Analiza modificărilor acoperirii terenurilor între 1970-2018 în culoarul Oltului dintre Râmnicu Vâlcea și Drăgășani. Aplicații integrate de SIG și… [309392]

Analiza modificărilor acoperirii terenurilor între 1970-2018 în culoarul Oltului dintre Râmnicu Vâlcea și Drăgășani. Aplicații integrate de SIG și teledetecție

Introducere/ Tematica

Capitolul 1

Aria de studiat

Referintele bibliografice

Prezentare zona de studiu

Metodologia

Capitolul 2

Datele și sumele de date

Etape de analiza și procesare (si o schema)

-[anonimizat]

-date de iesire

Rezultate (ce am obtinut)

Sectiune speciala de interpretare a rezultatelor

Concluzii.

Introducere

Lucrarea de față se înscrie într-o [anonimizat]-[anonimizat] o anumită reprezentativitate în ansamblu teritorial național. [anonimizat] 1970-2018 [anonimizat] o [anonimizat], constituie o împlinire binevenită pentru cerințele teoretice și practice exprimate frecvent în domeniul geografiei din țara noastră. În ansamblu, s-a [anonimizat], structură, [anonimizat].

Capitolul I. CONSIDERAȚII GENERALE

Aria de studiat

Localizare

Una dintre zonele de o frumusețe aparte a [anonimizat], izvoarele, pădurile, pășunile, viile și livezile și oamenii săi.

[anonimizat] a [anonimizat] o dublă funcție: militară – strategică și comercială ce lega Transilvania cu Dunărea.

[anonimizat], și are o lungime de 47 km fiind cel mai lung din România. [anonimizat], colții Munților Cozia și Căpățânii păzind albia îngustă a Oltului la intrarea în defileu.

În partea de sud a defileului, [anonimizat] 240 m.

[anonimizat] a [anonimizat] o [anonimizat]. Valea apare ca o [anonimizat], pe alocuri chiar abruptă. Pe toata lungimea din dreptul confluentelor Luncavățului și Topologului pana la Slatina valea prezintă o [anonimizat].

[anonimizat] a jucat un rol deosebit de important. [anonimizat] (Ocnele Mari de mai târziu) și Drăgășani fiind vechi centre urbane ale țării, s-[anonimizat].

În ultimii 40 [anonimizat], apare ca o salbă de lacuri acestea fiind ca urmare a [anonimizat], păduri cu o [anonimizat].

Amenajarea în cascadă a [anonimizat], [anonimizat], continuând în Subcarpați și în zona de câmpie, cu multitudinea de hidrocentrale.

ASPECTE TEORETICE ȘI METODOLOGICE

Aspecte teoretice

Datorită dimensiunilor oarecum modeste ale unității geografice alese pentru analiză, și anume studiul prin teledetecție cu elemente de GIS realizat la nivelul bazinului hidrografic al Oltului în spațiul Subcarpaților Getici dintre Râmnicu Vâlcea și Drăgășani prin prisma imaginilor satelitare Landsat din 1970 și până în 1980, pare la prima vedere, a nu fi prea generoasă. Acest neajuns a fost compensat însă, printr-o dorință susținută de aprofundare care să conducă la înțelegerea fenomenelor și la evidențierea noutăților apărute în structura geografica și aspectul regiunii.

Obiectivul principal al studiului l-a constituit reliefarea caracteristicilor peisajului geografic începând cu aspectul la nivelul anilor 1970, al cursului râului Olt și al potențialului său natural (hidroenergetic în special) și a formelor de valorificare a resurselor naturale și umane, de organizare și reorganizare al spațiului geografic. Principalele direcții ce au stat la baza acestui studiu complex au vizat descoperirea conexiunilor între fenomenele economice și suportul fizico-geografic, evidențierea oportună a factorilor social – istorici asupra dinamicii și caracteristicilor populației, așezărilor și activităților economice. Cele mai mari schimbări ce se observa fără o analiza profundă, sunt apariția construcțiilor hidrotehnice începând cu anii 70 și continuând cu începutul anilor 80. Concomitent cu aceasta, în plan secund se poate observa o relativa modificare a terenurilor agricole, în sensul că acesta par ceva mai restrânse intre anii 70 – 90, și ceva mai extinse după anii 90; odată cu retrocedarea terenurilor, o scădere a suprafeței împădurite a zonelor deluroase, în favoarea pășunilor și terenurilor agricole, și o dezvoltare a zonelor populate și a cailor de comunicație.

Din punct de vedere metodologic, în realizarea lucrării de față s-a urmărit utilizarea teledetecției ca mijloc principal de studiu prin care să surprindă complexitatea fenomenelor geodemografice, precum și dinamica lor în timp.

În concluzie, prezenta lucrare constituie o analiză de birou și de teren a unui teritoriu oarecum limitat însă care cuprinde toți factorii fizici și economico-geografici. Toată această metodologie de observație indirectă este corelată în mod direct cu realitatea din teren, în contextul căreia s-au efectuat o serie de validări, vizând o suită de elemente și componente geografice.

În aceasta lucrare am îmbinat rezultatul analizelor imaginilor prin teledetecție, iar cu rezultatul acestora am continuat studiul în programe de GIS.

1.3. Concepte de bază GIS

Informațiile geografice conțin date despre suprafața, subsolul și atmosfera Pământului, interpretări și explicații cu privire la acestea. În mod obișnuit, se consideră că informațiile geografice sunt cele furnizate de hărți, însă ele pot fi de orice alt tip, având o localizare bine definită pe suprafața Pământului sau relativă la acestea (Săvulescu et al, 2000).

Aceste date pot fi achiziționate prin măsurători, teledetecție, observații directe pe teren, pot fi definite prin intermediul ridicărilor topografice sau pot fi rezultatele unor analize sau simulări de date GIS. Semnificația acestora este dată atât de aspectele spațiale, cât și de cele nespațiale, de exemplu ,,Unde?’’ și ,,Cum?’’.

În timp ce la primele sisteme computerizarea informațiilor geografice se concentrau în principal asupra aspectelor privind acuratețea unor componente ale hărții, noile abordări consideră fundamentală problema modelării efective a condițiilor lumii reale, sub forma unei regiuni bine delimitate, însoțită de o descriere a ei (fig. 2.1).

Fig. ,,Simplificarea lumii reale’’ cu ajutorul tehnicilor GIS.

Informatizarea s-a extins și asupra domeniilor conexe. Astfel, datele oferite de teledetecție și măsurători directe sunt achiziționate frecvent, în formă digitală, după cum fotografiile aeriene au început să fie exploatate prin utilizarea unor tehnologii de scanare. Chiar și informații netradiționale, sub forma unor rapoarte asupra unei locații sau înregistrări video ale unor evenimente, sunt adesea integrate în bazele de date ale sistemului. Așa cum sugestiv arată figura 2.1., prin prelucrarea și reprezentarea datelor localizate geografic, înțelegerea noastră asupra lumii reale cunoaște o intensificare.

Principalul avantaj al computerizării informației geografice este acela al integrării rapide a numeroase seturi de date de tipuri și cu surse variate într-un singur sistem, folosind caracteristica lor comună: localizarea geografică.

În fapt, obiectivul Sistemelor Informaționale Geografice este tocmai asigurarea unei structuri organizate pentru gestionarea unor colecții complexe și diversificate de informații geografice, precum și a unor instrumente și funcții pentru afișare, interogare, prelucrare, simulare. Analiza spațială merge dincolo de o simplă redare, permițându-ne explorarea relațiilor și a proceselor spațiale.

1.4. Teledetecția

Teledetecția se poate defini ca un complex de activități ce realizează obținerea de la distanță, pe baza interacțiunii dintre obiectele de pe suprafața Pământului și niște

senzori de radiație electromagnetică de informații sub formă de imagine fotografică

convențională (în format analogic) sau de imagini raster (în format digital).

Termenul a fost introdus în anul 1960, referitor la observarea unei ținte cu

ajutorul unui dispozitiv aflat la distanță. Procedeele de teledetecție au fost utilizate

mai mult începând de prin 1925, având un rol important în timpul celui de-al doilea

război mondial în domeniul fotografiei aeriene. După 1960 echipamentele de

teledetecție s-au dezvoltat într-un ritm fără precedent marcându-se o nouă eră în

1972 când a fost lansat satelitul american ERTS-1 (American Earth Resources

Technology Satellite), ulterior fiind redenumit Landsat. În momentul de față există

mai mulți sateliți care fac înregistrări de imagini pe întregul glob, și mai multe

societăți care furnizează servicii în acest domeniu.

Teledetecția poate fi: aeriană (imagini luate din avioane) satelitară

(imagini luate din sateliți) și terestră (imagini luate de pe platforme de la o anumită

înălțime). În toate situațiile înregistrarea imaginilor se bazează pe interacțiunea

dintre obiecte și radiația electromagnetică.

După 1980, când au început să prolifereze datele preluate prin teledetecție

satelitară, alături de hărțile realizate în sistem tradițional, bazate pe simboluri și

semne convenționale, a apărut un nou concept anume hartă imagine.

Pentru a înțelege relațiile dintre Sistemele Informaționale Geografice și teledetecție vreau să evidențiez câteva relații scrise de Campbell J.B. , în cartea sa de „Introducere în teledetecție”.

„ – Prin interpretarea manuală a imaginilor aeriene sau satelitare, văzute pe ecranul unui computer în format digital, putem produce o hartă sau un set de hărți pe care să prezentăm limitele unor categorii ( exemplu: soluri sau clase de utilizare a terenurilor) de date. Digitizarea pe ecran poate oferi apoi fișiere digitale adecvate pentru introducerea în SIG.

– Datele digitale de teledetecție sunt analizate sau clasificate folosind metode automatizate pentru a produce ( pe foi) hărți și imagini convenționale, care sunt apoi introduse în SIG folosind reformatarea sau corecția geometrică în funcție de necesitate.”. ( Campbell, James B.,2002,Introduction to remote sensing , Third Edition, The Guilford Press, New York, United States of America)

Aspecte metodologice

Realizarea acestei lucrări a presupus parcurgerea mai multor etape și anume :

Etapa de pregătire

Etapa de teren

Etapa de birou

Etapa de pregătire a constat în colectarea materialelor cartografice, consultarea lucrărilor anterior realizate pe această zonă, extragerea unor informații utile demersului lucrării. Tot în aceasta etapă am luat legătura cu reprezentanții Hidroenergetica care mi-au furnizate o serie de date ce m-au ajutat în a corela informațiile oferite de imaginile Landsat cu datele oferite de către Hidroenergetica. În această etapă am colectat majoritatea materialelor cartografice pe care le voi evidenția în următorul tabel:

Tabelul nr.1

Fig. Atlasul Căilor de Comunicații din 1897

Fig. Charta României Meridionale 1864

Fig. Charta României Meridionale 1864 vedere apropiată

Fig. Planurile directoare de tragere

Fig. Corine Land Cover (Coordination of Information on the Environment) 2018

Etapa de teren- în această etapă colectat datele de pe teren în sensul ca am facut cateva fotografii de pe valea oltului și am confruntat datele de pe hărți cu cele de pe teren astfel asigurandu-mă că datele sunt corecte.

Fig. Vedere superioara asupra lacului

de acumulare Ionești Fig. Vedere superioara asupra zonelor de terase Ionești

Fig. Vedere superioara asupra lacului de acumulare Ionești

Fig. Vedere superioara asupra lacului de acumulare Ionești

Fig. a Malul drept al Oltului – terenuri agricole și zone locuite

Fig. b Malul drept al Oltului – terenuri agricole și zone locuite

Fig. A Vedere de pe versanții Oltului

Fig. A Vedere de pe versanții Oltului

Etapa de birou a necesitat o perioadă îndelungată de timp, în care am căutat imagini satelitare din perioada anilor 70, în special imagini LANDSAT din anii 1973, 1977, 1978, 1979, 1984, 1986, 1993, 1995, 2015, 2018.

La o prima vedere am folosit programul Google Earth Pro și funcția Historical Imagery, însă nu arata imagini mai vechi de 1984, iar ultima hidrocentrala din zona de studiu a fost data în folosință în 1980, hidrocentrala de la Drăgășani.

Printre primele date folosite, și cele mai la îndemână, au fost imaginile furnizate de serviciul Google Earth Pro și funcția sa Historical Imagery.

Fig. Google Earth

Un alt mod de a studia imagini din perioada anilor 1970 a fost prin intermediul portalului Atlas, deținut de ArcGis Pro.

ArcGIS Pro

ArcGIS Pro Pro oferă prin portalul Living Atlas acces la o suita impresionantă de imagini satelitare.

Galeria Living Atlas oferă acces la o pleiadă de conținuturile disponibile. Aceste elemente pot fi utilizate de sine stătător sau, combinate cu alte elemente din Atlas Living ori cu date proprii pentru activități de vizualizare și analiză. Tipurile de elemente disponibile depind de modul în care s accesează Atlasul.

Fig. Exemplu de vizualizare comparata a zonei 1977-2018 -ArcGIS Pro

Fig. Prezentare zona hidrocentralei Ionești 1977-2018-ArcGIS Pro

Pentru o analiza mai profunda și mai amănunțita din ultima parte a lucrării, și anume evoluția teritorială din punct de vedere al hidroconstrucțiilor și al vegetației, pentru aceasta a fost nevoie de stabilirea unor regiuni de interes, de clasificări nesupervizate și clasificări supervizate pe care le-am realizat în programul ENVI, de asemenea extragerea datelor în format raster și exportarea datelor în format vectorial (shapefile), pentru ca în final să fie procesate în programul ArcGis 10.4

Astfel parcurgând toate aceste metode și etape am realizat lucrarea ,, Analiza modificărilor acoperirii terenurilor între 1970-2018 în culoarul Oltului dintre Râmnicu Vâlcea și Drăgășani”.

Datele și sursele de date

O metoda de căutare și de descărcare a imaginilor satelitare este portalul USGS-https://earthexplorer.usgs.gov

Fig. Earthexplorer

De asemenea și GloVis oferă imagini satelitare LANDSAT 1 MSS spre descărcare

Fig. GloVis

Sistemul satelitar Landsat

Pentru ca am avut nevoie de imagini satelitare destul de vechi, am folosit spre studiu imagini satelitare oferite de Landsat 1, și spre final am utilizat imagini Landsat 7.

Landsat este numele programului satelitar pentru observarea pământului, operat de către guvernul SUA. El a început în 1972 și se menține și azi prin sateliții Landsat 7 și Landsat 8, iar în decembrie 2020 va fi lansat Landsat 9.

Imaginile provenite de la sateliții Landsat au avut o mare importanta în dezvoltarea științei modului de utilizare a terenurilor și al științei Pământului, în general. Programul a funcționat mai bine de 30 de ani, prin folosirea a trei senzori de baza: MSS (Multi Spectral Scaner), TM (Thematic Mapper), ETM+ (Enhanced Thematic Mapper).

Sistemul Landsat furnizează imagini de medie rezoluție în spectrul vizibil, infraroșu și pancromatic. Rezoluția medie a celor trei senzori, în special TM și ETM+ (30m), este folosita pentru determinarea modului de acoperire al terenului, tipurile de vegetație și starea de sănătate, caracteristicile geologice. Toate imaginile din seria Landsat sunt capturate într-un sistem de referință unic WRS (World Reference System), care dă posibilitatea comparării datelor obținute la intervale de timp diferite. Scenele satelitare Landsat standard se furnizează în formatul GeoTIFF, în sistemul de coordonate WGS84, proiecție UTM.

Imaginile Landsat au fost folosite cu succes într-o serie de aplicații științifice și probleme practice: urbanizarea globală, delimitarea zonelor umede, detectarea modificărilor privitoare la modul de utilizare al terenurilor, managementul suprafețelor forestiere, managementul parcurilor naturale, etc.

Astăzi, un sfert din teritoriul Pământului este scanat o data la 16 zile, utilizând un scenariu prestabilit care sa maximizeze schimbările sezoniere în vegetație, folosind predicțiile NOAA asupra prezenței norilor, optimizând astfel strategia de achiziții.

Fig. Tabel sateliti Landsat

Landsat 1 (LS-1), inițial numit "Earth resurse Technology satelit a fost primul satelit al programului Landsat al Statele Unite ale Americii. Era o versiune modificată a satelitului meteorologic Nimbus 4 și a fost lansată pe 23 iulie 1972 de o rachetă Delta 900 de la baza aeriană Vandenberg din California. Nava orbitală a servit drept platformă stabilizată, orientată spre pământ, pentru obținerea de informații privind resursele agricole și forestiere, geologia și resursele minerale, hidrologia și resursele de apă, geografia, cartografia, mediul înconjurător poluarea, oceanografia și resursele marine, precum și fenomenele meteorologice.

Al doilea Landsat (Landsat 2) era considerat un proiect experimental și a fost operat de către NASA. Landsat 2 purta aceiași senzori ca și predecesorul său: RBV și MSS. Instrumentul RBV a fost utilizat în principal în scop ingineresc, iar imaginile RBV au fost obținute, în principal pentru cartografierea zonelor îndepărtate. MSS a continuat să colecteze sistematic imagini ale pământului. În ciuda faptului ca era proiectat sa funcționeze un an, Landsat 2 a operat peste șapte ani, în cele din urmă, în februarie a 1982 a fost scos din funcțiune.

Pentru zona de studiu aleasa, intre Râmnicu Vâlcea și Drăgășani de departe se remarca hidrocentralele și lacurile de acumulare aferente, date ce mi-au fost puse la dispoziție prin amabilitatea Hidroconstrucția SA.

Fig. Aspect din camera de comanda Hidroenergetica – Rm. Vâlcea

Amenajarea hidroenergetica a râului Olt-sector mijlociu

Prin lungime (670 km) și prin suprafața de 24.010 kmp a bazinului sau hidrografic, amplasat în interiorul arcului carpatic și pe versantul sudic al Carpatilor Meridionali, Oltul este unul din principalele rauri ale tarii.

Potențialul hidroenergetic al râului Olt este evaluat la 1867 MW, ceea ce reprezintă 17% din potențialul râurilor interioare. Debitul instalat în hidrocentrale crește pe măsură ce râul își croiește drum de la izvoare, din înaltul culmilor alpine ale Munților Hășmașul Mare, spre vărsarea în Dunăre, ajungând pe sectorul mijlociu la 330 mc/s.

Amenajarea hidroenergetica a Oltului a început în anul 1969, prin construirea hidrocentralei Râmnicu Vâlcea. Pe sectorul mijlociu al Oltului sunt amplasate 12 hidrocentrale tip centrala-baraj echipate cu turbine Kaplan (Cornetu, Gura Lotrului, Turnu, Călimănești, Dăești, Râmnicu Vâlcea, Râureni, Govora, Băbeni, Ionești, Zăvideni, Drăgășani), 3 microhidrocentrale și 4 stații de pompaj în spatele digului, având o putere totala instalata de 500,1 MW și o producție de energie electrica de proiect de 1482,49 GWh/an.

Hidrocentralele pe raul Olt, evidentiate pe cursul superior intre Hidrocentrala Fagaras si Cornetu, apoi cursul mediu care este de fapt si subiectul lucrarii; intre Rm. Valcea si Dragasani. Si cursul inferior intre Strejești si Islaz

CAPITOLUL 2

2.1 Metodologie

2.1.1 Identificarea zonei de test și descarcarea de imagini

Pentru achizitia datelor am folosit portalul Glovis și USGS EarthExplorer. Am descarcat o serie de imagini, incepând cu Landsat 1 MSS – 16-08- 1973, și încheind cu Landsat 8 OLI/TIRS care arata destul de clar Valea Oltului înainte de modificarile aduse de constructiile hidrotehnice, cat si evolutia schimbarilor din aceasta zona.

Am creat o limita de studiu care sa cuprinda zona intre Rm. Valcea și Dragasani, zona de 144,431 ha.

In programul Envi, am rulat o clasificare nesupervizata și o clasificare supervizata a imaginii Landsat din 1973 și a unei imagini Landsat din 1977. Rasterurile era în formatul Infrarosu apropiat, iar în programul ENVI am convertit-o în modul RGB.

Am facut o clasificare supervizata, cu clasele Hidro, Paduri, culturi, Albia raului,Antropic, Pajisti.

Am exportat clasificarea în format raster, și în format .shp, pe care le-am deschis apoi în ArcGIS 10.4.

Ca format .shp, se poate face o serie de analize, cum ar fi calclul supreafetelor, modificarea scarii de culori, etc.

Fig. Clasificare exportata în ArcGIS.

Clasificare supervizata și nesupervizată Isodata

După clasificarea supervizata am calculat sume pentru suprafețe în Arcgis, apoi am realizat statistici și grafica pentru fiecare clasa în Excel.

Imagine raster din 16-08-1973 neclasificata și clasificata

.

Fig. Clasificări nesupervizate Isodata și K-means

Se observa o mai buna calitate în clasificarea nesupervizata Isodata, insa amble clasificari nesupervizate (Isodata și Kmeans) sunt mai putin exacte fata de clasificarea supervizata.

Imagine raster din 09-09-1977 neclasificata și clasificata

Imagine raster din 24-06-1978 neclasificata și clasificata

Imagine raster din 24-06-1979 neclasificata și clasificata

Imagine raster din 02-07-1984 neclasificata și clasificata

Imagine raster din 14-08-1985 neclasificata și clasificata

Imagine raster din 19-07-1993 neclasificata și clasificata

Imagine raster din 13-10-1995 neclasificata și clasificata

Imagine raster din Landsat 19-08-2010 neclasificata și clasificata

Imagine raster din Landsat 25-08-2018 neclasificata și clasificata