GIS a DPZ v geologii

(Geoinformační systémy a dálkový průzkum Země v geologii)

 

Karel Martínek, Ondrej Lexa 1/2 Z, ZS 2016-2017

 

časový harmonogram výuky:

 

5. – 20.10. Karel Martínek

26.10. – 10.11. Ondrej Lexa

17.11. státní svátek

 

od 24.11.2016 do 5.1.2017 práce na projektech pod vedením doktorandů – Jan Flašar, Pavel Bokr a Jiří Grundloch

v tomto období budou řádná praktika s doktorandy ve Ct 10,40 – 12,10 h a 14,50-16,20 h v K2

 

Jan Flašar – St K2 16,30 – 19,40 h 23.11.2016 do 4.1.2017

Pavel Bokr - Ct K2 10,40 – 16,20 h 24.11.2016 do 8.12.2016

Jiří Grundloch - Ct K2 10,40 – 16,20 h 16,20 h 15.12.2016 do 5.1.2017

 

termíny testu:

řádný St 23.11.16,30 G3 Karel Martínek

1. opravný St 30.11. 16,30 G3 Ondrej Lexa

2. opravný St 7.12. 16,30 G3 Ondrej Lexa

 

termíny odevzdání/prezentace projektů:

Martínek 12.1.2017 K2

Lexa 19.1. 2017 K2

 

požadavky k zápočtu:

1)      test (má dvě části GIS a DPZ) v celkovém hodnocení má váhu 30%

2)      projekt (odevzdávají se zpracovaná data, text zprávy, ústní obhajoba) v celkovém hodnocení má váhu 70%

k zápočtu je třeba získat alespoň 70% v celkovém hodnocení

 


 

 

část GIS (geoinformační systémy)

Ondrej Lexa

materiály k výuce najdete na http://petrol.natur.cuni.cz

(Po prihlaseni se v leve nabidce objevi sekce Materiály ke stazení.)

 

Přednáška GIS 1

Sylabus: Definice GIS, jaké otázky GIS řeší?, historie GIS, kde je GIS využíván, vektorová data, základní modely vyjádření vektorových dat, vektorové formáty pro výměnu dat, GIS projekt - návrh a postup zpracování 

 

Cvičení GIS 1

Úvod do ArcGIS: SW nástroje ArcMap, ArcCatalog, ArcScene, ArcGlobe, rozšíření (extensions) Spatial Analyst, 3DAnalyst, ImageAnalysis

ArcMap - základní panely nástrojů, instalace dalších nástrojů, aktivace extenze + instalace jejích nástrojů

typy vektorových dat, jejich zobrazení a reprezentace, datové formáty (ESRI shapefile), atributová tabulka, symbologie vektorových dat 

Prostorové dotazy, analýzy, zpracování externích dat, zpracování dat z GPS, práce s projekcemi, transformace.


Přednáška GIS 2

Získávání dat, digitalizace, konverze datových formátů, ukázka internetových mapových serverů, portály se zdroji dat

 

Cvičení GIS 2

tvorba nových vektorových datasetů (bodové, liniové, polygonové) a jejich editace a symbologie

příprava tiskového layoutu, tiskový výstup, grafické prvky


Přednáška GIS 3

databáze, návrh, relační databáze, dotazy, propojení s grafickými prvky
digitální geologická data a mapy

 

Cvičení GIS 3

tvorba relační databáze

 

 

část DPZ (dálkový průzkum Země)

Karel Martínek

 

Přednáška DPZ 1

Úvod GIS a DPZ – co to je, k čemu to je

0-GIS a DPZ Uvod v2.pdf

Rastrová data – úvod

základní charakteristiky rastrových dat, buňka, zóna, region; spojité a nespojité rastry; funkce pro práci s rastry - lokální, fokální, zonální, globální a speciální; interpolace povrchů - spline, tension; práce s rastrovým kalkulátorem.
rastrový obraz, pixel

1-rastry-uvod.pdf

 

dálkový průzkum Země - úvod

(Fundamentals of RS – Canada http://www.ccrs.nrcan.gc.ca /Tutorials / Fundamentals of Remote Sensing, html + ukázka dat Lansat, radar, letecký snímek)   

elektromagnetické záření, vlnové délky dopadající na Zemi, spektrální charakteristiky některých materiálů

multispektrální sensor/obraz, velikost pixelu - prostorové rozlišení, spektrální rozlišení, radiometrické rozlišení, časové rozlišení

typy dat a senzorů: fotografie ČB, bar., IR, digitální senzory, radarové snímkování; letecké/družicové

zkreslení geometrie snímku

multispektrální senzory Landsat TM (p.46), SPOT, IRS, JERS

hyperspektrální sensory hyperspektrální sensory - AVIRIS, Hyperion, Aster; radarové systémy - ERS; letecké snímky

Družicová data s velmi vysokým rozlišením (QuickBird, IKONOS, Orbview, Formosat-2)

Lidar (LIght Detection And Ranging) aktivní senzor, přesné laserové měření vzdáleností (tvorba DMR s výškovou přesností v řádu cm - mm)

1-DPZ-KM-uvod.pdf

 

Cvičení DPZ 1

data: V:\Martinek\cviceni\Chapter05

rastrová data, formáty ESRI GRID, Erdas IMAGE (IMG), GeoTiff (TIF, TFV), symbologie rastrů, rastrový digitální model reliéfu (DMR), stín.reliéf  (ex05d.mxd a ex06b.mxd), koncept pyramidových vrstev

Spatial Analyst - analýza reliéfu, tvorba stínovaného reliéfu, mapa isolinií

Jizerské hory - data: V:\Martinek\cviceni\Chapter05\dmr03-41

 

 

Přednáška DPZ 2

(Fundamentals of RS – Canada, html, + další materiály k analýze obrazu, ppt + ukázky dat)

1-DPZ-KM-uvod.pdf

radar

RADAR (RAdio Detection And Ranging) 

2-Radar.pdf

 

digitální zpracování obrazu:

mikrovlnné záření - vlastnosti, radarové snímky - rozlišení, zkreslení

aplikace -polarimetrie, interferometrie, letecké vs. družicové

analýza obrazu

snímky v přirozených barvách, v nepravých barvách

úpravy kontrastu

prostorové filtrování - "prostorová frekvence", Fourierova analýza, highpass filtry (zdůrazňují vysoké frekvence, např.hrany, okraje, pukliny, zlomy), lowpass filtry (vyhlazují obraz, redukují šum)

analýza hlavní komponenty, algebraické operace

dekorelační roztažení histogramu, transformace RGB-HSI

3-DPZ-ImageAnal.pdf

 

Cvičení DPZ 2

interpolace rastru z bodových dat – metoda IDW a Spline

data: V:\Martinek\cviceni\SPATIAL\soilsamp.shp

                                                            thefarm.shp

                                                            dem (grid)

ukázky multispektrálních satelitních snímků – Gobi, Irán; úpravy histogramu, kombinace pásem

data: V:\Martinek\cviceni\gobi_s_b.img, iran_a.img, iran_a_5-7.img

 

 

Přednáška DPZ 3 – mapování minerálů, hornin; geologické aplikace

3-DPZ-ImageAnal.pdf

spektrální příznaky  3spectralStratigraphy.pdf

litologické mapování - spektrální analýza snímku

neřízená klasifikace, řízená klasifikace

scéna  -  klasifikace  -  tématická mapa (geologická, strukturní)        

geochemické mapy, mapy geofyzikálních polí

 

Cvičení DPZ 3

3DAnalyst: vizualizace 3D dat

3D vizualizace družicového snímku Údolí smrti, koncept Layer souborů

data: V:\Martinek\cviceni\3DAnalyst\Exercise1\Death Valley Terrain.lyr

analýza kontaminace podzemních vod, koncept 3D mapového dokumentu .SXD

data: V:\Martinek\cviceni\3DAnalyst\Exercise2\Groundwater.sxd

tvorba vektorového DMR - TINu

data: V:\Martinek\cviceni\3DAnalyst\Exercise4\BuildTIN.sxd

 

georeferencování (rektifikace, transformace map) – ukázka na topomapě (viz pdf manuál)

data: V:\Martinek\cviceni\rektifikace

 

Přednáška DPZ 4 – mapování minerálů, hornin; geologické aplikace

aplikace DPZ v geologii – případové studie:

litologické a strukturní mapování, mapování hydrotermálních alteračních zón v Gobi, Altaji, Iránu

morfostrukturní mapování v Sudetech, v Salvadoru

pomoc při problémech s ArcGIS: Help, ESRI Support

 

Cvičení DPZ 4

hydrologické modelování – Spatial Analyst Tools/Hydrology

data: V:\Martinek\cviceni\dmr03-41

hydro modeling workshop.ppt 

funkce: Fill, Flow Direction, Flow Accumulation, Stream Grid (Spatial Analyst, Raster Calculator), Stream Order, Basin, Pour Points, Watershed)

 

pokročilé metody zpracování snímků - ArcGIS Image Analysis - analýza hlavních komponent (PCA), klasifikace

neřízená klasifikace

data: V:\Martinek\cviceni\ImageAnalysis\caspian94.img

mapování změn v čase (využití krajiny, lesní požáry)

data: V:\Martinek\cviceni\ImageAnalysis\atl_spotp_87.img, atl_spotp_92.img; tm_oct87.img, tm_oct89.img

ukázka družicových dat s vysokým rozlišením

data: V:\Martinek\cviceni\ImageAnalysis\pyramids_quickbird_ms.img, pyramids_quickbird_pan.img

mapování ropných skvrn na moři (Seed Tool)

data: V:\Martinek\cviceni\ImageAnalysis\radar_oilspill.img

 

 

Cvičení - obecné informace:

SW: ArcView, Spatial Analyst, 3D Analyst - Arc Scene

datové formáty: Esri grid, Erdas Image, Geo TIF, TIN

Data: naleznete na disku V:\Martinek\cviceni, můžete si také půjčit CD-ROM ve studovně (max. na 1 den nebo víkend)

 

správa učebny K1

 

zadání studentských projektů najdete zde: http://web.natur.cuni.cz/ugp/main/staff/martinek/DPZGISprojekty.htm

 

 

čtení:

skripta

    Martínek K., Kopačková V., Štych P., Bravený L. (2007): GIS a DPZ v geologických vědách v prostředí ArcGIS a jeho extenzí. CITT, Praha. http://web.natur.cuni.cz/ugp/main/staff/martinek/FTP/GISaDPZvGeol2007.pdf

    Halounová L. a Pavelka K. (2005): Dálkový průzkum Země. ČVUT.

    P.Dobrovolný (1998): Dálkový průzkum Země, digitální zpracování obrazu. Brno.  

    Kolář J. (1997): Geografické informační systémy. ČVUT.

učebnice

S.A.Drury: Image Interpretation in Geology. 2nd ed., Chapman & Hall, 1997.  

Lillesand, Kiefer, Chipman (2004): Remote Sensing and Image Interpretation. 

G.L.Prost: Remote Sensing for Geologists. Gordon and Breach Sci. Publ., USA, 1994.

J.B.Campbell: Introduction to Remote Sensing. 2nd ed., Taylor and Francis, London, 1996.

Hrkal Z. (1989): Metody dálkového průzkumu v hydrogeologii. Metodické příručky ÚÚG, pp. 66, Praha.

Dornič J. (1975): Aerofotogeologie. Knih. ÚÚG, geologie, sv. 49, Praha.

Dornič J. (1992): Dálkový průzkum Země. pp.56. ČGÚ,  Praha.

Ormsby et al.: Getting to know ArcGIS

el. kurzy          http://pasture.ecn.purdue.edu/~caagis/tgis/course/gisfmain.html (úvod do GIS)

http://www.ccrs.nrcan.gc.ca  /Tutorials / Fundamentals of Remote Sensing (úvod do RS)

                        http://campus.esri.com/ (vyukove kurzy online, GIS, ArcView, Spatial Analyst, 3D Analyst, je třeba se zaregistrovat)

http://rst.gsfc.nasa.gov/ (NASA – RS a Landsat)

http://www.geoinformatics.upol.cz/app/prostredkygis/ online učebnice HW a SW pro GIS

http://gislib.upol.cz/aplikace.php Multimediální učebnice GIS systému IDRISI 32, http://gislib.upol.cz/app/idrisi/index.htm

http://www.geogr.muni.cz/ucebnice/kartografie/oprojektu.php Kartografie a geoinformatika, online učebnice

Landsat 7  - http://landsat.gsfc.nasa.gov/

Další kurzy a literatura online:    http://landsat.gsfc.nasa.gov/main/education.html

                                                https://engineering.purdue.edu/~landgreb/publications.html

                                                https://engineering.purdue.edu/~biehl/MultiSpec/

                                                http://gis4geomorphology.com/hillslope-wetness-index/

  

 

literatura uvedená tučně je k dispozici k prezenčnímu studiu ve studovně geologické knihovny, skripta je možno také zakoupit v prodejně skript ČVUT v Dejvicích

 

manuály k SW ArcGIS ve formátu PDF jsou k dispozici v učebnách na V:\pstych\GIS\odbornici\manualy (některé), kompletní sada manuálů je na CDROM ve studovně

 

internetové datové zdroje:

mapový server ČGS www.geology.cz

mapový server MŽP/CENIA http://geoportal.cenia.cz/mapmaker/cenia/portal/

 

při základních potížích při práci se SW ArcGIS (např. jak přidat mapová nebo tabelární data do mapového projektu, jak vyexportovat mapu do JPGu, jak vytvořit tiskový layout, ...) doporučuji využít přehledně organizovaný Help

při problémech s pokročilejšími úlohami (např. konverze datových formátů GTOPO30, USGS, MapInfo, migrace ArcView 3.x - 9.x, ....) doporučuji využít uživatelskou databázi na www.esri.com v sekci Support

 

jako průvodce k některým typům úloh může sloužit buď Ormsby et al., nebo se můžete přihlásit do online kurzu na www.esri.com v sekci Virtual Campus, zde je řada úvodních kurzů zdarma, další pokročilejší jsou placené, ale UK má v rámci SW licence k mnohým z nich přístup, zájemci mě mohou kontaktovat na <karel@natur.cuni.cz> pro vygenerování přístupového hesla