Doktori értekezés tézisei

---

Mûholdadatok térképészeti alkalmazása

Dr. Csató Éva
egyéni PhD hallgató


Témavezetõ:
Dr. Klinghammer István
egyetemi tanár


Programvezetõ:
Dr. Márton Péter
egyetemi tanár


Készült a
Földrajz/Földtudomány Doktori Program
keretében


Eötvös Loránd Tudományegyetem
Természettudományi Kar
Térképtudományi Tanszék
Budapest
2000

---

I. Elõzmények és célkitûzések

Az Landsat-1 (korábbi nevén ERTS-1) mûhold 1972-es fellövését követõen új korszak kezdõdött a földi erõforrás-kutatásban. A földfelszínrõl olyan nagy területet ábrázoló felvételeket kezdtünk tanulmányozni, melyek gyökeresen átalakították környezetünkrõl vallott korábbi elképzeléseinket.
A felvételek geometriai és spektrális felbontásának fokozatos javulásával egyre több felhasználási terület szakemberei kapcsolódhattak be az új adatok hasznosításába. Az adatok elsõsorban a környezetvizsgálat, a földtani kutatások és nyersanyag-feltárás, a mezõgazdaság és a vízgazdálkodás valamint a katasztrófa elõrejelzés területén hoztak forradalmi változásokat.
Mindazonáltal kezdettõl fogva készültek tervek speciálisan térképezési célú mûholdak vagy modulok felbocsátására, de a felvevõ berendezésekkel elérhetõ geometriai felbontás hosszú ideig nem volt elegendõ általános térképészeti célú felhasználásra.
Az elsõ, kimondottan általános térképészeti felhasználást megcélzó felvevõ berendezés a SPOT-mûholdakon kezdte meg mûködését. A SPOT-adatokból elsõsorban gyengén térképezett területek 1:100 000 méretarányú és 1:50 000 méretarányú fototérképeit készítették el. Az elsõ sikerektõl függetlenül nem került le a napirendrõl a szuper nagyfelbontású mûholdképek készítésének programja, mely erõfeszítéseket végül 1999-ben siker koronázta. Pályára állították az elsõ kereskedelmi szuper nagyfelbontású adatokat szolgáltató mûholdat, az IKONOS-t.
A dolgozat célkitûzése szerint megvizsgálja a jelenleg az országban rendelkezésre álló, a topográfiai térképkészítés és felújítás szempontjából felhasználható mûholdadatokat. Ugyancsak erõfeszítés történik a jelenleg használatban lévõ Egységes Országos Térképrendszer (EOTR) 1:10 000 és 1:100 000 méretarányú térkép szelvényei tartalmi elemeinek és ábrázolási jellemzõinek az ismertetésére a vizsgált mûholdadatok ismeretében.
A dolgozat megkísérli meghatározni azon térképi elemek körét, melyek térképezésében az ismertetett mûholdadatok segítséget nyújthatnak valamint azon térképi elemek körét, melyek térképezésében a bemutatott mûholdadatok hatékonyan nem hasznosíthatók.

II. Kutatási terület és az alkalmazott módszerek
A vizsgálatba bevont topográfiai térképeket (1:10 000–1:100 000), mûholdadatokat (Landsat TM, SPOT Xi +M, IKONOS) valamint a légifényképet (Nyilvántartási szám: FÖMI 4776) általam létrehozott térinformatikai rendszerben vizsgáltam. A térinformatikai rendszer vetületi alapja az Egységes Országos Vetület (EOV). A vizsgált topográfiai térképek ebben a vetületi rendszerben készültek, a mûhold- valamint a légifénykép-adatbázisokat ugyancsak ebbe a vetületi rendszerbe transzformáltam. Így a raszteres adatbázisok (topográfiai szkennelt térkép, mûholdkép és légifénykép) egyes elemeinek vektorizálásával kapott vektoros adatokat hasonlítottam össze és az összehasonlításokból vontam le következtetéseket. A vektorizált adatok összehasonlítását az ESRI ArcView térinformatikai program segítségével végeztem.
A dolgozatban bemutatott mûholdadatok két területre vonatkoznak.
a) 44 SÁRBOGÁRD 1:100 000 EOTR
Az erre a szelvényre esõ mûholdképek sorozata bemutatásának a célja az, hogy az 5–30 m közötti geometriai felbontással rendelkezõ optikai képalkotással készült jelenleg beszerezhetõ adatok felhasználhatóságáról adjon áttekintést. Azért esett erre a területre a választásom, mert ennek a szelvénynek a területére állnak rendelkezésre az alábbi bemutatandó adatok:

Mûholdkép típusa	Azonosító	Felvételi dátum	Geometriai felbontás (m)
Landsat 5 TM	188-27	1990.július 23.	30
Landsat 7 ETM	188-27	1999.szeptember 10.	15 és 30
SPOT 4 Xi + M	74-255	1998. augusztus 7.	10
IRS-1D PAN	34/35	1999. május 10.	5,8

b) 53-213 PORVA 1 :10 000 és 53 VESZPRÉM 1:100 000 EOTR
Ennek a másik területnek a kiválasztását az tette indokolttá, hogy erre sikerült beszerezni a jelenleg egyedülálló szuper nagyfelbontású IKONOS adatokat. Itt a SPOT 4 adatokat, az IKONOS adatokat és egy légifénykép adatait vetem össze az 1:10 000 méretarányú. Ill. 1:100 000 méretarányú topográfiai térképek néhány tartalmi elemével. A vizsgált adatok:

Mûholdkép típusa	Azonosító	Felvételi dátum	Geometriai felbontás (m)
SPOT 4 Xi + M	73-255	1998. augusztus 18.	10
IKONOS	-	2000. augusztus 13.	1
Légifénykép (pankromatikus)	FÖMI 4776	1979. május 30.	-

III. EREDMÉNYEK, LEVONHATÓ KÖVETKEZTETÉSEK

A rendelkezésre álló SPOT 4 73-255 azonosító számú mûholdkép lombos idõszakban készült. A nyári idõszakban készített mûholdképek a legalkalmasabbak a felszínborítási foltok – így a mûvelési ágak vagy a növényhatárok – interpretálására. Az interpretálást hamis színes képen végeztem, melyben jelentõs információhordozó a B4 spektrális sáv (1,58 – 1,73 mm).

III.1. SPOT 4 adatbázis használatára vonatkozó javaslataim:
Növényhatárok és talajféleségek
Az 1:100 000 méretarányú EOTR topográfiai térképen ábrázolandó növényzet és talajnemek (szántó, ipari növények, gyümölcsös, szõlõ, füves terület, fasor, erdõ, ritka erdõ, bozót, vízinövények, mocsaras terület, növényzet nélküli homokos terület) a mûholdképen megjelenõ különbözõ felszínrészekre jellemzõ spektrális visszaverõdési értékek (színek, textúra) alapján azonosíthatók.
Igen nagy biztonsággal elválaszthatók a különbözõ spektrális tulajdonságú területek, de minõsítésük – sok esetben – teljes bizonyossággal csak a terepen végezhetõ el.
A nagyon jó pontossági tulajdonságokkal rendelkezõ SPOT 4 adatbázis interpretálása és az 1:100 000 méretarányú szelvény tartalmával való összehasonlító vizsgálat eredményei a következõkben foglalhatók össze:

1. ·a 20 évvel ezelõtti (1979) tartalom jelentõsen megváltozott, felújításra szorul,
   
2. ·az ellenõrizhetetlen pontossági követelmények alapján készült 1:100 000 méretarányú topográfiai térkép a növényzethatárok vonatkozásában jelentõs térbeli eltérést mutat a mûholdkép alapján létrehozott vektoros adatbázistól.
   

Fentiek alapján javaslom a SPOT 4 egész országra rendelkezésre álló adatbázisának felhasználását (egyéb, nagyobb részletességû forrásokkal együtt) az 1:100 000 méretarányú topográfiai térképek mûvelési ágak tartalmi elemének felújításához.
Épületek és építmények
Az 1:100 000 méretarányú topográfiai térkép a települések különálló házait összevonva, a település jellegzetes beépítési képét megtartva, háztömbökként ábrázolja.
A SPOT 4 adatbázis geometriai felbontása alkalmas az 1:100 000 méretarányú topográfiai térkép településekre alkalmazott tömbös ábrázolás megvalósítására.

III.2. Az IKONOS adatbázis használatára vonatkozó javaslataim:
Az adatbázis elkészültétõl számított igen rövid idõ alatt is sikerült egy sor olyan vizsgálatot végeznem, amely feleletet ad arra a kérdésre, hogy az 1:10 000 méretarányú EOTR topográfiai térképek vagy a Magyar Topográfiai Program keretében késõbb beinduló digitális térképezés fel tudja használni – a légifényképek helyett vagy azok kiegészítéseként – az IKONOS-mûhold által szolgáltatott adatokat.
A vizsgálat a síkrajzi elemek közül az épületekre, építményekre, a mûutakra és talajutakra valamint a vízfolyásokra terjedt ki.
Épületek, építmények térképezésének vizsgálata az IKONOS-adatbázisból
Az IKONOS-kép 2000. augusztus 13-án készült, lombos idõszakban, topográfiai térképkészítés szempontjából nem ideális körülmények között. Különbözõ képjavító (radiometriai szûrések) eljárások segítségével (ERDAS Imagine programmal) sem sikerült lényegesen megjavítani a kép kontrasztosságát, ami segíthette volna a kép használhatóságát a tartalmi elemek térképezésében. Ennek ellenére minden kisegítõ adat nélkül – nagy interpretációs tapasztalattal – az épületek 80 %-a azonosítható és kontúrvonala megrajzolható volt. Az azonosításban a legtöbb bizonytalanságot a gazdasági épületek jelentik (a légifényképen is), mivel ezek általában a lakóépületekhez csatlakozó alacsonyabb építmények, legtöbbször fák árnyékában helyezkednek el. Méretük mellett a tetõk heterogén anyaga is megnehezíti a felismerésüket. Terepi helyszíneléssel és légifénykép segítségével ezen épületek egy része beazonosítható volt, azonban maradéktalan interpretálásról nem beszélhetünk.

Utak térképezésének vizsgálata az IKONOS-adatbázisból
Az 53-213 PORVA 1:10 000 méretarányú topográfiai térképszelvényen a közlekedési vonalak közül a mûutakat és a portalanított talajutakat vizsgáltam. Az IKONOS-adatokon valamennyi mûút interpretálható. A szelvény területére esõ javított talajutak felismerhetõk, térképezhetõk.
A szelvény Ny-i részén erdõben vezetõ mûút nyomvonala között az IKONOS képen és a topográfiai térképen lényeges eltérés mutatkozik, amely maximumát Kõris-hegy oldalában, 550 m magasságban éri el, számszerûen 26 m. Ennek az eltérésnek az értékelésénél figyelembe kell venni, hogy az IKONOS-adatbázis transzformálásánál a sûrû erdõborítottság miatt alig tudtam illesztõpontot definiálni. Tehát a szelvény Ny-i oldalának geometriai korrekciója az illesztõpontok egyenetlen eloszlása miatt kevésbé pontos, mint a szelvény K-i fele. A másik zavaró tényezõ a digitális magassági modell (DEM) alkalmazásának hiánya, melynek következtében 550 m magasságban komoly síkrajzi torzulás valószínüsíthetõ.
A szelvény területén található javított talajutak – néhány kisebb, erdõben futó szakasztól eltekintve – azonosíthatók voltak. Az utak a szelvény középsõ és K-i részén találhatók. Az illesztõpontok ezen a területen viszonylag egyenletesen oszlanak el, ezért a geometriai korrekció kisebb hibával terhelt. Ennek megfelelõen a javított talajút-nyomvonalak között az eltérés nem számottevõ.

Vízfolyások interpretálása az IKONOS-adatbázisból
A területen néhány, a térkép méretarányában nem kifejezhetõ szélességû vízfolyás található. Ezek a vízfolyások közvetlenül sem az IKONOS-adatbázisban sem a légifényképen nem azonosíthatók. Hozzávetõleges helyük másodlagos jegyek alapján térképezhetõ (kísérõ bokrok, facsoportok), de ez nem elegendõ a topográfiai térképek való pontos ábrázoláshoz.

IV. Az eredmények gyakorlati hasznosításának lehetõségei
A megvizsgált két adatbázisról összefoglalóan megállapítható, hogy a jelenlegi topográfiai térképezési folyamatba bizonyos tartalmi elemek felújításához értékes információkat szolgáltathatnak.
A SPOT 4 által lombos idõszakban készült felvételek jó hatásfokkal és elegendõ pontossággal felhasználhatók az 1:100 000 méretarányú topográfiai térképek növényzeti határainak közvetlen térképezéséhez. Ez a módszer kiküszöbölné a nagyobb méretarányú térképek generalizálása útján történõ térképezést, ami a generalizálás szubjektív elemeitõl való megszabadulást jelenthetné. A felvételek méretébõl (60x60 km) következõen nagy terület térképezése esetén sem szükséges sok kép mozgatása. Ugyancsak alkalmas a beépített területek pontos lehatárolására. Közvetlenül a mûholdkép adatbázisból történõ interpretálás ebben az esetben is feleslegessé tenné a nagyobb méterarányú térképek generalizálását.
A nyers adat viszonylagosan alacsony beszerzési ára vonzóvá teheti ezt a típusú adatot a térképészeti folyamatokban való felhasználásra.
Az IKONOS pankromatikus mûholdkép tartalmi interpretálhatóságának vizsgálata alapján megállapítottam, hogy értékes kiegészítõ alapanyag lehet az 1:10 000 méretarányú topográfiai térképek felújításában is, de jelenlegi magas ára nem teszi gazdaságossá használatát. A mûhold által a pankromatikus sávval egyidejûleg készített multispektrális adatok bevonása nagy valószínûséggel megsokszorozza az ebben az adattípusban rejlõ információkat. A kombinált pankromatikus + multispektrális adat vizsgálatának elvégzése – megfelelõ adatok beszerzése után – a közeljövõ feladata lesz.

V. PUBLIKÁCIÓK JEGYZÉKE

A mûholdfelvételek térképészeti alkalmazásában megjelent publikációk:

Büttner Gy., Csató É., Csillag F., Szilágyi A.: Multispectral Observations of Agricultural Fields at the Kisköre Test-Area, IGARSS Digest Vol.1. WP4 3.1-3.5, 1982.

Büttner Gy., Csató É., Csillag F., Szilágyi A.: Mezõgazdasági területek multispektrális megfigyelése, Geodézia és Kartográfia, 1982/3.

Büttner, G., Csató, É., Maucha, G.: The CORINE Land Cover - Hungary project, Proceedings, International Conference on Environment and Informatics, Budapest, 1995, pp.54-61.

Csató É.., Remetey F.G.: SPOT adatok terjesztése, alkalmazása és szolgáltatása a FÖMI Távérzékelési Központ szervezésében, A SPOT-1 mûhold hasznosítása, MTESZ GKE, pp.108-120, 1987.

Csató É.., Sasváry, E.: Use of Landsat TM Imagery in 1:100.000 topographic map compilation, Fourth UN Regional Cartographic Conference, E/CONF.81/L.3, 1988.

Büttner Gy., Csató É., Bíró M.: Az Istria-i félsziget felszínborítási térképezése, VII. Földfelszíni és Meteorológiai Megfigyelések a Világûrbõl, Budapest, 1997. március 13-14.

Csató É.: Bosznia-Hercegovina 1:100 000-es CORINE felszínborítási intrepretációjának sajátosságai, Geodézia és Kartográfia LII. évf. 2000/7., pp. 22-31.

Csató É.: SPOT 4 mûholdadatok vizsgálata a topográfiai térképek felújítása szempontjából, Geodézia és Kartográfia LII. évf. 2000/8., pp. 17-24.