Teledetecti si fotointerpretare

TELEDETECTI SI FOTOINTERPRETARE

Avantajele utilizarii imaginilor satelitare in cartografiere

Cel mai important avantaj al imaginii satelitare in cartografie este faptul ca sunt cele mai actuale documente cartografice ce pot fi utilizate pentru intocmirea, editarea si cartografierea hartilor si planurilor topografice si cadastrale. Imaginea satelitara contine toate detaliile terenului de la momentul inregistrarii ei in timp ce oricare document cartografic (harta, plan topografic) utilizat la editarea si carografierea unei noi harti va conine datele terenului din momentul editarii lui. Ori cum editarea unei harti sau plan topographic se face la interval de 5-10 ani o serie de detalii din teren nu mai sunt pe harta iar altele sunt pe harta sio nu mai sunt in teren.

Alt avantaj este faptul ca imaginea satelitara contine o serie de caracteristici ale detaliilor terenului pe care harta nu le poate reda, caracteristici obtinute prin preluarea imaginilor in zonele spectrului electromagnetic in care apar caracteristicile detaliilor pe imagine.

2. Factorii care determina calitatea fotointerpretarii

Identificarea sigura a unui detaliu planimetric sau obiectiv pe baza imaginii sale fotografice, este determinata de un complex de factori care prin actiunea lor influenteaza (pozitiv, negativ) calitatea fotointerpretarii.

Randamentul fotointerpretarii creste foarte mult daca se cunosc si daca se tine cont de directiile in care actioneaza acesti factori, inlaturand sau diminuand efectul negativ al unora si exploatand pe cei pozitivi.

Principalii factori sunt constituiti in 5 grupe, in functie de procesul de fotografiere si fotointerpretare sunt:

a) Caracteristicile detaliilor planimetrice (obiectivelor) fotografiate.

Forma si dimensiunile detaliului planimetric determina in buna masura calitatea imaginii. Imaginea detaliilor de forma alungita, dar de dimensiuni relativ mici (de exemplu o c1adire de tip bloc), nu mai apare pe fotograma daca scara de fotografiere determina o dimensiune a imaginii detaliului (obiectivului) sub 0,1 mm.

In schimb, detaliile planimetrice de forma alungita dar cu lungimi mari (de exemplu un sant, un canal, o poteca etc.), pot fi usor identificate pe fotograma, chiar daca grosimea imaginii acestora este de 0.005 mm.

Detaliile planimetrice cu o forma regulata, al caror raport intre lungime si latime este apropiat de 1, apar mai usor vizibile pe fotograma decat detaliile liniare.

b) Caracteristicile mediului inconjurator

Iluminarea (naturala in timpul zilei/artificiala noaptea) a detaliilor planimetrice in timpul fotografierii variaza in functie de pozitia sursei de iluminare fata de detaliul fotografiat, de conditiile atmosferei si de puterea reflectanta a detaliului sau a obiectivului (lumina de remisie).

Se obtine o imagine buna, atunci cand detaliile planimetrice sunt iluminate din directie paralela cu axa de fotografiere, atmosfera este clara, inaltimea sau distanta de fotografiere mica, iar suprafetele de incidenta ale detaliilor de planimetrie au o reflectanta buna.

Conditile de iluminare (respectiv de remisie) pot fi imbunatite prin folosirea filtrelor de lumina. Contrastul dintre detaliu si suprafata pe care se afla, influenteaza de asemenea calitatea imaginii. Daca remisia detaliului este apropiata de cea a fondului, contrastul imaginii va fi minim, ingreunand identificarea. Acest fenomen este folosit in mascarea obiectivelor dorite.

In situatia in care mascarea se face cu materiale vegetale trebuie avut in vedere faptul ca iarba sau frunzele, o data cu pierderea umiditati isi schimba remisia, si prin fotografieri repetate, se poate obtine imaginea obiectivelor mascate.

c) Caracteristicile mijloacelor de obtinere a fotogramelor

Puterea separatoare N a obiectivului camerei fotografice (numarul de linii si spatii intre linii, egale intre ele, ce pot fi redate pe 1 mm) si a materialului fotosensibil determina claritatea imaginii.

Daca puterea separatoare este mare, imaginea obiectivelor va aparea clara si detaliata iar daca puterea separatoare este mica imaginea va aparea difuza fara detalii. Valoarea puterii separatoare determina masura in care pot fi marite fotogramele, fara sa se piarda din claritatea imaginii. Marirea maxima a fotogramelor (Vmax) este data de relatia:V_max=N_S/N_O; (N_O- puterea separatoare a ochiului omenesc, 10 linii/mm; Ns - puterea separatoare a sistemului camera fotografica si emulsie fotografica)

Claritatea imaginii fotografice este determinata si de prelucrarea chimica de laborator a materialului fotosensibil. O imagine buna este asigurata prin folosirea unor substante chimice corespunzatoare si prin respectarea retetelor si a timpului de developare.

d) Conditiile tehnice de examinare a fotogramelor

Modul, mijloacele si ambianta in care sunt examinate fotogramele influenteaza calitativ si cantitativ rezultatele fotointerpretarii. Examinarea fotogramelor cu ajutorul unor instrumente monoculare (lupe) sau binoculare (stereoscoape) permite obtinerea a mult mai multe date intr-un timp mai scurt, decat examinarea cu ochiul liber.

Folosirea riglelor, lupelor gradate, compas de reductie; a etaloanelor de comparare si a informatiilor suplimentare, ridica randamentul si precizia fotointerpretarii.

e) Pregatirea si experienta fotointerpretatorului

Constituie unul din factorii determinanti in calitatea fotointerpretarii. Sesizarea si identificarea obiectivelor din teren pe fotograma, cer o pregatire multilaterala din partea personaIului care executa fotointerpretarea. Cel care executa fotointerpretarea trebuie sa cunoasca bine conditiile tehnice de obtinere a fotogramelor, sa aiba cunostinte temeinice de topografie, geografie, geomorfologie si din alte domenii si de asemenea experienta si spirit de observatie.

3. CARE SUNT TIPURILE DE SENZORI PE CARE LE CUNOASTETI?

Senzorii de teledetectie sunt dispozitive sau instrumente ce capteaza (detecteaza) si absorb radiatii electromagnetice sau de alta natura emise de corpurile cercetate pe care le transforma in marimi fizice masurabile. Calitatea unui senzor de teledetectie este data de caracteristicile de utilizare ale acestuia: domeniul spectral in care actioneaza senzorul; sensibilitatea in domeniul spectral in care actioneaza senzorul, exprimata prin capacitatea de a sesiza si detecta toate radiatiile domeniului respectiv; rezolutia radiometricii a senzorului, care reprezinta numarul de valori intermediare aflate in intervalul zero si intensitatea maxima a radiatiei pe care le poate receptiona senzorul;fidelitatea geometricii a senzorului, care consta in posibilitatea de a reda cat mai precis geometria imagini obiectului cercetat. Senzorii de teledetectie pot fi de doua feluri: activi si pasivi. Atat senzorii pasivi cat si senzorii activi de te1edetectie sunt dotati cu receptori de radiatii.

Principalii receptori de radiatii utilizati sunt: emulsiile fotografice, fotodetectorii, detectorii in infrarosu, detectorii in ultraviolet, detectorii sonar, detectorii termografici, detectorii laser, tuburile cinescopice si antenele specializate.

a) Senzorii activi de teledetectie sunt dispozitive de detectare dotate cu surse proprii care genereaza si emit radiatii cu ajutorul carora ilumineaza corpul cercetat (suprafata terestra) si receptioneaza radiatiile proprii reflectate de catre corpul iluminat. Majoritatea senzorilor activi pot genera radiatii in zone ale spectrului electromagnetic (zona spectrului vizibil, zona undelor radar, zona infrarosu, zona ultraviolet, zona microundelor etc.). De asemenea, pot genera ultrasunete pentru zone subacvatice, fascicule laser pentru zonele terestre si lumina coerenta pentru obtinerea hologramelor obiectului cercetat.

Din categoria senzorilor activi de teledetectie fac parte: senzorii de emisie si recepie radar si lases si senzorii sonar.

Senzorii de emisie si receptie radar

Sunt dispozitive dotate cu un emitator de microunde si cu antena de receptie a microundelor proprii reflectate de obiectul cercetat. Semnalul receptionat va fi modificat fata de semnalul emis in functie de pozitia, forma si alcatuirea obiectului cercetat. Astfel, pe baza determinarii cu precizie a modificarilor produse in radiatia returnata se pot afla diferite caracteristici ale obiectelor cercetate. Unii senzori de tip radar pot determina schimbarile de frecventa a radiatiilor receptionarte fata de cea a radiatiilor emise.

Senzorii de emisie si receptie laser

Sunt dispozitive dotate cu un emitator de raze laser si cu un receptor de captare a radiatiei laser reflectate de obiectul cercetat. Laserul senzorului emite radiatii luminoase sub forma de impulsuri, care interactioneaza cu corpurile intalnite in cale. O parte din radiatii sunt reflectate de catre aceste corpuri si sunt receptionate de catre un receptor fotosensibil care

transforma energia luminoasa in semnale electrice, semnale care sunt apoi vizualizate pe un tub catodic.

Senzorii sonar

Sunt dispozitive dotate cu un emitator de ultrasunete si cu un receptor de ultrasunete pentru receptionarea ultrasunetelor proprii reflectate de obiectul cercetat. Ultrasunetele emise de catre emitator, o parte sunt reflectate de fundul bazinului cercetat, iar o parte se intorc spre suprafata apei unde sunt captate de catre receptorii senzorului (microfoane speciale foarte sensibile) si sunt apoi amplifieate si vizualizate pe un tub cinescop.

b) Senzorii pasivi de teledetectie sunt dispozitive care detecteaza si inregistreaza radiatia emisa sau reflectata de corpul cercetat (suprafata terestra), fara ca acesta sa fie iluminat de catre o sursa artificiala a senzorului.

Asadar, senzorii pasivi de teledetectie nu sunt dotati cu surse proprii de generare a radiatiilor pentru iluminarea corpului cercetat. Din categoria senzorilor pasivi de teledetectie fac parte: senzorii fotografici, senzorii fotografici multispectrali, senzorii de baleiere, senzorii de televiziune si senzorii termografici.

Senzorii fotografici sunt camere fotografice ce utilizeaza ca receptori filme fotografice speciale numite si filme fototehnice. O camera fotografica se compune din:

*corpul camerei

* sistemul optic (cu principala piesa - obiectivul)

* caseta in care se introduce filmul

* bobina pe care se pune filmul

* bobine receptoare

* sistemul de obturatie cu motor

*sistemul de miscare al filmului

*sistemul de prindere si suspensie a filmului

*cadrul

* pompa de vacuum cu tub de absorbtie a aerului

*becul de iluminare a inscriptiilor ce se imprima pe cliseu (data de fotografiere, altitudinea de zbor, nivela sferica etc.)

* placa de presiune etc.

Dintre toate piesele componente ale carnerei fotografice, cea care imprima calitatea imaginii obtinute este desigur obiectivul care trebuie sa aiba unghi de deschidere cat mai mare (grand angular).

Receptorii fotografici utilizati de senzorii fotografici sunt filmele cu strat fotosensibil alb-negru sau color.

Filmele alb-negru se utilizeaza ca receptori astfel: filmele ortocromatice pentru detectarea si inregistrarea radiatiilor verzi si galbene emise de obiectele cercetate; filmele pancromatice pentru detectarea si inregistrarea radiatiilor albastre, verzi, galbene, portocalii si rosii emise de obiectele cercetate; filmele pentru detectarea si inregistrarea radiatiilor rosii si verzi.

Filmele color sunt utilizate ca receptori pentru deteetarea oricarei radiatii din speetrul vizibil emisa de obiectul cercetat.

Tipurile de camere fotogrefice utilizate in tara noastra sunt: Zeiss, RC8, RC9 si RC10, Wild, MRB, RMB, RMK.

Senzorii fotografici multispectrali

Senzorii multispectrali sunt camere fotografice multispectrale cu straturi fotosensibile suprapuse, sensibilile la radiatii din diferite zone ale spectrului electromagnetic vizibil si

infrarosu. Camerele pot fi dotate cu un singur obiectiv si cu un sistem de prisme ce dirijeaza radiatia captata simultan catre mai multi receptorii sau pot fi dotate cu mai multi obiectivi egali numarului de receptori utilizati.

Senzorii de baleiere

Sunt dispozitive sau instrumente care produc o imagine prin baleiere perpendieulara pe directia de deplasare a platformei spatiale sau aeriene. Elementele de imagine sunt convertite in semnale electrice care sunt stocate pe banda magnetica.

Cu ajutorul unei oglinzi basculante, radiatia emisa de obiectele din zona cercetata este dirijata catre un receptor de tip fotoemisiv sau fotoconductiv, care transforma radiatia captata in semnale electrice. Semnalele electrice obtinute astfel se inregistreaza

pe banda magnetica sub forma digitala.

Senzorii de televiziune

Camera de televiziune care produce imaginea pe ecranul unui tub catodic si poate fi inregistrata fotografic. Imaginea poate fi convertita, in semnale electrice si inregistrata pe banda magnetica. Camera de televiziune receptioneaza radiatiile emise de

obiectele din campul de observare si prin focusare formeaza imagini ale timpului de observare pe ecranul tubului catodic.

Explorand stratul fotosensibil al ecranului, punct cu punct si linie cu linie cu ajutorul unui fascicul de electroni, imaginea astfel formata este transformata in semnale electrice si transmisa la distanta statiilor de receptie de pe sol unde semnalele electrice receptionate

sunt convertite in imagini vizibile care sunt inregistrate apoi in format analog sau digital.

Senzorii termografici

Senzorii termografici sunt dispozitive prevazute cu receptori ce pot sesiza si receptiona radiatiile termice (de caldura) reflectate sau emise de catre corpurile cercetate. Suprafata terestra emite spre atmosfera radiatii infrarosii provenite de la soare si din emisia radiatiilor calorice proprii suprafetei terestre si a detaliilor de pe aceasta.

Ca receptori termali se utilizeaza atat filme fotografice cu emulsii sensibile la radiatii termice cat si cristale metalice in care apare o diferenta de potential electric sub actiunea radiatiilor termice

Rezolutia geometrica a senzorilor de teledetectie este cuprinsa intre 5 linii/mm si 500 linii/mm, iar rezolutia termica a sezorilor de teledetectie este cuprinsa intre 0,2C si 2C. Unii senzori sunt utilizati numai ziua, iar altii sunt utilizati atat ziua cat si noaptea.

4. ETAPELE PROCESULUI DE FOTOINTERPRETARE

Fotointerpretarea cuprinde doua etape. In prima etapa se cerceteaza si se identifica pe imaginea fotografica obiectele, detaliile de planimetrie, procesele si fenomenele existente pe teritoriul fotografiat. In etapa a doua se analizeaza si se judeca raporturile dintre obiectele, detaliile, procesele si fenomenele identificate pentru a descoperii informatii suplimentare.

Fotointerpretarea fiind un proces complex, se organizeaza diferentiat, in functie de continutul fotogramelor pentru fotointerpretat si de scopul urmarit.

In functie de tipul de informatie cautat in imaginea fotogramei pot fi utilizate metode de fotointerpretare care sa imbrace forme specifice si care sa permita identificarea a cat mai multe detalii planimetrice sau obiective.

Astfel, in procesul de fotointerpretare se utilizeaza doua metode de fotointerpretare: fotointerpretarea selectiva generala si fotointerpretarea selectiva de specialitate.

a) Fotointerpretarea selectiva generala

In cazul cand se urmareste exploatarea totala a materialului informativ continut de fotograma, fotointerpretarea se face printr-o examinare atenta a intregii fotograme sau a modelului stereoscopic realizat.

Fotointerpretarea se executa, in acest caz, din aproape in aproape, pe etape in gradatii de complexitate, dupa cum urmeaza:

- identificarea zonei fotografiate dupa obiective ale caror imagini se recunosc usor (localitati, paduri, cursuri de apa etc.);

- identificarea directa a detaliilor (obiectivelor) dupa caracteristicile lor specifice (forma, dimensiunii);

- identificarea indirecta a detaliilor (obiectivelor) a caror imagine nu apare pe fotograma, dar a caror prezenta este demascata de urmele unei activitati sau de legatura cu alte detalii (obiective) a caror imagine este vizibila;

- confruntarea cu terenul (cand este posibil) sau cu alte surse de informatii;

- fotointerpretarea complexa, care consta in stabilirea legaturilor intre rezultatele obtinute in etapele anterioare, corelarea cu informatiile obtinute din aceste surse sau din fotointerpretari anterioare si intocmirea documentului de sinteza cu rezultatele fotointerpretarii.

b) Fotointerpretarea selectiva de specialitate (tematica)

Fotointerpretarea selectiva de specialitate mai poarta numele si de fotointerpretare tematica intrucat ea se executa pe anumite teme sau eategorii de detalii.

Ordinea operatiilor in fotointerpretarea selectiva de specialitate este urmatoarea:

- se identifica fotogramele ce acopera zona de fotointerpretat; aceasta operatie opoate face orice fotointerpretator cu pregatire medie;

- se predau fotogramele unui fotointerpretator specializat in identificarea detaliilor (obiectivelor) respective, care le analizeaza metodic si intocmeste raportul de fotointerpretare;

- se continua fotointerpretarea pentru descoperirea altor tipuri de detalii (obiective); operatia se executa in continuare de acelasi fotointerpretator sau de alti specialisti in descoperirea diferitelor detalii (obiective) de specialitate;

- se intocmesc documentele de raport, separat pe genuri de detalii (obiective) sau se intocmesc documente de sinteza cu privire la fotointerpretarea tematica a zonei studiate.

5. EXPLICATI CARE SUNT DIFERENTELE DINTRE SENZORII ACTIVI SI CEI PASIVI

Senzorii de teledetectie sunt dispozitive sau instrumente ce capteaza (detecteaza) si absorb radiatii electromagnetice sau de alta natura emise de corpurile cercetate (suprafata Pamantului sau a altor planete) pe care le transforma in marimi fizice masurabile.

Atat senzorii pasivi cat Si senzorii activi de te1edetectie sunt dotati cu receptori de radiatii.

Senzorii activi de teledetectie sunt dispozitive de detectare dotate cu surse proprii care genereaza si emit radiatii cu ajutorul carora ilumineaza corpul cercetat (suprafata terestra) si receptioneaza radiatiile proprii reflectate de catre corpul iluminat (de catre suprafata terestra). Din categoria senzorilor activi de teledetectie fac parte: senzorii de emisie si receptie radar, senzorii de emisie si receptie laser si senzorii sonar.

Senzorii pasivi de teledetectie sunt dispozitive care detecteaza si inregistreaza radiatia emisa sau reflectata de corpul cercetat (suprafata terestra), fara ca acesta sa fie iluminat de catre o sursa artificiala a senzorului.

Asadar, senzorii pasivi de teledetectie nu sunt dotati eu surse proprii de generare a radiatiilor pentru iluminarea corpului cercetat. Din categoria senzorilor pasivi de teledetectie fac parte: senzorii fotografici, senzorii fotografici multispectrali, senzorii de baleiere, senzorii de televiziune si senzorii termografici.

Sisteme de teledetectie

Sistemul de teledetectie cuprinde totalitatea platformelor care transporta captorii cu senzorii de teledetectie, precum si a mijloacelor tehnice de control, receptie, prelucrare si difuzare la utilizatori a datelor de teledetectie, referitoare la suprafata terestra sau a altor planete

Un sistem de teledetectie cuprinde urmatoarele componente:

- centrul misiunii spatiale stabileste zilnic misiunea satelitului sau a navei spatiale precum si statia de control care supravegheaza deplasarea pe orbita

- statiile de control supravegheaza si controleaza deplasarea vehiculului spatial pe orbita

- statiile de receptie sunt repartizate in anumite zone de pe glob sau repartizate pe tot globul, si colecteaza datele transmise de sateliti si de navele spatiale;

- centrul de prelucrare a datelor colecteaza datele brute de la statiile de receptie, le corecteaza radiometric si geometric pt difuzarea lor la utilizatori;

- vehiculul spatial (satelit, nava spatiala, laborator spatial) dotat cu echipamentele de teledetectie;

- utilizatorii care sunt terte institutii de cercetare in diferite domenii, intreprinderi, firme cu diferite obiecte de activitate, institutii de invatamant si coordonatori cu diverse lucrari.

In esenta un sistem de teledetectie comporta:

- un program de determinari spatiale utilizand senzori plasati pe platforme orbitale;

- un program de determinari aeropurtate (la inaltimi mari, medii si mici);

- un program de determinari de teren care este corelat cu celelalte programe, si folosesc analize de laborator, de teren si analize teoretice ale ansamblului determinarilor.

In decursul anilor au fost create diferite sisteme de teledetectie:

Fig. 4.18 Sistem de teledetectie

Aceste sisteme au fost apoi permanent imbunatatite si modemizate pentru a raspunde necesita!ilor si cerintelor utilizatorilor.

Structura sistemului poate fi conceputa cu mai multi sateliti (sau nave spatiale) plasati pe orbite diferite care sa acopere zonele de interes diferite de pe glob ce urmeaza a fi cercetate.

La bordul satelitilor sau a navelor spatiale pot fi instalate sisteme de captori cu senzori ce ctiona in diverse zone ale spectrului electromagnetic, in zona radiatiilor termice sau in zona ultrasunetelor.

In acest mod fiecare zona inregistrata este vazuta prin mai multe ferestre, corespunzatoare lungimilor de unda in care lucreaza senzorii utilizati.

Radiatiile receptionate de catre sistemul de inregistrare de la bordul satelitului sunt convertite in semnale electrice care variaza in functie de intensitatea masurata in fiecare banda. Aceste semnale electrice sunt apoi convertite in forma digitala si sunt transmise statiilor de receptie de pe sol unde sunt inregistrate pe benzi magnetice sau sunt preluate de sistemele de calcul direct pentru prelucrare.

7. Explicati relatia dintre rezolutia imaginii si scara de reprezentare

Scara imaginii satelitare este raportul : unde (1)

Exemplu sc=1:25000 rezulta ca: 1mm pe imagine =25m in teren

Daca imaginea satelitara a fost obtinuta cu o rezolutie (o densitate de pixeli pe inch) de 300 pix/inch rezulta ca:

1 inch = 25,4 mm si deci:

daca 300 pix = 25,4mm (2)

atunci la 1 pix = x mm

Rezulta ca: (3)

Deci la scara 1:25000 1 pix = 0,08mm = 0,0825.4=2m in teren (4)

Se observa ca relatiile (2) fac legatura intre rezolutia imaginii si scara hartii.

Exemplu la o alta scara (1:100000) 1 pixel va avea alta valoare.

La 1:100.000 1mm pe imagine = 100m in teren

1 pix = 0,08mm = 0,08100 = 8m in teren (5)

Relatiile (4) si (5) evidentiaza legatura dintre rezolutie si scara imaginii