωμετρικές παραμορφώσεις, που προκαλούνται στις αεροφωτογραφίες, δορυφορικές εικόνες και εικόνες radar.
•  Διακρίνει τους βασικούς δορυφόρους Τηλεπισκόπησης και τις εφαρμογές τους.
•  Αξιολογεί και επιλέγει κατάλληλους αισθητήρες/εικόνες ή συνδυασμό αυτών για τον εντοπισμό επιφανειακών χαρακτηριστικών της Γης.

Γενικές Ικανότητες :

Γενικές ικανότητες που ενισχύει το μάθημα :

•  Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών, με τη χρήση και των απαραίτητων τεχνολογιών
•  Προσαρμογή σε νέες καταστάσεις
•  Λήψη αποφάσεων
•  Αυτόνομη εργασία
•  Ομαδική εργασία
•  Παραγωγή νέων ερευνητικών ιδεών
•  Σεβασμός στη διαφορετικότητα και την πολυπολιτισμικότητα
•  Σεβασμός στο φυσικό περιβάλλον
•  Επίδειξη κοινωνικής, επαγγελματικής και ηθικής υπευθυνότητας και ευαισθησίας σε θέματα φύλου
•  Άσκηση κριτικής και αυτοκριτικής
•  Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης
•  Γραπτή επικοινωνία
•  Προφορική επικοινωνία
•  Ηγεσία
•  Πρωτοβουλία
•  Εναλλακτική/Καινοτόμος σκέψη
•  Διαχείριση Χρόνου
•  Αυτοπεποίθηση
•  Αποφασιστικότητα
•  Χρήση Υπολογιστή
•  Επίλυση προβλημάτων
•  Διαχείριση αριθμητικών δεδομένων
•  Εργασία σε διεπιστημονικό περιβάλλον

Χρήση Τ.Π.Ε. στη Διδασκαλία, στην Εργαστηριακή Εκπαίδευση, στην Επικοινωνία με τους φοιτητές :

Οργάνωση διδασκαλίας :

Άλλα Σχόλια για την Οργάνωση της Διδασκαλίας :
1. Εισαγωγή (1 εβδομάδα)
1.1. Ορισμός και Ιστορική αναδρομή
1.2. Κινούμενες εξέδρες των συστημάτων Τηλεπισκόπησης
1.3. Εφαρμογές
1.4. Προοπτικές Τηλεπισκόπησης

2. Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (3 εβδομάδες)
2.1. Πηγές ενέργειας για ειδικά όργανα
2.2. Κατανομή ενέργειας, Νόμοι ακτινοβολίας
2.3. Μηχανισμοί επιδράσεων με την ηλιακή ακτινοβολία
2.4. Ατμοσφαιρικές επιδράσεις

3. Αεροφωτογραφία (1 εβδομάδα)
3.1. Χαρακτηριστικά εικόνων
3.2. Χαρακτηριστικά των αεροφωτογραφιών
3.3. Είδη φωτογραφίας
3.4. Τεχνικές μέτρησης
3.5. Στερεο-φωτογραφία
3.6. Φωτογραφική επεξεργασία
3.7. Ερμηνεία των αεροφωτογραφιών
3.8. Πλεονεκτήματα/ μειονεκτήματα των φωτογραφικών μηχανών

4. Δορυφορικές εικόνες (2 εβδομάδες)
4.1. Δορυφορικά συστήματα Τηλεπισκόπησης
4.2. Δορυφορικά συστήματα σαρωτών
4.3. Δορυφορικές τροχιές
4.4. Συστήματα Sentinel, LANDSAT, SPOT, MOS, QuickBird, GeoEye, κλπ.
4.5. Χαρακτηριστικά των πολυφασματικών συστημάτων
4.6. Εφαρμογές

5. Υπέρυθρος θερμική απεικόνιση (2 εβδομάδες)
5.1. Θερμικές καταγραφές και ιδιότητες
5.2. Θερμικά ραδιόμετρα
5.3. Χαρακτηριστικά των θερμικών εικόνων
5.4. Ερμηνεία και εφαρμογές

6. Μικροκυματικές απεικονίσεις (2 εβδομάδες)
6.1. Μικροκυματικά ραδιόμετρα
6.2. Μικροκυματικά Radar
6.3. Μήκη κύματος στο Radar
6.4. Πόλωση, διαχωριστική ικανότητα (resolution)
6.5. Είδη Radar
6.6. Επιδράσεις, διακριτικά σήματα αναγνώρισης ταυτότητας Radar
6.7. Ερμηνεία εικόνων Radar
6.8. Πλεονεκτήματα εικόνων Radar

7. Βελτίωση φασματικών στοιχείων εικόνας (1 εβδομάδα)
7.1 Ραδιομετρικές και γεωμετρικές διορθώσεις
7.2. Επανάληψη δειγματοληψίας
7.1. Ιστόγραμμα εικόνας
7.2. Μετασχηματισμοί ιστογραμμάτων
7.3. Κατάτμηση πυκνότητας

8. Βελτίωση γεωμετρικών στοιχείων εικόνας (1 εβδομάδα)
8.1. Εξομάλυνση
8.2. Ανίχνευση ακμών
8.3. Ανίχνευση γραμμικών στοιχείων
8.4. Ανίχνευση μορφών

 

Αξιολόγηση :

Αθροιστική/Συμπερασματική (για βαθμό φοιτητή) Αξιολόγηση:

Σχόλια για την Αξιολόγηση των Φοιτητών :
Φοιτητές αξιολογούνται για
1) την ικανότητά τους να αντιληφθούν τις θεμελιώδεις και βασικές έννοιες της Τηλεπισκόπησης των αισθητήρων της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και τις αλληλεπιδράσεις της με γήινη επιφάνεια, τις επιπτώσεις της και τη σημασία της σε έργα μηχανικού,
2) την ικανότητα τους ώστε να μπορούν να συνεργάζονται ομαδικά ως μηχανικοί και να παραδώσουν μια εργαστηριακή άσκηση για ένα έργο (π.χ., εργαστηριακή άσκηση με στερεοσκόπια και αεροφωτογραφίες),
3) την ικανότητά τους να αντιμετωπίσουν αντικείμενα και τεχνικά θέματα στην Τηλεπισκόπηση και την ανάλυση εικόνας που δεν γνωρίζουν εκ των προτέρων αλλά από τις γνώσεις που απέκτησαν επαγωγικά να μπορούν να τα επιλύσουν με εικόνες τηλεπισκόπησης και αντίστοιχη επιλογή αισθητήρων και φασματικών ζωνών με αξιοπιστία, ακρίβεια και ασφάλεια .
4) την ικανότητά τους στο να επιλύσουν ένα πρόβλημα με υπολογιστικά προγράμματα για την επεξεργασία εικόνων Τηλεπισκόπησης και να παραδώσουν αξιόπιστα αποτελέσματα και με την απαιτούμενη ακρίβεια.
 

Συνιστώμενη Βιβλιογραφία :

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
Μερτίκας Σ. (1999). Τηλεπισκόπηση και Ψηφιακή Ανάλυση Εικόνας, Εκδόσεις ΙΩΝ, Αθήνα.
Καρτάλης Κ. και Χ. Φείδας (2007). «Αρχές και Εφαρμογές Δορυφορικής Τηλεπισκόπησης», Εκδόσεις Β. Γκιούρδα, Αθήνα.
Μηλιαρέσης Γ (2003). Φωτοερμηνεία-Τηλεπισκόπηση, Εκδόσεις Ίων, Αθήνα.

ΞΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ
[Asrar, Ghassem (1989). Theory and Applications of Optical Remote Sensing, John Wiley & Sons, New York.
Avery, T.E. and G.L.Berlin (2003). Fundamentals of Remote Sensing and Airphoto Interpretation. Macmillan Publishing Company, New York, 6th edition.
Berger, Zeev(1994). Satellite Hydrocarbon Exploration Interpretation and integration Techniques, Springer-Verlag, Berlin.
Chen, H.S. (2014). Space Remote Sensing Systems: An introduction, Academic Press, Inc. London.
Campbell, B. James and Randolph H. Wynne (2011). Introduction to Remote Sensing, the Guilford Press, New York.
Gore, Al(1993). Earth in the Balance: Ecology and the human spirit, Plume publications, Penguin Group, New York.
Elachi, Charles (2006). Introduction to the Physics and Techniques of Remote Sensing, A Wiley - Interscience Publication, John Wiley and Sons, New York.
Elachi, C. and J. J. van Zyl (2006) Introduction to the Physics and Techniques of Remote Sensing, A Wiley - Interscience Publication, John Wiley and Sons, New York; 2 edition.
Gonzalez, R.C. and R.E. Woods(2017). Digital Image Processing, Addison-Wesley Publishing Company, Reading Massachusetts.
Gupta, R.P. (2018). Remote Sensing Geology, Springer-Verlag, Berlin.
Himanshu G. (2015). Hyperspectral Remote Sensing Application in Mineral Exploration, LAP Lambert Academic Publishing (May 5, 2015).
Jensen, J. R., (2015). Introductory Digital Image Processing: A Remote Sensing Perspective, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall.
Manual of Remote Sensing. (2004). Remote Sensing for Natural Resource Management and Environmental Monitoring, Wiley; Edited by Susan Ustin.
Mather, M. Paul (1987). "Computer Processing of Remotely-Sensed Images", John Wiley and Sons, New York.
Rees, W.G. (2013). Physical Principles of Remote Sensing, Cambridge University Press. Cambridge.
Richards, J.A.(1993). Remote Sensing Digital Image Processing: An Introduction, Springer - Verlag, New York, Second Edition.
Richards, J. A. and X. Jia (2005). Remote Sensing Digital Image Processing: An Introduction, Springer; 4th ed. edition.
Sabins FF Jr. and J.M. Ellis(2020). Remote Sensing: Principles, Interpretation, and Applications, Fourth Edition, W.H.Freeman and Company, New York.
Schowengerdt, R.Α. (2012). Techniques for Image Processing and Classification in Remote Sensing, Academic Press, Yew York.
Smith, W.L.(1977). Remote Sensing Applications for Mineral Exploration, Dowden, Hutchingon & Ross, Inc., Stroudsburg, Pennsylvania.
WCED(1987). Our Common Future, World Commission on Environment and Development, Oxford University Press, Oxford.

E. ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΙ ΚΑΙ ΦΟΡΕΙΣ ΤΗΛΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗΣ

1. Ευρωπαϊκή Εταιρεία Διαστήματος και Ευρωπαϊκή Ένωση

• European Space Agency. Observing the Earth. www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth
• European Union Joint Research Center, ISPRA, Varese, Italy. ec.europa.eu/dgs/jrc/index.cfm

2. Διαστημικό πρόγραμμα LANDSAT (HΠΑ)
• Landsat Science Team. geo.arc.nasa.gov/sge/landsat/landsat.html

3. Διαστημικό Πρόγραμμα SPOT (Γαλλία, Σουηδία)
• SPOTIMAGE, France. earth.esa.int/eogateway/missions/spot

4. Διαστημικό Πρόγραμμα NASDA (Ιαπωνία)
• National Space and Development Agency, Japan. global.jaxa.jp
• Remote Sensing Technology Centre of Japan, Tokyo, JAPAN. www.restec.or.jp/en/

5. Εφαρμογές και Οργανισμοί Τηλεπισκόπησης

• IEEE Geoscience and Remote Sensing Society. www.grss-ieee.org
• International Society for Photogrammetry and Remote Sensing. www.isprs.org
• American Society for Photogrammetry and Remote Sensing. www.isprs.org
• United States Geological Survey, USA. www.usgs.gov
• Canada Centre for Remote Sensing. www.nrcan.gc.ca/science-and-data/research-centres-and-labs/canada-centre-remote-sensing/21749
• Goddard Space Flight Center, NASA, Remote Sensing Tutorial. gpsr.ars.usda.gov/short_remotesensing/Front/overview.html
• National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). www.noaa.gov/sitemap.html
• View of the Earth from any satellite. eos.com/products/landviewer/
• NASA Visible Earth. visibleearth.nasa.gov
• European Environment Agency. www.eea.europa.eu
• European Space Agency. Earth Remote Sensing. www.esa.int/About_Us/Law_at_ESA/Intellectual_Property_Rights/Remote_sensing_data