-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
1/18
Trofeul Hidrotehnica 1
TROFEUL HIDROTEHNICA
EDUȚIA 2014
Determinarea gradului de impermeabilizare utilizând imagini
satelitare
Autor: Ilie Adelina
Specializarea: Automatică și Informatică Aplicată
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
2/18
Trofeul Hidrotehnica 2
Cuprins:
1. Temă de proiectare..........................................................3
2.
Obiectiv...........................................................................3
3.
Introducere.......................................................................4
4. Imagine tip raster..............................................................4
5. Sisteme informatice geografice........................................5
6. ArcGIS..............................................................................7
7.
Studiu de caz.....................................................................9
8.
Rezolvarea temei propuse.................................................10
9.
Calcularea gradului de impermeabilizare........................16
10.Concluzii.........................................................................17
11.Bibliografie.....................................................................18
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
3/18
Trofeul Hidrotehnica 3
1. Tema de proiectare:
Determinarea gradului de impermeabilizare utilizând imagini satelitare.
2. Obiectiv
Această lucrare îşi propune să prezinte determinarea gradului de
impermeabilizare utilizând programarea automată, pe baza codului de culori
generat pentru imagini satelitare de tip raster.
Studiul de caz se realizează asupra municipiului Bucureşti , care este o zonă
în plin proces de expansiune şi modificare a utilizării terenului. Schimbarea
destinaţiei utilizării terenului atrage după sine o serie de fenomene negative, cum
ar fi: creşterea coeficientului de scurgere a apei, reducerea infilraţiilor, scăderea
calităţii apei.
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
4/18
Trofeul Hidrotehnica 4
3.
Introducere
Dezvoltarea urbană a determinat modificări majore ale peisajului natural,
ceea ce a dus la apariţia unor suprafeţe impermeabile, cum ar fi: locuinţe, spaţiide lucru, linii de transport etc. Aceste suprafeţe pot avea un efect negativ asupra
mediului, pot reduce calitatea apei, creşte probabilitatea de habitat fragmentat,
inundatii si temperaturi mult mai ridicate pe timpul verii.
4.
Imagine de tip raster
Gradul de impermeabilizare se va determina in acest caz cu ajutorul
unei imagini satelitare de tip raster.
O magine raster este in general definită ca o matrice de valori
cunoscute sub numele de pixeli. Fiecare pixel (picture element) este un mic pătrat
colorat. Acestuia îi este asociată una sau mai multe cifre, care definesc culoarea
pe care el trebuie să o afişeze. În cea mai simplă formă de descriere a unei
imagini, fiecare pixel este definit prin trei grupe de câte 8 biti (24 de biti în total),
cu valori intre 0 si 255, definind cantitatea de roşu, verde şi albastru care se
combină pentru a obține o anumită culoare. În proporțiile corecte roşu, verde şi
albastru pot fi combinate pentru a forma negru, alb, 254 de tonuri de gri şi o
mare varietate de culori (16,777,216 in total).
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
5/18
Trofeul Hidrotehnica 5
Exemplu imagine de tip raster
5. Sisteme informatice geografice
Sistemele informatice geografice (Geographical Information Systems -GIS) fac parte din clasa mai largă a sistemelor informatice. Ele au ca principală
caracteristică tratarea informaţiei ţinând cont de localizarea sau amplasarea ei
spaţială, geografică, în teritoriu prin coordonate. Tehnologiile GIS au apărut în
urmă cu 25 de ani din necesitatea de a facilita operaţii complexe de analiză
geografică pentru care sistemele existente (CAD, DBMS) nu ofereau nici o
posibilitate ori necesitau un mare consum de timp sau proceduri foarteanevoioase.
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
6/18
Trofeul Hidrotehnica 6
Tehnologia GIS îşi dovedeşte utilitatea în orice domeniu de activitate care
se bazează pe tratarea informaţiilor spaţiale si poate rezolva chiar si tema
propusa.
Pentru a modela lumea înconjurătoare, GIS utilizează obiecte şi relaţii spaţiale.
Obiectele GIS (in limba engleza features) sunt obiecte sau fenomene geografice
localizate pe/sau în apropierea suprafeţei Pământului. Acestea pot fi naturale
(râuri, vegetaţie), construite (drumuri, conducte, clădiri) sau convenţionale
(frontiere, limite de parcele, unităţi administrative). Un obiect GIS se
caracterizează printr -o poziţie şi o formă în spaţiul geografic şi printr -o serie de
atribute descriptive. Relaţiile spaţiale dintre obiecte (vecinătate, interconexiune,
continuitate, incidenţă,etc.) ajută la înţelegerea situaţiilor şi luarea deciziilor.
Harta este o reprezentare grafică a unei porţiuni din suprafaţa Pământului
în care puncte, linii şi poligoane indică poziţia şi forma spaţială a obiectelor
geografice iar simboluri grafice şi texte descriu aceste obiecte. Relaţiile spaţiale
dintre obiectele geografice sunt implicit reprezentate şi trebuiesc interpretate de
către cel căruia i se adresează harta.
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
7/18
Trofeul Hidrotehnica 7
6. ArcGIS
Programarea automată pentru a determina gradul de impermeabilizare pe
baza codului de culori generat pentru imagini satelitare de tip raster s-a realizat cu
ajutorul programului ArcGIS.
ArcGIS este un pachet de programe produs de compania ESRI care permite
crearea, pr elucrarea, integrarea, analiza şi afişarea datelor geografice la diferite
niveluri.
Principala diferenţă dintre o hartă GIS şi una statică, de hârtie sau digitală e
că prima are calitatea de a fi dinamică. Pe hărţile statice se pot observa elementele
componente ale hărţii, se pot face măsurători aproximative, însă nu se pot face
analize complexe, repectiv nu se poate realiza legătura cu o bază de date spaţială,
ca în cazul hărţilor realizate cu un GIS.
Fiecare produs ArcGIS Desktop include 2 a plicaţii: ArcMap şi Arc Catalog.
ArcMap este aplicaţia utilizată pentru a afişa şi edita date geografice, realiza
analize geografice şi crea rapoarte, grafice şi hărţi de calitate profesionale.
Interfaţa aplicaţiei ArcMap este formată dintr -o casetă de afişare a layerelor
(Table of contents), aria în care se afişează harta, formată din layerele curente
(map display area), bara cu meniuri, bara standard, respectiv alte aplicaţii vizibile
în funcţie de necesitatea utilizatorului (Edit, Spatial Analyst, Georeferencing etc),
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
8/18
Trofeul Hidrotehnica 8
bara pentru desenare şi bara cu uneltele de bază pentru zoom, măsurare distanţe,
accesare informaţii despre elementele din hartă, găsirea unor elemente etc.
ArcMap cuprinde două modalităţi de vizualizare a datelor: data view
(pentru explor are, editare, analiză şi simbolizare a datelor), layout view (pentru
aranjarea imaginii pentru printare sau publicare în format digital şi aducerea unor
elemente ale hărţii precum scară, titlu, legendă, orientare). În modul data view se
pot vizualiza o singură imagine la un moment dat, pe când în layout view se pot
vedea mai multe în acelaşi format pentru publicare sau printare.
Interfaţa aplicaţiei ArcMap
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
9/18
Trofeul Hidrotehnica 9
7.
Studiu de caz
București este capitala României și, în același timp, cel mai populat oraș,
centru industrial și comercial al țării. Populația de 1.883.425 de locuitori (2011)
face ca Bucureștiul să fie al zecelea oraș ca populație din Uniunea Europeană. În
realitate Bucureștiul adună zilnic peste trei milioane de oameni, iar specialiștii
prognozează că, în următorii cinci ani, totalul va depăși patru milioane. La
acestea se adaugă faptul că localitățile din preajma orașului, care vor face parte
din viitoarea Zonă Metropolitană, însumează o populație de aproximativ 430.000
de locuitori.
De atunci, de când Bucurestiul devine capitala Romaniei (în 1862) suferă
schimbări continue, fiind centrul scenei artistice, culturale și mass-media
Conform studiilor despre calitatea vieții în orașele lumii, emise anual de
firma de consultanță Mercer, Bucureștii se aflau pe locul 94 în topul mondial al
calității vieții, în anul 2001, și au coborât pe locul 108 în anul 2009. Bucureștiul
fiind astfel pe penultimul loc în topul calității vieții, între capitalele Uniunii
Europene, pe ultimul loc fiind capitala bulgară, Sofia.
Mare parte din suprafața Bucureştiului este reperezentată de construcții,
ceea ce dezvoltă o mulțime de probleme afectând în primul rând mediul natural.
Cercetările indica faptul că suprafețele impemeabile sau supr afețele în care apa
nu pătrunde cum sunt trotuarele, drumurile de acces, case, locuri de parcare etc.
sunt în mare parte responsabile pentru aceste efecte negative asupra mediului.
http://ro.wikipedia.org/wiki/Capital%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Rom%C3%A2niahttp://ro.wikipedia.org/wiki/Lista_ora%C8%99elor_din_Rom%C3%A2niahttp://ro.wikipedia.org/wiki/Lista_ora%C8%99elor_din_Rom%C3%A2niahttp://ro.wikipedia.org/wiki/Lista_ora%C8%99elor_din_Rom%C3%A2niahttp://ro.wikipedia.org/wiki/Uniunea_European%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Uniunea_European%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Uniunea_European%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Zona_metropolitan%C4%83_Bucure%C8%99tihttp://ro.wikipedia.org/wiki/Zona_metropolitan%C4%83_Bucure%C8%99tihttp://ro.wikipedia.org/wiki/Mass-mediahttp://ro.wikipedia.org/wiki/Mass-mediahttp://ro.wikipedia.org/wiki/Zona_metropolitan%C4%83_Bucure%C8%99tihttp://ro.wikipedia.org/wiki/Uniunea_European%C4%83http://ro.wikipedia.org/wiki/Lista_ora%C8%99elor_din_Rom%C3%A2niahttp://ro.wikipedia.org/wiki/Rom%C3%A2niahttp://ro.wikipedia.org/wiki/Capital%C4%83
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
10/18
Trofeul Hidrotehnica 10
8. Rezolvarea temei propuse
Pentru a rezolva tema propusă vom folosi imaginea satelitară de tip raster aBucureştiului.
Imaginile raster pot reda detalii subtile de culoare utilizate în imagini
fotografice, afisând anumite tonuri intermediare.
Imagine satelitara Bucureşti (sursa: www.esri.com)
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
11/18
Trofeul Hidrotehnica 11
Gradul de impermeabilizare va fi calculat pentru zona de sud a
Bucureştiului, cuprinzâ şi zona metropolitană adiacentă.
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
12/18
Trofeul Hidrotehnica 12
Meniul ArctToolbox din aplicația ArcMap este folositor pentru a putea
administra și executa instrumente de geoprocesare. Aceasta conține tool-uri, care,
la rândul lor conțin instrumente și toolset-uri.
Cu ajutorul ArcToolbox-ului am reușit sa realizez aceasta harta care
exprimă suprafețele impermeabile. Comenzile folosite pentru a rezolva aceasta
temă se gasesc in tool-ul Spatila Analyst Tools.
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
13/18
Trofeul Hidrotehnica 13
Părțile care sunt deschise la culoare reprezintă zonele care au cel mai ridicat
grad de impermeabilitate (culoarea alb reprezentând suprafață 100%
imper meabila si culoarea neagra, suprafață cu 0% grad de impermeabilitate).
Suprafețele cu apă sunt excluse deoarece se confundă cu alte suprafețe.
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
14/18
Trofeul Hidrotehnica 14
Harta realizată prezintă procentul de suprafaţă impermeabilă ce este
descrisă ca variabila continuă de la 0% la 100%. Se poate observa că suprafațaimpermeabila este vizibilă şi putem spune că este chiar predominant.
Pentru a studia in detaliu gradul de impermeabilizare am realizat graficul
din figura de mai jos care exprimă pe orizontală gradul de impermeabilizare
exprimat in procente si pe verticală numărul de pixeli care se gasesc in cele 5
tipuri de suprafețe definite (100%, 75%, 50%, 25%, 0% impermeabile)
O celula, adică un pixel reprezintă 1mp de teren in realitate. Numarul totalde celule care cuprinde suprafața studiată este de: 249 316 472 celule sau pixeli
adică 249 316 472 mp, aproximativ 250 kmp.
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
15/18
Trofeul Hidrotehnica 15
Din acest grafic rezulta că:
- 21,6% din zona totală este reprezentată de suprafață 100% impermeabilă,
aproximativ 54 kmp;
- 27,2% din zona totală este reprezentată de suprafață cu 75%
impermeabilitate, aproximativ 68 kmp;
-
26,8% din zona totală este reprezentată de suprafață cu 50%
impermeabilate, aproximativ 67 kmp;
- 14,7 % din zona totală este reprezentată de suprafață cu 25%
impermeabilitate, aproximativ 37kmp;
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
16/18
Trofeul Hidrotehnica 16
-
9,6% din zona totală este reprezentată de suprafață cu 0% impermeabilitate,
aproximativ 24 kmp.
9. Calcularea gradului de impermeabilizare
0 – complet imeprmeabil1 – complet permeabil
K=
0 – 9.60.25 – 14.80.5 – 26.8
0.75 – 27.21 – 21.6
Media global este: 0.591
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
17/18
Trofeul Hidrotehnica 17
10. Concluzii
Gradul de impermeabilizare are o valoare mare, 59%, ceea ce arată că
exista o utilizare intensă a terenului în scop comercial, locativ și al rețelelor de
transport.
Pentru a verifica precizia, rezultatele pot fi comparate cu analizele efectuate
pe teren de unde rezultă cu exactitate gradul de impermeabilizare corespunzător
claselor definite.
Este posibil să fie definit un număr mai mare de clase prin care să fie
rafinată analiza.
Informațiile necesită actualizare permanentă odată cu extinderea zonelor
metropolitane și modificarea utilizării terenului.
Metodologia expusă poate fi utilizată și pentru alte zone urbane.
-
8/18/2019 Lucrare Trofeul Hidrotehnica Ilie Adelina.pdf
18/18
Trofeul Hidrotehnica 18
11.
Bibliografie
- www.esri.com
- Impervious Surface Mapping Using Satellite Remote Sensing-
Marvin Bauer, University of Minnesota
- Extraction of Impervious Surface Areas from High Spatial Resolution
Imagery by MultipleAgent Segmentation and Classification- YuyuZhou and Y.Q. Wang
http://www.esri.com/http://www.esri.com/http://www.esri.com/