TELEDETECȚIA

Teledetecția este un complex de metode şi tehnici capabile să conducă la obţinerea de informaţii de la distanţă asupra Pământului, celorlalte planete şi a spaţiului extraterestru pe baza înregistrărilor realizate în diferite benzi ale spectrului magnetic prin intermediul platformelor aeriene sau spaţiale.

În sens larg teledetecţia (en. remote sensing, fr. télédétection) este ansamblul de mijloace care permit înregistrarea de la distanţă a informaţiilor asupra suprafeţei terestre.O definiţie sintetică a teledetecţiei a fost formulată de Colwell (1983) : "achiziţia de date despre un obiect sau un grup de obiecte cu ajutorul unui senzor situat la distanţă de acestea".O altă definiţie a teledetecţiei, de această dată mai detaliată, s-ar putea enunţa astfel : teledetecţia este o tehnică modernă de investigare care permite detectarea de la distanţă a variaţiilor de absorbţie, reflexie şi de emisie caracteristice undelor electromagnetice şi stocarea semnalelor sub forma de fotografii, de înregistrări (care pot constitui imagini), sau de profile spectrale.

Fiecare din definiţiile reproduse mai sus a fost enunţată de specialişti aparţinând unor domenii de activitate particulare (construcţii aerospaţiale, fizică). Din punct de vedere al geografului definiţia ar putea fi formulată astfel: ansamblu de cunoştinţe şi tehnici utilizate pentru determinarea caracteristicilor fizice şi biologice ale suprafeţei terestre prin măsurători efectuate de la distanţă fără a intra în contact material cu acestea.

Observarea suprafeţei terestre din spaţiu facilitează cunoaşterea obiectelor naturale şi antropice care o constituie şi îmbunătăţeşte înţelegerea relaţiilor dintre acestea, comparativ cu un studiu în situ.

Primele imagini de teledetecţie au fost fotografiile. Până la apariţia primilor senzori satelitari, a sistemelor nefotografice, singurele înregistrări utilizate au fost fotografiile realizate din baloane şi apoi din avioane.

Fotografia este o invenţie din anul 1839, ce apartine celor doi francezi, J. Daguerre si  N. Niépcé. Odată cu brevetarea acestei invenţii, a început apariţia şi diversificarea aplicaţiilor teledetecţiei. Prezentăm mai jos câteva repere mai semnificative.

·         în 1864 apare fotogrammetria, în Germania, inventată de Meydenbauer ce foloseste fotografiile terestre pentru măsurători, utilizate în special în realizarea planurilor pentru construcţii.

·         în 1858 sunt realizate primele fotografii din balon, în Franţa, lângă Paris de catre un fotograf şi artist plastic, G. F. Tournachon, având pseudonimul Nadar. Tot în 1858 prima se realizează o imagine aeriana aproape verticala din balon, asupra orasului Boston.

·         în 1888, în Austria, Th. Scheimpflug foloseşte fotografiile stereoscopice obţinute cu un dirijabil şi pune bazele fotogrammetriei aeriene.

·         în 1909 este realizată prima fotografie din avion, la Centocelle, în Italia, de către unul dintre fraţii Wright, unul dintre inventatorii avionului (din 1903), împreuna cu un ofiter italian.

·         în 1904 este realizată prima fotografie aeriană, folosind o rachetă,de către suedezul Maul.

·         în 1911 este realizată prima fotografie din avion din România, la Bucuresti, de către Aurel Vlaicu.

·         un moment important îl constituie perioada celor doua Războaie Mondiale, care au însemnat foarte mult pentru fotografia aeriana (aplicaţii strategice, cu arhive de fotograme verticale păstrate pînă în prezent)..

·         perioada interbelică, şi mai ales anii 30, este caracterizată prin apariţia primelor aplicatii civile ale fotografiilor aeriene. La mijlocului anilor 30, la Berlin (1935) s-au reunit în cadrul unui congres, geografii interesati în utilizarea fotografiilor aeriene în cercetările lor.

·         dupa 1919, şi în Romania, fotografierea aeriană devine şi ea de interes civil (primele aplicaţii sunt legate de dezvoltarea oraşelor).În anul 1930, în România apare un prim articol de popularizare a fotografiei aeriene in geografie.

·         După Al Doilea Război Mondial, este etapa în care apar primele imagini de teledetecţie satelitară, folosind alte tehnici decât fotografierea aeriana.

·         în 1948 se realizează prima fotografie extraatmosferică a Pământului , de pe racheta V2, în New Mexico, SUA.

·         în 1957 este lansat primul satelit artificial, în URSS, ceea ce va deschide era cosmică.

·         în 1960 este plasat pe orbită, primul satelit meteorologic, TIROS 1,  în SUA, continuat de sateliţii NIMBUS şi NOAA. Se realizează şi hărţi sinoptice satelitare.

·         în 1962 se realizează o fotografie preluată de pe orbită de cosmonautul sovietic Titov.

·         în 1968 misiunea Apollo 11, realizează experimental imagini multispectrale.

·         în 1972 se lansează cu succes satelitul de teledetecţie ERTS A, SUA, ce va deschide misiunea de teledetecţie LANDSAT, cea mai longevivă misiune axată exclusiv pe obţinerea de imagini satelitare de medie rezoluţie spaţială (15, 30, 60, 120 m etc.). Până în prezent s-au plasat pe orbită şase sateliţi, ce au oferit o arhivă impresionată de milioane de imagini (fig. 1).

                                             

·        în anii 80 şi 90, sunt iniţiate şi alte misiuni de teledetecţie orientate către imagini de medie rezoluţie spaţială, ca de pildă SPOT lansat de ESA şi mai ales de Franţa (din 1986), IRS din India (din 1988), JERS din Japonia (din 1992), Radarsat din Canada (1996) etc.

·        în 1999, pe lângă lansarea ultimului satelit Landsat, este iniţiată misiunea IKONOS, de către SUA, prima aplicaţie comercială cu imagini de mare rezoluţie spaţială (4 m, 1 m), urmată în 2001 de misiunea QuickBird, cu imagini la rezoluţii de 0,65 şi 2,5 m.

·        aplicaţii legate de mediu sunt misiunile TERRA din SUA-Japonia din 1999 şi ENVISAT, ESA, din 2002.

Imaginile de teledetecţie se obţin prin diferite mijloace. Acestea se constituie în principii, în tehnici speciale ce utilizează radiaţiile electromagnetice, prin captarea, măsurarea şi înregistrarea lor, în scopul producerii de imagini. Cel mai vechi principiu este fotografierea aeriană sau aerofotografierea, ce a fost aproape un secol, singura modalitate de obţinere a imaginilor de teledetecţie. Din această cauză acesta este definit drept un procedeu convenţional în aplicaţiile de teledetecţie. După 1960, mai ales sunt utilizate şi alte procedee, bazate pe senzori diferiţi de camera fotografică aeriană, numiţi şi nefotografici sau neconvenţionali. Aceştia sunt aplicaţii complexe ale fizicii şi mai ales ale opticii, mecanicii de mare precizie, termodinamicii, electronicii, radiocomunicaţiilor etc. Aplicaţiile de teledetecţie sau principiile acesteia se pot clasifica după:

a.      Provenienţa radiaţiilor electromagnetice

      Principii pasive

      Principii active

b.      Modalitatea obţinerii imaginilor

                            Principii convenţionale sau fotografice (aerofotografierea)

                            Principii neconvenţionale sau nefotografice

Principiile  teledetecţiei pasive

                        Presupun înregistrarea de imagini de la distanţă ale obiectelor şi fenomenelor de pe suprafaţa terestră (fig. 2), utilizând exclusiv radiaţiile electromagnetice emise de acestea. Aceste principii presupun exclusiv înregistrarea radiaţiilor emise de către obiecte şi fenomene,  ca de pildă  înregistrarea radiaţiei solare reflectate de către corpuri (teledetecţia cu senzor optic) sau a radiaţiilor calorice din zona infraroşului termal (teledetecţia prin scanare termică).

Fig. 2. Aplicaţie de teledetecţie pasivă a satelitului SPOT, axată pe captarea radiaţiilor solare reflectate de diferitele elemente ale mediului geografic.

            Principiile teledetecției active

Teledetecţia activă utilizează radiaţiile electromagnetice generate artificial, cu ajutorul diferitelor instrumente, în vederea explorării şi înregistrării sub formă de imagini a obiectelor şi fenomenelor de pe suprafaţa terestră. Teledetecţia cu mijloace active, determină posibilitatea de a obţine imagini exacte ale obiectelor, folosind radiaţii ce se pot propaga în condiţii diferite de cele utilizate în teledetecţia cu pasivă (ex. microundele folosite de sistemul radar). Imaginile au aplicaţii variate în analiza mediilor geografice, fiind complementare imaginilor fotografice sau celor obţinute neconvenţional. Principiile cele mai cunoscute sunt legate de folosirea microundelor (radar), luminii polarizate sau laserului (lidarul), respectiv undelor sonore (sonarul).

 SISTEME INFORMAȚIONALE GEOGRAFICE

Un Sistem Informațional Geografic, este o unealtă de cartografiere bazată pe computer care analizează fenomenul geografic dacă există împreună cu evenimentele precedate de acesta.

Pentru a ajunge la definiţia unui GIS vom prezenta în continuare definiţia sistemelor informaţionale şi a sistemelor informatice.

Sistemul Informaţional al unei activităţi constituie ansamblul:

·         informaţiilor;

·         surselor;

·         nivelelor consumatoare;

·         canalelor de circulaţie;

·         procedurilor;

·         mijloacelor de tratare a informaţiilor din cadrul respectivei activităţi.

Orice activitate specifică are un sistem informaţional specific. Acesta trebuie să asigure informaţii complete în cantitate suficientă, corecte şi la nivelul de operativitate cerut de nivelele consumatoare.Elementul care a determinat saltul calitativ al sistemelor informaţionale antropice s-a datorat dezvoltării şi perfecţionărilor procedurilor de prelucrare şi automatizare a datelor.Astfel au apărut sistemele informatice ce reprezintă partea automatizată cu ajutorul calculatorului în cadrul unui sistem informaţional.

Sistemele Informaționale reprezintă:

·         un ansamblu tehnic și organizatoric de:

ª persoane;

ª echipamente;

ª norme;

ª metode,

·         având ca scop:

ª culegerea;

ª validarea;

ª stocarea;

ª analiza (prelucrarea);

ª vizualizare (afişare) a datelor si informaţiilor.

În acest cadru, GIS (Sisteme informaţionale geografice):

·         reprezintă o colecţie organizată compusă din:

ª hardware,

ª software,

ª date geografice,

ª personal,

·         destinată:

ª achiziţiei,

ª stocării (inregistrării),

ª actualizării,

ª prelucrării,

ª analizei,

ª afişării informaţiilor geografice (spaţiale)

·         în conformitate cu specificaţiile unui domeniu.

Caracteristicile Sistemelor Informaţionale Geografice (GIS):

1. tratarea informaţiei ţinând cont de localizarea ei spaţială, geografică, în teritoriu prin coordonate;
2. presupun tratarea unitară într-o bază de date unică şi neredundantă a componentelor grafice, cartografice, topologice şi tabelare.

includ o colecţie de operatori spaţiali care acţionează asupra unei baze de date spaţiale pentru a referi geografic informaţii reale. Un model de date GIS este complex pentru că trebuie să reprezinte şi să interconecteze atât date grafice (hărţi) cât şi date tabelare (atribute).

3. sunt utilizate pentru a simula situaţii şi evenimente reale.

Datele geografice reprezintă ansamblul format din:

1. date spaţiale (coordonate geografice – latitudine, longitudine, coordonate carteziene x, y, etc.);
2. date descriptive (date nongrafice - atribute) asociate obiectelor/fenomenelor geografice (străzi, clădiri, parcele, cămine, accidente etc).

Baza de date geografice este o colecţie de date geografice, organizată astfel încât să faciliteze stocarea, interogarea, actualizarea, afişarea informaţiilor în mod eficient.

Sistemele informatice geografice (GIS) îşi dovedesc utilitatea în orice domeniu de activitate care se bazează pe tratarea informaţiilor spaţiale:

Cadastru

·      cadastru imobiliar,

·      cadastru edilitar (inventariere reţele de apă, gaze, termoficare, telefonie, etc..)

·      cadastru geotehnic, etc.

Urbanism, sistematizare teritorială si administraţie locală

·    stabilirea amplasării optime a noilor obiective (înzestrări edilitare, cartiere de locuinţe, obiective industriale, obiective social-culturale, etc.)

·    spaţiu locativ

·    arondări pe diverse criterii

·    studii de urbanism

·    acordarea permiselor de construcţie/demolare

·    inventarierea folosinţei terenurilor

·    registrul populaţiei

·    organizarea colectării şi depozitării deşeurilor menajere

Geologie

·    inventarierea şi supravegherea zăcămintelor, etc..

Protecţia mediului

·    analiza zonelor afectate de diferiţi poluanţi (chimici, sonori, fizici, etc.)

Agricultură şi pedologie

·    cartare pedologică,

Silvicultură şi îmbunătăţiri funciare

·    cadastru silvic,

·    supravegherea stării de sănătate a pădurilor, etc..

Petrol şi gaze

·    inventarierea şi supravegherea zăcămintelor,

Cartografie

·    realizarea şi actualizarea de hărţi şi planuri topografice,

·    realizarea şi actualizarea de hărţi tematice, etc..

Politică

·    studii diverse (interacţiuni, zone de influenţă, etc.)

Comerț

·    amplasarea optimă a magazinelor în  funcție de acces auto, concurenţă, consumatori;

·    gestionarea stocurilor;

Transporturi

·    optimizări trașee transport ;

·    cadastru de specialitate (căi ferate, drumuri, etc..).

 VOCABULAR

                        TELEDETECȚIE

·        spectru electromagnetic - este o alcătuire complexă fizico-chimică care include o multitudine de categorii de radiații vizibile, radiații invizibile, microunde, sunete, ultrasunete; este sursa de proveniență a semnalelor emise și remise.

·        ferestrele atmosferice – sunt radiații ale semnalelor în măsură să străbată fără a fi alterate în spațiul atmosferic, care permit trecerea semnalelor prin atmosferă.

·        imaginile neconvenționale - sunt rezultatul sistemului complex de cartare a semnalelor emise și remise de diferite intensități de la diferite distanțe și în concordanță cu sursele lor de proveniență care au condus la obținerea imaginii aerospațiale.

·        aerofotograma - este o imagine statică instantanee și obiectivă a suprafeței terestre.

·        aerofotogrammetria - este ramura teledetecției care vizează prospectarea arealelor geografice din spațiul atmosferic prin diferite modalități de zbor.

·        aerofotointerpretarea - metoda de baza din aerofotogrammetrie cu sprijinul căreia cu ochiul liber dar mai ales cu instrumente și obiecte adecvate să fie extrase informații de ordin calitativ și cantitativ pe care le dețin fotografiile aeriene.

·        fotointerpretarea - prima intenție de acest gen s-a aplicat imaginilor fotografice, de aceea se numeste fotointerpretare. Imaginile se folosesc în scopuri practice, utilitare.

SISTEME INFORMAȚIONALE GEOGRAFICE

·        datele spațiale - descriu locația absolută și relativă a trăsăturii geografice.

·        datele atribut - descriu caracteristicile trăsăturii spațiale (pot fi cantitative și/sau calitative).

·        modelul de date vectorial - este modelul cel mai utilizat având mai multe posibilităţi de aplicare decât modelul raster.

·        modelul de date raster - este o zonă de teren sub forma unei matrice (grilă) formată din celule rectangulare uniforme, fiecare celulă având o valoare.

·        cadastru - totalitatea lucrărilor tehnice de determinare exactă a unor proprietăți funciare, cu toate caracteristicile lor.