Kuva 1 sähkömagneettinen aalto.Fotogrammetrian kuvatulkinnan ja kaukokartoituksen seminaari
Kevät 2002
Teemu Salonen
Johdanto
Kaukohavainnoinnissa mitataan kohteen ominaisuuksia, siihen koskematta käyttämällä sähkömagneettisia aaltoja. Mittaus voi tapahtua maanpinnalta, lentokoneesta tai satelliitista ja mittauskohteena voi olla maanpinta, merenpinta, ilmakehä tai sen ilmiö tai jokin muu taivaankappale. Sovellusalue on siis lähes rajaton.
Sähkömagneettisella säteilyllä on monia ominaisuuksia. Kaukohavainnoinnissa perusideana on havaita instrumentein tarkasteltavan kohteen siihen osuvaan sähkömagneettiseen kenttään aiheuttamia muutoksia. Kohteen vaikutus sähkömagneettiseen kenttään riippuu kyseisen aineen sähköisistä, fysikaalisista, kemiallisista ja geometrisista ominaisuuksista. Tunnettaessa sähkömagneettisen aallon ominaisuudet tarkasti voidaan kohde tunnistaa sen perusteella kuinka kohde muuttaa sitä ympäröivää sähkömagneettista aaltoa.
Eräs sähkömagneettisen aaltoliikkeen ominaisuus on polarisaatio. Erilaisten polarisaatiovaihtoehtojen avulla saadaan lisää informaatiota kohteen sirontaominaisuuksista. Erilaiset polarisaatiokombinaatiot antavat mahdollisuuksia kohteen sirontaominaisuuksien ja sirontamekanismin tutkimiseen. Kohteen mittaaminen eri polarisaatioilla onnistuu polarimetrin avulla. Tätä mittaustapaa kutsutaan polarimetriaksi.
Tässä seminaarissa pyrin tuomaan esille polarimetrian käyttötarkoituksia kaukokartoituksessa. Pyrin valottamaan polarisaation teoriaa pienessä määrin ennen kuin siirryn käytännön sovelluksiin. Lopuksi tuon esille pienen katsauksen tätä kirjoittaessani ajankohtaiseen polarimetriaakin käyttävään Euroopan avaruusjärjestön suurhankkeeseen Envisat-satelliittiin ja käytän hieman sivutilaa Envisat:n polarimetrin ominaisuuksien esittelyyn sekä sen tuomien mahdollisuuksien pohdinnalle.
Mielestäni yksinkertaiset keksinnöt ovat usein parhaita, ainakin käytännön sovelluksissa. Tämä lienee suuri syy siihen miksi kiinnostukseni polarimetriaan heräsi. Kyseessä on kuitenkin verrattain helposti ymmärrettävä ilmiö, jonka mittaaminenkaan ei ole kovin vaikeaa tai erikoisia laiteresursseja vaativaa.
Braggin sironta. Maksimi syntyy kun peräkkäisistä hilatasoista heijastuneet säteet vahvistavat toisiaan eli säteiden matkaero on aallonpituuksien monikerta.
Horisontaalipolarisaatio. Vaakapolarisaatio
Kaista. Tässä mikroaaltotutkan käyttämä taajuusalue
Kohtaamiskulma. Kulma, jossa tutkan pulssi kohtaa maan
Polarimetri. Eri polarisaatioita mittaava SAR-tutka
Polarimetria. Eri polarisaatioiden mittaamista kaukokartoituksessa
Polarisaatio. Polarisaatio on aaltoliikkeen muokkaamista siten, että siitä poistetaan tietynsuuntaiset värähtelyt. Aaltoliike värähtelee normaalisti poikittain kaikkiin suuntiin.
Polarisaatioaste. Polarisoituneen komponentin energian suhde koko pulssin energiaan (0-1).
Radiometrinen resoluutio. Vaihtelun laajuus tutkan kirkkaudessa/heijastuvuudessa kuvalla. Kuvaa kuvan "laatua" mitä pienempi arvo sitä parempi.
Sironta. Tutkapulssin heijastuminen kohteesta
Vertikaalipolarisaatio. Pystypolarisaatio
Teoriaa
Kaukokartoituksessa käytetään nykyään paljolti mikroaaltoalueen aktiivisia tutkia. Tutkat käyttävät sähkömagneettista säteilyä kohteen ominaisuuksien mittaamiseen. Laite lähettää sähkömagneettista säteilyä ja mittaa kohteesta takaisin sironneen aallon ominaisuuksia. Myös polarimetrin lähettämä säteily on sähkömagneettista. Tässä kohdassa lienee hyvä muistuttaa, että myös näkyvä valo lasketaan kuuluvaksi sähkömagneettiseen aaltoliikkeeseen.
Sähkömagneettisella säteilyllä on kaksi pääkomponenttia: Sähkökenttä E ja magneettikenttä B (kuvassa H). Sähkökenttää ja magneettikenttää kuvaavat vektorit E ja B ovat kohtisuorassa toisiinsa nähden ja kohtisuorassa sähkömagneettisen aallon kulkusuuntaa nähden.
Kuva 1 sähkömagneettinen aalto.
Sähkömagneettisen aaltoliikkeen synnyn ymmärtämisen kannalta on tärkeää sisäistää kaksi asiaa. Muuttuva magneettikenttä saa aikaan muuttuvan sähkökentän ja muuttuva sähkökenttä saa aikaan muuttuvan
magneettikentän. Tähän perustuen pystytään tuottamaan sähkömagneettista säteilyä käyttämällä oskillaattoria. Kun tähän lisätään tietämys säteilyn ominaisuuksista, joita ovat mm. kyky liikkua myös tyhjiössä, kuljettaa energiaa, tunkeutua pilvien läpi ja liikkuminen valon nopeudella, saadaan aikaan säteily, jonka muutoksia mittaamalla pystytään päättelemään kohteen ominaisuuksia.
Yleisessä tapauksessa sähkömagneettinen säteily on elliptisesti polarisoitunutta eli tällöin sähkökenttävektorin kärki piirtää ajan funktiona ellipsin muotoista kuviota. Elliptisen polarisaation erikoistapauksia ovat ympyrä- ja lineaaripolarisaatio. Lineaaripolarisaatio on kyseessä, kun saadaan tuotettua aalto, jonka vaihekulma radiaaneissa on 0 tai pii. Tässä tapauksessa sähkökentän vektori pysyy koko ajan yhdensuuntaisena. Säteilyn polarisaatio voidaan ilmaista käyttämällä polarisaatiovektoria p tai polarisaatiosuhdetta P.
(3.1) (Henderson Lewis 1998)
(3.2) (Henderson Lewis 1998)
Kaukokartoituksessa käytetään yleensä lineaaripolarisaatioita, joita ovat horisontaalipolarisaatio (H) ja vertikaalipolarisaatio (V). Näiden polarisaatioiden yhdistelmiä käyttämällä saadaan kohteesta huomattavasti lisätietoa.
Kuva 2 lineaarisesti polarisoitu sähkömagneettinen aalto
Polarimetria
Polarimetriassa tärkeää osaa näyttelee sirontamatriisi. Sirontamatriisi kertoo lähetetyn ja vastaanotetun sähkökentän voimakkuuden sekä polarisoituneen komponentin. Lähetettäessä ja vastaanotettaessa vertikaali- ja horisontaalipolarisoituneita aaltoja, on sirontamatriisi seuraavan kaltainen:
(4.1) (Tares)
Sirontamatriisissa:
tarkoittaa sähkökentän voimakkuutta vastaanotettaessa. 
tarkoittaa sähkökentän voimakkuutta lähetettäessä. Alaindeksit v ja h kuvaavat polarisaation suuntaa, niiden ollessa peräkkäin ne ovat järjestyksessä, jossa ensin on lähetetyn ja sen jälkeen vastaanotetun aallon polarisaatio.
Sirontamatriisista voidaan johtaa esitys, jolla saadaan kuvattua vastaanottoantennista lähtevä jännite. Matriisiesitys on seuraavanlainen:
(4.2) (Tares)
jossa:
Kaukokartoitussovellukset
Kaukokartoituksessa polarimetrian tuomat mahdollisuudet ovat merkinneet mahdollisuutta saada enemmän dataa samalta alueelta melko pienin laitelisäyksin. Polarimetriassa mitataan lähetetyn sähkömagneettisen aallon takaisin sironneen komponentin eri polarisaatioyhdistelmiä.
Polarisaatiot ilmoitetaan yleensä kirjainyhdistelmillä käyttäen kirjaimia H ja V kuvaamaan horisontaali- ja vertikaalipolarisaatiota. Polarisaatiovaihtoehtoina voi olla samansuuntainen polarisaatio sekä lähetettäessä, että vastaanotettaessa tai sitten ristipolarisaatio, jossa vastaanotetaan eri polarisaatiovaihtoehtoa.
Eri polarisaatioyhdistelmistä käytetään seuraavia kirjainlyhenteitä:
- HH, vastaanotetaan ja lähetetään horisontaalipolarisoitunutta aaltoa.
- VV, vastaanotetaan ja lähetetään vertikaalipolarisoitunutta aaltoa
- HV, vastaanotetaan horisontaalipolarisoitunutta ja lähetetään vertikaalipolarisoitunutta aaltoa
- VH, vastaanotetaan vertikaalipolarisoitunutta ja lähetetään horisontaalipolarisoitunutta aaltoa
Kaksi ensimmäistä ovat yhdensuuntaispolarisaatioita ja kaksi jälkimmäistä ristipolarisaatioita.
Ensin siis ilmaistaan vastaanotetun aallon polarisaation suunta ja sen jälkeen lähetetyn aallon polarisaatio. Joissain lähteissä tämä on toisinpäin mutta yleisesti käytetään merkintätapaa kuten tässä.
Lisäksi voidaan suorittaa mittausta yhdistelmillä:
Eri kohteiden takaisinsironta on erilaista ja tällä tavalla voidaan päätellä paljon kohteesta. Jotkut kohteet muuttavat takaisinsironneen aallon polarisaatiota ja toiset taas säilyttävät sen ennallaan. Joidenkin kohteiden tapauksessa osa sähkömagneettisesta aallosta muuttaa polarisaationsa suuntaa takaisinsironnassa. Erilaisissa tutkimuksissa on saatu tietoa eri materiaalien ja kohteiden takaisinsironnasta ja näin pystytään helpottamaan luokittelua.
Tutkimuksissa on esimerkiksi NASA:n Jet Propulsion Laboratory (JPL) todennut seuraavia sirontaominaisuuksia:
Lisäksi mm. TKK:n avaruustekniikan laboratoriossa on todettu mm. märän lumen sironnan muistuttavan kaksisivuisen kulmaheijastimen takaisinsirontaa. [Tares 1999]
Envisat
Tässä kappaleessa esittämäni asiat ovat pääosin peräisin Envisat:n kotisivuilta (http://www.envisat.com tai http://envisat.estec.esa.nl/index.html).
Envisat on Euroopan avaruusjärjestö ESA:n (European Space Agency) ympäristösatelliitti, joka laukaistiin maata kiertävälle radalleen 28.2.2002 Arianne 5 kantoraketilla. Envisat sisältää paljon uutta tekniikka sekä mittalaitteistoa ja sen lisäksi sen yhtenä tehtävänä on varmistaa ERS-satelliittien mittausten jatkuvuus. Tämän seminaarin kannalta olennaisin laite on Envisat:n SAR-tutka ASAR ja siksi sitä käsitelläänkin omassa luvussaan. Tässä kuitenkin ensin hieman yleistä tietoa Envisatista.
Envisatin lentokorkeus on n. 800 km. Radan inklinaatio on 98 astetta. Nopeus, jolla envisat kiertää maata radallaan on lähes 20 000 km/h. [http://launchers.esa.int] Näillä parametreilla saavutetaan 35 päivän toistojakso. [http://envisat.esa.int] Tämä tarkoittaa myös sitä, että esimerkiksi ASAR kuvia on saatavissa samalta alueelta 35 päivän välein.
Muu Laitteisto
Otsonikerroksen mittaamiseen kehitetty laite. Toimintaperiaate perustuu tähdistä ilmakehän kautta kulkevan valon mittaamiseen. Mittaa sekä auringon puolelta maan varjopuolelle laskiessaan ilmakehän reunakerrosten kautta kulkevien valonsäteiden ominaisuuksia. Kerää tietoa otsonista, ilmakehän pienkaasuista, lämpötilasta ja vesihöyrystä. Suorittaa yli 600 mittausta vuorokaudessa.
Spektrometri ja interferometri, joka mittaa ilmakehän kaasupurkauksia. Toimii lähi- tai keski-infrapunataajuuksien alueella. Toimii ilmakehän mittauksissa stratosfäärin alueella.
MERIS
Merien tutkimuksessa käytettävä kuvaava spektrometri, joka mittaa meren väriä. Tällä perusteella voidaan tutkia erilaisia alueita meressä. Mittauksista saatavaa tietoa käytetään meren hiilikierron tutkimuksessa, pintavesien lämpötilojen määrityksessä, kalastuksen ja kalastusalueiden järjestelyssä sekä rannikkoalueiden tutkimuksessa. Tuo tärkeää tietoa ilmaston lämpenemisen tutkimukseen.
MVR
Mikroaaltoalueen radiometri, joka mittaa ilmakehän vesipitoisuutta. Vesipitoisuus tietoja käytetään altimetrin mittausten korjauksissa. Saatua dataa voidaan käyttää maan emissiokyvyn ja kosteuden mittauksissa. Saatua dataa voidaan käyttää myös jään luokittelussa.
RA-2
Altimetri, joka mittaa tutkapulssin kulkuajan maahan ja takaisin sekä myös pulssin voimakkuuden ja muodon. Tämä ominaisuus mahdollistaa käytön myös meren aaltojen ja tuulensuunnan tutkimuksessa mm. säätietoja varten normaalin maanpinnan muotojen määrityksen lisäksi.
AATSR
Radiometri, jota käytetään meren pintalämpötilojen mittaamiseen. Antaa myös dataa ilmaston tutkimukseen.
DORIS
GPS-laite, jonka mittausdataa käytetään ratatietojen määrittämisessä. Tämän laitteen avulla satelliitin ratatiedot pystytään määrittämään muutamien kymmenien senttien tarkkuudella.
SCIAMACHY
Kuvaava spektrometri, jota käytetään ilmakehän tutkimuksessa. Mittaa lähinnä troposfäärin ja stratosfäärin kaasuja.
ASAR
ASAR on Envisat:n SAR-tutka, joka toimii C-kaistalla. Siinä on pyritty parantamaan kapasiteettia peittoalueen, kohtauskulmien vaihtoehtojen, polarisaatiovaihtoehtojen ja toimintamoodien suhteen, mitä tule verrattaessa vanhempiin SAR-tutkiin. Kasvaneeseen kapasiteettiin on päästy kehittyneemmillä instrumenteilla. ASAR:lla on mahdollisuus kuvata lentosuuntaan nähden seitsemän eri kaista alueella. Kaistojen yhteiseksi leveydeksi maan pinnalla saadaan n. 485 km.
Parametrit
ASAR toimii siis C-kaistalla. C-kaistan aallonpituus on 3,9 – 7,5 cm ja näin ollen taajuudeksi tulee 8 – 4 GHz. Tarkka ASAR:n käyttämä taajuus on 5,331 GHz. Ja tällöin taajuusyhtälöstä:
f = c/l (7.1)
jossa:
saadaan johdettua aallonpituudeksi 5,6 cm, kun f = 5.331 GHz ja c = 3 Exp 8 m/s.
Kuva 3 (www.envisat.com)
ASAR:ssa on viisi toisistaan poikkeavaa toimintamoodia. Nämä kaikki tuottavat hieman erilaisia kuvia ja erilaisella peittoalueella, kohtauskulmalla jne.
Kuva 4 (www.envisat.com)
Laajakuvamoodi (Global Monitoring Mode) tuottaa matalan resoluution kuvia 405 km kaistalla. Polarisaatiovaihtoehtoina ovat HH ja VV.
Kuva 5 (www.envisat.com)
Aaltomoodi (Wave Mode) mittaa merenpintaa ja tuottaa 5 km x 5 km kokoisia kuvia 100 km sivulta kulkusuunnastaan nähden. Polarisaatiovaihtoehtoina ovat HH ja VV.
Kuva 6 (www.envisat.com)
Kuvamoodi (Image Mode) tuottaa korkean spatiaalisen resoluution (30 m) kuvia. Kohtauskulmat vaihtelevat kaistalla 15 ja 45 asteen välillä. Polarisaatiovaihtoehtoina on HH ja VV.
Kuva 7 (www.envisat.com)
Vaihtuvan polarisaation moodi (Alternating Polarization Mode) tuottaa korkean resoluution (30 m) kuvia kuvamoodin kaistoilla. Tuloksena saadaan kaksi kuvaa samasta alueesta eri polarisaatioyhdistelmillä, jotka ovat HH/VV, HH/HV tai VV/VH. Radiometrinen resoluutio on verrattavissa kuvamoodin vastaavaan.
Kuva 8 (www.envisat.com)
Laajakaistamoodi (Wide Swatch Mode) tuottaa kuvia laajemmalla kaistalla, joka on 405 km. Resoluutio on keskitasoa eli 150 m ja polarisaatiovaihtoehdot ovat HH tai VV. Kaista jakautuu viiteen osaan joista jokaiseen lähetetään oma pulssinsa ja takaisin palanneista signaaleista muodostetaan yksi kuva.
Edellä mainitut toimintamoodit jaetaan vielä kahteen osaan. Kaista moodi (Stripmap Mode) sisältää kuva ja aaltomoodin toimintatavat. Skannausmoodi sisältää laajakaista-, laajakuva- ja vaihtelevan polarisaation moodit. Tämä kahtiajako perustuu moodien toimintatapaan ottaa joko yksittäistä kuvaa tai yksittäisiä kuvia yhden kaistan alueella tai skannata useampia kuvia joko rinnakkain eri kaistojen alueella tai peräkkäin yhden kaistan alueella. Vaihtelevan polarisaation moodi luetaan kuuluvaksi jälkimmäiseen eli skannausmoodiin sillä se kerää dataa yhden kaistan alueelta eri polarisaatioyhdistelmiä vaihdellen ja muistuttaa näin ollen skannausta vaikka kuvat ovatkin peräkkäin.
Envisat ASAR käyttömahdollisuudet
Envisat-satelliitin ASAR-tutkan eri polarisaatiovaihtoehtojen käyttömahdollisuudet tuovat kyseiselle laitteelle melkoisesti kapasiteettia ja mahdollisuuksia tuottaa monessa käyttötarkoituksessa tarvittavaa dataa. Seuraavassa esitän pohdintojani Envisat:n ASAR tutkan datan käyttömahdollisuuksista. Pohdintojeni oikeellisuus selviää kunhan ensimmäiset Envisat:n SAR kuvat tulevat julkisuuteen. Tämän veikkaan tapahtuvan kesällä 2002.
ASAR toimii C-kaistalla. Tarkasta taajuustiedosta päästiin laskemaan aallonpituudeksi 5,6 cm. Yleisesti ottaen SAR-tutkalla on vaikea havaita sen käyttämään aallonpituutta pienempiä kohteita näiden kohteiden ongelmallisen sironnan takia. Tämän perusteella voidaan todeta signaalin tunkeutumiskyvyn esimerkiksi lehtimetsän ollessa kyseessä olevan kohtuullinen mutta ei hyvä, koska puiden lehdet ovat helposti aallonpituutta suurempia. Näin ollen informaatiota maasta asti ei saada vaan heijastuminen tapahtuu jo lehvästön pinnasta tai sen sisältä ns. tilavuussirontana. [Jensen 2000] Tämä tarkoittaa, että tietoa metsän kuutiomääristä ja korkeuksista ei niinkään saada, mutta puulajiluokittelu onnistunee. Tunkeutumiskyky jäähän säilyy melko hyvänä ja näin ollen informaatiota jääpeitteestä niin merellä kuin järvilläkin on saatavissa.
Tukeutumiskyky maahan riippuu myös aallonpituudesta, mitä pienempi aallonpituus, sitä huonompi tunkeutumiskyky. Tällä perusteella voidaan todeta 5,6 cm aallonpituuden mikroaallolla olevan melko heikko tunkeutumiskyky maahan sen korkeasta taajuudesta ja lyhyestä aallonpituudesta johtuen.
Aallonpituus vaikuttaa suuresti myös siihen kuinka lähetetty aalto siroaa maanpinnasta kun otetaan huomioon maanpinnan karkeus. Sileä alue näkyy tutkakuvalla mustana, koska lähes kaikki säteily siroaa takaisin samansuuntaisena. Vastaavasti karkea maanpinta näkyy kirkkaana alueena, koska tapahtuu paljon sirontaa eri suuntiin. Näiden väliin asettuvat karkeudet saavat erilaisia harmaasävyarvoja, joita voidaan käyttää luokittelussa. Rayleighn kriteerinä tunnettu kaava antaa tähän sileän ja karkean maanpinnan kysymykseen vastauksen. Kuitenkin on todettu, ettei pinnan karkeudella ole enää kovinkaan suurta merkitystä taajuuksien ollessa yli 4 GHz. Maanpinnan karkeuden merkitys lisääntyy, jos maa on erittäin kuivaa tai tutkataajuudet ovat matalia. [Jensen 2000]
Rayleighn yhtälö:
l
/25 sing < h < l /4.4 sing (8.1) (Sabins, 1987, s.200)jossa:
Tässä tapauksessa kohtauskulman ollessa 45 astetta ja aallonpituuden ollessa 5,6 cm saadaan tulokseksi, että 0,32 - 1.80 cm välillä oleva pinnan karkeus on sopivan sileä tälle aallonpituuden kohtauskulman yhdistelmälle. Tulos on tietenkin toisenlainen kohtauskulman lähestyessä 15 astetta. Tämä kuitenkin tarkoittanee sitä, että kaupungit ja muut urbaanit alueet erottuvat kuvasta hyvin ja muunkin maanpinnan erottelukyky on melko hyvä.
ASAR:n useat polarisaatiovaihtoehdot laajentavat sen käyttömahdollisuuksia. Eri polarisaatiovaihtoehtojen ansiosta saadaan toimivaa dataa sellaisistakin kohteista, joista pelkkä C-kaistan yhdensuuntaispolarisaatiomittaus ei olisi sitä tuonut.
Mahdollisuudet ristipolarisaation ja erilaisten polarisaatioyhdistelmien käyttöön parantavat toimivuutta erityisesti kaupunkialueella, missä tapahtuu paljon polarisaation muuttumista erilaisten kulmaheijastusten takia.
Metsien ollessa kyseessä ASAR:n tuottaman datan käyttökelpoisuutta parantaa mahdollisuus ristipolarisaation ja ristipolarisaation sekä yhdensuuntaispolarisaation yhtäaikaiseen käyttöön. Tämä johtuu siitä, että metsien kohdalla on havaittu sironnan sisältävän sekä horisontaali, että vertikaalikomponentin. Sademetsien kohdalla luokittuvuus on usein muutenkin hyvä mutta mm. muun lehtimetsän ja havumetsien ollessa kyseessä ristipolarisaation polarisaatioyhdistelmien käyttö tuo parempia tuloksia.
Maatalousvaltaisilla alueilla takaisinsironnan kannalta sopivan laitteiston löytäminen on hankalaa, koska viljellyillä alueilla muutokset kasvukauden aikana ovat nopeita. Muutamassa kuukaudessa saattaa pelto muuttua paljaasta maasta vihertäväksi oraaksi sitten tähkälle puhkeavaksi ja hiljalleen kypsyväksi korrelliseksi viljaksi ja sen jälkeen puiduksi maaksi, joka taas pian kynnetään. Koska kasvillisuuden ollessa kyseessä kosteus on hyvinkin tärkeä ominaisuus erottuvuuden kannalta on ilmeistä, että näinkin suuret vaihtelut tekevät tehtävän haastavaksi. Rosenthal et al. totesi 1985 korkean viljan ja siis suuremman biomassa tuottavan suuremman takaisinsironnan matalampaan verrattuna käytettäessä C-kaistaa ja HV polarisaatiota. Tähän on mahdollisuus myös ASAR:ssa. Muutenkin on todettu HV polarisaation oleva toimivin maaperän, jossa on kasvillisuutta, maatalousalueiden ja metsäalueiden luokittelussa. [Henderson Lewis 1998] Kuitenkin on niin, että eri polarisaatiovaihtoehtojen, taajuuksien ja kohtauskulmien vaikutuksen selvittäminen eri viljatyyppien luokittelussa ja inventoinnissa SAR-aineistosta vaatii vielä lisätutkimuksia. [Henderson Lewis 1998] Tämä tarkoittanee sitä, että parasta erottelukykyä ei ASAR:n datatuotteista heti saada mutta varmasti niistä saadaan paljon aineistoa tutkimukseen, jolla saatetaan tämäkin ongelma selvittää. Kuitenkin C-kaistan eri polarisaatioyhdistelmiä käyttämällä saadaan esimerkiksi peltolohkot hyvin näkyviin ja niinpä käyttö on varsin kannattavaa ellei eri viljalajienerottelukyky ja inventointi ole ykkösvaatimuksena.
Puistoalueilla sironta sisältää huomattavan yhdensuuntaiskomponentin eli tässä tapauksessa erilaisia polarisaatioyhdistelmiä ei paljoakaan tarvita vaan luokittelu onnistunee helpomminkin.
Ristipolarisaatio on toimiva myös kaltevilla alueilla, joissa yhdensuuntaispolarisaatiota käyttämällä ei päästä hyvään tulokseen kasvien luokittelussa. Tämä koskee mm. vuorten rinteitä. [Jensen 2000]
Merialueilla sironnassa tapahtuu huomattavasti polarisoitumista ja eri polarisaatioyhdistelmien käyttö helpottaakin tulosten saamista erityisesti merialueilla, lisäksi SAR-kuvien ja polarimetrian avulla pystytään tarpeen vaatiessa saamaan selville myös tietoa aalloista ja meren pinnalla mahdollisesti kelluvista aineista kuten öljypäästöistä. Tämä perustunee siihen, että veden pinnalla olevan öljyn takia pinta on sileämpi kuin puhtaan veden pinta. Näin esimerkiksi tuuli ei aiheuta samanlaisia väreitä veden pintaan öljylauttojen alueella. ASAR-tutkan tarjoamat laajemmat kulmat ovat sopivia monissa meren pinnan ja rannikkoalueiden mittauksissa.
Ohut lumikerros saattaa tietää vaikeuksia luokittelussa, mutta paksumpi ja erityisesti märkä lumikerros erottuu sen polarisaatio-ominaisuuksien ansiosta.
Muuta huomioitavaa
Vaikka yleisesti ottaen sähkömagneettiset aallot pystyvät tunkeutumaan pilvien läpi, on havaittu erityisen rankkojen sadepilvien tuovan häiriötä lyhyillä aallonpituuksilla toimiville SAR-tutkille. ASAR:n C-kaista luetaan kuuluvaksi näihin lyhyen aallonpituuden kaistoihin. [Jensen 2000] Eli pieniä häiriöitä voi ilmetä rankkojen sadepilvien kohdalla.
Lisäksi esimerkiksi SAR-interferometrian käyttö tuo paljon lisämahdollisuuksia ASAR:n aineiston käyttöön. Laajemman alueen kuvia käyttämällä saadaan aikaan korkeusmalleja sekä voidaan tutkia esimerkiksi maan kuoren liikkeitä.
Yhteenvetona voisi todeta Envisat-satelliitin ASAR-tutkan kuvien käyttömahdollisuuksien olevan melko laajat. Uskoakseni niillä tulee olemaan käyttöä kartoitussovelluksissa erityisesti urbaaneilla alueilla ja kohtuullisesti myös maatalousvaltaisilla alueilla, metsien ja muiden kasvityyppien luokittelussa myös vuoristoisilla alueilla, merijään mittauksissa, meren pinnan mittauksissa sääennustuksia, aaltojen liikettä, laivojen reittejä jne. tutkittaessa sekä mm. öljylauttojen etsinnässä. Toisaalta en usko aineiston toimivuuteen metsien kuutiotilavuuksien määrittelyssä enkä eri viljalajien erottelussa kuten en myöskään muissa biomassan määrittelytehtävissä. Myöskään maalajien erottelukyky ja maahan tunkeutumiskyky ei ole paras mahdollinen.
Kirjallisuuslähteet:
Jensen John R, Remote Sensing of the Environment and Earth Resource Perspective, in Geographic Information Science 2000, s. 285-324.
Henderson Floyd M ja Levis Antony J, 1998, Principles and Applications of imaging radar Manual of Remote Sensing, Third edition, Volume 2, John Wiley & Sons, Inc., s.116-122, 271-357. ISBN 0-471-29406-3.
Sabins, F.F., Jr., 1987. Remote Sensing: Principles and Interpretation, Second edition, W.H Freeman and Company, New York
Luentomonisteet:
Hyyppä J, Koskinen J et al., Tutkakuvat kaukokartoituksessa luentomonisteet 2001
Tares T, Kaukohavainnoinnin perusteet luentomonisteet 1999
Verkkosivut: