lucrare trofeul hidrotehnica ilie adelina.pdf

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


2/18


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


3/18


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.


4/18


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).


5/18


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.


6/18


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.


7/18


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


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


9/18


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


10/18


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)


11/18


Gradul de impermeabilizare va fi calculat pentru zona de sud a

Bucureştiului, cuprinzâ şi zona metropolitană adiacentă.


12/18


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.


13/18


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.


14/18


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.


15/18


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;


16/18


-

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


17/18


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.


18/18


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/

lucrare trofeul hidrotehnica ilie adelina.pdf

Documents