Utilizarea Teledetectiei Pentru Mediu Si Agricultura

UNIVERSITATEA DE ŞTIINŢE AGRONOMICE ŞI MEDICINĂ VETERINARĂ BUCUREŞTI FACULTATEA DE ÎMBUNĂTĂŢIRI FUNCIARE ŞI INGINERIA MEDIULUI DEPARTAMENTUL DE ÎNVĂŢĂMÂNT CU FRECVENŢĂ REDUSĂ SPECIALIZAREA: Ingineria şi protecţia mediului în agricultură

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI PENTRU MEDIU ŞI AGRICULTURĂ Note de curs

Conf. dr. ing. Alexandru BADEA Asist. univ. dr. ing Iulia NEGULA

2011 – 2012 2012

CUPRINS

Unitatea de învăţare nr. 1 TELEDETECŢIA – NOŢIUNI – NOŢIUNI GENERALE 1.1. Obiectivele u nităţii de învăţare nr. 1 1.2. Generalităţi privind teledetecţia 1.3. Definiţii ale teledetecţiei 1.4. Spectrul electromagnetic şi atmosfera 1.5. Ramuri ale teledecţiei geospaţiale cu utilizare tematică 1.6. Răspunsuri şi comentarii la teste tes te 1.7. Lucrarea de verificare nr. 1 1.8. Bibliografie minimală Unitatea de învăţare nr. 2 ROLUL CULORILOR ÎN ANALIZA DATELOR DE TELEDETECŢIE 2.1. Obiectivele unităţii de învăţare nr. 2 2.2. Principii fundamentale 2.3. Evaluarea Evaluarea şi reproducerea culorilor 2.4. Alte noţiuni importante privind culorile 2.5. Răspunsuri şi comentarii la teste 2.6. Lucrarea de verificare nr. 1 2.7. Bibliografie minimală Unitatea de învăţare nr. 3 PROCESAREA ŞI ANALIZA IMAGINILOR DE TELEDETECŢIE 3.1. Obiectivele unităţii de învăţare nr. 3 3.2. Imaginea digitală de teledetecţie 3.3. Noţiuni privind interpretarea imaginilor 3.4. Răspunsuri şi comentarii la teste 3.5. Lucrarea de verificare nr. 3 3.6. Bibliografie minimală Unitatea de învăţare nr. 4 APLICAŢII ALE TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ ŞI MEDIU 4.1. Obiectivele unităţii de învăţare nr. 4 4.2. Aplicaţii ale teledetecţiei în diferite domenii de activitate 4.3. Utilizarea teledetecţiei teledetecţiei în agricultură 4.4. Controlul prin teledetecţie 4.5. Cartografia mediului

4 4

4 4 7 10 15 19 22 22 23 23

23 23 28 31 34 37 37 38 38

38 38 43 52 55 55 56 56

56 57 58 69 89

CUPRINS

Unitatea de învăţare nr. 1 TELEDETECŢIA – NOŢIUNI – NOŢIUNI GENERALE 1.1. Obiectivele u nităţii de învăţare nr. 1 1.2. Generalităţi privind teledetecţia 1.3. Definiţii ale teledetecţiei 1.4. Spectrul electromagnetic şi atmosfera 1.5. Ramuri ale teledecţiei geospaţiale cu utilizare tematică 1.6. Răspunsuri şi comentarii la teste tes te 1.7. Lucrarea de verificare nr. 1 1.8. Bibliografie minimală Unitatea de învăţare nr. 2 ROLUL CULORILOR ÎN ANALIZA DATELOR DE TELEDETECŢIE 2.1. Obiectivele unităţii de învăţare nr. 2 2.2. Principii fundamentale 2.3. Evaluarea Evaluarea şi reproducerea culorilor 2.4. Alte noţiuni importante privind culorile 2.5. Răspunsuri şi comentarii la teste 2.6. Lucrarea de verificare nr. 1 2.7. Bibliografie minimală Unitatea de învăţare nr. 3 PROCESAREA ŞI ANALIZA IMAGINILOR DE TELEDETECŢIE 3.1. Obiectivele unităţii de învăţare nr. 3 3.2. Imaginea digitală de teledetecţie 3.3. Noţiuni privind interpretarea imaginilor 3.4. Răspunsuri şi comentarii la teste 3.5. Lucrarea de verificare nr. 3 3.6. Bibliografie minimală Unitatea de învăţare nr. 4 APLICAŢII ALE TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ ŞI MEDIU 4.1. Obiectivele unităţii de învăţare nr. 4 4.2. Aplicaţii ale teledetecţiei în diferite domenii de activitate 4.3. Utilizarea teledetecţiei teledetecţiei în agricultură 4.4. Controlul prin teledetecţie 4.5. Cartografia mediului

4 4

4 4 7 10 15 19 22 22 23 23

23 23 28 31 34 37 37 38 38

38 38 43 52 55 55 56 56

56 57 58 69 89

4.6. 4.7. 4.8. 4.9.

Analiza şi administrarea sistemică a mediului Răspunsuri şi comentarii la teste Lucrarea de verificare nr. 4 Bibliografie minimală minimală

92 96 99 99

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ

Unitatea de învăţare nr. 1 TELEDETECŢIA - NOŢIUNI GENERALE Pagina

Cuprins

1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6. 1.7. 1.8.

Obiectivele unităţii de învăţare nr. 1 Generalităţi privind teledetecţia Definiţii ale teledetecţiei Spectrul electromagnetic şi atmosfera Ramuri ale teledecţiei geospaţiale cu utilizare tematică Răspunsuri şi comentarii la teste Lucrarea de verificare nr. 1 Bibliografie minimală

4 4 7 10 15 19 22 22

1.1. OBIECTIVELE UNITĂŢII DE ÎNVĂŢARE NR. 1     

Acest capitol are ca scop familiarizarea studenţilor cu noţiunile de bază ale teledetecţiei Principiile fundamentale referitoare la domeniul observării Terrei, istoricul teledetecţiei satelitare Definirea teledetecţiei şi a problematicii acesteia, caracteristici ale senzorilor sateliţilor, aplicaţii ale teledetecţiei Spectrul electromagnetic, efectele atmosferei (ca factor perturbator) asupra înregistrărilor de teledetecţie, factori limitativi Domeniile de aplicare a teledetecţiei, ramuri ale teledecţiei geospaţiale cu utilizare tematică

1.2. Generalităţi privind teledetecţia Principii fundamentale referitoare la domeniul

observării Terrei

Ca urmare a rezoluţiilor adoptate în anul 2002 la Forumul Mondial pentru Dezvoltare Durabilă (World Summit on Sustainable Development) de la Johanesburg, dar şi ca rezultat al acordului inter -agenţii al Organizaţiei Naţiunilor Unite, la începutul anului 2003, a fost aprobat şi publicat un document sinteza cu titlul Soluţii spaţiale pentru problemele Lumii (Space Solutions for the World’s Problems) al cărui text cu titlul Principii privind teledetecţia Pământului din spaţiul extraatmosferic (Principles Relating to Remote Sensing of the Earth from Outer Space) se referă explicit la

reglementarea activităţilor din domeniul teledetecţiei. Astfel, au fost enuntate o serie de principii fundamentale referitoare la domeniul observării Terrei. Primul principiu are urmatorul conţinut:

USAMVB – FIFIM Departamentul de Invăţământ cu Frecvenţă Redusă

4

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ  termenul " detecţie de la distanţă " înseamnă studierea suprafeţei Pământului, Pământului, din spaţ spaţ iu, iu, utilizând proprietăţ ile ile undelor electromagnetice emise, reflectate sau difractate de către către obiectele studiate, în scopul îmbunătătirii îmbunătătirii managementului resurselor naturale, utilizării solului şi protejării protejă rii mediului;  termenul " date referă la acele date neprelucrate, date primare" se referă achiziţ ionate ionate de senzori senzori plasaţ i pe aparatul din spaţ iu, iu, care sunt transmise la sol, din spaţ iu iu prin telemetrie, sub forma de semnale electromagnetice, filme fotografice, benzi magnetice sau alte mijloace;  termenul de " date proce pr oces sate" se referă la datele obţinute în urma procesării procesării datelor primare, procesări procesări necesare pentru a le face utilizabile;  termenul de " informaţ iiii analizate" face referire la informaţia rezultată rezultată din din interpretarea datelor procesate, a datelor de intrare şi intrare şi a cunostinţ elor elor din alte surse;  termenul de " activităţi de detecţie de la distanţă " se referă la operaţ iunile iunile efectuate de sistemele spaţiale sistemele spaţiale de detecţie, colectarea col ectarea de date primare şi şi stocarea, interpretarea şi şi diseminarea datelor procesate.

În cele ce urmează ne vom concentra atenţia pe explicarea unor elemente de al teledetecţiei bază fără de care nu este posibilă înţelegerea mecanismelor de prelucrare corectă a datelor primare provenite de la sateliţii de observare a Pământului. satelitare De fapt, utilizarea teledetecţiei a devenit, în timp, o obişnuinţă şi nu mai este considerată o tehnologie nouă. Scurt istoric

Aplicarea tehnicilor de teledetecţie în domeniul înţelegerii şi cunoaşterii Aplicarea cunoaş terii resurselor planetei este acceptată, acceptată, în prezent, de comunităţile ştiinţifice şi şi guvernamentale drept instrument tehnologic tehnologic avansat perfect adaptat obţinerii obţinerii de informaţii informaţii variate care pot fi prelucrate cu mare eficienta pentru a alimenta cu date obiective sistemele informaţionale informaţionale tematice. Naşterea teledetecţiei satelitare se situeaza în anii '60, odata cu lansarea primelor platforme cu destinatie meteorologica. Dupa 1972 progresul tehnologic a permis plasarea permis plasarea pe orbită a orbită a primilor sateliţi cu destinaţie civilă pentru monitorizarea resurselor naturale, naturale, dar numai după 1980 se poate spune că acest că acest domeniu de activitate a devenit operaţional. operaţional. Treptat, tehnicile de captare a semnalului, mult îmbunătăţite din punct de vedere optic şi şi electronic, au permis atingerea unor rezoluţii altădată altădată accesibile doar sectorului militar, dar şi ş i dezvoltarea unor algoritmi sofisticaţi de exploatare a informaţiilor provenite de la sateliţi, a căror căror utilizare eficientă corectă rămâne, rămâne, din nef ericire, ericire, la îndemâna profesioniştilor iniţiati. iniţiati. Trebuie înteles faptul că, că, pentru a deveni specialist în teledetecţie, nu este de ajuns să ai posibilitatea să achiziţionezi imagini satelitare şi ş i un sistem de

USAMVB – USAMVB – FIFIM FIFIM Departamentul Departamentul de Invăţământ cu Frecvenţă Redusă

5

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ prelucrare a imaginilor. Pentru a putea prelucra corect şi şi eficient datele respective este nevoie de un background educaţional educaţional consistent, atât în domeniul geo-ştiinţ geo-ştiinţelor elor (stiintelor geonomice) cât şi în ceea ce priveşte bazele fizice ale teledetecţ teled etecţiei, iei, tehnicile de preluare, de preluare, preprocesare şi procesare tematică a tematică a datelor imagine. Test de autoevaluare

1. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi comen taţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Ce semnificaţie are termenul "detecţie de la distanţă" în domeniul observării observării Terrei? b) Ce semnificaţie are termenul "date primare" în domeniul observării Terrei? c) Ce semnificaţie are termenul "date procesate" în domeniul observării Terrei? d) Ce semnificaţie are termenul "informaţii analizate" în domeniul observării Terrei? e) Ce semnificaţie semnificaţie are termenul "activităţi de detecţie de la distanţă" în domeniul observării Terrei? f) În ce perioadă a apărut teledetecţia satelitară? satelitară? g) În ce an a fost lansat pe orbită primul satelit cu destinaţie civilă?

Comentarii la aceste întrebări veţi găsi la sfârşitul unităţii de învăţare. După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: Aplicarea tehnicilor de teledetecţie în domeniul înţelegerii şi cunoaşterii resurselor planetei este acceptată, în prezent, drept instrument tehnologic avansat, perfect avansat, perfect adaptat obţinerii de informaţii variate care pot fi prelucrate pentru a alimenta cu date obiective sistemele informaţionale tematice.


6

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ 1.3. Definiţii

Definiţii ale teledetecţiei

ale teledetecţiei În sens larg teledetecţia teledetecţia (en. remote sensing , fr. télédétection, ge. Fernerkundung ) este ansamblul de mij loace care per per mi t înr egistrar gistr are ea de la nţă nţă a informaţ iilor dista i ilor asupra suprafeţei terestre. O definiţie sintetică a teledetecţiei a fost formulată formulată de Colwell (1983): "achiziţ ia ia de date des despre un obiect obiect sau sau u n gr up de obiec obiecte te cu cu aju toru l un ui senzor situat la distanţă de aces ". ". ac estea tea O alta definitie a teledetecţiei, teledetecţiei, de această dată mai detaliată, ss-ar putea enunţa enunţa astfel: Teledetecţia este o tehnică modernă de in ves vesti gare care per per mi te detectarea de la distanţă a variaţ iii i lor de absorbţie, reflexie şi de d e emisie emisi e caracteri stice undelor electromagnetice şi stocarea semnalelor sub formă de fotografii, de înregistrări , sau . sau de profi le spe spectral ctral e

Fiecare din definiţiile definiţiile r eproduse eproduse mai sus a fost enuntată de specialişti aparţinând aparţinând unor domenii de activitate activitate particulare (construcţii aerospaţiale, fizică). fizică). Din punct de vedere al geografului definiţia ar putea fi formulată unoştinţ unoştinţ e şi tehnici utilizate pentru determinarea astfel: An samblu de c caracteristicilor fizice şi biol ogice ale suprafeţei terestre prin măsurători efectuate de la distanţa fără a i ntr nt r a în contact mater ial cu acestea. acestea.

Problematica

teledetecţiei

Observarea suprafeţei terestre din spaţiu facilitează cunoaşterea obiectelor naturale şi antropice care o constituie oferind posibilitatea îmbunătăţirii întelegerii relaţiilor dintre acestea, faţă de posibilităţile limitate pe care le oferă studiile clasice care se desfaşoară în mare parte pe teren (in situ). Problematica teledetecţiei se rezumă la studiul fenomenelor urmărindu-se urmărindu -se analizarea acestora în funcţie de: 

natura, specificitatea specificitatea şi caracteristicile caracteristicile lor;



durata acestora cu ordin de mărime diferenţiat de natura fenomenelor derulate (ore, luni, ani, decenii..) sau, generalizând, se pot lua în considerare elemente temporale (trecutul, mai mult sau mai puţin cunoscut, prezentul studiat, viitorul prognosticat)



spaţiul spaţiul geografic definit de: 

dimensiunile laterale x,y referitoare referitoare la un plan sau o suprafaţă, suprafaţă,



dimensiunea verticală (altitudine, înalţime, înalţime, profunzime, grosime),



relatiile dintre obiecte.

Din punct de vedere conceptual, datele provenind de la sistemele de observare a planetei permit ordonarea spaţialspaţial-temporală a obiectelor şi fenomenelor, evoluţia lor fiind tratată diferenţiat: 

pentru trecut: trecut: este posibilă arhivarea evoluţiei istorice a mediului şi şi constituirea de baze de date referitoare la resurse (pentru realizarea studiului tendinţelor), tendinţelor),


7


Caracteristici ale senzorilor sateliţilor de

teledetecţie



în prezent: este posibilă monitorizarea şi analiza schimbărilor survenite (funcţia de evaluare a stării actuale),



pentru viitor: se simulează situaţia posibilă a mediului şi se estimează disponibilul de resurse (funcţia de prevenire şi planificare).

Folosirea imaginilor provenite de la sateliţii de observare a Pământului ţine cont de caracteristicile proprii fiecărui satelit utilizat, mai precis de cei trei parametri fundamentali: 

rezoluţia spatială,



rezoluţia spectrală,

repetitivitatea spaţio-temporală. Orice analiză multi-tematică este realizată, obligatoriu, ţinând cont de caracteristicile senzorilor sateliţilor de la care provin datele la care analistul are acces. Lista acestor sateliţi este diversificată şi imposibil de analizat în cadrul unui curs cu durata limitată. Totuşi, încercăm să amintim o serie de programe care furnizează periodic date interesante şi utile pentru cunoaşterea şi gestionarea spaţiului şi ale caror sateliţi au o importanţă recunoscută pentru teledetecţia civilă: LANDSAT TM, SPOT, ERS, NOAA-AVHRR, METEOSAT, RADARSAT, IRS, IKONOS, KOMPSAT, FORMOSAT, ALOS, TerraSAR-X, DMC, ENVISAT, RAPIDEYE. 

Aplicaţii ale teledetecţiei

Utilizarea senzorilor instalaţi la bordul aeronavelor sau a sateliţilor constituie, în prezent, instrumentul pentru colectarea informaţiilor necesare monitorizării, controlului şi administrării mediului. Astfel, teledetecţia oferă posibilitatea studierii de către specialişti a problemelor majore privind conservarea naturii. Pot fi amintite tematici de studiu de mare importanţă pentru prezentul şi viitorul omenirii: 

defrişările masive, seceta,



monitorizarea culturilor agricole,



explorarea şi exploatarea resurselor minerale,



efectele dezastrelor naturale (inundaţii, cutremure, alunecări de teren, etc.) sau antropice.

De asemenea este important să fie amintite şi alte aplicaţii, astăzi devenite operaţionale, ale teledetecţiei: 

studiul ratei de sedimentare în estuare şi areale deltaice,



managementul şi reabilitarea fondului forestier,



reecologizarea (regenerarea solurilor) după încheierea exploatărilor miniere (aceste proceduri au o durat mare de peste 10 ani);



monitorizarea temperaturii suprafeţei mărilor şi oceanelor pentru a identifica cele mai bune locuri de pescuit din punctul de vedere al


8

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ producţiei şi cu impact redus asupra protecţiei speciilor, măsurarea cantităţii de clorofilă, 

studii privind salinitatea apei, monitorizarea calităţii apei din punct de vedere al turbidităţii şi al conţinutului de alge în zonele costiere,

modul de utilizarea a terenurilor. Subliniem faptul că accesul la tehnologie nu este suficient pentru a operaţionaliza aceste aplicaţii. Modul în care specialistul înţelege relaţia dintre imagine satelitară şi realitatea înconjurătoare depinde de două elemente aparent disociate: pregătirea sa de bază, pe de o parte, iar pe de altă parte echipamentele şi tehnicile de prelucrare (operaţionale sau experimentale) de care dispune acesta. Mai trebuie ţinut seama şi de faptul că în teledetecţie este obligatorie crearea de echipe complexe formate din specialişti capabili să extragă şi să analizeze în mod coerent, integrat, cu viziune multidisciplinară, esenţa informaţiei tematice. De asemenea, este necesar ca, ţinând seama de realitatea actuală fiecare guvern responsabil să accepte faptul că trebuie să genereze o investiţie publică majoră în domeniul observării Pământului care să permită gestionarea resurselor naturale. 

Test de autoevaluare

2. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Care este definiţia teledetecţiei? b) Care sunt elementele pe baza cărora sunt studiate şi analizate fenomenele, cu ajutorul teledetecţiei? c) Care sunt parametrii fundamentali care caracterizează senzorii aflaţi la bordul sateliţilor de observare a Pământului? d) Care sunt aplicaţiile teledetecţiei? e) Care sunt cerinţele care trebuie îndeplinite pentru realizarea unei aplicaţii de teledetecţie?

Comentarii la aceste întrebări veţi găsi la sfârşitul unităţii de învăţare. După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: Teledetecţia reprezintă un ansamblu de cunoştinţe şi tehnici utilizate pentru determinarea caracteristicilor fizice şi biologice ale suprafeţei terestre prin măsurători efectuate de la distanţa fără a intra în contact material cu acestea.


9

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ 1.4. Spectrul electromagnetic şi atmosfera

Mărimea cea mai des măsurată de sistemele de teledetecţie actuale este energia Spectrul electromagnetic electromagnetică emanată sau reflectată de obiectul studiat. Aceasta pentru că elementele constitutive ale scoarţei terestre (rocile, solurile), vegetaţia, apa, cât şi obiectele care le acoperă au proprietatea de a absorbi, reflecta sau de a emite energie. Cantitatea de energie depinde de caracteristicile radiaţiei (lungime de undă, intensitate), de proprietatea de absorbţie a obiectelor şi de orientarea acestor obiecte faţa de soare sau faţa de sursa de radiaţie. Toate obiectele din natură, cu condiţia ca temperatura lor sa fie superioară lui zero absolut (0K – 273C), emit o cantitate specifică de radiaţie electromagnetică din care, o parte, poate fi percepută de instrumente specializate. O unda electromagnetică este caracterizată prin lungimea de undă (sau frecvenţă), polarizare şi energia sa specifică. Independent de aceste caracteristici, toate undele electromagnetice sunt de natura esenţial identică. Particularităţile diferitelor domenii ale spectrului au condus la clasificarea în unde radio, hiperfrecvenţe, infraroşu, vizibil, ultraviolet, raze X şi raze gamma (Fig. 1.1). În teledetecţie se utilizează, însă, numai o porţiune a spectrului electromagnetic (de la microunde până la ultraviolet). Fiecare domeniu este observat cu ajutorul unor captori/senzori adecvaţi în funcţie de natura obiectelor şi fenomenelor supuse cercetării.

Fig. 1.1 Spectrul electromagnetic general (sus) şi spectrul electromagnetic utilizat în teledetecţia tehnologică (jos)


10

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Toate categoriile de obiecte de la suprafaţa Terrei au proprietatea de absorbi Domeniile o parte a radiaţiei electromagnetice, în funcţie de aceasta fiind definită spectrului electromagnetic semnătura spectrală a obiectului respectiv. Pe baza cunoştinţelor referitoare la categoriile de radiaţii cu lungimi de undă absorbite şi reflectate este posibilă întâlnite în

activităţile curente ale omenirii

analizarea şi interpretarea imaginilor de teledetecţie. Elementele care stau la baza acestor analize sunt următoarele: 

lungimea de undă;



intensitatea radiaţiei incidente;



caracteristicile obiectelor şi elementelor (în particular caracteristici de absorbţie);



orientarea acestor obiecte şi elemente în raport cu poziţia soarelui sau a sursei de iluminare.

O diagramă sugestivă privind domeniile spectrului electromagnetic întâlnite în activităţile curente ale omenirii are forma din figura următoare:

Fig. 1.2 Domeniile spectrului electromagnetic


11

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Efectele atmosferei asupra

înregistrărilor de teledetecţie

Teledetecţia aerospaţială se bazează pe înregistrarea radiaţiei electromagnetice cu ajutorul senzorilor special concepuţi în acest scop, utilizând radiaţia luminii, de la ultraviolet la microunde, folosind ca formă de stocare a datelor imagini numerice sau analogice. Acest spectru nu este disponibil în totalitate, atmosfera acţionând ca un filtru de absorbţie şi de difuzie, rămânând la dispoziţie câteva ferestre de transparenţă. Acestea sunt zonele spectrale utilizate pentru teledetecţie, senzorii instrumentelor de captare a semnalului fiind calate în aceste lungimi de undă (Figura 1.1). Efectele atmosferei asupra înregistrărilor aeropurtate şi spaţiale asupra

pământului pot fi grupate în patru categorii principale: difuzie, absorbţie, refracţie şi turbulenţa. Dintre acestea difuzia constituie efectul dominant în marea majoritate a situaţiilor. În orice caz, pentru o înţelegere corectă a mijloacelor pe care teledetecţia le pune la dispoziţia operatorilor, trebuie să fie cunoscute în mod corect efectele interacţiunii radiaţiei electromagnetice în atmosferă şi rolul acesteia, ţinându-se seama de natura fenomenelor şi obiectelor urmărite. În practică, analiza acestui subiect trebuie să se facă în mod diferenţiat, de la simple aprecieri calitative ale filtrului atmosferic până la modele fizicomatematice complexe, sofisticate: luând în considerare numai veriga respectiva (filtrul atmosferic) sau considerând ansamblul factorilor naturali perturbatori cu conexiunile şi interdependenţele dintre aceştia. Importanţa reală a efectelor factorilor perturbatori asupra procesului de teledetecţie depinde de natura senzorilor utilizaţi şi de rezultatele urmărite. Ca atare, au fost evidenţiate în acest capitol conceptele de baza ale efectelor atmosferice, ionosferice şi ale apei. Fiind greu de abordat într-o formă comprimată, am considerat necesar ca tehnicile de măsurare şi instrumentaţia adecvată, precum şi metodologia sau tehnologia de calibrare a acestor filtre perturbatoare să fie prezentate în mod sumar în această lucrare. Factori limitativi în teledetecţie

După câteva decenii de evoluţie spectaculoasă, teledetecţia pare, încă a fi o tehnică extrem de generală, dezvoltarea sa, precum şi principalele sale aplicaţii plasând-o lângă celelalte ştiinţe şi tehnici aplicative de avangarda apărute in secolul trecut. Trebuie însă păstrate precauţiile necesare, deoarece există limitări fizice dar şi restricţii de aplicare (acestea din urmă din ce în ce mai mici) ale acestei tehnologii. Limitările fizice sunt legate esenţial de fenomenele fizice susceptibile de transferul informaţiei de la obiect la captor. În acest sens, sunt luate în considerare în cadrul procesului de teledetecţie: 

radiaţiile electromagnetice,



câmpurile de forţă electrice, magnetice şi câmpul gravitaţional,



vibraţiile acustice,



vibraţiile mecanice,



particule perturbatoare


12

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Atmosfera mediu perturbator

La traversarea atmosferei, radiaţia solară este supusă unor perturbaţii care depind de lungimea de undă proprie. Acestea sunt datorate absorbţiei şi emisiei mediului precum şi difuziei, difracţiei sau refracţiei atmosferice (Figura 1.3).

Fig. 1.3 Perturbaţii atmosferice În consecinţă, o mică parte a radiaţiei solare este penetranta prin atmosfera şi aceasta în porţiuni bine definite ale spectrului electromagnetic. În literatura de specialitate aceste porţiuni sunt întâlnite sub numele de "ferestre de transmisie ale atmosferei" (Figura 1.4). Atmosfera este opacă începând cu cele mai scurte lungimi de undă corespunzătoare razelor gamma şi X pana la circa 0,35 . Pornind de la 0,4  atmosfera prezintă "ferestrele" de transmisie amintite mai sus, înainte de a deveni opacă între 14  şi 1 mm. În fine, învelişul atmosferic devine penetrabil de la 1 mm la 5 cm lungime de undă pentru a ajunge total penetrabilă pentru toate lungimile de undă mai mari. Trebuie amintit ca ionosfera introduce limitări suplimentare pe care nu fac obiectul acestui subcapitol. Transparenţa spectrală a aerului, este, de asemenea, o caracteristică care trebuie cunoscută în procesul de înregistrare a imaginilor. Coeficientul de transparenţă variază după sezon şi în funcţie de diferitele lungimi de undă. Vara, coeficientul de transparenţă scade semnificativ în vizibil, pentru infraroşu variaţiile fiind mult mai mici. Totuşi, poate să apară o mărire a luminozităţii generale datorită difuzei luminii în atmosferă. Valoarea vălului atmosferic depinde de grosimea optică a atmosferei, de distanţă zenitală a soarelui şi de direcţia de vizare, de capacitatea de reflexie a peisajului aerian, precum şi de forma sub care se manifestă difuzia în atmosferă.


13


Fig. 1.4 Transmisia atmosferică Principalele mijloace pentru înlăturarea sau slăbirea efectului voalului atmosferic asupra înregistrării, sunt dispozitivele optice suplimentare ataşate captor ului, numite filtre. Acestea sunt poziţionate în faţa instrumentului optic instalat pe platforma satelitară. Un al doilea mijloc de compensare a efectelor atmosferice este alegerea judicioasă a benzilor spectrale. Principala sarcină a filtrelor de culoare este aceea de a absorbi razele de lumina, reflectate şi difuzate de către atmosferă. Datorită faptului că radiaţiile corespunzătoare domeniului albastru, violet şi, în parte, ultraviolet, nu iau parte la formarea imaginii din cauza reflexiei şi difuzării lor de către atmosfera este necesară utilizarea filtrelor optice compensatoare color ate sau a detectorilor adecvaţi. Între dispozitivul captor şi Pământ se află, întotdeauna, o pătură groasă de aer care nu este niciodată complet transparentă. Aceasta este alterată într -un anumit grad de prezenţa anumitor particule, fie solide fie produse prin condensarea vaporilor de apă, care provoacă difuzarea luminii în atmosferă afectând claritatea aerului. Mediul acesta tulbure imprimă şi obiectului de fotografiat aceeaşi caracteristică, adică reduce contrastul detaliilor obiectului de fotografiat. Acest mediu alterat poartă numele de văl atmosferic şi are drept cauză prezenţa în atmosferă a diferitelor particule străine. Corpurile străine din atmosfera provoacă difuzarea razelor de lumină în mediul înconjurător. Difuzia luminii în atmosfera are două surse principale: 

când aerul are relativ puţine impurităţi şi lumina solara este difuzată în special de către moleculele de gaze, predominând radiaţia albastră ;



când aerul conţine multe impurităţi (praf, fum, ş.a.), iar razele corespunzătoare diferitelor zone ale spectrului sunt reflectate şi difuzate disproporţionat.


14

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Test de autoevaluare

3. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Ce măsoară de sistemele de teledetecţie? b) Care este modul de interacţiune al energiei electromagnetice cu suprafaţa terestră? c) Care sunt elementele prin care poate fi caracterizată o undă electromagnetică? d) Care este spectrul electromagnetic utilizat în teledetecţia tehnologică? e) Care sunt elementele care stau la baza analizei şi interpretării imaginilor de teledetecţie? f) Care sunt efectele atmosferei asupra înregistrărilor de teledetecţie? g) Care sunt factorii limitativi în teledetecţie? h) Care sunt fenomenele care apar la traversarea atmosferei de către energia electromagnetică?

Comentarii la aceste întrebări veţi găsi la sfârşitul unităţii de învăţare. După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: Toate categoriile de obiecte de la suprafaţa Terrei au proprietatea de absorbi o parte a radiaţiei electromagnetice, în funcţie de aceasta fiind definită semnătura spectrală a obiectului respectiv. Pe baza cunoştinţelor referitoare la categoriile de radiaţii cu lungimi de undă absorbite şi reflectate este posibilă analizarea şi interpretarea imaginilor de teledetecţie. 1.5. Ramuri ale teledecţiei geospaţiale cu utilizare Domenii de aplicare a

teledetecţiei

tematică

Dintre toate aplicaţiile teledetecţiei mai cunoscute sunt cele care se referă la studiul resurselor naturale ale Pământului. Trebuie însă menţionat că teledetecţia are aplicabilitate şi în multe alte domenii ale cercetării, un loc important fiind ocupat de studiul poluării şi al poluanţilor. Fără a considera următoarea enumerare ca fiind exhaustivă, se poate spune că teledetecţia se ocupă cu:


15

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ 

studiul comportamentului suprafeţei terestre în interacţiune cu radiaţiile electromagnetice,



studiul mijloacelor tehnice care permit recepţionarea acestor radiaţii



studiul metodelor de analiză a datelor recepţionate, înainte de a fi extrase informaţiile care constituie, de fapt, produsul final şi scopul declarat.

Astfel, instrumentele optice furnizează imagini similare unei observări directe din spaţiu. Rezoluţia ridicată a acestor instrumente şi utilizarea benzilor multispectrale permit achiziţionarea imaginilor foarte bogate în informaţii care pot fi interpretate în vederea detaliilor specifice ale suprafeţei Terrei. De asemenea, în mod complementar instrumentelor optice (dependente de starea atmosferică şi de iluminarea directă a soarelui) instrumentele radar pot funcţiona atât ziua cât şi noaptea indiferent de acoperirea cu nori. Observarea în domeniul optic, al microundelor şi al hiperfrecvenţelor este un mijloc modern de investigare care poate fi adaptat necesităţilor fiecărei aplicaţii în parte. De exemplu, combinate cu imagini optice de arhivă, datele radar constituie o alternativă viabilă performantă în cazuri de urgenţă generate de calamităţi naturale. Perfecţionarea tehnologiilor a permis ca în ultimii ani să se dezvolte o nouă generaţie de sateliţi care permit şi ţărilor cu resurse limitate să opereze sisteme satelitare de observare a Terrei datorită costurilor mai reduse şi a adaptabilităţii pentru aplicaţii particulare. Este vorba de sistemele de sateliţi de talie mică care oferă oportunităţi pentru expansiunea mai rapidă a cunoştinţelor tehnice în domenii tematice mult mai variate. Poate fi amintita aici seria de sateliţi DMC (Disaster Monitoring Constelation) produsă în Marea Britanie la Surrey constelaţie care serveşte nevoile interne ale unor ţări ca Algeria (AlSAT), Turcia (BilSAT sau Nigeria (NigeriaSAT), iar începând cu a doua generaţie şi ale unor ţări cu potenţial spaţial avansat ca Spania (Deimos-1) sau China (Beijing-1). Evident că şi Marea Britanie are pe orbită sateliţi UK -DMC(din prima generaţie) şi UK -DMC 2 (din cea de a doua generaţie). Orbitele heliosincrone ale acestor sateliţi sunt situate în planuri diferite şi sunt coordonate în aşa fel încât intersectează Ecuatorul la aceeaşi oră locală. Tehnici uzuale

de teledetecţie

Dacă până la începutul anilor '70 teledetecţia tehnologică civilă era limitată la utilizarea fotografiei aeriene alb-negru şi color (în domeniul vizibil şi, foarte rar, în domeniul infraroşu, astăzi nu se mai poate vorbi despre acest domeniu fără a integra informaţia obţinută prin mijloace specifice observării Pământului cu alte ramuri ale măsurătorilor terestre şi ale geografiei tematice. De aceea, la nivel global, aceste tehnici de lucru sunt unanim acceptate ca făcând parte din sistemul din ce în ce mai complex cunoscut sub abrevierea EO ( en. E arth bservation), sistem care include atât tehnicile specifice teledetecţiei, cât şi O cele ale poziţionării globale. Odată cu lansarea primilor sateliţi tehnologici progresul în acest domeniu a fost foarte rapid, în special datorita dezvoltării electronicii şi înlocuirii captorilor


16

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ fotochimici (reactivii peliculelor) cu captorii electronici care detectează lumina variaţiile de temperatură sau radar. În sens strict, teledetecţia utilizează radiaţiile electromagnetice din intervalul cuprins între ultraviolet şi microunde. Senzorii specifici captează variaţiile de absorbţie-emisie - reflexie ale suprafeţei, sau chiar a stratului superficial. Datele sunt stocate pe un suport magnetic (sub formă de fişiere-imagine), în formate care permit vizualizarea pe monitoare, tipărirea lor, sau impresionarea pe materiale fotosensibile speciale (active în special în infraroşu) care permit restituţia prin procedee fotografice clasice. Radiaţiile electromagnetice sunt utilizate şi în geofizică dar, datorită faptului că tehnicile de înregistrare care utilizează zone ale spectrului cu lungimi de undă inferioare ultravioletului (raze X şi Gamma) sau mai mari decât microundele şi care captează un semnal a cărui origine este situată la adâncime, nefiind având doar o restituţie pe profil, se consideră că nu fac parte din metodele de teledetecţie. Este acceptat faptul că teledetecţia tehnologică se referă la aplicaţiile pentru care metoda de procesare a datelor depinde de natura specială a vectorilor purtători (avion, satelit) utilaţi cu captori şi detectori asociaţi unor porţiuni ale spectrului electromagnetic, chiar dacă există şi replici terestre utilizând acelaşi tip de echipament de înregistrare a datelor. De asemenea, se consideră că în domeniul aplicativ se folosesc patru tehnici uzuale de teledetecţie: 

trei cu înregistrare pasivă (fotografia aeriană sau cosmică, cunoscută şi sub numele de fotogrammetrie, teledetecţia multispectrală în domeniul vizibil şi infraroşu

una cu înregistrare activă, (radar-ul). Acestă clasificare nu este exhaustivă. Evoluţia rapidă a tehnologiei a introdus tipuri noi de captori specifici domeniului hiperspectral (instrumente care au mai mult de 10 benzi spectrale sau chiar peste o sută). De asemenea menţionăm şi tehnicile lidar care au preluat în mare măsură unele din atribuţiile fotogrammetriei. O altă tehnică considerată a fi o parte a teledetecţiei este videografia care este folosită mai ales pentru cartarea tematică de urgenţă în zonele greu accesibile, dar precizia cu care sunt obţinute datele îi conferă acesteia un caracter informativ.Multă vreme s-a considerat că există două ramuri ale teledetecţiei, din care una, de orientare figurativă, utilizează metode de analiză calitativă care permit, cu foarte mare dificultate, generarea de imagini, cunoscută şi sub denumirea de teledetecţie analogică, iar cea de-a doua, care se referă la aspectul numeric, apărută şi dezvoltată odată cu computerele, tratînd informaţia în mod abstract, ca o colecţie de măsurători care subliniază caracterul inerent cantitativ al datelor. În cazul al doilea imaginea nu este înţeleasă ca informaţie ci ca un mecanism simplu pentru vizualizarea informaţiei. 


17

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Tehnologia laturii figurative este mult mai veche şi, consideră unii, mai dezvoltată din punct de vedere conceptual, senzorii utilizaţi (camerele fotografice) fiind la îndemâna oricui, un aspect foarte important în evaluarea capabilităţilor fiind marea experienţă acumulată în tehnicile de analiză asociate, specifice interpretării fotografiilor ortocromatice, pancromatice, spectrozonale în vizibil sau infraroşu, dar şi în ultraviolet. Test de autoevaluare

4. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Care este obiectul de studiu al teledetecţiei? b) Care sunt caracter isticile instrumentelor optice de teledetecţie? c) Care sunt caracteristicile instrumentelor radar de teledetecţie? d) Care sunt cele 4 tehnici uzuale folosite în teledetcţie?

Comentarii la aceste întrebări veţi găsi la sfârşitul unităţii de învăţare. După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: Se consideră că în domeniul aplicativ se folosesc patru tehnici uzuale de teledetecţie:  trei cu înregistrare pasivă (fotografia aeriană sau cosmică, cunoscută şi sub numele de fotogrammetrie, teledetecţia multispectrală în domeniul vizibil şi infraroşu 

una cu înregistrare activă, (radar-ul).


18

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ 1.6. RĂSPUNSURI ŞI COMENTARII DE AUTOEVALUARE

LA ÎNTREBĂRILE DIN TESTELE

Test de autoevaluare: Intrebarea 1

a) Termenul "detecţie de la distanţă" înseamnă studierea suprafeţei Pământului, din spaţiu, utilizând proprietăţile undelor electromagnetice emise, reflectate sau difractate de către obiectele studiate, în scopul îmbunătătirii managementului resurselor naturale, utilizării solului şi protejării mediului. b) Termenul "date primare" se referă la acele date neprelucrate, achiziţionate de senzori plasaţi pe aparatul din spaţiu, care sunt transmise la sol, din spaţiu prin telemetrie, sub forma de semnale electromagnetice, filme fotografice, benzi magnetice sau alte mijloace. c) Termenul de "date procesate" se referă la datele obţinute în urma procesării datelor primare, procesări necesare pentru a le face utilizabile. d) Termenul de "informaţii analizate" face referire la informaţia rezultată din interpretarea datelor procesate, a datelor de intrare şi a cunostinţelor din alte surse. e) Termenul de "activităţi de detecţie de la distanţă" se referă la operaţiunile efectuate de sistemele spaţiale de detecţie, colectarea de date primare şi stocarea, interpretarea şi diseminarea datelor procesate. f) Naşterea teledetecţiei satelitare se situeaza în anii '60, odată cu lansarea primelor platforme cu destinaţie meteorologică. g) Primul satelit cu destinaţie civilă a fost lansat în anul 1972 şi a fost destinat monitorizării resurselor naturale. Intrebarea 2

a) 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 teres tre prin măsurători efectuate de la distanţa fără a intra în contact material cu acestea.

b) Problematica teledetecţiei se rezumă la studiul fenomenelor urmărinduse analizarea acestora în funcţie de:  natura, specificitatea şi caracteristicile lor;  durata acestora cu ordin de mărime diferenţiat de natura fenomenelor derulate (ore, luni, ani, decenii..) sau, generalizând, se pot lua în considerare elemente temporale (trecutul, mai mult sau mai puţin cunoscut, prezentul studiat, viitorul prognosticat)  spaţiul geografic definit de: dimensiunile laterale x,y referitoare la un plan sau o suprafaţă, dimensiunea verticală (altitudine, înalţime, profunzime, grosime), relatiile dintre obiecte c) Folosirea imaginilor provenite de la sateliţii de observare a Pământului   


19

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ ţine cont de caracteristicile proprii fiecărui satelit utilizat, mai precis de cei trei parametri fundamentali:  rezoluţia spatială,  rezoluţia spectrală,  repetitivitatea spaţio-temporală. d) Teledetecţia oferă posibilitatea studierii de către specialişti a problemelor majore privind conservarea naturii. Pot fi amintite tematici de studiu de mare importanţă pentru prezentul şi viitorul omenirii:  defrişările masive, seceta,  monitorizarea culturilor agricole,  explorarea şi exploatarea resurselor minerale,  efectele dezastrelor naturale (inundaţii, cutremure, alunecări de teren, etc.) sau antropice. De asemenea este important să fie amintite şi alte aplicaţii, astăzi devenite operaţionale, ale teledetecţiei:  studiul ratei de sedimentare în estuare şi areale deltaice,  managementul şi reabilitarea fondului forestier,  reecologizarea (regenerarea solurilor) după încheierea exploatărilor miniere (aceste proceduri au o durat mare de peste 10 ani);  monitorizarea temperaturii suprafeţei mărilor şi oceanelor pentru a identifica cele mai bune locuri de pescuit din punctul de vedere al producţiei şi cu impact redus asupra protecţiei speciilor, măsurarea cantităţii de clorofilă,  studii privind salinitatea apei, monitorizarea calităţii apei din punct de vedere al turbidităţii şi al conţinutului de alge în zonele costiere,  modul de utilizarea a terenurilor. e) Modul în care specialistul înţelege relaţia dintre imagine satelitară şi realitatea înconjurătoare depinde de două elemente aparent disociate: pregătirea sa de bază, pe de o parte, iar pe de altă parte echipamentele şi tehnicile de prelucrare (operaţionale sau experimentale) de care dispune acesta. Mai trebuie ţinut seama şi de faptul că în teledetecţie este obligatorie crearea de echipe complexe formate din specialişti capabili să extragă şi să analizeze în mod coerent, integrat, cu viziune multidisciplinară, esenţa informaţiei tematice. Intrebarea 3

a) Mărimea cea mai des măsurată de sistemele de teledetecţie actuale este energia electromagnetică emanată sau reflectată de obiectul studiat. b) Care elementele constitutive ale scoarţei terestre (rocile, solurile), vegetaţia, apa, cât şi obiectele care le acoperă au proprietatea de a absorbi, reflecta sau de a emite energie. Cantitatea de energie depinde de caracteristicile radiaţiei, de proprietatea de absorbţie a obiectelor şi de orientarea acestor obiecte faţa de soare sau faţa de sursa de radiaţie. Toate obiectele din natură, cu condiţia ca temperatura lor sa fie superioară lui zero absolut (0K – 273C), emit o cantitate specifică de


20


c)

d) e)

f) g)

h)

radiaţie electromagnetică din care, o parte, poate fi percepută de instrumente specializate. O unda electromagnetică este caracterizată prin lungimea de undă (sau frecvenţă), polarizare şi energia sa specifică. Independent de aceste caracteristici, toate undele electromagnetice sunt de natura esenţial identică. Teledetecţia utilizează radiaţiile electromagnetice din intervalul cuprins între ultraviolet şi microunde. Elementele care stau la baza acestor analizei şi interpretării imaginilor de teledetecţie sunt următoarele:  lungimea de undă;  intensitatea radiaţiei incidente;  caracteristicile obiectelor şi elementelor (în particular caracteristici de absorbţie);  orientarea acestor obiecte şi elemente în raport cu poziţia soarelui sau a sursei de iluminare. Efectele atmosferei asupra înregistrărilor aeropurtate şi spaţiale asupra pământului pot fi grupate în patru categorii principale: difuzie, absorbţie, refracţie şi turbulenţa. Limitările fizice sunt legate esenţial de fenomenele fizice susceptibile de transferul informaţiei de la obiect la captor. În acest sens, sunt luate în considerare în cadrul procesului de teledetecţie:  radiaţiile electromagnetice,  câmpurile de forţă electrice, magnetice şi câmpul gravitaţional,  vibraţiile acustice,  vibraţiile mecanice,  particule perturbatoare. La traversarea atmosferei, radiaţia solară este supusă unor perturbaţii care depind de lungimea de undă proprie. Acestea sunt datorate absorbţiei şi emisiei mediului precum şi difuziei, difracţiei sau refracţiei atmosferice.

Intrebarea 4

a) Teledetecţia se ocupă cu:  studiul comportamentului suprafeţei terestre în interacţiune cu radiaţiile electromagnetice,  studiul mijloacelor tehnice care permit recepţionarea acestor radiaţii  studiul metodelor de analiză a datelor recepţionate, înainte de a fi extrase informaţiile care constituie, de fapt, produsul final şi scopul declarat. b) Instrumentele optice furnizează imagini similare unei observări directe din spaţiu. Rezoluţia ridicată a acestor instrumente şi utilizarea benzilor multispectrale permit achiziţionarea imaginilor foarte bogate în informaţii care pot fi interpretate în vederea detaliilor specifice ale suprafeţei Terrei.


21

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ c) În mod complementar instrumentelor optice (dependente de starea atmosferică şi de iluminarea directă a soarelui) instrumentele radar pot funcţiona atât ziua cât şi noaptea indiferent de acoperirea cu nori. Combinate cu imagini optice de arhivă, datele radar constituie o alternativă viabilă performantă în cazuri de urgenţă generate de calamităţi naturale. d) Se consideră că în domeniul aplicativ se folosesc patru tehnici uzuale de teledetecţie:  trei cu înregistrare pasivă (fotografia aeriană sau cosmică, cunoscută şi sub numele de fotogrammetrie, teledetecţia multispectrală în domeniul vizibil şi infraroşu  una cu înregistrare activă, (radar-ul). 1.7. LUCRAREA DE VERIFICARE NR. 1

1. Care este conţinutul primului principiu fundamental referitor la domeniul observării Terrei? 2. Care este definiţia teledetecţiei? 3. Cum sunt caractersisticile senzorilor sateliţilor de teledetecţie? 4. Enumeraţi cel mai importante aplicaţii ale teledetecţiei. 5. Ce ştiţi despre spectrul electromagnetic general şi despre cel utilizat în teledetecţia tehnologică? 6. Enumeraţi şi descrieţi efectele atmosferei asupra înregistărilor de teledetecţie. 7. Care sunt facorii limitativi în teledetecţie? 8. Ce ştiţi despre difuzia luminii în atmosferă? 9. Care sunt caracteristicile instrumentelor optice/radar? 10. Care sunt tehnicile uzuale de teledetecţie? 1.8. BIBLIOGRAFIE MINIMALĂ

1. Campbell, J.B. (1987) Introduction to Remote Sensing. The Guilford Press, New York. 2. Barton, D. & S. Leonov (eds.) (1997) Radar technology encyclopedia, 511 p., Artec House, Norwood, MA, USA, ISBN 0-89006-893-3 3. Oliver, C. & S. Quegan (1998) Understanding synthetic aperture radar images, 479 p., Artech House, Norwood, MA, USA, ISBN 089006850X. 4. Campbell, J. B. (1996) Introduction to Remote Sensing (2nd Ed), London:Taylor and Francis.


22


Unitatea de învăţare nr. 2 ROLUL CULORILOR ÎN ANALIZA DATELOR DE TELEDETECŢIE Pagina

Cuprins

2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7.

Obiectivele unităţii de învăţare nr. 2 Principii fundamentale Evaluarea şi reproducerea culorilor Alte noţiuni importante privind culorile Răspunsuri şi comentarii la teste Lucrarea de verificare nr. 1 Bibliografie minimală

23 23 28 31 34 37 37

2.1. OBIECTIVELE UNITĂŢII DE ÎNVĂŢARE NR. 2

Acest capitol are ca scop familiarizarea studenţilor cu rolul culorilor în analiza datelor de teledetecţie  Principii fundamentale privind modul de propagare a luminii în spaţiu, noţiunea de culoare, geneza culorilor în natură  Evaluarea şi reproducerea culorilor, parametrii subiectivi/obiectivi de evaluare a culorilor, sinteza aditivă/substractivă a culorilor  Alte noţiuni importante privind culoarea utilizate în practica procesării de imagini, rolul filtrelor în teledetecţie 

2.2. Principii fundamentale

Lumina este o formă de energie care se propagă în spaţiu sub forma undelor (oscilaţiilor) electromagnetice, fiind un caz particular al energiei radiante, formă de energie care se mai precis este acea parte a energiei radiante care este capabilă să producă fiinţei umane şi altor organisme superioare, senzaţii vizuale. Energia emisă propagă sub forma undelor de soare cuprinde o largă gamă de radiaţii electromagnetice. Dintre acestea, electromagetice la suprafaţa Pamântului, după trecerea prin atmosfera terestră (care acţionează ca un filtru), ajunge doar o mică parte, care cuprinde radiaţiile vizibile precum şi radiaţii din zonele învecinate (ultraviolet şi infraroşu). Toate acestea alcătuiesc zona optică a spectrului. Lumina –

Dintre componentele spectrului radiaţiilor electromagnetice, doar acelea aparţinând unui domeniu foarte îngust, plasat aproximativ în mijlocul acestuia, având valorile eşalonate între 380 şi 760 nm, produc senzaţii luminoase. Ele constituie zona vizibilă a spectrului, prezenţa lor simultană în cantităţi egale, provocând unui observator senzaţia luminii albe.Ochiul uman nu este capabil să distingă componentele luminii albe, dar, atunci când


23

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ printr-un procedeu oarecare, aceasta este descompusă astfel încât radiaţiile componente să ocupe poziţii diferite în câmpul vizual, organul vederii le diferenţiază prin senzaţii diferite de culoare. Ochiul răspunde simultan tuturor radiaţiilor pe care le captează ; o radiaţie de o anumită lungime de undă nu poate fi distinsă dintre celelalte, cu excepţia cazului în care este captată separat. De exemplu, ochiul identifică cu uşurinţă culoarea verde în spectrul vizibil, dar nu este capabil să izoleze această senzaţie din lumina albă în care acest verde este prezent. Înseamnă că ochiul nu conţine o infinitate de categorii de elemente sensibile la culoare, corespunzătoare tuturor radiaţiilor aparţinând domeniului vizibil al spectrului. Experienţa demonstrează că totul se petrece ca şi cum ar exista doar trei categorii de astfel de elemente, mai precis de conuri corespunzând, în mare, celor trei zone ale spectrului care grupează radiaţiile albastre (380-500 nm), verzi (500-600 nm) şi roşii (600-760 nm). Este suficient astfel să se amestece în mod judicios fascicole de lumină având culorile roşu, verde, respectiv albastru (numite culori primare), pentru a realiza sinteza luminii albe. Această teorie este confirmată de faptul că orice culoare poate fi reprodusă printr-un amestec potrivit de trei fascicole de lumină, fiecare corespunzător culorilor primare.

Noţiunea de culoare

Fiind un fenomen în întregime cerebral, rezultat din acţiunea radiaţiilor luminoase asupra ochiului determinând o senzaţie asociată viziunii, noţiunea de culoare nu există din punct de vedere material. Culorile pot fi create de interacţiunea luminii cu obiectele, fie culorile corpurilor opace, sau ale corpurilor transparente, fie prin emiterea cu ajutorul unui dispozitiv iradiant (fascicul laser, televiziune). În cazul cor purilor opace culoarea rezultă din interacţiunea luminii cu un obiect. Receptorul (în acest caz ochiul) analizează, iar creierul interpretează fracţiunea de semnal reflectat în direcţia sa (fig. 2.1). În cazul corpurilor transparente receptorul analizează, iar creierul interpretează fracţiunea de semnal transmisă către receptor (fig.2.2).

Fig. 2.1 Culoarea corpurilor opace


24


Fig. 2.2 Culoarea corpurilor transparente În 1669 Newton a reuşit să descompună experimental, cu ajutorul unei prisme triunghiulare, lumina albă în culori monocromatice, respectiv în radiaţii electromagnetice cărora le corespunde o lungime de undă care permite să fie caracterizate. Altfel spus a descompus un fascicol de lumină solară pentru a pune în evidenţă o serie neîntreruptă de culori juxtapuse, care a primit denumirea de spectru vizibil. Producerea spectrului în acest mod se explică prin faptul că indicele de refracţie al unui material transparent variază cu lungimea de undă a radiaţiei care îl traversează; în consecinţă, diferitele radiaţii componente ale unui amestec sunt deviate mai mult sau mai puţin în funcţie de lungimea lor de undă.Între culorile spectrului nu există graniţe bine definite de trecere de la o culoare la alta, dar ochiul uman distinge, totuşi, un număr de peste 150 de nuanţe intermediare. O culoare obţinută prin excitarea ochiului cu o radiaţie luminoasă de o anumită lungime de undă sau de o bandă foarte îngustă de lungimi de undă (sub 5 nm) se numeşte culoare monocromatică, iar radiaţia care îi dă naştere este denumită radiaţie monocromatică. În realitate, culorile uzuale sunt departe de a fi pure aşa cum sunt culorile monocromatice ale spectrului. De fapt, culorile folosite în teledetecţie corespund radiaţiei acoperind un interval continuu de lungimi de undă care integrează o infinitate de unde monocromatice. De aceea, procesarea de imagini are ca obiect şi caracterizarea spectrală a culorii corpurilor.

Definiţia culorii

Definiţia culorii poate avea diferite sensuri dacă luăm în considerare aspectul fizic, psihofizic, psiho-senzorial sau fiziologic: 

din punct de vedere fizic: radiaţii electromagnetice cuprinse între 375-760 nm (banda spectrului electromagnetic vizibil), cu o lungime de undă care este susceptibilă să stimuleze selectiv conurile retiniene;



din punct de vedere psiho-fizic culoarea este acea caracter istică a luminii care permite de a distinge unul de altul, două câmpuri din spectrul vizibil care au aceeaşi formă, mărime şi structură;



din punct de vedere psiho-senzorial, indiferent de stimulul utilizat, orice senzaţie luminoasă se caracterizează prin: luminozitate (factor


25

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ necromatic ce se referă la intensitatea sursei luminoase), tonalitate (denumirea culorii care se referă la scara perceptivă calitativ şi indicată cu termenii de roşu, verde, galben, albastru) şi saturaţie (caracteristică a culorii ce se referă la o scară de senzaţii reprezentând grade crescânde de culoare plecând de la alb). 

din punct de vedere fiziologic, compunerea unui ansamblu de trei culori primare permite reproducerea oricărei culori.

Rezultă, deci, că noţiunea de culoare include în sine doi factori:

Geneza culorilor în

natură



unul obiectiv (radiaţia luminoasă),



unul subiectiv (senzaţia de culoare care se naşte în creierul uman, ca urmare a excitării ochiului de această radiaţie).

Toate senzaţiile de culoare pe care le încercăm rezultă din modificarea selectivă a luminii albe în natură. Principalele fenomene fizice care stau la originea acestor modificări sunt absorbţia, difuzia, interferenţa, dispersia şi fluorescenţa.

Absorbţia. Majoritatea fenomenelor absorb selectiv o parte din lumina care le întâlneşte, în sensul că absorbţia variază cu lungimile de undă ale radiaţiilor componente. Ca urmare, lumina care părăseşte materialul (prin reflexie sau transmisie) are o compoziţie spectrală diferită de cea incidentă şi, fiind percepută de ochi, produce senzaţia unei anumite culori. Un obiect dat va apărea, deci, colorat în culoarea luminii reflectate sau transmise de el. Difuzia. Culorile în care apare cerul la răsăritul sau la apusul soarelui rezultă datorită aceluiaşi fenomen care conferă cerului senin culoarea sa albastră : difuzia selectivă a radiaţiilor luminoase reflectate în toate direcţiile de către moleculele gazelor care alcătuiesc atmosfera. Acţionând asupra radiaţiilor luminoase, moleculele de aer au influenţă în primul rând asupra celor cu lungime de undă mică şi destul de puţin asupra celorlalte. Difuzate prin reflexie, undele luminoase cu lungime de undă mică dau cerului culoarea albastră. Proporţia de unde scurte difuzate este atât de mare încât observatorul nu mai primeşte decât o cantitate foarte mică din acestea: fluxul luminos este compus în principal din unde mai lungi, astfel încât soarele apare galben, portocaliu şi, în anumite cazuri, în funcţie de puritatea atmosferei, chiar roşu. Când aerul este încărcat de praf, fum, picături de apă în suspensie, difuzia îşi pierde caracterul selectiv şi, acţionând asupra tuturor radiaţiilor conţinute în lumina solară, este difuzată lumina albă, ceea ce face ca cerul să capete un aspect alb, laptos. În absenţa totală a atmosferei şi deci a difuziei luminii solare, cerul ar părea negru, ca în spaţiile intersiderale iar stelele ar fi vizibile la orice oră din zi şi din noapte. Interferenţa pe straturi transparente subţiri este rezultatul interacţiunii dintre radiaţiile reflectate pe ambele feţe ale acestora, având ca efect diminuarea, intensificarea sau anularea reflexiei în funcţie de faza în care acestea se întâlnesc. În lumina albă interferenţa are ca rezultat atenuarea selectivă a


26

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ unor radiaţii în funcţie de raportul dintre lungimile lor de undă şi grosimea stratului. Din acest motiv baloanele de săpun şi petele de ulei de pe suprafaţa apei, care reprezintă variante ale straturilor transparente subţiri, prezintă un aspect multicolor. Dispersia. Formarea culorilor poate proveni, de asemenea, din diferenţele de

refracţie suferite de radiaţiile având lungimi de undă diferite. Lumina albă este astfel dispersată în elementele sale componente, etalate sub forma unui spectru colorat. Exemplele bine cunoscute sunt: 

curcubeul (produs prin refracţia selectivă a componentelor luminii albe solare la trecerea prin picăturile de apă aflate după ploaie în atmosferă);



spectrul obţinut la trecerea unui fascicol de lumină albă printr -o prismă triunghiulară transparentă;



"apele" policrome etalate de faţetele şlefuite ale diamantului la iluminarea sa cu o sursă puternică de lumină.

Fluorescenţa. Radiaţiile ultraviolete, deci invizibile, care, absorbite de anumite substanţe, sunt transformate în radiaţii de diferite lungimi de undă din domeniul vizibil, având culori strălucitoare vizibile în plină obscuritate provoacă fenomenul de fluorescenţă. Imaginea color de televiziune, dar şi, foarte important pentru procesarea de imagini de teledetecţie, cea obţinută pe ecranul monitoarelor calculatoarelor, se reconstituie cu ajutorul unor luminofori a căror excitare este produsă nu de radiaţii electromagnetice ci de fascicole de electroni. Test de autoevaluare

1. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Cum se propagă lumina în spaţiu? b) Care sunt cele trei zone care aparţin domeniului vizibil al spectrului? c) Care este definiţia culorii? d) Care sunt principalele fenomene fizice care stau la originea modificării selective a luminii albe în natură?

Comentarii la aceste întrebări veţi găsi la sfârşitul unităţii de învăţare.


27

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: Lumina este o formă de energie care se propagă în spaţiu sub forma undelor electromagnetice. Energia emisă de soare cuprinde o largă gamă de radiaţii electromagnetice. Dintre acestea, la suprafaţa Pamântului, după trecerea prin atmosfera terestră (care acţionează ca un filtru), ajunge doar o mică parte, care cuprinde radiaţiile vizibile precum şi radiaţii din zonele învecinate (ultraviolet şi infraroşu). Toate acestea alcătuiesc zona optică a spectrului. 2.3. Evaluarea şi reproducerea culorilor

Generalităţi

Deşi culoarea este o calitate, nu o cantitate a fost necesar în vederea identificării, comparării şi reproducerii culorilor, să se stabilească o serie de parametrii de evaluare a acestora. În plus, deoarece culoarea este o senzaţie (fenomen psihic, subiectiv) provocată de o radiaţie electromagnetică (fenomen fizic, obiectiv), pentru evaluarea sa se utilizează atât parametrii subiectivi cât şi obiectivi.

Parametrii subiectivi de evaluare a culorii

Ochiul identifică o culoare după strălucire, nuanţă şi saturaţie: 

strălucirea este atributul senzaţiei vizuale potrivit căruia o sursă luminoasă directă sau indirectă , pare că emite mai multă sau mai puţină lumină.



nuanţa (tonalitatea cromatică) este atributul senzaţiei vizuale care permite să se dea o denumire unei culori, prin asociere cu o anumită regiune a spectrului vizibil. Culorile principale provenite din dispersia luminii albe sunt, în ordinea descrescândă a lungimilor de undă: roşu, portocaliu (oranj), galben, verde, albastru, indigo şi violet, ale căror iniţiale formează cuvântul ROGVAIV, util pentru reţinerea denumirilor culorilor spectrale şi a ordinii lor în spectru.

saturaţia este atributul senzaţiei vizuale care permite să se aprecieze senzaţia vizuală totală şi se caracterizează prin amestecul de lumină albă în culoarea dată. Parametrii subiectivi se folosesc în limbaj curent pentru aprecierea reproducerilor fotografice, a culorilor obiectelor uzuale. Pentru a se ajunge însă la performanţele actuale în domeniul reproducerii culorilor în fotografie, film, televiziune, în domeniul tipografic şi, în cazul de faţă, în teledetecţie, a fost necesară stabilirea unor parametrii obiectivi, măsurabili. În practică culoarea este evaluată făcând apel la următorii parametrii: Luminanţa caracterizează intensitatea radiaţiei luminoase a unei surse de radiaţii directe sau indirecte într -o anumită direcţie, raportată la aria suprafeţei aparente a sursei văzute din respectiva direcţie. Lungimea de undă dominantă exprimă lungimea de undă a radiaţiei 

Parametrii obiectivi de evaluare a culorilor


28

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ monocromatice care generează, prin comparaţie, culoarea pură cea mai apropiată de culoarea considerată. Puritatea exprimă gradul de diluare a culorii pure definite de lungimea de

undă, prin amestec cu lumina albă, diluare care trebuie făcută pentru reconstituirea culorii obiectului. Exemple de culori pure sunt cele spectrale. Între parametrii obiectivi şi subiectivi există următoarea corespondenţă: luminanţă  strălucir e, lungime de undă dominantă nuanţă puritate saturaţie. În legătură cu parametrii enumeraţi, trebuie arătat că mărimile lungime de undă dominantă şi puritate, se recunosc sub numele de cromaticitate, iar nuanţa şi saturaţia, sub denumirea de cromie. Sinteza

aditivă a culorilor (amestecul aditiv)

Teoria tricromatică a vederii este confirmată de faptul că orice culoare poate fi reprodusă (sintetizată) prin amestecul judicios a trei fascicole de lumină colorate în albastru, verde şi respectiv roşu, numite culori primare, reprezentând, fiecare, aproximativ cât o treime din spectrul vizibil. Atunci când amestecul a trei fascicule de lumină colorată se obţine prin adunare spunem că au fost sintetizate culorile prin aditivare. Procedeul se poate realiza într-o cameră obscură, proiectând pe un ecran alb fascicolele de lumină provenind de la trei surse coerente de lumină, prevăzute fiecare cu câte un filtru având culorile roşu, verde, respectiv albastru. Suprapunând în diferitele moduri cele trei proiecţii, se obţin următoarele rezultate: 

la intersecţia fascicolului roşu cu cel verde se obţine o suprafaţă galbenă  (R+V=G);



fascicolul roşu combinat cu cel albastru generează culoarea magenta (purpuriu)  (A+R=M);



fascicolul albastru combinat cu cu cel verde generează prin suprapunere culoarea cyan (azurie)  (V+A=C)



la intersecţia celor trei fascicole colorate, se obţine o suprafaţă albă: (R+V+A

alb)

Trecând în această egalitate pe rând, fiecare culoare în dreapta, putem scrie: (R+V = alb-A) ; R+A = alb-V şi V+A = alb-R

dar R+V, R+A şi V+A reprezintă culorile Galben, Magenta şi respectiv Cyan. Rezultă că : galbenul şi albastrul, verdele şi magenta, respectiv cyanul cu roşul, alcătuiesc, în amestec de cantităţi egale, culoarea albă (Figura. 2.3). Din acest motiv, culorile galben, magenta şi cyan se numesc complementarele culorilor albastru, verde şi respectiv roşu deoarece amestecate în proporţii corespunzătoare dau o culoare neutră (alb sau cenuşiu). De exemplu, culoarea complementară pentru galben este violet, USAMVB – FIFIM Departamentul de Invăţământ cu Frecvenţă Redusă

29

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ pentru roşu este verde-albăstrui, iar pentru albastru este portocaliu. Aşezate alături aceste culori au proprietatea de a se întări reciproc. În legătură cu culorile complementare, trebuie făcute două remarci interesante: 

culoarea magenta nu se găseşte în spectrul vizibil; ea rezultă prin amestecul culorilor spectrale roşu şi albastru;



dacă în culorile cyan (albastru+verde), magenta (roşu+albastru) simţim într -o oarecare măsură prezenţa componentelor, în galben (roşu+verde) componentele amestecului îşi pierd complet individualitatea.

Fig. 2.3 Sinteza aditivă şi substractivă a culorilor În sinteza aditivă s-a pornit de la întuneric iar culorile au fost generate pe substractivă a rând, adăugând succesiv radiaţii diferit colorate până la obţinerea senzaţiei de alb. Există şi o alta metodă, în care punctul de pornire este lumina alba culorilor din care se extrag pe rând radiaţiile componente. Aceasta metoda poarta denumirea de sinteza substractivă şi se bazează pe extragerea treptată a componentelor unui amestec de radiaţii. Termenul amestec substractiv, folosit uneori, trebuie înţeles ca un amestec al efectelor, nu al radiaţiilor, ca în cazul sintezei aditive. Sinteza

Acest mod de obţinere a culorilor se poate realiza experimental amplasând pe o suprafaţa translucidă, iluminată din spate cu lumină alba, filtre având culorile complementare: galben, magenta şi cyan. Se constata următoarele: la suprapunerea filtrelor cyan şi galben apare culoarea verde, filtrele galben şi magenta produc culoarea roşie iar cele purpuriu şi cyan culoarea albastră. Zona care corespunde suprapunerii tuturor celor trei filtre apare neagră sau gri. Explicaţia apariţiei culorilor noi prin suprapunerea filtrelor se bazează pe principiul cunoscut al acţiunii filtrelor colorate: un filtru de o anumita culoare reţine radiaţiile având culoarea complementară şi permite trecerea acelor radiaţii care au culoarea sa. Filtrul galben permite trecerea radiaţiilor având culoarea galbenă, care sunt compuse din radiaţii verzi şi roşii. Aceste radiaţii întâlnesc apoi, spre exemplu, filtrul magenta, care permite trecerea radiaţiilor roşii şi albastre. USAMVB – FIFIM Departamentul de Invăţământ cu Frecvenţă Redusă

30

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Singura radiaţie care poate străbate ambele filtre este cea roşie, regăsindu-se ca o componentă atât în magenta cât şi în galben. În sfârşit, când radiaţia roşie trecută prin primele două filtre ajunge la filtrul cyan, este oprită complet, fiind complementară acestuia. Sinteza pe cale aditivă a culorilor se află la baza formării imaginii de televiziune în culori. Reproducerea fotografică şi tipografică a culorilor se bazează pe sinteza substractivă. Filtrele fotografice îşi îndeplinesc diferitele lor funcţiuni acţionând substractiv asupra luminii. Test de autoevaluare

2. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Care sunt parametrii subiectivi de evaluare a culorilor? b) Care sunt parametrii obiectivi de evaluare a culorilor? c) Ce reprezintă sinteza aditivă a culorilor? d) Ce reprezintă sinteza substractivă a culorilor?

Comentarii la aceste întrebări veţi găsi la sfârşitul unităţii de învăţare. După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: Deşi culoarea este o calitate, nu o cantitate a fost necesar în vederea identificării, comparării şi reproducerii culorilor, să se stabilească o serie de parametrii de evaluare a acestora. În plus, deoarece culoarea este o senzaţie (fenomen psihic, subiectiv) provocată de o radiaţie electromagnetică (fenomen fizic, obiectiv), pentru evaluarea sa se utilizează atât parametrii subiectivi cât şi obiectivi. 2.4.

Alte noţiuni importante privind culorile

Alte noţiuni privind culorile utilizate în practica

procesării de imagini

Procesarea de imagini de teledetecţie, în special atunci când scopul final este unul cartografic, are în vedere multe din conceptele de utilizare a culorii în artă. Trăim într -un univers cromatic în care, teoretic, am putea întâlni aproape 30000 de nuanţe de culori deşi în mod obişnuit ochiul nostru poate distinge numai opt - nouă nuanţe din fiecare culoare. Reprezentarea adecvată, a realităţii din natură este întotdeauna legată de alegerea judicioasă a culorilor aşa încât harta să fie expresivă şi să ofere, în acelaşi timp, un confort vizual optim, fără a neglija un aspect: cu ajutorul


31

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ culorilor putem crea senzaţia de mărire sau micşorare a spaţiului. Pentru aceasta vom enumera câteva noţiuni foarte impor tante în practica reprezentării: Culori cromatice: culori care reflectă lumina (solară sau artificială)

neselectiv, adică reflectă în mod egal toate lungimile de unde electromagnetice vizibile pentru ochiul omenesc (între 375 şi 760 milimicroni). În această categorie intră culorile alb, negru, şi toate nuanţele dintre alb şi negru (gri). Aceste culori se deosebesc între ele prin strălucire şi luminozitate. Culori acromatice: culori care reflectă lumina (solară sau artificială)

neselectiv, adică reflectă în mod egal toate lungimile de undă electromagnetice vizibile pentru ochiul omenesc (între 375 - 760 milimicroni). În această categorie intră culorile alb, negru şi toate nuanţele dintre alb şi negru (cenuşiu). Aceste culori se deosebesc între ele printr-o singură însuşire: strălucirea sau luminozitatea. Culori calde: roşu, roşu - gălbui, galben, galben-verzui sunt culori care dau

impresia de căldură datorită valenţelor calorifice (termice) ale lungimilor de undă ce le corespund şi care prezintă o intensitate ridicată a energiei radiante. Culori adânci: culori care având puritatea mare şi luminozitatea mică dau

senzaţia de profunzime, de spaţialitate şi îndepărtare (ex.: albastru, verde). Luminozitatea sau strălucirea: reprezintă gradul de intensitate sau

încărcătura energetică a razelor de lumină, respectiv a umbrelor electromagnetice, reflectate de o anumită culoare. Este determinată de amplitudinea undei luminoase. Culorile deschise sau strălucitoare reflectă mai multă lumină decât cele închise. Culoarea cea mai luminoasă este culoarea albă, iar cea mai puţin luminoasă, culoarea neagră. Culorile de la marginea spectrului vizual (albastru, violet) au o strălucire mai mică decât cele de la mijloc (galben). Saturaţia: reprezintă puritatea sau gradul de amestec al unei culori cu albul (amestecul lungimilor de undă). Este însuşirea culorii de a fi mai concentrată, mai saturată sau mai pală şi este dată de distanţa la care se situează o culoare cromatică dată de culoarea acromatică - alb. Depinde de uniformitatea lungimilor de undă percepute concomitent. O culoare este cu atât mai pură cu cât undele electromagnetice care ne dau culoarea respectivă sunt mai omogene. Ca lungime de undă sunt de acelaşi fel. O culoare teoretic pură este aceea determinată de o singură lungime de undă. Dacă percepem concomitent toate lungimile de undă, vedem culoarea albă. Saturaţia unei culori scade dacă adăugăm cenuşiu sau dacă facem să crească sau să scadă luminozitatea. Corpurile care absorb toate lungimile de undă sunt percepute ca fiind negre iar cele care reflectă toate lungimile de undă sunt percepute ca fiind albe. Absorbţia şi reflexia în diferite proporţii a tuturor lungimilor de undă determină nuanţe cromatice aflate între alb şi negru, respectiv tonurile de gri.


32

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Rolul filtrelor

în teledetecţie

La ora actuală specialiştii consideră că filtrul este unul dintre cele patru elemente fundamentale ale captării imaginii şi înregistrării ei, alături de lumină, sistemul optic şi materialul fotosensibil, sau, în cazurile fotogrammetriei digitale şi a teledetecţiei, senzorul digital. De aceea, orice discuţie în legătură cu captarea, înregistrarea şi redarea imaginii ajunge mai devreme sau mai târziu la problema filtrelor. Astfel, un filtru optic permite, în funcţie de caracteristicile sale, reproducerea optimă a realităţii, fie redarea acesteia potrivit intenţiilor analistului, de unde şi necesitatea utilizării în teledetecţie. În prezent, la dispoziţia celor care captează imaginea există o mare diversitate de filtr e. Alegerea aceluia care produce modificarea potrivită şi exactă a iluminării, pentru a furniza către elementul fotosensibil informaţii optime, presupune stăpânirea unor cunoştinţe strict necesare din domeniul opticii fizice şi fiziologiei din partea utilizatorului imaginii. Noţiunea de filtru exprimă în mod nemijlocit ideea de selectivitate, ideea de divizare a unui amestec într-o parte reţinută şi o parte căreia i se permite trecerea, criteriul de selectivitate fiind de obicei o proprietate fizică a componentelor amestecului. Cu alte cuvinte, filtrul este un element care transmite parţial radiaţiile electromagnetice incidente, fie reducând în aceeaşi proporţie componentele sale, fie reducând diferit radiaţiile, în funcţie de lungimea lor de undă. Majoritatea filtrelor folosite absorb în mod preferenţial unele radiaţii, fiind numai selective şi având de obicei un aspect colorat. În fotografie se folosesc şi filtre care au o acţiune uniformă asupra diferitelor radiaţii, indiferent de lungimea lor de undă. Acestea se numesc neselective şi au un aspect gri. Principiul acţiunii unui filtru colorat este următorul: el transmite radiaţiile având aceeaşi culoare cu a sa şi le reţine prin absorbţie pe cele de culoare complementară. O excepţie o reprezintă filtrele interferenţiale, la care o parte din radiaţia incidentă este reflectată, datorită fenomenului de interferenţă pe straturi subţiri, şi o altă parte, de culoare complementară este transmisă. Trebuie precizat că, de fapt, filtrul are o anumită culoare, tocmai datorită faptului că din lumina albă incidentă, permite trecerea doar a radiaţiilor care îi conferă acea culoare. Principiul acţiunii filtrelor este identic, indiferent de tipul materialului. Test de autoevaluare

3. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Ce sunt culorile cromatice/acromatice? b) Cum definiţi luminozitatea?


33

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ c) Cum definiţi saturaţia? d) Care este rolul filtrelor în teledetecţie?

Comentarii la aceste întrebări veţi găsi la sfârşitul unităţii de învăţare. După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: La ora actuală specialiştii consideră că filtrul este unul dintre cele patru elemente fundamentale ale captării imaginii şi înregistrării ei, alături de lumină, sistemul optic şi materialul fotosensibil, sau, în cazur ile fotogrammetriei digitale şi a teledetecţiei, senzorul digital. 2.5. RĂSPUNSURI ŞI COMENTARII DE AUTOEVALUARE



a) Lumina este o formă de energie care se propagă în spaţiu sub forma undelor (oscilaţiilor) electromagnetice, fiind un caz particular al energiei radiante, mai precis este acea parte a energiei radiante care este capabilă să producă fiinţei umane şi altor organisme superioare, senzaţii vizuale. b) Cele trei zone care aparţin domeniului vizibil al spectrului electromagnetic grupează: radiaţiile albastre (380-500 nm), verzi (500-600 nm) şi roşii (600-760 nm). c) Definiţia culorii poate avea diferite sensuri dacă luăm în considerare aspectul fizic, psihofizic, psiho-senzorial:  din punct de vedere fizic: radiaţii electromagnetice cuprinse între 375-760 nm (banda spectrului electromagnetic vizibil), cu o lungime de undă care este susceptibilă să stimuleze selectiv conurile retiniene;  din punct de vedere psiho-fizic culoarea este acea caracteristică a luminii care permite de a distinge unul de altul, două câmpuri din spectrul vizibil care au aceeaşi formă, mărime şi structură;  din punct de vedere psiho-senzorial, indiferent de stimulul utilizat, orice senzaţie luminoasă se caracterizează prin: luminozitate (factor necromatic ce se referă la intensitatea sursei luminoase), tonalitate (denumirea culorii care se referă la scara perceptivă calitativ şi indicată cu termenii de roşu, verde, galben, albastru) şi saturaţie (caracteristică a culorii ce se referă la o scară de senzaţii reprezentând grade crescânde de culoare plecând de la alb).  din punct de vedere fiziologic, compunerea unui ansamblu de trei culori primare permite reproducerea oricărei culori. d) Principalele fenomene fizice care stau la originea modificării selective a luminii albe în natură sunt absorbţia, difuzia, interferenţa, dispersia şi fluorescenţa. USAMVB – FIFIM Departamentul de Invăţământ cu Frecvenţă Redusă

34

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Intrebarea 2

a) Parametrii subiectivi de evaluare a culorilor sunt:  strălucirea este atributul senzaţiei vizuale potrivit căruia o sursă luminoasă directă sau indirectă , pare că emite mai multă sau mai puţină lumină.  nuanţa (tonalitatea cromatică) este atributul senzaţiei vizuale care permite să se dea o denumire unei culori, prin asociere cu o anumită regiune a spectrului vizibil. Culorile principale provenite din dispersia luminii albe sunt, în ordinea descrescândă a lungimilor de undă: roşu, portocaliu (oranj), galben, verde, albastru, indigo şi violet, ale căror iniţiale formează cuvântul ROGVAIV, util pentru reţinerea denumirilor culorilor spectrale şi a ordinii lor în spectru.  saturaţia este atributul senzaţiei vizuale care permite să se aprecieze senzaţia vizuală totală şi se caracterizează prin amestecul de lumină albă în culoarea dată. b) Parametrii obiectivi de evaluare a culorilor sunt:  luminanţa caracterizează intensitatea radiaţiei luminoase a unei surse de radiaţii directe sau indirecte într -o anumită direcţie, raportată la aria suprafeţei aparente a sursei văzute din res pectiva direcţie.  lungimea de undă dominantă exprimă lungimea de undă a radiaţiei monocromatice care generează, prin comparaţie, culoarea pură cea mai apropiată de culoarea considerată.  puritatea exprimă gradul de diluare a culorii pure definite de lungimea de undă, prin amestec cu lumina albă, diluare care trebuie făcută pentru reconstituirea culorii obiectului. Exemple de culori pure sunt cele spectrale. c) Sinteza aditivă a culorilor: teoria tricromatică a vederii este confirmată de faptul că orice culoare poate fi reprodusă (sintetizată) prin amestecul judicios a trei fascicole de lumină colorate în albastru, verde şi respectiv roşu, numite culori primare, reprezentând, fiecare, aproximativ cât o treime din spectrul vizibil. Atunci când amestecul a trei fascicule de lumină colorată se obţine prin adunare spunem că au fost sintetizate culorile prin aditivare. Procedeul se poate realiza într-o cameră obscură, proiectând pe un ecran alb fascicolele de lumină provenind de la trei surse coerente de lumină, prevăzute fiecare cu câte un filtru având culorile roşu, verde, respectiv albastru. d) Sinteza substractivă a culorilor: punctul de pornire este lumina alba din care se extrag pe rând radiaţiile componente. Aceasta metoda se bazează pe extragerea treptată a componentelor unui amestec de radiaţii. Termenul amestec substractiv, folosit uneori, trebuie înţeles ca un amestec al efectelor, nu al radiaţiilor, ca în cazul sintezei aditive. Acest mod de obţinere a culorilor se poate realiza experimental amplasând pe o supr afaţa translucidă, iluminată din spate cu lumină alba, filtre având culorile complementare: galben, magenta şi cyan.


35

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Intrebarea 3 a) Culori cromatice sunt culori care reflectă lumina (solară sau artificială)

neselectiv, adică reflectă în mod egal toate lungimile de unde electromagnetice vizibile pentru ochiul omenesc (între 375 şi 760 milimicroni). În această categorie intră culorile alb, negru, şi toate nuanţele dintre alb şi negru (gri). Aceste culori se deosebesc între ele prin strălucire şi luminozitate. Culori acromatice sunt culori care reflectă lumina (solară sau artificială) neselectiv, adică reflectă în mod egal toate lungimile de undă electromagnetice vizibile pentru ochiul omenesc (între 375 - 760 milimicroni). În această categorie intră culorile alb, negru şi toate nuanţele dintre alb şi negru (cenuşiu). Aceste culori se deosebesc între ele printr-o singură însuşire: strălucirea sau luminozitatea. b) Luminozitatea reprezintă gradul de intensitate sau încărcătura energetică a razelor de lumină, respectiv a umbrelor electromagnetice, reflectate de o anumită culoare. Este determinată de amplitudinea undei luminoase. Culorile deschise sau strălucitoare reflectă mai multă lumină decât cele închise. Culoarea cea mai luminoasă este culoarea albă, iar cea mai puţin luminoasă, culoarea neagră. Culorile de la marginea spectrului vizual (albastru, violet) au o strălucire mai mică decât cele de la mijloc (galben). c) Saturaţia: reprezintă puritatea sau gradul de amestec al unei culori cu albul (amestecul lungimilor de undă). Este însuşirea culorii de a fi mai concentrată, mai saturată sau mai pală şi este dată de distanţa la care se situează o culoare cromatică dată de culoarea acromatică - alb. Depinde de uniformitatea lungimilor de undă percepute concomitent. O culoare este cu atât mai pură cu cât undele electromagnetice care ne dau culoarea respectivă sunt mai omogene. Ca lungime de undă sunt de acelaşi fel. O culoare teoretic pură este aceea determinată de o singură lungime de undă. Dacă percepem concomitent toate lungimile de undă, vedem culoarea albă. Saturaţia unei culori scade dacă adăugăm cenuşiu sau dacă facem să crească sau să scadă luminozitatea. Corpurile care absorb toate lungimile de undă sunt percepute ca fiind negre iar cele care reflectă toate lungimile de undă sunt percepute ca fiind albe. Absorbţia şi reflexia în diferite proporţii a tuturor lungimilor de undă determină nuanţe cromatice aflate între alb şi negru, respectiv tonurile de gri. d) Filtrul este unul dintre cele patru elemente fundamentale ale captării imaginii şi înregistrării ei, alături de lumină, sistemul optic şi materialul fotosensibil, sau, în cazurile fotogrammetriei digitale şi a teledetecţiei, senzorul digital. Un filtru optic permite, în funcţie de caracteristicile sale, reproducerea optimă a realităţii, fie redarea acesteia potrivit intenţiilor analistului, de unde şi necesitatea utilizării în teledetecţie.Filtrul este un element care transmite parţial radiaţiile electromagnetice incidente, fie reducând în aceeaşi proporţie componentele sale, fie reducând diferit radiaţiile, în funcţie de lungimea lor de undă.


36

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ 2.6. LUCRAREA DE VERIFICARE NR. 2

1. Descrieţi modul în care lumina se propagă în spaţiu. 2. Definiţia culoarea (din punct de vedere fizic, psiho-fizic, psihosenzorial şi fiziologic). 3. Enumeraţi şi descrieţi principalele fenomene fizice care stau la originea modificării selective a luminii albe. 4. Care sunt parametrii subiectivi/obiectivi de evaluare a culorilor? Ce corespondenţă există între aceştia? 5. Descrieţi sinteza aditivă a culorilor. 6. Care sunt culorile primare? Care sunt culorile complementare? 7. Descrieţi sinteza substractivă a culorilor. 8. Care este diferenţa dintre culorile cromatice şi cele acromatice? 9. Definiţi luminozitatea şi saturaţia. 10. Care este rolul filtrelor în teledetecţie? 2.7. BIBLIOGRAFIE MINIMALĂ

1. Campbell, J.B. (1987) Introduction to Remote Sensing. The Guilford Press, New York. 2. Barton, D. & S. Leonov (eds.) (1997) Radar technology encyclopedia, 511 p., Artec House, Norwood, MA, USA, ISBN 0-89006-893-3 3. Oliver, C. & S. Quegan (1998) Understanding synthetic aperture radar images, 479 p., Artech House, Norwood, MA, USA, ISBN 089006850X. 4. Campbell, J. B. (1996) Introduction to Remote Sensing (2nd Ed), London:Taylor and Francis.


37


Unitatea de învăţare nr. 3 PR OCESAREA ŞI ANALIZA IMAGINILOR DE TELEDETECŢIE

Pagina

Cuprins

3.1. 3.2. 3.3. 3.4. 3.5. 3.6.

Obiectivele unităţii de învăţare nr. 3 Imaginea digitală de teledetecţie Noţiuni privind interpretarea imaginilor Răspunsuri şi comentarii la teste Lucrarea de verificare nr. 3 Bibliografie minimală

38 38 43 52 55 55

3.1. OBIECTIVELE UNITĂŢII DE ÎNVĂŢARE NR. 3

Acest capitol are ca scop familiarizarea studenţilor cu noţiunile fundamentale de procesare şi analiză a imaginilor de teledetecţie  Caracteristicile imaginilor digitale de teledetecţie, operaţiuni pregătitoare efectuate asupra imaginilor de teledetecţie, analiza imaginilor de teledetecţie, utilizarea indicilor de vegetaţie în procesarea imaginilor  Noţiuni privind fotointerpretarea imaginilor, recomandări privind interpretarea profesională a imaginilor satelitare, evaluarea imaginilor de teledetecţie, analiza peisajului, principii şi etape ale procesului de fotointerpretare 

3.2. Imaginea digitală de teledetecţie Caracteristicile Imaginea digitală este compusă din puncte cărora le sunt asociate valori care descriu parametri semnificativi referitori la suprafaţa terestră: imaginilor digitale de  reflectivitatea radiaţiei elector -magnetice,

teledetecţie



emisivitatea obiectelor,



temperatura de suprafaţă,



conţinutul de vapori de apă,

elemente topografice de altitudine Fiecărui pixel îi este asociat un număr (cuantă) care descrie radiaţia medie a obiectului sau părţilor de obiecte care se regăsesc în suprafaţa de teren corespunzătoare pixelului respectiv. Acest număr reprezintă un nivel de gri, iar valorile atribuite sunt etalate de la 0 la 255, adică 256 de valori. 


38


Cu cât suprafaţa acoperită de un pixel este mai mică cu atât peisajul este păstrat şi reprezentat cu mai multă precizie (din punct de vedere geometric). De fapt, aceasta arată că dimensiunea scăzută a pixelului are ca efect reproducerea mai precisă a elementelor din natură Fiecare celulă (denumită în limbaj informatic pixel) este identificată cu uşurinţă printr -o referinţă imagine unică (linie/coloană). Pe lângă coordonatele imagine, reprezentarea tip raster conţine şi o valoare numerică ce poate fi după caz: valoarea radiometrică (pentru imaginile de teledetecţie), nivelul de gri pentru imaginile scanate, sau, în cazul imaginilor clasificate, un cod numeric corespunzător unui atribut descriptiv. Suprafaţa de teren care este acoperită de un pixel din imagine (Fig. imagine (Fig. 3.1), 3.1), aferentă mărimii celor mai mici obiecte identificabile cu mijloacele tehnice respective, caracterizează imaginea din punct de vedere al rezoluţiei.

Fig. 3.1 Corespondenţa teren-imagine teren-imagine Nu înseamnă, însă, că fiecărui pixel îi corespunde un singur obiect deoarece deoarec e distribuţia areală implică cumularea la nivelul detectorului a mai multor semnale cu proprietăţi diferite: căi de comunicaţii, păduri, sol descoperit, vegetaţie vegetaţie de talie mică, etc. Aceasta înseamnă că datele de teledetecţie trebuie folosite numai până la nivelul de precizie proiectat, adică rezoluţia imaginii să corespundă preciziei impuse la scara planului sau hărţii. Imaginile provenite de la sateliţii de teledetecţie pun la dispoziţie o cantitate mare de informaţie, de obicei suficientă, pentru a putea produce un document cartografic complet. Relaţiile spaţiale dintre obiectele din imagine sunt implicite, conectivitatea fiind o proprietate inerentă a acestui mod de reprezentare. Integrarea Integrarea informaţiilor informaţiilor cosmice în sistemele informaţionale este tentantă şi necesară dar realizarea acestui deziderat nu se face fără probleme. Într-adevăr, Într-adevăr, soft-waresoft-ware-ul ul pentru procesare de imagini şi Sistemele Informaţionale Geografice ss-au dezvoltat în direcţii diferite, dar, în ultimii ani, datorită progresului industriei hard marii producători au fost capabili să depăşească bariere care păreau insurmontabile.


39

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Operaţiuni pregătitoare efectuate asupra imaginilor de

teledetecţie

Trecerea de la fotogrammetria clasică la teledetecţie a fost făcută odată cu apariţia filmul color şi mai ales a filmelor fals color în infraroşu, materiale fotosensibile care au permis diversificarea aplicaţiilor fotografiei aeriene. Având sensibilitatea în afara celei specifice ochiului uman, filmul infraroşu este capabil să produce imagini imagini ale energiei invizibile reflectate reflectate care este foarte utilă pentru obţinerea de informaţii despre viaţa plantelor. Mai plantelor. Mai apoi, utilizarea computerelor a permis un nou mod de exploatare a fotogramelor aeriene, procesarea digitală permiţând extinderea plajei de informaţii pe care acestea le pot furniza. Chiar şi în condiţiile cuceririlor tehnologice din domeniu, nu trebuie uitat faptul că interpretarea vizuala este limitată la benzile spectrale vizualizate în imagine, adică o singura banda pentru reprezentarea alb/negru şi la trei benzi pentru o pentru o imagine color. Ţinând seama de caracteristicile de baza ale senzorilor şi de parametrii orbitali specifici deplasării platformelor pe care aceştia sunt amplasaţi, datele digitale de teledetecţie trebuie să facă obiectul unor prelucrări primare specifice care fac parte din categoria calibrărilor geometrice şi radiometrice (datorate influenţei atmosferei). atmosferei). Aceste prelucrări prelucrări preliminare realizate realizate la sol după recepţia datelor iau ca scop corectarea erorilor sistematice din lanţul de achiziţie. Pentru a explicita aceste operaţiuni, ansamblul acestor prelucrări poate fi ierarhizat astfel: 

Transformările radiometrice - necesare pentru corectarea erorilor datorate captorilor şi variabilităţii caracteristicilor mediului (atmosferei) cât şi pentru calibrarea şi etalonarea e talonarea absoluta a datelor în scopul restabilirii balanţei energetice aşa cum aceasta a fost măsurată la nivelul senzorului.



Transformările geometrice – obligatorii pentru corectarea distorsiunilor geometrice introduse de sistemul de colectare a datelor sau pentru cerinţe speciale ale utilizatorului.

Aceste operaţiuni sunt obligatorii pentru a putea corecta erorile si limitările specifice sistemului de senzori, pentru a diminua efectele atmosferice, dar şi pentru a corecta şi adapta geometria imaginii astfel astfel încât, ulterior, în faza de utilizare, aceasta să poată fi integrată într -un sistem informaţional prin utilizarea unor parametri geografici compatibili cu sistemul cartografic stabilit de utilizator. Numai utilizator. Numai după îndeplinirea acestor condiţii, se poate trece trece la analiza şi interpretarea corectă a datelor în vederea extragerii pe baza clasificării a informaţiilor tematice corespunzător fiecărui domeniu de utilizare. În acest scop au fost elaboraţi algoritmi specifici, metodele folosite in acest sens fiind împărţite împărţite în doua mari categorii: 

Metode nesupervizate automate



Metode supervizate bazate pe extragerea de trasatori, crearea unor seturi de instruire, utilizarea unor funcţii discriminant) (nori dinamici, grupări de tip clustering), aplicarea principiului verosimilităţii maxime.


40


Analiza imaginilor de

teledetecţie

Toate domeniile de activitate care au ca obiect identificarea şi cunoaşterea caracteristicilor suprafeţei terestre beneficiază, după ce au trecut câteva decenii de la lansarea primului satelit satelit civil de teledetecţie, de informaţii inaccesibile până la apariţia şi punerea in aplicare a tehnicilor moderne de teledetecţie. În practică, prelucrarea imageriei multispectrale se bazează pe analiza caracteristicilor spectrale si spaţiale ale obiectelor obiectelor omogene având ca scop identificarea obiectelor de pe suprafaţa Pământului şi interpretarea semnificaţiei pe care aceste obiecte o au în contextul peisajului din care fac parte. Prelucrarea statistica a imaginilor multispectrale permite obţinerea informaţiilor necesare stabilirii claselor de obiecte care interesează un domeniu sau altul ţinând insa seama ca in cadrul procesului tehnologic se apelează in primele etape la prelucrări relativ simple monocanal, urmând urmând ca pentru clasificările de detaliu să se aplice metodele digitale multicanal. Prin analiză logică, informaţiile conţinute de imaginile de teledetecţie sunt detectate, identificate, clasificate prin măsurarea şi evaluarea obiectelor naturale şi antropice din punct de vedere al: 

semnificaţiei fizice, fizice,



trăsăturilor/structurilor trăsăturilor/structurilor ( en. pattern),

relaţiilor spaţiale cu vecinătăţile. Indicii de vegetaţie sunt folosiţi în teledetecţie pentru o mai bună interpretare a imaginilor satelitare, cu precădere în analiza mineralelor şi a vegetaţiei. Multe suprafeţe naturale apar aproape la fel de luminoase în intervalele spectrale vizibil şi infraroşu apropiat ale spectrului electromagnetic, cu excepţia vegetaţiei verzi. 

Utilizarea indicilor de

vegetaţie în procesarea imaginilor

Aceasta înseamnă că suprafeţele neacoperite de vegetaţie sau cele care sunt în mică parte acoperite de vegetaţie vor apărea în mod similar în benzile din vizibil şi infraroşu apropiat, în timp ce suprafeţele cu multa vegetaţie verde vor fi foarte luminoase în domeniul infraroşu apropiat şi foarte întunecoase (aproape negre) în domeniul vizibil. Atunci când lumina solară interacţionează cu obiectele de la sol, anumite lungimi de undă ale spectrului electromagnetic sunt puternic absorbite, iar altele sunt reflectate. Clorofila din frunzele plantelor absoarbe o mare parte a energiei electromagnetice din domeniul vizibil (0.4 - 0.7 µm) pentru a o folosi în fotosinteză. Pe de alta parte, structura celulară a frunzelor reflectă într -o -o foarte mare proporţie energia electromagnetică din domeniul infraroşu apropiat (0,7 - 1.1 µm). Prin compararea rezultatelor obţinute în cele două intervale ale spectrului electromagnetic se pot deduce informaţii importante referitoare la vegetaţie. În teledetecţie se folosesc cu precădere următorii indici de vegetaţie: vegetaţie : NVDI (Normalized Difference Vegetation Index), RATIO (Ratio Vegetation USAMVB – USAMVB – FIFIM FIFIM Departamentul Departamentul de Invăţământ cu Frecvenţă Redusă

41

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Index), SAVI (Soil-Adjusted Vegetation Index), TDI (Transformed Vegetation Index), CTVI (Corrected Transformed Vegetation Index), TTVI (Thiam's Transformed Vegetation Index), NRVI (Normalized Ratio Vegetation Index), EVI (Enhanced Vegetation Index), PVI (Perpendicular Vegetation Index), DVI (Difference Vegetation Index), AVI (Ashburn Vegetation Index), TSAVI (Transformed Soil-Adjusted Vegetation Index), MSAVI (Modified Soil-Adjusted Vegetation Index), WDVI (Weighted Difference Vegetation Index), etc. Trebuie reţinut faptul că aceşti indici au fost determinaţi experimental prin analize repetitive aplicate pe cicluri multianuale. Test de autoevaluare

1. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Ce parametrii semnificativi referitori la suprafaţa terestră descriu valorile asociate punctelor care compun imaginea digitală? b) Ce reprezintă un pixel? c) Care sunt prelucrările preliminare care se efectuează asupra imaginilor de teledetecţie? d) Care sunt metodele de clasificare automată a imaginii? e) Cum se clasifică informaţiile conţinute de imaginile satelitare? f) În ce scop sunt utilizaţi indicii de vegetaţie în procesarea imaginilor?

Comentarii la aceste întrebări veţi găsi la sfârşitul unităţii de învăţare. După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: Prelucrarea imageriei multispectrale se bazează pe analiza caracteristicilor spectrale si spaţiale ale obiectelor omogene având ca scop identificarea obiectelor de pe suprafaţa Pământului şi interpretarea semnificaţiei pe care aceste obiecte o au în contextul peisajului din care fac parte. Indicii de vegetaţie sunt folosiţi în teledetecţie pentru o mai bună interpretare a imaginilor satelitare, cu precădere în analiza mineralelor şi a vegetaţiei.


42

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ 3.3. Noţiuni privind in terpretarea imaginilor

Generalităţi

Procesul de interpretare a imaginilor este o deprindere dezvoltată prin antrenament şi profesionalism. Este o combinaţie de artă şi ştiinţă bazată pe intuiţie utilizată pentru a putea diferenţia şi identifica o serie de caracteristici ale obiectelor şi fenomenelor. Interpretarea imaginilor se bazează pe acumularea unei experienţe considerabile şi pe gradul de specializare al interpretului. Acesta foloseşte procese deductive pentru a extragere informaţiile conţinute în documentele imagine analizate. Imaginile în format analogic sau digital sunt acceptate definitiv ca fiind o sursă obiectivă de informaţii cu condiţia ca fotointerpretul să fi acumulat suficientă experienţă pentru a elimina confuziile care apar datorită similarităţii răspunsurilor spectrale sau a texturilor. Din acest motiv am considerat necesar să fie reamintite şi câteva principii de bază ale fotointerpretării imaginilor aeriene. Trebuie amintit faptul că 90% din informaţiile pe care le avem despre lumea exterioară sunt recepţionate prin simţul văzului iar mecanismul de acumulare a cunoştinţelor parcurge patru etape distincte: 

receptare



percepţie



integrare

valorificare (prin intelect) Datele provenite de la sateliţii de observarea a Terrei au caracteristici generate atât de parametrii biologici şi fizici cât şi de influenţa factorului antropic asupra peisajului care face obiectul studiului. Ţinând seama de elementele enumerate mai sus, pentru realizarea corectă a unui studiu, trebuie înţeles modul de extragere a informaţiilor prin analiză şi interpretare. 

Analiza şi interpretarea

Procesul de prelucrare a informaţiei imagine se desfăşoară în două etape: analiză, respectiv interpretare. Analiza este "separarea sau desfacerea oricărui întreg în părţile sale componente". Din punct de vedere statistic analiza permite stratificarea peisajului pentru a permite disocierea unor elemente care nu pot fi discriminate şi identificate prin utilizarea aceloraşi combinaţii de benzi spectrale. Interpretarea are ca scop explicarea înţelesului sau semnificaţiei oricărei părţi raportate la întreg şi urmează, în mod logic, analizei. În acest moment, la dispoziţia fotointerpreţilor sunt disponibile variate tipuri de documente imagine cu caracteristici spectrale diferite (vizibil, infraroşu, infraroşu termal, microunde) şi care evidenţiază, fiecare în parte sau în combinaţii adecvate, informaţii distincte. În practică există două categorii majore de informaţii conţinute în toate înregistrările imagine, informaţii spaţiale şi informaţii radiometrice.


43

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Informaţii spaţiale În practica fotointerpretării, dispunerea şi repartiţia tonurilor oferă indicii spaţiale şi astfel este marcată prezenţa şi localizarea informaţiei în imagine. Atunci când tonurile apar în combinaţii variabile, într-un spaţiu bine delimitat, definesc forme, dimensiuni, modele şi texturi caracteristice obiectelor şi fenomenelor. Chiar dacă elementele de mai sus descriu lucruri foarte diferite, acestea au o legătură bine definită pentru că sunt corelate din punct de vedere al spaţializării (de fapt sunt atribute spaţiale ale obiectelor şi fenomenelor). De aceea, pentru a identifica şi extrage informaţii, aceste caracteristici sunt folosite întotdeauna împreună. Interpretarea caracteristicilor spaţiale O livadă este compusă din pomi, iar fiecare pom are o formă specifică. Dar livada este, în fapt, un grup de elemente (pomi) aranjate după o anumită logică.În grupuri, pomii sunt aranjaţi după un anumit model şi pot fi identificaţi datorită texturii specifice. Acest indiciu poate fi corelat şi cu alte informaţii referitoare la dimensiuni şi forme asociate. Aceste proprietăţi sunt specifice grupurilor cărora li se poate aplica principiul similarităţii elementelor componente şi trebuie luate în considerare mai ales în cazul înregistrărilor în vizibil. Informaţii radiometrice Diferitele tonuri identificate pe o înregistrare corespund intensităţii luminii reflectate sau emise de obiectele de pe suprafaţa Pământului. Cu cât obiectul apare mai luminos cu atât este mai mare cantitatea de radiaţie reflectată/ emisă de către obiect. Funcţie de caracteristicile senzorului, fiecare document imagine conţine informaţii detaliate care pot fi extrase la un nivel corespunzător de complexitate. Trebuie amintit faptul că informaţia radiometrică trebuie să fie extrasă ţinând cont în mod obligatoriu de rezoluţia geometrică a senzorului utilizat. Interpretarea caracteristicilor radiometrice

În cazul canalelor în infraroşu sunt cuantificate diferenţele de energie electromagnetică care permit identificarea diferenţelor subtile de reflecţie la vegetaţie de tipuri diferite. În infraroşu apropiat arborii sănătoşi înverziţi din pădurile de foioase reflectă o mai mare cantitate de energie decât coniferele, deci este posibilă diferenţierea speciilor forestiere pe o singură imagine înregistrată la o dată convenabilă din punct de vedere al stadiului de vegetaţie. Contrastul este, de asemenea evident pe imagini preluate către sfârşitul perioadei de vegetaţie a foioaselor (toamna în lunile octombrienoiembrie) facilitând discriminarea foioase/conifere. Indiferent de perioada de vegetaţie, este posibilă diferenţierea arboretelor sănătoase aparţinând aceleiaşi specii de cele afectate de maladii facilitând monitorizarea stării de vegetaţie a plantelor.


44

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Recomandări privind interpretarea

profesională a imaginilor satelitare

Pentru interpretarea imaginilor satelitare este de presupus că operatorul cunoaşte în detaliu caracteristicile senzorilor utilizaţi şi limitele geometrice şi spectrale până la care este permisă cartografierea corectă şi eficientă. Considerând condiţia de mai sus îndeplinită, este recomandat să se efectueze o analiză a pretabilităţii fiecărei benzi spectrale pentru identificarea elementelor tematice ale peisajului care pot fi extrase cu o biectivitate şi certitudine. În tabelul următor este prezentată pretabilitatea utilizării separate a fiecărei benzi spectrale a sateliţilor LANDSAT, exceptând infraroşul termal, pentru identificarea unor categorii de acoperire a terenului. Este evident faptul că analizele în alb-negru ale unei singure benzi spectrale nu pot fi productive. Cunoscând, însă, caracteristicile de sensibilitate spectrală ale fiecărui canal în parte este mai uşor să se aleagă combinaţiile de trei benzi spectrale pentru vizualizări sugestive pentru a facilita discriminarea claselor care fac obiectul studiului. BANDA SPECTRALĂ TEMATICA 1

LANDSAT TM/ETM 2 3 4 5

Luciu de apă S S M B Calitatea apei B B S/M I Forme naturale de drenaj S S M B Soluri (Pedologie) S M B M Suprafeţe împădurite M M M B Suprafeţe agricole S M M B Areale construite M/B B B S Cariere şi exploatări miniere la zi S S S B Elemente de infrastructură B B M/B S B=Bună, M=Medie, S=Slabă, I=Inutilizabilă

Caracteristici exploatate pentru evaluarea imaginilor satelitare

B I B B B B S M S

7

B I M M M M/B S/M M S/M

Pentru a sistematiza corect informaţia conţinută de imagini, în practica fotointerpretării se ţine seama de următoarele caracteristici: 

Intensitatea (strălucirea) tonului/culorii care indică modul în care lumina este reflectată de către un obiect;

 Textura care indică frecvenţa schimbărilor şi dispunerii tonurilor în

cadrul imaginii;  Contrastul care indică relaţia tonurilor unui obiect cu vecinătăţile

acestuia;  Structura/modelul care indică repetitivitatea regulată a variaţiilor

tonale în cadrul imaginilor şi descrie aranjamentul spaţial al elementelor de interes observate;


45

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ  Forma se referă la aspectul general, configuraţia sau conturul unui

obiect identificat în contextul imaginii; 

Mărimea se referă la dimensiunea suprafeţei ocupate de obiectul analizat

Semnificaţia relaţiei textură/structură

În scopul evitării oricăror ambiguităţi, este necesar să fie clarificate două noţiuni esenţiale în practica interpretării imaginilor (textura şi structura) dar şi relaţia fundamentală dintre acestea. Textura oferă relaţii asupra naturii obiectului evidenţiată prin proprietăţile

fizice ale acestuia cuantificabile prin nivelul reflectanţei. Structura evidenţiază în mod special

funcţia obiectului şi/sau relaţiile acestuia cu mediul înconjurător. Astfel, prin analiză logică, în mod indirect, se pot pune în evidenţă elemente de substrat (geologia) prin elementele structurate corespondente de la suprafaţă (reţeaua hidrografică). În natură se regăsesc texturi care pot fi foarte bine structurate (de exemplu o plantaţie arboricolă de vârstă medie în care copacii sunt dispuşi după un aranjament geometric prestabilit) sau slab structurate (de exemplu o pădure virgină). Diagrama următoare (Figura 3.2) prezintă un exemplu privind structurile texturale care pot fi identificate pe imaginile aeriene şi satelitare.

Fig. 3.2 Exemple de structuri texturale


46

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Forma, mărimea obiectului şi elemente corelate Forma elementelor din natură, cât şi dimensiunea acestora sunt asociate cu modele intuitive formalizate în cataloage sau ghiduri de fotointerpretare. În figurile de mai jos sunt reprezentate coroanele unor arbori şi siluetele lor atunci când aceştia sunt izolaţi. Ca element ajutător, se utilizează umbra, asociată acestor siluete. Zonele de umbră şi zonele supraexpuse afectează lizibilitatea elementelor de pe imagine. Reflexivitatea rocilor de culoare albă provoacă apariţia unor zone foarte luminoase fiind împiedicată discriminarea detaliilor datorită pierderii de contrast. Pentru unul şi acelaşi detaliu, în condiţii meteorologice diferite, interpretarea trebuie adaptată ştiind faptul că solul umed are o culoare diferită, mai închisă, decât solul uscat. Pentru a compensa acest handicap, în fotogrammetria clasică, în timpul prelucrării de laborator, se realiza o expunere diferenţiată la copiere: mai lungă pentru zonele strălucitoare (închise pe negativ) şi mai redusă pentru zonele umbrite (transparente pe negativ). Tehnicile digitale permit o altfel de abordare bazată pe tehnici de manipulare a histogramei şi/sau filtraj specific în scopul îmbunătăţiri contrastului, luminozităţii ori întăririi frontierelor dintre obiectele individualizate.

Molid

Brad

Larice

Fig. 3.3 Coroana diferitelor specii de conifere) pe fotogramele aeriene

Pin silvestru

Fag

Gorun

Fig. 3.4 Coroana diferitelor specii de arbori (foiase) pe fotogramele aeriene


47


Molid

Brad

Larice

Pin silvestru

Fag

Gorun

Fig. 3.5 Umbrele copacilor izolaţi pe fotograme aeriene Analiza peisajului

Ţinând seama de caracteristicile enumerate în paragrafele anterioare analiza peisajului se realizează în următoarea ordine: 

Reţeaua hidrografică (de drenaj)



Formele de relief;



Acoperirea (cuvertura) terenului.

Analiza reţelei hidrografice (a drenajului) Analiza drenajului oferă informaţii referitoare la morfologia terenului, litologie, structura geologică şi permeabilitatea materialelor suprafeţei. 

Evidenţierea sistemului natural terestru,



Identificarea infrastructurii

Observarea organizării teritoriale. Fotointerpretarea este metodologia de extragere şi clasificare a informaţiei tematice conţinute imagini analogice sau digitale. Această disciplină s-a dezvoltat în paralel cu fotogrammetria. De fapt, fotogramele şi cuplele stereoscopice constituie un echivalent analogic optic-mecanic şi chimic al sensibilităţii ochiului la lumină, al viziunii stereoscopice şi percepţiei optice. 

Fotointerpretarea imaginilor


48

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Primul obiectiv al fotointerpretării este utilizarea intensivă a documentelor fotografice şi/sau imagine pentru obţinerea şi exploatarea informaţiei necesare studiilor specifice unor domenii tematice. Fotointerpretarea este condiţionată de acumularea prealabilă a unor cunoştinţe referitoare la realitatea socio-economică şi fizică, tipurile morfologice şi condiţiile specifice unui areal considerat subiect al studiului. În plan calitativ imaginea fotografică sau digitală poate fi interpretată cu scopul evidenţierii diverselor caracteristici ale mediului de către specialişti din diverse ramuri ale ştiinţelor naturii, iar în plan cantitativ, fotografia aeriană clasică şi tehnicile fotogrammetrice şi de teledetecţie multispectrale în vizibil, infraroşu şi/sau microunde permit măsurarea formelor şi dimensiunilor terenului, în vederea elaborării hărţilor şi planurilor. Chiar dacă progresul informaticii este exponenţial, folosirea tehnicilor figurative se dovedeşte a fi foarte sigură şi, în multe cazuri, economică pentru o mare varietate de aplicaţii operaţionale, dezvoltarea acestei laturi a interpretării imaginilor fiind supusă permanent unui proces de modernizare favorizat de progresul în domeniul informaticii şi adaptării de algoritmi specifici. Chiar dacă fotogrammetria clasică permite măsurarea celor trei dimensiuni X,Y,Z, singurele măsurători care se efectuează sunt bidimensionale. Avantajele utilizării fotografiei analogice (de exemplu o fotograma aeriană) pot fi rezumate astfel : 

Este o imagine relativ obiectivă a realităţii la un moment dat,



Fotografia redă o reprezentare completă a unui obiect (cu excepţia părţilor ascunse sau mascate),



Este un document foarte uşor de manipulat, cu o mare fiabilitate în timp (atunci când sunt luate măsuri de arhivare speciale),



Prin sau prelevarea de fotograme terestre se realizează corespondenţa dintre obiectul real din teren şi imaginea sa (mai mult sau mai puţin obiectivă) de pe fotogramă,



Este posibil studiul obiectelor deformabile, fragile, casabile, fără a intra în contact direct cu acestea şi fără a le deteriora,



Prin fotointerpretare se realizează o operaţiune inversă prin care se încearcă reconstituirea realităţi din teren pe baza unor criterii de analiză specifice.

Evident, fotogrammetria aeriană spre deosebire de teledetecţia satelitară, apelând la măsurători indirecte (cazul reperajului), are şi unele inconveniente care se datorează, în special, calculelor relativ complexe care împiedică obţinerea rezultatelor în timp real. Fotografia aeriană se utilizează în două moduri :


49


prin metode de fotoidentificare (descifrare)) se recunosc obiecte simple vizibile pe fotogramă (drumuri, arbori, ape), iar prin fotodeterminare, utilizând principii logice, se recunosc prin deducţie obiecte şi fenomene simple.



prin metode de fotointerpretare se realizează o analiză deductivă stabilind relaţiile complexe între obiecte foarte frecvent invizibile pe fotograme (de. exemplu tipuri de soluri, prezenţa apei freatice).

Această analiză conduce la elaborarea de legi de corelare între obiecte şi la o înţelegere globală a structurilor mediului şi a interacţiunilor între factorii naturali şi umani. Fotointerpretarea face apel la specializarea interpretului, la competenţa sa şi, mai ales la experienţa sa de teren fără de care nu este posibilă obţinere unor rezultate reale.

Principii şi etape ale procesului de fotointerpretare Fotointerpretare este realizată, în general, printr -o succesiune de operaţiuni constând din: 

pregătire (pre-zonare)



confruntarea de teren (recunoaştere prealabilă, control final)



sinteză

cartografiere Succesiunea operaţiunilor poate varia în funcţie de climă iar durata fotointerpretării variază în funcţie de: 



tema studiată,



obiectivele studiului



experienţa fotointerpretului

Pregătirea (pre-zonarea) Atunci când se utilizează documente exclusiv în format analogic, se începe cu racordarea hărţilor şi a fondului de planuri disponibile referitoare la arealul de studiu. De asemenea se pregăteşte baza fotografică de lucru (asamblarea fotogramelor în fotoscheme sau mozaicuri). În cazul utilizări imaginilor în format digital în mod obişnuit se realizează o stratificare a peisajului analizat şi se aplică măşti tematice acolo unde este cazul. De exemplu daca se efectuează un studiu asupra unui peisaj litoral, iar calitatea apei nu face obiectul studiului, apa este delimitată pentru a fi eliminată din procesul de calcul prin mascare. Se efectuează lectura preliminară pentru a: 

identifica căile de acces



se familiariza cu marile unităţi de peisaj sau de teritoriu care pot face obiectul zonării


50

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ În cazul utilizării fotogramelor se face apel la aşa numita lectură stereoscopică care permite efectuarea unei prime interpretări detaliate orientate către subiectul de studiu utilizând mijloace de evaluare a structurilor şi a texturilor care favorizează interpretarea mai avansată. În urma acestei operaţiuni rezultă un document pre-stratificat însoţit de o legendă care limitează posibilitatea de a genera confuzii. Cu această ocazie se localizează şi puncte care trebuie vizitate la teren (de exemplu cariere unde se pot face studii de sol sau de structuri geologice). Obiectele neidentificate şi incerte se inventariază pentru a fi şi ele vizitate la teren. Confruntarea la teren

Practica fotogrammetrică clasică a impus ca metode de validare a fotointerpretării realizate la birou trei moduri de lucru: 

Observarea punctuală individuală (lungă şi costisitoare)



Observarea staţionară se face dintr -un punct reprezentativ al zonei de studiu (staţie). În urma observării staţionare se face o reprezentare care este afectată de limitările impuse de mascare



Observarea peisajului din mai multe puncte de staţie. Prin această metodă se poate face o descriere mai completă a zonei de interes. Totuşi, şi această metodă de lucru este limitată de mascare şi perspectivă care pot înşela observatorul, fie el foarte experimentat.

De la apariţia metodelor computerizate de analiză strategia şi obiectivele activităţii de teren au fost adaptate astfel că pe lângă abordarea clasică mult simplificată (sau chiar ignorată), se practică metode de validare prin sondaj a rezultatului clasificărilor. Este cazul aplicaţiilor cu tematică privind utilizarea şi/sau acoperirea terenurilor (cunoscute prin abrevierea generică în limba engleză LU/LC-land use/land cover ). De fapt, acceptând faptul că se lucrează georeferenţiat, pentru poligoane care delimitează clase de obiecte supuse verificării, se extrag perechi de coordonate x şi y. La teren, cu ajutorul GPS-ului, se identifică punctul respectiv şi se confirmă, sau infirmă, după caz rezultatul clasificării. Test de autoevaluare

2. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Descrieţi etape le procesului de prelucrare a informaţiei conţinute de imaginile de teledetecţie. b) Care sunt cele două categorii majore de informaţii conţinute în toate înregistrările imagine? Descriere.


51

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ c) Recomandări privind interpretarea profesională a imaginilor satelitare. d) Care sunt caracteristicile exploatate pentru evaluarea imaginilor satelitare? e) Care sunt etapele de analiză a peisajului? f) Ce este fotointerpretarea? Enumeraţi etapele procesului de fotointerpretare.

Comentarii la aceste întrebări veţi găsi la sfârşitul unităţii de învăţare. După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: Procesul de interpretare a imaginilor este o deprindere dezvoltată prin antrenament şi profesionalism. Este o combinaţie de artă şi ştiinţă bazată pe intuiţie utilizată pentru a putea diferenţia şi identifica o serie de caracteristici ale obiectelor şi fenomenelor. Interpretarea imaginilor se bazează pe acumularea unei experienţe considerabile şi pe gradul de specializare al interpretului. Acesta foloseşte procese deductive pentru a extragere informaţiile conţinute în documentele imagine analizate. 3.4. RĂSPUNSURI ŞI COMENTARII DE AUTOEVALUARE



a) Imaginea digitală este compusă din puncte cărora le sunt asociate valori care descriu parametri semnificativi referitori la suprafaţa terestră:  reflectivitatea radiaţiei elector -magnetice,  emisivitatea obiectelor,  temperatura de suprafaţă,  conţinutul de vapori de apă,  elemente topografice de altitudine b) Suprafaţa de teren care este acoperită de un pixel din imagine, aferentă mărimii celor mai mici obiecte identificabile cu mijloacele tehnice respective, caracterizează imaginea din punct de vedere al rezoluţiei. Cu cât suprafaţa acoperită de un pixel este mai mică cu atât peisajul este păstrat şi reprezentat cu mai multă precizie (din punct de vedere geometric). De fapt, aceasta arată că dimensiunea scăzută a pixelului are ca efect reproducerea mai precisă a elementelor din natură. Fiecare celulă este identificată cu uşurinţă printr -o referinţă imagine unică. c) Prelucrări preliminare realizate la sol după recepţia datelor iau ca scop corectarea erorilor sistematice din lanţul de achiziţie. Pentru a explicita aceste operaţiuni, ansamblul acestor prelucrări poate fi ierarhizat astfel: USAMVB – FIFIM Departamentul de Invăţământ cu Frecvenţă Redusă

52

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Transformările radiometrice - necesare pentru corectarea erorilor datorate captorilor şi variabilităţii caracteristicilor mediului (atmosferei) cât şi pentru calibrarea şi etalonar ea absoluta a datelor în scopul restabilirii balanţei energetice aşa cum aceasta a fost măsurată la nivelul senzorului.  Transformările geometrice – obligatorii pentru corectarea distorsiunilor geometrice introduse de sistemul de colectare a datelor sau pentru cerinţe speciale ale utilizatorului. d) Metodele de clasificare automată a imaginii se împart în două categorii:  Metode nesupervizate automate  Metode supervizate bazate pe extragerea de trasatori, crearea unor seturi de instruire, utilizarea unor funcţii discriminant) (nori dinamici, grupări de tip clustering), aplicarea principiului verosimilităţii maxime. e) Prelucrarea statistica a imaginilor multispectrale permite obţinerea informaţiilor necesare stabilirii claselor de obiecte care interesează un domeniu sau altul ţinând insa seama ca in cadrul procesului tehnologic se apelează in primele etape la prelucrări relativ simple monocanal, urmând ca pentru clasificările de detaliu să se aplice metodele digitale multicanal. Prin analiză logică, informaţiile conţinute de imaginile de teledetecţie sunt detectate, identificate, clasificate prin măsurarea şi evaluarea obiectelor naturale şi antropice din punct de vedere al:  semnificaţiei fizice,  trăsăturilor/structurilor (en. pattern),  relaţiilor spaţiale cu vecinătăţile. f) Indicii de vegetaţie sunt folosiţi în teledetecţie pentru o mai bună interpretare a imaginilor satelitare, cu precădere în analiza mineralelor şi a vegetaţiei. Se utilizează intervalele spectrale vizibil şi infraroşu apropiat ale spectrului electromagnetic. Prin compararea rezultatelor obţinute în cele două intervale ale spectrului se pot deduce informaţii importante referitoare la vegetaţie. 

Intrebarea 2

a) Procesul de prelucrare a informaţiei imagine se desfăşoară în două etape: analiză, respectiv interpretare. Analiza este "separarea sau desfacerea oricărui întreg în părţile sale componente". Din punct de vedere statistic analiza permite stratificarea peisajului pentru a permite disocierea unor elemente care nu pot fi discriminate şi identificate prin utilizarea aceloraşi combinaţii de benzi spectrale. Interpretarea are ca scop explicarea înţelesului sau semnificaţiei oricărei părţi raportate la întreg şi urmează, în mod logic, analizei. b) În practică există două categorii majore de informaţii conţinute în toate înregistrările imagine, informaţii spaţiale şi informaţii radiometrice. Informaţii spaţiale - în practica fotointerpretării, dispunerea şi repartiţia tonurilor oferă indicii spaţiale şi astfel este marcată prezenţa şi USAMVB – FIFIM Departamentul de Invăţământ cu Frecvenţă Redusă

53


c)

d)

e)

f)

localizarea informaţiei în imagine. Atunci când tonurile apar în combinaţii variabile, într -un spaţiu bine delimitat, definesc forme, dimensiuni, modele şi texturi caracteristice obiectelor şi fenomenelor.. Informaţii radiometrice - diferitele tonuri identificate pe o înregistrare corespund intensităţii luminii reflectate sau emise de obiectele de pe suprafaţa Pământului. Cu cât obiectul apare mai luminos cu atât este mai mare cantitatea de radiaţie reflectată/ emisă de către obiect. Funcţie de caracteristicile senzorului, fiecare document imagine conţine informaţii detaliate care pot fi extrase la un nivel corespunzător de complexitate. Pentru interpretarea imaginilor satelitare este de presupus că operatorul cunoaşte în detaliu caracteristicile senzorilor utilizaţi şi limitele geometrice şi spectrale până la care este permisă cartografierea corectă şi eficientă. Considerând condiţia de mai sus îndeplinită, este recomandat să se efectueze o analiză a pretabilităţii fiecărei benzi spectrale pentru identificarea elementelor tematice ale peisajului care pot fi extrase cu obiectivitate şi certitudine. Analizele în alb-negru ale unei singure benzi spectrale nu pot fi productive. Cunoscând, caracteristicile de sensibilitate spectrală ale fiecărui canal în parte este mai uşor să se aleagă combinaţiile de trei benzi spectrale pentru vizualizări sugestive pentru a facilita discriminarea claselor care fac obiectul studiului. Caracteristicile exploatate pentru evaluarea imaginilor satelitare sunt:  Intensitatea (strălucirea) tonului/culorii  Textura  Contrastul  Structura/modelul  Forma  Mărimea Etapele de analiză a peisajului sunt:  Reţeaua hidrografică (de drenaj)  Formele de relief;  Acoperirea (cuvertura) terenului. La rîndul său, analiza reţelei hidrografice se realizaeză în următoarea ordine: evidenţierea sistemului natural terestru, identificarea infrastructurii, o bservarea organizării teritoriale. Fotointerpretarea este metodologia de extragere şi clasificare a informaţiei tematice conţinute imagini analogice sau digitale. Primul obiectiv al fotointerpretării este utilizarea intensivă a documentelor fotografice şi/sau imagine pentru obţinerea şi exploatarea informaţiei necesare studiilor specifice unor domenii tematice. Fotointerpretare este realizată, în general, printr -o succesiune de operaţiuni constând din:  pregătire (pre-zonare)  confruntarea de teren (recunoaştere prealabilă, control final)  sinteză  cartografiere


54

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ 3.5. LUCRAREA DE VERIFICARE NR. 3

1. Care sunt caracteristicilor imaginilor digitale de teledetecţie? 2. Care sunt prelucrăr ile preliminare ale imaginilor de teledetecţie? 3. Descrieţi metodele de clasificare automată a imaginilor. 4. Ce ştiţi despre indicii de vegetaţie? 5. Descrieţi procesul de prelucrare a informaţiei imagine, cu accent pe cele două etape: analiză, respectiv interpr etare. 6. Care sunt recomandările privind interpretarea profesională a imaginilor satelitare? 7. Care sunt caracteristicile exploatate pentru evaluarea imaginilor satelitare? Explicaţi semnificaţiei relaţiei textură/structură. 8. Care sunt etapele de analiză a peisajului? 9. Ce înţelegeţi prin fotointerpretarea imaginilor de teledetecţie? 10. Enumeraţi şi descrieţi etapele procesului de fotointerpretare. 3.6. BIBLIOGRAFIE MINIMALĂ

Lillesand, T.M. and Kiefer, R.W. (1994) Remote Sensing and Image Interpretation. John Wiley and Sons Inc., New York. Jensen, John R. (1986) Introductory Digital Image Processing. Prentice-Hall, New Jersey. 2. Computer Eye: Handbook of Image Processing. Spatial Data Systems Inc., California. 3. Jain, Anil K. (1989) Fundamentals of Digital Image Processing. Prentice-Hall, New Jersey. Wahl, Freidrich M. (1987) Digital Image Signal Processing. Artech House, Boston. Yu, 4. Francis T.S. and Suganda Jutamulia (1992) Optical Signal Processing, Computing, and Neural Networks. John Wiley & Sons, New York. 1.


55


Unitatea de învăţare nr. 4 APLICAŢII ALE TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ ŞI MEDIU Pagina

Cuprins

4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7. 4.8. 4.9.

Obiectivele unităţii de învăţare nr. 4 A plicaţii ale teledetecţiei în diferite domenii de activitate Utilizarea teledetecţiei în agricultură Controlul prin teledetecţie Cartografia mediului Analiza şi administrarea sistemică a mediului Răspunsuri şi comentarii la teste Lucrarea de verificare nr. 4 Bibliografie minimală

56 57 58 69 89 92 96 99 99

4.1. OBIECTIVELE UNITĂŢII DE ÎNVĂŢARE NR. 4  



 



Acest capitol are ca scop familiarizarea studenţilor cu aplicaţiile de teledetecţie, în diferite domenii de activitate Stadiul actual de dezvoltare a teledetecţiei, descrierea tehnologiilor utilizate pentru realizarea aplicaţiilor de observare a Pământului: fotogrammetrie, teledetecţie şi GIS Utilizarea teledetecţiei în agricultură, Politica Agricolă Comună (PAC), Programul MARS, Sistemul Integrat de Administrare şi Control (IACS), Sistemul de Identificare Parcelară (LPIS), rolul Agenţiei de Plăţi şi Intervenţie pentru Agricultură (APIA) în contextul LPIS Controlul prin teledetecţie (CwRS) Cartografia mediului, definirea termenului "cartografie ecologică", hărţi tematice speciale, interpretarea digitală a datelor imagine în cartografia mediului, perspective de dezvoltare a aplicaţiilor de cartografiere a mediului Analiza şi administrarea sistemică a mediului, monitorizarea efectelor activităţilor umane şi a hazardelor naturale sau antropice asupra mediului, administrarea resurselor geologice, degradarea şi conservarea terenului, studii asupra dezastrelor naturale, prevenirea inundaţiilor şi gestiunea situaţiilor post dezastru, aplicaţii ale teledetecţiei în silvicultură, aplicaţii ale teledetecţiei în urbanism


56

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ 4.2. Aplicaţii ale teledetecţiei în diferite domenii de Stadiul actual de dezvoltare a

teledetecţiei

activitate

Stadiul actual de dezvoltare a teledetecţiei şi respectiv realizările înregistrate pe de o parte, precum şi cerinţele prioritare specifice diferitelor zone geografice pe de alta parte, au condus la folosirea datelor de teledetecţie în anumite domenii de activitate, al căror numar se măreşte continuu, pe masură ce tehnologiile noi devin mai eficiente decât cele clasice. În funcţie de caracteristicile de bază ale senzorilor şi ale zborului platformelor pe care aceştia sunt ampasaţi, datele de teledetecţie se înregistrează în forma analogică sau digitală, sunt supuse unor corecţii geometrice, radiometrice şi prelucrării primare, după care urmează prelucrări şi intrepretări corespunzătoare fiecarui domeniu de utilizare. Valoarea, respectiv eficienţa, folosirii acestor date depinde de caracteristicile sensorilor, ale traseelor de zbor ale platformelor, precum şi de mijloacele de prelucrare. În comparaţie cu tehnologiile clasice, specifice fiecărui domeniu de activitate, care presupun parcurgerea terenului pentru procurarea oricărui gen de informaţii, în teledetecţie, prelucrarea, interpretarea şi valorificarea datelor necesită lucrări minime pe suprafeţele de teren care au făcut obiectul înregistrărilor şi acestea numai în zonele test. Cercetătorii sunt în permanenţă provocaţi pe de o parte de nevoia de a descoperi, dezvolta şi administra resursele minerale (metalice, materiale industriale, combustibili fosili, materiale de construcţii) resursele de apă subterană şi de suprafaţă, iar pe de altă parte de utilizarea corespunzătoare a terenurilor pentru infrastructura de transport, industrială şi aşezări umane. În acelaşi timp devin din ce în ce mai mult implicaţi în monitorizarea şi limitarea hazardului geologic (cazul cutremurelor de pământ şi al alunecărilor de teren), a celui hidrologic (inundaţiile, eroziunea din zona de coasta) dar şi în probleme de mediu (degradarea terenului, poluarea industrială şi minieră), fără ca acesta enumerare să fie exhaustivă.

Fotogrammetrie, Pentru a rezolva aceste probleme, cercetătorii trebuie să stăpânească un

bagaj serios de cunoştinţe tematice din domeniul vast al ştiinţelor teledetecţie şi GIS – tehnologii geonomice care să fie completat de cunoaşterea amănunţită a mijloacelor de prelucrare specifice teledetecţiei şi Sistemelor Informaţionale utilizate pentru Geografice. Completa înţelegere a specializării tematice şi, de asemenea, realizarea abilitatea de a administra şi prelucra o mare cantitate de geoinformaţii aplicaţiilor de permite realizarea de studii solide care stau astăzi la baza realizării observare a planurilor de dezvoltare durabilă. Pământului Pentru a putea asigura o completă apreciere a conceptelor geoştiinţelor moderne şi a dobândi o bună experienţă în managementul geoinformaţiilor trebuie pus accentul pe utilizarea fotogrammetriei şi teledetecţiei ca surse de noi date de observare a Pământului şi pe utilizarea Sistemelor Informaţionale Geografice pentru administrarea efectivă a multiplelor seturi de date georeferenţiate generate. În acest capitol se prezintă aplicaţii ale teledetecţiei în diferite domenii de activitate:


57

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ cartografier ea ocupării terenului, modelare/simulare (defr işare, schimbări climaterice);

 Inventariere:

 Amanajarea teritoriului:

gestionare (cadastru, circulaţia rutieră, servicii de informare şi suport); ajutor la luarea deciziilor (amenajarea ter itoriului, măsuri de protectie, alocarea de resurse umane sau financiare, decizii de interventii, previziuni, etc.).


1. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Care sunt tehnologiile utilizate în prezent pentru realizarea aplicaţiilor de observare a Pămîntului?

Comentarii la aceste întrebări veţi găsi la sfârşitul unităţii de învăţare. După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: Managementul geoinformaţiilor implică utilizarea fotogrammetriei şi teledetecţiei ca surse de noi date de observare a Pământului şi a Sistemelor Informaţionale Geografice pentru administrarea efectivă a multiplelor seturi de date georeferenţiate generate. 4.3.

Utilizarea teledetecţiei în agricultură

Politica

Agricolă Comună (PAC) istoric

În anul 1957, după criza alimentară suferită de Europa în timpul Celui De-al Doilea Război Mondial, s-a trecut la elaborarea unei strategii privind o Politică Agricolă Comună (PAC) cu scopul creşterii producţiei agricole. Alte ţinte ale acestei decizii au avut ca scop asigurarea de venituri stabile pentru fermieri, precum şi stabilirea de preţuri corecte pentru producători şi consumatori. Politica Agricolă Comună (PAC) reprezintă un set de măsuri stimulatoare din punct de vedere financiar pentru fermieri, prin care să fie favorizată creşterea producţiei alimentare şi modernizarea fermele. Totuşi, acest sistem de sprijin financiar a dus rapid la supraproducţie de hrană şi la degradarea mediului. Până la mijlocul anilor ’80 Uniunea Europeană a pompat atât de multe resurse financiare în acest sistem încât subvenţii au trebuit acordate şi exportatorilor pentru a scăpa de tot acel surplus. În 1992 s-a realizat o reformă majoră a PAC, cunoscută sub numele de reforma McSharry. Preţurile produselor agricole, care fuseseră garantate anterior, au fost reduse. Declinul preţurilor garantate pentru fermieri a fost compensat prin plăţi directe. Reforma McSharry a recunoscut daunele produse mediului de către agricultura intensivă şi a alocat fonduri speciale pentru fermierii ce practică o agricultură ecologică.


58

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Aceste fonduri au fost, şi încă sunt, prea reduse pentru a opri degradarea unor ecosisteme, dar reprezintă totuşi un pas în direcţie cea bună. O altă reformă a PAC a avut loc în anul 1999. Aceasta, încă departe de a întruni toate rigorile protejării mediului, reprezintă încă un pas înainte către practici agricole durabile, mai ales datorită introducerii de noi reguli pentru dezvoltarea rurală ce ţin cont de problemele de mediu. Nevoia regândirii PAC este absolut necesară şi urgentă. Sistemul prejudiciază fermierii, consumatorii, contribuabilii şi mediul. În prezent 90% din bugetul de 40 miliarde euro al PAC rămâne îndreptat către subvenţionarea producţiei în timp ce doar 10% este cheltuit pe măsuri pozitive pentru o agricultură durabilă precum şi pentru o dezvoltare rurală susţinută. Toate aceste măsuri politice au fost însoţite de programe adecvate de cercetare operaţională care au permis simularea unor modele avansate de dezvoltare. În acest context a fost conceput programul "Monitoring Agriculture with Remote Sensing" (MARS). Programul MARS

Proiectul European MARS, iniţiat în 1988, a fost conceput pentru proiectarea unui sistem temporal independent care să poată furniza informaţii viabile despre suprafeţele ocupate cu culturi şi asupra randamentelor obţinute. Acest program a fost în permanenţă adaptat funcţie de cerinţele utilizatorilor (în speţă administraţiile naţionale ale ţărilor membre) fiind un exemplu de implementare adaptată progresului tehnologic înregistrat în ultimii 15 ani. Programul MARS a fost conceput la Centrul Comun de Cercetări al UE de la Ispra-Italia (JRC) unde, după finalizarea unei tematici şi validarea de către beneficiar (DG VI Agriculture şi EUROSTAT), echipa de cercetar e-dezvoltare a continuat să asigure mentenanţa cu scopul ameliorării sistemului. Este, de fapt, unul dintre motivele pentru care se va încerca repetarea unui scenariu de implementare similar la nivel naţional urmarind aplicarea aceleiaşi strategii. Din 1993, proiectul a fost dirijat către elaborarea de tehnici suport şi realizarea expertizei de înalt nivel pentru Direcţia Generală Agricultură a Comisiei Europene şi pentru administraţiile de resort din ţările membre UE, dar şi pentru cele din ţările candidate. Aceasta, în vederea asimilării şi operaţionalizării managementului specific Politicii Agricole Comune (Common Agricultural Policy – PAC), care pentru România reprezintă cel mai sensibil dosar de negociere în vederea aderării. Din anul 2000, programul MARS a fost orientat către monitorizarea globală a agriculturii pe baza conceptelor promovate de iniţiativa GMES care va avea ca rezultat asigurarea securităţii alimentare. Ca instrumente de expertiză în cadrul programului MARS sunt integrate tehnici şi metode de cercetare specifice următoarelor domenii: 

Statistică avansată (sondaj areolar),



Procesare de imagini şi interpretare (înregistrări satelitare/ aeropurtate)


59


Management GIS şi aplicaţii web dedicate,



Geomatică şi tehnologii GPS (ortofoto, cartografiere la scara mare, măsurători parcelare),



Modelare agrometeorologică (dezvoltarea plantelor, previziunea recoltelor),



Standardizare şi controlul calităţii.

Fiecare dintre cele patru tematici MARS-PAC au o mare importanţă pentru viitorul economic al României datorită obligativităţii dirijării strategiei şi politicilor agricole către asimilarea acestor tehnologii suport caracterizate de obiectivitate şi precizie:

Sistemul Integrat de Administrare

şi Control (IACS)



Controlul prin teledetecţie (Control with Remote Sensing – CwRS) al suprafeţelor arabile sprijină detectarea erorilor din cererile de subvenţie ale agricultorilor din cadrul Sistemului Integrat de Administrare şi Control (IACS - Integrated Administration and Control System). Prin programul MARS s-au dezvoltat metodologii de teledetecţie şi fotogrammetrie integrate in aplicaţii GIS. Acest program coordonează în prezent achiziţia anuală a circa 800 de imagini satelitare asupra a circa 130 de situri prestabilite prin metode statistice, f urnizează specificaţii tehnice şi recomandări, testează noii sateliţi şi realizează controlul de calitate şi auditarea contractorilor naţionali



Sistemul de informaţii parcelar (LPIS - Land Parcel Information System) utilizat în implementarea PAC trebuie să devină operaţional la nivel UE în anul 2005 considerându-se faptul că, prin constituirea sistemului informaţional bazat pe tehnici GIS, IACS va deveni cu adevărat pilonul agriculturii moderne la nivel european. Prin MARS se estimează că va fi asigurată coerenţa dintre IACS şi LPIS, metoda adoptată fiind orientată spre integrarea datelor de teledetecţie de foarte înaltă rezoluţie şi a or tofotogramelor cu tehnicile GPS – EGNOS



Registrul viticol şi al măslinilor, sunt sisteme similare cu LPIS utilizate pentru implementarea PAC, aplicaţiile fiind bazate de asemenea pe tehnici GPS/teledetecţie



Planul de dezvoltare rurală şi măsurile agro-environmentale (AEMs – Rural Development Plans and Agri-Environmental Measures) reprezintă al doilea pilon al PAC. Şi în acest caz este stimulată utilizarea datelor spaţiale georeferenţiate în vederea implementării, controlului şi evaluării impactului PAC asupra mediului ambiant.

În conformitate cu deciziile luate, fiecare Stat Membru trebuie să implementeze un sistem integrat de administrare şi control în vederea constituirii suportului schemelor de plăţi. Practic, sistemul integrat cuprinde următoarele elemente: 

bază de date computerizată care va înregistra, pentru fiecare holding agricol, datele obţinute din solicitările de ajutor;


60


un sistem de identificare pentru parcelele agricole;



un sistem pentru identificarea şi înregistrarea drepturilor de plată care permite verificarea eligibilităţii precum şi verificări încrucişate a solicitărilor pentru subvenţii bazate pe comparaţia cu Sistemul Integr at de Administrare şi Control (LPIS). Acest sistem permite consultarea directă şi imediată a datelor istorice referitoare la minimum trei ani calendaristici precedenţi;



solicitări pentru subvenţie. În fiecare an, un fermier va face o solicitare pentru plăţi directe, indicând, după caz toate parcelele agricole ale fermei, numărul şi suma drepturilor de plată precum şi orice altă informaţie prevăzută în actele normative;



un sistem integrat de control;



un singur sistem de înregistrare a identificatorului fiecărui fermier care aplică o solicitare pentru ajutor.

Statele Membre trebuie să asigure compatibilitatea dintre procedurile de administrare şi control aplicate schemelor de suport şi sistemul integrat pentru aplicarea acestor scheme, pentru următoarele aspecte:  

baza de date computerizată; sistemele de identificare pentru parcelele agricole;

verificări administrative. Aceste sisteme vor fi concepute pentru a permite o funcţionare comună şi/sau un schimb de date. Comisia poate cere asistenţă organismelor specializate sau persoanelor pentru a facilita stabilirea, monitorizarea şi utilizarea sistemului integrat, în particular pentru a asigura consiliere tehnică autorităţilor competente ale Statelor Membre, dacă o vor cere, fără a prejudicia responsabilităţile Statelor Membre pentru implementarea şi aplicarea sistemului integrat. 

Sistemul de Identificare

Parcelară (LPIS)

LPIS este considerat elementul cheie al IACS pentru administrarea subvenţiilor bazate pe suprafaţă ale PAC (Figura 4.1). Acesta reprezintă un sistem de referinţă folosit pentru a localiza şi a identifica, într -o manieră unică şi clară, parcelele agricole pe care le declară fermierii şi pentru a descrie caracteristicile acestor parcele, cum ar fi suprafaţa brută şi netă, eligibilitatea pentru ajutor , modul de folosinţă a terenului precum şi alte caracteristici posibile care pot fi incluse pentru a satisface legislaţia europeană. Iniţial, unele State Membre şi Ţări Candidate au optat pentru folosirea cadastrului drept referinţă pentru localizarea şi identificarea parcelelor agricole pentru că este binecunoscut tuturor şi pentru că, teoretic, are un număr sau cod unic de identificare pentru fiecare parcelă cadastrală. În multe ţări informaţia cadastrală se poate obţine rapid, deşi nu întotdeauna în for mat digital. Folosirea parcelelor cadastrale pentru a descrie activitatea agricolă are dezavantajul neconcordanţei dintre caracteristicile reprezentate, respectiv suprafaţa netă şi


61

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ cea cultivată (reprezentată de parcela cultură). De asemenea, mai ales în zonele rurale, disponibilitatea şi calitatea datelor cadastrale nu întrunesc mereu standardele necesare pentru LPIS (Figura 4.2).

Fig. 4.1 LPIS – parte integrantă a IACS

Fig. 4.2 Neconcordanţa dintre modul de exploatare a terenului şi limitele cadastrale


62

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Unitatea MARS – PAC / JRC împreună cu DG AGRI şi cu organismele responsabile din statele UE au elaborat metodologii şi specificaţii originale pentru stabilirea de sisteme eficiente de identificare parcelară pentru a fi aplicate acolo unde datele cadastrale nu sunt actualizate. Această metodologie combină folosirea orto-imaginilor cu rezoluţie între 0,5-1 m împreună cu hărţi digitale echipate cu blocuri de parcele agricole, deseori folosind cadastrul – dacă este disponibil – ca strat de date auxiliar pentru localizarea facilă a fermierilor. Orto-imaginile digitale sunt folosite pentru delimitarea limitelor parcelelor agricole sau a blocurilor/grupurilor de parcele agricole care sunt marcate de caracteristici permanente ce sunt bine definite şi vizibile pe ortoimagini, cum ar fi drumuri, râuri, păduri etc. Identificatori unici pentru parcele sau blocuri sunt generaţi automat. Pentru aceasta, este necesară o bună instruire a echipei de administrare şi a fermierilor pentru folosirea corectă a acestui tip de sistem de referinţă. Blocurile fizice sunt unităţi teritoriale ale căror limite sunt considerate fixe, de tipul: 

infrastructură (drumuri, căi ferate, canale de apă)



limite de fermă sau alte limite dintre diferite tipuri de folosinţă a terenului care sunt considerate aproape permanente (pâraie, vii, livezi, grădini de legume, liziere, etc.)



limite dintre parcele cu acelaşi tip de folosinţă a terenului care pot fi considerate permanente (garduri, şanţuri, etc.)

reţea hidrografică naturală sau artificială. Pentru implementarea activităţilor de control, aşa cum sunt definite în regulamentele IACS, se face apel la controlul prin tehnici de teledetecţie a solicitărilor de ajutor bazate pe suprafaţă, fiind de asemenea utilizate lucrări de birou care înlocuiesc inspecţia de teren în cazul dosarelor care probabil conţin anomalii. Tipul parcelei de referinţă folosit este un factor determinant pentru metodologia de creare a LPIS. Posibilele opţiuni sunt: parcele cadastrale, parcele agricole, blocuri ale fermierilor (bazate pe orto-foto sau definite prin gruparea parcelelor cadastrale) şi blocuri fizice, bazate pe limitele fizice interpretate de pe orto-foto (Figura 4.3). Regulamentul 1593/2000 amendat prin Regulamentul 1782/2003 stabileşte obligativitatea implementării unui LPIS digital, standarde minime ce trebuie atinse (scară, acurateţe), recomandând ferm folosirea combinată a tehnicilor referitoare la orto-imagini (cum ar fi ortoimagini digitale achiziţionate din avion sau cu ajutorul Sateliţilor de Foarte Înaltă Rezoluţie – VHRS). Soluţia de folosire a tehnicilor ortofoto a fost aleasă atât de toate Statele Membre cât şi de către Ţările Candidate, pentru că este posibilă şi obţinerea de informaţii cruciale asupra eligibilităţii terenului (Figura 4.4). În România sistemul integrează tehnicile folosite la orto-imagini (Figura 4.5) ca referinţă obiectivă pentru a defini blocurile fermierilor sau blocurile fizice. Cu toate acestea, posibila folosire a cadastrului trebuie testată pentru a stabili dacă va fi luată în considerare ca informaţie principală sau ca suport auxiliar referitor la parcelele agricole. 


63


Fig. 4.3. Blocuri fizice delimitate pe ortofoto şi informaţia cadastrală

Fig. 4.4 Exemple de LPIS în ţări membre ale UE


64


Fig. 4.5 Sistemele LPIS se bazează pe ortofoto aeriene sau satelitare

Agenţia de Plăţi şi Intervenţie pentru

Agricultură (APIA)

Agenţia de Plăţi este organismul responsabil de finanţarea schemelor PAC şi suportă răspunderea de a recepţiona şi de a administra banii proveniţi de la Secţiunea Garanţii a Fondului European de Asistenţă şi Garanţii în Agricultură (EAGGF / FEOGA). Politica generală şi cadrul financiar sub care operează APIA este determinată întotdeauna de către fiecare stat membru în parte. De fapt, rolul cel mai important al Agenţiei de Plăţi este de a organiza modul de plată către solicitanţi pentru solicitări valide din punct de vedere al PAC.


65

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Principalele sarcini ale APIA privind LPIS

Un rol cheie pentru asigurarea sistemului de solicitare şi plăţi îl ar e APIA, un organism unic care realizează: 

Plăţile directe de tip SAPS (Single Area Payment Scheme) precum şi alte ajutoare naţionale specificate



Organizarea Pieţei prin intervenţii, stocuri private, subvenţii pentru export, etc...



Măsurile structurale în cadrul programelor SAPARD, SOP (Sector operating program), PRD (Plane of rural development)



Sistemele de subvenţie ale Statului

În ceea ce priveşte LPIS, APIA este responsabilă cu: 

Trimiterea formularelor pre-tipărite de solicitare şi foaia de identificare tuturor fermierilor (înscrişi în banca de date a AP). Datele de bază se extrag din LPIS şi din evidenţa centralizată a animalelor de fermă. Foaia de Identificare va include datele de bază pentru fermieri pentru necesităţi referitoare la registrul solicitanţilor.



Administrarea declaraţiilor care va fi realizată prin controlul datelor din solicitare în comparaţie cu datele din registrele de referinţă (evidenţa centralizată a animalelor de fermă, LPIS, registrul solicitanţilor şi altele).



Stabilirea procentului de controale de teren din totalul solicitărilor prin confruntarea realităţii din teren cu informaţiile declarate de către fermier.



Calcularea plăţilor pe baza informaţiilor determinate de către verificările administrative şi de către controalele de teren.

Realizarea plăţilor în conturile solicitanţilor. Acceptarea solicitărilor (plăţi directe) se efectuează la nivelul departamentelor regionale ale APIA. Formularele de solicitare sunt depuse personal, fie de către persoana eligibilă (proprietar, arendaş, etc.), fie de către o persoană delegată care trebuie să se identifice printr -un document relevant. Practic, sunt acceptate doar acele formulare de solicitare care întrunesc toate detaliile formale (completarea tuturor câmpurilor formularului, semnătura, anexele, precum şi marcarea tuturor căsuţelor de control necesare ş.a.m.d). Formularele de solicitare care nu îndeplinesc proprietăţile formale definite sunt respinse automat. După validarea informaţiilor, fiecare formular de solicitare este controlat formal. Pentru conţinut este responsabil întotdeauna fermierul. Fiecare fermier primeşte confirmarea acceptării care include data în care a fost acceptată solicitarea şi numele persoanei care a acceptat formularul. 

Modul de operare al APIA

Un fermier poate face doar o solicitare pentru o schemă de ajutor. Această solicitare se face la locul de rezidenţă. În cazul în care fermierul are mai multe unităţi de producţie (unele situate chiar în alte unităţi administrative), acesta


66

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ face doar o singură solicitare pentru toate unităţile sale de producţie numai la locul său de reşedinţă. La nivelul departamentelor regionale, solicitarea este controlată de mai multe ori şi introdusă în sistem. După introducerea în sistem şi autorizarea de către administratorul şef, solicităr ile sunt prelucrate la sediul central al APIA. La sediul central al APIA, asupra fiecărei solicitări se fac verificări administrative încrucişate. Practic, aceasta înseamnă că toate solicitările sunt verificate între ele în privinţa tuturor datelor menţionate în formulare. În acelaşi timp, toate solicitările sunt controlate comparativ cu toate datele existente în registrele de referinţă. Fermierii sunt informaţi asupra greşelilor apărute în formulare, aceştia având posibilitatea de a le corecta. Fermierii o bţin informaţii scrise despre greşelile determinate şi despre data până la care trebuie să corecteze erorile. Informaţiile referitoare la greşelile determinate sunt trimise şi departamentelor regionale. Greşelile pot fi identificate şi la nivelul departamentelor regionale, fermierii fiind informaţi şi în acest caz despre acestea. După efectuarea corecturilor de către fermieri, toate verificările încrucişate sunt repetate începând cu verificarea corectitudinii datelor modificate şi pentru evitarea altor greşeli. Pentru fiecare solicitare se face o analiză de risc, generându-se astfel o listă cu solicitările ce vor fi supuse controalelor de teren. Rata minimă a controalelor de teren este de 5% din totalul solicitărilor, fiecare stat în parte stabilind procentajul adecvat (de obicei 6-7 %). Controalele de teren sunt realizate de către departamentele regionale ale APIA, pe baza listei fermelor unde vor fi realizate acestea. Aşadar, APIA decide cine şi când va fi verificat. Fermierii trebuie să permită realizarea verificărilor de teren, în caz contrar aceştia fiind excluşi de la primirea plăţilor, în cazuri extreme chiar şi câţiva ani. Sunt create protocoale pentru fiecare verificare de teren, fermierii având dreptul de a le semna şi de a le adnota. Rezultatele tuturor verificărilor de teren sunt introduse în sistem pentru a permite calculul plăţilor. Un anumit procent din verificările de teren este supus unui supracontrol efectuat de către organismul central al APIA. După finalizarea controalelor administrative şi a verificărilor de teren, se trece la calculul plăţilor pentru fiecare solicitare în parte. Fiecare fermier este informat despre suma ce îi revine având dreptul de a-şi exprima opiniile despre sumele aferente, mai ales în cazuri de plăţi diminuate. Diferenţele dintre suprafeţele declarate şi cele determinate prin control sunt analizate diferenţiat: 

până la 3% plata este calculată pentru suprafaţa determinată



între 3% - 30% - plata este redusă cu dublul diferenţei determinate în anul curent



mai mult de 30% - nu este acordat ajutor în anul curent



mai mult de 50% - fermierii sunt excluşi de la primirea ajutoarelor până când se atinge o valoare egală cu diferenţa dintre suprafaţa declarată şi cea determinată.


67

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Plăţile ce cad sub incidenţa schemelor de suport trebuie realizate complet către beneficiari. Acestea vor fi făcute o dată pe an în perioada 1 Decembrie – 30 Iunie a anului calendaristic următor. Comisia poate : 

extinde data de plată



acorda avansuri



autoriza statele membre, în funcţie de situaţia bugetară, să realizeze plăţi în avans înainte de 1 Decembrie în regiuni unde, datorită unor condiţii excepţionale, fermierii se confruntă cu dificultăţi financiare severe : 



de până la 50% din plăţi, de până la 80% din plăţi în cazul în care au fost deja acordate avansuri

Nu se vor acorda plăţi pentru cei care s-a stabilit că au creat în mod artificial condiţiile necesare pentru obţinerea acestor plăţi necuvenite. Este posibilă şi luarea în considerare a unor întârzieri în aplicarea unei solicitări. De aceea, trebuie stabilit termenul până la care fermierii au posibilitatea înaintării solicitării către departamentul regional al AP aferent fiecăruia. Pentru fiecare zi lucrătoare care depăşeşte acest termen, plăţile eligibile sunt reduse cu aproximativ 1%. Perioada maximă pentru înaintarea solicitării este de 25 zile calendaristice, iar după această perioadă formularele de solicitare sunt respinse. Test de autoevaluare

2. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Ce este Politica Agricolă Comună (PAC)? b) Ce ştiţi despre Programul MARS? c) Care sunt cele patru tematici majore ale Programul MARS-PAC? d) Care sunt elementele programului IACS? e) Descrieţi pr ogramul LPIS. f) Ce este APIA? Descrieţi, pe scurt, rolul APIA în contextul LPIS.



68

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: Politica Agricolă Comună (PAC) reprezintă un set de măsuri stimulatoare din punct de vedere financiar pentru fermieri, prin care să fie favorizată creşterea producţiei alimentare şi modernizarea fermelor. LPIS este considerat elementul cheie al IACS pentru administrarea subvenţiilor bazate pe suprafaţă ale PAC. Acesta reprezintă un sistem de referinţă folosit pentru a localiza şi a identifica, într-o manieră unică şi clară, parcelele agricole pe care le declară fermierii şi pentru a descrie caracteristicile acestor parcele, cum ar fi suprafaţa brută şi netă, eligibilitatea pentru ajutor, modul de folosinţă a terenului precum şi alte caracteristici posibile care pot fi incluse pentru a satisface legislaţia europeană. 4.4.

Controlul prin teledetecţie

Controlul prin

teledetecţie (CwRS) -

generalităţi

Controlul prin Teledetecţie este modalitatea prin care a fost simplificată etapa de verificare / validare a declaraţiilor cu potenţial de fraudare. Pentru a armoniza modul de efectuare a controlului, începând cu anul 1998, tradiţionalele Recomandări Tehnice pentru "Controlul prin Teledetecţie" au fost divizate în patru părţi, pentru îmbunătăţirea înţelegerii şi folosirii acestora: 

Partea 1: Alegerea sit-ului, programarea satelitară, achiziţia şi livrarea imaginilor;



Partea 2: Pre- procesarea datelor şi CAPI;



Partea 3: Toleranţe tehnice şi reguli de clasificare a dosarelor ;

Partea 4: Controlul Calităţii. Trebuie precizat că Recomandările Tehnice se referă doar la Controlul prin Teledetecţie, şi nu la inspecţiile de teren sau verificările administrative, ori implementarea de către administraţie a Sistemului Integrat de Administrare şi Control (IACS) şi a Sistemului de Identificare a Suprafeţelor Parcelare (LPIS), iar toate metodele se adaptează specificului naţional. 

Controlul prin

teledetecţie (CwRS) – partea 1

Alegerea sit-ului, programarea satelitară, achiziţia şi livrarea imaginilor Selectarea sit-ului. Principii generale şi baza de reglementare

Regulile pentru selectarea zonelor ce sunt verificate prin teledetecţie sunt precizate în Regulamentul Comisiei nr. 118/2004. Metodologia de realizare a Controlului prin Teledetecţie, în particular alegerea tipului, rezoluţiei şi datelor de achiziţie a imaginilor satelitare pentru o zonă ce va fi controlată trebuie adaptată caracteristicilor zonei respective. Cu alte cuvinte, când se aleg zonele ce vor fi controlate prin Teledetecţie, Statele Membre ar trebui să ţină cont de metodologia recomandată pentru Controlul prin Teledetecţie. Statele Membre ce aplică principiile IACS-GIS pentru tot teritoriul lor sunt încurajate să folosească baza de date GIS pentru o definire precisă a zonelor de control.


69

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Limitările de utilizare a imaginilor de înaltă rezoluţie pentru alegerea siturilor

Posibilitatea achiziţiei imaginilor are limitări certe. Pentru sateliţii ce operează cu senzori optici, principala dificultate este acoperirea cu nori, care de obicei face necesar mai multe tentative de achiziţie înainte de a putea fi obţinută o imagine bună (Figura 4.6).

Fig. 4.6. Imagini Ikonos asupra comunei Valea Călugărească (stânga: datorită acoperirii cu nori achiziţia a fost refuzată, dreapta: achiziţie acceptată) De asemenea, toţi sateliţii care asigură imagini de înaltă rezoluţie au o bandă relativ îngustă de prelevare a datelor, fiind astfel necesare mai multe treceri şi o perioadă de timp semnificativă până când o zonă largă este acoperită. Folosirea imaginilor oblice îmbunătăţeşte considerabil rata de succes în cazul unui sit individual. Pentru limitarea numărului total de sit-uri supuse controlului şi optimizarea achiziţiei imaginilor, chiar şi din punct de vedere al costului, este preferată gruparea dosarelor pentru control în cadrul unei suprafeţe geografice limitate. Pentru sit-urile în cadrul cărora sunt folosite imagini de mare rezoluţie, este recomandată o suprafaţă continuă, cu un minim de 500 dosare sau 7500 ha, per sit, ce vor fi controlate. Din motive tehnice, pentru sit-urile în cadrul cărora sunt folosite imagini de înaltă rezoluţie, mărimea sit-ului de control este constrânsă în cea mai mare măsură de caracteristicile senzorilor sateliţilor de înaltă rezoluţie. O imagine SPOT acoperă o suprafaţă nominală de 60 x 60 km (Figura 4.7), o scenă LANDSAT TM 170 x 183 km (sau 55 x 55 km pentru o sub-scenă) şi o scenă USAMVB – FIFIM Departamentul de Invăţământ cu Frecvenţă Redusă

70

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ IRS-1C/1D LISS 140 x 140 km (sau 70 x 70 km pentru un sfert de scenă). Senzorii sunt orientaţi diferit, în funcţie de orbitele sateliţilor respectivi. În Figura 8 este ilustrată o imagine Ikonos, corespunzătoare comunei Valea Călugărească.

Fig. 4.7. (stânga) Fereastră de imagine SPOT 5 supermode 2,5 m rezoluţie, cuprinzând teritoriul comunei Valea Călugărească Fig. 4.8. (dreapta) Fereastr ă de imagine Ikonos multispectrală 4 m rezoluţie preluată deasupra comunei Valea Călugărească Consideraţii practice pentru selecţia sit -urilor de mare rezoluţie

Atunci când sunt selectate sit-urile de control ce folosesc imagini de înaltă rezoluţie pentru campania din 2004 se iau în considerere următoarele criterii: 

Sit-urile de control din anii precedenţi n-ar trebui sistematic eliminate ci sistematic refolosite.



Dacă suprafaţa ce va fi controlată este de fapt mai mică decât raza maximă de 25 km, atunci trebuie furnizat Comisiei un fişier vectorial ce urmăreşte conturul suprafeţei reale. Aceasta va facilita programarea prin posibilitatea achiziţiei de imagini pentru mai multe sit-uri în timpul aceleiaşi treceri a satelitului (Figura 9, cazul b) şi prin acceptarea imaginilor fără nori deasupra mai multor zone restricţionate, de aici şi îmbunătăţirea şanselor de a achiziţiona imagini bune. Aceasta se întâmplă în cazul în care sit-ul de înaltă rezoluţie este combinat cu un sit de foarte mare rezoluţie.


71


Poziţiile sit-urilor sunt fixate înainte de a se deschide primele ferestre de timp de achiziţie a imaginilor. Schimbările ulterioare în coordonatele sitului riscă ca imaginile deja achiziţionate să devină parţial inutilizabile, în timp ce un cost considerabil a fost deja suportat de către Comisie. În cazuri excepţionale, Comisia solicită o căutare de arhivă pentru imaginile ce acoperă completarea ferestrei de achiziţie cu scopul de a suplini suprafaţa lipsă.



Pentru SPOT, schimbarea modului spectral şi a unghiului de vedere necesită un timp echivalent cu traversarea a 50 până la 100 km orbită (în direcţia Sud). De aceea, unde este posibil, sit-urile nealiniate (cum este în cazul c, Figura 9) ar trebui poziţionate la o distanţă de mai mult de 100 k m între ele, măsurată de-a lungul traiectoriei orbitei.

Achiziţionarea fotografiilor aeriene

Achiziţionarea fotografiilor aeriene pentru controale nu este coordonată de către Comisie, dar cade în sarcina administraţiei naţionale. Atunci când se decide acoperirea cu fotografii aeriene a teritoriului este posibilă realizarea de controale exhaustive dar şi selectarea unui număr mai mare de situri mai mici. În acest caz nu trebuie să fie uitate constrângerea şi costurile corelate cu aceasta la care se adaugă, de exemplu, digitizarea hărţilor de referinţă. Trebuie amintite dificultăţile achiziţionării fotografiilor aeriene în anumite zone şi pot să apară restricţii asupra zonelor militare, a liniilor de trafic aerian, etc. Pătura de nori poate fi la fel de restrictivă pentru fotografiile aeriene ca şi pentru imaginile din satelit, iar condiţiile meteorologice vor afecta calitatea radiometrică a imaginilor. Mai mult, timpul de procesare a fotografiilor aeriene (necesitând developare, printare, scanare) este mai mar e adesea la câteva săptămâni sau chiar mai mult. Achiziţionarea fotografiilor aeriene trebuie de aceea să fie organizată cu suficient timp înainte şi perioadele de achiziţie a imaginilor trebuie să fie puse la începutul anului. În ultimii ani, folosirea culorilor naturale sau orto-fotografia aeriană în infraroşu color a crescut în mod semnificativ. Folosirea imaginilor color are în plus avantajul că recoltele sunt mult mai uşor de identificat prin caracteristicile lor optice; astfel se reduce semnificativ timpul de interpretare a imaginilor pentru identificarea culturilor. Perioada optimă de achiziţie pentru orto-fotografiile color tinde să conveargă către fereastra de timp când cele mai semnificative tipuri de culturi sunt identificabile. Este de asemenea obligatoriu ca zborurile aeriene să fie efectuate îndeplinind regulile impuse privind folosirea GPS-ului şi a sistemelor de navigaţie inerţiale legate de camera fotogrammetrică. Astfel este posibilă optimizarea ariei de acoperire a zborului şi reducerea considerabilă a costurilor procesărilor care vor urma. Executanţii ar trebui, de aceea, să prezinte destule referinţe în acest domeniu sau să fie asociat cu un subcontractant calificat. Ca urmare a naturii specializate a fotografiei aeriene, ar putea fi de asemenea prevăzută subcontractarea fotografiilor în mod independent de executantul principal. Ortorectificarea fotografiei aeriene trebuie să fie realizată, de asemenea, conform instucţiunilor privind procesarea şi controlul calităţii.


72

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Modul de selectare a solicitărilor care trebuie verificate

Controlul prin Teledetecţie va fi efectuat în ariile geografice definite de către Administraţie şi pentru care vor fi disponibile date (imagini prin satelit sau fotografii aeriene). Administraţia va defini în mod precis controlul asupra siturilor prin listarea unităţilor administrative sau a hărţilor relevante care delimitează acoperirea geografică unde parcelele declarate vor fi verificate folosind teledetecţia. Un sumar al acestor informaţii, care precizează Aria de Interes, va fi pusă la dispoziţia Comisiei, iar după validare va fi transmis furnizorilor de imagini în scopul evaluării fezabilităţii. Siturile de control trebuie să fie foarte precis definite pentru ca numărul de dosare real verificate să corespundă cu cel stabilit la începutul activităţii şi să fie conform cu cererile regulamentelor. În practică, un număr mai mare de dosare decât cel fixat iniţial trebuie să fie selectat a priori încă de la începutul operaţiilor pentru a maximiza acoperirea imaginii dacă numărul real de aplicaţii nu este cunoscut în momentul definirii sitului. Acest caz este în mod particular aplicabil pentru Statele Membre în care fermierii sunt obisnuiţi să rotească culturi arabile şi non - arabile (de exemplu grâu şi bumbac). Din moment ce aplicaţiile caracterizate drept incomplete sunt acum completate pe teren, nu mai este atât de necesar să se ia în conssiderare aplicaţii posibil incomplete la definirea sitului sau la selectarea dosarelor. Coordonatele geografice ale sitului selectat vor fi verificate de către furnizorii de imagini pentru a afla gradul de dificultate al achiziţionării de imagini complete. Furnizorii de imagini pot sugera mici modificări ale poziţiei sitului pentru a maximiza aria de acoperire a imaginilor şi pentru a se încadra în ferestrele de achiziţie cerute. În aceste cazuri, Administraţiei şi contractanţilor li se cere să verifice cu atenţie dacă coordonatele incluse în fişierul [.shp] definesc corect situl. Orice diferenţă în aceste imagini trebuie să fie semnalată imediat. Dacă se intenţionează folosirea fotografiilor aeriene, planul de zbor propus de către contractant trebuie să garanteze că întreaga arie de control este acoperită. În practică, Administraţia trebuie să aprobe acest plan de zbor înaintea efectuării. Regulamentele Comisiei stipulează că aplicaţiile care trebuie controlate trebuie să fie selectate pe baza unei analize de risc. Pe baza eşantionului de risc, trebuie de asemenea selectat aleator eşantionul de reprezentativitate (ex: fixarea unei rate medii a erorilor). Aceste prevederi vor fi aplicate doar acolo unde nu au fost controlate toate dosarele sitului. Dosarele care sunt excluse din eşantionul controlat prin teledetecţie trebuie, totuşi, să fie incluse în populaţie pentru a fi supuse clasicelor verificări imediate. Programarea şi achiziţionarea imaginilor

Pentru imaginile optice, "fereastra de achiziţie" şi "perioadele inactive" (care separă ferestrele de achiziţie) vor fi stabilite de comun acord de către contractant şi de către Comisie. Ferestrele de achiziţie sunt perioade calendaristice în timpul cărora sateliţii HR sunt programaţi pentru obţinerea de date. În ceea ce priveşte imaginile HR pentru toamnă / iarnă sau imaginile de la începutul primăverii, Comisia sugerează achiziţia numai dacă elevaţia Soarelui USAMVB – FIFIM Departamentul de Invăţământ cu Frecvenţă Redusă

73

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ este mai mare de 20 grade, aceasta pentru a asigura contrastul suficient şi pentru a minimaliza efectul preluării umbrelor. Când o imagine optică HR este înregistrată pentru o perioadă dată, fereastra va fi închisă până la data deschiderii următoarei ferestre dar nu înainte de terminarea perioadei inactive, care se măsoară de la data actualei achiziţii. Dacă o fereastră rămâne deschisă fară a prelua imagini până la începutul următoarei ferestre, prima imagine va fi considerată “neînregistrată” iar a doua perioadă va fi deschisă la data stabilită iniţial. În cazul imaginilor radar este stabilită o politică sistematică pentru preluarea imaginilor. Aceasta se aplică tuturor siturilor care, în contextul unor situri definite pentru achiziţii SPOT şi afectate de stratul de nori, sunt localizate într-o "zonă de achiziţie dificilă". Aceasta se aplică în mod esenţial siturilor localizate la peste 50 grade Nord. Contractanţii pot cere ca şi altele situri localizate în afara acestei zone să fie considerate ca dificile. Se remarcă faptul că este obligatorie utilizarea unui model numeric al terenului MNT de înaltă calitate care să asigure geocodarea corectă a imaginior radar. Validarea şi comenzile

Evaluarea calităţii unei imagini (stratul de nori, ceaţă, zăpadă, etc.) se referă întotdeauna la Aria de Interes (AOI), de exemplu cercul (cu o raza de 25 km), sau la zona predefinită reprezentând limita arealului de lucru. Imaginile IRS, SPOT şi radar sunt furnizate întotdeauna ca scene complete. Pentru Landsat 5 TM şi Landsat 7 ETM+ se livrează în mod uzual "miniscenele" sau, uneori, din raţiuni tehnice, sferturile de scenă. Dacă sunt acoperite două sau mai multe AOI-uri atunci se achiziţionează întreaga scenă. Pentru senzorii LISS-IV se iau în considerare "sferturi" dacă localizarea permite aceasta sau întreaga scenă atunci când nu este posibil. Pentru fiecare sit şi fiecare fereastră de timp deschisă, prima imagine optică (SPOT, Landsat sau IRS) modificată de un furnizor având mai puţin de 1 % acoperire cu nor i, se ia decizia de acceptare, se cumpără de către Comisie şi este trimisă automat contractanţilor care primesc şi o copie a comenzii. În acest mod fereastra de timp se consideră închisă şi nu mai este novoie de QL (quick -look). Pentru o achiziţie VHR – în cazul unei acoperiri parţiale, stratul de nori este fixat la intersecţia cea mai bună dintre Aria de Interes şi cadrele imaginilor (de exemplu, Quickbird 14 x 14 km, Ikonos 11 x 11 km, EROS 13,5 x 13,5 km, SPOT "supermode”â" depinzând de mărimea suprafeţei comandate). O arie de interes minim parţial acoperită este definită ca fiind o arie continuă de minim 62 km pătraţi de o formă simplă, obişnuită. Furnizorul de imagine trebuie înotdeauna să încerce să acopere Aria de Interes din cât mai puţine tentative. Pentru un sit VHR, imaginea, în funcţie de stratul de nori, este clasificată ca "validată" şi " propusă": 

o achiziţie "validată" este definită de un strat de nori de 5% pentru Ikonos, EROS, SPOT "supermode" şi de 10 % pentru Quickbird. Toate imaginile de la aceşti senzori sunt totuşi acceptate dacă stratul de nori este mai mic de 10 % (diferenţa este că Ikonos, EROS şi SPOT


74

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ "supermode" îşi continuă sarcina dacă o achiziţie este facută cu un strat de nori mai mare de 5%). Imaginile validate sunt trimise direct contractantului după ce au trecut de Controlul de Calitate (QC) al furnizorului de imagine. 

achiziţie " propusă" este definită ca având o acoperire de nori între 525% pentru Ikonos, EROS şi SPOT "supermode" şi între 10-25% pentru Quickbird, după cum este fixat şi descris mai sus. Imaginile propuse sunt trimise contractantului numai după acceptarea JRC. Programul continuă pentru o achiziţie mai bună în timpul perioadei date pentru accept sau refuz. JRC notifică furnizorul de imagine în timp de trei zile lucrătoare şi dă instrucţiuni pentru achiziţiile viitoare. După cofirmare, imaginea propusă trece prin Controlul de Calitate al furnizorului de imagine şi este trimisă către contractant.

Din 2001, Comisia a pus la punct o aplicaţie computerizată (LIO) car e permite o înregistrare rapidă şi consistentă a achiziţiei de imagini şi a comenzilor. Acest software de monitorizare a îmbunătăţit în mod semnificativ procurarea imaginilor. Toate informaţiile referitoare la achiziţia de imagini şi la comenzi trebuie să menţioneze întotdeauna numerele de referinţă LIO indicate pe formularele de comandă care sunt trimise prin fax sau e-mail către furnizorii de imagini şi contractanţi. Controlul prin


Preprocesarea datelor şi fotointerpretarea asistată de calculator Pre-procesarea imaginilor - corecţiile geometrice

Comisia nu impune o metodologie pentru corectarea geometrică a imaginilor, dar elaborează specificaţii care răspund criteriilor de asigurare a calităţii în timpul efectuării corecţiei geometrice şi, în final, un control de calitate extern, respectiv măsurarea erorilor geometrice în imaginile rezultate. Această strategie include, deasemenea, specificaţii tehnice de evaluare a ofertelor. Eroarea admisă pentru imaginile corectate şi MNT-urile asociate este exprimată ca o toleranţă RMSE "absolută" maxim permisă a punctelor de control şi este specificată clar în specificaţiile tehnice. Produsele cu corecţii geometrice şi MNT asociat sunt evaluate separat în cele trei dimensiuni geometrice RMSEx, RMSEy şi RMSEz. Un produs care nu corespunde toleranţelor va fi returnat contractantului pentru examinare, corecţie şi returnare către Comisie. Asigurarea calităţii şi întregul proces de corectare geometrică a fotogramelor aeriene şi a imaginilor satelitare (optice sau radar) sunt descrise în detaliu întrun ghid elaborat de JRC. Astfel de ghiduri au fost gândite de către CE în ideea de a fixa metode stabile pentru asigurarea efectivă a geometriei imaginilor pentru aplicaţii legate de managementul, monitorizarea şi controlul activităţilor agricole complementare. Trebuie precizat, totuşi, că singurul responsabil pentru acurateţea produsului său este contractantul. Un caz special îl reprezintă efectuarea ortorectificării imaginilor optice de foarte înaltă rezoluţie (de ex. Ikonos, Quickbird) pentru care se folosesc trei proceduri principale de ortorectificare aplicabile pentru imaginile VHR:


75


modele riguroase de senzori;



calculul Coeficienţilor Polinomiali Raţionali (RPC) prin folosirea punctelor de control de la sol;

informaţiile RPC puse la dispoziţie de furnizorii de imagini. Primele două necesită folosirea unui număr substanţial de puncte de control la sol (de obicei puncte GPS), în timp ce ultima poate funcţiona teoretic fără, sau cu foarte puţine puncte de control la sol. Se caută utilizarea a cât mai puţine puncte de reperaj (GCP) pentru a face mai economică folosirea datelor VHR, şi aceasta datorită faptului că ariile de interes au suprafeţe relativ mici comparativ cu suprafaţa totală a scenelor. Folosirea fişierelor RPC este, de aceea, recomandată. Testele geometrice de măsurare a calităţii au arătat că numărul punctelor de control de la sol nu trebuie să fie în general mai mare de două pentru ortorectificarea unui singur cadru de imagine (de ex. două puncte de control la sol pentru o imagine sau 100-200 km²). Creşterea numărului de puncte de control la sol ameliorează calitatea rezultatului corecţiei. Nu este recomandat ca să fie folosit doar un singur punct de control GCP, deoarece erorile specifice punctului de control respectiv nu se pot compensa sau nu pot fi depistate. În cazul unei benzi de imagine de la Ikonos (de ex. 10 x 30 km) este recomandat a se adăuga minim două puncte la sol pentru mai mult de 100 km² de imagine. Aceste puncte se pot amplasa în zonele parţial acoperite dintre benzi pentru a optimiza folosirea acestora. Funcţionarea RPC este validă pentru întreaga bandă luată în considerare. 

Pentru ortorectificarea imaginilor VHR, atunci când se foloseşte un model senzorial riguros, sunt necesare de regulă pentru o imagine (100 km2) cel puţin 9 puncte la sol. Pentru imaginile vectorizate de la EROS acest număr trebuie dublat. Un model numeric al terenului cu RMSE de 5 m plasat pe un punct de verificare independent este considerat suficient pentru a realiza o bună ortorectificare în peisajul agricol, cu unghiuri de vedere “off -nadir” moderate. Corectarea geometrică a imaginilor radar (SAR) este obligatorie în toate cazurile pentru care variaţiile de altitudine ale terenului trec de 50 m. Mărimea gridului MNT folosit pentru ortorectificare trebuie să fie de cel puţin 50 m. Ortorectificarea datelor de la SAR necesită module de procesare specializate (de obicei disponibile sub formă de extensii ale softului care procesează imaginea sau ca soluţii independente). În nici un caz nu poate fi folosită soluţia oferită de softul dedicat pentru imaginile optice, datorită procesului complet diferit de formare a imaginii. Se recomandă ca pentru geocodarea SAR să se reeşantioneze datele folosindu-se, convoluţia cubică sau interpolarea bilineară, de preferat în această ordine. Preprocesarea imaginilor - corecţia radiometrică (optică)

Date fiind condiţiile atmosferice locale variabile de la o zi la alta, nu este indicat să se aplice imaginilor o corecţie atmosferică, bazată pe statistici meteorologice. Totuşi, alte proceduri de corecţie radiometrică, cum sunt acelea de variaţie a elevaţiei soarelui, permit standardizarea proprietăţilor radiometrice pentru datele


76

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ multitemporale şi aplicarea pentru imaginile achiziţionate de diferiţi senzori. Imaginile SAR pot fi calibrate cu uşurinţă. Calibrarea permite o evaluare cantitativă, foarte importantă pentru a stabili influenţa condiţiilor de mediu (de exemplu umiditatea solului). Pentru fiecare dintre produsele de înaltă rezoluţie ale RADARSAT, furnizorii de date oferă documentaţie despre procedura calibrării radiometrice. în cazul în care calibrarea nu este posibilă, marcajele SAR pot fi totuşi folosite pentru a interpreta tipurile de recolte, de exemplu folosind o clasificare supervizată.. Colectarea datelor de teren (adevăr teren)

Pentru colectarea semnăturilor spectrale reprezentative ale culturilor se poate face o prelevare la teren folosindu-se aşa numitele "transecte". Trebuie să se stabilească un număr suficient de parcele pentru investigare care să cuprindă toate tipurile de utilizare a terenurilor precum şi tipurile de practici agricole pentru fermele existente în sit, furnizând astfel un set de instrucţiuni potrivit pentru clasificarea automată sau pentru interpretarea imaginilor. Este deasemenea folositor să se evidenţieze din dosare parcelele cu culturi mai puţin reprezentative. Acesta va permite tuturor culturilor să fie luate în considerare la eşantionaj. Dacă deja a fost iniţiată procesarea aplicaţiilor înscrise în campania pentru anul în curs în momentul organizării prelevării de date teren, se pot introduce în eşantion şi parcelele identificate deja drept “problematice”. Aceasta este o modalitate de a combina datele colectate la sol cu inspecţiile rapide de teren. Poate, de asemenea, fi folositoare programarea unei prelevări la sol şi programarea unei achiziţii multi-spectrale concomitente cu scopul de a obţine informaţii simultane de la teren şi de la satelit. Planificarea activităţilor de teren trebuie să fie un compromis între perioada recoltei şi data planificată pentru interpretarea fotografiilor. Daca se consideră necesar, se efectuează două prelevări la date diferite mai ales dacă controlul se face în două faze. De notat faptul că o stratificare anterioară poate ajuta la localizarea ariilor de interes. Localizarea şi digitizarea parcelelor declarate

În primul rând trebuie evitată dubla digitizare, deşi unele administraţii cer aceasta de la contractant deoarece propria lor digitizare poate fi disponibilă mult prea târziu. O planificare atentă a pregătirilor poate evita acest aspect negativ fără a pune în pericol confidenţialitatea necesară asupra poziţiei siturilor de control. Toate parcelele fermei trebuie să fie listate în declaraţie chiar dacă unele dintre ele nu vor fi eligibile pentru subvenţii. Un fermier poate să declare o parcelă dar să nu ceară finanţare pentru acesta, cu scopul de a evita obligaţiile de tip "set-aside" sau în cazul în care recolta nu este eligibilă (sfeclă de zahar, cartofi, etc.). Se recomandă, de asemenea, digitizarea acestor terenuri. Acesta este, în consecinţă, singura metodă care face posibilă efectuarea de controale încrucişate. De exemplu, în cazul în care suma ariilor coincide cu declaraţiile, sau că acelaşi teren nu este declarat eligibil de către un alt fermier. De asemenea se cere digitizarea tuturor parcelelor dacă se intenţionează refolosirea limitelor parcelelor digitizate. Parcelele digitizate, dar care nu sunt eligibile pentru finanţare, sunt pur şi simplu stocate în baza de date. Ele pot fi clasificate dar nu


77

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ se efectuează o interpretare a imaginilor. Ele vor fi procesate doar în cazul în care apare vreo problemă: dublă declaraţie, incompatibilitatea suprafeţei sau a limitelor, etc. Digitizarea este una dintr e sarcinile care necesită cel mai mult timp în cadrul Controlului prin Teledetecţie. În cazurile în care predarea aplicaţilor a fost programată la sfârşitul sezonului, este avantajoasă, de regulă, folosirea informaţiilor cartografice ale anului precedent pentru a începe această activitate. După primirea declaraţiilor anului în curs, limitele terenurilor trebuie să fie actualizate în concordanţă cu informaţiile furnizate în noile aplicaţii (Figura 4.9). O dată digitizate, limitele parcelelor se aplică peste imagini şi dacă este necesar se reajustează manual vectorii (editarea şi validarea), folosindu-se ortoimaginile VHR (orto-fotografia sau orto-imaginile preluate prin sateliţii VHR). Faza de reajustare este necesară pentru a permite celui ce interpretează imaginea să aloce timp doar pentru a determina tipul de recoltă de pe teren prin Fotointerpretare Asistată de Computer. Aceasta este necesară în primul rând pentru clasificarea automată, astfel încât datele vector privind ploturile digitizate să se suprapună perfect cu seria de imagini folosite pentru clasificare.

Fig. 4.9. Delimitarea parcelelor de către solicitanţi pe suportul grafic (exemplu din Ungaria) În toate cazurile metoda procesării datelor trebuie să permită verificarea încrucişată în fiecare sit controlat, astfel încât să se determine orice problemă privind limitele dintre două parcele adiacente sau să se permită reajustarea geometriei de pe hărţile cadastrale vecine, etc. Este de preferat ca ajustarea suprafeţei să se facă pe orto-imaginea VHR din USAMVB – FIFIM Departamentul de Invăţământ cu Frecvenţă Redusă

78

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ sezonul curent. Folosirea orto-fotografiilor din arhivă pentru această activitate poate duce la confuzii importante pe teren, în special dacă arhiva este mai veche de trei ani sau pentru siturile în care terenul arabil deţine un procentaj mare. Când se folosesc imaginile de la începutul sezonului pentru determinarea suprafeţelor de cultură, trebuie să se dea o atenţie specială celor mai recente schimbări în limitele culturilor, care poate că nu sunt vizibile în momentul achiziţionării imaginilor. Dacă nu sunt planificate zboruri pentru orto-foto pentru anul în curs, pentru ariile cu parcele mici poate fi folositoare verificarea disponibilităţii fotogramelor recente de foarte înaltă rezoluţie. Determinarea suprafeţelor direct de pe hărţile ataşate aplicaţiilor trebuie să fie evitată, deoarece limitele digitizate trebuie să fie folosite doar pentru localizarea pe imagine. De asemenea, multe dintre aceste hărţi conţin considerabile erori fizice inerente (de exemplu, datorită fotocopierii). Suprafeţele trebuie să se măsoare de la limitele digitizate ale terenurilor, folosindu-se referinţe cartografice recente şi precise, după validarea imaginilor din satelit sau cu posibile modificări dÎn timpul fotointerpretării. Mai mult, ariile trebuie să fie măsurate pe baza datelor vector şi nu prin numărarea pixelilor. Determinarea tipului de folosinţă a terenului se poate face fie exclusiv prin CAPI, fie printr-o combinaţie de clasificări automate urmate de CAPI. Clasificarea automată a imaginilor se poate folosi doar drept ghid pentru a-l ajuta pe cel ce interpretează imaginile prin CAPI sau ca mijloc pentru identificarea automată a nepotrivirilor în modul de folosire a terenului. Folosirea clasificării automate trebuie să fie rezervată pentru ariile unde mărimea şi forma parcelelor fac posibilă obţinerea unui număr suficient de pixeli puri, în limitele parcelei. Clasificarea automată trebuie să fie folosită doar pentru grupurile predominante de culturi şi pentru terenurile folosite în mod omogen (de exemplu nu pentru terenurile necultivate sau părăsite, care pot avea diferite acoperiri). De preferinţă, clasificarea automată trebuie să fie realizată pe imaginile multispectrale şi mai puţin pe cele monocanal. Imaginile multicanal sunt seturi de date multispectrale (Figura 4.10), sau orice altă combinaţie de date spectrale (indici de vegetaţie, sau SAR+multispectral). Folosirea ortoimaginilor de foarte înaltă rezoluţie pentru clasificare automată trebuie să fie făcute cu precauţie, deoarece nivelul înalt al detaliilor în acest tip de imagine tinde să ducă la creşterea eterogenităţii în interiorul limitelor parcelei. Dacă de la teren se obţin puţine date, poate accepta o sursă alternativă de date de instruire extrase din solicitările de subvenţie. Folosirea acestei alternative trebuie facută cu grijă. Comisia recomandă restricţionarea acestei metode în cazul recoltelor majore pentru care este declarat un număr mare de parcele. Selecţia eşantionului de date de aplicaţie se bazează pe ideea că majoritatea parcelelor au fost corect declarate. Poate fi folosită o analiză statistică cu scopul de a reduce riscul de a selecta în eşantion parcele cu trăsături care deviază de la trăsături comune (şi sunt de aceea susceptibile pentru analiza CAPI viitoare). Pentru orice rezultat al clasificării, acurateţea acesteia trebuie să fie analizată în cel puţin două moduri:


79


O evaluare clasică a erorilor de introducere sau de omitere sub forma unei confuzii statistice (coeficient de varianţă). Acesta este de regulă un indicator bun al calităţii în clasificare şi poate fi folosit pentru a cuantifica eficacitatea clasificării pentru diferite combinaţii de clase sau canale. Acestă analiză este aplicabilă şi clasificărilor pe baza pixelilor şi pe baza parcelelor.



Un eşantion de parcele clasificate automat (de exemplu, de 5 – 10 %) trebuie să fie analizat folosindu-se CAPI pentru a determina posibile anomalii în parcelele introduse şi pentru a sublinia motivele pentru care anumite parcele pot fi omise. Parcelele omise sunt de obicei introduse în altă clasă, lucru care face posibilă o analiză încrucişată.

Fig. 4.10. Serii de imagini multitemporale şi rezulzatul clasificării (harta culturilor) Scopul principal al clasificării automate este de a optimiza activitatea CAPI. Un rezultat plauzibil al clasificării permite contractantului să concentreze CAPI pe parcelele pentru care rezultatele clasificării nu corespund cu clasa declarată sau modul de întrebuinţare a terenului care nu a fost inclus în clasificare.


80

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Fotointerpretarea Asistată de Calculator (CAPI)

Fotointerpretarea Asistată de Calculator este sarcina principală a CwRS atât pentru verificarea recoltelor cât şi a suprafeţelor. Verificarea recoltelor poate fi susţinută de o clasificare automată. Într -un astfel de caz, faza CAPI face posibilă luarea unei decizii în privinţa tuturor parcelelor declarate care nu au fost clasificate automat. În mod asemănător fazei de editare a parcelei iniţiale, în timpul fotointerpretării ar trebui să fie posibilă editarea fiecărei parcele în mod individual, fiind astfel posibilă modificarea, mutarea sau subdivizarea. De asemenea, trebuie să fie posibilă verificarea dacă nici o altă parcelă nu este total sau parţial acoperită de aceasta. În timpul fazei de fotointerpretare, cel care interpretează trebuie să fie capabil să afişeze simultan cel puţin patru imagini (trei multispectrale şi fotografii aeriene, o imagine pancromatică sau o clasificare) şi de asemenea, vectorul şi datele alfanumerice pentru fiecare aplicaţie. În cazul SAPS, toate tipurile de folosinţă a terenului (incluzând livezile şi grădinile de legume) sunt eligibile pentru grupul de plăţi SAPS. CAPI poate să se concentreze astfel pe extragerea din aria parcelei de referinţă toate ariile noneligibile (ariile cu construcţii şi infrastructură, ariile împădurite, lacuri şi heleştee, etc.). Cu toate acestea, trebuie să se ia măsuri pentru: 

verificarea recoltelor care intră sub incidenţa plăţilor naţionale;



verificarea ariei minime eligibile a parcelelor agricole individuale;



marcarea cu un cod potrivit a oricărei parcele unde condiţiile pentru o practică agricolă şi environmentală corectă nu par a fi respectate.

În general, detectarea culturilor agricole este dependentă de talia culturii şi de caracteristicile solului. Dacă umiditatea solului are un impact semnificativ asupra dispersiei, trebuie cunoscute condiţiile sit-ului în momentul achiziţiei, de exemplu prin statisticile meteorologice. Condiţiile de umiditate sunt în mod uzual preferate pentru calitatea imaginii SAR, mai ales când sunt folosite imagini de la începutul sezonului (din martie până în mai). Este de asemenea de notat că unghiul de incidenţă local, care este determinat de unghiul de incidenţă nominal al senzorului SAR cu înclinaţia locală, are un efect notabil asupra efectelor dispersiilor. Informaţiile despre înclinaţia locală pot fi primite din analiza MNT. Controlul în două faze

În acest proces, care este aplicabil când recoltele “de vară” (adică însămânţate primăvara) sunt importante, dosarele sunt separate în trei categorii în funcţie de ceea ce cuprind: 

doar recolte de iarnă;



doar recolte de vară;



ambele.


81

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Sunt posibile două metode pentru cea de-a treia categorie, care implică livrarea rezultatelor catre administraţie în două faze, acest lucru fiind stabilit între administraţie şi contractant. Prima categorie de rezultate (doar recolte de iarnă) va fi în mod normal procesată şi livrată prima, pentru a furniza astfel administraţiei primele rezultate înaintea strângerii recoltei, iar pe de altă parte, a doua categorie (doar recolte de vară) va fi întarziată în aşteptarea unei imagini de vară, iar rezultatele vor fi livrate după. Privitor la cea de-a treia categorie, se va interpreta o imagine din prima categorie pentru recolta de iarnă. O analiză de probabilitate se va face pentru recolta de vară, când va fi posibil (de exemplu solul necultivat care este estimat pentru aceste culturi). Se poate cădea de acord ca verificările la teren pentru această categorie să fie direcţionate doar către parcele cu recolte de iarnă. În acest caz, rezultatele acestor verificări sunt trimise contractantului care le va integra într-un proces de control pentru recolte de vară, cu scopul de a putea ajunge să efectueze un diagnostic complet pentru acest dosar. Pe de altă parte, verificările timpurii de teren pot acoperi toate parcelele, incluzându-le pe cele cu recolte de vară, fotointerpretate parţial sau deloc, în scopul de a concluziona acest dosar fară a-l obliga pe contractant să-l efectueze de două ori. Alternativ, inspecţiile rapide de ter en pot fi organizate sistematic pentru parcelele care au fost declarate şi semănate pentru culturi de vară în dosare “mixte” . În mod similar, este posibil să se extragă din eşantionul de aplicaţie erorile clare asupra ariei pentru care au fost relevate. Această decizie poate fi luată devreme, pe bază de ortoimagini. Acest lucru face de asemenea posibilă verificarea acestor aplicaţii imediat, fară a se aştepta fotointerpretarea folosirii terenurilor. Dacă întrebuinţarea terenului declarat este verificată pe teren, aceste aplicaţii nu trebuie să mai treacă prin stadiul fotointerpretării. Controlul prin


Toleranţe tehnice şi reguli de clasificare a dosarelor Obiectivele regulilor de diagnoză Pentru controlul prin teledetecţie, regulile de diagnoză sunt aplicate la nivel de parcelă, grup şi dosar. Obiectivul final al acestor reguli este de a clasifica dosarele în trei categorii: 

dosarele acceptate prin teledetecţie, care nu vor face subiectul unei acţiuni de urmărire cu privire la punctele verificate (cu excepţa motivelor legate de controlul de calitate pentru un eşantion al acestor dosare). Aceste dosare pot, totuş, să facă subiectul unor controale complementare în conformitate cu strategia administraţiei naţionale (de exemplu pentru verificarea certificatelor de sămânţă, culturi specifice, respectarea măsurilor agroenvironmentale ş.a.).



dosarele respinse prin teledetecţie, care vor face subiectul unei acţiuni de monitorizare dedicate; alegerea acţiunii rămâne în responsabilitatea administraţiei.



dosarele incomplete, care vor fi completate pe teren (această regulă se aplică tuturor dosarelor care aparţin eşantionului iniţial de control).


82

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Sortarea dosarelor pentru care este necesară o acţiune de urmărire este o caracteristică a controalelor prin teledetecţie. Unul dintre principiile de bază ale acestei sortări este concentrarea inspecţiilor de teren la un număr redus de parcele cu probleme. Departe de acest aspect de sortare, criteriile de decizie a unei inspecţii de teren depind, de asemenea, de consideraţii de organizare sau strategice. Într-o anumită măsură, sortarea dosarelor pentru inspecţia de teren trebuie să depindă de pragurile definite, aplicate pentru reduceri sau penalităţi (praguri de 3% sau 2 ha, si 20% aplicate la nivelul de plată al grupului). Ca regulă generală, reducerile sau penalităţile nu trebuie să se aplice ca urmare a controlului prin teledetecţie fară ca aplicantul să fie informat, adică fară să i se ofere vreo posibilitate de recurs sau de reinspectare. Terminologie şi cazuri specifice

În recomandările şi specificaţiile tehnice, termenul “parcelă” se referă mai întâi la "parcela agricolă" declarată de către fermier, aşa cum se observă în imagine de catre foto-interpret, sau masurată pe teren de către inspector.

Aria şi parcela de referinţă: spre deosebire de parcela agricolă, parcela de referinţă este parcela sau blocul definit in Sistemul de Identificare a Parcelelor Agricole (LPIS) şi utilizat pentru a identifica şi localiza parcele declarate. Parcela de refer inţă (de exemplu cadastrul) este asociată, în general, cu o arie de referinţă oficială, ce poate fi mai mare faţă de aria net agricolă şi eligibilă (datorită includerii pământului non-agricol). Aceste arii de referinţă sunt câteodată furnizate de către fermieri. Sunt utilizate în general pentru verificări administrative şi trebuie, de asemenea, să fie folosite drept limită maximă în structura de lucru prin teledetecţie. Pentru efectuarea plăţilor trebuie să se organizeze două tipuri de grupări: 

grupul de plată: toate parcelele / culturile care primesc acelaşi ajutor

per hectar care aparţin aceluiaşi grup de plată. Diagnoza (şi calcularea reducerilor şi penalităţilor) este aplicată la nivelul grupurilor de plată. Grupările considerate cu probleme trebuie, totuşi, să fie tratate separat de celelalte grupuri de plată. 

în scopuri de control, grupul de culturi (cereale, seminţele plantelor oleaginoase, culturile de proteine, seminţe de in şi cînepă) trebuie să fie coordonat de către sistem. La nivel CAPI, interpretul trebuie să raporteze grupul de cultură interpretat. De asemenea, cu scopul de a verifica suprafeţele de bază, administraţiile trebuie să raporteze pe grupuri de suprafeţe (şi nu pe grupuri de plată).

Parcelele non-eligibile pot fi alocate grupului "alte culturi / folosinţe de teren". Ca regulă generală, orice parcelă va aparţine unui singur grup de cultură şi, dacă poate fi selectată pentru subvenţie, unui singur grup de plată. Există totuşi excepţii pentru parcele cu păşuni extensive şi pentru parcele alese pentru plăţi compensatorii şi, în noile State Membre, pentru parcele declarate pentru SAPS şi în acelaşi timp pentru subvenţii specifice.


83

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Coduri atribuite la nivel de parcelă Fiecărei parcele agricole, revendicate sau nu, trebuie să i se atribuie cel puţin un cod tehnic, fie urmând verificările pre-CAPI (adică pentru probleme detectate înainte de CAPI), fie după verificările CAPI. Deşi parcelele nerevendicate nu vor avea nici un impact asupra diagnozei, verificarea acestora permite: 

verificarea mai bună a parcelelor revendicate (în cazul parcelelor de referinţă declarate cu mai mult de o parcelă agricolă, dintre care una este o cultură nefinanţată);



instruirea interpretului pe culturi specifice (de exemplu cartof, sfeclă de zahăr …).

Rolurile codurilor tehnice sunt următoarele: 

Ghidarea sarcinii interpretului (de exemplu în scopul unui control de calitate);



Permit calcularea ariei determinate pentru fiecare parcelă revendicată;



Descriu problemele găsite administraţiei (şi inspectorilor, pentru ca parcelele să fie vizitate pe teren);



Permit o analiză ulterioară ş permit identificarea unor probleme particulare.

Codurile adiţionale pot fi definite, în acord cu administraţia, pentru nevoi specifice (de exemplu, pentru zone irigate sau pentru ajutor în zone defavorizate). Totuşi, pentru a evita confuziile, este preferabil: 

Să nu se refolosească un cod existent (adică să i se schimbe definiţia);



Să nu se creeze coduri noi prin subdivizarea codurilor existente: de exemplu A31 (parcela care nu se regăseşte pe hărţi), A32 (referinţă cadastrală necunoscută).

Mai mult, noile coduri trebuie să fie incluse într -o categorie existentă (T, A, C), pe cât posibil. Dacă este necesar, câteva coduri ar trebui folosite simultan. Într un astfel de caz, aria reţinută va fi extrasă din aria cea mai puţin favorabilă. Unele coduri pot fi, de asemenea, rezolvate sau se pot schimba după o vizită rapidă pe teren (dacă se alege acestă opţiune). În acest caz, este preferabil să se urmarească cele două situaţii succesive: adică să se pastreze codul iniţial şi cel de după vizita rapidă pe teren. Controlul eligibilităţii parcelelor alocate este şi el bine precizat. Pentru a fi eligibile pentru ajutor, parcelele “set-aside” trebuie să aibă o lăţime minimă şi o arie minimă, în cazul în care nu sunt trasate de delimitări permanente, cum ar fi ziduri, garduri vii sau cursuri de apă. Lăţimea şi dimensiunea minimă a acestor parcele sunt şi ele definite în regulamentele europene (care sunt amendate în fiecare an).


84

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ Drept consecinţă, pentru campania din 2004, Statele Membre au de ales dintre trei serii de praguri. Ele pot accepta ca parcele “set-aside”: 

parcele care acoperă o singură arie de cel putin 0.3 ha în mărime şi cel puţin 20 m lăţime; totuşi, de-a lungul cursurilor de apă permanente sau al lacurilor, parcele de cel puţin 10 m deschidere pot fi acceptate, din motive de mediu; de asemenea, parcele de mai puţin de 20 m lăţime pot fi acceptate în regiunile unde acestea sunt tradiţionale;



parcele care acoperă o singură arie de cel puţin 0.1 ha ca dimensiune şi cel puţin 10 m lăţime;



parcele care acoperă o singuă arie de cel puţin 0.05 ha ca dimensiune şi cel puţin 5 m lăţime, care se dovedesc a fi localizate în zone unde motivele de mediu justifică această practică.

Aceste controale fiind sensibile si realizabile cu orto-imagini, JRC propune crearea unor coduri potrivite la iniţiativa unor state membre, cu scopul de a indica inspectorului parcelele ce au fost găsite neeligibile, iar motivul neeligibilităţii poate fi: 

parcelei rezervate declarate sau masurate sub dimensiunea minimă (de exemplu 0.3 ha) şi parcelei fără limite permanente, i se atribuie suprafaţa zero.



banda găsită sub lăţimea minimă primeşte suprafaţa zero pentru părţile neeligibile;



daca este relevant, pentru banda existentă de-a lungul unui curs de apă de mai puţin de 10 m sau care nu este de-a lungul unui curs de apă se atribuie zero părţilor neeligibile.

Excepţiile de la atribuirea acestor coduri trebuie să se facă în mod explicit. Alte cazuri de ineligibilitate (de exemplu parcelele rezervate care sunt arate, semănate sau păşunile) pot fi marcate cu codul C1. Controlul prin


Controlul Calităţii Cadrul activităţii Abordările metodologice şi tehnice ale activităţii de Control prin Teledetecţie pot fi considerate în momentul de faţă bine definite. Totuşi, volumul lucrului a crescut considerabil în timp, iar contractanţii sunt obligaţi să producă rezultate într-o perioadă de timp foarte scurtă. De aceea, pentru fiecare entitate implicată, implementarea unui sistem de management al calităţii are o importanţă absolută. Contractantului i se cere să realizeze o "asigurare internă a calităţii" care, evident, se va reflecta în Registrul Controlului Calităţii (QCR). Comisia şi administraţiile implicate consideră necesară şi introducerea Auditului Calităţii precum şi a unui "Control al Calităţii" (QC) extern pentru a face posibilă o evaluare omogenă şi obiectivă a lucrărilor. Aceste verificări pot fi efectuate pe parcursul lucrărilor, dar sunt în principal realizate a posteriori şi au ca obiective adresarea următoarele probleme :


85


de a verifica munca contractantului;



de a discuta rezultatele şi cele mai semnificative probleme cu Statele Membre, şi de a le raporta la DG AGRI, dacă este necesar.

Structura controlului calităţii foloseţte în primul rând un "control al calităţii complet" pentru unele sit-uri, şi cuplarea lor cu un set de "controale-ţintă simplificate" pentru altele. În acest din urmă caz se vor face: 

verificări ale JRC asupra bazei de date alfanumerice (similar cu controlul complet);



verificări ale parcelelor prin CAPI de către JRC, axate în concordanţă cu rezultatele verificărilor bazei de date;



3-4 zile de investigaţii la sit de către contractantul lucrării de CwRS, bazate pe ceea ce s-a obţinut în cadrul verificărilor. Se procedează la verificarea sistemului contractantului, controlul specific de tip alfanumeric şi controale specifice ale fotointerpretărilor realizate de către contractant. Aceasta va implica interogări ale bazei / vizualizărilor de date în timp real şi verificarea corectitudinii diagnosticelor. Cele 3-4 zile se vor încheia cu o sumară prezentare pentru administraţia naţională.

Verificările Controlului Calităţii Verificările Controlului Calităţii se referă în mare măsură la parcelele revendicate pentru subvenţii, cum ar fi acelea care trebuie interpretate pentru verificarea suprafeţei declarate şi a culturii. Totuşi, parcelele declarate dar nerevendicate ar trebui şi ele digitizate şi prevăzute în reţeaua vectorială pentru verificări prin sondaj cu parcelele revendicate. Controlul Calităţii este realizat pe baza datelor folosite (tehnicile de prelucrare a imaginilor, parcele LPIS) şi a rezultatelor (diagnostice) generate de către contractanţi. Verificările QC sunt împărţite în două mari categorii. Aşa numitele verificări ale bazei de date se desfăşoară asupra datelor din cadrul întregului sit, în timp ce verificările foto-interpretării se realizează pe un eşantion de parcele (aproximativ 1500-2000 de parcele per sit). În plus, unele verificăr i asupra calităţii imaginilor pot avea loc în cazul în care vectorii nu se suprapun corect pe imagini. Verificarea bazei de date

Aceasta se efectuează prin încadrarea în una din următoarele categorii: 

Verificarea conformităţii care cuprinde: Verificarea formatului datelor comparativ cu Specificaţiile Tehnice (date alfanumerice, date vectoriale şi formatul imaginilor). Controlul anomaliilor: ex. înregistrările goale, datele lipsă, inconsistenţa (referitoare la parcele sau la denumiri pentru 




86

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ identitatea dosarelor), consistenţa culturilor şi a grupurilor de culturi pentru datele alfanumerice, verificarea închiderii poligoanelor şi verificarea posibilei legături între denumire şi baza de date pentru datele vectoriale, verificări ale calităţii imaginilor. 



Conformitatea dintre volumele şi suprafeţele contractuale aşa cum au fost specificate de către administraţie şi volumul şi suprafeţele de fapt, procesate de către contractant.

Verificarea consistenţei care se efectuează: La nivel de parcelă (verificarea consistenţa codurilor şi grupurilor de culturi declarate şi observate cu ajutorul nomenclaturii livrate de către contractant); 







La nivel de grup (compararea suprafeţelor declarate şi măsurate a fiecărui grup de culturi cu suma unor suprafeţe parcelare relevante, declarate şi măsurate); La nivel de dosar (compararea suprafeţele declarate şi măsurate pentru fiecare dosar cu suma unor suprafeţe parcelare relevante, declarate şi măsurate).

Verificările diagnosticelor Aceste verificări sunt concepute pentru a constata dacă contractantul a aplicat regulile de diagnostic în concordanţă cu acelea specificate de către administraţie şi de către Comisia Europeană. Astfel, se realizează: analiza critică a testelor şi punctelor de plecare aplicate de către contractant, precum şi concordanţa acestora cu Specificaţiile Tehnice. 







verificarea corectitudinii aplicării regulilor de categorisire la nivel de parcelă: calcularea toleranţei la nivel de parcelă, verificarea codurilor tehnice (dacă au fost aplicate corect şi dacă parcelele păstrate sunt în concordanţă cu codurile alocate) verificarea corectitudinii aplicării regulilor de diagnostic la nivel de grup şi de dosar extrapolarea corecţiilor de la Controlul Calităţii (la nivel de parcelă sau grup) la diagnosticul final.

Verificările interpretării imaginilor Aceste verificări se realizează pentru a evalua calitatea implementării PAC pentru un lot de 1500-2000 parcele din cadrul sit-ului QC (dosarele complete pot fi selectate alternativ). Sunt realizate următoarele verificări: 

verificar ea formei şi poziţiei limitelor parcelare



verificarea tipului de folosinţă interpretat de către contractant



verificarea codurilor tehnice desemnate de către contractant


87


Verificarea calităţii imaginilor Aceste verificări sunt realizate pentru a evalua calitatea radiometrică şi geometrică a imaginilor folosite. Inspecţia este realizată pentru a fi certă conformarea contractantului cu specificaţiile referitoare la asigurarea calităţii datelor introduse, a referinţelor de teren şi a procesului de corecţie geometrică ca întreg. Se realizează o examinare detaliată a QCR produse de către contractant în cadrul verificării interne a calităţii, în concordanţă cu Ghidul Comisiei pentru Verificarea Calităţii Imaginilor Corectate Geometric şi prelevate prin Teledetecţie. Un eşantion reprezentativ de imagini georeferenţiate din cadrul sit-ului va fi în final verificat după cum urmează:  

evaluarea calităţii vizuale a imaginilor (cum ar fi acoperirea cu nori, ceaţă, contrast etc.) verificarea histogramelor imaginilor



verificarea suprapunerii corecte, pe toată suprafaţa sit-ului, a diferitelor tipuri de date



verificarea suprapunerii corecte, pe toată suprafaţa sit-ului, a vectorilor (poligoane de parcele) peste imaginile folosite



verificarea calităţii georeferenţierii pentru Punctele de Control (cum ar fi GCP-uri externe procesului de corecţie geometrică); rezumarea erorilor localizărilor găsite în statistici (abaterea standard, RMSE) pentru fiecare imagine. Prin compararea acestor statistici cu toleranţele planimetrice stabilite în Specificaţiile Tehnice se emite diagnosticul final (admis / respins).

Datele solicitate pentru Controlul Calităţii Datele cerute de la contractant pentru Controlul Calităţii consistă din elementele de bază folosite uzual de către contractant pentru îndeplinirea controlului ordinar (cu excepţia dosarelor). Tipurile principale de date digitale ce vor fi livrate pentru controlul calităţii sunt: 

date alfanumerice, ce conţin datele declarate şi contractantului per parcelă, grup şi dosar; descrierea regulilor aplicate (dacă sunt diferite de Specificaţiile codurilor pentru culturi, codurilor pentru grupuri şi a culturi-grupuri permise;

diagnosticul codurilor şi Tehnice), a combinaţiei



date vectoriale înainte şi după interpretare, ce conţin date grafice împreună cu atributele acestora;



imagini satelitare şi/sau fotografii aeriene;



date specifice auxiliare alfanumerice (QCR) necesare pentru


88

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ verificarea calităţii geometrice a imaginilor . Test de autoevaluare

3. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Care sunt cele patru etape ale Controlului prin Teledetecţie? b) Care sunt operaţiile principale care se desfăşoară în Partea 1 a Controlului prin Teledetecţie? c) Care sunt operaţiile principale care se desfăşoară în Partea 2 a Controlului prin Teledetecţie? d) Care sunt operaţiile principale care se desfăşoară în Partea 3 a Controlului prin Teledetecţie? e) Care sunt operaţiile principale care se desfăşoară în Partea 4 a Controlului prin Teledetecţie?

Comentarii la aceste întrebări veţi găsi la sfârşitul unităţii de învăţare. După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: Politica Agricolă Comună (PAC) reprezintă un set de măsuri stimulatoare din punct de vedere financiar pentru fermieri, prin care să fie favorizată creşterea producţiei alimentare şi modernizarea fermelor. LPIS este considerat elementul cheie al IACS pentru administrarea subvenţiilor bazate pe suprafaţă ale PAC. Acesta reprezintă un sistem de referinţă folosit pentru a localiza şi a identifica, într-o manieră unică şi clară, parcelele agricole pe care le declară fermierii şi pentru a descrie caracteristicile acestor parcele, cum ar fi suprafaţa brută şi netă, eligibilitatea pentru ajutor, modul de folosinţă a terenului precum şi alte caracteristici posibile care pot fi incluse pentru a satisface legislaţia europeană. 4.5. Cartografia mediului Definirea termenului "cartografie

ecologică"

Termenul de cartografie ecologică este o apariţie recentă în sfera reprezentărilor cartografice şi deşi nu are încă o circulaţie generală şi nici o definire riguroasă a conţinutului, dată fiind importanţa pe care o are acest concept nou în orientarea actuală a reprezentărilor , merită o atenţie specială. Este o orientare izvorâtă din necesitatea satisfacerii unor cerinţe şi rezolvării multor probleme practice ale cercetării realităţii terestre şi nu mai puţin din


89

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ posibilităţile tehnice cele mai moderne de investigare a acestei realităţii. Cunoaşterea mediului natural, mai ales a părţilor intrate într -un proces de antropizare alertă, a străbătut în ultima jumătate de secol o etapă de diversificare foarte accentuată. Investigaţia specializată s-a amplificat continuu şi proporţional s-a diversificat concretizarea grafică a rezultatelor. Nu este exagerat să afirmăm că s-a trecut foarte repede de la sfera relativă a hărţilor topografice (generale şi tematice generale) la marea diversitate a hărţilor tematice speciale. Hărţile tematice speciale

Pentru fiecare din componentele complexelor geografice şi pentru fiecare latură a fiecărui component s-au găsit metode de reprezentare analitică ceea ce a dus la diversificarea tipurilor şi variantelor de hărţi realizate sau posibil de realizat. De exemplu, dacă ne referim la hărţile destinate reprezentării reliefului în afara hărţii geomorfologice generale (al cărui scop constă în reprezentarea formelor sau tipurilor de relief) există un număr apreciabil de hărţi geomorfologice speciale - de la cele morfostructurale, morfopetrografice, şi morfometrice la cele ale unităţilor de relief sau de regionare geomorfologică. Nu sunt excluse hărţile proceselor actuale şi riscului geomorfologic. Ceva asemănător s-a petrecut cu fiecare din factorii naturali cercetaţi dintr -un punct de vedere geografic sau alt punct de vedere. Ca urmare, în prezent, există un foarte mare număr de hărţi speciale geomorfologice, climatologice, hidrogeografice, fiecare reflectând gradul de specializare, de adâncire şi de diversificare a investigaţiei ştiinţifice. În acelaşi timp este reflectată indirect posibilitatea de fărâmiţare a între gului geografic şi de disipare a obiectului cercetat fără a avea în vedere integrarea imaginii geografice globale. Cu toate acestea, în paralel cu specializarea şi adâncirea investigaţiei s-a dezvoltat şi un proces de analiză şi de refacere a imaginii globale, proces determinat, în primul rând, de necesitatea promovării şi aplicării ideii de protecţie şi conservare, dar şi de eficienţă/ durabilitate a măsurilor aplicate în teritoriu. Acest proces s-a reflectat printro anumită întârziere în activitatea practică, dar şi în cea de pregătire a specialiştilor. Întrucât harta ca şi o oricare altă reprezentare cartografică reflectă prin reprezentare grafică realizările şi stadiile de gândire din domeniile preocupate de cunoaşterea fenomenelor din teritoriu este normal să găsim şi în cartografie materializarea unor preocupări similare.

Interpretarea

Hărţile tematice realizate în prezent prin tehnici moderne, chiar sofisticate, pun tot mai mult în evidenţă laturi şi aspecte ale realităţii geografice pe care observaţia directă le poate înregistra foarte greu sau chiar nu poate să le înregistreze corespunzător. În acest context fotogrammetria, dar mai ales teledetecţia, au oferit posibilitatea de a se realiza lucrări cartografice imposibil de obţinut prin mijloacele clasice cunoscute. Toate aceste aspecte indispensabile abordării şi rezolvării problemelor complexe ale mediului sunt legate direct de progresul tehnologic al ultimelor decenii. Într-o perioadă anterioară şi chiar în prezent se mai consideră că materializarea grafică a unor fenomene naturale şi elaborarea unor hărţi

digitală a datelor imagine în cartografia mediului


90

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ tematice corespunzătoare (ale vegetaţiei, ale pădurilor, ale migraţiei unor specii, ale atacului unor paraziţi etc.) ar reprezenta deja domeniul cartografiei ecologice. Fără îndoială că reprezentarea fenomenelor biotice constituie scopul principal dar abordările ecologice presupun ceva mai mult şi anume reflectarea unor legături, a unor relaţii şi condiţionări. Aceasta înseamnă că în afara elementelor şi fenomenelor biotice naturale produsele cartografiei ecologice trebuie să aibă în vedere alte două categorii de fenomene: abiotice (geologice, geomorfologice, climatice, hidrogeografice), adică cele rezultate din acţiunea omului asupra factorilor naturali (amenajări funciare, tipuri de culturi, amenajări silvice etc.). Dar diversitatea foarte mare a aspectelor celor trei categorii de fenomene (abiotice, biotice şi antropice) impune asocieri foarte riguros selectate şi definirea mai multor nivele de integrare. Cartografia ecologică înseamnă, aşadar, percepere globală şi sintetică a elementelor vii în mediul de existenţă şi măsură în care aceste entităţi sunt susceptibile de a fi cartografiate. Perspective de Complexitatea problemelor pe care le implică cartografia ecologică şi rezolvarea lor numai prin utilizarea fotogrammetriei şi cu precădere a dezvoltare a aplicaţiilor de teledetecţiei, tinde să depărteze într -o anumită măsură, prin tehnicile foarte specializate indispensabile, acest domeniu de preocupările generale şi uzuale. cartografiere O astfel de considerare a acestui domeniu ar fi întru totul falsă şi ne-am a mediului menţine prizonierii neînţelegerii şi aparenţelor. Înainte de orice, pentru dezvoltarea unui astfel de direcţii de investigare devenită de strictă necesitate şi de care beneficiază toate domeniile ştiinţelor naturii şi toate domeniile preocupate de realitatea din teritoriu (inclusiv ale echipării şi amenajării protective), este nevoie de o pregătire amplă care trebuie să înceapă chiar înainte de anii de facultate. Oricum, pentru viitorul imediat, pregătirea specialiştilor în biologie, geografie, pedologie, silvicultură, amenajarea teritoriului, ingineria mediului (fără ca enumerarea să fie închisă) trebuie să includă cel puţin iniţierea în problemele utilizării şi interpretării imaginilor aeriene şi satelitare. Nimeni nu se poate îndoi că problematica actuală a mediului, aflată într -o diversificare continuă şi rapidă, impune măsuri imediate pentru lărgirea posibilităţilor de utilizar ea a tehnicilor moderne pentru dezvoltarea cartografiei ecologice. Posibilitatea identificării delimitării, analizării, şi supravegherii ecosistemelor (naturale şi antropizare), posibilitatea reprezentărilor, nu numai calitative dar şi cantitative şi nu mai puţin a tratării istorice a biocenozelor inclusiv sesizarea tendinţelor de evoluţie, înglobează suficient de numeroase argumente pentru a încuraja pe toate căile dezvoltarea cartografiei tematice în general, a celei ecologice în special. Urgenţa cu care sunt cerute concretizările grafice ale fenomenelor - de la variante de hărţi la atlase - reclamă nu numai eliminarea barierelor existente, de la cele datorate necunoaşterii la cele interesate, conservatoare care nu înţeleg sau nu vor să înţeleagă faptul ca tehnologiile moderne de observare a Terrei nu trebuie decât să pună în valoare cunoaşterea tematică de bază.


91



4. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Ce este cartografia ecologică?

Comentarii la aceste întrebări veţi găsi la sfârşitul unităţii de învăţare. După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: Complexitatea problemelor pe care le implică cartografia ecologică impune dezvoltarea unui direcţii de investigare devenită de strictă necesitate şi de care ar beneficia toate domeniile ştiinţelor naturii şi toate domeniile preocupate de realitatea din teritoriu. Pentru aceasta este absolut necesară iniţierea în problemele utilizării şi interpretării imaginilor aeriene şi satelitare a specialiştilor din diverse domenii de activitate (biologie, geografie, pedologie, ingineria mediului, silvicultură, amenajarea teritoriului etc). 4.6. Analiza şi administrarea sistemică a mediului Monitorizarea efectelor

activităţilor umane şi a hazardelor naturale sau antropice asupra mediului

Multe din efectele activităţilor umane precum poluarea chimica, degradarea terenului, dar şi alte hazarde fie naturale fie antropice, se interferează cu Pământul şi au repercusiuni asupra mediului. Efectele nu se observa numai în detrimentul mediului geologic, ci se extind şi asupra celor biologic şi hidrologic. Pe lângă aceasta, hazardele naturale (alunecări de teren, inundaţii, erupţii vulcanice, cutremure) şi schimbările globale ale mediului (creşterea nivelului marii, modificările climatice) se vor extinde crescând efectele lor dezastruoase, cu influenţe continue asupra aşezărilor umane. Înţelegerea fundamentala a consecinţelor acestor schimbări este imperativa. Recentele descoperiri în domeniul ştiinţelor mediului, monitorizarea georeferenţiata a mediului şi observarea terenului au avut un impact imens asupra metodelor şi tehnicilor actuale. Noii senzori şi sateliţi, alături de alte dispozitive de măsurare şi poziţionare, au condus la o mai buna înţelegere a intrărilor şi ieşirilor de date dintr -un sistem. Părţi ale lumii pot fi privite ca entităti separate sau sisteme care sunt capabile sa-şi menţină identitatea în fata intrărilor, generând amândouă ieşiri la fel şi schimbări în interiorul sistemelor însuşi. Din acest punct de vedere, teoria sistemelor de mediu poate fi aplicata pentru obţinerea unei mai bune înţelegeri asupra modului în care percepem mediul nostru de viata. Aceasta f urnizează o centralizare interdisciplinara pentru aceia preocupaţi cu probleme de mediu. Analiza sistemică a mediului poate fi văzută ca o unealtă în vederea înţelegerii mai exacte a complexităţii sistemelor de mediu cu interacţiunile lor complicate


92

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ om-mediu. Analiza sistemica a mediului şi administrarea resurselor terestre trebuie privite ca un singur domeniu bazat pe inter-specializare. Din acest motiv necesită cunoştinţe privind resursele terestre, resursele de apă, administrarea mediului şi a resurselor de mediu. A fi un bun cercetător nu înseamnă automat a fi şi un bun administrator de programe de cercetare-dezvoltare, iar un bun administrator nu este întotdeauna un bun cercetător. Pentru a evalua şi cuantifica hazarde, vulnerabilitate şi risc este nevoie şi de un input privind aspecte economice şi de mediu care trebuie să fie tratate ca făcând parte din ansamblu. O imagine detaliata asupra modelelor de predicţie spaţială trebuie să conţină elemente privind identificarea ariilor cu resurse naturale exploatabile, arii vulnerabile la hazarde naturale, dar şi tehnici de validare pentru incertitudinile asociate predicţiei. Acest domeniu acoperă o gama larga de modele şi proceduri de estimare, de la modele simple la tehnici cantitative complexe moderne. Trebuie remarcat faptul că baza teoretică solidă nu reprezintă o motivaţie fermă pentru realizarea unor studii de valoare. Fără o susţinere practică cu implicaţii majore atunci când este vorba de implementare, studiile rezultate nu pot avea posibilitatea de transfer real către nivelul decizional (de fapt la acest nivel este validată valoarea şi oportunitatea unui studiu). În general, pentru a atinge acest obiectiv, cercetările ştiinţifice curente trebuie să se bazeze pe studii de caz foarte bine definite. Administrarea resurselor geologice. Mediul geologic

De la descoperirea materialelor brute (minerale, materiale de construcţie) şi combustibili (petrol, gaze, cărbuni) la exploatarea apelor subterane, la fel ca şi combaterea problemelor de mediu naturale sau provocate de om (drenaj acid din mine, deşertificare) aplicaţiile de teledetecţie în domeniul geologiei oferă un spectru extrem de vast tematici cu care puţine alte domenii se pot compara. Practic, după 40 de ani de experienţă în ţările dezvoltate, nu se mai poate concepe geologia tradiţionala fără utilizarea analizei spaţiale computerizate şi integrarea informaţiilor în sistemul de informaţii dedicat. Exista o cerere crescândă pentru cercetători sa-si lărgească orizontul prin corelarea mijlocelelor convenţionale ale practicii calitative de teren şi interpretării hărţilor cu analiza computerizata a observaţiilor de teren, teledetecţia şi modelarea prin GIS. în definitiv, studiile tematice de acest tip conduc la înţelegerea profunda a proceselor geologice relevante pentru exploatarea resurselor naturale şi pentru dezvoltarea potrivita şi administrar ea a resurselor naturale terestre şi de mediu. În practica administrării resurselor geologice şi mediului geologic se utilizează o gamă variată de date, precum aerfotograme şi date satelitare, date multispectrale, hiperspectrale, în domeniul termic, radar , dar şi date geofizice). Este posibilă astfel cartarea, evaluarea şi monitorizarea resurselor geologice şi a proceselor de modelare la nivel regional cât şi în detaliu. Analiza de date atât cantitativ cât şi calitativ utilizând seturi de date multidisciplinare permite modelarea unei game largi de probleme geologice,


93

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ structurale şi de mediu, folosind evident capabilităţile GIS.

Degradarea şi conservarea terenului

Studii asupra dezastrelor naturale

Degradarea terenului, inclusiv eroziunea solului şi deşertificarea, este larg considerata a fi o ameninţare majora la securitatea alimentara globala şi calitatea mediului. în fiecare an, milioane de hectare de teren sunt expuse la degradări fizice, chimice şi biologice. Aceasta reduce capacitatea lor de a furniza bunuri şi servicii complete utilizării agricole, inginereşti, sanitare şi de recreere. Cum degradarea terenului este indusa la scara mare de activitatea umana, comporta un component puternic socio-cultural. Acţiuni de ameliorare incluzând conservare şi reabilitarea terenului pot fi din tehnic posibile, dar adesea implica costuri ridicate. Studiile de degradare şi conservare a terenului sunt adesea complexe, necesitând colectarea şi integrarea multor tipuri diferite de date, cu scopul de a face o evaluare serioasa a mediului. în acest proces, teledetecţia şi GIS au dovedit a fi unelte indispensabile. Impactul dezastrelor naturale (cutremure, inundaţii, furtuni de vant, alunecări de teren,etc.) la nivel global au devenit extrem de severe în ultimele decenii. Numărul dezastrelor raportate a crescut dramatic, la fel ca şi numărul oamenilor afectaţi de ele şi costurile la nivelul economiei globale. Aproape 95% din distrugeri se produc în tarile în curs de dezvoltare. Pierderile economice atribuite hazardelor naturale sunt apreciate la 10% din produsul naţional. Aceste statistici ilustrează foarte bine importanta micşorării hazardelor naturale. Managementul dezastrelor consta în doua faze ce au loc înainte de producerea unui dezastru: prevenirea dezastrelor şi pregătirea dezastrelor, şi trei faze după producerea lor: reliefarea dezastrului, reabilitarea şi reconstrucţia. Deşi dezastrele naturale din ultimele decenii au înregistrat o creştere drastica în magnitudine şi frecventa, se poate observa de asemenea o creştere în capacitatea tehnica de a le micşora.

Managementul dezastrelor produse de inundatii este confruntat cu doua inundaţiilor şi probleme, si anume cu sa coreleze un hazard inevitabil precum ploile torentiale cu vulnerabilitatea, care este dictata de utilizarea terenului. Un gestiunea situaţiilor post hazard implica un risc daca are impact asupra zonelor comerciale si rezidentiale. Datele de observere a Pamantului permit simularea acestor doua dezastru aspecte cu mai multa acuratete. Dar de asemenea trebuie tinut seama de alte doua componente cheie cand se evalueaza riscul la inundatii: hidrologia si hidraulica. Prima, dar si cea mai lunga faza a unui astfel de aplicaţii, se referă pe colectarea a cât mai multor date necesare pentru obtinerea a modelului digital al terenului (MNT) să acopere bazinul raului. Pentru aceasta se pot folosi date de la sateliţii SPOT cât şi fotograme aeriene la diverse scări. O a doua fază, la fel de importantă, se bazează pe utilizarea unor metode de investigare care permit compararea modelelor generate prin tehnici conventionale cu acelea bazate pe imageria satelitară. Rularea unui model existent pe o sectiune sau pe întreg baziunul râului permite verificarea descarcărcărilor calculate (modelate) care, dupa calibrare, sunt validate prin corelare cu observatiile de teren. Se utilizează şi modelele mai sofisticatede tip precipitatii-inundatii, ai carui factori senţiali sunt obţinuţi din surse de Prevenirea


94

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ date spatiale. Trebuie înţeles faptul că o asemenea o abordare statistica sofisticata bazata pe un model descarcare-durata-frecventa, corelează descriptorii spatiali cu variabilele hidrologice. In timp ce descrierea si consolidarea in termeni reali a regimurilor inundatiilor observate se imbunătăţeşte simtitor, eroarea estimată de descriere a proceselor este comparabilă cu cea a metodelor clasice pentru că, şi în acest caz principala dificultate rezida în gasirea de parametri generali (globali) care influenteaza volumul precipitatiilor în cadrul bazinului de drenaj. Pot fi reţinute doua variabile foarte importante: altitudinea medie si procentul de acoperire cu teren agricol, pentru a fi folosite împreună cu suprafata si masuratorile de precipitatii. S-a dovedit că rezolutia imaginilor satelitare este satisfacatoare pentru hidrologi, dar nu este sufucient pentru ingineri specializaţi în hidraulică care studiază revarsarile din campii, unde este necesara o precizie verticală de cativa centrimetri obligatorie pentru caracterizarea variatilor de inaltime si a directiei de scurgere. În România şi în Europa hidrologii pot produce şi analiza informaţii despre majoritatea bazinelor de drenaj folosind gama variată de surse. În schimb, în tarile in curs de dezvoltare unde datele despre scurgerea râurilor si modelul numeric al terenului sunt f oarte rar disponibile, imaginile satelitare sunt soluţia rapidă si practică pentru cartarea hazardelor şi luarea deciziilor. În contextul evoluţiei fără precedent a mijloacelor tehnice de investigare a Aplicaţii ale teledetecţiei în mediului ambiant,era absolut necesar ca domeniul silviculturii să dezvolte aplicaţii de gestiune-monitorizare viabile din punct de vedere economic, silvicultură bazate, însă, pe tehnici fundamentate ştiinţific. Imageria multispectrală este folosită frecvent în managementul arealelor Aplicaţii ale teledetecţiei în urbane din două motive : este posibil să fie identificate obiectele individuale de dimensiuni mici care compun peisajul urban, iar în al doilea rând este urbanism posibilă discriminarea obiectelor adiacente. Evident că această capabilitate depinde nu numai de separabilitatea radiometrică (spectrală) dar şi de rezoluţia geometrică. Astfel, cu ajutorul imaginilor de mare rezoluţie este posibil să fie analizate trama stradală, zonele verzi, suprafaţa construită, dar şi să identificate locurile virane sau gropile de deşeuri (astăzi o problemă majoră nu numai a aglomerărilor urbane ci şi a localităţilor rurale). Test de autoevaluare

5. Având în vedere cele învăţate în acest subcapitol şi ţinând cont de spaţiul avut la dispoziţie, vă rugăm să comentaţi sau să răspundeţi la următoarele întrebări: a) Enumeraţi câteva dintre aplicaţiile teledetecţiei în analiza şi administrarea sistemică a mediului.



95


După parcurgerea acestui subcapitol trebuie să reţineţi: Teoria sistemelor de mediu poate fi aplicata pentru obţinerea unei mai bune înţelegeri asupra modului în care percepem mediul nostru de viata. Aceasta furnizează o centralizare interdisciplinara pentru problemele de mediu. Analiza sistemică a mediului poate fi văzută ca o unealtă în vederea înţelegerii mai exacte a complexităţii sistemelor de mediu în contextul interacţiunii lor om-mediu. Teledetecţia reprezent un instrument extrem de util de monitorizare a mediului.

4.7. RĂSPUNSURI ŞI COMENTARII DE AUTOEVALUARE



a) Pentru a putea asigura o completă apreciere a conceptelor geoştiinţelor moderne şi a dobândi o bună experienţă în managementul geoinformaţiilor trebuie pus accentul pe utilizarea fotogrammetriei şi teledetecţiei ca surse de noi date de observare a Pământului şi pe utilizarea Sistemelor Informaţionale Geografice pentru administrarea efectivă a multiplelor seturi de date georeferenţiate generate. Prin urmare, acestea reprezintă tehnologiile utilizate în prezent pentru realizarea aplicaţiilor de observare a Pămîntului. Intrebarea 2

a) Politica Agricolă Comună (PAC) reprezintă un set de măsuri stimulatoare din punct de vedere financiar pentru fermieri, prin care să fie favorizată creşterea producţiei alimentare şi modernizarea fermelor . b) Proiectul European MARS, iniţiat în 1988, a fost conceput pentru proiectarea unui sistem temporal independent care să poată furniza informaţii viabile despre suprafeţele ocupate cu culturi şi asupra randamentelor obţinute. Acest program a fost în permanenţă adaptat funcţie de cerinţele utilizatorilor (în speţă administraţiile naţionale ale ţărilor membre) fiind un exemplu de implementare adaptată progresului tehnologic înregistrat în ultimii 15 ani. Programul MARS a fost conceput la Centrul Comun de Cercetări al UE de la Ispra-Italia (JRC) unde, după finalizarea unei tematici şi validarea de către beneficiar (DG VI Agriculture şi EUROSTAT), echipa de cercetare-dezvoltare a continuat să asigure mentenanţa cu scopul ameliorării sistemului. Este, de fapt, unul dintre motivele pentru care se va încerca repetarea unui scenariu de implementare similar la nivel naţional urmarind aplicarea aceleiaşi strategii. Din 1993, proiectul a fost dirijat către elaborarea de tehnici suport şi realizarea expertizei de înalt nivel pentru Direcţia Generală


96


c)

d)

e)

f)

Agricultură a Comisiei Europene şi pentru administraţiile de resort din ţările membre UE, dar şi pentru cele din ţările candidate. Aceasta, în vederea asimilării şi operaţionalizării managementului specific Politicii Agricole Comune, care pentru România reprezintă cel mai sensibil dosar de negociere în vederea aderării. Din anul 2000, programul MARS a fost orientat către monitorizarea globală a agriculturii pe baza conceptelor promovate de iniţiativa GMES care va avea ca rezultat asigurarea securităţii alimentare. Care sunt cele patru tematici majore ale Programul MARS-PAC?  Controlul prin teledetecţie (Control with Remote Sensing – CwRS) al suprafeţelor arabile  Sistemul de informaţii parcelar (LPIS - Land Parcel Information System)  Registrul viticol şi al măslinilor  Planul de dezvoltare rurală şi măsurile agro-environmentale (AEMs – Rural Development Plans and Agri-Environmental Measures) Elementele sistemului IACS sunt:  bază de date computerizată care va înregistra, pentru fiecare holding agricol, datele obţinute din solicitările de ajutor;  un sistem de identificare pentru parcelele agricole;  un sistem pentru identificarea şi înregistrarea drepturilor de plată care permite verificarea eligibilităţii precum şi verificări încrucişate a solicitărilor pentru subvenţii bazate pe comparaţia cu Sistemul Integrat de Administrare şi Control (LPIS). Acest sistem permite consultar ea directă şi imediată a datelor istorice referitoare la minimum trei ani calendaristici precedenţi;  solicitări pentru subvenţie. În fiecare an, un fermier va face o solicitare pentru plăţi directe, indicând, după caz toate parcelele agricole ale fermei, numărul şi suma drepturilor de plată precum şi orice altă informaţie prevăzută în actele normative;  un sistem integrat de control;  un singur sistem de înregistrare a identificatorului fiecărui fermier care aplică o solicitare pentru ajutor. LPIS reprezintă un sistem de referinţă folosit pentru a localiza şi a identifica, într-o manieră unică şi clară, parcelele agricole pe care le declară fermierii şi pentru a descrie caracteristicile acestor parcele, cum ar fi suprafaţa brută şi netă, eligibilitatea pentru ajutor, modul de folosinţă a terenului precum şi alte caracteristici posibile care pot fi incluse pentru a satisface legislaţia europeană. Agenţia de Plăţi este organismul responsabil de finanţarea schemelor PAC şi suportă răspunderea de a recepţiona şi de a administra banii proveniţi de la Secţiunea Garanţii a Fondului European de Asistenţă şi Garanţii în Agricultură (EAGGF / FEOGA). Politica generală şi cadrul financiar sub care operează APIA este determinată întotdeauna de către fiecare stat membru în parte. De fapt, rolul cel mai important al Agenţiei


97

UTILIZAREA TELEDETECŢIEI ÎN AGRICULTURĂ de Plăţi este de a organiza modul de plată către solicitanţi pentru solicitări valide din punct de vedere al PAC. În ceea ce priveşte LPIS, APIA este responsabilă cu:  Trimiterea formularelor pre-tipărite de solicitare şi foaia de identificare tuturor fermierilor (înscrişi în banca de date a AP). Datele de bază se extrag din LPIS şi din evidenţa centralizată a animalelor de fermă. Foaia de Identificare va include datele de bază pentru fermieri pentru necesităţi referitoare la registrul solicitanţilor.  Administrarea declaraţiilor care va fi realizată prin controlul datelor din solicitare în comparaţie cu datele din registrele de referinţă (evidenţa centralizată a animalelor de fermă, LPIS, registrul solicitanţilor şi altele).  Stabilirea procentului de controale de teren din totalul solicitărilor prin confruntarea realităţii din teren cu informaţiile declarate de către fermier.  Calcularea plăţilor pe baza informaţiilor determinate de către verificările administrative şi de către controalele de teren.  Realizarea plăţilor în conturile solicitanţilor. Intrebarea 3

a) Cele patru etape ale Controlului prin Teledetecţie sunt: 

Alegerea sitului, programarea satelitară, achiziţia/livrarea imaginilor;



Pre-procesarea datelor şi CAPI;



Toleranţe tehnice şi reguli de clasificare a dosarelor ;

Controlul Calităţii. Operaţiile principale care se desfăşoară în Partea 1 a Controlului prin Teledetecţie sunt: alegerea sit-ului, programarea satelitară, achiziţia şi livrarea imaginilor. În această etapă trebuie verificate limitările de utilizare a imaginilor de înaltă rezoluţie pentru alegerea sit-urilor. Operaţiile principale care se desfăşoară în Partea 2 a Controlului prin Teledetecţie sunt: preprocesarea datelor (aplicarea corecţiilor geomtrice, aplicarea corecţiilor radiometrice, colectarea datelor teren), localizarea şi digitizarea parcelelor declarate, fotointerpretarea asistată de calculator (CAPI), urmată de controlul în două faze. Operaţiile principale care se desfăşoară în Par tea 3 a Controlului prin Teledetecţie sunt: stabilirea toleranţelor tehnice şi regulilor de clasificare a dosarelor, stabilirea regulilor de diagnoză, atribuirea codurilor la nivel de parcelă. Operaţiile principale care se desfăşoară în Partea 3 a Controlului prin Teledetecţie sunt: controlul calităţii, prin verificarea bazei de date, verificarea diagnosticelor, verificarea calităţii imaginilor, verificarea interpretării imaginilor. Pentru controlul calităţii sunt necesare date alfanumerice, vectoriale şi imagini satelitare şi/sau fotografii aeriene. 

b)

c)

d)

e)


98

Utilizarea Teledetectiei Pentru Mediu Si Agricultura

Recommend Documents