GEOGRAl 'SK.1 O B Z O R N I K SATELITSKI POSNETKI - VIR INFORMACIJ O PROSTORU Zoran Stančič in Vincent Gaffney UDK 528.9:659.2 SATELITSKI POSNETKI - VIR INFORMACIJ O PROSTORU Zoran Stančič, dr., Znanstvenoraziskovalni center SAZU, Gosposka 13, Ljubljana, Slovenija; Vincent Gaffney, dr., Field Archaeology Unit, University of Birmingham, Edgebaston, Birmingham, Velika Britanija Satelitski posnetki so izredno učinkovit vir informacij o prostoru. V prispevku so podana osnovna dejstva o satelitskih posnetkih in na kratko predstavljena izhodišča za pripravo ter obdelavo posnetkov na primeru otokov srednje Dalmacije. V razpravah in prikazih geografskih informa- cijskih sistemov se pogosto omenjajo satelitski posnetki. Previloma so predstavljeni kot eden naj- učinkovitejših virov informacij o prostoru. V mednarodnem projektu raziskav srednje Dalmacije, ki vključuje strokovnjake z Univerze v Birmingha- mu, Royal Ontario muzeja, Arheološkega muzeja v Splitu ter Znanstvenoraziskovalnega centra Sloven- ske akedamije znanosti in umetnosti v Ljubljani, raziskujemo spremembe poselitvenih vzorcev, strategije trgovanja in komunikacij v kontekstu opazovanja sprememb součinkovanja naravnega okolja ter človeka od neolitika tja do zgodnjega srednjega veka. Dele prvih raziskav, omejenih na otok Hvar, smo že predstavili (3), upamo pa, da bi z obdelavo območja na Srednjem Jadranu, ki bi se začel na celini in šel čez bližnje otoke do Palagruže na sredi Jadrana, lahko ugotovili in dokazali funkcijo posameznih otokov pri obvladovanju celotnega prostora ter spremembe strategij v gospodarstvu preteklih družb. Za prostorske analize bi torej potrebovali natančne podatke o naravnem okolju. Zaradi pomanjkanja posebnih tematskih zemljevidov ponavadi uporabimo kar topografske načrte v merilu 1 : 5000 ali topografske zemljevide v merilih 1 : 25 000 in 1 : 50 000. Zaradi izredno hitrih sprememb v okolju so ti zemljevidi dostikrat že močno zastareli, ob tem pa se postavlja tudi prob- UDC 528.9:659.2 SATELITE IMAGES - SOURCE OF SPATIAL DATA Zoran Stančič, Dr., Znanstvenoraziskovalni center SAZU, Gosposka 13, Ljubljana, Slovenia; Vincent Gaffney, Dr., Field Archaeology Unit, University of Birmingham, Edgebaston, Birmingham, Great Britain Satelite images are extremely effitient source of spatial data. In the paper some basic facts on satelite imagery are presented, as well as examples on the data prepara- tion and analysis from the case study on the Central Dalmatia islands are discussed. leni neučinkovitega prenosa grafičnih podatkov na sodobne računalniške sisteme za obdelavo prostor- skih podatkov. Ker smo se želeli izogniti digitali- zaciji oziroma skeniranju kartografskih prilog, smo se odločili, da poskusimo s standardno alternativo - uporabo daljinskega zaznavanja. Za izbrano področ- je sicer obstaja cela vsta kakovostnih letalskih posnetkov, od tistih iz petdesetih let, do najsodobnej- ših (2), vendar pa nam posnetki za celotno območje niso bili na razpolago. Ker smo želeli zbrati podatke o naravnem okolju za celotno raziskovalno območje z natančnostjo nekaj deset metrov, letalski posnetki, ki omogočajo bistveno natenčnejše lociranje v prostoru, ne bi predstavljali najbolj optimalne re- šitve. Odločili smo se, da uporabimo satelitske po- snetke. Nad zemljo že vrsto let v različnih tirnicah kroži veliko satelitov, ki sistematično zajemajo podatke o zemeljski površini. Že samo pogled na vremenska poročila, ko lahko pogledamo satelitske posnetke premikanja oblakov čez celino, daje slutiti o mož- nostih tovrstnega načina zajemanja podatkov. Ven- dar pa za potrebe večine naših raziskav potrebujemo mnogo natančnejše podatke od tistih, kijih dobimo z metereoloških satelitov. Leta 1972 so postali širše dostopni posnetki ameriškega satelita LANDSAT. Kmalu je sledila uporaba teh posnetkov v številnih naravoslovnih znanostih. Problem pri prvih po- snetkih je bil v sorazmerno slabi natančnosti, saj je 27 G E O G R A l ' S K . 1 OBZORNIK satelitski skener zbiral podatke po kvadratkih veli- kosti približno 60 krat 80 m, kar je mnogo preveč v primerjavi z zahtevano natančnostjo podatkov za naše raziskave. Kmalu so postali dostopni satelitski posnetki z večjo natančnostjo. Danes praviloma uporabljamo posnetke ameriš- kega satelita LANDSAT, francoskega SPOT in nekaj sovjetskih, indijskih in japonskih satelitov. Na žalost pa slednj i trije snemajo zemeljsko površje s fotograf- skimi tehnikami. To pomeni, daje originalen nosilec informacij fotografski film, ki ga sicer v nekaterih primerih pozneje skenirajo v digitalno obliko z dokaj veliko natančnostjo (tudi 5 krat 5 metrov na terenu), vendar je ogromna slabost tovrstnih posnetkov ta, da so omejeni zgolj na vidni pas elektromagnetnega sevanja. Zato se ponavadi odločamo med posnetki satelitov SPOT in LANDSAT. Na eni strani ima SPOT ločljivost 10 krat 10 metrov na terenu za pan- kromatske posnetke (kar je ekvivalent črno bele fo- tografije vidnega spektra), oziroma 20 krat 20 met- rov za multispektralne posnetke. LANDSAT skener, imanovan Thematic Mapper, pa ima ločljivost 30 krat 30 metrov, in sicer za sedem delov elektromag- netnega spektra, od vidnega dela do bližnjega in srednjega infrardečega dela sevanja. Vsak satelit- ski posnetek pokriva pri LANDSAT-u kvadrant velikosti približno 180 kilometrov, pri SPOT-u pa 60 kilometrov (4). Kakorkoli že, satelitski skenerji so izdelani kot kompromis med željami pokriti čimvečje območje s čimboljšo ločljivostjo (oziroma čim manjšo velikostjo kvadratkov) ter dejanskimi možnostmi prenosa podatkov. Tako je sicer možno, da se močno zmanjša velikost kvadratka, tudi mnogo pod meter, vendar je z današnjo tehnologijo prenosa elektron- skih podatkov v tem primeru potrebno območje enega satelitskega posnetka primerno zmanjšati. Pri SPOT-u so se odločili, da dajo malenkost natanč- nejše posnetke (manjši kvadratki) vendar so morali zmanjšati velikost posnetka na kvadrant velikosti 60 krat 60 kilometrov. Mi pa smo se zaradi predpos- tavke, da našim razsikavam zadošča velikost kvad- ratka 30 krat 30 metrov in v upanju, da nam bo boljša spektralna ločljivost sedmih kanalov omogočila boljšo in lažjo potrebno klasifikacijo, odločili za posnetke LANDSAT. V raziskavah smo uporabili posnetke iz julija Slika 2: Satelitski posnetek Starigradskega polja z dobro vidno grško parcelacijo v pravokotnikih. 0 5 km Slika 3: V temni barvi se dobro vidi območje požara na osrednjem delu otoka Hvara, bele lise na južnem pobočju otoka pa so neporaščena območja, kijih požar ni prizadel. Posnetek je bil narejen 31. julija 1993. Slika 1: Otok Hvar z označenimi izseki satelitskih posnetkov. 28 GEOGRAl 'SK.1 O B Z O R N I K 1989, 1990 in 1993. Izbrali smo le takoimenovane četrtscene celotnih posnetkov, saj ena četrtscena pokriva celotno območje raziskav velikosti 90 krat 90 kilometrov. Na vso srečo smo lahko bili pri zahtevah o popolnem nepokritju z oblaki zelo rigo- rozni in nam ni manjkalo izbire med posnetki brez kakršnihkoli oblakov. Pred postopkom obdelave posnetkov je potrebno le te umestiti v prostor. LANDSAT-ovi posnetki so namreč za malenkost zamaknjeni v smeri urnega kazalca od smeri severa in je zato potrebno izvesti rotacijo posnetkov, hkrati pa posnetek vpeti v koordinatni sistem. Ker smo preostale prostorske podatke zbrali v Gauss- Krtigerjevem koordinatnem sistemu, smo se odločili, da ta koordinatni sistem uporabimo tudi v naših raziskavah. Postopek geokodiranja je nače-loma enostaven. Izberemo nekaj deset dobro defini-ranih točk enakomerno razporejenih po posnetku, jim določimo Gauss-Kriigerjeve koordinate iz topograf- skih zemljevidov, nato odčitamo slikovne koordina- te teh točk na satelitskih posnetkih, po metodi naj- manjših kvadratov izračunamo matriko transfor- macij, po potrebi izločimo nekaj točk z največjimi izstopanji zaradi pogreškov in nato izpeljemo transformacijo na celotnem delovnem podpodročju. Seveda mora biti natančnost te operacije pod na- tančnostjo samega zajemanja satelitskih podatkov, torej najmanj +-30 metrov. Vendar pa smo v praktičnem delu naleteli na vrsto težav. Najprej, odločili smo se za uporabo topografskih zemljevidov 1 : 50 000, saj smo priča- kovali, da nam bo grafična natančnost odčitavanja koordinat +-10 metrov zadoščala. Na žalost pa so bili zemljevidi starejšega datuma, večinoma izdelani v petdesetih letih. Prav zato je bilo nemogoče izbrati točke znotraj otokov, kot so na primer križišča cest ali podobno, saj se je stanje v štiridesetih letih spremenilo do nerazpoznavnosti. Omejeni smo bili na točke z obale. Nekaj zemljevidov pa je pri tem povzročale težave. Še najtežje je bilo pri geokodi- ranju južne obale Visa, kjer je pri tisku zemljevida 1 : 50 000 prišlo do več kot milimetrskega odsto- Slika 4: Opustošenje, ki ga za sabo pusti požar. Dobro se vidi apnenčasta kamninska osnova, opustošenje pa bo še večje po eroziji, ki bo sledila. (Foto: Z Stančič.) 29 GEOGRAFSKI OBZORNIK panja med linijo obale in morja. Zato smo morali po večkratnih neuspelih poskusih delovno območje razširiti in poiskati kontrolne točke na zanesljivejši obali sosednjega Biševa. Po končanih pripravljalnih delih in geokodiranju je potrebno vsebino na posnetkih klasificirati. Posto- pek klasifikacije pomeni, da glede na potrebe združi- mo tematske informacije v posamezne razrede in poskušamo določiti, v kateri razred spada vsak posa- mezni kvadratek na posnetku. Obstajata dva različna pristopa klasifikacije. Prvi je postopek takoinieno- vane nenadzorovane klasifikacije, kjer lahko dolo- čimo število razredov, v katere želimo, da se raz- vrstijo posamezni kvadratki posnetka. Nato dolo- čimo, kateri spektralni kanali se bodo uporabili v klasifikaciji. Velja namreč, da se na eni strani v mar- sičem prekrivajo informacije iz prvih treh kanalov, ki predstavljajo vidni del elektromagnetnega spek- tra. Za potrebe klasifikacije rahlih odtenkov v vege- tacijskem pokrovu ali vlažnosti tal so zelo koristni četrti, peti in sedmi kanal, ki pokrivajo bližnji infra- rdeči del sevanja. Izpeljali smo vrsto poskusov nenadzorovane klasifikacije z metodo klasterskih analiz. Vsakič smo rezultate primerjali s tematskimi zemljevidi iz pros- torskega ureditvenega načrta Hvara, predvsem pa z zemljevidoma rastja in prsti (3), letalskimi posnetki Starigradskega polja ter topografskim zemljevidom v merilu 1 : 50 000. Zlahka smo določili sedem glavnih tipov rabe tal: urbana območja, odprta območja, vinograde, sredozemsko maki jo, gozdove, travnike in območja intenzivnega poljedelstva. V marsičem so se prekrivala območja, klasifi- cirana kot urbana in odprta, kar smo na koncu kon- cev tudi pričakovali. Ker smo želeli poskusiti klasifi- cirati tudi bolj rafinirane odtenke rabe tal, vključujoč oljke, sadovnjake in podobno, smo se odločili za poskus nadzorovane klasifikacije. Postopek nad- zorovane klasifikacije je tak, da se na podlagi dejan- skega stanja na terenu, ki ga lahko ugotovimo bodisi z zbiranjem podatkov na samem terenu ali z letal- skimi posnetki, ter po natančnem opazovanju sate- litskih posnetkov izbere za vsak razred klasifikacije nekaj poligonov, ki obkrožajo homogena območja določene rabe tal. Nato se izračunajo statistične zna- čilnosti posamezne kategorije v satelitskih kanalih. Sledi primerjava vsakega klasificiranega kvadratka posnetka s "podpisom" testnega območja in izračuna verjetnost pripadanja določenemu razredu rabe tal. Primerjava rezultatov nadzorovane in nenadzorova- ne klasifikacije nam kaže na bolj rafinirane možnosti določanja rabe tal. Ob opravljenih raziskavah smo bili presenečeni, da se na posnetkih vidijo celo neka- tere arheološke strukture (slika 2). Seveda gre za grško parcelacijo Starigradskega polja, ki pokriva območje kakih 20 km2. Zlahka smo tudi locirali in izmerili območja gozdnega požara na otoku Hvaru, k i je leta 1993 opustošil osrednji del otoka (si. 3). Kljub temu, da dela še potekajo, je nekaj rezulta- tov že jasnih. Opisane težave pri klasifikaciji so rezultat izredne težavnosti terena. Poljedelstvo otoka označuje ekstenzivna polikultura. Na eni sami parce- li pogosto gojijo veliko število različnih kultur, ki jih pogosto zakrivajo tudi sadna drevesa ali oljke. Hkrati je za otoke značilna izredna razdrobljenost parcel. Skoraj 45 odstotkov parcel na Starigradskem polju je manjših od kvadratka 30 krat 30 metrov, torej manj od natančnosti LANDSAT posnetka. Dodaten problem predstavljajo tudi kamnite groblje in kraški zidovi ter terase. Ti stojijo bodisi ob zem- ljiških parcelah ali znotraj njih. Tako se redno doga- ja, da je zaradi izrednega odsevanja apnenčastega kamenja signal z zemlje močno popačen. Toda kljub težavam so prvi rezultati zelo vzpod- budni. Vsekakor satelitski posnetki predstavljajo najbolj učinkovit vir kakovostnih podatkov o rabi tal za arheološke prostorske analize. V sorazmerno kratkem času smo uspeli izdelati zemljevid rastja, kije neprimerljivo boljši od obstoječih zemljevidov. Z opisano metodo bomo lahko obdelali tudi celotno območje raziskav, kar bi nam z drugimi načini zajemanja podatkov zagotovo ne uspelo. 1. Bognar, A. 1990: Geomorfološke i inženjerisko geomorfološke osobine otoka HVara i ekološko vrednovanje reljefa. Geografski glasnik 52. Zagreb. 2. Lipej, B. 1992: Slovenija na letalskih posnetkih. Geografski obzornik 39/2. Ljubljana. 3. Stančič, Z. in Gajfney, V. 1993: Arheologija po- krajine in G IS. Geografski obzornik 40/3. Ljubljana. 4. Tretjak,A. inŠabič, D. 1987: Digitalna satelitska teledetekcija. Uporaba metod satelitske tele- detekcije za potrebe kmetijske statistike. Ljubljana. 30