Dataverwerving
Bijkomende gegevens
Geodesie
Geodesie is de wetenschap die de vorm en de dimensie van de Aarde beschrijft.
De vorm van de Aarde is te wijten aan verschillende krachten. Op planetaire schaal zijn de zwaartekracht en de centrifugale kracht de belangrijkste.
De resultante van deze twee krachten geeft richting aan het schietlood op een bepaald punt op Aarde. Dit is de lokale loodlijn. Een continue oppervlakte die voor elk punt op aarde loodrecht staat op de lokale loodlijn is een equipotentiaalvlak. Eén speciaal equipotentiaalvlak is de geoïde. Het vlak van de geoïde komt overeen met het gemiddelde zeeniveau, dat onder de landoppervlakten doorgetrokken wordt. Deze geoïde verschilt van het reële aardoppervlak, aangezien deze door verschillende geodynamische factoren gemodelleerd werd.
Om de positie op de Aarde te kunnen beschrijven, heeft de mens een eenvoudig oppervlak nodig, dat hij wiskundig kan beschrijven. Sedert de 18e eeuw bestaan er metingen die bewijzen dat de Aarde niet op een bol lijkt, maar aan de polen afgeplat is.
De geschikte wiskundige beschrijving is een omwentelingsellipsoïde. Een omwentelingsellipsoïde wordt gevormd door een ellips rond één van zijn assen te draaien. Met een formule van de ellips en de rotatieas beschrijft men de ellipsoïde. De rotatieas van de ellipsoïde van de Aarde is de kleine as van een ellips waarvan de dimensies vastgelegd werden in internationale congressen. Dankzij de technologische vooruitgang kan men deze dimensies steeds beter bepalen.
In functie van het land of van het continent waarin men werkt, kiest men een geodetisch datum zodat de afwijking met de geoïde in de beschouwde regio zo klein mogelijk is. Er zijn veel verschillende geodetische datums en hun centrum valt niet samen met het massacentrum van de Aarde.
Met de ontwikkeling van de ruimtemetingen werd het noodzakelijk wereldwijde geocentrische referentiesystemen te bepalen. Het meest gebruikte systeem is WGS84 (World Geodetic System 1984). Dit is het referentiesysteem voor GPS (Global Positioning System).
Als men het datum eenmaal bepaald heeft, kan men een punt op de aardoppervlakte op twee manieren beschrijven: ofwel met de geocentrische cartesiaanse coördinaten, ofwel met geografische coördinaten.
Cartografen en zeelieden lokaliseren een punt al lang met behulp van geografische coördinaten, uitgedrukt in lengte- en breedtegraden λ en φ.
De lengtegraad λ is de hoek tussen het vlak doorheen de plaatselijke meridiaan en het vlak doorheen de meridiaan van Greenwich. Lengtegraden worden vanaf de meridiaan van Greenwich geteld, positief naar het oosten en negatief naar het westen.
De breedtegraad φ van een punt is de hoek tussen de plaatselijke loodlijn met het vlak van de evenaar. Breedtegraden worden vanaf de evenaar geteld, positief naar het noorden en negatief naar het zuiden.
Met de lengte- en breedtegraad kan men elk punt op de ellipsoïde bepalen. Om een willekeurig punt te situeren, moet men ook zijn plaats met een derde parameter bepalen: de ellipsoïdale hoogte h.
Men kan de plaats van een punt ook beschrijven met de cartesiaanse geocentrische coördinaten. Een dergelijk systeem legt de punten volgens X, Y en Z vast, met als oorsprong het middelpunt van de ellipsoïde.
Cartografie
De kaart is een vlakke weergave van de aardoppervlakte.
Aangezien het onmogelijk is een ellipsoïde in een vlak weer te geven, moet men de punten op de ellipsoïde naar dit vlak transformeren met een projectie. De punten van de ellipsoïde in lengte- en breedtegraden λ en φ worden omgezet in x- en y-punten van het vlak van de kaart.
x = f (λ ,φ)
y = g (λ ,φ)
Door deze transformatie worden er een aantal zaken vervormd. Talrijke projectiesystemen zijn al uitgeprobeerd. Een projectie kan conform, equivalent of willekeurig zijn.
Een conforme projectie behoudt de oorspronkelijke waarden van de hoeken. Een equivalente projectie behoudt de oppervlakteverhoudingen tussen de ellipsoïde en het vlak. De transformatie kan niet tegelijk conform en equivalent zijn. Projecties die noch conform, noch equivalent zijn worden willekeurig genoemd. Hieronder onderscheidt men de equidistante projecties, die de schaal in één richting behouden.
Voor sommige transformaties van coördinaten van de ellipsoïde naar het vlak gebruikt men evolvente (uitklapbare) oppervlakten. Onder deze transformaties onderscheidt men cilindrische, conische en azimutprojecties, naargelang de evolvente oppervlakte een cilinder, een kegel of een vlak vormt. Deze evolvente oppervlakten kunnen raak- of snijvlakken zijn van de ellipsoïde en kunnen verschillende zijvlakken hebben. Men onderscheidt rechtstreekse (of normale), dwarse en scheve vlakken. Er bestaat bovendien een onbeperkt aantal manieren om een punt van de ellipsoïde op de evolvente oppervlakte te projecteren.
GPS
Om te begrijpen hoe de gegevens geleverd door het GPS te gebruiken is enig elementair begrip van geodesie en van cartografie noodzakelijk.
Het GPS (Global Positioning System) is een satellietlocalisatiesysteem uitgewerkt door het DoD (Department of Defense) en het DMA (Defense Mapping Agency) van de Verenigde Staten. Met dit systeem kan men dag en nacht de geografische gegevens van een punt op Aarde bepalen.
Het systeem bestaat uit een netwerk van 24 satellieten in een baan op 20.000 km hoogte in 6 verschillende orbitale vlakken. Elke satelliet zendt drie codes uit: een informatiecode en twee pseudo-willekeurige codes. De eerste code stuurt technische informatie over de werking van de satelliet naar de Aarde (berekende positie van de satelliet ten opzichte van vaste grondstations, controleparameters voor atoomklokken,…). De twee pseudo-willekeurige codes, de C/A-code (COARSE/Acquisition code) en de P-code (Precision code) worden gebruikt voor de positieberekening.
Dit gebeurt door een driehoeksmeting ten opzichte van de posities van de satellieten met behulp van een GPS-ontvanger. De gebruiker van de ontvanger meet het tijdsinterval tussen de uitzending van het signaal door de satelliet en de ontvangst van het signaal. Hiermee kan men de pseudo-afstand berekenen tussen de waarnemer en de satelliet. Theoretisch zou de pseudo-afstand tussen de ontvanger en drie satellieten en de precieze positie van elke satelliet volstaan om de plaats van de ontvanger te berekenen met de driehoeksberekening, in geocentrische coördinaten (X, Y, Z) of in geografische coördinaten (j, l, h). Aangezien de ontvanger echter niet dezelfde precisie heeft als atoomklokken waarmee elke satelliet is uitgerust, moet men een correctie aanbrengen. Men heeft dus een waarneming nodig van een vierde satelliet om de vierde onbekende op te lossen, namelijk de fout van de klok van de ontvanger.
De effectieve golflengte van de P-code is veel kleiner (orde van 30m) dan de golflengte van de C/A-code (300m). Het spreekt dus vanzelf dat de P-code, zoals zijn naam al aangeeft, veel preciezere informatie geeft. Deze is cryptografisch gecodeerd zodat alleen het leger hem kan gebruiken. Men noemt deze informatiebewerking SA of Selectieve Availability. Burgers kunnen dus niet beschikken over de volledige informatie om hun positie te berekenen.
Aangezien het mogelijk is een meting uit te voeren met een fractie van de golflengte, kan men met de pseudo-afstandmethode een precisie nastreven die hoger ligt dan 10 m voor de militaire toepassingen en 100 m voor de civiele toepassingen.
Voor de wetenschappelijke toepassingen en landmetingen is deze precisie (zelfs van de P-code) onvoldoende. Men heeft daarom een ander gebruikssysteem ontwikkeld van het GPS, maar de technische specificaties hiervan hier vermelden, zou ons te ver leiden.
Supplementaire gegevens
Bij gebruik van teledetectiegegevens worden dikwijls ook andere gegevens, referentiegegevens, geraadpleegd. Dergelijke gegevens kunnen we halen uit verschillende bronnen (luchtfoto's, thematische kaarten, veldmetingen,…) en kunnen in uiteenlopende vormen voorhanden zijn (kaarten, grafieken,…).
Ze leveren aanvullende informatie bij de analyse van teledetetectiegegevens of worden gebruikt om na te gaan of de teledetectiegegevens juist geïnterpreteerd zijn. Ook kan men er de sensoren mee kalibreren.
Wil men ze combineren met teledetectiegegevens dan moeten ze gegeocodeerd zijn, dit wil zeggen dat de gegevens een precieze plaats in de ruimte toegewezen moeten krijgen. In het geval van kaarten kan men in een coördinatensysteem de plaats aflezen. Bij luchtfoto's moet men de gegevens zo nodig herprojecteren. Bij veldwaarnemingen worden de coördinaten van de meetpunten ofwel afgelezen op een kaart of orthofoto, ofwel vastgelegd met behulp van een GPS (Global Positioning System).
