APLICATII ALE TELEDETECTIEI SATELITARE

1 Date generale despre produsele de teledetectie

CELE MAI RASPANDITE PRODUSE

Unul din numeroasele avantaje ale teledetectiei numerice consta in faptul ca aceste inregistrari pot fi prelucrate, manipulate si imbogatite cu alte informatii prin intermediul calculatorului, cu scopul de a obtine noi produse.

Sunt prezentate in continuare cateva din cele mai raspandite produse obtinute pe baza teledetectiei satelitare. Multe dintre acestea pot fi obtinute direct de la distribuitorii de inregistrari satelitare. Se pot cumpara si inregistrari brute care pot fi prelucrate de firme de specialitate pentru a obtine produse cu caracteristici precizate de utilizator. A treia posibilitate ar fi prelucrarea de catre utilizator a inregistrarilor cu conditia ca acesta sa dispuna de un program de prelucrare a imaginilor.

HARTA OCUPARII SOLURILOR (Clutters)

Este probabil tipul cel mai raspandit de harta creata cu ajutorul imaginilor satelitare. Pe aceste harti tematice solurile sunt clasificate si reunite in categorii care prezinta acelesi tip de ocupare sau care au utilizare similara. Clasificarea poate fi generala (zone urbane, paduri, terenuri cultivate sau cursuri de apa) sau poate fi foarte specifica, diferentiind culturile de porumb, grau, soia si sfecla.

Reprezentarea parcelelor din categorii diferite se face de regula folosind culori diferite.

Fig. 11. Harta de ocupare a solului din zona San Francisco - California (Produs Land Class^TM) creata pe baza inregistrarilor SPOT.

Fig. 12 Vedere 3D a Chinei si a noilor teritorii, obtinuta cu ajutorul unei inregistrari stereoscopice SPOT

MODELUL NUMERIC AL TERENULUI (MNT)

Acest tip de date permite determinarea altitudinilor cu ajutorul masuratorilor efectuate prin procedee fotogrammetrice asupra unor cupluri stereoscopice formate din doua imagini diferite ale aceleiasi regiuni. MNT are o larga aplicare in modelarea 3D si in aplicatiile de simulare folosite in mod curent in amenajarea urbana, geologie si aeronautica.

COMBINARI ( FUZIUNI)

Cu ajutorul calculatorului pot fi combinate doua tipuri de imagini satelitare cu scopul de a crea un produs hibrid care sa pastreze caracteristicile cele mai avantajoase ale fiecaruia dintre cele doua tipuri de imagini sursa. Deseori se combina o inregistrare pancromatica de rezolutie mare, spre exemplu o inregistrare SPOT cu rezolutia de 10 m, cu o inregistrare multispectrala SPOT (20 m) sau LANDSAT (30 m). Se va obtine o imagine care va inmagazina continutul spectral al inregistrarii multibanda dar va beneficia in acelasi timp de bogatia de detalii oferita de rezolutia superioara a modului pancromatic. Satelitul SPOT 4 asigura inregistrarea la bord a datelor imagine cu rezolutii de 10 si 20 m pentru a facilita combinarea acestora.

ASAMBLAREA (MOZAICAREA)

Se intampla adesea ca zona de interes a utilizatorului sa depaseasca suprafata unei scene. In acest caz se comanda doua sau mai multe scene adiacente pe care furnizorul le va asambla cu ajutorul unor algoritmi informatici complecsi care dau posibilitatea racordarii perfecte a marginilor comune ale scenelor precum si a uniformizarii intensitatii culorilor pentru a obtine o baza de date transparenta si de mare intindere.

STUDII MULTITEMPORALE (DETECTAREA MODIFICARILOR)

Doua inregistrari satelitare ale aceleiasi zone, facute in momente diferite, se prelucreaza folosind algoritmi specializati si se obtine o imagine pe care sunt evidentiate modificarile aparute in intervalul dinntre momentele obtinerii celor doua inregistrari sursa. Calculatorul compara pixelii omologi din cele doua scene pentru a determina care pixel si-a schimbat intre timp valoarea. De regula zona cu modificari este evidentiata prin atribuirea unei anumite culori. Aceasta tehnica este folosita in mod curent pentru cartografierea automata a zonelor cu suprafata mare si identificarea diverselor infrastructuri aparute: constructii si sosele noi, dezvoltari urbane etc. Prin aceeasi metoda se pot identifica si modificarile radicale in utilizarea solurilor cum ar fi transformarea zonelor impadurite in terenuri agricole.

Nivele de corectare ⁽*

Inregistrarile de teledetectie pot fi corectate in scopul imbunatatirii calitatii imaginii precum si al maririi preciziei geometrice. Furnizorii de astfel de produse propun diferite optiuni de corectare. Pentru a putea alege optiunea cea mai potrivita, utilizatorul trebuie sa cunoasca nivelul de corectare de care are nevoie. Acest nivel depinde si de tipul de program de prelucrare a imaginilor disponibil.

Trebuie precizat ca termenii prezentati in continuare sunt termeni generici. Multi furnizori folosesc alte denumiri de aceea este necesar sa se ceara lamuriri in privinta semnificatiei denumirilor nivelelor de corectare pentru a se putea stabili corespondenta cu denumirile folosite mai jos.

Nivelul 1 A

Este nivelul de corectare elementar. Presupune corectii radiometrice si eliminarea erorilor introduse de senzor.

Nivelul 1 B

Se efectueaza reesantionarea inregistrarii. Se efectueaza corectii geometrice pentru eliminarea erorilor sistematice datorate rotatiei si curburii Pamantului, precum si a celor datorate inclinarii axei de vizare in cazul vizarii laterale.

Nivelul 2 A

La acest nivel inregistrarea este georeferentiata imbunatatindu-se geometria imaginii si localizarea. Restitutia imaginii se realizeaza fara folosirea punctelor cu coordonate cunoscute determinate la sol sau culese de pe harti topografice.

Nivelul 2 B

La acest nivel, corectiile geometrice se realizeaza folosind puncte de sprijin ale caror coordonate se extrag de pe harti topografice sau se determina in teren (prin campanii GPS, etc.).

Pentru majorotatea regiunilor din America de Nord si Europa, furnizorii dispun deja de puncte de sprijin cu coordonate cunoscute in vederea efectuarii georeferentierii. Pentru celelalte regiuni ale Globului coordonatele acestor puncte trebuie determinate.

Ortorectificarea

Ortorectificarea este un procedeu informatic ce permite suprimarea deformarilor orizontale si verticale ale imaginii. Acest procedeu amelioreaza considerabil calitatea si aplicabilitatea imaginii, care beneficiaza in aceste conditii de calitati identice celor ale unei harti.

Corectarea inregistrarilor de teledetectie reprezinta acel ansamblu de operatiuni in urma carora se incearca eliminarea erorilor datorate pozitiei si vitezei captorului, rotatiei pamantului, reliefului etc., cu scopul de a conferi inregistrarii calitati metrice cat mai bune.

Fig. 13. Hartile cu imagini ortorectificate sunt in general mai recente si mai precise decat alte tipuri de harti. Imagine SPOTView din Atlanta (Statele Unite), cu esantionare 10 m.

Adaugarea de noi elemente

Furnizorul foloseste algoritmi informatici pentru imbunatatirea calitatii imaginii si pentru evidentierea anumitor detalii. Aceste operatiuni sunt in special indreptate spre imbunatatirea contrastului local, valorile reflectantelor atribuite pixelilor fiind recalculate astfel incat sa acopere intreaga scara de gri. Procedeul este similar reglarii contrastului la televizor si permite evidentierea unor detalii care alfel s-ar pierde in zonele prea intunecate sau prea luminoase din jur.

Inregistrari din arhiva.

Teledetectia satelitara permite actualizarea aproape constanta a datelor. Trebuie totusi sa se tina cont de faptul ca si o inregistrare mai veche poseda o valoare intrinseca destul de mare. Imaginile satelitare obtinute anterior sunt arhivate si utilizate din plin pentru studii multitemporale. In cadrul acestor proiecte imaginile mai vechi sunt comparate cu imagini mai recente cu scopul de a identifica zonele care au suferit modificari de-a lungul timpului: ocuparea solului, zone locuite, parcelar agricol, zone construite, mlastini. In legatura cu imaginile de arhiva trebuie cunoscute urmatoarele elemente:

Costul.

Imaginile de arhiva sunt adeseori mai putin costisitoare decat cele noi, mai ales daca se cumpara o imagine cu un nivel de corectare minim.

Trebuie sa admitem ca o imagine veche de cativa ani ofera informatii mai precise decat hartile folosite in momentul de fata.

Disponibilitatea scenelor.

Marimea arhivei este importanta deoarece intr-o arhiva in care se gasesc milioane de scene este foarte probabil sa se gaseasca si cea de care utilizatorul are nevoie la un moment dat.

Acoperirea temporala.

Arhivele pastreaza scene care pot data chiar din ziua lansarii satelitului respectiv. Acest lucru inseamna ca pentru o anumita zona sunt disponibile numeroase scene dintre care poate fi aleasa cea dintr-un an sau dintr-un anotimp anume.

Disponibilitatea formatelor.

Anumite inregistrari satelitare sunt acum oferite in formate diferite de cele care existau cu cativa ani in urma. Asigurativa ca o scena veche este disponibila intr-un format care poate fi utilizat si in prezent.

Acoperirea globala.

Arhivele pot fi limitate in privinta zonelor geografice acoperite. Regiunile bine cartografiate precum America de Nord si Europa figureaza probabil in arhive. In schimb anumite regiuni pot lipsi. Daca zona de interes se situeaza in afara celor foarte cunoscute, este foarte posibil ca ea sa nu se gaseasca nici in arhiva.

Consultarea.

Numerosi operatori de teledetectie poseda acum arhive care pot fi consultate pe INTERNET. Cautarea poate fi restransa folosind drept criterii zona geografica, perioada sau acoperirea cu nori. Numeroase motoare de cautare permit chiar previzualizarea scenei inainte de a fi cumparata. Daca aceasta se dovedeste corespunzatoare se poate da comanda on -line. In scurt timp se va putea plati si descarca imaginea completa prin Internet.

Programe pentru explotarea inregistrarilor

Cu toate ca prin simpla interpretare vizuala a imaginilor satelitare se poate obtine o cantitate importanta de informatii, programele specializate reprezinta un ajutor pretios. Motivul este simplu: o imagine satelitara standard prezinta 256 nuante de culori, iar ochiul uman nu percepe decat 32, lasand astfel deoparte numeroase informatii potentiale.

Numeroase programe permit astazi imbunatatirea, analizarea, interpretarea si extragerea de informatii semnificative, folosind inregistrarile numerice de teledetectie. Daca inainte erau mai costisitoare si mai complicate, astazi, cea mai mare parte a programelor comerciale sunt abordabile functionand pe calculatoare standard si nu necesita decat o pregatire minima pentru a le utiliza. In afara de acestea, numeroase programe dispun acum de algoritmi si de module specifice, adaptate special pentru exploatarea datelor, utilizate in mod obisnuit in anumite sectoare: industria miniera, silvicultura, planificare urbana, etc.

Cele patru tipuri principale de programe utilizate sunt urmatoarele:

Afisarea imaginii raster.

Acest tip de program este utilizat mai ales pentru afisarea si imbunatatirea calitatii desenelor si imaginilor raster. Aceste programe sunt deseori utilizate pentru ameliorarea calitatii fotografiilor scanate, dar ofera posibilitati suficiente si pentru imbunatatirea contrastului unei imagini satelitare, in scopul unei interpretari vizuale. Aceste programe sunt disponibile la orice furnizor de programe.

Cartografie automata

Acest tip de programe a fost dezvoltat pentru a crea harti care sa cuprinda informatii despre zone in care se desfasoara anumite activitati, despre mediul inconjurator, informatii care in lipsa acestor aplicatii ar fi trebuit prezentate separat, in tabele. Programul de cartografiere ofera functii simple de imbunatatire a calitatii grafice a imaginilor satelitare si dau posibilitatea ca peste imagine sa se suprapuna cu precizie alte date cum ar fi reteaua de transport sau cifrele rezultate in urma unui recensamant. Astfel pot fi prezentate numeroase date in cadrul unei perspective geografice precise.

Sisteme de prelucrare a imaginii.

Programele comerciale de prelucrare a imaginii au devenit extrem de puternice si foarte usor de utilizat. Ele permit imbunatatiri complexe ale imaginii putand scoate in evidenta caracteristicile semnificative pentru beneficiar.

Cea mai utila aplicatie a acestor programe este probabil aceea de a cerceta o imagine si de a o imparti in regiuni care au o acoperire sau o ocupatie a solului similare - functie numita clasificare. Numeroase programe de prelucrare a imaginii dau posibilitatea combinarii unei inregistrari satelitare cu alta inregistrare, cu fotografii aeriene, inregistrari RAS, cu date geofizice (aeromagnetice, seismice, geochimice) precum si cu date vectoriale (retea rutiera, planuri parcelare, date demografice, etc.).

Sisteme informationale geografice

SIG permite utilizatorului sa suprapuna numeroase tipuri de date provenite din surse spatiale (raster) si traditionale (vector) pentru identificarea, vizualizarea si analizarea relatiilor dintre acestea.

Intr-un SIG, o imagine satelitara are deseori un rol dublu. Ea constituie mai intai o referinta cartografica ideala pe care se suprapun toate celelalte straturi intr-o perspectiva geografica. In al doilea rand imaginea satelitara este folosita pentru a integra in SIG caracteristicile terenului si obiectivele care pot fi localizate si identificate pe imagine.

Aplicatii ale teledetectiei satelitare.

Teledetectia satelitara ofera informatii pretioase pentru mii de agenti economici activand in sute de sectoare de activitate din lumea intreaga. Ar fi imposibil de inventariat toate tipurile de proiecte si de si de utilizari in care teledetectia isi gaseste finalitatea. Se poate preciza totusi ca marea majoritate a proiectelor care utilizeata teledetectia satelitara implica, intr-o anumita masura, una sau alta din urmatoarele aplicatii:

CARTOGRAFIE

Imaginile satelitare sunt utilizate in mod curent pentru a identifica, localiza si cartografia obiecte si caracteristici situate la sol. Daca ne referim la SIG, apare frecvent necesitatea adaugarii de noi straturi de informatii. Marimea obiectelor cartografiate depinde de rezolutia inregistrarii, produsele de teledetectie fiind utilizate pentru cartografierea unei mari diversitati de aspecte, plecand de la structuri geologice, retele rutiere si terminand cu constructii si statii de autobuz. Intocmirea hartilor folosind aceste imagini este mult mai putin costisitoare si se realizeaza mai repede decat in varianta in care o echipa ar trebui sa lucreze la teren pentru a le elabora. Aplicatiile cartografice sunt foarte mult utilizate de catre cartografi, geologi, proiectanti de infrastructuri rutiere, realizatorii proiectelor de urbanism si de inginerii din serviciile publice.

REPREZENTAREA CATEGORIILOR DE OCUPARE A SOLULUI

Acesta este un tip de cartorafiere pentru care teledetectia multispectrala se dovedeste foarte performanta si care se poate realiza cu un sistem simplu de prelucrare a imaginilor utilizand functii de clasificare. In cazul acestui procedeu, imaginea este impartita in zone cu aceeasi categorie de ocupare a solului, cum ar fi paduri, terenuri agricole, suprafete acvatice, complexe urbane. Clasificarea poate fi foarte amanuntita mergand pana la diferentierea terenurilor agricole in functie de tipul de cultura. Rezultatul clasificarii este deseori prezentat in diferite culori astfel incat fiecare tip de acoperire sa apara in aceeasi culoare pe tot cuprinsul imaginii. Trebuie amintit ca operatiunea de clasificare nu face altceva decat sa regrupeze pixelii cu valori similare, identificarea tipului de ocupare a solului facandu-se de catre utilizator, pe baza unor informatii suplimentare.

Punctarea este o varianta a procesului de clasificare prin care utilizatorul indica pe imagine locul in care se stie ca exista, spre exemplu, o plantatie de pini sau un lan de grau, urmand ca sistemul de prelucrare a imaginii sa gaseasca toate celelalte plantatii de pin sau lanuri de grau. Cartografierea ocuparii solului este o aplicatie foarte solicitata de catre specialistii din telecomunicatii, din silvicultura, din agricultura, de catre responsabilii cu protectia mediului cei cu amenajarea teritoriului si de catre multe alte organisme oficiale.

Fig. 16. Harta cu ocuparea solului creata pe baza inregistrarilor de teledetectie, folosita pentru un studiu de propagare in cadrul unei retele de RF, la Seul (Coreea de Sud). Realizator ISTAR

REPREZENTAREA CATEGORIILOR DE FOLOSINTA A TERENULUI

Aceasta este o varianta a cartografierii ocuparii solului. Foloseste aceleasi tehnici de clasificare si de punctare pentru impartirea imaginii in suprafete care au o utilizare asemanatoare. Categoriile cele mai des intalnite sunt terenuri arabile, complexe urbane, instalatii industriale, zone comerciale si zone centrale in orase. Daca se folosesc inregistrari de inalta rezolutie, aceste categorii pot fi subdivizate in functie de densitatea habitatului si a cladirilor. Cartografierea categoriilor de folosinta prezinta interes pentru o mare parte din specialistii care se ocupa de cartografierea ocuparii solului precum si pentru edili, urbanisti, proiectantii din constructii si agentii de asigurari.

Fig. 17. Teledetectia este deseori utilizata pentru actualizarea si corectarea reprezentarii retelelor rutiere. Bee Ridge (Florida) cu fond imagine SPOT.

STUDII MULTITEMPORALE

Aceasta este o alta aplicatie din categoria celor care pot fi asigurate de catre orice tip de sistem de prelucrare numerica a imaginilor. E nevoie de doua inregistrari satelitare ale aceleiasi zone geografice, facute in momente diferite. Dupa 'suprapunerea' imaginilor, sistemul compara valorile pixelilor omologi din cele doua imagini si ii evidentiaza pe cei care si-au schimbat valoarea, indicand astfel schimbarile intervenite la sol in intervalul de timp scurs intre efectuarea celor doua inregistrari. Pentru a usura interpreterea vizuala, toate schimbarile identificate in imaginea mai recenta sunt evidentiate printr-o culoare contrastanta. Pentru a determina exact natura schimbarii este necesara examinarea de catre utilizator a inregistrarii sau o recunoastere la teren. Aceasta tehnica este utilizata mai ales de catre specialistii in protectia mediului pentru a studia impactul despaduririlor precum si de catre specialistii in urbanism si amenajarea teritoriului pentru a determina schema de extindere a oraselor.

REPREZENTAREA DETERMINARILOR GPS

Determinarile GPS sunt astazi o metoda preferata in realizarea a numeroase studii si multi utilizatori prefera sa localizeze punctele GPS direct pe imagini satelitare. Aceasta da posibilitatea obtinerii unei perspective cartografice vii preferabila unei simple inlantuiri de puncte. Reprezentarea determinarilor GPS se bucura de un succes crescand in agricultura si urbanism, in special in aplicatiile care folosesc atat coordonate in plan cat si cote.

ACTUALIZAREA PRODUSELOR VECTORIALE

Inregistrarile satelitare recente sunt privite ca harti ideale datorita gradului lor de actualitate si capacitatii de a reprezenta caracteristicile la nivelul solului intr-o perspectiva fotografica. Programele de prelucrare a imaginilor si SIG-urile dau posibilitatea utilizatorilor sa suprapuna peste o imagine satelitara o harta scanata sau vectorizata cu scopul de a stabili gradul de concordanta a hartii cu terenul. Astfel, pe imagine apar traseele noilor sosele iar utilizatorul poate trasa manual vectorii corespunzatori sau poate adauga icoane cu ajutorul carora sa evidentieze modificarile aparute. Industria cartografica utilizeaza din ce in ce mai mult aceasta alternativa care se dovedeste mult mai economica pentru actualizarea hartii decat trimiterea in teren a unor echipe de tehnicieni.

MODELAREA 3D

Cu ajutorul unui program de prelucrare a imaginilor sau a unui SIG, peste modelul numeric al terenului poate fi suprapusa scena cu imaginea acelei zone creind astfel o imagine in relief. Anumite programe dispun de functii de vizualizare care dau posibilitatea explorarii scenei intr-o maniera foarte realista: se poate stabili un punct de plecare situat deasupra sau sub imagine si se incepe navigarea scenei in 3D observandu-se relieful, masivele muntoase si alte caracteristici ale terenului. Modelarea 3D, mai ales daca e insotita de facilitati de survol si deplasare in cuprinsul scenei, are nevoie de un calculator puternic cu suficienta memorie disponibila. Aceasta aplicatie este frecvent utilizata de catre specialistii din silvicultura pentru planificarea taierilor, de catre pilotii militari pentru antrenament in efectuarea unei misiuni aeriene, de catre geologi pentru analiza structurala aprofundata sau de catre specialistii care lucreaza in urbanism.

Fig. 18 Harta structurala 3D a bazinului Elbru (Spania) creata cu ajutorul unei inregistrari stereo SPOT. Realizator ISTAR.