REPREZENTAREA CARTOGRAFICA A GHETARULUI TOKOSITNA (ALASKA) CU AJUTORUL SISTEMELE INFORMATICE GEOGRAFICE [307288]

REPREZENTAREA CARTOGRAFICA A GHETARULUI TOKOSITNA (ALASKA) CU AJUTORUL SISTEMELE INFORMATICE GEOGRAFICE

Alina Maria STANCESCU Șef lucr. dr. ing. Mihai Valentin HERBEI

Universitatea de Științe Agricole și Medicină Veterinară a Banatului

"Regele Mihai I al României" [anonimizat], [anonimizat]. 119, Timișoara

REZUMAT

Proiectul de diploma intitulat “Reprezentarea cartografica a ghetarului Tokositna (Alaksa), cu ajutorul sistemelor informatice geografice” urmareste sa realizeze o cartografiere a acestui ghetar cu ajutorul tehnologiei GIS si a [anonimizat].

Informatii precise despre dimensiunile si distributia spatiala a [anonimizat]: [anonimizat], [anonimizat] a [anonimizat] a poluarii prin eliberarea de noxe odata cu topirea lor.

Datele utilizate constau în: imagini satelitare Landsat achiziționate pentru data de 07 Iulie 2009, cu ajutorul senzorilor ETM+ [anonimizat], un Model Digital de Elevație la 30 m rezoluție. Programele folosite pentru prelucrarea datelor sunt: eCognition 8.7 și ArcMap 10.4.1. Indicele Normalizat de Diferențiere pentru Zapadă (NDSI) a [anonimizat] a ghetarului.

INTRODUCERE

Scopul și motivația

Datorita importantei deosebite a cunoasterii dimensiunilor si a [anonimizat].

Scopul studiului este reprezentarea cartografica a [anonimizat] a teledetectiei .

Obiectivele lucrarii sunt urmatoarele:

– [anonimizat]-ului

– calcularea Indicelui Normalizat de Diferențiere pentru Zapadă (NDSI)

– calcularea Indicelui RATIO(SWIR /R)

– [anonimizat] (segmentarea arealului studiat)

–

– reprezentarea cartografica a ghetarului

Structura lucrării

Proiectul de fata este structurat în următoarele capitole de bază: [anonimizat], Harta ghetarului.

Capitolele adiționale care întregesc proiectul sunt: Rezumatul, Introducerea, Concluziile, Bibliografia.

În Capitolul I [anonimizat] a fi cartografiat.

În Capitolul II sunt prezentate metodele de achizitie a datelor ce vor fi utilizate( [anonimizat]) [anonimizat]-ul, [anonimizat], [anonimizat].

În Capitolul III este prezentata modul de realizare a [anonimizat] a ghetarului.

Importanța lucrării

"Anual, Pământul pierde o cantitate imensă de gheață”( 150 de miliarde de tone de gheață dispar anual, crescând cu 4 milimetri nivelul oceanului planetar), iar cunoasterea schimbarilor de volum si a migrarii dimanicii „ne vor ajuta să răspundem la întrebări importante ce se referă la creșterea nivelului oceanului planetar și la modul în care regiunile reci ale planetei reacționează la schimbările climatice"( John Wahr)

CAPITOLUL I: MORFOLOGIA GHETARILOR

Definitia ghetarilor

Nu exista o definitie concreta a unui ghetar. Definitia ghetarilor variaza de la autor la autor, însă toate menționează ca aceștia sunt entități formate din gheață.

In continuare o sa va prezint cateva definitii ale ghetarilor:

Dupa Ielenicz : „Un ghețar este o masă de gheața acumultă în cantități importante în bazinele văilor și pe platouri în regiunile montane alpine, deasupra limitei zăpezilor veșnice din regiunile intretropicale și temperate precum și din munți până la ocean în regiunile polare arctice și antarctice”

După Whittow: „Un ghețar este un corp extins de gheață pe uscat ce expune în mod evident o mișcare în josul pantei sub influența gravitației și care s-a format prin recristalizarea névé-ului sau firnului”

Pentru Sharp: „Un ghețar este un corp natural de gheața ce sufera o mișcare prin care are loc tranferul de gheața din zona de acumulare în cea de ablație”, (Urdea, 2005).

Dupa Grecu: „Ghetarul reprezinta un volum de gheață, de dimensiuni variate, format din acumularea și transformarea zăpezii în frin și apoi în gheață prin tasare, topire parțială și îngheț sau reînghet” (Grecu, 1997).

Formarea ghetarilor

Ghețarii se formează în regiuni unde ninge tot timpul anului și masa mare de zăpadă rezultată nu se poate topi. Astfel, datorita acumularii unei cantitati suficient de mare de zapada, apare un fenomen de metamorfozare a zapezii. Prin acest fenomen de transformarea, zapada proaspat cazuta este afânată cu cristale mici de gheață și goluri mici de aer, dar straturile mai profunde sunt comprimate de greutatea straturilor superficiale de zăpadă.

Astfel, prin repetarea acestei transformari in perioade lungi de timp, masa de zăpadă, căreia i se adaugă continuu alte straturi, suferă o transformare lentă devenind progresiv mai densă, cu cristale mai mari de gheață. Comprimarea continua a straturilor inferioare produce o mărire mai accentuată a densității, producand structura caracteristică a ghețarului. Ajunsa la o anumită masă critică, va începe să se deplaseze lent, dar semnificativ în timp. Datorita acestor migrari lente dar continue si sub acțiunea greutății imense a ghetarului insusi, apar fisuri sau crăpături profunde în propria sa structură.

Viteza de deplasare a ghetarului este determinata de catre structura topografică a reliefului și forma ghețarului. Dacă panta este suficient de accentuată, apare o așa-numită limbă a ghețarului, ceea ce determină "curgerea" sau alunecarea sa. În decursul “curgerii”, ghețarul exercită o puternică acțiune de eroziune asupra formei de relief pe care o străbate, ingloband treptat in structura lui fragmente de roci. Aceste fragmente de roci care devin parte din ghetar poarta numele de morene.

Procesul de încălzire a climei Pământului din actuala epocă istorică a contribuit mult la reducerea numărului și masei ghețarilor.

Caracteriticile ghetarilor

Gheața pură apartinand unui ghețar fără incluziuni este alcătuită din straturi subțiri de câțiva centimetri de gheață transparentă. Când cristalele de gheață nu-și schimbă poziția un timp îndelungat, ghețarul își păstrează structura grunjoasă inițială.

Densitatea ghețarilor poate atinge valori până la 0,918 g/cm³. Datorita comprimarii continue sub actiunea propriei greutati, in ghetar se reduc globurile de aer din gheata, acesta determinand o reflectanta doar a culorii albastre, culoarea perceputa de ochiul uman. Fiecare ghețar are o zonă de alimentare acolo unde se acumulează gheața, de unde se va deplasa sub formă de limba ghețarului spre văi mai adânci cu o temperatură a aerului mai ridicată unde se topește (poarta ghețarului), iar torentul de apă provenit din topirea gheții este numit laptele ghețarului.
Ghetarii se intalnesc frecvent la latitudini mai mari de 600, la care se adauga petece pe unele creste alpine dezvoltate in zonele temperate si in zona calda (ex. in Anzi, Kenya etc.). Spre exemplu, in zona ecuatoriala limita altitudinala se afla intre 4600 si 5000 m, la tropice depaseste 5000 m, in zonele temperate se afla la 3000 m (in cea nordica) si 1500 (in cea sudica), la Cercul polar in jur de 1000 m de unde scade treptat la 500 m.

Diversele estimari privind suprafata totala actuala acoperita de ghetari variaza intre 14,5 si 16,5 mil. km2(frecvent este indicata valoarea de 15.861.766 km2). Dupa V.M. Kotleakov, 1984, ei reprezinta in Antarctica-13.979.000 km2, in Arctica (calota si ghetarii din insule)-2.044.250 km2, Europa-19.180 km2, Asia-118.355 km2, America de Nord – 123.700 km2, America de Sud-32.300 km2, Africa si Oceania-845 km2.

In aceste valori sunt inclusi atat ghetarii care se intind pe suprafata uscatului sub forma de platose intinse (calote glaciare) sau ghetari montani, dar si masa de gheata care se formeaza din apa marilor situate la latitudini foarte mari (ex. packul arctic, banchiza antarctica etc.).

Părțile componente ale ghetarilor

Ghețarii se caracterizează in principal prin prezența următoarelor părții componete(fig 1)׃

Zona de acumulare- este reprezentată de partea superioară a ghețarului, prezentată sub forme variate(dom, platou, vale înaltă sau de cuvetă). Poartă denumirea de câmp de frin(névé) datorită procesului de transformare a zăpezii în frin și apoi în gheață prin tasare și recristalizare.

Pragul glaciar- reprezintă trecerea dintre zona de acumulare și cea de ablație și locul unde se formează cascada de gheață, de asemenea prezintă crevase.

Zona de ablație- numită și de topire, este situată în aval față de zona de acumulare si este mai întinsă decât aceasta cât și mai intensă. Între cele două zone se află linia de echilibru în care bilanțul glaciar este nul (Grecu, 1997).

Fruntea ghețarului- este rezultatul proceselor de înaintare/retragere a ghețarului, din cauza dinamicii și a bilanțului glaciar, astfel reprezintă partea terminală dinspre aval al ghețarului.

Morenele- reprezinta ”masa de material detritic transportat de ghețar”, acestea variază în funcție de dimensiune cât și după poziția față de masa de gheața, astfel realizându-se clasificarea urmatoare׃ morene subglaciare (de fund) întalnite la contactul cu roca in situ; morene supraglaciare (de suprafață) care provin în urma dizlocărilor de pe pereții văii glaciare; morene intraglaciare (interne) (Rădoane et al., 2001).

Fig 1: Partile componente ale ghetarilor

Clasificarea ghetarilor

Clasificarea ghețarilor a reprezentat o problemă in principal din cauza gradului de complexitate, însă cea mai simplă, utilizată și folosită este aceea ce cuprinde ghețarii de calota (continentali) și cei montani (locali), si se realizeaza dupa urmatoarele criterii:

Criteriul termic

Aceasta clasificare ține cont de poziția pe glob a ghețarilor, astfel întalnindu-se ghețarii calzi sau temeperați, de tranziție și ghețarii reci sau polari.

În cazul ghețarilor din regiunea temperată, temperatura de la bază este mai coborată decât cea de la suprafață, este favorizată creșterea în volum a ghețarului cât și potențialul eroziv.

Ghețarii din regiunile reci se caracterizează pintr-o transformare lentă a zăpezii în frin, frin care acoperă în cantități mari suprafața ghețarilor.

Criteriul dinamic

În această clasificare se ține cont de stadiul de evoluție al ghețarului în sens descrescător, astfel existând׃

ghețarii activi ce corespund stadiului de tinerețe,

ghețarii pasivi, adică cei în stadiul de maturitate

ghețarii morți care sunt resturi ale unor ghețari activi sau pasivi, singura activitate desfașurată de ei se reduce la mișcarea realizată de apa furnizată prin topire.

Ghețarii activi se întâlnesc în zonele cu precipitații solide, sunt acei ghețari care datorită mișcării rapide asigură deplasarea sfărâmăturilor rezultate din eroziune. În comparație cu ghețarii activi, cei pasivi se scurg încet și sunt mai puțin grosi iar datorită bilanțului negativ are loc transformarea în ghețari morți.

Criteriul morfologic

În general, clasificarea morfologica pune accentul pe condițiile fizico-geografice în care ghețarul se dezvoltă cât și pe dimensiunile acestuia. Tipurile reprezentative și bine cunoscute, specifice acestui criteriu sunt׃ ghețarii de circ, ghețarii de vale, ghețarii de piemont și calotele de munte(fig.2).

Fig.1 Reprezentarea schematică a principalelor tipuri de ghețar (Urdea, 2005)

Tipuri de ghetari

Ghețarii de circ(suspendați)

Se întâlnesc în zonele depresionare, fiind dominați de pereți stâncoși și având o dispunere circulară. O etapă timpurie în dezvoltarea ghețarului de circ este reperezentată de ghețarii de nișă, forme izolate de gheațari ce se formează pe pante abrupte (fig 3).

Fig 3: Ghetar suspendat

Ghețarii de vale

Și-au avut originea fie în ghețarii de circ fie în cei de platou si sunt delimitați de spații extinse care alimentează masa ghețarului cu zăpadă, frin, gheață. O caracteristică aparte, specifică acestui tip de ghețar este rimaya, ea reprezintă de o zonă de separație dintre rocă si gheață.

Cei mai bine cunoscuți ghețari se găsesc în Alpi (Mer de Glace, Hintereisfernu, Aletsch), aceștia sunt compuși deoarece se formează prin alăturarea mai multor circuri și se identifică sub numele de ghețari de tip alpin. Același mod de formare este întâlnit și în cazul ghețarului de tip himalayan doar că dimensiunile acestuia sunt mult mai impresionante.

Unii ghețari de vale se pot afla în cratere vulcanice și sunt întâlniți sub numele de kilamandjara (ghețarii Shira, Kibo, Lewis, Diamond și Cesar din Africa). (fig.4)

Fig. 4 Ghetar de vale

Ghețarii de piemond

Este un ghețar compus, specific zonei montane din Alaska unde există o mare alimentare cu zăpadă, aici se întâlnește cel mai reprezentativ ghețar pentru acest tip, Malaspina. Se caracterizează prin gheața ce se scurge prin văi care la baza muntelui se unesc sub forma unei trene arcuite. (fig. 5)

Fig 5 Ghetar de piedmont

Calotele de munte

Este specific reliefului din Norvegia, de unde îi vine numele de ghețar de tip norvegian. Au aspect de paltoșă din care se desprind limbi scute care se scurg spre fiorduri (ghețarul Jostedals)(Grecu, 1997). (fig. 6).

Fig 6 Ghetar tip calotele de munte

Topirea ghetarilor in contextul incalzirii globale

Încălzirea globală este fenomenul de creștere a temperaturilor medii înregistrate ale atmosferei în imediata apropiere a solului, precum și a oceanelor (http://ro.wikipedia.org). Astfel chiar dacă sistemul glaciar este complex, variat și bine studiat, efectele încalzirii globale provoacă o pierdere semnificativă a masei ghețarului din munții înalți de pretudindeni din lume.

Majoritatea ghețarilor montani pierd din masă ca răspuns la schimbările climatice. De la începutul aniilor 1980, rata de gheață pe care ghețatarii o pierd a crescut substanțial în multe regiuni în conformitate cu creșterile de temperatură ce au loc la nivel mondial. Având în vedere rata curentă de topire a ghețarilor, aceștia ar putea disparea, în contradicție cu unele regiuni în care masa de gheață este în creștere.

După cum este cunoscut, ghețarii formează acumulări de zapadă și gheață, care datorită forței gravitaționale se mișcă și astfel, volumul crește sau scade ca rezultat al schimbului de masa și energie. O metodă care ajută la stabilirea schimbărilor climatice pe care ghețarii le suferă este reprezentat de studierea balanței de masă a acestuia(fig.7). Prin figura7 se ilustrează pierderea în masă a ghețarilor din șapte zone de pe glob, îngrijorătoare este pierderea majoră din ultimul deceniu (Kaltenborn et al., 2010).

Din cauza fluctuațiilor glaciare, a răspunsurilor dinamicii cirosferei la schimbările climatice și a activitațiilor umane care cresc în unele zonele se provoacă hazarde ce amenință viețiile oamenilor, așezările și infrastructurile din regiunile cu munți înalți. Cele mai frecvente hazarde provocate de ghețarii montani sunt inundațiile și avalanșele(Kargel et al., 2005).

Fig.7 Balanța de masă a ghețarilor din șapte regiuni din lume (Kaltenborn et al., 2010)

Ghetarul Tokositna, Parcul National Denali, Alaska

Parcul National Denali din Alaska este un vast areal de conservare cu rang de rezervatie a biosferei, a carui suprafata depaseste 24.000 kmp. Aici se gaseste cel mai inalt munte din America de Nord, McKinley, un colos abrupt, ale carui creste acoperite de gheata si zapada se inalta pana la 6.200 m. Impozantul munte incoroneaza cei 1.000 km ai lantului montan care strabate Alaska si care actioneaza ca un adevarat baraj in calea maselor de aer umed care vin dinspre Oceanul Pacific.

Ghetarul Tokositna (fig 8, fig 9) este un ghetar de vale, localizat in Matanuska-Susitna Borough, Alaska, US, in Parcul National Denali. Ghetarul studiat are lungime maxima de 44019 m si urmatoarele coordonate: 62°50′07″ latitudine Nordica si 150°51′36″ longitutidine Vestica. Suprafata ghetarului este de 204 kmp, cu o inaltime maxima de 4334 m, inaltime minima de 261 m, si cu o panta maxima de 16°.

Originea ghetarul Tokositna consta in doua brate principale in partea de Esta Muntelui Hunter, deplasandu-se inspre Est pana cand bratele principale se unesc, apoi schimband directia spre Sud.

Ghetarul Tokositna este principal sursa de apa a raului care poarta acelasi nume.

Fig 8 Ghetarul Tokositna, Parcul National Denali Alaska

Fig 9 Harta reprezentand limita ghetarului (obtinuta cu ajutorul ASTER-DEM rezolutie la 30 m si date GLIMS)

CAPITOLUL II: ACHIZIȚIA SI PRELUCRAREA DATELOR GIS

Sistemul de referință WGS84

Sistemele de poziționare globală sunt sisteme datorită cărora, pornind de la pozițiile mobile de-a lungul orbitelor a sateliților, poate fi determinată poziția punctelor aflate în oricare parte a Terrei. Sistemul de referință trebuie de aceea sa fie geocentric, unic pentru tot globul și fix cu privire la mișcarea Pământului. Sistemul adoptat pentru măsurătorile GNSS este sistemul conform WGS’84 (Sistemul geodezic mondial 1984). Poziția sateliților de-a lungul orbitei lor cât și poziția punctelor de pe suprafața terestră determinate cu ajutorul sateliților este dată de cele trei coordonate ortogonale X, Y, Z raportate la originea unui sistem ce este descris în continuare (Figura 2.1).

Axa Z a acestui sistem este paralelă cu direcția polului terestru (CTP) definit în 1984 de Bureau International de l’Heure (BIH acum IRS). Axa X este definită de intersecția planului meridianului de referință la WGS’84 cu planul ecuatorului conform polului terestru.

Meridianul de referință este paralel cu meridianul zero definit de BIH. Axa Y este situată pe planul ecuatorial și este perpendiculară pe axa X. Valorile coordonatelor cresc de la stânga la dreapta. La acest sistem de coordonate caracteristic măsurătorilor satelitara este asociat un elipsoid (elipsoidul GRS80) având aceeași origine cu sistemul cartezian. Coordonatele X și Y din sistem GPS pot fi ușor transformate în coordonate geografice (latitudine și longitudine) raportate la un elipsoid. Cotele furnizate de receptorii GPS sunt și ele raportate la suprafața elipsoidului prezentat anterior. (Herbei, 2015)

Centrul de masa al Terrei

Meridianul zero

O

YWGS84

XWGS84

(sursa: www.geo-spatial.org) fig 2.1. Sistemul de referință WGS84

GIS (SISTEMELE INFORMATIONALE GEOGRAFICE)

Istoricul GIS

Ceea ce reprezintă astăzi domeniul GIS are o istorie destul de recentă, ale cărei începuturi pot fi localizate în jurul anilor `60, odată cu aplicarea tehnicii de calcul în realizarea unor hărți simple. Aceste hărți puteau fi codificate și stocate în calculator, modificate atunci când era necesar și vizualizate, fie prin afișare pe ecran, fie prin plottare pe hârtie. Hărțile de la începuturile acestei cartografieri computerizate nu conțineau mai mult decât puncte, linii drepte (vectori) și text.

Definiția acestor elemente grafice includea o locație exprimată printr-o pereche (sau în cazul unui vector două perechi) de coordonate. Plecând de la aceste elemente putea fi construită o grafică mult mai complexă. Astfel, liniile neregulate ale râurilor sau țărmurilor puteau fi aproximate printr-o succesiune de mici elemente vectoriale. Odată cu descoperirea avantajelor acestei simple aplicații, cercetătorii au realizat, de asemenea, că foarte multe probleme geografice reclamau colectarea și analiza unei cantități însemnate de informații care nu erau cartografice.

Conceptul de GIS apare pentru prima dată, pe continentul nord – american (Canada și Statele Unite), în urmă cu mai bine de 35 de ani. Primul GIS este cel dezvoltat de canadieni la mijlocul anilor `60, în cadrul unei operații de inventariere a resurselor naturale.

Realizat la o scară foarte largă și cunoscând o continuă perfecționare de-a lungul anilor,Canada Geographic Information System (CGIS) se află și astăzi în funcțiune. Dezvoltarea sa a adus numeroase contribuții conceptuale și tehnice la evoluția generală a sistemelor informatice geografice. Iată doar câteva dintre ideile inovatoare introduse de acest sistem:

utilizarea scanării unor suprafețe cu o mare densitate de obiecte – hărțile sunt retipărite în acest scop printr-un proces asemănător digitizării;

vectorizarea imaginilor scanate;

partiționarea geografică a datelor pe straturi tematice;

utilizarea sistemului de coordonate absolut pentru întreg teritoriu, cu o precizie

ajustabilă la rezoluția datelor;

precizia numerică poate fi setată de administratorul sistemului și schimbată de la un strat la altul;

separarea datelor în fișiere atribut și fișiere de locații;

conceptul de tabel de atribute.

2.2.2. Conceptul de GIS

Sistemul reprezintă un ansamblu de elemente interconectate care acționează împreună în scopul realizării unui anumit obiectiv. Pentru a înțelege cum funcționează un sistem vom prezenta câteva caracteristici generale ale sistemului:

are un obiectiv – orice sistem are un scop sau un obiectiv, care în cadrul sistemului, poate fi mai greu sau mai ușor de constatat și definit;

este un ansamblu – orice sistem se compune din cel puțin 2 elemente distincte; fiecare din aceste componente are un rol definit in atingerea obiectivului sistemului;

interconexiunea – pentru ca elementele componente (cel puțin 2) să poată conlucra, trebuie sa fie legate între ele; legăturile dintre ele se numesc conexiuni; scopul acestei legături este transmis rezultatelor funcțiilor sale;

prelucrarea – în orice sistem se realizează o anumită transformare a unui subiect oarecare (interior sau pătruns din exterior) supus prelucrării; aproape orice sistem primește ceva – informație sau energie – de la mediul exterior sistemului si transmite altceva mediului in care se găsește sistemul;

intrare / ieșire – orice sistem are o intrare prin care primește semnale de la mediu si o ieșire prin care transmite semnale mediului, mediul fiind ceea ce nu aparține sistemului, sau în afara sistemului;

subsisteme – orice element al unui sistem poate fi la rândul său sistem, situație în care îl denumim subsistem;

limitat – orice sistem este în primul rând limitat in spațiu (are un început și sfârșit) și are limite în timp (orice sistem se naște, se dezvoltă, se degradează și moare);

homeostaza – reprezintă proprietatea unui sistem de a-și menține starea de funcționare în limitele atingerii obiectivelor sale (capacitatea sistemului) și de a-și modifica parametrii de funcționare.

Sistemul Informațional al unei activități constituie ansamblul:

informațiilor;

surselor;

nivelelor consumatoare;

canalelor de circulație;

procedurilor;

mijloacelor de tratare a informațiilor din cadrul respectivei activități.

Orice activitate specifică are un sistem informațional specific. Acesta trebuie să asigure informații complete în cantitate suficientă, corecte și la nivelul de operativitate cerut de nivelele consumatoare. Elementul care a determinat saltul calitativ al sistemelor informaționale antropice s-a datorat dezvoltării și perfecționărilor procedurilor de prelucrare și automatizare a datelor. Astfel au apărut sistemele informatice ce reprezintă partea automatizată cu ajutorul calculatorului în cadrul unui sistem informațional și permite combinarea de informații de diferite tipuri (cifre, imagini, hărți etc.), componente hardware și software, toate aflate sub directa coordonare și determinare a componentei umane.

Un GIS este un ansamblu tehnic și organizatoric de persoane, echipamente (hardware), programe (software), algoritmi și proceduri (metode) care asigură prelucrarea, gestiunea, manipularea, analiza, modelarea și vizualizarea datelor spațiale în scopul rezolvării unor probleme complexe de planificare și management a teritoriului.

GIS reprezintă sistemul informatic care cuplează o bază de date ce operează cu obiectegeometrice (spațiale) cu o bază de date care operează cu atribute ale informației conținută în prima baza de date.

Un GIS este un sistem informatic capabil să dețină și să utilizeze date care descriu locuri de pe suprafața Pământului. Este un puternic set de instrumente pentru culegerea, salvarea, transformarea și vizualizarea datelor spațiale ale lumii reale.

GIS este un pachet de programe care:

prelucrează informația geografică conținută în hărți, tratată sub aspectele:

spațiale;

economic;

juridic;

cuplează baze de date tabelare (SGBD) la informația grafică;

asigura module pentru :

editare hărți;

interogări în funcție de criterii multiple;

selectare grafică;

legături cu mai multe baze de date;

dezvoltare de aplicații proprii care includ facilități GIS.

Un GIS este un ansamblu de persoane, echipamente, programe, metode și norme (reguli) având ca scop culegerea, validarea, stocarea, analiza și vizualizarea datelor geografice. (Herbei, 2010)(fig 2.2).

Fig. 2.2. Modul de realizare a unui G.I.S

2.2.3. Componentele sistemului GIS

Un GIS poate fi definit ca fiind un ansamblu tehnic și organizatoric de persoane, instrumente hardware, instrumente software, algoritmi și metode sau proceduri prin care se asigură prelucrarea, gestiunea, manipularea, analiza, modelarea și vizualizarea datelor spațiale în scopul rezolvării unor probleme complexe de planificare și management a teritoriului.

Un GIS are capacitatea de memorare a datelor care au o referință geografică.

Un GIS stochează detaliile topografice din teren și atributele acestora.

Un GIS este un sistem informatic care cuplează o bază de date ce operează cu obiecte geometrice (spațiale) cu o bază de date care operează cu atribute ale informației conținută în prima baza de date.GIS reprezintă un sistem informatic care este capabil să dețină și să utilizeze date care descriu locuri de pe suprafața Pământului (date geografice).Un GIS este un puternic set de instrumente având ca scop culegerea, înregistrarea, transformarea și vizualizarea datelor spațialeale lumii reale.

Un Sistem Informatic Geografic este un pachet de programe care:

prelucrează informația geografică conținută în hărți, tratată sub aspectele: spațiale, economic; juridic;

cuplează baze de date tabelare (SGBD) la informația grafică;

asigura module pentru :

editare hărți;interogări în funcție de criterii multiple;

selectare grafică;legături cu mai multe baze de date;

dezvoltare de aplicații proprii care includ facilități GIS

Sistemele Informatice Geografice – GIS nu trebuie privite ca sisteme pur hardware, ele fiind un ansamblu constituit din(fig. 2.3):

Proceduri/Metode – procesele si programele utilizate pentru atingerea scopurilor dorite;

Hardware – componentele fizice pe care va rula sistemul;

Software – nucleul sistemului GIS;

Date – informațiile necesare care stau la baza aplicației ;

Utilizatorii sistemului

(sursa:www.enggpedia.com) Fig. 2.3. Componentele unui GIS

Componenta hardware

Pachetele de programe GIS rulează pe o gamă largă de echipamente, de la servere centrale, la spații de lucru individuale sau aflate în cadrul unor configurații de rețele.

Componenta software

Componenta software a unui GIS este alcătuiră din următoarele categorii:

software special proiectat pentru dezvoltare GIS (ex: ARCGIS);

software pentru proiectare asistată de calculator (CAD) sau cartografiere asistată de calculator (Computer Aided Mapping –CAM);

software cu scop general, cum ar fi Sistemele de Gestiune a Bazelor de Date (SGBD)

Orice software GIS trebuie să aibă implementate funcții de bază pentru aplicații generale dar să permită și extinderea și adaptarea la cerințele utilizatorului. Funcțiile de bază ale unui software GIS sunt analizele vector, raster, modelare cartografică precum și gestiunea unei baze de date spațială.

Un sistem modern, interactiv, presupune utilizarea unor programe ale căror componente să satisfacă următoarele sarcini:

introducere – editare – verificare – validare date geografice;

gestiune a bazelor de date;

analiza spațială și transformare a datelor geografice;

vizualizarea datelor geografice.

Componenta date

Datele reprezintă cea mai importantă dar și cea mai costisitoare componentă a sistemelor informatice geografice. Datele geografice și datele tabelare asociate pot proveni din sursele interne ale unei organizații sau pot fi procurate de la distribuitori specializați.

Crearea și menținerea datelor reprezintă faza cea mai de durată și mai costisitoare în implementarea unui proiect GIS. De aceea, este foarte importantă cunoașterea tipurilor de date cu care lucrează un GIS, cum sunt acestea stocate și cum pot fi achiziționate.

GIS dispune de un model specific de date pentru reprezentarea hărților. Există două tipuri de date referitoare la o hartă:

Date spațiale (grafice), care descriu localizarea și forma obiectelor / detaliilor, precum și relațiile spațiale a acestora cu alte obiecte;

Datele spațiale sunt reprezentate grafic printr-o serie de elemente (denumite primitive grafice):

puncte;

linii;

poligoane.

Un punct reprezintă un obiect al hărții ale cărui margini sau formă sunt prea mici pentru a fi reprezentate ca linie sau poligon, sau, poate reprezenta un obiect care nu are arie, cum ar fi înălțimea unui vârf montan.

O linie este un set de coordonate ordonate, care, când sunt conectate reprezintă forma liniară a unui obiect al hărții prea îngust pentru a fi afișat ca poligon, sau, poate fi un obiect care nu are lățime, cum ar fi o linie de contur.

Un poligon este o figură ale cărei margini închid o zonă omogenă, cum ar fi un lac, un teritoriu administrativ. Obiectele geografice sunt grupate în straturi(nivele, teme) ; acestea organizează obiectele după tipul lor și/sau tematică(clădiri, drumuri, cursuri de apă).

Date descriptive (non-grafice) despre obiectele geografice(atributele). Atributele datelor geografice sunt reprezentate ca simboluri grafice. De exemplu, drumurile sunt desenate cu diverse grosimi ale liniilor, diverse modele, culori și etichete pentru a reprezenta diferite tipuri de elemente; cursurile de apă sunt reprezentate cu linii albastre și etichetate cu numele lor; lacurile sunt colorate cu albastru; pădurile sunt colorate cu verde; școlile sunt reprezentate folosind un simbol special.

În acest mod obiectele geografice pot fi afișate simultan cu datele descriptive asociate. Atributele asociate cu obiectele hărții sunt memorate în baze de date clasice(tabelare) conținând rânduri(înregistrări) și coloane(câmpuri).

Aceste baze de date sunt referite uzual ca tabele de atribute ale obiectelor. Fiecare strat are o tabelă de atribute și fiecărui obiect îi corespunde o înregistrare din tabela de atribute.

Deci, fiecare înregistrare din tabele de atribute conține atributele unui obiect al hărții. De asemenea, conține și un identificator unic(ID).

Un sistem geografic poate integra datele spațiale cu alte surse de date pe care le organizează și gestionează un SGBD.

Introducerea datelor se realizează prin diverse metode, cum ar fi: digitizare, scanare, măsurători topografice (stații totale, GPS), prelucrări ale imaginilor satelitare obținute prin metode de teledetecție sau fotogrammetrie, conversii de date din alte programe, cum ar fi fișierele dwg din

AutoCAD.

Componenta personal

Tehnologia GIS ar avea o valoare limitată fără un personal specializat, bine instruit, care să administreze sistemul și să dezvolte strategii pentru aplicarea ei la problemele lumii reale.

Personalul GIS cuprinde specialiștii care proiectează și mențin sistemul și pe cei care îl utilizează ca un instrument pentru rezolvarea problemelor din domeniul lor de activitate. Nivelul de specializare a personalului GIS se regăsește și în “piramida activității GIS” (Figura 2.4) propusă de Marble pentru a vizualiza cerințele care se impun în domeniul instruirii GIS.

Personalul implicat într-un proiect GIS se poate împărți în trei mari categorii, și anume:

Personal care implementează software-ul GIS. Acest personal este cel care desfășoară activități de instruire, suport tehnic și consultanță în domeniul GIS

Personal specializat pentru crearea și întreținerea bazelor de date. Acest personal are ca activitate principală menținerea și verificarea permanentă a datelor din punct de vedere al preciziei și acurateței lor.

Personal care utilizează software-ul GIS precum și baza de date spațială în vederea rezolvării problemelor și realizării hărților GIS specifice domeniului de activitate. (Herbei, 2015)

Fig. 2.4. Piramida activității GIS

Tipuri de reprezentare a datelor geografice

Formatul de date raster

Constă din celule care rezultă din intersecția rândurilor și coloanelor, fiecare celulă stocând o singură valoare. Datele raster pot îngloba imagini, ca în carefiecare celulă va conține o culoare unică. Alte valori înregistrate pentru celule pot fi: modul de utilizare a terenurilor, temperatură. Rândurile și coloanele care desemnează celulele reprezintă un grid, motiv pentru care aceste date mai sunt denumite și în format grid. Celulele gridului sunt similare cu pixelii unei fotografii. Combinația acestor pixeli creează o imagine unică.

Datele în format raster sunt dependente de rezoluție , această rezoluție nu poate fi modificată fără o micșorare a calității imaginii. Cu cât dimensiunea celulei gridului este mai mică cu atât calitatea imaginii este mai bună, însă se mărește dimensiunea acesteaia ceea ce îngreunează manipularea. În sens invers o mărire a celulei gridului conduce la o micșorare a calității imaginii, dar mărimea imagnii se va micșora ceea ce micșorează timpul de procesare. În practică trebuie dimensionată corect extensiunea celulei de grid realizând un optim între desimea datelor și calitatea imaginii ce va fi obținută.

Datele raster sunt stocate în formate foarte variate ca de exemplu: TIF, JPEG, IMG, etc., informațiile conținute fiind stocate într-o bază de date realaționale.

Formatul de date vectorial

Datele vectoriale descriu lumea sub forma unui spațiu populat de linii în variate aspecte și feluri: puncte, linii, poligoane (Robinson, 1995). Fiecare dintre acestea au atriubute care le deosebesc unele de altele. Spre deosebire de datele raster care stochează informații continuu, chiar și acolo unde valorile lipsesc (no data), datele vectoriale înregistrează informații discontinuu, ele înregistează valori doar acolo unde acestea există, sau au loc schimbări ale mărimii acestora. Sunt stocate numai valorile care definesc punctele, ce compun liniile sau poligoanele, iar tot spațiul în afara acestora este non-existent.

Datele vectoriale marchează valori izolate, prin precizarea coordonatelor spațiale x, y în sistemul cartezian și x, y, z în cel geometric, și a valorilor stocate. În reprezentarea reliefului este suficientă precizarea poziției altitudinale z, ca datele vectoriale să fie valide.

Din acest punct de vedere, datele vectoriale sunt similare datelor clasice folosite pentru realizarea hărților convenționale: linii, puncte, suprafețe. Realizarea unei hărți prin folosirea datelor vectoriale poate fi asemuită unui grafic, abstractizare realizată prin folosirea teoriei grafice.

Punctul – reprezintă cel mai simplu mod de reprezentare a datelor vectoriale. Acesta înmagazinează valori abstracte, izolate, prin precizarea coordonatelor x, y, și adese z.

Punctul reprezintă o abstratcizare adimensională, întrucât acesta nu are mărime, și este definit, doar prin coordonatele x și y. Punctul în mod normal reprezintă o formă geografică prea mică pentru a fi afișată ca o linie sau o suprafață. Exempul un izvor, care nu poate fi marcat print-o suprafață și care este reprezntat pe hartă doar prin precizarea coordonatelor sale și simbolizat printr-un punct.

Linia, reprezintă un set ordonat de puncte, rezultă din înșiruirea a cel puțin două puncte, pentru care sunt definite coordonatele x, y. Este folosită pentru reprezentarea elementelor geografice foarte înguste pentru a fi reprezentate sub forma unei suprafețe. Exemplu o stradă sau un râu sunt reprentate printr-o linie care se compune dintr-o înșiruire de segmente, fiecare segment rezultând din unirea a două puncte pentru care se precizează coordonatele x, y. Linia este folosită de asemenea pentru reprezentarea tridimensională a obiectelor, prin precizarea valorilor z, pentru punctele care o definesc. (spațial valorile z, pot reprezenta atât altitudinea cât și adâncimea). O linie este sinonimă cu un arc în modulul Workstation al programului ArcGis.

Poligonul, reprezintă o formă pentru reprezentarea suprafețelor. Un poligon este definit de linii care scot în evidență limitele sale. Poligonul prezintă la fel ca și celelate elemente atribute care descriu elementele geografice pe care acestea le reprezintă. De esemplu un poligon este folosit pentru decierea formei unui lac, dar precizează și suprafața acestuia.

Date raster sau date vectoriale: avantaje și dezavantaje

Datele în format raster și vector prezintă numeroase avantaje și dezavantaje în reprezentarea realității. Datele raster înmagazinează valorile pentru toate punctele dintr-o regiune, și ca urmare necesită un spațiu foarte extins pentru stocare. Spe deosebire de acestea, datele ăn format vectorial stochează valorile, doar acolo unde este nevoie. Datele raster sunt mai ușor valorificate combinații de acoperire cu alte teme, dar sunt mai greu de reprezentat în format clasic de tipul hărților, unde în funcție de rezoluție, anumite elemenete pot fi mai greu distinse (exemplu, râuri, granie), în cazul datelor vectoriale reprezentarea pe hartă este mult mai accesibilă. Datele vectoriale pot fi foarte ușor captate, reproduse la scară, reproiectate, aceasta ușurează combinara datelor vectoriale din diferite straturi tematice provenite din surse diferite. Datele vectoriale sunt mult mai combatibile cu bazele de date relaționale, aceste date pot fi stocate sub forma unor tabele și accesate de utilizatori multipli.

Datele vectoriale ocupă în situația stocării, un spațiu mult mai mic decât datele raster, aspect care ușurează transferul acestora. Datele raster pot fi în funcție de rezoluție de 10 sau 100 de ori mai mari decât datele vectoriale. Un alt avantaj al folosirii datelor vectoriale este posibilitatea actualizării și administrării mult mai ușoare decât cele raster. Datele vectoriale sunt mult mai pretabile pentru analize complexe decât cele raste. De exemplu construirea unei noi șosele poate fi usor reprodusă în format vectorial prin aducerea vectorului cu segmentul de drum nou, în timp ce datele rster vor trebui complet refăcute, prin obșinerea unei noi aerofotograme sau imagini satelitare corespunzătoare noii situații. Dacă la o bază de date existentă se solicită introducerea unui nou atribut, aceasta se va face in timp minim pentru datele vectoriale prin adăugarea unei coloane de atribute la baza de date. Datele raster stochează informații continue ale formelor de relief analizate, ca urmare ele sunt mult mai pretabile analizele morfometrice și urmărirea dinamicii proceselor.

Legătura geometrică dintre date

În GIS, datele se interconectează sub forma unei rețele similar legăturilor care se realizează între acestea în lumea reală.

Astfel între datele vectoriale reprezentate prin punct, linie și poligon, vor capăta, în relație cu elementele din vecinătate un nou sens.

Punctele se transformă în vertexi, noduri și puncte finale

Liniile se transformă în rețele de legătură și capătă sens

Intersecția dintre două suprafețe devine o muchie

Exemplu: O linie este folosită pentru reprezentarea unui curs de apă, care se desfășoară între două puncte izvor și vărsare care reprezintă punctele finale ale râului. Linia care reprezintă cursul de apă nu este rectilinie, ci este formată din mai multe segmente care se racordează în punctele de schimbare a direcției, aceste puncte de inflexiune reprezintă vertexii. Râul nu este izolat ci face parte dintr-o rețea hidrografică, așadar se va intersecta cu alte râuri tributare. Aceste intersecții din punctele de confluență sunt denumite noduri de legatură (junction node). Râul curge numai într-un anumit sens, aspect care va trebui precizat, pentru corectitudinea modelării reliefului în programe GIS avansate. Suprafața bazinului hidrografic aferent cursului de apă se învecinează cu un alt bazin hidrografic și prezintă o limită comună pe o anumită porțiune, aceasta va deveni o muchie, în rețeaua geometrică abstractizată folosită în GIS

Modelul acesta de interconectare a datelor vectoriale este folosit și pentru explicarea modului în care datele sunt combinate pentru reprezentarea realităților geografice și realizara hărților.

DTM – Digital Terrain Models, DEM – Digital Elevation Model, DEMs – Digital Elevation Matrix, DSM – Digital Surface Model

Cei doi termeni DTM și DEM, sunt sinonimi, desemnând același lucru, modelarea suprafeței topografice prin reprezentarea altitudinii, apropiată acestora este abrevierea DEMs – Digital Elevation Matrices (Heywood, 2006) , și care reprezintă un model altitudinal raster. Dacă DTM și DEM-ul redau numai suprafața scoarței terestre, exceptând ale elemente ca vegetația sau clădirile DSM sau Digital Surface Model, pe lângă suprafața topografică și toate elementele de la nivelul acesteia: vegetație, clădiri, căi de comunicație, etc. Acesta este folosit pentru modelarea suprafețelor urbane, aplicații vizuale, etc.

Această prescurtare (DTM) este folosită pentru a descrie o înșiruire digitală de date care sunt folosite pentru modelarea suprafeței topografice pe baza altitudinii (Heywood, 2006). Modelarea suprafeței terestre la dimensiunea reală solicită un număr infinit de puncte de observație, lucru imposibl de realizat, fapt pentru care se pornește de la un numărt finit de puncte de observație, iar datele sunt extrapolate, fapt care determină inprecizia modelelui realizat (Heywood, 2006). Rezoluția DTM-ului realizat depinde de frecvența punctelor de observație. Această frecvență se transpune prin desimea punctelor de observație, și în cazul când acest parametru se cere să fie introdus se dă o valoare egală cu frecvența punctelor de observație. În cazul în care acest DTM se realizează prin interpolarea curbelor de nivel digitizate de pe o hartă topografică, rezolușia sa va fi egală cu echidistanța dintre curbele de nivel. Întotdeauna forțarea rezoluției prin introducerea unei valori mai mici, nu va contribui la îmbunătățirea calității DTM-ului obținut, în schim va deforma eronat suprfafețele, și va mări gradul de incertitudine.

DTM-ul se realizează prin folosirea datelor spațiale ca încorporează poziția și altitudinea punctelor conținute (x,y, z). Datele folosite sunt foarte variate în funcție de sursa de proveniență, și constau în: puncte, linii și chiar valori raster.

Cele mai folosite date sunt curbele de nivel și punctele, provenite de pe hărțile topografice. Datele altitudinale pot proveni din interpretări stereoscopice ale perechilor de imagini ale suprafeței terestre care pot fi aerofotograme sau imagini satelitare. Altă sursă de date provenită din măsurători de teledetecție determină altitudinea folosind radarul sau senzori laser de scanare. De exemplu Synthetic Aperture Radar (SAR), Light Detection and Ranging (LiDAR), și Shuttle Radar Topography Mission (SRTM). Aceste ultime instrumente au avantajul de a produce direct un model altitudinal de tip raster (DEMs), compatibil cu sistemele GIS.

O sursă de date topografice foarte la îndemână, și a căror calitate s-a îmbunătățit considerabil o reprezintă măsurătorile GPS, care înregistrează puncte prin precizarea coordonatelor x,y,z.

Descarcarea Imaginilor Satelitare: https://earthexplorer.usgs.gov.

Imaginile satelitare Landsat semnifică poate cel mai important episod din istoria teledetecției și a observării Pământului. Între 26 iulie 1972 și 18 noiembrie 2011, misiunile celor șase sateliți LANDSAT, au produs o arhivă impresionantă, având în vedere faptul că înregistrarea aceleiași zone (scenă satelitară) s-a efectuat la intervale de 19 zile (la primii sateliți), respectiv 16 zile (la sateliții Landsat 5 și Landsat 7).

Senzorii folosiți (optici, și de la Landsat 5, optici și în infraroșul termal) au produs imagini de rezoluții spațiale medii (ex. 30 m în multispectral, 15 m în pancromatic și 60 m în infraroșul termal, la senzorii de pe Landsat 7 ETM+). Principalul avantaj al acestor imagini în constituie rezoluția spectrală remarcabilă, care permite numeroase combinații și mai ales valoroase posibilități de analiză digitală cu ajutorul pachetelor software specializate.

Site-urile oficiale de internet ale misiunii Landsat, manageriată de către USGS (United States Geological Survey) și NASA-Goddard Space Flight Center (http://landsat.gsfc.nasa.gov), oferă toate informațiile de la istoric, caracteristici ale imaginilor, exemple de imagini și aplicații, dar mai ales date necesare calibrării imaginilor (conversiei valorilor digitale de tip byte în cantități fizice de tipul radianței, reflectanței sau al temperaturii radiante, după caz).

Manualul de utilizare al imaginilor Landsat 7 ETM+ (descarcare în format .pdf, alături de o documentație completă ce include și normele juridice ale utilizării datelor), este un document de un real folos atât pentru studenți dar mai ales pentru cercetătorii din cele mai diverse domenii, de la fizicieni la geologi, geografi, ingineri silvici, agronomi etc.

Accesul la aceste date este posibil în mod gratuit prin intermediul unor portaluri consacrate de date geospațiale. Acestea vor constitui obiectul a două tutoriale separate, primul dedicat paginii Global Land Cover Facility (GLCF), iar al doilea portalului Earth Explorer, administrat de USGS (http://earthexplorer.usgs.gov) (fig. 2.5)

Baza de date Earth Explorer (http://earthexplorer.usgs.gov) oferă o paletă mai diversificată de imagini și date geospațiale decât baza Global Land Cover Facility. Principalul avantaj este legat pe de o parte de produsele accesibile gratuit, în baza creării unui cont de utilizator cu nume și parolă (login), dar pe de altă parte și de instrumentele de căutare mai avansate.

Un alt element de utilitate practică este descărcarea în modul bulk, a arhivei de fișiere (benzi spectrale și metadate) corespunzătoare imaginilor Landsat dorite. Nivelul de procesare este destul de avansat, L1T, semnificând, restabilirea radiometrică, coînregistrarea cu harta topografică în proiecția UTM-WGS 84, cu modelul numeric al terenului, ceea ce oferă aceleași însușiri cu cele ale unei imagini ortorectificate (orientată exterior, la teren dar și repoziționată pe suprafața topografică). Nivelul de erori al corecțiilor geometrice este în limite foarte bune (zeci de centimetri) ceea ce oferă un avantaj important în procesarea digitală, inclusiv în combinarea cu straturi informaționale vector sau raster provenite din surse independente (ex. curbe de nivel extrase din harta topografică, clasificări orientate-obiect din fotograme aeriene digitale, vectori extrasi din harta geologică etc.).

Fig. 2.5 Pagina de acces a portalului Earth Explorer USGS (United States Geological Survey)

Fig. 2.6. Delimitarea arealului studiat

Fig. 2.7 Alegerea scenei potivite

Fig. 2.8 Descarcarea imaginilor satelitare

Descarcarea datelor GLIMS : http://www.glims.org

GLIMS (Global Land Ice Measurements from Space) este un proiect menit să monitorizeze ghețarii lumii folosind în principal date de la instrumente optice prin satelit, cum ar fi ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and reflection Radiometer).

GLIMS a început ca proiect ASTER Science Team. Prin această conexiune, au ghidat instrumentul ASTER pentru a obține imagini ale ghețarilor de pe Pământ într-un mod care este optimizat (setările de cel mai bun sezon și setarea câștigurilor instrumentale) pentru monitorizarea ghețarului. De asemenea, a reunit o rețea de colaboratori internaționali care analizează imaginile ghețarilor din regiunile lor de expertiză. Rezultatele analizelor includ contururi digitale ale ghețarilor și metadate aferente și pot include, de asemenea, linii de zăpadă, linii de circulație centrală, date de hipsometrie, câmpuri de viteză de suprafață și referințe de literatură. Rezultatele analizei efectuate de Centrele Regionale sunt trimise spre arhivă Centrului Național de Date despre Zăpadă și Gheață (NSIDC).( http://www.glims.org/) (fig.2.9)

.

Fig 2.9 Descarcarea datelor GLIMS

Notiuni generale de teledetectie.

Dezvoltarea continuuă a societății umane în ultimele decenii, a impus și progresul rapid al unor tehnici și tehnologii orientate spre cunoașterea și evaluarea cantitativă și calitativă a componentelor mediului înconjurător, precum și spre conceperea unor sisteme cât mai performante de prelucrare, organizare și stocare a informațiilor obținute [56]. Toate acestea pot fi obținute prin teledetecție.

Termenul „teledetecție” provine din limba engleză (remote sensing) sintagmă care se traduce ca detectare de la distanță [32].

Noțiunea „remote sensing” a fost introdusă de cercetătoarea Evelyn Pruitt [56]. fiind utilizată, pentru prima oară, în Statele Unite ale Americii, în jurul anilor 1950, în cadrul documentațiilor Administrației Naționale de Oceanografie și Atmosferă (NOAA).

În limba română, cuvântul teledetecție a pătruns pe filieră franceză (télédétection) și este compus din tele – a transmite la distanță cu ajutorul undelor electromagnetice – și détection – a detecta, a identifica prezența unui semnal util într-o recepție de unde electromagnetice [55].

Așa cum o spune și numele său, teledetecția presupune „achiziția informației de la distanță, fără a avea un contact direct cu obiectul detectat” [40], printr-un “ansamblu de mijloace care permit înregistrarea…. informațiilor asupra suprafeței terestre” [143].

Teledetecția poate fi definită ca „domeniul tehnic care se ocupă cu detectarea, măsurarea, înregistrarea și vizualizarea sub formă de imagini, a radiațiilor electromagnetice, emise de obiecte și fenomene de pe Pământ sau din Univers, de la distanță, fără a avea contact direct cu acestea”

Ca urmare a rezoluțiilor adoptate în anul 2002 la Forumul Mondial pentru Dezvoltare Durabilă (World Summit on Sustainable Development) de la Johanesburg, dar și ca rezultat al acordului inter-agenții al Organizației Națiunilor Unite, la începutul anului 2003, a fost aprobat și publicat un document sinteză cu titlul Soluții spațiale pentru problemele Lumii (Space Solutions for the World’s Problems) al cărui text cu titlul „Principii privind teledetecția Pământului din spațiul extraatmosferic” (Principles Relating to Remote Sensing of the Earth from Outer Space) se referă explicit la reglementarea activităților din domeniul teledetecției. Astfel, au fost enunțate o serie de principii fundamentale referitoare la domeniul observării Terrei cu urmatorul conținut:

• termenul “detecție de la distanta” înseamnă studierea suprafeței Pământului, din spațiu, utilizând proprietățile undelor electromagnetice emise, reflectate sau difractate de către obiectele studiate, în scopul îmbunătățirii managementului resurselor naturale, utilizării solului și protejării mediului;

• termenul “date primare” se refera la acele date neprelucrate, achiziționate de senzori plasați pe aparatul din spațiu, care sunt transmise la sol, din spațiu prin telemetrie, sub forma de semnale electromagnetice, filme fotografice, benzi magnetice sau alte mijloace;

• termenul de “date procesate” se refera la datele obținute în urma procesării datelor primare, procesări necesare pentru a le face utilizabile;

• termenul de “informații analizate” face referire la informația rezultată din interpretarea datelor procesate, a datelor de intrare și a cunoștințelor din alte surse;

• termenul de “activități de detecție de la distanță” se referă la operațiunile efectuate de sistemele spațiale de detecție, colectarea de date primare și stocarea, interpretarea și diseminarea datelor procesate.

În cele ce urmează ne vom concentra atenția pe explicarea unor elemente de bază fără de care nu este posibilă înțelegerea mecanismelor de prelucrare corectă a datelor primare provenite de la sateliții de observare a Pământului. De fapt, utilizarea teledetecției a devenit, în timp, o obișnuință și nu mai este considerată o tehnologie nouă. Aplicarea tehnicilor de teledetecție în domeniul înțelegerii și cunoașterii resurselor planetei este acceptă, în prezent, de comunitățile științifice și guvernamentale drept instrument tehnologic avansat perfect adaptat obținerii de informații variate care pot fi prelucrate cu mare eficiență pentru a alimenta cu date obiective sistemele informaționale tematice.

Nașterea teledetecției satelitare se situează în anii '60, odată cu lansarea primelor platforme cu destinație meteorologică. După 1972 progresul tehnologic a permis plasarea pe orbită a primilor sateliți cu destinație civilă pentru monitorizarea resurselor naturale, dar numai după 1980 se poate spune că acest domeniu de activitate a devenit operațional. Treptat, tehnicile de captare a semnalului, mult îmbunătățite din punct de vedere optic și electronic, au permis atingerea unor rezoluții altădată accesibile doar sectorului militar, dar și dezvoltarea unor algoritmi sofisticați de exploatare a informațiilor provenite de la sateliți, a căror utilizare eficientă corectă rămâne, din nefericire, la îndemâna profesioniștilor inițiați.

În sens larg teledetecția (en.remote sensing, fr.télédétection, ge. Fernerkundung) este ansamblul de mijloace care permit înregistrarea de la distanță a informațiilor asupra suprafeței terestre. O definiție sintetică a teledetecției a fost formulată de Colwell (1983) : "achiziția de date despre un obiect sau un grup de obiecte cu ajutorul unui senzor situat la distanță de acestea". O altă definiție a teledetecției, de această dată mai detaliată, s-ar putea enunța astfel : Teledetecția este o tehnică modernă de investigare care permite detectarea de la distanță a variațiilor de absorbție, reflexie și de emisie caracteristice undelor electromagnetice și stocarea semnalelor sub forma de fotografii, de înregistrări (care pot constitui imagini), sau de profile spectrale.

Fiecare din definițiile reproduse mai sus a fost enunțată de specialiști aparținând unor domenii de activitate particulare (construcții aerospațiale, fizică). Din punct de vedere al geografului definiția ar putea fi formulată astfel: Ansamblu de cunoștințe și tehnici utilizate pentru determinarea caracteristicilor fizice și biologice ale suprafeței terestre prin măsurători efectuate de la distanță fără a intra în contact material cu acestea.

Observarea suprafeței terestre din spațiu facilitează cunoașterea obiectelor naturale și antropice care o constituie oferind posibilitatea îmbunătățirii înțelegerii relațiilor dintre acestea, față de posibilitățile limitate pe care le oferă studiile clasice care se desfășoară în mare parte pe teren (in situ). Problematica teledetecției se rezumă la studiul fenomenelor urmărindu-se analizarea acestora în funcție de :

natura, specificitatea și caracteristicile lor ;

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

spațiul geografic definit de :

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

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

relațiile dintre obiecte

Din punct de vedere conceptual, datele provenind de la sistemele de observare a planetei permit, ordonarea spațial-temporală a obiectelor și fenomenelor, evoluția lor fiind tratată diferențiat:

pentru trecut : este posibilă arhivarea evoluției istorice a mediului și constituirea de baze de date referitoare la resurse (pentru realizarea studiului tendințelor),

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

pentru viitor: se simulează situația posibilă a mediului și se estimează disponibilul de resurse (funcția de prevenire și planificare).

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

rezoluția spațială,

rezoluția spectrală,

repetitivitatea spațio-temporală.

Orice analiză multi-tematică este realizată, obligatoriu, ținând cont de caracteristicile senzorilor sateliților de la care provin datele la care analistul are acces. Lista acestor sateliți este diversificată și imposibil de analizat în cadrul unui curs cu durata limitată. Totuși, încercăm să amintim o serie de programe care furnizează periodic date interesante și utile pentru cunoașterea și gestionarea spațiului și ale căror sateliți au o importanță recunoscută pentru teledetecția civilă: LANDSAT TM, SPOT, ERS, NOAA-AVHRR, METEOSAT, RADARSAT, IRS, IKONOS, KOMPSAT, FORMOSAT, ALOS, TerraSAR-X, DMC, ENVISAT, RAPIDEYE.

Utilizarea senzorilor instalați la bordul aeronavelor sau a sateliților constituie, în prezent, instrumentul pentru colectarea informațiilor necesare monitorizării, controlului și administrării mediului. Astfel, teledetecția oferă posibilitatea studierii de către specialiști a problemelor majore privind conservarea naturii. Pot fi amintite tematici de studiu de mare importanță pentru prezentul și viitorul omenirii :

seceta,

defrișările masive,

monitorizarea culturilor agricole,

explorarea și exploatarea resurselor minerale,

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

De asemenea este important să fie amintite și alte aplicații, astăzi devenite operaționale, ale teledetecției:

studiul ratei de sedimentare în estuare și areale deltaice,

managementul și reabilitarea fondului forestier,

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

monitorizarea temperaturii suprafeței mărilor și oceanelor pentru a identifica cele mai bune locuri de pescuit din punctul de vedere al producției și cu impact redus asupra protecției speciilor,

studii privind salinitatea apei,

măsurarea cantității de clorofilă,

monitorizarea calității apei din punct de vedere al turbidității și al conținutului de alge în zonele costiere,

modul de utilizarea a terenurilor.

Subliniem faptul că accesul la tehnologie nu este suficient pentru a operaționaliza aceste aplicații. Modul în care specialistul înțelege relația dintre imagine satelitară și realitatea înconjurătoare depinde de două elemente aparent disociate: pregătirea sa de bază, pe de o parte, iar pe de altă parte echipamentele și tehnicile de prelucrare (operaționale sau experimentale) de care dispune acesta. Mai trebuie ținut seama și de faptul că în teledetecție este obligatorie crearea de echipe complexe formate din specialiști capabili să extragă și să analizeze în mod coerent, integrat, cu viziune multidisciplinară, esența informației tematice. De asemenea, este necesar ca, ținând seama de realitatea actuală fiecare guvern responsabil să accepte faptul că trebuie să genereze o investiție publică majoră în domeniul observării Pământului care să permită gestionarea resurselor naturale.

Domenii de aplicare a teledectiei

Dintre toate aplicațiile teledetecției mai cunoscute sunt cele care se referă la studiul resurselor naturale ale Pământului. Trebuie însă menționat cș teledetecția are aplicabilitate și în multe alte domenii ale cercetării, un loc important fiind ocupat de studiul poluării și al poluanților.

Fără a considera următoarea enumerare ca fiind exhaustivă, se poate spune că teledetecția se ocupă cu:

studiul comportamentului suprafeței terestre în interacțiune cu radiațiile electromagnetice,

studiul mijloacelor tehnice care permit recepționarea acestor radiații

studiul metodelor de analiză a datelor recepționate, înainte de a fi extrase informațiile care constituie, de fapt, produsul final și scopul declarat.

Astfel, instrumentele optice furnizează imagini similare unei observări directe din spațiu. Rezoluția ridicată a acestor instrumente și utilizarea benzilor multispectrale permit achiziționarea imaginilor foarte bogate în informații care pot fi interpretate în vederea detaliilor specifice ale suprafeței Terrei. De asemenea, în mod complementar instrumentelor optice (dependente de starea atmosferică și de iluminarea directă a soarelui) instrumentele radar pot funcționa atât ziua cât și noaptea indiferent de acoperirea cu nori. Observarea în domeniul optic, al microundelor și al hiperfrecvențelor este un mijloc modern de investigare care poate fi adaptat necesităților fiecărei aplicații în parte. De exemplu, combinate cu imagini optice de arhivă, datele radar constituie o alternativă viabilă performantă în cazuri de urgență generate de calamități naturale.

Perfecționarea tehnologiilor a permis ca în ultimii ani să se dezvolte o nouă generație de sateliți care permit și țărilor cu resurse limitate să opereze sisteme satelitare de observare a Terrei datorită costurilor mai reduse și a adaptabilității pentru aplicații particulare. Este vorba de sistemele de sateliți de talie mică care oferă oportunități pentru expansiunea mai rapidă a cunoștințelor tehnice în domenii tematice mult mai variate. Poate fi amintita aici seria de sateliți DMC (Disaster Monitoring Constelation) produsă în Marea Britanie la Surrey constelație care servește nevoile interne ale unor țări ca Algeria (AlSAT), Turcia (BilSAT sau Nigeria (NigeriaSAT), iar începând cu a doua generație și ale unor țări cu potențial spațial avansat ca Spania (Deimos-1) sau China (Beijing-1). Evident că și Marea Britanie are pe orbită sateliți UK-DMC(din prima generație) și UK-DMC 2 (din cea de a doua generație).

Orbitele heliosincrone ale acestor sateliți sunt situate în planuri diferite și sunt coordonate în așa fel încât intersectează Ecuatorul la aceeași oră locală.

Satelitii din seria Landsat

În 1972 NASA a lansat primul program civil specializat în achiziționarea de date satelitare digitale pentru teledetecție. Primul sistem a fost inițial denumit ERTS (Satelit Tehnologic de Resurse ale Pământului) și apoi denumit Landsat. În timp, au fost plasați pe orbită mai mulți sateliți :

Landsat 1, 2 și 3 din prima generație, cunoscuți sub denumirea Landsat MSS, au achiziționat, până la scoaterea din uz, prin intermediul scannerului multispectral, date de tip MSS (care nu răspundeau decât în măsură limitată nevoilor de precizii geometrice ridicate, datele arhivate având rezoluția la sol în zona țării noastre de 55×79 m

Landsat 4 și 5 (Thematic Mapper-TM) sunt încă pe orbită, ultimul achiziționând date în 7 benzi spectrale. Programul prevedea și punerea pe orbită a celui de-al șaselea satelit, dotat și cu un canal pancromatic cu rezoluție de 15 m, dar lansarea sa a constituit un eșec.

Landsat 7 ETM a fost lansat în luna aprilie 1999 și a furnizat date în același format. Noutățile aduse de acest satelit sunt legate de noul senzor pancromatic cu rezoluție de 15 m, care, spre deosebire de SPOT este sensibil și la o mică zonă din infraroșu (pentru a accentua discriminarea vegetației), dar și posibilitatea calibrării permanente în tandem cu satelitul Landsat 5. Deasemenea, rezoluția geometrică a canalului termal a fost mărită la 60 m.

Scannerul TM este un sistem de achiziție multispectral în care senzorii TM înregistrează energia electromagnetică reflectată/emisă din spectrul vizibil, infraroșu apropiat, infraroșu mediu și infraroșu termic. TM are rezolutii spațiale, spectrale și radiometrice mai ridicate decât scannerul MSS (fig.7).

Thematic Mapper poate analiza o suprafață de 185 km lățime de la o înalțime de 705 km, fiind util pentru determinarea tipurilor și a condițiilor de vegetație, umiditatea solului, diferențierea zăpezii de nori, determinarea tipurilor de roci etc.

Rezoluția spațiala a satelitului Landsat 5 TM este de 28.5×28.5 m pentru toate benzile, excepție făcând banda 6, cea termică, a cărei rezoluție spațială este de 120×120 m. Dimensiunea mărită a pixelului din banda 6 este necesară pentru îmbunătățirea adecvata a semnalului. Rezoluția radiometrică este de 8-bit, ceea ce înseamnă că fiecare pixel are o gamă de nivele de gri etalată între 0 și 255.

Sateliții LANDSAT TM au orbite cvasi-polare, repetitive (16 zile), heliosincrone și cvasicirculare și acoperă scene de circa.35000km2, echivalentul a 250 de fotografii aeriene la scara 1:50000, format 23×23 cm, redresate (fără a considera acoperirea normală de 33% a acestora).

Sateliții LANDSAT 4 și 5 au fost proiectați pentru obținerea de imagini cu o geometrie diferită de cea a sateliților SPOT. Captarea imaginii se face prin baleiaj mecanic (scanning) perpendicular pe orbita satelitului.

Detectorii înregistrează radiația electromagnetică în 7 benzi spectrale (tabelul 1); Benzile 1,2 și 3 se află în porțiunile vizibile ale spectrului și sunt utile pentru detectarea lucrărilor inginerești de infrastructură, dar permit și studiul turbidității apei. Benzile 4, 5 și 7 se află în zona infraroșu a spectrului electromagnetic și sunt utilizate cu prioritate la delimitarea clară a suprafețelor terestre de cele acoperite cu ape, dar mai ales, la studiul vegetației. Banda 6 (infraroșu termic) se folosește la monitorizarea vegetației. O caracteristică importantă a acestui canal constă în faptul că energia captată este emisă de suprafața Pământului.

Satelitul Landsat 7 avea o capacitate de înregistrare de până la 500 de imagini pe zi. Aceste imagini puteau fi achiziționate și în format compresat corespunzător unei rezoluții de 180 m. Acest tip de produs putea fi pus la dispoziție în circa trei ore de la confirmarea comenzii și se consideră că monitorizarea mediului va beneficia în continuare (deși satelitul nu mai furnizează imagini datorită unor defecțiuni majore la modulul de stabilizare) de o referință istorică de mare utilitate pentru studiile de monitorizare temporala.

În mod obișnuit, pentru analizele de teledetecție, se utilizează combinații standard de benzi spectrale adaptate tematicii urmărite :

benzile 3, 2 și 1 pentru a crea o compoziție în culori naturale , în care obiectele au culorile pe care ochiul le percepe în realitate (similare unei fotografii color) .

benzile 4, 3 și 2 pentru a crea o compoziție în culori false, similare unei fotografii în infraroșu în care obiectele nu au aceleași culori ca în realitate, vegetația fiind reprezentată în culoarea roșie, apa în albastru închis sau negru, etc.

benzile 5, 4 și 2 generează o compoziție în pseudo-culori. Într-o astfel de imagine culorile nu reflectă caracteristicile culorilor naturale (drumurile pot fi roșii, apa galbenă iar vegetația albastră).

Nu trebuie însă înțeles faptul că posibilități de combinare sunt limitate la cele enumerate mai sus, multe din aplicațiile tematice uzuale relevând, în funcție de tipul și condițiile aplicației, o variabilitate interesantă de opțiuni. Modul de combinare și de prelucrare cu ajutorul programelor specializate de procesare a imaginilor de teledetecție depinde de modul în care a fost instruit operatorul și de mijloacele hardware și software (ERDAS Imagine, ENVI, PCI, GEOVIEW, SOCET SET de care dispune acesta.

Tabelul 1-Benzile spectrale ale sateliților Landsat 4 și 5

Operațiile de transformare a imaginilor, așa cum reiese și din titlu, însumează o serie de procedee matematice și statistice, care au ca scop obținerea de noi imagini, evident diferite de cele inițiale. Transformarea imaginilor oferă noi posibilități de exploatare, în funcție de obiectivul propus.

Indicele de vegetație RATIO este util în identificarea suprafețelor acoperite de vegetație și este, de asemenea, un indicator al stării de sănătate a vegetației. Indicele IR/R reprezintă raportul dintre răspunsul spectral în domeniul infraroșu apropiat (IRa) și răspunsul spectral în domeniul vizibil roșu (R):

RATIO = IR / R

Indicele normalizat de diferențiere al zăpezii (Normalized Difference Snow Index – NDSI) evidențiază zonele acoperite cu zăpadă în contrast cu suprafețele neînzăpezite.

În formula de calcul sunt utilizate benzile spectrale verde – bandă în care reflectanța zăpezii este maximă – și infraroșu mediu – în care umiditatea are reflectanța cea mai mare, astfel [60]:

NDSI = G-IR / G+IR

în care: NDSI – indicele normalizat de diferențiere al zăpezii;

G – banda spectrală verde;

IR – banda spectrală infraroșu mediu.

Valorile care compun imaginea NDSI sunt cuprinse între -1 (tonuri închise care redau suprafețe neacoperite cu zăpadă) și 1 (tonuri deschise care simbolizează terenurile acoperite cu zăpadă)

Culoarea albă a zăpezii se datorează reflectanței mari în banda verde.

eCognition Developer

ECognition Developer este un soft puternic pentru analiza imaginilor orientate pe obiecte. Este folosit în științele pământului pentru a dezvolta seturi de reguli (sau aplicații pentru eCognition Architect) pentru analiza automată a datelor de la distanță.

ECognition Developer poate fi aplicat pentru toate aplicatiile de teledetecție, cum ar fi cartografierea vegetației, extragerea caracteristicilor, detectarea modificărilor și recunoașterea obiectelor. Abordarea bazată pe obiecte facilitează analiza tuturor surselor de date, cum ar fi datele de satelit de la rezolutie medie pana la cele de înaltă rezoluție, fotograme de înaltă și foarte mare rezoluție, lidar, radar și chiar date hiperspectrale.

ECognition Developer oferă o colecție cuprinzătoare de algoritmi adaptate diferitelor aspecte ale analizei imaginilor. Utilizatorul poate alege dintr-o varietate de algoritmi de segmentare, cum ar fi segmentarea multi-spaectrala, arborele quad sau șahul. Domeniul de aplicare al algoritmilor de clasificare variază de la cel mai apropiat vecin bazat pe eșantioane, funcția de apartenență la logica fuzzy sau analiza orientată pe context specializat. Tehnologiile de operare a straturilor permit filtre bazate pe pixeli, cum ar fi panta, aspectul, extracția marginilor sau aritmetica stratului definită de utilizator.

Interfața grafică de utilizator afișează flexibil orice sursă de date de imagine. Funcțiile simple de tragere și plasare permit utilizatorilor fără abilități de programare să dezvolte rapid seturi de reguli și aplicații pentru analiza standard. Utilizatorii avansați pot folosi instrumente puternice pentru a face față celor mai avansate sarcini.

CAPITOLUL III: REZULTATE ȘI DISCUȚII

Clasificarea folosind OBIA începe cu o segmentare a imaginii [22]. Algoritmul este o metodă de jos în sus care inițiază pixeli individuali și îmbină acești pixeli în grupuri (adică obiecte) pe baza a trei parametri: scară, formă și compactitate [23].

Parametrul scarei influențează mărimea obiectelor individuale, iar forma definește omogenitatea texturală a obiectului care rezulta.

Criteriul "compact" optimizează obiectele rezultate în ceea ce privește compactitatea generală în cadrul criteriului de formă [24]. Mai mult, seturile de date de intrare, cum ar fi diferitele benzi de satelit, pot fi ponderate în procesul de segmentare. Aceasta permite influențarea creării obiectelor în funcție de mărime, formă și număr.

După segmentare, imaginea poate fi clasificată în conformitate cu proceduri bine definite de clasificare, cum ar fi raportul de bandă sau combinația de informații panta și termică.

Analiza spatiala orientata pe obiect

Segmentarea și clasificarea:

În abordarea OBIA, imaginile trebuie să fie segmentate în obiecte (pasul 1) înainte sa se poata realiza clasificarea (pasul 2). Pentru acest studiu am aplicat un algoritm de segmentare multi-rezolutionara cu ponderari diferite a celor patru seturi de date de intrare (banda Roșu-1, SWIR-1, TIR-2, panta-3). Am definit scara(10), forma (0.1) și compactitatea (0.5) și am rulat segmentarea pentru a crea obiectele pentru procedura de clasificare.

În etapa de clasificare, obiectele reprezentând raportul VIS / SWIR (bazat pe DN) au fost atribuite clasei "zăpadă și gheață" atunci când valoarea medie a fiecărui obiect a depășit pragul de 2,0 [ 31]. Valorile de pornire pentru pragurile fiecărei condiții se bazează pe valorile deja publicate pentru seturile de date de intrare selectate, dar au fost ajustate la scena curentă pentru a îmbunătăți rezultatele.

Ulterior, obiectele au fost clasificate drept "pante blânde" pentru valori ale pantei mai mici de 14⁰ și ca "temperatură pozitivă" dacă au fost depășite 273 K(-0.15⁰ C).

După efectuarea aceastei etape, obiectele clasificate drept "pantă blândă" și "temperatură pozitivă" au fost combinate si dacă s-au suprapus au fost atribuite clasei "debris".

În cele din urmă, această clasă a fost atribuită clasei "ghețar".

Post-procesare în OBIA

Aplicarea unei imagini „ratie” pentru cartografierea gheții și zăpezii este destul de robustă. Astfel se carteaza toate suprafețele acoperite de gheață și zăpadă, fără a lua în considerare dacă zăpada este localizată pe un ghețar (și aparținând astfel clasei "ghețarului") sau în afara. Pe de altă parte, morenele mediane, părțile glaciare acoperite debris sau lacurile supraglaciene nu sunt cartografiate cu această metodă, dar trebuie incluse în clasa "ghețarului".

Pentru acest tip de distincție, capacitățile post-procesare ale OBIA pot fi aplicate. Este posibil să se reconsidere erorile de omisiune și de comisie ale alocării de clase pe baza contextuala și să fie incluse în clasa corectă. Pentru post-procesarea rezultatelor de clasificare am creat o buclă în setul de reguli care a mărit sau a micșorat pragurile pentru setul de date de intrare asociat. Cu această procedură a fost posibilă selectarea obiectelor încă neclasificate, cum ar fi lacunele din harta ghețarilor datorită acoperirii de-bris (inclusiv morenele mediane) și atribuirea acestora clasei "ghețarului".

Pentru a include obiectele neclasificate rămase, am folosit mai multe instrumente OBIA specifice, care au atribuit obiecte clasei "ghețar", de exemplu prin utilizarea regulilor de vecinătate. O astfel de regulă ar putea să se refere la raportul dintre lungimea împărțită a unui obiect și un obiect învecinat atribuit unei clase definite, la lungimea totală a limitei [24]. O altă posibilitate de a aloca corect obiecte clasei "ghețar", este de a selecta în plus obiecte în funcție de forma lor. De exemplu, morenele mediane sunt adesea reprezentate ca obiecte alungite după segmentarea inițială a imaginii. Această formă specifică poate fi folosită pentru a le distinge de alte obiecte și pentru a le atribui corect clasei "ghețar".

În continuare o sa rezum pas cu pas regulilece trebuie urmate pentru cartografierea ghețarului cu OBIA (bazată pe eCognition). Întregul flux de lucru are patru părți majore (pre-procesare, segmentare, clasificare și postprocesare), fiecare parte fiind împărțită în etape distincte de prelucrare (a se vedea figura 3).

Pre-procesarea

importul și conversia formatului benzilor de imagine și calcularea raportului DEM al benzii (roșu / SWIR)

calculul luminii și temperaturii din banda termică (TIR)

calcularea pantei din DEM

crearea de imagini compozite îmbunătățite prin contrast (false-color) pentru analiza vizuală a rezultatelor

Segmentarea

selectarea factorului de scalare (10 dacă exista regiuni putine sunt acoperite debris, 20 dacă este prezentă o acoperire larga)

formă și compactitate: fixat la 0,1 și respectiv 0,5

alocarea ponderilor datelor de intrare: 1 pentru VIS, 2 sau 3 pentru banda infraroșu termala sau pante

crearea de obiecte prin rularea segmentării

Clasificarea:

aplicarea valorilor de prag (TV) pentru a crearea clasificări intermediare (date binare) din toate seturile de date de intrare rezultând clasele "gheață” și „zăpadă" (TV > 2), "pante blânde" (TV < 12⁰), "temperatură pozitivă" (TV > 273K)

ajustarea iterativă a valorilor pragurilor pentru a obține rezultate optimizate (bazate pe analiza vizuală)

combinarea claselor intermediare cu clasele noi (de exemplu: "acoperire cu debris" pe gheață pentru regiuni în care "pantă blândă" se suprapune cu "temperatură pozitivă")

Post-procesarea:

relațiile de vecinătate: lungimea relativă a unei limite cu o altă clasă (de ex. pentru a exclude iceberg-urile) și analiza aferentă formei (caracteristici alungite) pentru a identifica morenele mediale.

îmbinarea tuturor claselor relevante clasei "ghețar"

exportul rezultatului ca strat vectorial

CONCLUZII

Ghețarii ocupă 10% din suprafața Pământului, adică se întind pe 16,24 milioane . Ei se formează doar în zonele unde există temperaturi medii scăzute și o anumită cantitate de precipitații, elemente ce păstează apa în formă solidă (zăpadă, firn, gheața).

Comportamentul ghețarilor a reprezentat un interes din totdeauna astfel se realizează multe cercetari în acest domeniu și există multe metode prin care pot sa fie studiați, de exemplu ASTER (Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer), GLIMS (Global Land Ice Measurements from Space) cât și alte metode cu ajutorul teledetecției.

Informațiile privind amploarea spațială a ghețarilor (de exemplu un corp de gheață care provine din zăpadă comprimată și care curge în jos datorită stresului indus de greutatea sa) este crucial pentru aplicații cum ar fi modelarea evoluției lor viitoare ca răspuns la schimbările climatice sia contribuțiilor la creșterea nivelului oceanului planetar. [1]. În concluzie, studierea ghețarilor este importantă și din cauza acțiunilor pe care le desfășoară, unele dintre ele având impact negativ asupra mediului, precum hazardele provocate de aceștia.

BIBLIOGRAFIE

Cărți și articole în reviste de specialitate sau prezentate la conferințe

GRECU, F., 1997, Gheață și ghețari, București, Editura Tehnică.

IELENICZ, M. 2004. Geomorfologie generală. Editura Universitară București.

KALTENBORN, B. P., NELLEMANN, C. & VISTNES, I. I. 2010. High mountain glaciers and climate change- Challenges to human livehoods and adaptation. United Nations Environment Programme.

KARGEL, J., ABRAMS, M., BISHOP, M., BUSH, A., HAMILTON, G., JISKOOF, H., KAAB, A., KIEFFER, H., LEE, E., PAUL, F., RAU, F. & RAUP, B., 2005, Multispectral imaging contributions to global land ice measurements from space. Remote Sensing of Environment, 99, 187 – 219.

RĂDOANE, M., DUMITRIU, D. & ICHIM, I., 2001, Geomorfologie, Suceava, Editura Universității Suceava.

URDEA, P., 2005, Ghețarii și relieful, Timișoara, Editura Universitații de Vest.

POPESCU C., COPACEAN L, HRBEI M., 2015, Teledetectie, fundamente teoretice, Timisoara, Editura Eurostampa

GRECU, F., 2006, Glaciologie editia a II-a, Editura Universitatii din Bucuresti

BADEA A.,2014, Teledetectie-note de curs(FIFIM 2014-format electronic))

PHILIPP RASTNER, TOBIAS BOLCH, CLAUDIA NOTARNICOLA, MEMBER, IEEE, AND FRANK PAUL, IEEE A Comparison of pixel- and object-based glacier classification with optical satellite images, Journal of selected topics in applied Earth Observation and remote sensing, VOL. 7, NO. 3, MARCH 2014

[22] M. BAATZ AND A. SCHÄPE, “Multiresolution segmentation—An opti-mization approach for high quality multi-scale image segmentation,” in Angewandte Geographische Informationsverarbeitung XII. Hei-delberg: Wichmann-Verlag, 2000, pp. 12–23.

[23] G. WILLHAUCK, T. SCHNEIDER, R. DE KOK, AND U. AMMER, “Comparison of object oriented classification techniques and standard image analysis for the use of change detection between SPOT multispectral satellite images and aerial photos,” in Proc. XIX ISPRS Congress, 2000, pp. 16–22.

[24] “DEFINIENS IMAGING—ECOGNITION USER GUIDE 4,” M. Baatz, U. C. Benz, S. Dehghani, M. Heynen, A. Höltje, P. Hofmann, I. Lingen-felder, M. Mimler, M. Solbach, M. Weber, and G. Willhauck, Eds., München, 2005.

Resurse în format electronic

http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=4710

NASA a măsurat ritmul incredibil în care se topesc gheţarii

http://nsidc.org

http://ro.wikipedia.org

Ghetarii. Geneza, alcatuire si clasificare

http://www.catastrofe-naturale.ro/2010/06/08/parcul-national-denali-%E2%80%93-alaska/

http://www.alaska.org/destination/denali-national-park/glaciers-directory

http://www.scrigroup.com/geografie/Ghetarii-caracteristici84859.php

http://www.glims.org/maps/info.html?anlys_id=372526

http://www.glims.org/maps/download.html?download_type=id&clause=G209181E62791N

www.enggpedia.com

http://www.ecognition.com/suite/ecognition-developer