Dálkový průzkum je nezbytným nástrojem pro hodnocení rizika vzniku propadlin a jejich monitorování, zvláště v kontextu operativní reakce na potenciální katastrofy. Jeho aplikace však čelí několika významným výzvám, které jsou spojeny s prostorovým a časovým rozlišením snímků. Jedním z hlavních problémů je schopnost detekovat malé propadliny a zachytit rychlé změny, které mohou předcházet jejich vzniku.

Detekce pohybu, který naznačuje blížící se kolaps, je extrémně obtížná, pokud tento pohyb předchází samotné zřícení jen o několik sekund nebo dnů. Problémem je, že bez předchozího povědomí o riziku v dané oblasti nemusí být přístroje na dálkový průzkum naprogramovány tak, aby tuto oblast pravidelně snímaly. V případě satelitních přístrojů, které snímají dané místo pravidelně, musí se pokles půdy vyskytovat po dobu delší než obvykle trvající časový interval opakování oběžné dráhy, aby byl detekován. Kromě toho musí být změna terénu dostatečně výrazná, aby ji přístroj dokázal zaznamenat, a to jak v horizontálním rozlišení, tak v citlivosti na vertikální změny.

Pro zlepšení včasného varování před katastrofickými kolapsy by se mohl uplatnit systém včasného varování, který by detekoval zrychlující se pohyby země. Takový systém by mohl snížit zpoždění mezi pořízením snímků a jejich použitím, což by znamenalo, že informace o blížícím se kolapsu by mohly být k dispozici dříve, než dojde k nehodě. Použití konstelace různých přístrojů by mohlo výrazně snížit čas mezi jednotlivými snímky dané oblasti, čímž by se urychlil proces vyhodnocování a identifikace rizika. S rostoucím počtem přístrojů, které snímají rozsáhlé oblasti, by se tak problém časového zpoždění mohl minimalizovat, což by vedlo k efektivnějšímu rozvoji systémů včasného varování.

Dalším problémem je rozlišení malých propadlin pomocí družicového radarového snímání (SAR). Přestože přístroje s rozlišením 1 m mohou detekovat pohyby v terénu, jejich schopnost identifikovat velmi malé propadliny je omezená, protože v praxi není signál pohybu v jednotlivém pixelu dostatečně výrazný. Navíc struktury, jako jsou budovy, mohou skrývat samotné propadliny, čímž se ztíží jejich detekce. I v případě, že struktura kvůli propadlině pohybuje, není tento pohyb vždy dostatečně jednoznačným důkazem vzniku propadliny, protože strukturální deformace mohou být způsobeny i jinými faktory. Přesto byly identifikovány případy, kdy se deformace struktur týkaly propadlin po jejich zřícení, což ukazuje, že hodnocení rizika a včasné varování jsou i v těchto oblastech možné.

Je rovněž třeba zohlednit rozsah monitorovaných oblastí. Například i když může být stát, jako je Florida, monitorován několika snímky satelitu Sentinel-1, rozsah monitorování je ve skutečnosti mnohem širší, když jde o terénní změny na arktických oblastech. V takových oblastech, kde se nachází rozsáhlé termokarsty, je monitorování nebezpečí mnohem složitější, neboť vyžaduje více snímků, jejichž zpracování, hodnocení a ověření si žádá více času.

V oblastech s vegetací mohou propadliny zůstat skryté v optických a infračervených snímcích, ale i v některých lidarových a radarových snímkách. Lidar totiž měří pouze holý terén, zatímco InSAR je náchylný k dekorelaci v oblastech se změnami pokryvu krajiny nebo vlhkosti půdy. Takové změny jsou typické právě pro oblasti, kde vznikají propadliny. V neposlední řadě, pokud k subsidenci dochází velmi pomalu, mohou být malé pohyby země detekovány až po delším čase, což ztěžuje jejich včasné odhalení.

Dálkový průzkum je efektivní nejen pro identifikaci a mapování propadlin, ale i pro sledování jejich vývoje. V prvním případě se hledají známky minulých nebo současných aktivit propadlin, které mohou být identifikovány už z jednoho snímku. Ve druhém případě se naopak kontinuálně monitoruje známé rizikové místo, aby bylo možné sledovat změny v geometrii propadliny, její nadmořské výšce, tvaru prohlubně, vlhkosti půdy, vzorcích proudění povrchových vod a dalších indikátorech. Výzkumy ukazují, že propadliny lze identifikovat z vesmíru pomocí různých satelitních přístrojů, a to dokonce i těch, které dokážou detekovat aktivně deformující se propadliny.

Dálkové snímání nabízí několik výhod oproti klasickým terénním měřením, přičemž mezi nejvýznamnější patří široké prostorové pokrytí a spolehlivý interval opakování snímků. Tato metoda zároveň snižuje náklady a potřebu pracovní síly, což znamená i zvýšení počtu měření, která lze provést.

Nejčastěji používanou metodou pro detekci a mapování propadlin je laserová altimetrie, zejména pomocí leteckého lidarového snímání, které bylo poprvé použito na počátku 21. století. Lidar umožňuje detekci propadlin s vysokým rozlišením a nízkým šumem, přičemž je efektivní i pro analýzu povrchové topografie v oblastech s vegetací. I když počáteční studie ukázaly některé limity této metody při mapování větších oblastí, její aplikace dnes poskytuje vyšší přesnost a prostorové rozlišení než dřívější metody. S využitím lidaru a dalších technologií, jako je fotogrammetrie, radarová altimetrie nebo digitální modely terénu (DEM), se možnosti detekce propadlin výrazně zlepšily.

Jak funguje GPS a co je potřeba vědět o jeho fungování a přesnosti?

GPS je globální navigační systém, který sestává z minimálně 24 satelitů rozmístěných na šesti dráhách kolem Země ve výšce přibližně 20 350 km. Každá z těchto drah je nakloněná o 55 stupňů vůči rovníku, což umožňuje satelitům pravidelně opakovat své pozemní projekce přibližně každých 11 hodin a 58 minut. Takové uspořádání zajišťuje, že na libovolném místě na zemském povrchu bude minimálně čtyři satelity vždy viditelné, což je základní podmínka pro určení přesné polohy. Větší počet satelitů, než je minimálních 24, slouží k posílení spolehlivosti a redundanci systému.

Satelity vysílají signály na dvou hlavních frekvencích: L1 na 1575,42 MHz a L2 na 1227,60 MHz. Tyto signály jsou založeny na nosných vlnách, které generuje vysoce přesný atomový hodinový systém na palubě satelitů, pracující na frekvenci 10,23 MHz. Základní civilní signál je vysílán na frekvenci L1 jako tzv. C/A signál (Coarse/Acquisition), který poskytuje přesnost v řádu několika metrů, vhodnou pro většinu civilních aplikací. Pro mnohem přesnější měření je možné využít sledování fáze nosné vlny na obou frekvencích L1 a L2, což umožňuje dosahovat přesnosti na milimetry u statických aplikací.

S rozvojem technologie dochází k postupné modernizaci GPS soustavy. Nové satelity nabízejí další signály, například L2C, což je civilní, nezašifrovaný signál s vyšším poměrem signálu k šumu než původní C/A signál. Tento signál je však stále v preoperační fázi a jeho dostupnost na všech satelitech ještě není zcela dosažena. Dvojí civilní signály na frekvencích L1 a L2 umožní eliminovat vliv ionosférických zpoždění bez nutnosti řešit fázi nosné vlny, což výrazně zlepší přesnost polohování u spotřebitelských přijímačů, jakmile se jejich cena sníží. Navíc je zaveden signál na frekvenci L5 (1176,45 MHz), který je vysílán ve frekvenčním pásmu chráněném pro bezpečnostní účely. Tento signál poskytne další silný civilní kanál, vhodný pro kritické aplikace jako letecká navigace.

Základním principem GNSS (Global Navigation Satellite System) je měření vzdáleností mezi přijímačem a několika satelity. Pomocí těchto vzdáleností systém vypočítá přesnou polohu přijímače jako průsečík kulových povrchů, jejichž poloměry odpovídají naměřeným vzdálenostem. Jelikož přijímač nemá tak přesný čas jako satelitní hodiny, je zapotřebí měřit alespoň čtyři satelity: tři pro prostorové souřadnice a jeden pro korekci času přijímače.

Pro správné fungování a interpretaci těchto měření je nezbytné znát referenční souřadnicové systémy. Dva základní jsou: Earth-Centered Space-Fixed (ECSF), kde jsou souřadnice vázány vůči hvězdám a Slunci, a Earth-Centered Earth-Fixed (ECEF), který rotuje spolu se Zemí, takže pozice uživatele jsou v tomto systému statické. ECEF systém je základní pro praktické užití GPS, protože přesně odráží pozici na zemském povrchu. Tyto souřadnice jsou definovány a aktualizovány pomocí globálních referenčních rámců, jako je WGS84 nebo ITRF, které zohledňují například pohyb tektonických desek či jiné dynamické změny Země.

Dále je důležité pochopit, že výškové hodnoty udávané GPS jsou vztaženy k referenčnímu elipsoidu, což je matematický model hladkého zploštělého tvaru Země. Tento model však neodpovídá skutečné geoidální hladině moře, která je ovlivněna gravitačním polem Země a jeho prostorovými variacemi. Proto se pro přesné aplikace vyžaduje převod mezi elipsoidální výškou a ortometrickou výškou, která odpovídá skutečné hladině moře a je relevantní například pro inženýrské projekty.

Signály GNSS procházejí ionosférou a troposférou, což způsobuje časové zpoždění a zkreslení. Navíc dochází k odrazům signálů od zemského povrchu, budov a jiných překážek, což vytváří multipath efekty a další chyby. Komplexní modelování a korekce těchto jevů jsou nezbytné pro dosažení vysoké přesnosti polohování.

Precizní časování satelitů, modernizace signálů a schopnost využít více frekvencí současně umožňují postupný růst přesnosti GPS a dalších GNSS systémů. To otevírá možnosti využití nejen v běžných navigačních aplikacích, ale i v náročných vědeckých, vojenských či průmyslových oborech, kde je přesnost a spolehlivost klíčová.

Je nezbytné si uvědomit, že GNSS není samostatný systém – úspěch jeho použití závisí na správném zpracování signálů, korekcích ionosférických a troposférických chyb, dostupnosti více frekvencí a kvalitě referenčních rámců. Pouze komplexní přístup k těmto aspektům zajistí spolehlivost a přesnost polohování, která je dnes standardem.

Kdo zaplatí za chybu v tom okamžiku?
Jak rozlišit perzistentní melanocytární névus a perzistentní maligní melanom?
Jak využít komplexní potenciály pro zjednodušení rovnic v gravitačních a elektromagnetických polích?
Jak se pohybují roboti: Kinematika, dynamika a transformace souřadnic
Jak navrhovat systémy pro vysoké, supervysoké a megavysoké budovy?
Jak poznat, že je opravdu v pořádku?