Monitorizarea excavațiilor de la cariera Mateiaș prin metode fotogrammetrice Coordonator științific: Prof. Dr. Ing. Cornel Păunescu Absolvent: Enache… [310284]

LUCRARE DE LICENȚĂ

Monitorizarea excavațiilor de la cariera Mateiaș prin metode fotogrammetrice

Coordonator științific:

Prof. Dr. Ing. Cornel Păunescu

Absolvent: [anonimizat]

2018

Introducere

Teledetecția este un ansamblu de tehnici si tehnologii care au fost dezvoltate pentru cercetarea de la distanță a Pământului, a [anonimizat] a spațiului aerian și interplanetar.

Termenul de “teledetecție” provine din limba engleză (remote sensing), însemnând “detectare de la distanță” (fără contact direct). Acest termen a [anonimizat].

[anonimizat] a debutat prin traducerea sa în limba franceză (télédétection) ceea ce îl apropie de combinația tele (de la distanță) și detecție.

[anonimizat], de către om a [anonimizat].

Omul, este un “sistem de senzori de teledetecție” [anonimizat] (imagini) sau al senzorilor cutanați (căldura corpurilor). Acest lucru este posibil datorită radiațiilor electromagnetice luminoase sau calorice emise de către corpuri.

Definiția teledetecției este relativ discutată. Principala problemă în acest sens este dacă teledetecția este o știință sau un domeniu etnic. O serie de autori au formulat diferite definiții din care rezultă o [anonimizat], precum:

“[anonimizat]” (Sabins, 1997)

“Teledetecția este știința și arta (!) [anonimizat], [anonimizat]” (Lillesand et al., 2004).

[anonimizat] a beneficiat de perfecționarea continuă a navelor aeriene și spațiale, a senzorilor de înregistrare a informațiilor (prin folosirea microundelor, a [anonimizat], vizibil și ultraviolet), a [anonimizat], a metodelor de prelucrare și de interpretare automată a acestor date.

Tehnicile și tehnologiile de teledetecție oferă mijloace pentru obținerea de informații despre diferitele categorii de obiecte fizice de pe suprafața Pământului, a [anonimizat].

Analiza complexă a consecințelor activității omenești impune măsuri ample pentru supravegherea mediului înconjurător și preîntâmpinarea deteriorării sale. Teledetecția are un rol hotărâtor în sesizarea și urmărirea efectelor destructive ale diferitelor activități. [anonimizat], prelucrare și interpretare a datelor de teledetecție au o valoare deosebită. [anonimizat].

Teledetecția solicită o [anonimizat] a datelor, cu colaborarea a numeroase instituții specializate din diferite țări.

[anonimizat]de de lucru, care se găsesc în stadiu de perfecționare, iar domeniile de aplicare în curs de prospectare.

Ca orice altă activitate desfășurată de om, și teledetecția își are istoria sa. Acest lucru prezintă o problemă foarte vastă, datorită caracterului său interdisciplinar, datorită multitudinii de tehnici și mijloace care o formează. Capacitatea omului de a găsi căi favorabile pentru a folosi diferite zone ale spectrului electromagnetic în scopul realizării înregistrării unor fenomene sau obiecte de la distanță, a le cerceta și folosi în scopul dezvoltării civilizației umane reprezintă, pe scurt, sursa importantelor realizări ale teledetecției.

O istorie a teledetecției trebuie să se refere la fotografia convențională alb-negru sau color, la fotografia neconvențională în infraroșu, ultraviolet, spectrozonală sau multispectrală, la înregistrările cu senzori nefotografici, precum instalațiile de baleiere, în sistem de televiziune sau radar, dar și la mijloacele de transportare a senzorilor deasupra obiectelor sau fenomenelor, în spațiul atmosferic al Pământului sau în spațiul extraterestru. Nu trebuie omise nici mijloacele de prelucrare-interpretare, automatizată sau nu.

1.1 Generalități

Teledetecția se ocupă cu obținerea de informații cât mai complete (de la distanță), asupra unor obiecte sau fenomene care se află, sau se produc în liniște (fără zgomot). Această tehnică multidisciplinară, relativ nouă, exploatează faptul că toate obiectele sau fenomenele se descoperă singure, dacă se folosesc senzorii cei mai potriviți.

Se cunoaște deja faptul că toate corpurile interacționează cu radiația electromagnetică, atât prin fenomene de refracție și absorbție, cât și prin emisie. În condițiile în care distanța la care se află un obiect, sau se produce un fenomen este mare sau foarte mare, se constată că senzorii noștri naturali (ochii, urechile, pielea) sunt foarte limitați.

Prin găsirea mijlocului cel mai potrivit de a capta radiațiile unui obiect care se află la distanță, dacă se transmit către acesta anumite radiații și se înregistrează răspunsul spectral în lungimi de undă cunoscute, se pot obține, astfel, informații legate de forma și/sau dimensiunile acestuia, dar și asupra temperaturii, stării sau compoziției sale. În acest caz, nici un obiect nu poate rămâne nedetectat.

Teledetecția este caracterizată de complexul activităților legate de perceperea de la distanță a informațiilor de către un senzor, de transformarea acestora în imagine fotografică analogică (convențională) sau în imagine digitală. Acestea se transmit într-un calculator, iar cu ajutorul instalațiilor electronice de calcul, imaginile se prelucrează, se corectează, iar în cele din urmă se transformă în imagine vizuală convențională, selecționată sau clasificată, precum si de utilizarea acestora în diferite domenii de activitate.

Înregistrările de teledetecție nu se efectuează numai în zona vizibilă, ci în diferite zone ale spectrului electromagnetic.

Fotogrammetria, fiind un caz particular al teledetecției, utilizează, de obicei, înregistrări în zona vizibilă a spectrului electromagnetic.

Tehnicile de teledetecție utilizate în prezent, permit obținerea de date asupra obiectelor aflate la distanță, utilizând diferite zone ale spectrului electromagnetic: vizibil, infraroșu (IR), radar (US) și ultraviolet (UV).

Înregistrările de teledetecție pot fi obținute, fie sub formă fotografică, fie sub formă de semnal electric. Acest semnal poate fi vizualizat direct ca imagine televizată, utilizând un sistem de afișare (display), sau poate fi depozitat pe bandă magnetică (putându-se converti în imagine vizuală). Acesta din urmă, se poate prelucra și direct cu ajutorul sistemelor de calcul, urmând a fi convertit în imagine vizuală selecționată sau clasificată, pe baza unor programe corespunzătoare, in funcție de echidensități.

Teledetecția se poate clasifica în: terestră, aeriană (de la înălțimi mici-medii, până la înălțimi mari) și spațială (cu înregistrări asupra: Pământului, Lunii, planetelor, sau altor corpuri cerești).

De regulă, un sistem de teledetecție folosește situri (zone test de teren) specifice fiecărui domeniu de aplicare și înregistrări asupra acestora în cadrul a trei trepte: aeriană, spațială si de teren. Există posibilitatea extrapolării pe suprafețe mari din zonele test.

Resursele naturale ale Pământului (atât de necesare menținerii și dezvoltării civilizației umane, sunt ascunse de mediul înconjurător. Mijloacele actuale clasice de descoperire sau inventariere a acestor resurse (minerale, termale, hidrologice, silvice, agricole) nu mai sunt suficiente, dar nici eficiente. Crearea teledetecției, ca sistem interdisciplinar, în special a teledetecției spațiale, face posibilă urmărirea resurselor cunoscute prin înregistrarea radiațiilor emise, absorbite sau reflectate de obiectele materiale sau prin sesizarea influenței obiectelor asupra mediului înconjurător.

Fotogrammetria digitală

Fotogrammetria se definește ca fiind știința care se ocupă cu determinarea în timp și spațiu a obiectelor fixe, mobile sau deformabile cu scopul obținerii fotogrammelor, a recunoașterii si identificării imaginilor în vederea materializării acestora în formă digitală. Domeniul principal de aplicație al fotogrammetriei este întocmirea planurilor și a hãrților topografice , operație care se poate face la orice scarã uzualã.

Fotogrammetria este un termen utilizat frecvent și în geografie (apărut în secolul XIX, în anul 1864, în Germania, fiind introdus de către Maydenbauer) și este o aplicație care utilizează imaginile de teledetecție. Scopul acesteia este elaborarea de hărți și planuri topografice sau tematice, pe baza măsurorilor precise ale obiectelor care apar în imagini, și reprezentării precise a acestora, la scară, pe hârtie (formatul analogic) sau în formatul digital.

Inițial, fotogrammetria a fost folosită în arhitectură la întocmirea unor planuri ale clădirilor. În prezent, este principala metodă prin care sunt întocmite planuri și hărți topografice, cadastrale etc. și a trecut, în numai 150 de ani, de la etapa analogică (care se bazează pe fotograma aeriană pe hârtie, sau suport transparent), la cea analitică, baza pe modelul matematic complex și procedee analitice, la aplicații în mediu digital (fotogrammetria digitală, dezoltată dupa anul 1988, figura 1).

Fig. 1. Elaborarea unui plan topografic al unei cariere prin fotogrammetrie digitală, pe baza imaginilor aeriene

Fotogrammetria dezvoltă aplicații instrumentale folosind computere de performanță (stații fotogrammetrice digitale) ce facilitează calculele și măresc precizia acestora în contextul construirii planurilor și hărților pe baza determinării precise a formei și dimensiunilor obiectelor extrase din imaginile de teledetecție. Toate imaginile de teledetecție sunt integrate în astfel de aplicații, care s-au specializat în ultimele decenii (ex. Radargrammetrie, lasergrammetrie, hologrammetrie etc.)

Larga utilizare a fotogrammetriei în diversele domenii se datorează în principal avantajelor pe care le oferă:

Un grad foarte înalt de precizie, deoarece imaginile pe care le utilizează sunt preluate cu camere fotogrammetrice de înaltă precizie, iar prelucrarea imaginilor se efectuează cu echipamente speciale, care includ în structura lor sisteme de calcul electronice. În prezent, echipamentul principal al fotogrammetriei este reprezentat de stația fotogrammetrică digitală, care este un calculator foarte performant. O stație fotogrammetrică digitală poate să conțină unul, două, sau mai multe microprocesoare, una-două plăci grafice și, de asemenea, dispune de un spațiu foarte mare de stocare.

Fotogrammetria asigură randament și productivitate foarte înaltă. Aceste aspecte sunt specificate în contextul că măsurătorile se efectuează pe imagini și nu pe obiectele și fenomenele existente în natură. De asemenea, fotogrammetria se remarcă prin culegerea sau preluarea de imagini într-un timp foarte scurt, imagini ale fenomenelor sau obiectelor care sunt investigate sau cercetate.

Fotogrammetria asigură un avantaj deosebit, prin faptul că extrage informațiile fără contact fizic cu fenomenele și obiectele investigate. De multe ori, metodele și tehnicile de prelucrare fotogrammetrică constituie, de fapt, mijloace unice de efectuare a unor aplicații în acest sens, aplicațiile efectuate în domeniul nuclear unde, în multe situații fotogrammetria poate să constituie calea unică de efectuare a aplicațiilor.

Fotogrammetria digitală modernă, furnizează o cantitate mare de date și informații și date precise georeferențiate, sub formă de vectori și date referitoare la textura obiectelor și fenomenelor studiate, rezultate prin culegerea lor din imagini stereoscopice, utilizând metoda fotointerpretării.

Fotogrammetria digitală se bazează pe soluțiile hardware (calculatoare) și software (aplicații informatice specializate) în prelucrarea și preluarea imaginilor digitale, pentru a culege informații și date, și pentru a obține produsele cartografice de tip plan digital, model digital al terenului, model digital al suprafeței, etc.

2.1. Scurt istoric

Primele imagini de teledetecție au fost fotografiile. Acestea erau singurele înregistrări utilizate până la apariția primilor senzori satelitari sau a sistemelor nefotografice, fiind realizate din baloane, si mai apoi din avioane.

Fotografia este o invenție din anul 1839, ce aparține celor doi francezi, J. Daguerre și Nicéphore Niépce și unui englez, N. Talbot. Odată cu dovedirea acestei invenții de către Academia Franceză, a început apariția și diversificarea aplicațiilor teledetecției.

Fotografia color, apare în anul 1895, dar filmul color este brevetat mai târziu, în anul 1924 (Mannes și Godowski).

Am prezentat mai jos câteva repere semnificative.

În anul 1850, A. Laussedat realizează prima aplicație de fotogrammetrie terestră, prin desenarea schițelor și planurilor cu ajutorul camerei clare; acesta va inventa mai târziu și fototeodolitul, destinat ridicărilor topografice terestre după imagini.

În anul 1864 apare fotogrammetria (definită în 1893), în Germania, inventată de Meydenbauer, ce folosește fotografiile terestre pentru măsurători, utilizate în special în realizarea planurilor pentru construcții.

În 1858 au fost realizate primele fotografii din balon, de la 80 m altitudine, în Franța, lângă Paris (satul Le Petit-Bicêtre) de către un fotograf si artist plastic, G. F. Tournachon, având pseudonimul Nadar. Fotografia nu se mai păstrează astăzi. Tot în 1858 sunt realizate primele fotografii din balon, asupra orașului Boston din SUA.

În 1877, Woodbury inventează camera de fotografiere din balon, iar 1888 este brevetată camera de fotografiere automată.

În 1888, în Austria, Th. Scheimpflug folosește fotografiile stereoscopice obținute cu un dirijabil, și pune bazele fotogrammetriei aeriene.

În 1903, pentru transportarea camerelor de fotografiere aeriană erau folosiți porumbeii (invenția lui J. Neubronner în Germania).

În 1904 este realizată prima fotografie aeriană, folosită o rachetă, de către suedezul A. Maul, bazată pe dinamita descoperită de A. Nobel.

În 1909 este realizată prima fotografie din avion, la Centocelle, în Italia, de către unul dintre frații Wright, unul dintre inventatorii avionului (din 1903), împreună cu un ofițer italian.

În anul 1910 este fondată, la Viena, Societatea Internațională de Fotogrammetrie (ISPRS în prezent), ce organizează congrese periodice din 1913 (România este afiliată din 1930 când se publică în Buletinul Societății de Geografie un amplu material privind rolul fotografiilor aeriene în cercetarea geografică).

În anul 1911 este realizată prima fotografie din avion din România, la București, de către Aurel Vlaicu. În anul 1914 este fotografiat Bucureștiul, iar în 1916 se realizează fotografii în scop militar, în cadrul unei direcții speciale a armatei, numită “Serviciul Fotoaerian”.

Prima hartă întocmită pe baza fotografiilor aeriene datează din 1913 și a fost elaborată de Tardivo, în urma unui zbor în Libia .

Perioada celor două Războaie Mondiale a insemnat foarte mult pentru fotografia aeriană (aplicații strategice, cu arhive ale unor fotograme verticale păstrate până în prezent în Anglia, SUA, Olanda, Franța, Germania, etc. În 1918 existau peste 2000 de camere de fotografiere aeriană în Germania, iar în anul 1940 sunt realizate fotograme aeriene de la altitudini de peste 10 mii de metri.

Perioada interbelică, în special anii 30, este caracterizată prin apariția primelor aplicații civile ale fotografiilor aeriene în cercetările lor.

Dupa anul 1919, fotografierea aeriană devine și în România de interes civil (primele aplicații sunt legate de aerofotografierea orașelor și satelor).

În perioada de după cel de-al doilea Război Mondial, apar primele imagini de teledetecție satelitară, folosind alte tehnici decât fotografierea aeriană.

În 1946 se realizează prima fotografie extraatmosferică a Pământului, de pe racheta V2, capturată din Germania, în deșert, la White Sands, New Mexico, SUA.

În 1954 se obțin primele imagini de teledetecție cu sisteme radar lateral aeropurtat (ziua și noaptea).

În 1956 se obțin fotografii aeriene falscolor pentru identificarea vegetației și a culturilor agricole din SUA.

În anul 1962 se realizează o fotografie preluată de pe orbită de cosmonautul sovietic Titov, iar în 1964, astronautul G. Cooper obține fotografii color utilizabile.

Între anii 1968-1969 se fotografiază suprafața Lunii, alb-negru și color prin misiunile automate sovietice Zond, și cele americane pilotate Apollo.

În 1969, misiunea Apollo 9 realizează experimental primele imagini de teledetecție multispectrale prin camere cu mai multe filme spectrozonale.

În 1972 se lansează cu succes satelitul de teledetecție ERTS A, SUA, ce va deschide misiunea de teledetecție LANDSAT, cea mai longevivă misiune axată exclusiv pe obținerea de imagini satelitare de medie rezoluție spațială (15, 30, 60, 120 m, etc.). Până în prezent s-au plasat pe orbită șase sateliți, ce au oferit o arhivă impresionantă, de milioane de imagini.

În anii 1970 au fost lansate misiuni de teledetecție și explorare către Mercur, Marte, Venus și Jupiter.

În 1999, pe lângă lansarea ultimului satelit LANDSAT (L7, cu senzorii ETM+) este inițiată misiunea IKONOS, de 0,65 și 2,5 m

Fotografierea aeriană a teritoriului României în alb-negru s-a realizat în anii 1960-1965, iar în 2005 este încheiată aerofotografierea digitală și realizarea ortofotoplanurilor digitale color la rezoluția de 0,5 m.

Teledetecția se prezintă astăzi drept unul dintre cele mai dinamice sfere geotehnologice. Senzorii lansați până în prezent s-au perfecționat permanent, în direcția îmbunătățirii rezoluției spațiale, spectrale, si mai ales temporale. În ultimele două decenii, teledetecția a pătruns și mai mult în aplicațiile specifice SIG, prin diversificarea algoritmilor de procesare și analiză a imaginilor, implementați în pachetele software recunoscute de întreaga comunitate științifică.

Sisteme aeriene fără operator uman la bord (UAV)

Sateliții și navele spațiale fără oameni la bord au fost realizate în vederea observării Pământului din spațiu, cu transmiterea electronică a datelor, fiind lansate pe orbite sincronizate cu mișcarea aparentă a Soarelui sau cu rotația Pământului.

Platformele spațiale sincronizate cu Soarele sunt lansate pe orbite, în general circumpolare, la înălțimi cuprinse între 300 și 1500 km, deplasându-se cu fiecare rotație a Pământului, de la Est la Vest, astfel încât treaversarea ecuatorului are loc, întotdeauna, la același timp solar local. Dacă latitudinea se schimbă, înălțimea Soarelui în orice punct de pe suprafața Pământului se va schimba, se asemenea, însă longitudinea va rămâne aceeași, de fiecare dată când satelitul va trece deasupra aceleiași zone. Din această categorie de platforme fac parte sateliții meteorologici “Nimbus”, “Meteor”, “Cosmos” și sateliții pentru cercetarea resurselor terestre ERTS-Landsat, care sunt considerați a avea o durată de viață mai lungă.

Sateliții meteorologici cu orbita aproape polară pot asigura supravegherea întregii suprafețe a Pământului pe durata a 24 de ore, atunci când sunt echipați cu senzori care funcționează zi și noapte.

Prin drone, denumite și UAV (Unmanned Aerial Vehicles), se desemnează atât aeronavele care zboară fără pilot (UAS – Unmanned Aircraft Systems) cât și sistemele de zbor pilotate de la distanță (RPAS – Remotely piloted aircraft systems) care pot fi considerate o subcategorie a anterioarei. Un astfel de sistem de zbor se referă la întreg ansamblul format dintr-un cadru rigid (platformă de bază), sistem de propulsie, modul de comandă a zborului, sistem de navigație, sistem de alimentare cu energie, module de semnalizare și telemetrie, sistem de absorbție a vibrațiilor și stabilizare dinamică a camerelor foto/video sau altor tipuri de senzori etc.

Dronele pot fi împărțite în categorii în funcție de diferite considerente. După tipul general constructiv acestea pot fi cu aripă fixă, cu aripă mobilă, cu motoare rotative, mixte ori de tip aeronavă. Alte criterii utilizate sunt sursa de energie (petrol, baterii, solar), domeniul de aplicații (civil, militar, experimental) sau distanța pe care o pot parcurge fără realimentare (scurtă, medie, mare). Dronele cu elice propulsate de motoare rotative (4, 6, 8 sau chiar 12) sunt preferate în sectorul comercial datorită fiabilității și flexibilității lor, raportate la un cost de producție rezonabil. Astfel de echipamente, denumite generic multicoptere, sunt folosite, tot mai frecvent, și în arheologie.

Fig. 2. Părțile componente ale unei aeronave fără pilot la bord (de tip hexacopter)

Numărul de motoare este ales în baza unui raționament determinat de mai mulți factori. Un număr mai ridicat de motoare este indicat pentru sarcini utile mai mari, dar complexitatea și costurile cresc. Un alt factor important este redundanța10. Astfel, un sistem quadcopter (sistem de propulsie compus din 4 motoare și 4 elice) nu poate funcționa în cazul opririi unui motor sau ruperii uneia dintre elice.

Un sistem hexacopter are capacitatea, prin design-ul său, de a rămâne în aer în cazul unei defecțiuni la un element de propulsie (motor sau elice), cu condiția ca greutatea totală să nu depășească sarcina maximă admisă pentru numărul de elemente de propulsie rămase. Cu toate acestea, pilotarea unui hexacopter defect este foarte dificilă, acesta rotindu-se rapid în jurul axului vertical după oprirea unuia dintre motoare. Un nivel de redundanță mult mai bun este posibil pentru sistemele octocopter, la care este posibilă continuarea (aproape) normală a misiunii aeriene în cazul opririi unuia sau chiar a două dintre elementele de propulsie (motoare și/sau elice). Considerentele mai sus expuse par a favoriza sistemele multicopter cu un număr mai mare de elemente de propulsie, mai sigure și capabile a transporta sarcini utile mai mari.

Cu toate acestea, trebuie avută în vedere eficiența energetică mai redusă a sistemelor hexacopter și octocopter, în comparație cu sistemele quadcopter. Acesta este un factor critic, ce diminuează considerabil capacitatea de acoperire a unei suprafețe de teren în misiunile de arheologie aeriană. În plus, este dovedit că o proiectare riguroasă, o execuție precisă și un control minuțios al aeronavei radiocomandate înaintea fiecărei misiuni aeriene poate să elimine pericolul defectării elementelor de propulsie în aer. În timpul experimentelor realizate în cadrul proiectului, autorii au trecut progresiv de la testarea, în fazele inițiale de implementare a proiectului, a sistemelor octocopter și hexacopter, trecându-se apoi la utilizarea, aproape exclusivă, a unor platforme quadcopter, care corespund mult mai bine nevoilor concrete ale acestui proiect de cercetare.

UAV-urile sunt utilizate în peste 50 de țări, multe dintre acestea și l-au construit singure. Acestea sunt folosite în cadrul unor serii de misiuni care, incluzând misiunea de recunoaștere, au și rol de atac. Pentru ca o rachetă de croazieră să poată fi considerată UAV, este important să se facă distincția între acestea, deoarece UAV-urile reprezintă un ansamblu capabil de zbor controlat la un anumit nivel susținut și alimentat, așadar un sistem complex care presupune și alte elemente în afară de vehiculul aerian propriu-zis.

Deși principalul scop al utilizării acestui tip de sisteme îl constituie cel de informare, supraveghere și recunoaștere, rolurile lor s-au extins la domenii precum atac, misiuni de suprimare și distrugere al țintelor, apărare aeriană, comunicații, căutare, salvare și derivații ale acestora.

Inițial, UAV-urile au fost concepute având scop militar, însă cu timpul, aceste sisteme au ajuns să se adreseze unor domenii variate de cercetare, umanitare, comerciale, și, într-o măsură mai mică în transport.

Pe fondul tensiunilor militare si al progresului tehnologic, in timpul celui de-al Doilea Razboi Mondial, UAV-urile au cunoscut o evolutie rapidă si au început să fie folosite in scopul detectării aparatelor de zbor inamice și pentru misiuni de atac, Germania nazistă, construind mai multe tipuri de avioane. După perioada aceasta, au fost aplicate motoare cu reacție și companii precum Beechcraft au început conceperea unor modele proprii, cum ar fi Model 1001 în 1955 pentru marina Statelor Unite ale Americii. Insă era clar că erau mai mult decât avioane controlate de la distanță.

Statele Unite ale Americii, au inceput planificarea pentru utilizarea zborurilor fară pilot. In acest sens, UAV-urile au oferit posibilitatea deținerii unor arme de luptă, care să implice mai puține riscuri pentru echipajul uman. Generațiile inițiale au fost aeronave de supraveghere, însă unele precum General Atomics MQ-1 Predator echipate cu AGM-114 Hellfire, racheta aer-sol, au fost armate și cunoscute ca vehicule aeriene de luptă fără pilot.

Fig 3. Beechcraft Model 1001 (1955)

Sursa: en.wikipedia.org

Raportându-ne la domeniul de cercetare, UAV-urile se utilizează cu succes în domeniul teledetecției. Aparatele de zbor sunt echipate cu senzori din spectrul electromagnetic, senzori

biologici și chimici, camere care preiau imagini în spectrul vizual, inflarosu, inflarosu apropiat precum și sisteme radar. Senzorii biologici sunt capabili să detecteze prezența în aer a diferitelor microorganisme și a altor factori biologici. Pe de altă parte, senzorii chimici, utilizează spectroscopia laser pentru a analiza concetrațiile fiecărui element din aer. Imaginile pe care camerele cu care sunt echipate aceste vehicule aeriene contribuie la dezvoltarea unor aplicații de supraveghere cum ar fi monitorizarea unor areale protejate precum și a unor calamități.

Tot în ceea ce privește domeniul cercetării, se pot efectua pe baza lor studii geofizice, în special geomagnetice și în general pentru a efectua observații în situații care ar pune în pericol aparatele pilotate. Un astfel de exemplu este aparatul Aerosonde de 35 de km utilizat din 2006 de The Național Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), care poate zbura într-un urgana și comunica date aproape în timp real pentru Național Hurricane Center din Florida.

Fig. 4. Aerosonde UAV

Sursa: de.wikipedia.org

În afară de datele privind presiunea barometrică și datele de temperatură, aparatul fără operator uman la bord Aerosonde oferă pozibilitatea efectuării măsurătorilor mult mai aproape de suprafață.

Marea Britanie produce și ea, aparate concepute pentru cercetare științifică în climate severe cum ar fi Antarctica. În 2008, când Louisiana și Texas au fost lovite de uragane, s-au utilizat UAV-uri Scout Aeryon pentru efectuarea operațiunilor de căutare și salvare a persoanelor dispărute. Un UAV din aceeași categorie, este Predators care este echipat cu un senzor optic și unul de tip SAR (Synthetic Aperture Radar) capabil să furnizeze imagini fotogrametrice indiferent de condițiile meteorologice, zi și noapte în timp real. Imaginile preluate înainte și după furtună sunt comparate și analizate în scopul de a evidenția zonele afectate.

Fig. 5. Predator Unmanned Aerial Vehicle

Sursa: https://science.howstuffworks.com/predator.html

În România, TeamNet și AFT(Autonomous Flight Technology) au prezentat un UAV la expoziția Eurosatory 2012, detinat aplicațiilor militare și civile de recunoaștere fotografică, cautare-salvare și cartografiere, Hirrus.

Produs în întregime, în țara noastră, este de tip aripă zburătoare cu elice propulsive, antrenată de un motor electric cu posibilitatea asamblării în tandem unui al doilea motor pentru antrenarea unei elice tractive.

Fig. 6. Hirrus UAV

Sursa: https://www.rumaniamilitary.ro

Hirrus este lansat pe o rampă și recuperat cu ajutorul unei parașute. Are o sarcină utilă de până la 0.9 kg, sub forma unei platforme girostabilizate retractabile, o greutate totală de 7 kg și o rază de acțiune de 15 km-30km (în funcție de modul de control) și o altitudine maximă de zbor de până la 3000m. viteza de croazieră este de 90km/h cu un maxim de 130km/h și o autonomie de 180 de minute.

AFT (Autonomous Flight Technology) este cunoscută pentru avioanele tinta fără pilot Șoim 1 și Șoim 2 folosite atât pentru tractarea manșelor cât și ca tine propriu-zise pentru tragerile aeriene.

Fig. 7. Aeronava IAR – 99 Șoim

Principalele caracteristici tehnice ale avionului IAR-99 Soim : lungimea (fără tubul Pitot) – 11,01 m; anvergura -10,16 m; inălțimea – 3,898 m; masa avionului gol echipat -33.20 kg ; masa maximă la decolare: a) varianta lisă cu doi piloți – 4.600 kg si b) varianta de luptă cu container tun și patru suporți multipli cu 3 bombe (2 x 100 kg + 1 x 50 kg fiecare) – 5.850 kg; tracțiunea motorului în condiții standard -1.760 – 1.814 kgf.

Una dintre condițiile reușitei unei misiuni de aerofotografiere este obținerea unor imagini de cea mai bună calitate. Pentru aceasta au fost dezvoltate și implementate o serie de echipamente anexă integrate într-un sistem unitar care asigură respectarea cu strictețe a parametrilor planificați ai zborului de aerofotografiere.

Drona senseFly poate acoperi mai mulți kilometri pătrați într-un singur zbor decât orice dronă din această clasă de greutate, maximizand eficiența si ajutând la planificarea proiectelor. De asemenea,  include funcționalitatea RTK/PPK care poate fi activată la livrare sau ulterior, dacă este necesară. Oferă o precizie înaltă, care poate fi controlată fără a avea nevoie de puncte de control pe teren – pentru mai puțin timp necesar pe teren și mai mult timp pentru utilizarea datelor.

Fig. 8. Sistem UAV senseFly eBee Plus RTK

Sursa: http://www.cadsolutions.ro

Principalele caracteristici tehnice ale sistemului SENSEFLY EBEE PLUS RTK : anvergură aripi: 110 cm; greutate: 1.1 kg; motor: zgomot redus, electric, fără perii; raza conexiunii radio: 3 km nominal (pana la 8 km); aripi detasabile: Da; senzor (furnizat): senseFly S.O.D.A; senzori (opțional): Parrot Sequoia, thermoMAP; acoperire nominală: 2 la 120 m: 2.2 km2; Acoperire maxima: 40 km2; rezoluția pe teren (GSD): până la 1 cm/pixel; precizie absolută X, Y, Z (RTK/PPK activat sau GCP): Până la 3 cm/5 cm; Precizia absolută X, Y, Z (fără RTK/PPK, fără GCP): 1 – 5 m.

Sistemul eBee Plus oferă o cameră foto potrivită pentru fiecare aplicație, inclusiv senseFly S.O.D.A (furnizată), prima cameră proiectată pentru fotogrametrie aeriană fără pilot.

Este echipată cu un senzor pentru fiecare aplicație:

RGB profesional: măsurători/geospațial

Infraroșu termal: fotovoltaic/operațiuni de salvare/protecția mediului

Multispectral: agricultură/silvicultură/conservare

Geologia zonei

Localizare:

Cariera Mateiaș aparține comunei Valea Mare Pravăț, din județul Argeș. Comuna este alcătuită din satele Bilcești, Colnic, Fântânea, Gura Pravăț, Nămăești, Pietroasa, Șelari și Valea Mare Pravăț (reședința). Aceasta se află în zona montană din Nord-Estul județului Argeș, la Nord-Est de municipiul Câmpulung, pe cursul superior al râului Argeșel, la poalele Munților Iezer. Este străbătută de șoseaua națională DN73 care leagă Câmpulungul de Brașov. Lângă Valea Mare-Pravăț, din acest drum se ramifică șoseaua județeană DN72A, care duce spre sud-vest la Târgoviște pe valea Dâmboviței.

Se învecinează cu comuna Rucăr la Nord-Est, cu comuna Dragoslavele și comuna Stoenești la Est, cu comuna Mioarele la Sud, iar cu municipiul Câmpulung Muscel și comuna Lerești la Vest.

Fig. 9. Localizarea carierei de calcar de la Mateiaș

Sursa: https://www.google.com/maps

Formațiunile jurasice din împrejurimile Brașovului sunt depășite spre Sud de cele ale Jurasicului mediu, care atât în culoarul Dâmbovicioara, la Sud de pragul Branului, cât și în partea de Vest a masivului Bucegi, se astern peste șisturile cristaline. În partea meridională a culoarului Dâmbovicioara, între Rucăr și Câmpulung, formațiunile mediojurasice, a căror grosime scade treptat spre Sud, sunt depășite la rândul lor de formațiunile Jurasicului Superior (Dragoslavele și Mateiaș). Variații de grosime ale depozitelor mediojurasice, prin condensarea stratigrafică în ansamblu, sau prin reducerea pâmă la dispariție a unor termini, ca și unele variații de facies în intervalul Bathonian – Callovian, se fac remarcate și în sens transversal. Astfel, pe un profil NV – SE, pornind din versantul vestic al Pietrei Craiului, prin pârâul Coacăzei (la Nord de Șirnea), Cheia – Moeciul de Sus – Strunga – Valea Horoaba, până în Valea Ialomiței se disting două arii de acumulare mai importante, în care Bathonian – Callovianul inferior îmbracă faciesul marnelor cu posidonii ( versantul de Vest al Pietrei Craiului și sectorul Cheia în Valea Moeciului), și două arii de condensare stratigrafică cu Jurasic Mediu lacunar (partea axială a culoarului Dâmbovicioara și bazinul Văii Ialomița la Nord de Cheile Tătarului). Sectorul de acumulare de la Cheia – Moeciu se leagă probabil de cel de la Strunga – Tătaru – Cheile Zănoagei, unde formațiunile mediojurasice din partea de Vest a masivului Bucegi ating grosimea lor cea mai mare și reprezintă succesiunea cea mai completă. Se conturează astfel un golf ( golful Strunga). Aria de ridicare (paleo-Leaota) cuprinsă între golful Strunga și sectorul de acumulare corespunzător versantului de Vest al Pietrei Craiului, se suprapune pe actualul masiv al Leaotei (partea meridională).

Jurasicul Superior (eventual și Neocomianul Inferior) din același teritoriu atinge o grosime de zece ori mai mare (400 – 1200 m) și prezintă, în general, o dezvoltare mai uniformă. O variație de facies mai pregnantă se remarcă numai spre marginea externă a masivului Leaotei, și anume în partea de Nord a masivului Bucegi, unde succesiunea depozitelor neojurasice este mai condensată și îmbracă faciesuri pelagice (zona pre-Leaota).

Seria de Brașov

Succesiunea Jurasicului Mediu și Superior din seria de Brașov începe cu un nivel de gresii și microconglomerate cuarțitice (Bajocian Inferior) și cuprinde în partea terminală, acolo unde este completă, calcare able, recifogene, comparabile cu calcarele de Stramberg. Local, în intervalul Bathonian – Callovian Inferior (marne cu posidonii cefalopode) și cu răspândire mult mai largă în intervalul Callovian Mediu – Kimmeridgian ( calcare fin granulare cu jaspuri și radiolari, marne si calcare noduloase cu cefalopode), se întâlnesc faciesuri pelagice. Un character aproape general pentru zona Dâmbovicioara îl constituie condensarea stratigrafică a intervalului Callovian Mediu – Oxfordian, care are deseori numai câțiva metri grosime, rareori până la 10 metri, exceptional până la 30 m ( versantul Vestic al Pietrei Craiului). În contrast cu grosimea în general redusă a Jurasicului Mediu (exceptând versantul vestic al Pietrei Craiului. În contrast cu grosimea în general redusă a Jurasicului Mediu (exceptând versantul Vestic al Pietrei Craiului) și a Oxfordianului (1 – 10 m), se remarcă o puternică dezvoltare a Kimmeridgian – Titonicului, care atinge în culoarul Dâmbovicioara 1200 m grosime (Piatra Craiului), din care cea mai mare

Jurasicul Mediu – Oxfordian

În culoarul Dâmbovicioara, formațiunile mediojurasice și cele ale Oxfordianului, apar pe cele două flancuri ale culoarului, dar sunt în special bine dezvoltate pe flancul de Vest, unde grosimea lor atinge local 130 m (versantul Vestic al Pietrei Craiului). Pe flancul de Est, aceste formațiuni se urmăresc începând de la satul Cheia spre Sud, trecând prin curmătura Fundata, izvoarele văii Fundățica și Valea Prepeacului, până aproape de curmătura Ghimbavului. Alte aflorimente se găsesc în partea axială a culoarului (bazinul Pârâului Coacăzei la Nord de Șirnea, Valea Turcului, Valea Grădiștea la Vest de Fundata, la obâșia Văii Izvorului, la Sud de Muntele Giuvala).

Printre profilele cele mai instructive sunt de semnalat cele de la Gruiul Lupului, din cheile superioare ale Dâmboviței și de la Bârsa Tămașa pe flancul de Vest al culoarului, de la Cheia, din curmătura Fundata și din valea Fundățica pe flancul de Est.

Formațiunile Jurasicului din jurul Masivului Leaota

Cheia. Succesiunea cea mai completă a Jurasicului Mediu din culoarul Dâmbovicioara, deși relative condensată, se observă în împrejurimile cătunului Cheia. Această succesiune, care atinge 20 m grosime, cuprinde următorii termini:

Microconglomerate cuarțitice (50 cm), urmate de gresii cuarțitice alburii sau gălbui și de șisturi grezo – argiloase cenușii, cu patină de alterație, microdetritice și pseudo – suboolitice nisipoase, în parte subnoduloase, cu corali;

Marne puțin nisipoase și calcare marnoase cenușii sau ușor gălbui prin alterație (3 – 4 m); local, gresii fine calcaroase (1 m);

Calcare marnoase cenușii deschis, bogate în radiolari, pe alocuri stratificate în lespezi cu înveșlișuri de marnă verzuie, brun – negricioase, mai rar roșii, local substituite prin calcare subnoduloase – brecioase, cenușii deschis, cu accidente silicioase distribuite neregulat, cu stratificația uneori marcată prin benzi de marnă roșie (10 m).

Rocile cuarțitice ale primului termen sunt identice celor care constituie baza Bajocianului pe versantul vestic al Bucegilor; (Valea Răteiului, Pârâul lui Ștefănică); marnele și calcarele marnoase cenușii îmbracă același facies ca și stratele cu posidonii (Bathonian Superior – Callovian Inferior), dezvoltate pe versantul vestic al Pietrei Craiului; calcarele Callovianului Mediu din masivul Bucegi (Muntele Lespezi). Partea superioară a acestor din urmă calcare cuprinde, foarte probabil, Callovianul Superior și Oxfordianul, începând de la nivelul la care apar intercalații de marne și jaspuri roșii.

Curmătura Fundata și Valea Fundățica.

Mai departe spre Sud, în curmătura Fundata, bancul calcarenitelor cu corali, gros de 2 m și care în acest loc prezintă în bază un nivel microconglomeratic cu elemente bine rulate de cuarț, se așterne direct peste șisturile cristaline. Urmează deasupra marne verzui, pe 50 cm grosime vizibilă, comparabile cu cele ale Callovianului Mediu din masivul Bucegi, apoi calcare cenușii, în parte stratificate cu accidente silicioase (5 – 6 m în grosime). Urmează marne cenușiu – verzui și calcare marnoase cenușii deschis sau verzui, cu vine de calcit galbene și accidente silicioase, mai abundente spre partea superioară a succesiunii, care cuprinde și intercalații de jaspuri roșii (5 – 6 m grosime).

În culoarul Dâmbovicioara, Kimmeridgian – Titonicul este reprezentat de o masă impozantă de calcare de culoare deschisă, atingând 1200 m grosime (Piatra Craiului), de obicei cu dezvoltare masivă sau stratificate în bancuri groase. Local, partea inferioară, partea mijlocie (versantul Vestic al Pietrei Craiului, Prăpăstiile pe flancul extern al sinclinalului Pietrei Craiului) sau partea terminală (extremitatea de Nord a Pietrei Craiului) prezintă o stratificație mai deasă, sub formă de lespezi, având 10 – 30 cm grosime. Culoarea predominantă a acestor calcare este alb – cenușie, iar partea inferioară este reprezentată de calcare roșcate sau gălbui, mai rar de un roșu mai închis. În bază se întâlnesc, de asemenea, calcare cu structură subnoduloasă – brecioasă. Totuși, în cea mai mare parte a culoarului nu pot fi separate orizonturi cu răspândire mai largă.

Excepție fac partea de Vest și cea de Nord a Pietrei Craiului, unde se disting: un orizont inferior de calcare masive, un orizont mijlociu constituit din calcare stratificate în lespezi și bancuri, pe alocuri cu accidente silicioase, și un orizont superior de calcare masive cu corali și Ellipsactinia (Prăpăstiile, Muntele Velicanul).

Calcarele Kimmeridgian – Tithonicului prezintă o gamă variată de microfaciesuri. Cu toate că aceste calcare au o dezvoltare deseori masivă, totuși numai o parte restrână a lor îmbracă faciesuri recifogene (calcarenite, calcirudite, calcare construite sau biolite). Un profil mai complet și mai amănunțit, studiat sub raportul microfaciesurilor, este cel din Muntele Coza, pe flancul de Vest al sinclinalului Pietrei Craiului.

În partea centrală a culoarului Dâmbovicioara, între Muntele Giuvala la Nord, și Rucăr la Sud, calcarele criptocristaline au, de asemenea, o largă dezvoltare. La partea superioară a succesiunii cu aceste calcare se găsesc asociate sub formă de intercalații: biocalcarenite tipice si mai rar, calcirudite cu Trocholina alpina și T. Elongata. Microfauna conținută în calcarele neojurasice din culoarul Dâmbovicioara este în general săracă.

În cursul Kimmeridgian – Tithonicului, teritoriul corespunzător culoarului Dâmbovicioara a funcționat ca o platformă subsidentă (mai ales sectorul de Nord-Est), iar condițiile pentru dezvoltarea faciesurilor recifale și pararecifale nu au fost realizate decât în sectoare restrânse și cu caracter episodic.

Kimmeridgian – Tithonic

În partea de Vest a Masivului Bucegi, depozitele mediojurasice ale zonei Dâmbovicioara suportă o masă de calcare, care atinge 400 m grosime (Poiana Țapului din partea de Nord a Muntelui Grohotișu). Acolo unde Oxfordianul este dezvoltat sub facies calcaros, limita dintre Jurasicul Mediu – Jurasicul Superior coincide chiar cu baza acestei mase de calcare; în schimb, în sectoarele unde calcarele Oxfordiene sunt substituite prin radiolarite, baza calcarelor din acoperiș aparține Kimmeridgianului.

Calcarele Kimmeridgian – Tithonicului sunt de obicei albe saau albe – gălbui pe toată grosimea intervalului, dar în anumite sectoare partea inferioară a succesiunii comportă și calcare roșii (Cheile Peșterii, Poiana Țapului, Valea Gaura).

În intervalul Kimmeridgian – Tithonic nu se disting orizonturi cu dezvoltare mai constantă. În anumite sectoare, calcarele din întreg intervalul, începând chiar din bază, prezintă o dezvoltare masivă (Cheile Zănoagei, Muntele Tătaru, Poiana Țapului). În bază, acolo unde Oxfordianul este cuprins în orizontul jaspurilor cu radiolari (sau lipsește), se distinge un nivel subțire de calcare noduloase, subnoduloase sau brecioase cenușii, cenușiu – verzui sau roșii (Cheile Răteiului). Acest nivel bazal, de ocurență sporadică, conține cefalopode puțin abundente.

Limita Jurasic Superior – Neocomian

În tot teritoriul culoarului Dâmbovicioara, spre Nord, până în împrejurimile Brașovului, ca și în partea meridională a Masivului Bucegi (Muntele Lespezi), contactul dintre calcarele neojurasice și marnele neocomiene reprezintă o suprafață de discontinuitate litologică. Pe Dealul Sasului, în lungul vechiului drum de comerț care lega Brașovul cu Câmpulungul, suprafața calcarelor tithonice în contact cu depozitele hauterivianului prezintă caracterele unei suprafețe de indurație (hard – ground) cu perforații și șanțuri ramificate datorită acțiunii organismelor litofage, pe alocuri cu mici fisuri umplute cu calcar brun limonitic sau verzui, bogat în glauconit. Pe culmea Muntelui Lespezi, la contactul cu depozitele Hauterivianului, calcarele neojurasice sunt acoperite de o crustă subțire de limonit.

Lacuna care însoțește această discontinuitate îmbrățișează pe alocuri nu numai Berrisianul și Valanginianul, ci și Jurasicul Superior în mare parte (Muntele Lespezi) sau în totalitate (la Sud – Vest de Codlea). Atât pe Muntele Lespezi, cât și în împrejurările Codlei, depozitele Neocomianului se aștern cu discordanță peste formațiunile jurasice din culcuș; în schimb, în partea meridională a culoarului Dâmbovicioara, ele sunt concordante cu calcarele titonice (paraconcordanță).

De precizat este faptul că, în general, baza depozitelor hauteriviene nu conține material terigen sau fragmente de calcare jurasice, într-un singur loc pe versantul sudic al Dealului Sasului, au putut fi observate blocuri rotunjite de calcare albe, remaniate în depozitele marnoase ale hauterivianului, dar nu în bază, ci deasupra orizontului cu calcare glauconitice.

Monitorizarea excavațiilor de la cariera Mateiaș prin metode fotogrammetrice

5.1 Utilizarea hărților topografice în vederea obținerii modelului digital al terenului

Modelarea digitală a terenului este un set de tehnici prin care se obține un model numeric altitudinal (Digital Elevation Model, DEM). Însă, după cum este de așteptat, modelarea suprafeței terestre, reprezentarea sa într‐un spațiu virtual, comportă anumite probleme care țin de specificul suprafeței, în sine și de modul nostru de a o măsura. Modelele numerice altitudinale, o dată realizate, își găsesc utilitatea ca date de input pentru derivarea unor atribute topografice [Wilson, Gallant, 2000], a unor parametri geomorfometrici, a unor variabile morfometrice [Shary et al., 2002] sau a unor informații generale [Martinoni Daria, 2004] despre terenul respectiv.

Sursele de date altitudinale Sunt cele care provin din măsurarea altitudinii suprafeței terestre. În prezent există cinci surse principale de date altitudinale [Hengl et al., 2003]: ‐ ridicări topografice; ‐ aerofotograme; ‐ hărți, planuri topografice deja existente; ‐ scanare laser din avion; ‐ imagini satelitare sterescopice sau radar. Dintre acestea, datele furnizate de scanarea laser din avion prezintă cea mai mare acuratețe. De asemenea, se pot obține atât altitudinea suprafeței topografice, cât și cea a obiectelor de pe aceasta, clădiri, linii de înaltă   tensiune putându‐se astfel determina volumele obiectelor. Imaginile satelitare obținute prin intermediul radarului sunt a doua sursă foarte precisă.

Poate fi dat ca exemplu programul SRTM (Shuttle RADAR Topography Mission), care în februarie 2000 a determinat altitudinea pentru aproximativ 80% din suprafața terestră, furnizând astfel primul set global de date altitudinale, continue, la rezoluții spațiale bune: 1 arc‐secundă (aproximativ 30 m), disponibile gratuit pentru SUA și contra cost pentru restul lumii, distribuite de NASA, și 3 arc‐secunde (aproximativ 60 m la latitudinea României), disponibile gratuit pe site‐ ul USGS* . Versiunea actuală a acestor date oferă o acuratețe verticală de 20 metri și orizontală de 16 metri (față de 80 m acuratețea verticală a primelor versiuni..).

O sursă accesibilă, care furnizează datele de altitudine într‐o reprezentare spațială continuă o reprezintă DEM-urile, hărțile rezultate în urma ridicărilor topografice sunt o sursă mai accesibilă, însă au dezavantajul că suprafața terestră este reprezentată discontinuu, prin curbe de nivel și cote. Cu alte cuvinte altitudinea este măsurată în puncte de prelevare. Și, în plus, conțin deja o serie de erori de reprezentare a altitudinii, provenite fie din erori de măsurare, în etapa de ridicare topografică, sau din generalizarea suprafeței. Dar ca avantaj, oferă un control mai mare asupra modului de realizare a modelului, utilizatorul având la dispoziție algoritmi diferiți de interpolare și posibilitatea de a‐i modifica.

Parcursul tipic, urmărit și în lucrarea de față, de la harta topografică tipărită la modelul numeric altitudinal digital presupune: ‐  scanarea   și georeferențierea hărții topografice: rezultă   o imagine digitală   care însă   nu are nici o semnificație pentru modelarea terenului, fiind pur și simplu o fotografie; ‐ vectorizarea hărții scanate: rezultă o bază de date spațiale, cu elemente diferite: curbe de nivel, puncte cotate, rețea hidrografică, limite.

Nici acestea nu sunt încă modele numerice altitudinale, întrucât prezintă suprafața terestră fragmentat, cu valori de altitudine doar pe curbele de nivel și în punctele cotate; ‐ interpolarea punctelor de prelevare: în urma acestei operații se obține modelul numeric altitudinal, ca formă de reprezentare spațială continuă a topografiei.

Pentru generarea modelului digital al terenului din zona Mateiaș, am utilizat programul Autocad.

Un prim pas în acest sens a fost introducerea hărții georeferențiate, și crearea unui layer în care am digitizat curbele de nivel din zona de interes.

Georeferențierea presupune alinierea imaginii la un sistem de coordonate. Este etapa în care imaginea devine o formă   de date spațiale, întrucât acestea se caracterizează   prin raportarea la un sistem de coordonate, definit prin parametri precum proiecția  și punctul de origine (datum). Prima consecință a acestui fapt este că scara hărții devine variabilă, se poate naviga „deasupra” imaginii la „înălțimi” diferite, controlate prin factorul de zoom.

Această etapă presupune prelevarea tuturor punctelor necesare pentru elaborarea modelului, atât cele care definesc altitudinea (de pe curbele de nivel   și punctele cotate), cât  și cele care descriu morfologia (rețeaua hidrografică).

Operația se numește vectorizare pentru că se obțin date spațiale în format vectorial, adică definite prin puncte ale căror coordonate se raportează la sistemul de coordonate al hărții.

Fig 10. Curbele de nivel digitizate

Urmează atribuirea de cote pentru curbele de nivel digitizate.

Fig 10.1. Atribuirea cotelor

Pasul următor constă în generarea modelului digital al terenului, accesând opțiunea TopoLT, apoi alegem Model 3D și Creează model 3D.

Fig 10.1.2. Generarea modelului 3D

Selectăm toate curbele de nivel digitizate și apăsăm tasta Enter. Se va deschide o nouă fereastră, în care va apărea modelul 3D al terenului.

Fig. 10.2. Modelul 3D al terenului

5.2 Obținerea SRTM utilizând programul Global Mapper

Misiunea SRTM a fost realizată de NASA (National Aeronautics and Space Administration) în colaborare cu NGA (National Geospatial-Intelligence Agency), DLR (Deutsh L Remote) s, i ASI (Agencia Spatiale Italiana). Zborul care a dus la achiziționarea datelor SRTM, a avut loc în perioada 11-22 februarie 2000 Farr et al. [2007]. Instrumentul SRTM a fost un SIR (Spaceborne Imaging Radar), cu câte un receptor și doi transmițători pentru fiecare bandă RADAR C (5,6 cm) și X (3,1) Farr et al. [2007]. Antena emit,ătoare și receptoare au fost instalate pe corpul navetei Endeavour, iar o altă antenă receptor pe catarg (cu lungime de 60 m), pentru a forma un interferometru cu o bază de 60 m Rabus et al. [2003]. SIR-urile (Synthetic Aperture Radars) sunt instrumente cu viziune laterală și achiziționează datele de-a lungul unor amprente continue.

Acoperirea datelor SRTM nu este globală, ci acoperă doar zonele între 60° latitude nordică și 57° latitudine sudică. Ca acoperire, 99.96% din masa de uscat prognozată a fost achiziționată cel puțin o dată, 94.59% cel puțin de două ori, iar 50% cel puțin de trei ori sau mai mult, în cazul instrumentului operat de NASA în banda C, Farr et al. [2007]. Acest lucru a fost făcut pentru a reduce erorile introduse de umbra topografică. Instrumentul german în banda X a achiționat o suprafață mai mică, deoarece lățimea benzii de achiziție a fost mai mică, apărând astfel areale fără date, care la Ecuator au dimensiuni de 150×150 km, Rosen et al. [2001].

Datele SRTM3 disponibile la http://dds.cr.usgs.gov/srtm/ vor fi numite în continuare SRTM3 DDS, iar cele disponibile prin serviciul Earth Explorer vor fi numite SRTM3 USGS.

Datele SRTM3 DDS sunt în format .hgt arhivat .zip, iar datele SRTM3 USGS sunt în format .dt1 sau .bil arhivat .zip. Datele SRTM1 DLR sunt disponibile la https://centaurus.caf.dlr.de:8443/eoweb-ng/template/default/welcome/entryPage.vm în format .dt2 arhivat .zip. În 4 sunt reprezentate bucățile SRTM3 banda C NASA aferente teritoriului României și unei zone tampon de 20 km. În 6 sunt reprezentate bucățile SRTM1 banda X DLR aferente teritoriului României și unei zone tampon de 20 km. DLR distribuie prin serviciul EOWEB http://eoweb.dlr.de:8080/ și imaginile originale banda X în format CEOS.

Altitudinile sunt referențiate față de elipsoidul WGS84 căruia îi corespunde ca geoid Datele SRTM NASA banda C se prezintă sub forma a trei variante: • SRTM1: reprezintă datele cu rezolut, ia init, ială de 30 × 30 m, disponibile gratuit doar pentru teritoriul S.U.A; • SRTM3: reprezintă varianta agregată a lui SRTM1 la o rezolut, ie de 90 × 90 m, prin două metode; • SRTM30: reprezintă varianta agregată a datelor SRTM1 la o rezolut, ie de ∼ 1 × 1 km. Imaginile SRTM1 au 3601 linii s, i 6301 coloane, rezultând 12967201 pixeli cu latura de 0,000278 grade sexagesimale.

La Ecuator, în metri rezolut, ia corespunde la , la 45 la, iar la 80 de grade la. Imaginile SRTM1 DLR au 901 linii s, i 901 coloane, rezultând 811801 pixeli cu latura de 0,000278 grade sexagesimale. Imaginile SRTM3 DDS s, i USGS au 1201 linii s, i 1201 coloane, rezultând 1442401 pixeli cu latura de 0,000833333333000 grade sexagesimale Imaginile SRTM30 au IFSAR (Interferometry Synthetic Aperture Radar) este o tehnologie care utilizează instrumentele SAR Precizia verticală a datelor SRTM se poate estima prin comparat, ie cu ale modele altitudinale. În schimb rezolut, ia orizontală poate fi etimată doar prin comparat, ia cu alte surse SAR.

După descărcarea hărții SRTM, programul ne va oferi o vizualizare amănunțită a modelului 3D al terenului, putându-se observa diferența produsă în timp în perioada 1977 – 2014.

Pentru anul 1977 am utilizat harta topografică 1:25000, cu ajutorul căreia s-a obținut modelul digital al terenului, iar pentru anul 2014 avem harta SRTM, prin prelucrarea acesteia obținându-se modelul 3D al terenului. Prin suprapunerea celor două hărți vom obține modelul prezentat în imaginea de mai jos, observându-se diferența de cotă.

5.3. Utilizarea fotogrammetriei în vederea obținerii modelului digital al terenului

5.3.1. Realizarea ortofotoplanului digital și a modelului digital al terenului utilizând programul Agisoft PhotoScan Pro

Ortofotoplanul reprezintă o imagine, sau un set de imagini aeriene corectată/e geometric și radiometric, cu ajutorul căreia/cărora se poate crea o reprezentare a terenului la o scară uniformă. Acest lucru permite măsurarea distanțelor în plan. Corectarea constă în ortorectificarea imaginilor, și reprezintă un proces de transformare a acestora dintr-o proiecție centrală într-o proiecție ortogonală, înlăturând efectele distorsiunilor datorate mișcării senzorului, și pe cele provocate de relieful terenului. Corecțiile radiometrice sunt necesare pentru netezirea tonului sau a diferențelor de culoare din cadrul ortoimaginilor, avându-se în vedere îmbunătățirea calității și uniformizării tonalității grupului de imagini. Aceste corecții sunt necesare în cazul în care imaginile au fost preluate în condiții diferite.

Fig. 11. Corectarea radiometrică a unui grup de ortoimagini

Am realizat modelul digital al terenului, cu ajutorul programului Agisoft PhotoScan Pro.

Ȋn vederea realizării ortofotoplanului am parcurs următoarele etape:

5.3.1.1 Încărcarea și alinierea imaginilor

Pentru încărcarea imaginilor, am selectat opțiunea Add photos, din meniul Workflow.

Fig. 12. – Ȋncărcarea imaginilor în programul Agisoft PhotoScan

Pentru stabilirea sistemul de coordonate în care se lucrează am apăsat butonul Settings din meniul Reference și am ales opțiunea Dealul Piscului 1970.

Fig. 12.1. Stabilirea sistemului de coordonate

Înainte de a realiza alinierea imaginilor, este necesară înlăturarea imaginilor supraexpuse, subexpuse, înclinate sau trenate. Pentru efectuarea acestei etape se va face o verificare a tuturor imaginilor. În urma eliminării imaginilor eronate și a realizării alinierii, se obțin parametrii de orientare interioară, norul de puncte de legătură și poziția relativă a centrelor de perspectivă.

Pentru realizarea alinierii vom selecta din meniul Workflow opțiunea Align Photos. În fereastra afișată vom seta parametrii Accuracy, Pair preselection, Key point limit și Tie point limit.

Fig 12.1.1. Alinierea imaginilor

5.3.1.2 Introducerea punctelor de reper, marcarea și stabilirea punctelor de control și de verificare

Pentru a încărca fișierul ce conține coordonatele punctelor de reper vom selecta din panoul Reference butonul Import iar din noua fereastră deschisă vom alege fișierul dorit și apăsăm click stânga pe butonul OK.

Fig. 12.1.2. Stabilirea datelor pentru punctele de reper

Ȋn panoul Photos sunt indicate imaginile ce conțin marcaje ale punctelor de reper nepunctate prin simbolul:

Fig. 12.1.3. Indicarea imaginilor ce conțin marcaje nepunctate

Pentru o punctare corectă a reperilor de la sol vom deschide imaginile ce conțin marcajele acestora și vom redefini poziția marcajelor, dacă este cazul, prin deplasarea lor cu ajutorul cursorului.

Imaginile în cadrul cărora s-a realizat punctarea corectă a reperilor sunt evidențiate prin simbolul:

Figura 12.1.4. – Punctarea reperului

5.3.1.3 Generarea norului de puncte prin tehnica corelării pixelilor

Pentru generarea norului de puncte, din meniul Workflow vom selecta opțiunea Build Dense Cloud.

Figura 13 – Generarea norului dens de puncta

Pentru obținerea unei geometri cât mai precise și detaliate a terenului, vom selecta o valoare cât mai crescută a calității. În schimb, va crește semnificativ timpul de procesare.

Figura 13.1. – Norul de puncte

5.3.1.4 Clasificarea norului de puncte

Clasificarea este necesară în cazul în care dorim obținerea Modelului Digitial al Terenului, programul clasificând automat norul de puncte în clasele: teren, puncte neclasificate și zgomot (eroare).

Fig. 14. Clasificarea norului de puncte

5.3.1.6 Generarea ortofotoplanului

Pentru obținerea ortofotoplanului vom selecta opțiunea Export Orthophoto din meniul File și vom alege apoi formatul dorit.

Figura 14.1. – Accesarea ferestrei Export Orthophoto

Figura 14.1.1. – Ortofotoplanul realizat pe baza imaginilor preluate cu sistemul UAV senseFly eBee Plus RTK

5.3.1.7 Obținerea MDT

Fig. 15. – Modelul digital al terenului

5.4 Monitorizarea schimbărilor în plan și pe cotă

5.4.1 Monitorizarea schimbărilor în plan

Pentru a putea face o comparație în plan a schimbărilor între imaginile preluate cu drona (în anul 2014) și cele din ortofotoplan (anul 2005 și anul 2010) am introdus imaginile satelitare în programul Autocad, și am vectorizat perimetrul zonei de studiu, după cum se poate observa în imaginile prezentate mai jos:

Fig. 16. Imagine ortofotoplan reprezentând excavațiile din carieră în anul 2005

Am suprapus imaginile preluate din avion, vectorizând atât imaginea ce reprezintă excavațiile din anul 2005, cât și imaginea privind excavațiile din anul 2010, astfel încât se poate observa diferența în plan privind excavațiile în decursul acestei perioade.

Fig. 16.1. Imagine ortofotoplan reprezentând excavatiile în carieră în anul 2005 si 2010

De precizat este faptul ca între anii 2010 și 2014 nu se observă schimbări semnificative în plan, diferența majoră constituind-o schimbările care au avut loc între anii 2005 – 2010.

Pentru anul 2010 vectorizarea a fost efectuată utilizând o imagine ortofotoplan, iar pentru anul 2014 am utilizat o imagine preluată cu ajutorul dronei.

Fig. 16.2. Imagine ortofotoplan (2010)- Imagine dronă (2014)

5.4.2 Monitorizarea schimbărilor pe cotă

Global Mapper este mai mult decat un instrument de vizualizare, capabil sa afișeze cele mai uzuale seturi de date de tip raster, elevație sau vector. El convertește, editează, tiparește, creează track-uri GPS si va permite sa utilizați funcționalitatea GIS a seturilor de date, sub forma unui pachet software cu cost deosebit de scăzut și extrem de ușor de folosit.

Fișierele de date pot fi incărcate ca straturi, de exemplu un Model Digital de Elevație (Digital Elevation Model – DEM) poate fi incărcat împreună cu o hartă topografică scanată pentru a crea o reprezentare 3D cu lumini și umbre a hărții. O imagine digitală aeriană poate fi reprezentată impreună cu o hartă vectorială de contururi pentru a crea un grafic extrem de spectaculos.

Un prim pas este introducerea proiectului în programul Global Mapper:

Fig. 17. Inserarea proiectului în Global Mapper

După încărcarea proiectului în Global Mapper, se va deschide fișierul cu modelul digital al terenului, prezentat în imaginea de mai jos:

Fig. 17.1. Modelul digital al terenului încarcat în Global Mapper

Pasul următor constă în triangularea curbelor de nivel ce au cota în Global Mapper, după cum urmează:

Fig17.1.2. Triangularea curbelor de nivel

Se va genera modelul 3D al terenului, ceea ce oferă o vizualizare în ansamblu a permietrului studiat:

Fig. 17.2. Vizualizarea modelului 3D

Urmează încărcarea în Global Mapper a ortofotoplanului din dronă:

Fig. 17.3. Ortofotoplan din dronă

Draparea ortofotoplanului preluat din dronă peste modelul digital al terenului construit cu ajutorul hărții topografice:

Fig. 17.3.1. Draparea ortofotoplanului peste modelul digital al terenului

Următorul pas constă în descărcarea hărții SRTM:

Fig 17.3.2. Descărcarea hărții SRTM

Fig. 17.3.3 Diferența dintre harta topografică și SRTM

Fig. 17.3.4. Diferența pe secțiune dintre harta topografică și SRTM

În final, avem o vizualizare în perspectivă a celor trei modele utilizate: modelul rezultat pe baza hărții SRTM, modelul obținut prin prelucrarea hărții topografice și modelul obținut pe baza imaginii preluate din dronă.

Fig 17.3.5 Diferențele dintre cele trei modele utilizate

Concluzii

Utilizarea fotogrammetriei oferă un grad foarte înalt de precizie, deoarece imaginile pe care le utilizează sunt preluate cu camere fotogrammetrice de înaltă precizie, iar prelucrarea imaginilor se efectuează cu echipamente speciale, care includ în structura lor sisteme de calcul electronice;

Fotogrammetria asigură randament și productivitate foarte înaltă. Aceste aspecte sunt specificate în contextul că măsurătorile se efectuează pe imagini și nu pe obiectele și fenomenele existente în natură. De asemenea, fotogrammetria se remarcă prin culegerea sau preluarea de imagini într-un timp foarte scurt, imagini ale fenomenelor sau obiectelor care sunt investigate sau cercetate;

Utilizarea sistemelor UAV în realizarea Modelului Digital al Terenului duce la obținerea unor rezultate foarte bune, putând fi utilizate în special pentru zonele cu variații mici ale reliefului;

Hărțile topografice oferă informații cu privire la cotă, însă au o precizie foarte slabă a calității imaginilor

SRTM are avantajul descărcării foarte rapide a imaginilor, cu ajutorul programului Global Mapper, însă au o precizie foarte scăzută.

Utilizarea dronelor constituie cea mai bună metodă, deoarece oferă date mult mai precise. Dezavantajul utilizării dronelor îl constituie faptul că implică costuri mai ridicate de realizare a zborului, o durată mai lungă de timp precum și necesitatea unei aparaturi performante de prelucrare a datelor.

Bibliografie

Bogdan Andrei Mihai: Teledetecție (Vol. II) –“ Noțiuni și principii fundamentale”

Dan Patrulius, “Geologia masivului Bucegi și a culoarului Dămbovicioarei”

Dan Ștefan, Teledetecție și arheologie aeriană la medie și joasă altitudine pe Limes Transalutanus. Contribuții la dezvoltarea unei tehnologii inovative de patrimonializare

Dr. Ing. N. Zegheru : “Introducere în teledetecție”

Nache F., Stănescu R. A., Păunescu C., – The Processing Workflow Needed in Order to Obtain the Main Photogrammetric Products Used in Cadastre and Topography

Răducanu N., Răducanu D., 2004, Fotogrammetrie 3D, București. Editura Academiei Tehnice Militare.

Vorovencii I., 2010, Fotogrammetrie, București, Editura Matrix Rom;

Zăvoianu F., 2013, Fotogrammetrie digitală, note de curs

en.wikipedia.org

http://www.geomorphologyonline.com/students_materials/Teledetectie/2012_2013/lp02_srtm.pdf

http://www.geo-spatial.org

https://science.howstuffworks.com/predator.html

https://www.cugetliber.ro/

https://www.rqa.ro/globalmapper/

https://www.rumaniamilitary.ro

https://www.tde.ro/m/servicii_doc_24_fotogrammetrie-aeriana-si-terestra_pg_0.html

www.cugetliber.ro