Elemente de teledetectie aplicate in geografie

DESPRE CARTE

In studiul geografiei, se remarca o serie de discipline ce sunt menite sa asigure pregatirea studentilor pentru cercetare si utilizarea mijloacelor de cercetare in vederea obtinerii de informatii si rezultate. In ultimele decenii se observa ascensiunea teledetectiei, in studiile si cercetarile geografice, pusa tot mai mult in evidenta de catre dezvoltarea mijloacelor si programelor informatice si punerea lor in slujba invatamantului.

Pentru geografie teledetectia este, alaturi de cele spuse mai sus, totodata si o disciplina de studiu menita sa prezinte principiile si metodele specifice acestui domeniu, considerat mai degraba tehnic, cu rol de observare de la distanta asupra elementelor mediului geografic.

Prezenta lucrare prin titlul sau „Elemente de teledetectie aplicate in geografie”, aflat in concordanta cu continutul, isi propune sa prezinte o varianta aplicata a teledetectiei, dedicata tocmai domeniului geografic. Cum insasi geografia se poate studia in cadrul unor specializari precum sunt: mediu, planificare, meteorologie – hidrologie, cartografie si turism, ori geografia propriu zisa, iar obiectul de studiu are o complexitate deosebita si mai ales o desfasurare spatiala si o dinamica temporala, putem spune ca teledetectia aduce posibilitati de explorare prin produsele sale, de tipul imaginilor, pentru toate acestea, constituindu-se astfel o directie a sa, pe care o putem intitula chiar teledetectie geografica.

In continutul lucrarii, teledetectia este definita si prezentata prin domeniul sau de preocupare, atat de ansamblu cat si din punctul de vedere al aportului pe care il aduce geografiei, ramurilor sale si specializarilor de profil. Capitolele lucrarii sunt axate pe studiul ramurilor de baza pe care le are teledetectia, iar pentru fiecare dintre acestea sunt scoase in evidenta punctele de interes geografic, fiind aduse exemple de analiza asupra unor procese si fenomene, precum si momente sau proiecte destinate cercetarii domeniului terestru, la fel si din spatiul Universului.

Cartea aceasta reprezinta un suport de curs, pentru introducerea in domeniul teledetectiei, adresata studentilor geografi de la nivelul de licenta. Desigur ca punerea in tema, cu notiunile de teledetectie, poate fi facuta in orice etapa a activitatii profesionale, mai ales atunci cand, prin proiectele urmate, suntem pusi in contact cu imaginile de teledetectie si mai ales cu exploatarea acestora. Desi este o lucrare scrisa intr-un format accesibil, pentru intelegerea continutului sunt necesare cunostinte de profil sau studii efectuate in paralel, legate de cartografie, informatica, dar si alte discipline din categoria celor fundamentale pentru geografie. Cartea este rezultatul unei activitati indelungate, legate de pregatire si predare, ea se bazeaza pe o intensa documentare, iar toate acestea au condus la o autenticitate a continutului, acesta fiind dirijat, pe parcursul capitolelor, catre sfera geografiei, inclusiv prin imbinarea termenilor geografici cu cei de teledetectie.

Lect. univ. dr. Florin ACHIM

CUVANT INAINTE

Cursul „Elemente de teledetectie aplicate in geografie”, elaborat de lector dr. Florin Achim, este destinat studentilor de la specializarile „Planificare teritoriala” si „Meteorologie – Hidrologie” din cadrul Facultatii de Geografie a Universitatii Bucuresti. Acesta raspunde unei cerinte esentiale a invatamantului superior: insusirea si utilizarea de catre viitorii profesionisti a celor mai avansate tehnici si metode de investigarea a mediului geografic. Teledetectia este una dintre ele, facand posibila observarea cu mare acuratete a suprafetei terestre, achizitionarea si exploatarea unui volum urias de informatii (imagini si masuratori) despre Pamant, despre elementele si fenomenele din mediul nostru de viata.

Intelegem de ce autorul s-a aratat preocupat ca, din primele pagini ale cursului, sa lamureasca continutul termenilor de „teledetectie” si „teledetectie geografica”.

In ceea ce priveste termenul de „teledetectie”, avea sa se recurga mai intai la sensul strict etimologic, acela de detectie de la distanta, ca apoi sa se ajunga la acceptiunea de tehnica de observare a Pamantului si a Universului. Mai mult, teledetectia este considerata o tehnologie in care se succed anumite etape si operatiuni. Intr-adevar, teledetectia – ne referim la teledetectia spatiala – presupune un flux de operatiuni tehnice: captarea de la distanta (spatiul aerian, spatiul cosmic) a undelor electromagnetice emise sau remise de suprafata terestra cu ajutorul senzorilor instalati la bordul platformelor aeriene (avioane, elicoptere, drone) sau pe platforme spatiale (sateliti in special, dar si statii si sonde spatiale); transmiterea informatiei (tot unde electromagnetice) la statiile terestre; transformarea undelor electromagnetice in imagini si harti digitale, in indici cantitativi si stocarea acestora; procesarea imaginilor / datelor geospatiale si realizarea documentelor derivate (imagini in culori naturale si false, imagini in anumite benzi spectrale si imagini compozite; harti satelitare / spatiale; Modele Numerice de Teren / DEMs; seturi de indici calitativi si cantitativi privitori la constituentii mediului terestru: aer, ape continentale si oceanice, vegetatie si soluri, roca si relief, asezari, culturi agricole, cai de transport terestru etc.); diseminarea rezultatelor, respectiv livrarea produselor specifice catre diferiti utilizatori din sfera cercetarii stiintifice si din domeniul aplicatiilor practice.

Sintagma „teledetectie geografica”, pe care o retinem din continutul cursului, este explicata de catre lector dr. Florin Achim prin diversitatea aplicatiilor pe care aerofotogramele si imaginile satelitare le au in cercetarea geografica actuala.

In structura cursului gasim, in prima parte, capitolele referitoare la bazele fizice si tehnice ale teledetectiei: principiile teledetectiei electromagnetice, structura spectrului electromagnetic, comportamentul undelor electromagnetice emise sau remise de catre suprafata terestra (reflexia, refractia, difractia, absorbtia, difuzia). Apoi, continutul este desfasurat pe cele doua ramuri ale teledetectiei: aerofotogrammetria si teledetectia spatiala (satelitara). Ponderea cea mai mare o detin capitolele privitoare la teledetectia satelitara. Retinem aici ca in mediile profesionale din occident, termenul de teledetectie se aplica numai pentru teledetectia satelitara (Remote Sensing, teledetection). De asemenea, teledetectia din spatiu a Pamantului este desemnata prin expresiile „Observarea Pamantului”, respectiv „Earth Observation”, „L’Observation de la Terre”.

Capitolele acestea cuprind o serie de subiecte specifice: sisteme de teledetectie (teledetectie pasiva si teledetectie activa), senzori de teledetectie (camere de televiziune, radiometre, radare, lidare) si imagerie satelitara (procesarea imaginilor; obtinerea produselor de teledetectie derivate; interpretarea datelor geospatiale prin analiza vizuala si computerizata; livrarea materialelor finale catre diferiti utilizatori).

In mod necesar, o parte importanta a cursului este consacrata aplicatiilor teledetectiei in stiintele geografice (geografie generala, geografie regionala, stiintele geografice de ramura / particulare) si in numeroase domenii economice si ingineresti, gratie volumului enorm de date de inalta calitate referitoare la suprafata terestra, la mediul nostru de viata. Cu cele 24 de subiecte, campul aplicatiilor a extins sfera conventionala a obiectului geografiei, apeland la o serie de noi directii, ceea ce a dezvoltat aria tematica a aprofundarilor prin exemplificari si demonstratii. Sunt aduse in atentie aplicatii in meteorologie si climatologie, in hidrologie si oceanografie, in biogeografie si ecologie, dar si in agricultura si silvicultura, in planificarea teritoriala etc.

Avem certitudinea ca materialul realizat, in forma tiparita si electronica, de lector dr. Florin Achim, isi va indeplini cu succes rolul de suport informational pentru studentii geografi, stimulati fiind de avantajele teledetectiei si aerofotogrammetriei in cercetarea mediului terestru, atat prin observatii in timp-real, cat mai ales prin exploatarea bazelor de date geospatiale.

Conf. univ. dr. Vasile Loghin

CUPRINS

Prefata / 9

Introducere / 13

Capitolul 1. Teledetectia – definitie, date generale / 15
1.1. Definitia teledetectiei si importanta sa pentru geografie / 15
1.2. Stiintele, disciplinele si domeniile de sprijin pentru teledetectie / 17
1.3. Ramurile teledetectiei / 19
1.4. Istoricul aparitiei si dezvoltarii teledetectiei / 21
1.5. Utilizarea teledetectiei in diferite domenii practice si stiintifice / 22

Capitolul 2. Directiile de studiu si cercetare, specifice teledetectiei / 24
2.1. Cercetarea mediului terestru / 24
2.2. Cercetarea Universului / 25

Capitolul 3. Teledetectia si spectrul electromagnetic / 36
3.1. Definitia spectrului electromagnetic si signatura spectrala / 36
3.2. Geneza radiatiilor electromagnetice si sursele acestora / 36
3.3. Comportamentul / radiatiilor / electromagnetice la traversarea atmosferei si in momentul interactiunii cu diferite medii si elemente (transmisia, propagarea, amplificarea, reflexia, refractia, difractia, dispersia, difuzia, absorbtia, interferenta) / 39
3.4. Caracteristici si proprietati ale radiatiilor electromagnetice / 44

Capitolul 4. Teledetectia satelitara / 48
4.1. Definire si date generale / 48
4.2. Satelitii de teledetectie, aspecte generale / 49
4.3. Lansarea pe orbita a satelitilor artificiali si centrele de lansare ale acestora / 49
4.4. Caracteristicile de zbor si cele orbitale ale satelitilor / 51
4.5. Sisteme de teledetectie satelitara / 53
4.5.1. Landsat / 53
4.5.2. Meteosat / 53
4.5.3. QuickBird / 54
4.5.4. Aster / 55
4.5.5. Ikonos / 56
4.5.6. Wordwiew / 56
4.5.7. SkySat / 58
4.5.8. TerraSaR / 58
4.5.9. Pleiades / 59
4.5.10. KOMPSAT / 60
4.5.11. SPOT / 61
4.5.12. Sentinel / 62

Capitolul 5. Modalitati de obtinere ale imaginilor de teledetectie / 63
5.1. Mijloacele pasive de teledetectie / 63
5.2. Mijloacele active de teledetectie / 64
5.2.1. Mijloace multispectrale / 65
5.2.2. Radarul / 67
5.2.3. Lidarul / 69
5.2.4. Sonarul / 70

Capitolul 6. Rezultatele (produsele) activitatilor de teledetectie / 71
6.1. Aspecte generale / 71
6.2. Caracteristici de ansamblu ale produselor de teledetectie / 72
6.2.1. Caracteristici generale / 72
6.2.2. Caracteristici geometrice / 75
6.2.3. Caracteristici fotografice sau vizuale, efectul deplasarii laterale, efectul topografic si efectul radial / 78
6.3. Aerofotogramele / 83
6.3.1. Dubletul, / tripletul, / banda, mozaicul, ortofotoschema, ortofotoplanul, ortofotoharta / 84
6.3.2. Modelul stereoscopic, metoda anaglifelor, fotoredresarea, corectii / aplicate / aerofotogramelor, aerotriangulatia si diverse prelucrari ale imaginilor / 87
6.4. Imaginile satelitare / 91
6.4.1. Clasificari si caracteristici / 91
6.4.2. Scara si diferitele tipuri de rezolutie (spatiala, spectrala si temporala). Indici spectrali. Histograma / 94
6.4.3. Baze de date si metadate, specifice imaginilor satelitare / 101
6.4.4. Corectii / aplicate / imaginilor / satelitare (geometrice, radiometrice, atmosferice, aplicarea de filtre) / 102

Capitolul 7. Analiza si interpretarea imaginilor de teledetectie / 105
7.1. Principiile analizei si interpretarii / 105
7.2. Criteriile de analiza si interpretare / 111
7.2.1. Criteriile directe / 112
7.2.2. Criteriile indirecte / 118

Capitolul 8. Teledetectie aplicata ramurilor geografice si altor stiinte ori domenii apropiate de aceasta / 127
8.1. Utilizarea teledetectiei pentru meteorologie si climatologie / 127
8.2. Utilizarea teledetectiei in studiul apelor continentale / 135
8.3. Utilizarea teledetectiei in domeniul oceanografiei / 139
8.4. Utilizarea teledetectiei in glaciologie / 142
8.5. Utilizarea teledetectiei in domeniul geomorfologiei / 146
8.6. Utilizarea teledetectiei in domeniul pedologiei / 148
8.7. Utilizarea teledetectiei in analiza vegetatiei / 150
8.8. Utilizarea teledetectiei pentru studiul faunei / 151
8.9. Utilizarea teledetectiei in domeniul ecologiei / 154
8.10. Importanta teledetectiei pentru geografie si pentru cercetarile specifice / 155
8.11. Relatia teledetectie – cartografie / 156
8.12. Teledetectia riscurilor geografice / 156
8.13. Utilizarea teledetectiei pentru identificarea resurselor minerale / 158
8.14. Teledetectie aplicata in arheologie / 160
8.15. Aplicatii ale teledetectiei in domeniul planificarii teritoriale / 161
8.16. Teledetectia aplicata in utilizarea terenului / 162
8.17. Utilizarea mijloacelor de teledetectie in cadastru / 164
8.18. Utilizarea teledetectiei in amenajarea spatiului / 165
8.19. Utilizarea teledetectiei in silvicultura / 166
8.20. Utilizarea teledetectiei pentru agricultura / 169
8.21. Teledetectia in domeniul transporturilor / 173
8.22. Utilizarea teledetectiei in domeniul militar / 173
8.23. Utilizarea teledetectiei in investigarea accidentelor aviatice, navale, industriale si pentru operatiuni de salvare / 176
8.24. Utilizarea teledetectiei in activitatea didactica / 179

Bibliografie / 181