curs teledetectie 2012-2013

146
USAMV-FIFIM-CADASTRU ________________________________________________ Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECŢIE 1 TELEDETECTIE NOTE DE CURS Conf.dr.ing. Alexandru BADEA

Upload: serban-andreea

Post on 24-Nov-2015

150 views

Category:

Documents


23 download

TRANSCRIPT

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 1

    TELEDETECTIE

    NOTE DE CURS

    Conf.dr.ing. Alexandru BADEA

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 2

    CUVNT NAINTE

    Textul i ilustraiile acestui volum se adreseaz studenilor Facultii de mbuntiri Funciare i Ingineria Mediului din Bucureti, ntreg coninutul lucrrii, rod al acumulrii unei experiene practice ndelungate recunoscute n domeniu, fiind orientat ctre nelegerea mecanismelor i proceselor eseniale care asigur nsuirea unor noiuni de baz necesare pentru o utilizare corect a mijloacelor tehnice pe care le ofer teledetecia.

    Pentru a putea practica teledetecia nu este suficient s dispunem de un calculator echipat cu un program specializat de procesare de imagini pe care

    orice utilizator poate s nvee s l manipuleze cu ajutorul meniurilor din ce n ce mai sofisticate. Este nevoie, n primul rnd, de cunoaterea mediului natural care constituie obiectul investigaiei tiinifice satelitare. Aa cum, nc din anul 1985, unul dintre pionierii teledeteciei aplicate, francezul P. Foin, enuna axioma conform creia nu este o ntmplare faptul c TELEDETECIA i ECOLOGIA au aprut i s-au dezvoltat n paralel, lucrarea de fa ncerc s descrie n mod simplificat principiile de baz ale utilizrii imageriei satelitare. Aceste principii trebuie s fie considerate i acceptate pentru a putea utiliza n cunotin de cauz algoritmii specifici procesrii de imagini, etap a prelucrrii informaiei care are ca scop principal cartografierea tematic a suprafeei terestre.

    Instrumentele de procesare permit identificarea unor trsturi ale obiectelor i fenomenelor pe care simul vzului nu le putea distinge prin mijloace analogice, ns, pn la utilizarea profesional a acestor instrumente informatice, este necesar educarea ochiului i a intelectului pentru a putea observa corect i util forma, culoarea i textura. De fapt, trebuie s nvm s citim o imagine n conformitate cu metodele complexe de procesare elaborate i verificate n timp. De la nregistrarea imaginii (n faza de observare) pn la interpretarea acesteia (n faza de prelucrare) se folosesc att deprinderi bazate pe raionalul argumentat tiinific ct i pe abordri intuitive, acestea din urm uneori empirice, prin care creierul uman stabilete legturi ntre caracteristicile obiectelor/fenomenelor din natur i rolul sau efectele acestora asupra evoluiei societii umane.

    n mod intenionat, n paginile ce urmeaz, nu se fac referiri detaliate la sateliii i programele satelitare relativ recent aprute, dar se insist pe cunoaterea mai detaliat a programelor satelitare LANDSAT i SPOT care reprezint, fr dubii, axa temporal a dezvoltrii spectaculoase a tehnologiilor specifice teledeteciei.

    Autorul

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 3

    CUPRINS

    1. TELEDETECIA SURS DE DATE PENTRU CARTOGRAFIEREA TOPOGRAFIC I GEOGRAFIC6

    1.1. GENERALITI........................................................................................................................................................ 6

    2. SPECTRUL ELECTROMAGNETIC I ATMOSFERA ........................................................................................ 9

    2.1. SPECTRUL ELECTROMAGNETIC ............................................................................................................................... 9 2.2. CORPUL NEGRU, SOARELE, PMNTUL, SURSE DE RADIAIE................................................................................ 12 2.3. FACTORI LIMITATIVI N TELEDETECIE ................................................................................................................ 14 2.4. ATMOSFERA - MEDIU PERTURBATOR .................................................................................................................... 14

    2.4.1. Absorbia atmosferic ................................................................................................................................. 17 2.4.2. Difuzia atmosferic ..................................................................................................................................... 18 2.4.3. Emisia atmosferic...................................................................................................................................... 19 2.4.4. Refracia ...................................................................................................................................................... 19 2.4.5. Turbulena atmosferei................................................................................................................................. 20

    2.5. IONOSFERA, MEDIU PERTURBATOR ....................................................................................................................... 20 2.5.1. Refracia generat de ionosfer.................................................................................................................. 20 2.5.2. ncetinirea i atenuarea undei ................................................................................................................... 21 2.5.3. Eroarea efectului Doppler i rotaia planului de polarizare ...................................................................... 21 2.5.4. Scintilaiile .................................................................................................................................................. 22

    3. RADIAIA ELECTROMAGNETIC N INTERACIUNE CU SUPRAFAA TERESTR ........................ 22

    3.1. COMPORTAMENTUL OBIECTELOR N INTERACIUNE CU RADIAIA ELECTROMAGNETIC. ..................................... 22 3.2. DOMENII DE APLICARE A TELEDETECIEI .............................................................................................................. 24

    4. RAMURI ALE TELEDECIEI GEOSPAIALE CU UTILIZARE TEMATIC ............................................ 25

    4.1. FOTOGRAMMETRIA AERIAN ................................................................................................................................ 26 4.2. TELEDETECIA MULTISPECTRAL N VIZIBIL I INFRAROU .................................................................................. 30 4.3. TELEDETECIA N MICROUNDE ............................................................................................................................. 31

    4.3.1. Caracteristici tehnice ale instrumentelor radar ......................................................................................... 32

    5. LANUL DE ACHIZIIE, TRANSMISIE I PREPROCESARE A DATELOR DE TELEDETECIE. SISTEMELE SATELITARE I INSTRUMENTELE LOR (CAPTORI, SENZORI) ........................................... 35

    5.1. VECTORII PURTTORI ........................................................................................................................................... 36 5.2. ORBITELE SATELIILOR ........................................................................................................................................ 36

    5.2.1. Orbita aleas pentru sateliii SPOT ............................................................................................................ 41 5.2.2. Controlul orbitei cu ajutorul sistemului DORIS ........................................................................................ 43 5.2.3. Sistemul local de referin orbital ............................................................................................................ 44

    5.3. INSTRUMENTELE DE ACHIZIIE (CAPTORI, VECTORI, DETECTORI) ......................................................................... 46 5.4. MIJLOACELE DE TRANSMISIE LA SOL I DE PREPROCESARE A DATELOR BRUTE ..................................................... 47

    5.4.1. Segmentul de comand de la sol ................................................................................................................. 47 5.4.2. Instalaiile de gestiune i supraveghere a satelitului ................................................................................. 47 5.4.3. Instalaiile de exploatare a datelor primite de la satelit ............................................................................. 48 5.4.4. Formatul de distribuie a datelor imagine .................................................................................................. 50

    5.4.4.1. Formatul SISA ................................................................................................................................................................. 50 5.4.4.2. Formatul CAP .................................................................................................................................................................. 51 5.4.4.3. Formatul DIMAP ............................................................................................................................................................ 51

    6. ROLUL CULORILOR N ANALIZA DATELOR DE TELEDETECIE ......................................................... 51

    6.1. GENEZA CULORILOR N NATUR ........................................................................................................................... 54 6.2. EVALUAREA CULORILOR ...................................................................................................................................... 55

    6.2.1. Parametrii subiectivi de evaluare a culorii................................................................................................. 55 6.2.2. Parametrii obiectivi de evaluare a culorilor ............................................................................................... 56

    6.3. REPRODUCEREA CULORILOR................................................................................................................................. 56 6.3.1. Sinteza aditiv a culorilor (amestecul aditiv) ............................................................................................. 56 6.3.2. Sinteza substractiv a culorilor .................................................................................................................. 58

    6.4. ALTE NOIUNI PRIVIND CULOAREA UTILIZATE N PRACTICA PROCESRII DE IMAGINI ........................................... 59 6.5. ROLUL FILTRELOR N TELEDETECIE .................................................................................................................... 60

    7. PROCESAREA I ANALIZA IMAGINILOR....................................................................................................... 61

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 4

    7.1. VIZUALIZAREA IMAGINII....................................................................................................................................... 61 7.1.1. Principiul vederii binoculare ...................................................................................................................... 61 7.1.2. Efectul stereoscopic n fotogrammetrie ...................................................................................................... 62 7.1.3. Anaglifele .................................................................................................................................................... 63 7.1.4. Imagini tridimensionale polarizate............................................................................................................. 65 7.1.5. Autostereogramele ...................................................................................................................................... 67 7.1.6. Imagini lenticulare...................................................................................................................................... 67

    7.2. CARACTERISTICILE IMAGINILOR DIGITALE DE TELEDETECIE............................................................................... 67 7.3. OPERAIUNI PREGTITOARE EFECTUATE ASUPRA IMAGINILOR DE TELEDETECIE ................................................ 69 7.4. ANALIZA IMAGINILOR........................................................................................................................................... 70

    7.4.1. Izolarea plajelor de valori ntr-un domeniu monospectral ........................................................................ 70 7.4.1.1. Histograma ....................................................................................................................................................................... 70

    7.5. CLASIFICAREA ...................................................................................................................................................... 74 7.5.1. Clasificarea imaginilor ............................................................................................................................... 74 7.5.2. Forme ale clasificrii .................................................................................................................................. 74 7.5.3. Operaiuni de pregtire a analizei .............................................................................................................. 75 7.5.4. Clasificarea spectral.................................................................................................................................. 75

    7.5.4.1. Clasificarea nesupervizat .............................................................................................................................................. 75 7.5.4.2. Clasificarea supervizat .................................................................................................................................................. 76

    7.5.4.2.1. Etapele de realizare a clasificrii supervizate ....................................................................................................... 76 7.5.4.2.2. Plaje (praguri) de valori n domeniul multispectral .............................................................................................. 77 7.5.4.2.3. Praguri de valori identificate n scopul instruirii calculatorului .......................................................................... 78 7.5.4.2.4. Delimitarea claselor prin metoda distanei minime .............................................................................................. 79 7.5.4.2.5. Delimitarea claselor prin metoda paralelipipedului.............................................................................................. 80 7.5.4.2.6. Separarea claselor prin metoda verosimilitii (probabilitii) maxime .............................................................. 82

    7.5.4.3. Analiza componentelor principale (ACP)...................................................................................................................... 82 7.5.4.4. Utilizarea indicilor de vegetaie n procesarea imaginilor ............................................................................................ 83

    7.5.4.4.1. Indicele de vegetaie normalizat (NDVI)........................................................................................................... 84 7.5.4.4.2. Indicele de vegetaie RATIO ............................................................................................................................... 85 7.5.4.4.3. Indicele de vegetaie DVI ..................................................................................................................................... 85 7.5.4.4.4. Indicele de vegetaie TVI ..................................................................................................................................... 85

    7.5.4.5. Morfologia matematic ................................................................................................................................................... 85 7.5.4.5.1. Optimizarea local de densitate ............................................................................................................................. 86 7.5.4.5.2. Scheletizarea ........................................................................................................................................................... 86 7.5.4.5.3. Dilatarea i erodarea ............................................................................................................................................... 87

    7.5.4.6. Recunoaterea formelor .................................................................................................................................................. 88 7.6. ANALIZA MULTIVARIAT A DATELOR DE TELEDETECIE ...................................................................................... 89 7.7. INTERPRETAREA INTEGRAT I MULTI-CONCEPTUAL ................................................................................... 90

    7.7.1. Conceptul MULTI n teledetecie .......................................................................................................... 90 7.7.1.1. Multi-TEMPORALITATE ............................................................................................................................................. 90

    7.7.1.1.1. Variabilitatea factorilor naturali............................................................................................................................. 91 7.7.1.1.1.1.Variabilitatea spectral ................................................................................................................................ 91 7.7.1.1.1.2. Variabilitatea peisajului (PEISAJUL) ...................................................................................................... 91 7.7.1.1.1.3. Schimbarea funcionalitii obiectului n peisaj ..................................................................................... 91

    7.7.1.1.2. Variabilitatea factorilor antropici........................................................................................................................... 92 7.7.1.1.2.1. Modificarea peisajului prin intervenie antropic.................................................................................. 92

    7.7.1.2. Abordarea multi-SPECTRAL...................................................................................................................................... 93 7.7.1.3. Abordarea multi-REZOLUIE (multi-SCAR)........................................................................................................... 93 7.7.1.4. Abordarea multi-SURS ................................................................................................................................................ 93

    7.8. REZOLUIA N TELEDETECIE ............................................................................................................................... 94 7.8.1. Imagini de foarte nalt rezoluie (VHR) ................................................................................................... 95 7.8.2. Imagini cu rezoluie medie 50-500m (HR) ................................................................................................. 96 7.8.3. Imagini cu rezoluie joas i foarte joas 1-5km ....................................................................................... 97

    8. NOIUNI PRIVIND INTERPRETAREA IMAGINILOR ................................................................................. 100

    8.1. GENERALITI.................................................................................................................................................... 100 8.2. ANALIZA I INTERPRETAREA .............................................................................................................................. 100

    8.2.1. Informaii spaiale ..................................................................................................................................... 101 8.2.1.1.Interpretarea caracteristicilor spaiale ........................................................................................................................... 101

    8.2.2. Informaii radiometrice............................................................................................................................. 102 8.2.2.1. Interpretarea caracteristicilor radiometrice .................................................................................................................. 102

    8.3. RECOMANDRI PRIVIND INTERPRETAREA PROFESIONAL A IMAGINILOR SATELITARE ....................................... 102 8.4. CARACTERISTICI EXPLOATATE PENTRU EVALUAREA IMAGINILOR SATELITARE .................................................. 103

    8.4.1. Relaia i semnificaia relaiei textur/structur...................................................................................... 103 8.4.2. Forma, mrimea obiectului i elemente corelate .................................................................................... 104

    8.5. ANALIZA PEISAJULUI .......................................................................................................................................... 106 8.5.1. Analiza reelei hidrografice (a drenajului) .............................................................................................. 106

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 5

    8.6. FOTOINTERPRETAREA IMAGINILOR ..................................................................................................................... 107 8.6.1. Principii i etape ale procesului de fotointerpretare ................................................................................ 108

    8.6.1.1. Pregtirea (pre-zonarea) ................................................................................................................................................ 109 8.6.1.2. Confruntarea la teren ..................................................................................................................................................... 109

    9. ELEMENTE SPECIFICE ELABORRII UNUI STUDIU BAZAT PE DATE DE TELEDETECIE ........ 110

    9.1.COLECTAREA MATERIALELOR DE ARHIV (HRI, MONOGRAFII, IMAGINI), VIZITE LA TEREN ............................. 110 9.2. DESCRIEREA FIZICO-GEOGRAFIC A SUPRAFEEI STUDIATE ............................................................................... 110 9.3. ANALIZA IMAGINII (IMAGINILOR) ....................................................................................................................... 111 9.4. VALIDAREA I CONFRUNTAREA LA TEREN .......................................................................................................... 111 9.5. ELABORAREA DOCUMENTELOR GRAFICE ............................................................................................................ 112 9.6. ELABORAREA RAPORTULUI TEXT........................................................................................................................ 112

    10. SATELIII DIN SERIILE LANDSAT, SPOT, ERS I NOAA ........................................................................ 114

    10.1. SATELIII DIN SERIA LANDSAT ......................................................................................................................... 114 10.2. PROGRAMUL SPOT .......................................................................................................................................... 120

    10.2.1. Prile componente ale satelitului .......................................................................................................... 120 10.2.1.1. Sarcina util ................................................................................................................................................................ 120 10.2.1.2.. Platforma multi-misiune ............................................................................................................................................ 120 10.2.1.3. Caracteristicile optice ale satelitului .......................................................................................................................... 121

    10.2.1.3.1. Bareta de detectori .............................................................................................................................................. 121 10.2.1.3.2. Sistemul electronic de decompoziie ................................................................................................................. 122 10.2.1.3.3. Direciile de vizare n mod P i XS ................................................................................................................... 124

    10.2.1.4. Caracteristici mecanice i electronice ........................................................................................................................ 125 10.2.1.5. Alte caracteristici constructive importante ale sateliilor SPOT 1,2,3 ..................................................................... 126

    10.2.2. Satelitul SPOT 5 ...................................................................................................................................... 131 10.2.2.1. Instrumentele satelitului SPOT 5 ............................................................................................................................... 133 10.2.2.2. Achiziia n regim SUPERMODE.............................................................................................................................. 134 10.2.2.3. Instrumentul HRS (Haute Rsolution Stroscopique-nalt Rezoluie Stereoscopic) ........................................ 135 10.2.2.4. Instrumentul VEGETATION 2 .................................................................................................................................. 135

    10.2.3. Satelitul SPOT 6 ...................................................................................................................................... 136 10.3. PROGRAMUL NOAA ......................................................................................................................................... 138 10.4. PROGRAMUL EUROPEAN ERS ........................................................................................................................... 139 10.5. PROGRAMUL ENVISAT ................................................................................................................................... 141

    10.5.1. Instrumentele satelitului ENVISAT ....................................................................................................... 142 10.5.1.1. Radarul cu deschidere sintetic (ASAR) ................................................................................................................... 142 10.5.1.2. Radiometrul cu baleiaj longitudinal (AATSR).......................................................................................................... 143 10.5.1.3 Spectrometrul de medie rezoluie (MERIS) ............................................................................................................... 143

    11. RECAPITULAREA UNOR NOIUNI DE BAZ N TELEDETECIE ....................................................... 145

    BIBLIOGRAFIE ......................................................................................................................................................... 146

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 6

    1. Teledetecia surs de date pentru cartografierea topografic i

    geografic

    1.1. Generaliti

    Ca urmare a rezoluiilor adoptate n anul 2002 la Forumul Mondial pentru Dezvoltare Durabil (World Summit on Sustainable Development) de la Johanesburg, dar i ca rezultat al acordului inter-agenii al Organizaiei Naiunilor Unite, la nceputul anului 2003, a fost aprobat i publicat un document sintez cu titlul Soluii spaiale pentru problemele Lumii (Space Solutions for the Worlds Problems) al crui text cu titlul Principii privind teledetecia Pmntului din spaiul extraatmosferic (Principles Relating to Remote Sensing of the Earth from Outer Space) se refer explicit la reglementarea activitilor din domeniul teledeteciei. Astfel, au fost enunate o serie de principii fundamentale referitoare la domeniul observrii Terrei. Primul principiu are urmtorul coninut:

    termenul detecie de la distanta nseamn studierea suprafeei Pmntului, din spaiu, utiliznd proprietile undelor electromagnetice emise, reflectate sau difractate de ctre obiectele studiate, n scopul mbuntirii managementului resurselor naturale, utilizrii solului i protejrii mediului;

    termenul date primare se refera la acele date neprelucrate, achiziionate de senzori plasai pe aparatul din spaiu, care sunt transmise la sol, din spaiu prin telemetrie, sub forma de semnale electromagnetice, filme fotografice, benzi

    magnetice sau alte mijloace;

    termenul de date procesate se refera la datele obinute n urma procesrii datelor primare, procesri necesare pentru a le face utilizabile;

    termenul de informaii analizate face referire la informaia rezultat din interpretarea datelor procesate, a datelor de intrare i a cunotinelor din alte surse;

    termenul de activiti de detecie de la distan se refer la operaiunile efectuate de sistemele spaiale de detecie, colectarea de date primare i stocarea, interpretarea i diseminarea datelor procesate.

    n cele ce urmeaz ne vom concentra atenia pe explicarea unor elemente de baz fr de care nu este posibil nelegerea mecanismelor de prelucrare corect a datelor primare provenite de la sateliii de observare a Pmntului. De fapt, utilizarea teledeteciei a devenit, n timp, o obinuin i nu mai este considerat o tehnologie nou. Aplicarea tehnicilor de teledetecie n domeniul nelegerii i cunoaterii resurselor planetei este accept, n prezent, de comunitile tiinifice i guvernamentale drept instrument tehnologic avansat perfect adaptat obinerii de informaii variate care pot fi prelucrate cu mare eficien pentru a alimenta cu date obiective sistemele informaionale tematice.

    Naterea teledeteciei satelitare se situeaz n anii '60, odat cu lansarea primelor platforme cu destinaie meteorologic. Dup 1972 progresul tehnologic a permis

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 7

    plasarea pe orbit a primilor satelii cu destinaie civil pentru monitorizarea resurselor naturale, dar numai dup 1980 se poate spune c acest domeniu de activitate a devenit operaional. Treptat, tehnicile de captare a semnalului, mult mbuntite din punct de vedere optic i electronic, au permis atingerea unor rezoluii altdat accesibile doar sectorului militar, dar i dezvoltarea unor algoritmi sofisticai de exploatare a informaiilor provenite de la satelii, a cror utilizare eficient corect rmne, din nefericire, la ndemna profesionitilor iniiai.

    Trebuie neles faptul c, pentru a deveni specialist n teledetecie, nu este de ajuns s ai posibilitatea s achiziionezi imagini satelitare i un sistem de prelucrare a imaginilor. Pentru a putea prelucra corect i eficient datele respective este nevoie de un background educaional consistent, att n domeniul geo-tiinelor (tiinelor geonomice) ct i n ceea ce privete bazele fizice ale teledeteciei, tehnicile de preluare, preprocesare i procesare tematic a datelor imagine.

    n sens larg teledetecia (en.remote sensing, fr.tldtection, ge. Fernerkundung) este ansamblul de mijloace care permit nregistrarea de la distan a informaiilor asupra suprafeei terestre. O definiie sintetic a teledeteciei a fost formulat de Colwell (1983) : "achiziia de date despre un obiect sau un grup de obiecte cu ajutorul unui senzor situat la distan de acestea". O alt definiie a teledeteciei, de aceast dat mai detaliat, s-ar putea enuna astfel : Teledetecia este o tehnic

    modern de investigare care permite detectarea de la distan a variaiilor de absorbie, reflexie i de emisie caracteristice undelor electromagnetice i stocarea semnalelor sub forma de fotografii, de nregistrri (care pot constitui imagini), sau de profile spectrale.

    Fiecare din definiiile reproduse mai sus a fost enunat de specialiti aparinnd unor domenii de activitate particulare (construcii aerospaiale, fizic). Din punct de vedere al geografului definiia ar putea fi formulat astfel: Ansamblu de cunotine

    i tehnici utilizate pentru determinarea caracteristicilor fizice i biologice ale suprafeei terestre prin msurtori efectuate de la distan fr a intra n contact material cu acestea.

    Observarea suprafeei terestre din spaiu faciliteaz cunoaterea obiectelor naturale i antropice care o constituie oferind posibilitatea mbuntirii nelegerii relaiilor dintre acestea, fa de posibilitile limitate pe care le ofer studiile clasice care se desfoar n mare parte pe teren (in situ). Problematica teledeteciei se rezum la studiul fenomenelor urmrindu-se analizarea acestora n funcie de :

    natura, specificitatea i caracteristicile lor ;

    durata acestora cu ordin de mrime difereniat de natura fenomenelor derulate (ore, luni, ani, decenii..) sau, generaliznd, se pot lua n considerare elemente

    temporale (trecutul, mai mult sau mai puin cunoscut, prezentul studiat, viitorul prognosticat)

    spaiul geografic definit de :

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 8

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

    dimensiunea vertical (altitudine, nlime, profunzime, grosime),

    relaiile dintre obiecte

    Din punct de vedere conceptual, datele provenind de la sistemele de observare a planetei permit, ordonarea spaial-temporal a obiectelor i fenomenelor, evoluia lor fiind tratat difereniat :

    pentru trecut : este posibil arhivarea evoluiei istorice a mediului i constituirea de baze de date referitoare la resurse (pentru realizarea studiului

    tendinelor),

    n prezent : este posibil monitorizarea i analiza schimbrilor survenite (funcia de evaluare a strii actuale),

    pentru viitor: se simuleaz situaia posibil a mediului i se estimeaz disponibilul de resurse (funcia de prevenire i planificare).

    Folosirea imaginilor provenite de la sateliii de observare a Pmntului ine cont de caracteristicile proprii fiecrui satelit utilizat, mai precis de cei trei parametri fundamentali:

    rezoluia spaial,

    rezoluia spectral,

    repetitivitatea spaio-temporal.

    Orice analiz multi-tematic este realizat, obligatoriu, innd cont de caracteristicile senzorilor sateliilor de la care provin datele la care analistul are acces. Lista acestor satelii este diversificat i imposibil de analizat n cadrul unui curs cu durata limitat. Totui, ncercm s amintim o serie de programe care furnizeaz periodic date interesante i utile pentru cunoaterea i gestionarea spaiului i ale cror satelii au o importan recunoscut pentru teledetecia civil: LANDSAT TM, SPOT, ERS, NOAA-AVHRR, METEOSAT, RADARSAT, IRS, IKONOS, KOMPSAT,

    FORMOSAT, ALOS, TerraSAR-X, DMC, ENVISAT, RAPIDEYE.

    Utilizarea senzorilor instalai la bordul aeronavelor sau a sateliilor constituie, n prezent, instrumentul pentru colectarea informaiilor necesare monitorizrii, controlului i administrrii mediului. Astfel, teledetecia ofer posibilitatea studierii de ctre specialiti a problemelor majore privind conservarea naturii. Pot fi amintite tematici de studiu de mare importan pentru prezentul i viitorul omenirii : defririle masive,

    seceta,

    monitorizarea culturilor agricole,

    explorarea i exploatarea resurselor minerale,

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 9

    efectele dezastrelor naturale (inundaii, cutremure, alunecri de teren, etc.) sau antropice.

    De asemenea este important s fie amintite i alte aplicaii, astzi devenite operaionale, ale teledeteciei:

    studiul ratei de sedimentare n estuare i areale deltaice,

    managementul i reabilitarea fondului forestier,

    reecologizarea (regenerarea solurilor) dup ncheierea exploatrilor miniere (aceste proceduri au o durat mare de peste 10 ani);

    monitorizarea temperaturii suprafeei mrilor i oceanelor pentru a identifica cele mai bune locuri de pescuit din punctul de vedere al produciei i cu impact redus asupra proteciei speciilor,

    studii privind salinitatea apei,

    msurarea cantitii de clorofil,

    monitorizarea calitii apei din punct de vedere al turbiditii i al coninutului de alge n zonele costiere,

    modul de utilizarea a terenurilor. Subliniem faptul c accesul la tehnologie nu este suficient pentru a operaionaliza aceste aplicaii. Modul n care specialistul nelege relaia dintre imagine satelitar i realitatea nconjurtoare depinde de dou elemente aparent disociate: pregtirea sa de baz, pe de o parte, iar pe de alt parte echipamentele i tehnicile de prelucrare (operaionale sau experimentale) de care dispune acesta. Mai trebuie inut seama i de faptul c n teledetecie este obligatorie crearea de echipe complexe formate din specialiti capabili s extrag i s analizeze n mod coerent, integrat, cu viziune multidisciplinar, esena informaiei tematice. De asemenea, este necesar ca, innd seama de realitatea actual fiecare guvern responsabil s accepte faptul c trebuie s genereze o investiie public major n domeniul observrii Pmntului care s permit gestionarea resurselor naturale.

    2. Spectrul electromagnetic i atmosfera

    2.1. Spectrul electromagnetic

    Mrimea cea mai des msurat de sistemele de teledetecie actuale este energia electromagnetic emanat sau reflectat de obiectul studiat. Aceasta pentru c elementele constitutive ale scoarei terestre (rocile, solurile), vegetaia, apa, ct i obiectele care le acoper au proprietatea de a absorbi, reflecta sau de a emite energie. Cantitatea de energie depinde de caracteristicile radiaiei (lungimea de und i intensitatea acesteia), de proprietatea de absorbie a obiectelor i de orientarea acestor obiecte faa de soare sau faa de sursa de radiaie.

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 10

    Toate obiectele din natur, cu condiia ca temperatura lor sa fie superioara lui zero

    absolut (0 K 273 C), emit o cantitate specific de radiaie electromagnetic din care, o parte, poate fi perceput de instrumente specializate.

    O unda electromagnetic este caracterizat prin lungimea de unda (sau frecven), polarizare i energia sa specific. Independent de aceste caracteristici, toate undele electromagnetice sunt de natura esenial identic. Particularitile diferitelor domenii ale spectrului au condus la clasificarea n unde radio, hiperfrecvene, infrarou, vizibil, ultraviolet, raze X i raze gamma (Fig. 1). n teledetecie se utilizeaz, ns, numai o poriune a spectrului electromagnetic (de la microunde pn la ultraviolet). Fiecare domeniu este observat cu ajutorul unor captori/senzori adecvai n funcie de natura obiectelor i fenomenelor supuse cercetrii.

    Fig. 1 Spectrul electromagnetic general (sus) i spectrul electromagnetic utilizat n teledetecia tehnologic (jos)

    Toate categoriile de obiecte de la suprafaa Terrei au proprietatea de absorbi o parte a radiaiei electromagnetice, n funcie de aceasta fiind definit semntura spectral a obiectului respectiv. Pe baza cunotinelor referitoare la categoriile de radiaii cu lungimi de und absorbite i reflectate este posibil analizarea i interpretarea imaginilor de teledetecie. Elementele care stau la baza acestor analize sunt urmtoarele :

    lungimea de und;

    intensitatea radiaiei incidente;

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 11

    caracteristicile obiectelor i elementelor (n particular caracteristici de absorbie) ;

    orientarea acestor obiecte i elemente n raport cu poziia soarelui sau a sursei de iluminare.

    O diagram sugestiv privind domeniile spectrului electromagnetic ntlnite n activitile curente ale omenirii are forma din figura urmtoare:

    Fig. 2 Domeniile spectrului electromagnetic

    Teledetecia aerospaial se bazeaz pe nregistrarea radiaiei electromagnetice cu ajutorul senzorilor special concepui n acest scop, utiliznd radiaia luminii, de la ultraviolet la microunde, folosind ca form de stocare a datelor imagini numerice sau analogice. Acest spectru nu este disponibil n totalitate, atmosfera acionnd ca un filtru de absorbie i de difuzie, rmnnd la dispoziie cteva ferestre de transparen. Acestea sunt zonele spectrale utilizate pentru teledetecie, senzorii instrumentelor de captare a semnalului fiind calate n aceste lungimi de und (fig.1).

    Efectele atmosferei asupra nregistrrilor aeropurtate i spaiale asupra pmntului pot fi grupate n patru categorii principale: difuzie, absorbie, refracie i turbulena. Dintre acestea difuzia constituie efectul dominant n marea majoritate a situaiilor. n orice caz, pentru o nelegere corect a mijloacelor pe care teledetecia le pune la dispoziia operatorilor, trebuie s fie cunoscute n mod corect efectele interaciunii

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 12

    radiaiei electromagnetice n atmosfer i rolul acesteia, inndu-se seama de natura fenomenelor i obiectelor urmrite.

    n practic, analiza acestui subiect trebuie s se fac n mod difereniat, de la simple aprecieri calitative ale filtrului atmosferic pn la modele fizico-matematice complexe, sofisticate: lund n considerare numai veriga respectiva (filtrul

    atmosferic) sau considernd ansamblul factorilor naturali perturbatori cu conexiunile

    i interdependenele dintre acetia. Importana real a efectelor factorilor perturbatori asupra procesului de teledetecie depinde de natura senzorilor utilizai i de rezultatele urmrite. Ca atare, au fost evideniate n acest capitol conceptele de baza ale efectelor atmosferice, ionosferice i ale apei. Fiind greu de abordat ntr-o form comprimat, am considerat necesar ca tehnicile de msurare i instrumentaia adecvat, precum i metodologia sau tehnologia de calibrare a acestor filtre perturbatoare s fie prezentate n mod sumar n aceast lucrare.

    2.2. Corpul negru, Soarele, Pmntul, surse de radiaie

    Corpul negru este un iradiator perfect care emite toata energia absorbit. n echilibru termodinamic radiaia emis de corpul negru este verificat de legea lui Planck:

    B(,T) = C1 -5

    [e C2/T

    -1]1

    W m-2

    sterad1

    Hz1

    n care:

    B(,T) - reprezint puterea radioactiv emis de banda spectrala unitar cu lungime de unda pe unitatea de suprafa a corpului negru la

    temperatura absoluta T K c1,c2 reprezint constante care se exprima n functie de constanta lui

    Planck i de constanta lui Boltzmann (c1 = 3,74. 104 W .m 4 .cm -2,

    respectiv c2 = 1,438 cm K)

    Pentru temperaturi mai mari de 200K i frecvene mai mari de 100Hz (=3 mm) se poate utiliza aproximaia Rayleigh-Jeans:

    B (,T) = 2KT/4. W.m

    -2. sterad

    1. Hz

    1

    Se demonstreaz astfel c exist o relaie liniar ntre intensitatea radiaiei i temperatura absolut pentru o lungime de und cunoscut.

    Radiaia solar constituie, incontestabil, sursa de energie cea mai importanta pentru msurare n teledetecie. Radiaia pe care o emite Soarele corespunde aproximativ cu

    cea a corpului negru (59ooK - 6oooK), dar numeroase fenomene specifice mediilor strbtute de und (prezena apei sub diferite forme de agregare, atmosfera,

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 13

    ionosfera) modific n detaliu curba radiaiei spectrale. Aa cum se poate observa n (Fig.4), trebuie remarcat faptul c, la limita superioara a atmosferei, radiaia solara are valori de circa 0,135 W / cm

    2.

    Fig. 3 Radiaia solar i interaciunea sa cu atmosfera

    Ca i Soarele, Pmntul, cu toate c are o temperatura mult mai sczut, constituie un emitor de radiaie electromagnetic, spectrul acesteia fiind situat n infraroul mediu i deprtat (Fig.4).

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 14

    Fig. 4 Spectrele radiaiei solare i terestre

    n afar de sursele naturale de radiaie electromagnetic, n practic se folosesc i surse artificiale, create de om denumite surse radiometrice. Acestea au o importan foarte mare n teledetecie deoarece constituie baza sistemelor active de captori/senzori (emitoare dar i receptoare de radiaie electromagnetica). Este cazul radar-ului care genereaz radiaia, iar apoi nregistreaz micrile i modificrile survenite n structura semnalului dup ce radiaia a interacionat cu mediul.

    2.3. Factori limitativi n teledetecie

    Dup cteva decenii de evoluie spectaculoas, teledetecia pare, nc a fi o tehnic extrem de general, dezvoltarea sa, precum i principalele sale aplicaii plasnd-o lng celelalte tiine i tehnici aplicative de avangarda aprute in secolul trecut. Trebuie ns pstrate precauiile necesare, deoarece exist limitri fizice dar i restricii de aplicare (acestea din urm din ce n ce mai mici) ale acestei tehnologii.

    Limitrile fizice sunt legate esenial de fenomenele fizice susceptibile de transferul informaiei de la obiect la captor. n acest sens, sunt luate n considerare n cadrul procesului de teledetecie :

    radiaiile electromagnetice,

    cmpurile de for electrice, magnetice i cmpul gravitaional,

    vibraiile acustice,

    vibraiile mecanice,

    particule perturbatoare

    2.4. Atmosfera - mediu perturbator

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 15

    La traversarea atmosferei, radiaia solar este supus unor perturbaii care depind de lungimea de und proprie. Aceste perturbaii sunt datorate absorbiei i emisiei mediului precum i difuziei, difraciei sau refraciei atmosferice (Fig. 5).

    Fig. 5 Perturbaii atmosferice

    n consecin, o mic parte a radiaiei solare este penetranta prin atmosfera i aceasta n poriuni bine definite ale spectrului electromagnetic. n literatura de specialitate aceste poriuni sunt ntlnite sub numele de ferestre de transmisie ale atmosferei (Fig.6).

    Fig. 6 Transmisia atmosferic

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 16

    Dup cum se poate observa, atmosfera este opac ncepnd cu cele mai scurte

    lungimi de und corespunztoare razelor gamma i X pana la circa 0,35

    (ultraviolet foarte apropiat de vizibil). Pornind de la 0,4 atmosfera prezint

    ferestrele de transmisie amintite mai sus, nainte de a deveni opac ntre 14 i 1 mm. n fine, nveliul atmosferic devine penetrabil de la 1 mm la 5 cm lungime de und pentru a ajunge total penetrabil pentru toate lungimile de und mai mari. Trebuie amintit ca ionosfera introduce limitri suplimentare pe care le vom aminti ntr-un paragraf urmtor.

    Transparena spectral a aerului, este, de asemenea, o caracteristic care trebuie cunoscut n procesul de nregistrare a imaginilor. Coeficientul de transparen variaz dup sezon i n funcie de diferitele lungimi de und. Vara, coeficientul de transparen scade semnificativ n vizibil, pentru infrarou variaiile fiind mult mai mici. Totui, poate s apar o mrire a luminozitii generale datorit difuzei luminii n atmosfer. Valoarea vlului atmosferic depinde de grosimea optic a atmosferei, de distan zenital a soarelui i de direcia de vizare, de capacitatea de reflexie a peisajului aerian, precum i de forma sub care se manifest difuzia n atmosfer. Principalele mijloace pentru nlturarea sau slbirea efectului voalului atmosferic asupra nregistrrii, sunt dispozitivele optice suplimentare ataate captorului, numite filtre. Acestea sunt poziionate n faa instrumentului optic instalat pe platforma satelitar. Un al doilea mijloc de compensare a efectelor atmosferice este alegerea judicioas a benzilor spectrale. Principala sarcin a filtrelor de culoare este aceea de a absorbi razele de lumina, reflectate i difuzate de ctre atmosfer. Datorit faptului c radiaiile electromagnetice corespunztoare domeniului albastru, violet i, n parte, ultraviolet, nu iau parte la formarea imaginii din cauza reflexiei i difuzrii lor de ctre atmosfera este necesar utilizarea filtrelor optice compensatoare colorate sau a detectorilor adecvai . ntre dispozitivul captor i Pmnt se afl, ntotdeauna, o ptur groas de aer care nu este niciodat complet transparent. Aceasta este alterat ntr-un anumit grad de prezena anumitor particule, fie solide fie produse prin condensarea vaporilor de ap, care provoac difuzarea luminii n atmosfer afectnd claritatea aerului. Mediul acesta tulbure imprim i obiectului de fotografiat aceeai caracteristic, adic reduce contrastul detaliilor obiectului de fotografiat. Acest mediu alterat poart numele de vl atmosferic i are drept cauz prezena n atmosfer a diferitelor particule strine. Corpurile strine din atmosfera provoac difuzarea razelor de lumin n mediul nconjurtor.

    Difuzia luminii n atmosfera are dou surse principale :

    cnd aerul are relativ puine impuriti i lumina solara este difuzat n special de ctre moleculele de gaze, predominnd radiaia albastr ;

    cnd aerul conine multe impuriti (praf, fum, .a.), iar razele corespunztoare diferitelor zone ale spectrului sunt reflectate i difuzate disproporionat.

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 17

    2.4.1. Absorbia atmosferic

    Absorbia este cauzat de tranziia electronic a atomilor i moleculelor, ct i de tranziia de rotaie sau de vibraia molecular poliatomic.

    Principalele gaze absorbante din atmosfer sunt oxigenul molecular (O2), oxigenul atomic (O), ozonul (O3) - n straturile superioare ale atmosferei -, vaporii de ap i picturile (H2O), bioxidul de carbon (CO2), azotul molecular (N2), oxidul de carbon (NO), metanul (CH4), oxidul de azot (N) ct i omologii izotopici ai acestora. Spectrele de absorbie cauzate de tranziiile electronice se situeaz n principal n ultraviolet, iar cele generate de rotaiile i vibraiile moleculare se plaseaz n infrarou. Spre deosebire de acestea, domeniul vizibil este afectat n mic msur de absorbie. Se remarcfaptul c toate aceste spectre de absorbie sunt spectre de banda cu o structura fin foarte complex.

    Absorbia radiaiei electromagnetice monocromatice de intensitate Io urmeaz legea:

    I= Io e-kx

    n care: x este lungimea traseului absorbant

    k este un coeficient de absorbie

    Coeficienii de absorbie corespunztori lungimilor de und ale tranziiilor electronice au valori foarte mari deci, se demonstreaz faptul c n atmosfera foarte nalt radiaia solara este absorbit intens. n consecin, energia absorbit se consum prin contribuia pe care o aduce la disocierea ozonului, azotului molecular, azotului, oxigenului molecular n azot i oxigen atomic (N i O) care absorb nc energie dar n alte lungimi de unda.

    n ultraviolet absorbia electronic foarte ridicat a oxigenului i azotului molecular, dublat de absorbia oxigenului i azotului atomic sau ozonului (pentru atmosfera foarte nalt) au drept consecin imediat opacitatea pentru lungimile de und

    inferioare valorii de 0,3. Se mai poate reaminti faptul c, din punct de vedere cantitativ, ozonul variaz n cantitate cu anotimpul (maxim primvara) ct i cu

    latitudinea. De fapt, n vizibil se constat o slab absorbie datorat ozonului la 0,6

    i oxigenului molecular la 0,69 i 0,76.

    Intervalele de absorbie n infrarou sunt generate de tranziiile de rotaie i de vibraiile moleculare poliatomice. Se remarca n acest domeniu spectral importana absorbiei vaporilor de ap ale cror benzi principale sunt situate la: 0,7; 0,8; 0,9; 1,1;

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 18

    1,4; 1,9; 2,7; 3,2 i 6,3. Pentru bioxidul de carbon benzile principale de absorbie

    sunt situate la 1,6; 2;7;si 4,3.

    ncepnd de la 14 pn la circa 1 mm lungime de und, propagarea este mpiedicat n totalitate de vaporii de ap n corelaie cu o banda de absorbie foarte puternica a

    bioxidului de carbon situata la 15.

    n domeniul hiperfrecvenelor atenuarea introdus de gazele atmosferice este constanta i este cauzat, n principal, de absorbia moleculara a vaporilor de apa i a oxigenului. n acest caz acioneaz doua mecanisme:

    absorbia de rotaie moleculara (vaporii de apa la 1,63 mm i la 13,5 mm iar ozonul la 27 mm);

    absorbia spectrala paramagnetica (oxigenul molecular la 2,5 i la 5 mm).

    n compoziie pur atmosfera nu are influene negative n propagarea lungimilor de und mai mari de 2 cm. Totui, perturbaiile meteorologice duc la modificri n structura fizic a atmosferei i deci radiaiile cu lungimi de und mai mari de 2 cm vor avea un comportament mai greu de urmrit.

    2.4.2. Difuzia atmosferic

    Constituia granular a atmosferei (ncepnd cu moleculele de gaz de baz pn la picturile de ap i praful din atmosfer) provoac difuzia radiaiilor electromagnetice. Difuzia poate fi studiat comparnd mrimea relativ a particulelor cu lungimea de und a radiaiei. n practica se iau n considerare trei cazuri considerate importante:

    cazul dimensiunilor neglijabile ale particulelor fa de lungimea de und,

    cazul dimensiunilor comparabile ale particulelor i lungimii de und,

    cazul dimensiunilor mari ale particulelor fa de lungimea de und.

    Primul caz corespunde lungimilor de und din domeniul vizibilul, al doilea caz este ntlnit n prezena vaporilor de ap i aerosolilor, n timp ce al treilea caz se ntlnete din cauza particulelor de praf, picturilor de apa i cristalelor de ghea.

    n primul caz procesul de difuzie este cunoscut sub numele de difuizie Rayleigh.

    Teoria generala a acestui fenomen arat c difracia este proporionala cu -4; Fenomenul explica culoarea albastra a cerului i arata ca unghiul sub care sunt difractate razele are o distribuie specific. Atunci cnd ne aflam n de-al doilea caz, procesul de difracie este cunoscut sub denumirea de difracia lui Mie. Dac diametrul particulelor este mult mai mare

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 19

    dect lungimea de und, difracia devine independent de lungimea de und. Astfel se explic culoarea cenuie a norilor.

    n domeniul vizibil (

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 20

    2.4.5. Turbulena atmosferei

    O consecin important a turbulenei atmosferice este variaia indicelui de refracie. n acest caz ponderea acestei perturbaii depinde, evident, de gradul mai ridicat de turbulen n proximitatea mediului marin i a reliefului mai frmntat comparativ cu regiunile deertice.

    Amplitudinea instabilitii radiaiilor depinde i de distana la care se gsete zona de turbulena fa de punctul n care se efectueaz nregistrarea. Turbulena se manifest n condiiile variaiilor rapide i pe distane mici ale vitezei i intensitii curenilor verticali de aer i atunci cnd coninutul de vapori de ap este ridicat se asociaz cu formrii norilor.

    2.5. Ionosfera, mediu perturbator

    De la 80 la 1000 km altitudine se ntinde o zona ionizat de foarte puternic densitate electronic. Mai sus de 1000 km, densitatea este foarte puin cunoscut i variaz de la 10

    4 la 10

    2 electroni pe cm

    3 n regiunea situat la 36000 Km.

    Ionizarea atmosferei superioare este provocat de radiaia solar foarte puternic. n consecin, densitatea electronic este, mai mare, pe de-o parte ziua fa de noapte, iar pe de alta parte variaz semnificativ n perioada de activitate solar mai intens. De fapt, un semnal electromagnetic care se propag n ionosfer, este afectat de o mare varietate de perturbaii cauzate de anizotropia i turbulena mediului:

    refracie,

    ncetinire de und,

    perturbaii ale efectului Doppler,

    scintilaii (sau variaii aleatoare) asupra efectelor de mai sus,

    rotaia planului de polarizare al undei,

    atenuarea (slbirea) undei,

    dispersia semnalului

    Toate categoriile de perturbaii enumerate sunt luate n considerare atunci cnd se proiecteaz un sistem de observare a Pmntului

    2.5.1. Refracia generat de ionosfer

    Cnd o und electromagnetic se propag n ionosfer, aceasta sufer refracii pe toata lungimea traseului su. Fenomenul este cauza unei erori n msurarea (stabilirea) poziiei unghiulare a vehiculului spaial purttor de captori/senzori.

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 21

    Pe tot traseul undei refracia provocat de diferitele straturi ale atmosferei sufer modificri ale traiectoriei dup legile cunoscute din fizica. Este de semnalat c refracia provocata de paturile inferioare ale atmosferei este de sens opus fa de refracia provocata de ionosfera. Eroarea de punctare cauzat de ionosfera este invers proporional cu ptratul frecvenei pentru lungimi de und mai mici de 3 m.

    2.5.2. ncetinirea i atenuarea undei

    Viteza de propagare a undei n atmosfer este cu foarte puin inferioara vitezei luminii. Deoarece deducem distana pe care o parcurge unda electromagnetic cu ajutorul timpului, presupunnd viteza sa egal cu viteza luminii , vom face o eroare

    r n evaluarea acestei distane. Aceasta eroare este invers proporionala cu ptratul frecvenei. Este introdus, de asemenea, o eroare n determinarea distanei cauzat de curburii razei care, nsa, este neglijabil fa de precedenta. Atunci cnd lumina strbate orice mediu material transparent, deci i atmosfera, valoarea vitezei de propagare a luminii n este mai mic dect valoarea vitezei luminii n vid. Astfel, la trecerea luminii dintr-un strat transparent ntr-un alt strat are loc modificarea vitezei,

    concomitent cu schimbarea direciei de propagare, genernd fenomenul de refracie.

    Atenuarea semnalului electromagnetic care traverseaz ionosfera este total neglijabil pentru toate lungimile de und mai mici de 1 m. n consecina, pentru o lungime de und de 1 m i o elevaie dubl, semnalul este atenuat doar cu 2,5%, dar, pentru lungimile de und din ce n ce mai mari, ionosfera devine progresiv opac.

    2.5.3. Eroarea efectului Doppler i rotaia planului de polarizare

    Un semnal radioelectric emis de un vehicul n micare i primit de o staie fix sufer o scdere de frecven generat de efectul Doppler. Acest fenomen este cauzat de micarea relativa dintre surs i receptor. Pentru o und care se propag n ionosfer, aceasta scdere de frecvena este nsoita de o eroare cauzat de refracia mediului gazos.

    Dac o und electromagnetic polarizat liniar ptrunde ntr-un mediu ionizat n prezena unui cmp magnetic unda se separ n dou componente independente. Acest fenomen cunoscut sub numele de birefringen se produce in ionosfer n prezena cmpului magnetic terestru. Pentru lungimi de und mai mici de 3 m acele doua componente rezultate sunt polarizate n direcii opuse. Cele dou unde rezultate se propaga cu viteze diferite, astfel c, la ieirea din straturile ionizate, cele doua componente polarizate circular se recombin pentru a forma o und liniara al crui plan de polarizare a fost rotit n raport cu planul de polarizare al undei incidente. Acest fenomen este cunoscut sub numele de efect Faraday. Unghiul de rotaie al planului de polarizare este invers proporional cu ptratul frecvenei undei.

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 22

    2.5.4. Scintilaiile

    Scintilaiile sunt iregulariti n distribuia densitii electronice care cauzeaz fluctuaii n amplitudine, frecven, distana faa de surs i n faz. Aceste iregulariti sunt proporionale cu ptratul lungimii de und, iar faza este proporionala cu lungimea de und. Toate aceste scintilaii sunt neglijabile pentru lungimi de unda mai mici de o,6 m. Aa cum s-a mai spus, lumina, e refractat n mod diferit de diferitele pturi atmosferice, iar imaginea unor surse de lumin i schimb permanent poziia aparent suficient pentru a produce un fenomen de clipire.

    3. Radiaia electromagnetic n interaciune cu suprafaa terestr

    3.1. Comportamentul obiectelor n interaciune cu radiaia electromagnetic.

    Pentru o radiaie oarecare care intr in contact cu un obiect oarecare se poate scrie legea care urmeaz:

    R +T + A = 1

    n care:

    R= reflexia totala pentru o lungime de und dat T= transmisia total pentru. o lungime de und cunoscut

    A= absorbia totala pentru o lungime de und dat

    Unda reflectat (cea care corespunde termenului R al egalitii), poate fi nregistrat de un captor (deci este purttoarea informaiei n teledetecie). Pe de alt parte, toate obiectele emit energie n diferite lungimi de unda. Aceasta energie, la rndul su, poate fi captat i analizat. n consecin, n toate domeniile spectrale considerate, energia nregistrat provine, n principal din refleciile radiaiei incidente sau din emisia undelor electromagnetice de ctre obiectul considerat.

    Pentru a nelege mai uor procesul vom defini reflectana total a unui obiect pentru

    o lungime de unda dat R ca raport ntre energia totala reflectat de unitatea de suprafa i energia incident pe aceast suprafa. De fapt, senzaiile de culoare rezult din diferite valori ale reflectanei n vizibil.

    n practic, reflectana total specular sau difuzat se msoar cu aparate specializate denumite radiometre.

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 23

    Fig. 8 Radiometru de teren cu patru canale spectrale

    Ca rezultat al msurtorilor se traseaz curbe ce indic reflectana total, specular sau difuzat, dup caz, n funcie de lungimea de und difuzat. De aceea, din cauza naturii lor specifice, obiectele din natur vor avea curbe de reflectanta diferite.

    Trebuie subliniat faptul c n laborator, cu ajutorul goniometerelor specializate se msoar experimental reflectana total specific obiectelor studiate, pe cnd n teren msuram reflectana retrodifuzat de obiectele int.

    Fig. 9 Goniometrul de laborator fabricat de ONERA- Frana

    Pentru a putea simplifica modul de identificare a obiectelor n teledetecie sunt stabilite aa numitele curbe de reflectan ale obiectelor. Curba de reflectan este

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 24

    determinat de raportul dintre cantitatea de energie reemis i cantitatea de energie primit de obiectul studiat. Aceast definiie se aplic n cazul spectrului electromagnetic din intervalul ultraviolet - vizibil -infrarou apropiat.

    3.2. Domenii de aplicare a teledeteciei Dintre toate aplicaiile teledeteciei mai cunoscute sunt cele care se refer la studiul resurselor naturale ale Pmntului. Trebuie ns menionat c teledetecia are aplicabilitate i n multe alte domenii ale cercetrii, un loc important fiind ocupat de studiul polurii i al poluanilor.

    Fr a considera urmtoarea enumerare ca fiind exhaustiv, se poate spune c teledetecia se ocup cu:

    studiul comportamentului suprafeei terestre n interaciune cu radiaiile electromagnetice,

    studiul mijloacelor tehnice care permit recepionarea acestor radiaii

    studiul metodelor de analiz a datelor recepionate, nainte de a fi extrase informaiile care constituie, de fapt, produsul final i scopul declarat.

    Astfel, instrumentele optice furnizeaz imagini similare unei observri directe din spaiu. Rezoluia ridicat a acestor instrumente i utilizarea benzilor multispectrale permit achiziionarea imaginilor foarte bogate n informaii care pot fi interpretate n vederea detaliilor specifice ale suprafeei Terrei. De asemenea, n mod complementar instrumentelor optice (dependente de starea atmosferic i de iluminarea direct a soarelui) instrumentele radar pot funciona att ziua ct i noaptea indiferent de acoperirea cu nori. Observarea n domeniul optic, al microundelor i al hiperfrecvenelor este un mijloc modern de investigare care poate fi adaptat necesitilor fiecrei aplicaii n parte. De exemplu, combinate cu imagini optice de arhiv, datele radar constituie o alternativ viabil performant n cazuri de urgen generate de calamiti naturale. Perfecionarea tehnologiilor a permis ca n ultimii ani s se dezvolte o nou generaie de satelii care permit i rilor cu resurse limitate s opereze sisteme satelitare de observare a Terrei datorit costurilor mai reduse i a adaptabilitii pentru aplicaii particulare. Este vorba de sistemele de satelii de talie mic care ofer oportuniti pentru expansiunea mai rapid a cunotinelor tehnice n domenii tematice mult mai variate. Poate fi amintita aici seria de satelii DMC (Disaster Monitoring Constelation) produs n Marea Britanie la Surrey constelaie care servete nevoile interne ale unor ri ca Algeria (AlSAT), Turcia (BilSAT sau Nigeria (NigeriaSAT), iar ncepnd cu a doua generaie i ale unor ri cu potenial spaial avansat ca Spania (Deimos-1) sau China (Beijing-1). Evident c i Marea Britanie are pe orbit satelii UK-DMC(din prima generaie) i UK-DMC 2 (din cea de a doua generaie).

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 25

    Orbitele heliosincrone ale acestor satelii sunt situate n planuri diferite i sunt coordonate n aa fel nct intersecteaz Ecuatorul la aceeai or local.

    4. Ramuri ale teledeciei geospaiale cu utilizare tematic

    Dac pn la nceputul anilor '70 teledetecia tehnologic civil era limitat la utilizarea fotografiei aeriene alb-negru i color (n domeniul vizibil i, foarte rar, n domeniul infrarou, astzi nu se mai poate vorbi despre acest domeniu fr a integra informaia obinut prin mijloace specifice observrii Pmntului cu alte ramuri ale msurtorilor terestre i ale geografiei tematice. De aceea, la nivel global, aceste tehnici de lucru sunt unanim acceptate ca fcnd parte din sistemul din ce n ce mai complex cunoscut sub abrevierea EO (en. Earth Observation), sistem care include

    att tehnicile specifice teledeteciei, ct i cele ale poziionrii globale.

    Odat cu lansarea primilor satelii tehnologici progresul n acest domeniu a fost foarte rapid, n special datorita dezvoltrii electronicii i nlocuirii captorilor fotochimici (reactivii peliculelor) cu captorii electronici care detecteaz lumina variaiile de temperatur sau radar. n sens strict, teledetecia utilizeaz radiaiile electromagnetice din intervalul cuprins ntre ultraviolet i microunde. Senzorii specifici capteaz variaiile de absorbie-emisie - reflexie ale suprafeei, sau chiar a stratului superficial. Datele sunt stocate pe un suport magnetic (sub form de fiiere-imagine), n formate care permit vizualizarea pe monitoare, tiprirea lor, sau impresionarea pe materiale fotosensibile speciale (active n special n infrarou) care permit restituia prin procedee fotografice clasice.

    Radiaiile electromagnetice sunt utilizate i n geofizic dar, datorit faptului c tehnicile de nregistrare care utilizeaz zone ale spectrului cu lungimi de und inferioare ultravioletului (raze X i Gamma) sau mai mari dect microundele i care capteaz un semnal a crui origine este situat la adncime, nefiind avnd doar o restituie pe profil, se consider c nu fac parte din metodele de teledetecie. Este acceptat faptul c teledetecia tehnologic se refer la aplicaiile pentru care metoda de procesare a datelor depinde de natura special a vectorilor purttori (avion, satelit) utilai cu captori i detectori asociai unor poriuni ale spectrului electromagnetic, chiar dac exist i replici terestre utiliznd acelai tip de echipament de nregistrare a datelor.

    De asemenea, se consider c n domeniul aplicativ se folosesc patru tehnici uzuale de teledetecie :

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 26

    trei cu nregistrare pasiv (fotografia aerian sau cosmic, cunoscut i sub numele de fotogrammetrie, teledetecia multispectral n domeniul vizibil i infrarou

    una cu nregistrare activ, (radar-ul).

    Acest clasificare nu este exhaustiv. Evoluia rapid a tehnologiei a introdus tipuri noi de captori specifici domeniului hiperspectral (instrumente care au mai mult de 10 benzi spectrale sau chiar peste o sut). De asemenea menionm i tehnicile lidar care au preluat n mare msur unele din atribuiile fotogrammetriei.

    O alt tehnic considerat a fi o parte a teledeteciei este videografia care este folosit mai ales pentru cartarea tematic de urgen n zonele greu accesibile, dar precizia cu care sunt obinute datele i confer acesteia un caracter informativ Mult vreme s-a considerat c exist dou ramuri ale teledeteciei, din care una, de orientare figurativ, utilizeaz metode de analiz calitativ care permit, cu foarte mare dificultate, generarea de imagini, cunoscut i sub denumirea de teledetecie analogic, iar cea de-a doua, care se refer la aspectul numeric, aprut i dezvoltat odat cu computerele, tratnd informaia n mod abstract, ca o colecie de msurtori care subliniaz caracterul inerent cantitativ al datelor. n cazul al doilea imaginea nu este neleas ca informaie ci ca un mecanism simplu pentru vizualizarea informaiei.

    Tehnologia laturii figurative este mult mai veche i, consider unii, mai dezvoltat din punct de vedere conceptual, senzorii utilizai (camerele fotografice) fiind la ndemna oricui, un aspect foarte important n evaluarea capabilitilor fiind marea experien acumulat n tehnicile de analiz asociate, specifice interpretrii fotografiilor ortocromatice, pancromatice, spectrozonale n vizibil sau infrarou, dar i n ultraviolet.

    4.1. Fotogrammetria aerian Fotografia aerian este la originea teledeteciei, iar utilizarea sa rmne n continuare o certitudine (privind fie i numai din punct de vedere al rezoluiei geometrice) chiar dac nregistrrile din satelit permit acoperirea unor zone mult mai vaste, au o repetitivitate superioar, iar procesarea datelor este mult simplificat, mai ales datorit progreselor informaticii care au dus la elaborare de algoritmi performani de automatizare a multora dintre procesele de pregtire i interpretare a datelor.

    Fotografia constituie o buna baz de studiu i de analiz care permite vizualizarea :

    detaliilor semnificative i a poziiei lor relative,

    a structurilor din punct de vedere al degradrii sau evoluiei lor,

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 27

    n vederea confruntrii cu alte documente necesare unei aprecieri exacte a fenomenelor.

    Atunci cnd lanul tehnologic de achiziie, prelucrare i exploatare a documentelor fotografice respect anumite criterii de control al geometriei imaginii ne gsim n domeniul fotogrammetriei (fotografiei metrice). Cuvntul fotogrammetrie se datoreaz arhitectului german Meydenbauer care a asamblat cuvintele greceti photos(lumin), gramma(un lucru scris sau desenat), i metron (msur) pentru a desemna un nou mijloc de reprezentare tridimensional a naturii. De fapt, acesta a preluat i adaptat, n 1893, ceea ce fusese experimentat i aplicat ntre 1850 i 1861 de francezul Lausedat. El a fost cel care a utilizat camera clar pentru a realiza relevee topografice printr-un procedeu pe care la denumit metrofotografie. Astfel, noiunea de msur a fost asociat cu fotografia, de atunci fiind acceptat definitiv. Anterior acestui moment, n 1726, M.A. Kappeler folosise imaginile

    perspective desenate ale terenului n scopuri topografice pentru a ntocmi harta

    masivului muntos Pilatus, iar n 1759 matematicianul S.H. Lambert a tratat bazele reconstituirii perspectivei centrale i a interseciei spaiale n lucrarea "Perspectiva liber". n plan calitativ imaginea fotografic poate fi interpretat cu scopul evidenierii diverselor caracteristici ale mediului de ctre specialiti din diverse ramuri ale tiinelor naturii. n plan cantitativ, fotografia aerian i tehnicile fotogrammetrice multispectrale n vizibil i infrarou permit msurarea formelor i dimensiunilor terenului cu ajutorul unor instrumente clasice, n vederea elaborrii hrilor i planurilor.

    Practic, clasarea i arhivarea fotografiilor a devenit o etap esenial a studiului geografic. De aceea este necesar ca principiile tehnice de baz i modul de exploatare a documentelor fotografice i fotogrammetrice trebuie s fie nelese pentru ca acestea s poat fi valorificate eficient.

    Fotogrammetria este tehnologia cu ajutorul creia se realizeaz msurtori extrem de precise pe fotograme aeriene sau terestre preluate cu camere speciale pentru determinarea cotelor, suprafeelor, distanelor sau volumelor, n vederea realizrii de hri topografice i tematice sau produse fotogrammetrice specifice (fotograme redresate, fotograme

    redresate cu reea, fotoplanuri, fotoscheme, fotomozaicuri).

    O alt definiie, aparinnd lui H.Boneval, sintetizeaz sugestiv legtura dintre realitatea din natur i modul cum poate fi reconstituit prin mijloace mecano-optice:

    Fotogrammetria este o tehnic de lucru care permite definirea precis a formelor, dimensiunilor i poziiei spaiale a unui obiect, utiliznd msurtori fcute pe una sau pe mai multe fotografii ale aceluiai obiect.

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 28

    Nu trebuie omis definiia dat n 1980 de Societatea American de Fotogrammetrie i Teledetecie Fotogrammetria este arta, tiina i tehnologia de obinere de informaii fiabile asupra spaiului natural sau asupra obiectelor fizice prin nregistrarea, msurarea i interpretarea imaginilor fotografice sau a trsturilor produse prin radiaia energiei electromagnetice sau prin alte fenomene. Aceast definiie face referire i la teledetecie ca parte component a fotogrammetriei, eliminnd doar o parte din confuziile i incertitudinile generate de formularea mai veche tiina i arta obinerii de msurtori fiabile prin mijloace fotografice.

    Sintetiznd, se poate spune c aceast disciplin tehnico-tiinific are ca subiect determinarea poziiei obiectelor sau fenomenelor n spaiu i n timp pe baza msurtorilor care se realizeaz n perspectivele fotografice ale obiecte sau fenomenelor studiate.

    Fig. 10 Fotograma

    Pe lng faptul c fotogrammetria este recunoscut ca fiind o tehnic de lucru obiectiv, precis i pasiv (nedestructiv), asigurnd obinerea mult mai rapid a informaiilor fr contact direct cu subiectul observrii fotografice, trebuie subliniat faptul c aceast disciplin este, totui, greoaie, scump i complex, fiind rezervat n mare msur numai specialitilor. Acest ultim aspect este parial compensat de apariia tehnologiilor de nregistrare i prelucrare numeric, acestea compensnd lipsa cunoaterii unei pri a lanului tehnologic specific fotogrammetriei clasice.

    Fotogrammetria clasic permite culegerea i prelucrarea de date necesare activitilor de cercetare, studiu i proiectare pe baza unor cunotine din domeniile geometriei, matematicii i fizicii pentru a interpreta imaginea virtual tridimensional a unei perechi de fotograme cu scopul reconstruirii unui model care s corespund ct mai fidel peisajului iniial. n ultimul deceniu, corelat cu evoluia spectaculoas a

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 29

    informaticii, pe lng geometrie, matematic, fizica radiaiilor electromagnetice i optic, se poate spune c un rol la fel de important l deine electronica. Aceasta din urm st la baza utilizrii imagini video i a altor mijloace pentru reconstituirea realitii tridimensionale. S-a dovedit faptul c perfecionarea metodelor de obinere i exploatare a fotogramelor este corelat cu diversitatea problemelor pe care pot fi rezolvate n domeniile cele mai diferite, atunci cnd apare necesitatea efecturii de msurtori de precizie. n abordarea problemelor de fotogrammetrie suntem confruntai cu procesul vederii stereoscopice i cu tehnica msurrilor stereoscopice.

    Chiar dac progresul informaticii este exponenial, folosirea tehnicilor figurative se dovedete a fi, nc, foarte sigur i, n multe cazuri, economic pentru o mare varietate de aplicaii operaionale, dezvoltarea acestei tehnologii nefiind, n nici un fel, stopat, n special pentru c echipamentele specifice analizei numerice sunt costisitoare, att din punct de vedere fizic, dar i n exploatarea specializat.

    Posibilitatea achiziionrii de imagini fotografice digitale cu ajutorul camerelor specializate a iniiat o nou etap n dezvoltarea fotogrammetriei. Imaginile n format raster sunt procesate cu ajutorul unor programe specializate, din ce n ce mai puin costisitoare. Fazele obligatorii care trebuie parcurse, n condiiile stabilirii prealabile prin aerotriangulaie (calculul orientrii interioare i exterioare), a geometriei camerei sau a senzorului relativ la obiectele de pe suprafaa Pmntului, constau n generarea cuplului stereoscopic i exploatarea acestuia n funcie de scopul propus (elaborarea de ortofotoplanuri sau a modelului digital al terenului). Aceast metod de lucru a preluat o mare parte din principiile fotogrammetriei analitice, adaptndu-le

    procesrii digitale.

    Tehnicile LIDAR, nc destul de costisitoare, au o importan din ce n ce mai mare pentru obinerea de date care descriu suprafa terestr (de fapt ceea ce numim acoperirea terenului) prin prelucrri complexe realizate cu ajutorul unor sisteme de calcul sofisticate,

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 30

    Fig. 11 Vizualizarea unui fragment aferent unei zone portuare dintr-o reprezentare LIDAR

    Un caz particular al exploatrii fotogrammetrice digitale este reprezentat de perechile de imagini satelitare preluate de pe poziii orbitale succesive ale satelitului, ceea ce implic stabilirea unui pseudocentru de perspectiv pentru fiecare linie de baleiere n parte, spre deosebire de fotografiile aeriene clasice transformate n format raster prin

    scanare i care se supun regulilor perspectivrii clasice. Este de la sine neles c n prezent marea majoritate a sateliilor de foarte nalt rezoluie utilizeaz perechi de imagini preluate cvasi-simultan pentru exploatare stereoscopic

    Ca produse uzuale ale proceselor specifice fotogrammetriei digitale ortoimaginile (ca surs primar pentru cartografia digital) i ortohrile (similare cu hrile standard) pot constitui elemente de referin pentru constituirea bazelor de date geo-topografice utilizabile n Sistemele Informaionale Geografice. 4.2. Teledetecia multispectral n vizibil i infrarou

    Prin comparaie cu fotogrammetria, tehnologia sistemelor orientate numeric, folosete instrumente electronice apte s preleveze date referitoare la zone mult mai largi, utiliznd mult mai eficient i ferestre invizibile ale spectrului electromagnetic. Trebuie remarcat faptul c aceste sisteme permit i analiza datelor de factur figurativ (analogic), existnd multe tehnici de interpretare care sunt aplicabile n ambele tehnologii.

    Datorit perspectivei largi, facilitat de altitudinea la care evolueaz satelitul purttor de captori i senzori, a numrului de benzi spectrale dedicate i a vitezei de deplasare sunt obinute mari cantiti de informaii. Se consider c datele de teledetecie sunt cu adevrat valorificate numai dac utilizarea lor satisface simultan condiiile de rapiditate i de cost rezonabil. Din pcate, aceasta nu depinde numai de sistemul

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 31

    satelitar, ci i de posibilitile de prelucrare a volumului imens de date n vederea extragerii informaiilor tematice relevante prin mijloace tehnologice nc destul de scumpe, care, din nefericire, necesit i o instruire destul de pretenioas a personalului.

    Sistemele de baleiere multispectral permit folosirea unor metode foarte eficiente de obinere a datelor spectrale ntr-o scar larg de lungimi de und i stocarea lor de manier cantitativ. Fiind singurul mijloc de valorizare a acestor date, tehnicile de analiz computerizate constituie elementul esenial n exploatarea datelor. n practic este obligatorie corelarea posibilitilor de achiziie a datelor cu modul de recunoatere i de procesare numeric a datelor cu scopul transformrii lor n informaii utile, adic trecerea de la cantitativ la calitativ.

    Instrumentele clasice de tipul scannerelor multispectrale utilizate pn n prezent n teledetecie, ne-au obinuit cu utilizarea unor benzi spectrale limitate ca numr (ultimul satelit din seria SPOT are 5 benzi spectrale iar Landsat 5 are 7) i destul de

    largi, n general circa. 100 m (fig.8).

    Fig. 12 Reflectana specific ap, soluri, vegetaie; Benzile spectrale Landsat TM, SPOT i NOAA/AVHRR

    O nou generaie de instrumente de observare este deja operaional; este vorba despre aa numitele sisteme hiperband (hiperspectrale). Aceti captori, utilizai i n variant aeropurtat, au capacitatea de a observa Pmntul cu ajutorul unui mare numr de benzi spectrale, uneori ntre 100 i 200 pentru un singur instrument, cu

    lrgimi de banda foarte mici, cu ordin de mrime de cca. 1 m. Rezoluia spectral ridicat, de ordinul nanometrilor, permite asocierea unui spectru aproape continuu fiecrui obiect sau fenomen, facilitnd accesul la informaii din ce n ce mai detaliate.

    4.3. Teledetecia n microunde

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 32

    Dei instrumentarul radar a fost folosit cu mult naintea senzorilor multispectrali se poate spune i acum, cnd pe orbite este plasat o serie important de satelii radar (ERS, JERS, RADARSAT, ENVISAT, ALOS, TerraSAR-X, COSMO-SkyMed),

    aplicaiile nu au avut pn de curnd un caracter operaional, fiind considerate mult timp, n faza de cercetare.

    Instrumentele sateliilor radar sunt de tip activ avnd avantajul independenei nregistrrilor fa de starea atmosferic. Iniial, sistemele active cu microunde au fost proiectate pentru a observa zonele acoperite cu ghea sau zpad i oceanele, zone n care acoperirea sistematic cu nori mpiedic nregistrarea de date optice i multispectrale. Experimentele care au urmat lansrii platformelor spaiale radar au dus, n urma programelor de cercetare, la rezultate surprinztoare. Aa cum s-a mai amintit n paragrafele precedente, imaginile multispectrale pot fi utilizate

    complementar cu imaginile din domeniul microundelor.

    Produse radar utile, spectaculoase, dar i foarte precise, pot fi utilizate pe scar larg n cartografierea topografic i geografic. Procesul interferometric, a devenit operaional odat cu plasarea pe orbit i punerea n funciune a sateliilor europeni ERS 1 i ERS 2. Procedeul a fost folosit la producerea modelului digital al terenului cu o precizie de 3-5 metri. Datorit preciziei orbitei sateliilor radar i a calitii ridicate a datelor este posibil achiziionarea de informaii coerente din punct de vedere al geometriei i poziiei absolute pentru complexe provenite de la dou sau mai multe pasaje pe aceeai orbit. n prezent, datele provenite de la sateliii TerraSAR-X i TanDEM-X permit obinerea unor seturi de date mult mai precise. Pe lng aplicaiile MNT, rezultate promitoare au fost obinute n domeniul studiului efectelor cutremurelor i alunecrilor de teren de mare ntindere, dar pot furniza i informaii valoroase asupra structurii geologice i a compoziiei chimice terestre. n relaie cu senzorii optici pot fi realizate aplicaii foarte utile care nu depind de starea atmosferic, nici de prezena radiaiei solare, deci este posibil i utilizarea intervalului nocturn pentru nregistrare.

    4.3.1. Caracteristici tehnice ale instrumentelor radar

    Se poate spune c, dup 1989, utiliznd tehnicile radar, a fost introdus o nou generaie de satelii tehnologici care funcioneaz pe baza emiterii direcionale a unui semnal de microunde urmat de recepionarea radiaiei reflectate de inta terestr. Din pcate, datorit consumului mare de energie necesar funcionrii sistemului de emisie-recepie, sateliii radar din primele generaii nu putea fi activ dect n mod secvenial, n cadrul unor misiuni precis parametrizate, unii dintre acetia avnd o activitate limitat la aproximativ 10 minute pe or.

    Senzorii activi de preluare sunt dotai cu surse proprii de energie. Radarul este un sistem ce permite determinarea poziiei spaiale i distana pn la un obiect pe baza

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 33

    undelor electromagnetice retrodifuzate de acesta. Sistemele radar (Radio Detection

    and Ranging) sunt operative i pe timpul nopii i au capacitatea de a penetra acoperirea cu nori i ceaa. Un sistem radar este alctuit, n principal, dintr-o unitate de transmisie, o unitate de recepie, o anten i o component electronic care are rolul de a nregistra i procesa datele.

    Unitatea de transmisie emite spre spaiul obiect, n mod succesiv, impulsuri de radiaie electromagnetic la intervale de timp regulate. Aceste impulsuri sunt concentrate cu ajutorul antei anten ntr-un fascicul cu caracteristici foarte precis determinate. n urma interaciunii cu spaiul obiect (radiaia incident este absorbit, transmis, reflectat, dispersat etc.), o parte din radiaia incident este retro-reflectat i ajunge la senzorul aeropurtat sau satelitar.

    Unitatea de recepie nregistreaz radiaia retro-reflectat dup ce aceasta interacioneaz cu spaiul obiect i radiaia emisa de suprafaa terestr a Pmntului. La nivelul unitii de recepie, radiaia incident este transformat n semnal electric, care ulterior este nregistrat, amplificat i prelucrat n scopul formrii imaginii reflectivitii spaiului obiect. Prin msurarea intervalului de timp scurs ntre emiterea i recepionarea semnalului poate fi determinat distana dintre elementele din spaiul obiect i senzorul radar.

    Sistemele de teledetecie care acioneaz n domeniul microundelor, n intervalul de band 1 cm 1 m i sunt caracterizate att prin:

    lungimea de und () n care opereaz,

    prin frecvena ()

    Cu ct lungimea de und este mai mic, cu att se pot concentra fascicule mai nguste i astfel se pot detecta detalii mai mici. Denumirile alocate n mod convenional anumitor intervale de band (Ka, K, Ku, X, C, S, L, P) utilizate de sistemele radar a rmas aceeai nc din timpul celui de al Doilea Rzboi Mondial, cnd aceast tehnologie a cunoscut o dezvoltare semnificativ. Dintre acestea, cel mai frecvent folosite n aplicaiile de teledetecie sunt benzile X, C i L. Intervalele de band utilizate de sistemele radar sunt prezentate n figura urmtoare:

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 34

    Fig. 13 Intervalele de band ale spectrului electromagnetic utilizate de sistemele radar

    Calitatea datelor nregistrate de sistemele radar este influenat de caracteristicile morfologice ale terenului (panta i rugozitatea) i de acoperirea cu vegetaie. Din acest motiv apar fenomene de suprapunere i umbrire a elementelor imaginii (vezi figura urmtoare). Din cauza pantei terenului, punctele D, E, F i G apar n ordine inversat n imaginea radar, iar punctele situate ntre G i H nu pot fi iluminate de impulsul radar deoarece se afl ntr-o zon umbrit. n consecin, elementele din imaginea radar situate ntre poziiile 5 i 8 nu conin semnalul retroreflectat de suprafaa terestr, genernd un gol de informaie, care apare n nuane ntunecate n imagine.

    Fig. 14 Suprapunerea i umbrirea semnalului n imaginile radar

  • USAMV-FIFIM-CADASTRU

    ________________________________________________

    Alexandru Badea - NOTE DE CURS TELEDETECIE 35