Αρχές και Εφαρμογές

∆ορυφορικής Τηλεπισκόπησης

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Α. Εισαγωγή - σκοπός του μαθήματος Β. Προτεινόμενα Βιβλία Γ. Πρόγραμμα ∆. Αναλυτική παρουσίαση - ενότητες Ε. Εμπειρία του διδάσκοντος ΣΤ. Επιλεγμένη βιβλιογραφία

Ηράκλειο 2011

Α. ΕΙΣΑΓΩΓΗ - ΣΚΟΠΟΣ ΤΟΥ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

Η παρατήρηση της γης από το διάστημα αποτελεί, τα τελευταία χρόνια, σημαντικό εργαλείο για τη μελέτη του περιβάλλοντος, την κατανόηση του παγκόσμιου κλίματος, καθώς και το σχεδιασμό και την υποστήριξη αναπτυξιακών και παραγωγικών δραστηριοτήτων σε μια περιοχή. Ο όρος δορυφορική τηλεπισκόπηση χρησιμοποιείται για την περιγραφή της διαδικασίας λήψης πληροφοριών με τη χρήση ανιχνευτικών συσκευών που φέρονται από δορυφόρους παρατήρησης της γης. Η δορυφορική τηλεπισκόπηση έχει τη δυνατότητα παροχής σε πραγματικό χρόνο και με χαμηλό κόστος ψηφιακών, παγκόσμιων και ενημερωμένων δεδομένων ακριβείας, σε συνεχή και επαναλαμβανόμενη βάση, καθώς και καταγραφών παρελθόντων ετών από αρχεία δορυφορικών δεδομένων. Τα τελευταία χρόνια διατίθενται δεδομένα παρακολούθησης της γης από ανιχνευτές δορυφόρων τελευταίας γενιάς. Οι δορυφόροι αυτοί είναι σε θέση να παρέχουν εικόνες υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας που φτάνει κάτω του ενός μέτρου και ως εκ τούτου μπορούν να χρησιμοποιηθούν για εφαρμογές σε αστικό περιβάλλον.

Σκοπός του μαθήματος “Αρχές και Εφαρμογές ∆ορυφορικής Τηλεπισκόπησης” το οποίο έχει σχεδιαστεί για τους φοιτητές του Τμήματος Φυσικής, είναι η γνωριμία με τη δορυφορική τηλεπισκόπηση και η απόκτηση βασικών γνώσεων για τη δυνατότητα εφαρμογής της σε έδαφος, ατμόσφαιρα και θάλασσα. Θα παρουσιαστεί το δυναμικό της δορυφορικής τηλεπισκόπησης να υποστηρίξει ένα μεγάλο εύρος επιστημονικών πεδίων που εμπλέκονται στη μελέτη του περιβάλλοντος και θα αναδειχθούν τα οφέλη που μπορούν να αποκομίσουν οι φοιτητές του Τμήματος Φυσικής από το μάθημα αυτό. Λόγω του μεγάλου εύρους των εφαρμογών της δορυφορικής τηλεπισκόπησης στα παραπάνω πεδία, η παρουσίαση εφαρμογών δεν θα είναι εξαντλητική, αλλά στόχος είναι να αποτελέσει τη βάση για την περαιτέρω ενασχόληση. Για το λόγο αυτό έχουν επιλεγεί βασικές εφαρμογές της δορυφορικής τηλεπισκόπησης όπως φαίνεται στην Ενότητα 11 που θα παρουσιαστεί παρακάτω. Θα διδαχθούν τεχνικές για την επεξεργασία των δορυφορικών εικόνων, ουσιαστικά δηλαδή μεθοδολογικές προσεγγίσεις που επιτρέπουν την εξαγωγή συμπερασμάτων από τη συνδυαστική αξιοποίηση των διαφόρων φασματικών περιοχών στις οποίες καταγράφουν οι ανιχνευτές παρατήρησης της γης. Για την πληρότητα της παρουσίασης των εφαρμογών, γίνεται επίσης σύντομη αναφορά στη συνέργεια τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών, καθώς και στο διεθνές περιβάλλον, τον Ευρωπαϊκό Οργανισμό ∆ιαστήματος και την Ελληνική πραγματικότητα.

Β. ΠΡΟΤΕΙΝΟΜΕΝΑ ΒΙΒΛΙΑ

Στο τέλος του παρόντος κειμένου παρατίθεται μια σειρά βιβλίων τα οποία θεωρήθηκαν τα πλέον κατάλληλα για να υποστηρίξουν ένα μάθημα τηλεπισκόπησης που απευθύνεται σε προπτυχιακούς φοιτητές. Από αυτά, κρίθηκε ότι περισσότερο κοντά στους στόχους του μαθήματος είναι τα ακόλουθα:

1. Καρτάλης Κ. και Χ. Φείδας, 2007. Αρχές και εφαρμογές δορυφορικής τηλεπισκόπησης. Β. Γκιούρδας Εκδοτική, Αθήνα.

2. Rees, W. G., 2001. Physical Principles of Remote Sensing. ISBN 0521669480. 3. Vardavas, I.M. and F.W. Taylor, 2007. Radiation and Climate. International

Series of Monographs on Physics No. 138, Oxford University Press, Oxford.

Γ. ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ Το μάθημα “Αρχές και Εφαρμογές ∆ορυφορικής Τηλεπισκόπησης” (http://ph338.edu.physics.uoc.gr/) θα ολοκληρωθεί σε διάστημα 12 εβδομάδων με σύνολο διδακτικών ωρών 40 από τις οποίες οι 24 αντιστοιχούν σε θεωρητικό μάθημα και οι 16 σε εργαστηριακό, όπως φαίνεται αναλυτικά στον Πίνακα Ι που ακολουθεί. Το εργαστήριο θα περιλαμβάνει ανάλυση δορυφορικών δεδομένων με χρήση εξειδικευμένων λογισμικών (είτε εμπορικών είτε ελεύθερου και ανοιχτού κώδικα), καθώς επίσης και πρακτική εφαρμογή στον επίγειο δορυφορικό σταθμό λήψης του ΙΤΕ, αν ο χρόνος επιτρέψει. Το εργαστήριο μπορεί να υποστηριχθεί από υποψήφιους διδάκτορες του Τμήματος Φυσικής των οποίων η διδακτορική διατριβή εστιάζεται στη μελέτη της φυσικής του περιβάλλοντος και της ατμόσφαιρας. Στα πλαίσια του εργαστηρίου, οι φοιτητές θα χωριστούν σε μικρό αριθμό ομάδων εργασίας καθεμία από τις οποίες θα αναλαμβάνει να υλοποιεί απλές εφαρμογές αναλύοντας δορυφορικές εικόνες με χρήση των προαναφερθέντων λογισμικών και να παραδίδει τα αποτελέσματα της ανάλυσης σε χρόνο που θα συμφωνείται με το διδάσκοντα. Το εργαστήριο συμβάλει κατά 40% στην τελική βαθμολογία. Πίνακας Ι. Προτεινόμενο πρόγραμμα για το μάθημα “Αρχές και Εφαρμογές

∆ορυφορικής Τηλεπισκόπησης”.

Εβδομάδα ∆ιδασκόμενη Ενότητα

Ώρες Θεωρίας

Ώρες Εργαστηρίου

Σύνολο Ωρών

1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 2 2 4 4 2 2 5 5 2 2 4 6 6 2 2 4 7 7 2 2 4 8 8 2 2 4 9 9 2 2 4 10 10 2 2 4 11 11 2 2 4 12 12 2 2 4

Σύνολο 24 16 40

* Αναλυτική παρουσίαση κάθε Ενότητας του μαθήματος ακολουθεί παρακάτω.

∆. ΑΝΑΛΥΤΙΚΗ ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ - ΕΝΟΤΗΤΕΣ Το μάθημα “Αρχές και Εφαρμογές ∆ορυφορικής Τηλεπισκόπησης” περιλαμβάνει τις παρακάτω ενότητες, καθεμία από τις οποίες μπορεί να διδαχθεί ξεχωριστά: Ενότητα 1: Ο ρόλος και η αναγκαιότητα της δορυφορικής τηλεπισκόπησης

στις γεωεπιστήμες για τη μελέτη της πλανητικής μεταβολής.

Ενότητα 2: ∆ορυφορικοί αισθητήρες και φασματικές περιοχές δορυφορικών καταγραφών.

Ενότητα 3: Χαρακτηριστικά των δορυφόρων και των δορυφορικών δεδομένων – σύγχρονες αποστολές παρατήρησης της γης.

Ενότητα 4: Γεωμετρικές διορθώσεις δορυφορικών εικόνων - ορθοαναγωγή.

Ενότητα 5: Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και δορυφορικά συστήματα.

Ενότητα 6: Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης στη δορυφορική μέτρηση.

Ενότητα 7: Ατμοσφαιρικές διορθώσεις δορυφορικών εικόνων.

Ενότητα 8: Μέθοδοι επεξεργασίας και ερμηνείας δορυφορικών εικόνων.

Ενότητα 9: Μέθοδοι εξαγωγής γεωφυσικών παραμέτρων από δορυφορικές καταγραφές.

Ενότητα 10: ∆ορυφορική τηλεπισκόπηση και Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών.

Ενότητα 11: Εφαρμογές της δορυφορικής τηλεπισκόπησης.

Ενότητα 12: Τάσεις στη δορυφορική τηλεπισκόπηση: Το διεθνές περιβάλλον, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός ∆ιαστήματος και η Ελληνική πραγματικότητα.

Ακολουθεί μία σύντομη παρουσίαση για καθεμία από τις παραπάνω ενότητες.

Ενότητα 1: Ο ρόλος και η αναγκαιότητα της δορυφορικής τηλεπισκόπησης στις γεωεπιστήμες για τη μελέτη της πλανητικής μεταβολής.

Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστεί το δυναμικό της δορυφορικής τηλεπισκόπησης να υποστηρίξει ένα μεγάλο εύρος επιστημονικών πεδίων που εμπλέκονται στη μελέτη του περιβάλλοντος και θα συζητηθούν τα οφέλη που μπορούν να αποκομίσουν οι φοιτητές του Τμήματος Φυσικής από το σχετικό μάθημα.

Μια από τις βασικές προκλήσεις της επιστημονικής κοινότητας είναι η αποτελεσματική αντίδραση στη παγκόσμια αλλαγή (global change) η οποία προκαλεί αυξανόμενες περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές πιέσεις. Η αναγκαιότητα της τηλεπισκόπησης τόσο στην πρόγνωση του καιρού, όσο και στην πρόληψη και αντιμετώπιση των φυσικών καταστροφών έχει αποδειχθεί στην πράξη.

Τα τελευταία χρόνια έχει γίνει επίσης φανερό το υψηλό δυναμικό της δορυφορικής τηλεπισκόπησης στην Επιστήμη του Συστήματος Γη (Earth System Science). Η συμπεριφορά του Πλανητικού Συστήματος είναι δυνατό να γίνει κατανοητή μόνο μέσω συνδυασμένης μελέτης των δυναμικών διεργασιών της ατμόσφαιρας, της στερεάς γης, της υδρόσφαιρας, της κρυόσφαιρας, της βιόσφαιρας και της ανθρωπόσφαιρας. Τα δορυφορικά δεδομένα είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη, την παραμετροποίηση και τον έλεγχο της αξιοπιστίας μοντέλων προσομοίωσης των προαναφερθέντων δυναμικών διεργασιών.

Η δορυφορική τηλεπισκόπηση έχει συνεπώς το δυναμικό να υποστηρίζει τόσο πολύπλοκα μοντέλα προσομοίωσης όσο και περιβαλλοντικές και γεωτεχνικές μελέτες, οι οποίες εξαρτώνται από τη δυνατότητα παρακολούθησης κατανομών περιβαλλοντικών παραμέτρων μέσω καταγραφών σε κατάλληλες χωρικές και χρονικές κλίμακες και ανάλυσης των αντίστοιχων δεδομένων, ανάλογα με την οπτική γωνία του εμπλεκόμενου επιστημονικού κλάδου.

Τέλος, η ανάγκη για παγκόσμια πολιτική σταθερότητα και η ανάγκη συνεχούς επικαιροποίησης και ελέγχου εφαρμογής του υπάρχοντος νομοθετικού πλαισίου έχουν δημιουργήσει νέες ευκαιρίες για ανάπτυξη υψηλής διακριτικής ικανότητας, διπλής χρήσης (στρατιωτικών και επιστημονικών) δορυφορικών συστημάτων. Τα συστήματα αυτά, εκτός από τους πολύ υψηλής διακριτικής ικανότητας οπτικούς ανιχνευτές, θα φέρουν και υψηλής διακριτικής ικανότητας ραντάρ συνθετικής κεραίας.

Η πολύ υψηλής διακριτικής ικανότητας καταγραφή σε όλες τις περιοχές του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος και το μεγάλο εύρος των εφαρμογών που μπορεί να υποστηρίξει, αναμένεται να ενισχύσουν σημαντικά το ρόλο της δορυφορικής τηλεπισκόπησης στους προαναφερθέντες τομείς. Συνεπώς, η αυξανόμενη ανάγκη εξειδικευμένων αναλυτών των δορυφορικών δεδομένων για την εξαγωγή επιστημονικής πληροφορίας είναι δεδομένη. Είναι προφανές ότι αναλυτές οι οποίοι θα έχουν παράλληλα την απαιτούμενη γνώση για την πληρέστερη κατανόηση του φυσικού συστήματος, όπως οι απόφοιτοι των Τμημάτων Φυσικής, θα έχουν συγκριτικό πλεονέκτημα.

Ενότητα 2: ∆ορυφορικοί αισθητήρες και φασματικές περιοχές δορυφορικών καταγραφών.

Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστούν οι κύριες κατηγορίες δορυφορικών αισθητήρων οι αρχές λειτουργίας τους και οι φασματικές περιοχές στις οποίες λειτουργούν. Οι δορυφορικοί αισθητήρες ανήκουν στην ευρεία κατηγορία των ραδιομέτρων, που αποτελούν όργανα μέτρησης της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας η λειτουργία των οποίων βασίζεται στο φωτοηλεκτρικό φαινόμενο. Εάν ο αισθητήρας περιλαμβάνει φράγμα περίθλασης το οποίο διαχωρίζει την ακτινοβολία, που εκτείνεται σε μια περιοχή του φάσματος, σε μικρότερες φασματικές περιοχές, τότε αυτός ονομάζεται φασματοραδιόμετρο.

Έμφαση θα δοθεί στις κατηγορίες του παρακάτω διαγράμματος το οποίο παρουσιάζει ένα σχήμα ταξινόμησης των δορυφορικών αισθητήρων ανάλογα με την πηγή ακτινοβολίας που καταγράφουν, ανάλογα με τον τρόπο κατόπτευσης (π.χ. Εικόνα 1) και ανάλογα με τον τρόπο καταγραφής της ακτινοβολίας.

Εικόνα 1. Παραδείγματα δορυφορικών αισθητήρων με διαφορετικό τρόπο κατόπτευσης: (α) σαρωτής με εγκάρσια στην τροχιά διεύθυνση. (β) Σαρωτής κατά μήκος της τροχιάς.

Ενότητα 3: Χαρακτηριστικά των δορυφόρων και των δορυφορικών δεδομένων - σύγχρονες αποστολές παρατήρησης της γης.

Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστούν τα κύρια χωρικά και φασματικά χαρακτηριστικά των δορυφορικών δεδομένων και θα συζητηθεί το πώς η κλίμακα και οι ιδιαίτερες απαιτήσεις της κάθε εφαρμογής καθορίζουν την επιλογή του κατάλληλου δορυφορικού δέκτη ανάλογα με τα χαρακτηριστικά αυτά. Επίσης θα παρουσιαστούν οι σύγχρονες δορυφορικές αποστολές που είναι ευρύτερα γνωστές λόγω του μεγάλου αριθμού των εφαρμογών που είναι σε θέση να υποστηρίξουν.

Το χαρακτηριστικό των δορυφόρων στο οποίο θα δοθεί έμφαση είναι η διακριτική ικανότητα. Θα παρουσιαστούν αναλυτικά:

Η χωρική διακριτική ικανότητα, η οποία καθορίζει και το μέγεθος του εικονοστοιχείου της δορυφορικής απεικόνισης (Εικόνα 2).

Η φασματική διακριτική ικανότητα, η οποία σχετίζεται με τον αριθμό των φασματικών καναλιών του δορυφορικού δέκτη (Εικόνα 3).

Η ραδιομετρική διακριτική ικανότητα, η οποία σχετίζεται με την ευαισθησία του δέκτη να ανιχνεύει διαφορές στην ισχύ του σήματος.

Η χρονική διακριτική ικανότητα, η οποία σχετίζεται με τη συχνότητα καταγραφής της ίδιας περιοχής.

Εικόνα 2. Παραδείγματα απεικόνισης μια συγκεκριμένης περιοχής από αισθητήρες με διαφορετική χωρική διακριτική ικανότητα (από 80 x 80 m έως 0,5 x 0,5 m). Είναι προφανές ότι ανάλογα με τις απαιτήσεις της εφαρμογής, επιλέγεται και δορυφορικός δέκτης ανάλογης χωρικής διακριτικής ικανότητας.

Εικόνα 3. Παραδείγματα δορυφορικών αισθητήρων διαφορετικής φασματικής διακριτικής ικανότητας: Στο επάνω τμήμα έχουμε λήψη στην περιοχή του ορατού ενώ στο κάτω έχουμε συνδυασμένη λήψη στην περιοχή του ορατού και του εγγύς υπερύθρου. Το κανάλι του εγγύς υπερύθρου παρουσιάζεται στην κάτω εικόνα με κόκκινο χρώμα. Λόγω της υψηλής ανάκλασης της φωτοσυνθετικά ενεργούς βλάστησης στην περιοχή του εγγύς υπέρυθρου, είναι δυνατός ο διαχωρισμός της, γεγονός που δε συμβαίνει στο επάνω τμήμα της εικόνας.

Στη συνέχεια θα παρουσιαστούν οι τροχιές που συνήθως τοποθετούνται οι δορυφόροι και θα συζητηθεί το πώς επιλέγεται η καταλληλότερη τροχιά ανάλογα με το σκοπό κάθε αποστολής. Το ύψος της τροχιάς που τίθενται οι δορυφόροι κυμαίνεται συνήθως μεταξύ 800 και 1500 km. Υπάρχουν όμως και δορυφόροι που η τροχιά τους βρίσκεται σε πολύ μεγάλο ύψος, περίπου 36.000 km. Οι δορυφόροι της πρώτης κατηγορίας ονομάζονται δορυφόροι χαμηλής τροχιάς ενώ της δεύτερης κατηγορίας καλούνται υψηλής τροχιάς ή γεωστάσιμοι.

Τέλος θα παρουσιαστούν μερικοί από τους πλέον γνωστούς δορυφορικούς δέκτες, θα αναλυθούν τα χαρακτηριστικά τους και θα συζητηθούν οι εφαρμογές που μπορούν να υποστηρίξουν. Συγκεκριμένα:

Το Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) των δορυφόρων NOAA

To MODerate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) των δορυφόρων Terra και Aqua.

Το Themmatic Mapper (ΤΜ) και το Enhanced Themmatic Mapper (ETM+) των δορυφόρων Landsat.

Τα High Resolution Visible (HRV) και Geometric High Resolution Geometric (HRG) των δορυφόρων SPOT

Το Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) του δορυφόρου Terra.

Οι δορυφορικοί δέκτες πολύ υψηλής χωρικής διακριτικής ικανότητας Ikonos και Quickbird

Το Advanced Synthetic Aperture Radar (ASAR) του δορυφόρου Envisat.

Ενότητα 4: Γεωμετρικές διορθώσεις δορυφορικών εικόνων - ορθοαναγωγή.

Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστούν οι γεωμετρικές παραμορφώσεις κατά τη διάρκεια μιας δορυφορικής λήψης, καθώς και οι διορθώσεις εκείνες που είναι απαραίτητες πριν την ανάλυση των δορυφορικών εικόνων ώστε αυτές να μετασχηματιστούν από το σύστημα κατόπτευσης του δορυφόρου που έχουν ληφθεί σε συγκεκριμένο χαρτογραφικό σύστημα προβολής, όπως π.χ. το Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς (Εικόνα 4). Οι διορθώσεις αυτές εντάσσονται στο γενικότερο πλαίσιο της προ-επεξεργασίας των εικόνων.

Σκοπός της γεωμετρικής διόρθωσης είναι διόρθωση των παραμορφώσεων (στρέβλωση σάρωσης, πανοραμική παραμόρφωση, λόγω κίνησης του δορυφόρου, λόγω περιστροφής της γης, λόγω αναγλύφου, κλπ.) που εμφανίζουν οι πρωτογενείς δορυφορικές εικόνες. Η διαδικασία γεωμετρικής διόρθωσης που περιλαμβάνει και τη διόρθωσης της επίδρασης του αναγλύφου (Εικόνα 5) ονομάζεται ορθοαναγωγή.

Εικόνα 4. Παράδειγμα της ορθοανηγμένης πολυφασματικής εικόνας ASTER Ελληνικό Γεωδαιτικό Σύστημα Αναφοράς (ΕΓΣΑ87), η οποία έχει προκύψει με χρήση ψηφιακού μοντέλου εδάφους (DEM) της ευρύτερης περιοχής του Ηρακλείου και φωτοσταθερών σημείων προσδιορισμένων με GPS (Global Positioning System). Το προαναφερθέν DEM έχει παραχθεί φωτογραμμετρικά με ανάλυση στερεο-ζεύγους ASTER.

Εικόνα 5. Παράδειγμα της επίδρασης του ανάγλυφου στη δορυφορική μέτρηση: Το ανάγλυφο προκαλεί ανάλογα με τη θέση του δορυφόρου μετατόπιση του εικονοστοιχείου στόχου. Για να διορθωθεί είναι απαραίτητο να είναι γνωστή με μεγάλη ακρίβεια η θέση του δορυφόρου ως προς της επιφάνεια της γης, καθώς και το υψόμετρο σε κάθε σημείο. Πληροφορία για το υψόμετρο μπορεί να ληφθεί από ψηφιακά μοντέλα εδάφους τα οποία είναι επίσης προϊόντα στερεοσκοπικών δορυφορικών αποτυπώσεων.

Ενότητα 5: Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και δορυφορικά συστήματα.

Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστεί η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ως το μέσο μεταφοράς της πληροφορίας από το στόχο στο δορυφορικό αισθητήρα. Θα εξεταστεί το πώς η ανακλώμενη στην επιφάνεια του εδάφους μικρού μήκους κύματος ακτινοβολία ή η εκπεμπόμενη από αυτήν μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολίας διαδίδεται μέσω της ατμόσφαιρας για να φτάσει στο δορυφορικό δέκτη, καθώς και το πώς καταγράφεται σε αυτόν.

Είναι γνωστό ότι κύρια πηγή ενέργειας του συστήματος γης - ατμόσφαιρας είναι η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία του ήλιου. Οι δορυφορικοί αισθητήρες καταγράφουν την ηλιακή ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία που ανακλάται από μια γήινη επιφάνεια και σκεδάζεται από την ατμόσφαιρα ή την ακτινοβολία που εκπέμπεται από τα σώματα στη γη. Στην τηλεπισκόπηση, η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία καθορίζεται ποσοτικά από την ένταση και το μήκος κύματος ή τη συχνότητα του ηλεκτρομαγνητικού κύματος. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία κατηγοριοποιείται με βάση τη θέση του μήκους κύματος στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα. Το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα συνίσταται από κύματα με μήκη κύματος από 0.1 μm έως 100 m και χωρίζεται σε περιοχές, όπως το υπέρυθρο τμήμα του φάσματος, το υπεριώδες, το ορατό κ.ά. Τα δορυφορικά συστήματα τηλεπισκόπησης λειτουργούν, κυρίως, στο ορατό και υπέρυθρο φάσμα καθώς και στην περιοχή των μικροκυμάτων.

Στην ενότητα αυτή θα δοθεί έμφαση στα ακόλουθα: Βασικά χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας (π.χ. ροή, ένταση, πόλωση,

μονάδες μέτρησης). Νόμοι της ακτινοβολίας (π.χ. Planck, Wien, Stefan-Boltzman, Kirchhoff). Πηγές ακτινοβολίας σε ορατό, θερμικό υπέρυθρο και μικροκύματα. Παθητικοί και ενεργητικοί δορυφορικοί δέκτες. Φασματικές περιοχές που αξιοποιούνται από την τηλεπισκόπηση (μήκη

κύματος, ατμοσφαιρικά παράθυρα, δορυφορικά κανάλια κλπ.).

Εικόνα 6. Κύρια ατμοσφαιρικά παράθυρα. Στις φασματικές αυτές περιοχές η επίδραση της ατμόσφαιρας είναι σχετικά μικρή συνεπώς οι δορυφορικοί δέκτες (όπως π.χ. ο MODIS που σημειώνεται) σχεδιάζονται να καταγράφουν στις περιοχές αυτές.

Ενότητα 6: Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης στη δορυφορική μέτρηση.

Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστεί το πώς η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (στα μήκη κύματος που είναι σημαντικά για την τηλεπισκόπηση) αλληλεπιδρά με την ύλη και τι συνέπειες έχει η αλληλεπίδραση αυτή στη δορυφορική μέτρηση, δηλαδή στον καθορισμό φασματικών υπογραφών μέσω των οποίων οι διάφοροι στόχοι αναγνωρίζονται στις δορυφορικές απεικονίσεις και ταξινομούνται.

Αρχικά θα εξεταστεί η αλληλεπίδραση της μικρού μήκους κύματος ακτινοβολίας με το στόχο με έμφαση στο πως η ακτινοβολία ανακλάται από αυτόν (π.χ. Εικόνα 7) και στο πως εκτιμάται το ποσοστό της ανακλώμενης ακτινοβολίας το οποίο διέρχεται από τη στερεά γωνία κατόπτευσης του δορυφορικού συστήματος. Θα συζητηθούν αναλυτικά ο ρόλος του υλικού, της κατάστασης της επιφάνειας και του προσανατολισμού του στόχου. Κατόπιν θα εξεταστεί η αλληλεπίδραση (απορρόφηση και σκέδαση) της ακτινοβολίας αυτής με τα συστατικά της ατμόσφαιρας κατά τη διέλευση της από αυτήν καθοδόν προς το δορυφορικό αισθητήρα. Θα δοθεί έμφαση στο ρόλο των νεφών, των αερολυμάτων και της περιεκτικότητας της ατμόσφαιρας σε υδρατμούς. Θα παρουσιαστούν δορυφορικοί δέκτες οι οποίοι έχουν σχεδιαστεί για καταγραφή ατμοσφαιρικών παραμέτρων.

Στη συνέχεια θα παρουσιαστεί λεπτομερώς η αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης στην φασματική περιοχή του θερμικού υπέρυθρου με έμφαση στο ρόλο του συντελεστή εκπομπής της επιφάνειας του εδάφους και των χωρικών μεταβολών του καθώς και στο ρόλο της διαφορικής απορρόφησης του ατμοσφαιρικού υδρατμού σε δορυφορικούς δέκτες με περισσότερα του ενός φασματικά κανάλια στο θερμικό υπέρυθρο. Θα συζητηθούν οι περιορισμοί που υπάρχουν στη χωρική διακριτική ικανότητα στη συγκεκριμένη φασματική περιοχή.

Τέλος, θα παρουσιαστεί με συντομία η αρχή λειτουργίας του ραντάρ συνθετικής κεραίας και το πώς καταγράφεται από τους δορυφορικούς δέκτες πληροφορία που έχει σχέση τόσο με το πλάτος όσο και με τη φάση του ανακλώμενου από το στόχο ηλεκτρομαγνητικού κύματος στην περιοχή των μικροκυμάτων.

Εικόνα 7. Παραδείγματα ανάκλασης ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας προερχομένης από την ίδια πηγή. Οι τρόπος ανάκλασης καθορίζεται κυρίως από το υλικό, την κατάσταση και τον προσανατολισμό του στόχου.

Ενότητα 7: Ατμοσφαιρικές διορθώσεις δορυφορικών εικόνων.

Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστούν οι διορθώσεις εκείνες που είναι απαραίτητες πριν την ανάλυση των δορυφορικών εικόνων ώστε να εξαλειφθεί η αλλοίωση που προκαλεί στην ακτινοβολία επίδραση της ατμόσφαιρας η οποία παρεμβάλλεται μεταξύ του στόχου και του δέκτη. H επίδραση της ατμόσφαιρας στην ηλιακή ακτινοβολία που ανακλάται σε μια επιφάνεια έχει ως αποτέλεσμα μέρος της ακτινοβολίας να σκεδαστεί, να απορροφηθεί ένα άλλο και το υπόλοιπο να φτάσει στο δορυφορικό αισθητήρα. Η επιφάνεια του εδάφους δεν δέχεται όμως μόνο την άμεση ακτινοβολία του ήλιου αλλά και τη διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία η οποία προέρχεται από τη σκέδαση της άμεσης ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα πριν αυτή φτάσει στο έδαφος. Η διάχυτη ακτινοβολία που φτάνει στον δορυφορικό αισθητήρα είτε κατευθείαν από την ατμόσφαιρα είτε ανακλώμενη στην επιφάνεια του εδάφους και σε νέφη ως ακτινοβολία διαδρομής. H ακτινοβολία που φτάνει στο δορυφορικό αισθητήρα, αποτελεί το άθροισμα όλων των παραπάνω συνιστωσών.

Συνεπώς, η τιμή που καταγράφεται σε οποιαδήποτε θέση του εικονοστοιχείου μιας δορυφορικής εικόνας δεν αποτελεί μια καταγραφή της πραγματικής ανακλώμενης (ή εκπεμπόμενης σε ότι αφορά στο θερμικό υπέρυθρο) από το έδαφος ακτινοβολίας για το συγκεκριμένο σημείο γιατί το σήμα του μεταβάλλεται από την απορρόφηση και τη σκέδαση τμήματος της ακτινοβολίας. Για να υπολογιστεί η επίδραση της ατμόσφαιρας στην ανακλώμενη (ή στην εκπεμπόμενη) από την επιφάνεια ακτινοβολία απαιτείται η γνώση διαφόρων παραμέτρων (συνολική ποσότητα υδρατμών, φασματική οπτική πυκνότητα αερολυμάτων, κλπ.) που καθορίζουν τα οπτικά χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας κατά τη στιγμή της δορυφορικής λήψης.

Η βασική φιλοσοφία της ατμοσφαιρικής διόρθωσης είναι να καθορίσει τα οπτικά χαρακτηριστικά της ατμόσφαιρας και μετά να το εφαρμόσει αυτό στη διόρθωση των δορυφορικών εικόνων. Η ατμοσφαιρική διόρθωση έγκειται πρακτικά στη εξάλειψη από το σήμα της επίδρασης της ατμοσφαιρικής απορρόφησης και σκέδασης, καθώς και συνιστωσών ακτινοβολίας που προέρχονται από γειτονικά του στόχου εικονοστοιχεία (Εικόνα 8). Η ατμοσφαιρική διόρθωση εντάσσεται στο γενικότερο πλαίσιο της προ-επεξεργασίας των δορυφορικών δεδομένων.

Εικόνα 8. Εκτός από την ακτινοβολία που φτάνει στο δέκτη προερχόμενη από το στόχο (2), φτάνει επίσης ακτινοβολία που προέρχεται από: την ατμόσφαιρα λόγω σκέδασης (1), τα γειτονικά εικονοστοιχεία είτε μετά από σκέδαση (3) είτε μέσω του στόχου (4). Σκοπός της ατμοσφαιρικής διόρθωσης είναι η εξάλειψη των συνιστωσών (1), (3) και (4).

Ενότητα 8: Μέθοδοι επεξεργασίας και ερμηνείας δορυφορικών εικόνων.

Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστούν οι κύριες μέθοδοι μέσω των οποίων μπορεί να εξαχθεί επιστημονικά και πρακτικά αξιοποιήσιμη πληροφορία από τις δορυφορικές εικόνες. Οι μέθοδοι που θα παρουσιαστούν περιλαμβάνουν τη φωτοερμηνεία, τη φωτογραμμετρική μέθοδο παραγωγής ψηφιακών μοντέλων εδάφους και την ψηφιακή επεξεργασία εικόνας.

Σκοπός της φωτοερμηνείας είναι η αναγνώριση συγκεκριμένων αντικειμένων (στόχων). Η αναγνώριση αυτή πραγματοποιείται μέσω του εντοπισμού των διαφορών μεταξύ των στόχων αυτών και του περιβάλλοντος χώρου (γειτονικών αντικειμένων). Ο εντοπισμός βασίζεται σε κάποιο ή κάποια από τα οπτικά τους χαρακτηριστικά (Εικόνα 9).

Εικόνα 9. Τα βασικά οπτικά χαρακτηριστικά ενός στόχου στην εικόνα στα οποία βασίζεται ο εντοπισμός των διαφορών του από τα γειτονικά αντικείμενα που τον περιβάλλουν.

Θα παρουσιαστούν επίσης εν συντομία οι αρχές της φωτογραμμετρίας και θα δοθεί έμφαση στην εφαρμογή της συνθήκης συγγραμμικότητας και των τεχνικών ψηφιακής στεροσυχσέτισης για το υπολογισμό της στεροοσκοπικής παράλλαξης σε στεροεζεύγη δορυφορικών εικόνων με στόχο την εκτίμηση του υψομέτρου σε κάθε εικονοστοιχείο της δορυφορικής εικόνας και τελικά την παραγωγή ψηφιακού μοντέλου εδάφους.

Εικόνα 10. Ψηφιακό μοντέλο εδάφους ακρίβειας ± 15 m τόσο ως προς οριζόντιο επίπεδο, όσο και ως προς το υψόμετρο. Το προϊόν αυτό έχει πρόσφατα παραχθεί από το Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας(ΙΤΕ) με ανάλυση 12 στερεοσκοπικών αποτυπώσεων του συστήματος ASTER οι οποίες απαιτήθηκαν για να καλυφθεί ολόκληρη η περιοχή της Κρήτης.

Τέλος θα παρουσιαστεί αναλυτικά το αντικείμενο της ψηφιακής επεξεργασίας εικόνας, με έμφαση στην ανάλυση πολυφασματικών δορυφορικών απεικονίσεων. Αφού εξηγηθεί το πώς αναπαρίσταται ψηφιακά μια πολυφασματική δορυφορική εικόνα θα δοθεί έμφαση στα ακόλουθα:

Συγχώνευση δορυφορικών δεδομένων. Ενίσχυση (γραμμική, μη γραμμική και επιλεκτική) της αντίθεσης εικόνας. Χωρική ενίσχυση εικόνας – χωρικά φίλτρα. Λόγοι καναλιών – δείκτες βλάστησης. Ανάλυση σε κύριες συνιστώσες. Φασματική ταξινόμηση – παραγωγή χαρτών του εδάφους και χρήσεων γης. Ανίχνευση αλλαγών – εντοπισμός μεταβολών της κάλυψης του εδάφους.

Εικόνα 11. Αρχή του αλγορίθμου μέγιστης πιθανοφάνειας του οποίου η εφαρμογή θα εξεταστεί στα πλαίσια της παρουσίασης της επιβλεπόμενης ταξινόμησης. Ο αλγόριθμος αυτός βασίζεται στην πιθανότητα να ανήκει ένα εικονοστοιχείο σε μια συγκεκριμένη τάξη και θεωρεί ότι οι πιθανότητες αυτές είναι ίσες για όλες τις τάξεις και ότι οι αποτυπώσεις των καναλιών που χρησιμοποιούνται ακολουθούν κανονική κατανομή. Στο σχήμα φαίνεται ο τρόπος διαχωρισμού των εικονοστοιχείων που ανήκουν σε διαφορετικές τάξεις (Α και Β) σε ένα χώρο χαρακτηριστικών που υλοποιείται σε δύο διαστάσεις με χρήση δύο φασματικών καναλιών (bands 1 και 2). Η χρήση παραπάνω φασματικών καναλιών οδηγεί σε αντίστοιχους χώρους μεγαλύτερων διαστάσεων.

Εικόνα 12. Παράδειγμα εφαρμογής της μεθόδου ανίχνευσης αλλαγών για τον εντοπισμό και την αποτύπωση της αύξησης των αστικών περιοχών στην Αττική κατά την περίοδο 2000 - 2007. Το προϊόν αυτό έχει πρόσφατα παραχθεί από το ΙΤΕ με ανάλυση πολυφασματικών εικόνων Landsat που κάλυπταν την περιοχή τις Αττικής και είχαν ληφθεί τα έτη 2000, 2004 και 2007. Το μέγεθος του εικονοστοιχείου των εικόνων Landsat είναι 30 x 30m.

Ενότητα 9: Μέθοδοι εξαγωγής γεωφυσικών παραμέτρων από δορυφορικές καταγραφές.

Στην ενότητα αυτή μπορεί πρακτικά να συμπεριληφθεί στο γενικότερο πλαίσιο της προηγούμενης ενότητας, όμως προτιμήθηκε, λόγω του ότι το μάθημα απευθύνεται σε φοιτητές του Τμήματος Φυσικής, να δοθεί περισσότερη έμφαση στις μεθόδους εξαγωγής από δορυφορικές απεικονίσεις, χωρικών κατανομών γεωφυσικών παραμέτρων.

Θα εξεταστούν τεχνικές που βασίζονται σε ατμοσφαιρική διόρθωση και βαθμονόμηση δορυφορικών καταγραφών σε συγκεκριμένη φασματική περιοχή, καθώς και πολυφασματικές τεχνικές όπως για παράδειγμα οι αλγόριθμοι “split window”. Οι παράμετροι στις οποίες θα εστιάσει η παρούσα ενότητα είναι.

Θερμοκρασία της επιφάνειας της θάλασσας. Υετίσιμο ύδωρ (συνολική ποσότητα υδρατμών ατμοσφαιρικής στήλης). Οπτική πυκνότητα αερολυμάτων. Συντελεστής ανάκλασης μικρού μήκους κύματος ακτινοβολίας της

επιφάνειας του εδάφους. Συντελεστής εκπομπής μεγάλου μήκους κύματος ακτινοβολίας της

επιφάνειας του εδάφους. Θερμοκρασίας της επιφάνειας του εδάφους. Ισοζύγιο ακτινοβολιών – ενεργειακό ισοζύγιο. Βροχόπτωση - εξατμισοδιαπνοή. Αστικό μικρόκλιμα - αστική θερμική νησίδα.

Εικόνα 13. Χωρική κατανομή του υετίσιμου ύδατος επάνω από χερσαίες περιοχές όπως έχει εκτιμηθεί από θερμικές καταγραφές του ραδιομέτρου AVHRR με χρήση αλγορίθμου που αναπτύχθηκε στο ΙΤΕ. Για κάθε εικονοστοιχείο 5 x 5 km παρουσιάζεται η μέση τιμή για την περίοδο 2001 - 2005 για Ιανουάριο (α), Απρίλιο (β), Ιούλιο (γ) και Οκτώβριο (δ). Εικόνα 14. Χωρική κατανομή του ισοζυγίου ακτινοβολιών για την περιοχή του κέντρου της Αθήνας με εφαρμογή τεχνικής που έχει αναπτυχθεί από το ΙΤΕ για την ανάλυση πολυφασματικών δεδομένων ASTER. Η τιμή του ισοζυγίου έχει υπολογιστεί για κάθε εικονοστοιχείο 15 x 15 m.

Ενότητα 10: ∆ορυφορική τηλεπισκόπηση και Γεωγραφικά Συστήματα Πληροφοριών.

Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστεί εν συντομία η συνέργεια μεταξύ τηλεπισκόπησης και Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ). Τα ΣΓΠ είναι ένα εργαλείο για λήψη αποφάσεων νομικής, διοικητικής και οικονομικής υφής και ένα όργανο για τον σχεδιασμό και την ανάπτυξη, το οποίο αποτελείται αφενός από μια βάση δεδομένων που περιέχει για μια έκταση στοιχεία προσδιορισμένα στο χώρο και τα οποία σχετίζονται με τη γη και αφετέρου από διαδικασίες και τεχνικές για τη συστηματική συλλογή, ενημέρωση, επεξεργασία και διανομή των στοιχείων. Η βάση ενός ΣΓΠ είναι ένα ενιαίο σύστημα γεωγραφικής αναφοράς, το οποίο επίσης διευκολύνει τη σύνδεση των στοιχείων μεταξύ τους καθώς και με άλλα συστήματα που περιέχουν στοιχεία με χωρική αναφορά.

Η συνέργεια τηλεπισκόπησης - ΓΣΠ μπορεί να έχει μια από τις παρακάτω μορφές: Η τηλεπισκόπηση μπορεί να έχει το ρόλο εργαλείου για τη δημιουργία των

δεδομένων που είναι απαραίτητα για τη δημιουργία του ΓΣΠ. Είναι το πιο ευρέως γνωστό πεδίο συνεργίας μεταξύ τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ. Η τηλεπισκόπηση μπορεί να παρέχει σε ένα ΓΣΠ: Υπόβαθρα (π.χ. ψηφιακά μοντέλα εδάφους), ορθοκανονικές απεικόνισες (π.χ. πολυφασματικές), προϊόντα (π.χ. κάλυψη γης – χρήση γης), προϊόντα συνδυασμού (π.χ. ανίχνευση αλλαγών), κλπ.

Τα ΓΣΠ μπορούν να έχουν το ρόλο παροχέα συμπληρωματικών δεδομένων, πληροφορίας και τεχνικών μέσω των οποίων υπάρχει η δυνατότητα να βελτιωθεί η ακρίβεια των προϊόντων της τηλεπισκόπησης. Για παράδειγμα, τα υβριδικά μοντέλα ταξινόμησης (Εικόνα 15) συνδυάζουν τη χωρική και τη φασματική πληροφορία που παρέχει η τηλεπισκόπηση με χωρικά δεδομένα άλλων πηγών τα οποία οργανώνονται και παρέχονται από το ΓΣΠ για την βελτίωση της ακρίβειας των τελικών προϊόντων.

Τηλεπισκόπηση και ΓΣΠ μπορούν να έχουν παραλλήλους ρόλους και να δρουν συμπληρωματικά στα πλαίσια ενός ευρύτερου συστήματος προσομοίωσης και ανάλυσης. Η περίπτωση αυτή αφορά κυρίως έργα ερευνητικού χαρακτήρα, στα οποία είναι απαραίτητη η συνδυασμένη δράση τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ στα πλαίσια ολοκληρωμένων συστημάτων.

Εικόνα 15. Παράδειγμα συνέργειας τηλεπισκόπησης και ΓΣΠ αποτελεί η ανάπτυξη από το ΙΤΕ ενός υβριδικού μοντέλου ταξινόμησης το αποτέλεσμα του οποίου για την περιοχή του Ηρακλείου παρουσιάζεται εδώ. Το μοντέλο χρησιμοποιεί ΓΣΠ δεδομένα των αστικών περιοχών με τη μορφή πολυγώνων και πολυφασματικά δεδομένα του ραδιομέτρου ASTER για τις μη αστικές περιοχές. Με τον τρόπο αυτό το σχήμα ταξινόμησης αποτελείται από 18 τάξεις.

Ενότητα 11. Εφαρμογές της δορυφορικής τηλεπισκόπησης.

Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστούν οι κυριότερες εφαρμογές της δορυφορικής τηλεπισκόπησης και θα δοθούν παραδείγματα του δυναμικού της να υποστηρίξει ένα ευρύ σύνολο επιστημονικών πεδίων καθώς και ένα ευρύ σύνολο πρακτικών εφαρμογών. Θα δοθεί έμφαση στις ακόλουθες εφαρμογές της δορυφορικής τηλεπισκόπησης:

στη μελέτη της ατμόσφαιρας και του κλίματος, στη μετεωρολογία, στην υδρολογία, στη μελέτη της βλάστησης και του κύκλου του CO2, στην αντιμετώπιση φυσικών και τεχνολογικών καταστροφών, στη μελέτη της κάλυψης γης και των χρήσεων γης, στην τοπογραφία και στη χαρτογράφηση, στη γεωλογία και τη γεωμορφολογία, στο θαλάσσιο και παράκτιο περιβάλλον, στο αστικό περιβάλλον (ενεργειακό ισοζύγιο, αστική θερμική νησίδα κλπ).

Αρκετές από τις προηγούμενες εφαρμογές αποτελούν φαινόμενα μεγάλης κλίμακας για τη μελέτη των οποίων η χρήση δορυφορικών συστημάτων αποτελεί πρόσφορη μέθοδο καθώς έχουν δυνατότητες που δεν διαθέτει καμία άλλη τεχνολογία, ιδίως σε ότι αφορά στην κάλυψη ολόκληρου του πλανήτη, στη χρήση διάφορων περιοχών του φάσματος και στη συχνή μέτρηση παραμέτρων σε περιοχές που συχνά είναι απρόσιτες για άλλα μέσα. Παράλληλα η δορυφορική τηλεπισκόπηση χρησιμοποιείται για τη μελέτη φαινομένων περιορισμένης χωρικής κλίμακας, με χαρακτηριστικότερο παράδειγμα τις αλλαγές στο αστικό περιβάλλον.

Εικόνα 16. Παράδειγμα εφαρμογής συμβολομετρίας ραντάρ συνθετικής κεραίας για τη χαρτογράφηση των μετατοπίσεων του εδάφους έπειτα από τον πρόσφατο μεγάλο σεισμό της Πάρνηθας.

Εικόνα 17. Χωρική κατανομή της συγκέντρωσης μονοξειδίου του άνθρακα στον πλανήτη για το έτος 2003, όπως αυτή εκτιμήθηκε από τον αισθητήρα SCIAMACHY του δορυφόρου Envisat.

Εικόνα 18. Αποτύπωση από το δορυφόρο Ikonos της αποψίλωσης της βλάστησης στην περιοχή του φράγματος Αποσελέμη το 2006. Η εικόνα είναι πολυφασματική σε ορατό και εγγύς υπέρυθρο και η φωτοσυνθετικά ενεργή βλάστησης παρουσιάζεται με αποχρώσεις του κόκκινου.

Εικόνα 19. Εξαγωγή και αποτύπωση του υδρογραφικού δικτύου (αριστερά) και κατάτμηση σε υπολεκάνες της υδρολογικής λεκάνης του ∆ήμου Ηρακλείου (δεξιά) αξιοποιώντας ψηφιακό μοντέλο εδάφους που προέκυψε με επεξεργασία δεδομένων του ραδιομέτρου ASTER.

Ενότητα 12: Τάσεις στη δορυφορική τηλεπισκόπηση: Το διεθνές περιβάλλον, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός ∆ιαστήματος και η Ελληνική πραγματικότητα.

Στην ενότητα αυτή θα παρουσιαστούν οι σύγχρονες τάσεις στη δορυφορική τηλεπισκόπηση. Οι τάσεις αυτές εντοπίζονται κυρίως στους παρακάτω τομείς οι οποίοι θα συζητηθούν αναλυτικά:

Επιχειρησιακή καταγραφή τόσο με πολυφασματικούς, και υπερφασματικούς δέκτες όσο και με εικονοληπτικά ραντάρ.

Αύξηση της χωρικής, της φασματικής και της ραδιομετρικής διακριτικής ικανότητας των δορυφορικών ανιχνευτών.

∆ημιουργία σμηνών (constellations) μικρών δορυφόρων για αύξηση της επαναληψιμότητας κάλυψης.

∆ημιουργία εξειδικευμένων για συγκεκριμένες εφαρμογές (π.χ. φυσικές καταστροφές) δορυφορικών συστημάτων.

∆ημιουργία δορυφορικών συστημάτων διπλής χρήσης.

Επίσης, θα παρουσιαστεί το διεθνές περιβάλλον, οι κύριοι παίκτες (ΗΠΑ, Ευρώπη, Ιαπωνία, Ινδία, Κίνα) στο πεδίο του ανταγωνισμού για την ανάπτυξη και αξιοποίηση δορυφορικών συστημάτων και τα σημεία που ο καθένας υπερτερεί. Θα αναλυθεί ο ρόλος του Ευρωπαϊκού Οργανισμού ∆ιαστήματος (ESA), καθώς και των Ευρωπαϊκών Εθνικών Οργανισμών (CNES, DLR, κλπ.) στη συνεχή αναβάθμιση της Ευρώπης σε σχέση με τις ΗΠΑ και την Ιαπωνία στο πεδίο της δορυφορικής τηλεπισκόπησης. Θα δοθεί έμφαση στην παρουσίαση τόσο της επιστημονικής αριστείας όσο και της τεχνικής ικανότητας των Ευρωπαϊκών φορέων στο πεδίο που η Ευρώπη υπερτερεί έναντι των ανταγωνιστών της, το οποίο είναι τα ραντάρ συνθετικής κεραίας.

Θα παρουσιαστεί επίσης ο ρόλος των ∆ιαστημικών Οργανισμών (ESA, NASA, JAXA κλπ.) και των δορυφορικών συστημάτων που βρίσκονται σε τροχιά ή που αναμένεται να εκτοξευθούν στο άμεσο μέλλον όπως φαίνεται στον Πίνακα ΙΙ που ακολουθεί. Σημειώνεται ότι κάθε δορυφορική αποστολή συνοδεύεται από δαπάνη της τάξης εκατομμυρίων δολαρίων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα να είναι σήμερα περιορισμένες οι διαθέσιμες αποστολές αλλά και ακριβή υπόθεση η απόκτηση δεδομένων πολύ υψηλής διακριτικής ικανότητας.

Στο πλαίσιο της παρουσίασης των δράσεων του Ευρωπαϊκού Οργανισμού ∆ιαστήματος θα δοθεί έμφαση την παρουσίαση της πρωτοβουλίας Kopernikuς η οποία είναι μετεξέλιξη του GMES (Global Monitoring for Environment & Security). Η πρωτοβουλία αυτή αποτελεί σήμερα κοινή δραστηριότητα της Ευρωπαϊκής Επιτροπής και του Ευρωπαϊκού Οργανισμού ∆ιαστήματος με στόχο να αξιοποιήσει την Ευρωπαϊκή γνώση και εμπειρία στον τομέα των συστημάτων συλλογής, επεξεργασίας και διάθεσης δεδομένων και πληροφοριών και να συμβάλει στην δημιουργία μιας νέας Ευρωπαϊκής υποδομής για την παροχή επιχειρησιακών πληροφοριών και υπηρεσιών προς όφελος των φορέων που είναι υπεύθυνοι για τη παρακολούθηση και διαχείριση του περιβάλλοντος και την ασφάλεια του Ευρωπαίου πολίτη.

Πίνακας ΙΙ. Κύρια δορυφορικά συστήματα τα οποία είναι σε τροχιά ή πρόκειται να εκτοξευθούν στο άμεσο μέλλον.

Τέλος θα παρουσιαστεί η Ελληνική πραγματικότητα και θα συζητηθούν οι δυνατότης και οι προοπτικές στο πεδίο της δορυφορικής τηλεπισκόπησης. Συγκεκριμένα θα παρουσιαστούν:

Τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της χώρας στο συγκεκριμένο πεδίο.

Τα κύρια ερευνητικά εργαστήρια και επιστημονικές ομάδες, φορείς του δημοσίου και του ιδιωτικού τομέα που ασχολούνται με τη δορυφορική τηλεπισκόπηση.

Οι σχετικοί με την τηλεπισκόπηση τομείς εθνικής προτεραιότητας, για τους οποίους η επιστημονική επιτροπή της Ελληνικής Τεχνολογικής και Επιστημονικής Πρωτοβουλίας (ΕΤΕΠ) για το ∆ιάστημα έχει εισηγηθεί να δοθεί έμφαση στο άμεσο μέλλον.

Ε. ΕΜΠΕΙΡΙΑ ΤΟΥ ∆Ι∆ΑΣΚΟΝΤΟΣ Ο ∆ρ. Νεκτάριος Χρυσουλάκης είναι Κύριος Ερευνητής (Β’ Βαθμίδας) του Ινστιτούτου Υπολογιστικών Μαθηματικών του ΙΤΕ. Είναι ∆ιδάκτωρ Τηλεπισκόπησης και κατέχει MSc στη Φυσική Περιβάλλοντος. Είναι επίσης πτυχιούχος του Τμήματος Φυσικής του Πανεπιστημίου Αθηνών. Έχει συμμετάσχει σε ερευνητικά προγράμματα χρηματοδοτούμενα από την Ευρωπαϊκή Ένωση, καθώς και από τα Υπουργεία Ανάπτυξης, Περιβάλλοντος Χωροταξίας και ∆ημοσίων Έργων, Πολιτισμού και Παιδείας. Το τελευταίο διάστημα είναι Γενικός Συντονιστής (Coordinator) του έργου BRIDGE, το οποίο εστιάζει στη μελέτη του αστικού περιβάλλοντος και χρηματοδοτείται από το 7ο Πρόγραμμα Πλαίσιο για την Έρευνα και της Τεχνολογική Ανάπτυξη της Ευρωπαϊκής Ένωσης. Τα κύρια επιστημονικά του ενδιαφέροντα εντοπίζονται στα πεδία της τηλεπισκόπησης, της φυσικής της ατμόσφαιρας και του περιβάλλοντος με εφαρμογές στη μελέτη περιβαλλοντικών προβλημάτων και φαινομένων, στην παρακολούθηση περιβαλλοντικών αλλαγών, στην ανάπτυξη συστημάτων υποστήριξης λήψης αποφάσεων και στη διαχείριση φυσικών και τεχνολογικών καταστροφών. Έχει περισσότερες από 100 δημοσιεύσεις σε διεθνή επιστημονικά περιοδικά και ανακοινώσεις σε διεθνή συνέδρια (http://works.bepress.com/chrysoulakis). Η εκπαιδευτική του δραστηριότητα μπορεί να συνοψιστεί ως εξής:

Στο Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, Τμήμα Φυσικής (1996 – 2001): ∆ιδασκαλία των Εργαστηριακών Ασκήσεων του Εργαστηρίου Φυσικής Ι (Μηχανική - Ταλαντώσεις - Ειδική Θεωρία Σχετικότητας) και διδασκαλία των Εργαστηριακών Ασκήσεων του Εργαστηρίου Φυσικής της Ατμόσφαιρας.

Στο Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Τμήμα Ναυπηγών (2000 – 2002): Συμμετοχή στη ∆ιδασκαλία του μαθήματος "Μέθοδοι Παρακολούθησης και Τηλεπισκόπησης και Βάσεις ∆εδομένων για τη Μελέτη του Θαλάσσιου Περιβάλλοντος" του Μεταπτυχιακού τίτλου σπουδών Ναυτικής και Θαλάσσιας Τεχνολογίας και Επιστήμης του Τμήματος Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου.

Στο Πανεπιστήμιο Αιγαίου, Τμήμα Γεωγραφίας (2005 - 2006): Προσκεκλημένος ομιλητής στο μεταπτυχιακό “Γεωγραφία και Εφαρμοσμένη Γεωπληροφορική”.

Στο ΙΤΕ (2001 - ): Υπεύθυνος παρακολούθησης μεταδιδακτορικών φοιτητών στο επιστημονικό αντικείμενο της επεξεργασίας εικόνας, στα πλαίσια Προγραμμάτων Marie Curie. Επίσης υπεύθυνος διπλωματικών εργασιών και πρακτικών ασκήσεων φοιτητών από το Πανεπιστήμιο Κρήτης, από το Πολυτεχνείο Κρήτης και από το Ανώτατο Τεχνολογικό Εκπαιδευτικό Ίδρυμα Κρήτης.

Στο Πανεπιστήμιο Κρήτης, Τμήμα Φυσικής (2009 - ): ∆ιδασκαλία του μαθήματος “Αρχές και Εφαρμογές ∆ορυφορικής Τηλεπισκόπησης”.

Μέλος των τριμελών επιτροπών διδακτορικών διατριβών (2007 - ) στο Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών, στο Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης, στο Πανεπιστήμιο Θεσσαλίας και στο Τεχνολογικό Πανεπιστήμιο Κύπρου.

ΣΤ. ΕΠΙΛΕΓΜΕΝΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Καρτάλης Κ. και Χ. Φείδας, 2007. Αρχές και εφαρμογές δορυφορικής

τηλεπισκόπησης. Β. Γκιούρδας Εκδοτική, Αθήνα. 2. Μερτίκας Π. Σ., 1999. Τηλεπισκόπηση και Ψηφιακή Ανάλυση Εικόνας. Eκδόσεις

Ίων”. 3. Φράγκος Π., 1999. Ηλεκτρομαγνητικές μέθοδοι τηλεπισκόπησης. Eκδόσεις

Παπασωτηρίου – Ε.Π.Ι.Σ.Ε.Υ./Ε.Μ.Π. Αθήνα. 4. Vardavas, I.M. and F.W. Taylor, 2007. Radiation and Climate. International

Series of Monographs on Physics No. 138, Oxford University Press, Oxford. 5. Kondratyef, K. Ya. and A. P. Cracknell, 1998. Observing Global Climate Change.

Taylor & Francis. 6. Rees, W. G., 2001. Physical Principles of Remote Sensing. ISBN 0521669480. 7. Jensen, J. R., 2007, Remote Sensing of the Environment: An Earth Resource

Perspective, 2nd Ed., Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall. 8. Lillesand T. M., Kiefer, R. W. and Chipman, J. W., 2003. Remote Sensing and

Image Interpretation. John Wiley & Sons Inc. 9. Sabins, F.F., 2007. Remote Sensing: Principles and Interpretation. Waveland Pr

Inc. 10. Cracknell, A., 2006. Introduction to Remote Sensing. ISBN. 0849392551. 11. Campbell, J. B., 2006. Introduction to Remote Sensing. ISBN 159385319X. 12. Jensen, J. R., 2005, Introductory Digital Image Processing, 3rd Ed., Upper

Saddle River, NJ: Prentice Hall, 526 pages. 13. Sharkov, E. A. 2004. Passive Microwave Remote Sensing of the Earth : Physical

Foundations. Springer-Praxis Books in Geophysical Sciences. Springer. 14. Marzano, F. S. and Visconti, G., 2003. Remote Sensing of Atmosphere and

Ocean from Space : Models Instruments and Techniques. Kluwer Academic Publications.

15. De Jong, S. M. and F. D. Van Der Meer, 2004. Remote Sensing Image Analysis, Including The Spatial Domain. Kluwer Academic Publications.

16. Longley, P. A., Goodchild, M. F., Maguire, D. J., Rhind, D. W., 2001. Geographic Information Systems and Science. John Wiley &Sons.

17. Battrick, B., 2006. The Changing Earth. New Scientific Challenges for ESA’s Living Planet Programme. ESA SP-1304. ESA Publications Division, ESTEC, The Netherlands.

18. ESA, 2005. Earth Observation Handbook. Committee on Earth Observation Satellites. European Space Agency, ESTEC, The Netherlands.

19. GEOSS, 2005. Global Earth Observation System of Systems. 10-Year Implementation Plan Reference Document. Group on Earth Observations. ESA Publications Division, ESTEC, The Netherlands.

20. EEA, 2006. Priority issues in the Mediterranean environment. European Environment Agency. EEA Report No 4/2006. Office for Official Publication of the European Communities. Luxemburg.