Az űrtechnológia hasznosítása nem csak a holdraszállás vagy a Mars-utazás szempontjából fontos, mivel a Föld körül keringő űreszközökről különböző eljárásokkal készített felvételek számos szakterületet látnak el jól használható információkkal. A Lechner Tudásközpont távérzékelési és geodéziai szakemberei munkájukban napi szinten használnak műholdfelvételeket, az űrtávérzékelés által nyújtott lehetőségek segítenek a globális változások megfigyelésében és a gyorsan változó környezetünkhöz történő alkalmazkodásban is.
Az első alkalom az emberiség történetében, amikor a mindennapi életet segítő információkat szerezhetett a Földről űrfelvételeknek köszönhetően, a NASA TIROS-1 meteorológiai műholdjának felbocsátásához köthető. A műhold 1960-ban készítette az első felvételeket bolygónkról, és a kor technológiai lehetőségeihez képest a program nagyon jól szolgálta az időjárás-előrejelzéseket támogató adatszolgáltatást. Az amerikai űrügynökség ekkor teremtette meg a távérzékelt felvételeken alapuló időjárás- és klímakutatás alapjait.
Ma már naponta képek ezrei készülnek a Föld felszínéről, az archivált felvételek száma pedig több millióra rúg. A rendelkezésre álló idősoroknak köszönhetően módunk van a különböző időpontokban készült képek összehasonlítására, vagy akár hosszabb időtartam alatt készített felvételsorozatok elemzésére is, így a változások követése – amely napjaink egyik kulcsfontosságú feladata szinte minden szakterületen – megoldható. Az idősorok vizsgálatára alkalmas algoritmusok gyorsan fejlődnek, és segítenek például a klímaváltozáshoz kapcsolódó kérdések megválaszolásában is. Az elemzések eredményei megmutatják, hogyan változik a Föld és mi okozza ezeket a változásokat, információkkal segítik a változásokhoz való alkalmazkodást, valamint segítenek annak megtervezésében is, hogy hogyan gazdálkodhatunk jobban az erőforrásainkkal, vagy hogyan reagálhatunk eredményesen egy esetleges természeti katasztrófára.
A hosszú idősorokban rögzített adatok sokasága arra is lehetőséget ad, hogy a jelenségek szabályszerűségeit felismerve a jövőre vonatkozó modelleket állítsunk fel, előrejelzéseket, becsléseket készítsünk. Így például megjósolható többek között a hurrikánok útvonala, a várható termésmennyiség, a szennyeződések terjedésének iránya, sebessége és még sok más jövőbeni trend vagy jelenség.
Mind a NASA Earth Observations, mind az Európai Űrügynökség (ESA) Copernicus programja komoly műholdflottát üzemeltet. Az elkészült űrfelvételek jelentős része szabadon felhasználható, így nemcsak globális vagy európai szintű, hanem egy-egy országot vagy szakterületet érintő kutatásokhoz is alapul szolgálhatnak. Ma már azt mondhatjuk, hogy az űrtávérzékelésből származó felvételek és az azokból kinyerhető adatok szinte közszolgáltatásként érhetők el, ugyanakkor azt is tudni kell, hogy a földfelszínre vonatkozó információk előállítása a képekből komoly kutatás-fejlesztési befektetést igényel.
A műholdakon elhelyezett érzékelők, szenzorok az emberi szem számára láthatatlan hullámtartományokban is képesek dolgozni. A rövid hullámhosszú ultraibolya tartományban készült felvételek például a légkör megfigyelésében használatosak, míg a közeli és középső infravörös tartományok a fotoszintetikus aktivitás vagy a víztartalom becsléséhez, vízfelületek elkülönítéséhez nagyon fontosak. A hosszú hullámhosszú infravörös tartományokat többek között hőtérképek készítésénél alkalmazzák. Bár a szemünk nem látja ezeket a tartományokat, a feldolgozó szoftverek segítségével létrehozhatunk olyan úgynevezett hamis színes képeket, amelyek számunkra is érzékelhetővé teszik az eredményeket.
A felsorolt optikai hullámhossztartományok mellett gyakran használják a mikrohullámú tartományt is felvételezésre – ezekkel dolgoznak például a radarműholdak szenzorai. Itt a hullámhossz centiméteres nagyságrendű is lehet, ami lehetővé teszi a radarok számára, hogy a felhőkön is átlássanak.
Nézzünk néhány konkrét példát a műholdfelvételek gyakorlati felhasználására: mit is láthatunk, mit is vizsgálhatunk az űrből?
A növényzet jelenlétét, típusát, fejlettségi és egészségi állapotát, vagy akár klorofill- és víztartalmát, sőt a tavak, tengerek és az óceánok algavirágzását is kutathatjuk az úgynevezett spektrális indexek segítségével, amelyek az űrfelvételek egyes pixelei hullámhossz-értékeiből egyszerű matematikai képletekkel számíthatók.
Az indexek idősorából a változások is jól követhetők: jó példa erre a NASA youtube videója, amely a földi bioszféra éves ciklikus változását mutatja be. Magyarország tekintetében a Terra műhold MODIS szenzora által 2017-ben készített képekből levezetett népszerű vegetációs index – az NDVI – változását követhetjük nyomon a NASA adatai alapján készült animáción, ahol a sötétzöld területek nagyobb biomasszatömeget és klorofilltartalmat jeleznek.
Hasonló vizsgálatokat a mikrohullámú tartományban rögzített felvételek segítségével is végezhetünk, bár ezeknél a mögöttes fizikai jelentés kevésbé ismert és egyértelmű, mint az optikai tartományban.
Űrfelvételekre alapozva, úgynevezett tematikus térképeket készíthetünk a felszínt borító vegetációról, vízfelületekről, a beépített területekről, a csupasz talajfelszínekről. Ilyen lehet például egy mezőgazdasági terület terménytérképe, vagy káresemények, természeti katasztrófák után az érintett területek lehatárolási térképe.
A változásokat is nyomon követhetjük az egyes időpontokra elkészített tematikus térképek összehasonlító elemzésével. Ma már léteznek azonban olyan algoritmusok is, amelyek képesek űrfelvétel-idősorokat egyben elemezni, és így képet adni például a tájszerkezet vagy a természetes növénytakaró változásairól, vagy a beépítettség mértékének alakulásáról. Az igen nagy felbontású (Very High Resolution, VHR) űrfelvételek lehetővé teszik a városi környezetek vizsgálatát is, ami napjainkban egy igen fontos feladat, hiszen az urbanizáció és annak hatásai az egyik leginkább fókuszban lévő kérdések közé tartoznak. Tematikus térképek készítéséhez kellő mennyiségű és minőségű referenciaadatra is szükség van a vizsgált területről, hogy az egyes lehatárolt foltokhoz a valós felszíni jelentéstartalmat hozzá lehessen rendelni.
A klímakutatásban és a meteorológiában kulcsfontosságúak az űrtávérzékeléssel gyűjtött adatok. A szárazföldek, a vizek felszínének, valamint a légkör különböző rétegeinek hőmérsékletét már több évtizede mérik a műholdak segítségével, akár nagyobb területekre vonatkozóan, akár például a városi hőszigetek léptékében. Az idősorok fontos szerepet töltenek be a hőmérsékleti anomáliák felderítésében is. Egy jó példa erre a Terra műhold MODIS szenzorának mérései alapján végzett vizsgálat, amely a szárazföldi területek 2019 decemberében észlelt hőmérséklet-anomáliáit mutatta meg a 2001–2010 közötti időszak átlagához viszonyítva.
Egy további felhasználási terület a légköri szennyező anyagok és aeroszolok mérése, amire számos műhold specializálódott. Idősoros elemzésekkel a légköri gázok koncentrációjának változása és a szennyezések terjedése is nyomon követhető. Példaként említhetjük a NASA vizsgálatát egy ausztráliai bozóttűz füstterjedéséről, vagy az ESA Copernicus programjának keretén belül végzett kutatást a légkör nitrogén-dioxid koncentrációjáról 2018 áprilisa és szeptembere között, melyet az alábbi ábra is szemléltet.
Az űrből a felszín topográfiáját is vizsgálhatjuk, domborzatmodelleket vagy 3D városmodelleket is készíthetünk. Erre a célra a radar- és az optikai felvételek egyaránt alkalmasak, ugyanakkor bizonyos típusú radarfelvételek segítségével az óceánfenék felszínmodellje is előállítható. A domborzatmodellezés területén fontos eredmény például az Endeavour űrrepülőgép által végzett radarinterferometriás mérések segítségével létrehozott SRTM modell, vagy a Terra műhold optikai érzékelőjével 2000 és 2009 között gyűjtött adatokból készült ASTER GDEM domborzatmodell, amely a sztereo-űrfelvételek automatizált fotogrammetriai kiértékelésével készült.
Bizonyos radarfelvételek arra is jók, hogy segítségükkel a felszín mozgásait követni tudjuk. Ilyen módon mérhetők az épületek mozgásai, a kéregmozgások, a vulkáni tevékenység okozta felszínmozgások, a földrengések, földcsuszamlások, a gleccserek elmozdulásai, a bányászati tevékenység következtében bekövetkező süllyedések, vagy például a jéghegyek mozgása, ami a hajózási navigációban nagyon fontos információ.
(Forrás: Copernicus data (2015) /ESA/DLR Microwaves and Radar Institute/INGV/e-GEOS/GFZ–SEOM INSARAP study)
Az űrtávérzékeléssel nyert információk segítik egyes, vizuális megerősítés nélkül nehezebben értelmezhető jelenségek megértését, modellezését is. Így például tanulmányozhatjuk a szélirányokat és -erősségeket az egész földgolyón. Egy másik jó példa a Föld gravitációs mezőjének, és a geoidnak a globális szemléltető modellje, amely a GOCE műhold 2009-es mérési adatainak felhasználásával készült el.
A Lechner Tudásközpont több szervezeti egysége – elsősorban a Távérzékelési Főosztály és a Kozmikus Geodéziai Osztály – napi szinten használ döntő többségében ingyenesen elérhető műholdfelvételeket szakmai feladatainak elvégzéséhez. Olyan térképi fedvényeket állítanak elő többek között a szabadon elérhető űrfelvételek segítségével, mint például az Ökoszisztéma alaptérkép, a Mezőgazdasági Kockázatkezelési Rendszerbe szolgáltatott aszálytérkép és belvíztérkép, vagy a Mezőgazdasági Parcella Azonosító Rendszerben szereplő állandó gyepterületek térképe. Illetve időnként a nagyvilág érdekes eseményeit is nyomon követik műhold felvételek segítségével. Ilyen megfigyeléseket végeztek például a már említett légköri szennyezés témakörében a tavaly nyári szibériai erdőtűzzel és Kína károsanyag-kibocsátásának a koronavírus-járvány által okozott visszaesésével kapcsolatban. Valamint szintén műholdképek segítségével követhettük nyomon a Tongából indult hatalmas vulkáni habkősziget útját is.
Hazánkban a Miniszterelnökség szakmai háttérintézményeként működő Lechner Tudásközpont foglalkozik a távérzékelési eljárásokkal gyűjtött földmegfigyelési adatok, többek között űrfelvételek közigazgatás-fejlesztési és támogatási célú feldolgozásával, kiértékelésével – együttműködve az Európai Űrügynökséghez kapcsolódó hazai feladatokat koordináló Külgazdasági és Külügyminisztériummal.
A Lechner Tudásközpont Távérzékelési Főosztálya az általa készített illusztrációkhoz az űrfelvételek megjelenítését és feldolgozását a Google Earth Engine (GEE) segítségével végezte. Gorelick et al., 2017.
A Lechner Tudásközpont a Miniszterelnökség építészeti, építésügyi, ingatlan-nyilvántartási és térinformatikai szakmai háttérintézménye, küldetése az épített környezethez és téradatokhoz kapcsolódó széles körű közszolgáltatásainak digitalizációja és társadalmasítása.
