APLICAŢII SPECIALE ALE EXPLOATĂRII FOTOGRAMMETRICEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/davidviorica.pdf · 2009. 1. 31. · într-un continuu progres încă de la inventarea fotografiei

UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI FACULTATEA DE GEODEZIE

T E Z Ă D E D O C T O R A T

APLICAŢII SPECIALE ALE EXPLOATĂRII FOTOGRAMMETRICE

CONDUCĂTOR ŞTIINŢIFIC: Prof. Dr. Ing. Lucian TURDEANU

Doctorand: Ing. Viorica DAVID

BUCUREŞTI 2009

I

CUPRINS

Pagina CAPITOLUL 1. INTRODUCERE....................................................................... 1 1.1 Apariţia şi dezvoltarea fotogrammetriei........................................................ 11.2 Evoluţia fotogrammetriei în România........................................................... 3 CAPITOLUL 2. ETAPELE EXPLOATĂRII FOTOGRAMMETRICE. STADIUL ACTUAL PRIVIND APLICAŢIILE SPECIALE ALE EXPLOATĂRII FOTOGRAMMETRICE...................................................................................... 7 2.1 Exploatarea fotogrammetrică analogică....................................................... 7

2.1.1 Proiectarea lucrărilor de aerofotografiere............................................ 72.1.2 Redresarea ......................................................................................... 82.1.3 Stereorestituţia..................................................................................... 82.1.4 Aerotriangulaţia analogică................................................................... 11

2.2 Exploatarea fotogrammetrică analitică......................................................... 122.2.1 Etapele exploatării analitice................................................................. 122.2.2 Orientarea fotogramelor....................................................................... 132.2.3 Aerotriangulaţia analitică..................................................................... 15

2.3 Exploatarea fotogrammetrică digitală........................................................... 162.3.1 Caracteristicile imaginii digitale............................................................ 162.3.2 Achiziţia imaginii digitale...................................................................... 202.3.3 Prelucrarea radiometrică a imaginii digitale......................................... 232.3.4 Prelucrarea geometrică a imaginii digitale........................................... 262.3.5 Întocmirea ortofotoplanurilor................................................................ 302.3.6 Staţii fotogrammetrice digitale............................................................. 32

2.4 Aplicaţii ale fotogrammetriei......................................................................... 342.4.1 Aplicaţii ale fotogrammetriei în cadastru.............................................. 352.4.2 Aplicaţii ale fotogrammetriei în pedologie............................................ 352.4.3 Aplicaţii ale fotogrammetriei în silvicultură........................................... 362.4.4 Aplicaţii ale fotogrammetriei în geologie.............................................. 372.4.5 Aplicaţii ale fotogrammetriei în activitatea minieră............................... 382.4.6 Aplicaţii ale fotogrammetriei în urmărirea deformaţiilor construcţiilor..................................................................................................

38

2.4.7 Aplicaţii ale fotogrammetriei la studiul, proiectarea şi construcţia căilor de comunicaţii..................................................................................... 39

2.5 Aplicaţii speciale ale fotogrammetriei........................................................... 402.5.1 Aplicaţii ale fotogrammetriei în hidrologie............................................ 402.5.2 Aplicaţii ale fotogrammetriei în arhitectură........................................... 412.5.3 Aplicaţii ale fotogrammetriei în arheologie........................................... 422.5.4 Aplicaţii ale fotogrammetriei în medicină............................................. 43

CAPITOLUL 3. EXPLOATAREA FOTOGRAMMETRICĂ ÎN CONDIŢIILE UNOR APLICAŢII SPECIALE........................................................................... 46 3.1 Modelul digital al terenului........................................................................... 46

3.1.1 Caracterizarea modelului digital al terenului...................................... 49

CUPRINS _________________________________________________________________________________

II

3.1.2 Modelarea digitală altimetrică a terenului.......................................... 523.1.3 Precizia modelului digital al terenului................................................ 563.1.4 Aplicaţii ale modelului digital al terenului........................................... 57

3.2 Sisteme informaţionale geografice.............................................................. 593.2.1 Noţiuni de bază ale modelării spaţiale............................................... 603.2.2 Concepte teoretice ale bazelor de date............................................. 653.2.3 Elementele unui sistem informaţional geografic................................ 693.2.4 Funcţiile unui SIG.............................................................................. 703.2.5 Legături ale sistemelor informaţionale geografice cu alte sisteme.... 713.2.6 Algoritmul de realizare a unui sistem informaţional geografic........... 723.2.7 Date utilizate în SIG........................................................................... 733.2.8 Analiza datelor spaţiale...................................................................... 753.2.9 Domenii de utilizare a sistemelor informaţionale geografice............. 773.2.10 Exemple de utilizare a datelor fotogrammetrice în SIG.................... 783.2.11 Utilizarea ortofotoplanurilor în aplicaţia SIAC – SIPA (IACS – LPIS)............................................................................................................. 82

CAPITOLUL 4. STUDII DE CAZ........................................................................ 86

4.1 Realizarea hărţii de hazard la inundaţii pentru o zonă din judeţul Timiş..... 864.2 Contribuţii la realizarea Sistemului de Identificare a Parcelelor Agricole (SIPA) în România............................................................................................. 105 CAPITOLUL 5. CONCLUZII............................................................................... 1275.1 Concluzii cu caracter general...................................................................... 1275.2 Concluzii şi contribuţii personale................................................................. 128 BIBLIOGRAFIE................................................................................................. 132 ANEXE............................................................................................................... 139LISTĂ DE FIGURI.............................................................................................. 140LISTĂ DE TABELE............................................................................................ 142LISTĂ DE ABREVIERI....................................................................................... 143ANEXA A4.......................................................................................................... 146ANEXA A5.......................................................................................................... 156

1

___________________________________________________________________ CAPITOLUL

1 ___________________________________________________________________

INTRODUCERE

1.1 APARIŢIA ŞI DEZVOLTAREA FOTOGRAMMETRIEI

Progresele înregistrate în domeniul fotogrammetriei sunt strâns legate de posibilităţile de observare şi măsurare a obiectelor sau fenomenelor fizice. În multe situaţii, apare necesitatea ca observaţiile şi măsurătorile să fie realizate de la distanţă, adică fără contact fizic cu fenomenele sau obiectele de interes. Fotogrammetria este tehnologia de măsurare care îndeplineşte această cerinţă, fiind într-un continuu progres încă de la inventarea fotografiei în anul 1839 de către Nicephore Niepce, William Fox Talbot şi Louis Jaques Mande Daguerre. Încă din 1840, Argo, directorul Observatorului din Paris, a promovat folosirea fotografiei în măsurătorile terestre [Lillesand, T., M., Kiefer, R., W., Chipman, J., W., 2004]. Prima fotografie aeriană preluată din balon a fost realizată de către un fotograf francez cunoscut sub numele de Nadar în 1859, iar prima fotografie preluată de la bordul unui avion a fost obţinută în 1908 de un fotograf care l-a însoţit pe Wilbur Wright. Fotografiile preluate din avion au avut o largă răspândire în cursul Primului Război Mondial. Termenul de „fotogrammetrie”, apărut în Statele Unite odată cu fondarea Societăţii Americane de Fotogrammetrie în 1934, îşi găseşte originea în cuvintele greceşti photos – lumină, gramma – înregistrare, metron – măsurare. Fotogrammetria a fost definită de Societatea Americană de Fotogrammetrie şi Teledetecţie ca fiind ştiinţa şi tehnologia de obţinere a unor informaţii de încredere, asupra obiectelor din spaţiu şi a mediului înconjurător, prin procese de înregistrare, măsurare şi prelucrare a imaginilor fotografice şi digitale. Fotogrammetria prezintă o mare aplicabilitate în domenii cum sunt: popularea şi actualizarea bazelor de date spaţiale, cartografie, construcţii, arhitectură, arheologie şi conservarea patrimoniului, hidrologie şi hidrografie, agricultură, silvicultură, medicină, cercetări cosmice, precum şi în alte domenii de activitate. Aplicarea fotogrammetriei în diversele domenii se sprijină pe următoarele considerente:

• Oferă productivitate foarte ridicată, având în vedere şi faptul că măsurătorile prin intermediul cărora sunt studiate obiectele sunt executate pe imagini fotografice în laborator şi nu direct pe teren.

• Asigură o înaltă fidelitate, întrucât imaginile obiectelor sunt redate sub formă fotografică, prin care se înmagazinează cvasitotalitatea informaţiilor referitoare la obiectele studiate. Sistemele actuale permit stocarea şi utilizarea eficientă, simultană, a datelor de tip raster si a celor vectoriale.

1. INTRODUCERE _________________________________________________________________________________

2

• Fotogrammetria se constituie ca o metodă care asigură un raport preţ/calitate echilibrat, reducând în acelaşi timp operaţiile de teren care sunt în general destul de costisitoare.

• De asemenea, în cazul abordării fotogrammetrice a problemelor de specialitate apare avantajul urmăririi permanente a acestora de către operator, în sensul actualizării informaţiilor direct de la birou, evitându-se astfel, o nouă intervenţie în teren; documentul generat în cadrul acestei activităţi fiind unul palpabil, oferă posibilitatea consultării şi remăsurării în cadrul unor proiecte viitoare.

Calea dezvoltării fotogrammetriei a fost deschisă prin inventarea fotografiei (1839) ca procedeu optic pentru obţinerea perspectivelor centrale exacte. În anul 1851, francezul Aimé Laussedat a construit prima cameră fotografică metrică, pe care a utilizat-o în cadrul procedeului de ridicare numit de el metrofotografie. Prin construirea stereocomparatorului în anul 1901 de către germanul Carl Pulfrich, apare principiul de măsurare stereoscopică. Cu ajutorul stereocomparatorului, exploatarea fotogramelor s-a realizat punct cu punct, cerând un volum mare de calcul. În anul 1908, inventarea stereoautografului, de către austriacul E. Orel a marcat utilizarea stereofotogrammetriei în scopuri cartografice. Executarea aerofotografierilor pe benzi a fost posibilă după construirea primei camere aerofotogrammetrice de către O. Messter în anul 1915. Firma Carl Zeiss Jena a construit, în anul 1923, primul aparat universal de restituţie stereoscopică de precizie după proiectorul lui Walter Bauersfeld, folosind principiul proiecţiei optice. Construirea obiectivilor fotogrammetrici de mare randament şi în special a celor cu unghi mare de deschidere, a adus o contribuţie importantă în dezvoltarea fotogrammetriei. Începând cu deceniul al şaselea al secolului trecut, în fotogrammetrie, dezvoltarea continuă şi extrem de dinamică a informaticii, a deschis calea dezvoltării metodelor analitice de exploatare a fotogramelor, iar cuplarea stereocomparatorului la un calculator electronic a dus la apariţia aparatelor de restituţie analitică. Utilizarea sistemelor electronice de calcul a condus la automatizarea completă a procesului de exploatare fotogrammetrică, începutul exploatării automate a fotogramelor fiind marcat de construirea aparatului stereomat de către G.L. Hobrough în anul 1958. Tot în acea perioadă au fost fundamentate principiile fotogrammetriei digitale de către Ukki Helava, soluţia dezvoltată atunci stând la baza sistemului Socet Set – sistem de mare actualitate gestionat de către compania BAE Systems. Aşadar, dezvoltarea fotogrammetriei se subdivide în trei etape, fiecare dintre acestea fiind caracterizată de inovaţiile tehnologice şi metodologice făcând fotogrammetria să fie cât mai flexibilă şi eficace. Prima etapă este reprezentată de fotogrammetria analogică, care include anii 1900-1950. Acest stadiu se caracterizează prin apariţia primelor aparate de exploatare analogică a fotogramelor şi de asemenea, de preluarea fotografiilor din avioane sau baloane. A doua etapă include anii 1950-1980 şi reprezintă dezvoltarea fotogrammetriei analitice. Bazele noului principiu de măsurare, care folosea numai datele imaginilor

1. INTRODUCERE _________________________________________________________________________________

3

fotografice, fără a fi necesare măsurări de direcţii cu teodolitul au fost consolidate încă de la începutul secolului trecut prin construirea stereocomparatorului. Acest principiu care stă la baza fotogrammetriei analitice constă în măsurarea stereoscopică punct cu punct a coordonatelor-imagine în câmpul unei perechi de fotograme. Cea de-a treia etapă o reprezintă fotogrammetria digitală, în cadrul căreia se trece de la exploatarea imaginii fotografice materializată pe film fotografic, la exploatarea imaginilor digitale obţinute direct de diversele categorii de senzori sau prin scanarea imaginilor fotografice. Cele trei etape ale dezvoltării fotogrammetrice sunt ilustrate în figura 1.1.

Fig.1.1 Etapele dezvoltării fotogrammetrice [Jörg A., Wiedemann A., 2001]

1.2 EVOLUŢIA FOTOGRAMMETRIEI ÎN ROMÂNIA

Încă din perioada războiului de independenţă din 1877 – 1878 s-au întocmit schiţe topografice pe baza fotografiilor terestre. Ulterior, a fost posibilă preluarea primelor imagini fotografice aeriene, folosind mijloacele de zbor din acea vreme: balon (P. Văitoianu în 1889) şi avion (Aurel Vlaicu în 1911). Primele lucrări ale serviciului de cadastru înfiinţat în anul 1924 pe lângă Direcţia Aviaţiei Civile au fost aerofotografierile necesare întocmirii planurilor şi hărţilor topografice ale oraşelor Bacău şi Curtea de Argeş. Cinci ani mai târziu ia fiinţă un serviciu fotogrammetric în cadrul Direcţiei Cadastrului Minier, precum şi o secţie fotogrammetrică în cadrul Serviciului Geografic al Armatei, aceasta din urmă având ca scop întocmirea hărţilor militare în zona Galaţi – Brăila. În intervalul de timp 1939 – 1941 „Oficiul Hidrografic şi Aerofotogrammetric” din cadrul Direcţiei Generale a Aeronauticii este dotat cu camere fotoaeriene, aparate de exploatare analogică a fotogramelor, precum şi cu avioane special amenajate pentru aerofotografiere.

1. INTRODUCERE _________________________________________________________________________________

4

În 1942, Oficiul Hidrografic şi Aerofotogrammetric devine Institutul Aerofotogrammetric, urmând ca în 1946 întreaga aparatură fotogrammetrică a acestuia să fie transferată la Institutul Geografic Militar, devenit ulterior Direcţia Topografică Militară. Unitatea Aerofotogrammetrică înfiinţată în anul 1950 în cadrul Direcţiei Topografice Militare, fiind dotată cu camere fotoaeriene, stereoplanigrafe Zeiss C5, fotoredresatoare, a început elaborarea hărţii României la scara 1:25.000, în proiecţie Gauss – Krüger, folosind tehnologie fotogrammetrică. Primul sector fotogrammetric civil a luat fiinţă în anul 1952 sub denumirea Comitetul Geologic, fiind dotat cu autografe Wild A5, camere fotoaeriene Wild R.C.5 şi fotoredresatoare. Centrul de Fotogrammetrie a fost constituit în 1958, ulterior schimbându-şi denumirea în Institutul de Geodezie, Fotogrammetrie, Cartografie şi Organizarea Teritoriului (I.G.F.C.O.T.), actualmente Centrul Naţional de Geodezie, Fotogrammetrie, Cartografie şi Teledetecţie (C.N.G.F.C.T.) şi a avut ca obiectiv principal de activitate executarea şi întreţinerea planurilor topografice şi cadastrale prin metode fotogrammetrice, pe întreaga suprafaţă a ţării. Activitatea fotogrammetrică s-a extins după anul 1958 în unităţi care folosesc fotogrammetria în studii şi proiectare. Dintre aceste unităţi pot fi amintite: Institutul de Studii şi Proiectări pentru Îmbunătăţiri Funciare (I.S.P.I.F.), Institutul de Proiectări pentru Căi Ferate (I.P.C.F.), Institutul de Cercetări şi Amenajări Silvice (I.C.A.S.), Institutul de Proiectări pentru Transporturi Auto, Navale şi Aeriene (I.P.T.A.N.A.) ş.a. După anul 1980, a fost realizat de către Institutul de Tehnică şi Calcul (I.T.C.) un sistem fotogrammetric interactiv de întocmire a planurilor cadastrale, care a integrat executarea măsurătorilor la stereocomparator, pregătirea şi prelucrarea datelor la calculator şi cartografierea automată a planurilor cadastrale, de care au beneficiat instituţiile interesate (Direcţia Topografică Militară (D.T.M.), Institutul de Geodezie, Fotogrammetrie, Cartografie şi Organizarea Teritoriului (I.G.F.C.O.T.), Institutul de Studii şi Proiectări în Îmbunătăţiri Funciare (I.S.P.I.F). şi Institutul de Cercetări şi Proiectări pentru Gospodărirea Apelor (I.C.P.G.A.)). Sistemul fotogrametric interactiv introducea un sistem electronic de culegere a datelor de la stereocomparator, permiţând un număr de până la 8 operatori simultan, mărind astfel, în mod evident productivitatea. Datele erau stocate într-o bază de date şi utilizate într-un program de aerotriangulaţie, coordonatele rezultate fiind utilizate în cadrul procesului de stereorestituţie analogică. Au fost şi încercări, nu numai în România, de a utiliza direct punctele culese la stereocomparator, productivitatea fiind foarte redusă deşi precizia era ridicată. În prezent fotogrammetria este aproape integral reprezentată prin tehnologie digitală. În acest sens, procesul fotogrammetric este: a) parţial digital, caz în care încă mai sunt utilizate camere analogice pentru

preluarea imaginilor, imagini ce sunt apoi scanate; b) integral digital, în care imaginile ce sunt prelucrate la staţiile fotogrammetrice

digitale sunt obţinute prin intermediul camerelor digitale. O mare parte din datele utilizate în aplicaţiile SIG provin din fotogrammetrie. Pe lângă datele vectoriale, ortofotoplanurile sunt, de asemenea, larg utilizate, atât ca informaţie de fond, cât şi ca informaţie primară, în cazul hărţilor tematice care folosesc informaţia multispectrală. În multe din aplicaţii este mult mai raţional să

1. INTRODUCERE _________________________________________________________________________________

5

stocăm imagini (aceasta şi datorită scăderii dramatice a costului sistemelor de arhivare), decât să le utilizăm doar pentru a realiza baze de date vectoriale. O mare parte a informaţiilor care rezultă din diferite tipuri de analize pot fi obţinute direct din imagini. Evoluţia senzorilor de teledetecţie şi creşterea rezoluţiilor imaginilor spaţiale - imagini preluate din cosmos, permite în prezent utilizarea alternativă sau combinată a unor imagini aeriene şi satelitare până la scări de 1:1.000. În anul 2008, sistemul care a revoluţionat tehnica de preluare a imaginilor satelitare s-a bazat pe lansarea satelitului GeoEye-1, satelit menit să preia imagini cu o rezoluţie fără precedent – 0.41m pancromatic şi 1.65m multispectral. Acesta este proiectat să achiziţioneze imagini digitale cu o acurateţe de 3m neprelucrate, faţă de poziţia reală de pe suprafaţa Pământului – aceasta definind un grad de precizie neobţinut până acum prin nicio tehnică comercială de preluare a imaginilor. În cadrul tezei de doctorat, structurată în 5 capitole, am prezentat stadiul actual privind aplicaţiile speciale ale exploatării fotogrammetrice, descriind în Capitolul 2 evoluţia metodelor de exploatare fotogrammetrică, precum şi aplicaţiile speciale ale fotogrammetriei în diverse domenii. În Capitolul 3 am abordat exploatarea fotogrammetrică în condiţiile unor aplicaţii speciale şi anume: realizarea unei hărţi de hazard la inundaţii, precum şi utilizarea ortofotoplanurilor în cadrul aplicaţiei SIAC – SIPA (Sistemul Integrat de Administrare şi Control – Sistemul de Identificare a Parcelelor Agricole); acestea au fost realizate în contextul în care Parlamentul Uniunii Europene propune statelor membre, directive cu scopul reducerii riscului natural, protecţiei populaţiei, protecţiei mediului şi reducerii pagubelor obiectivelor social-economice, precum şi implementarea măsurilor de sprijin finanţate din Fondul European pentru Garantare în Agricultură (FEGA). În cadrul aceluiaşi capitol, am prezentat noţiunile teoretice cu privire la modelul digital al terenului, precum şi importanţa fotogrammetriei în generarea bazei de date SIG. În Capitolul 4 am prezentat două studii de caz constituite din realizarea unei hărţi de hazard la inundaţii în zona Foeni, judeţul Timiş, precum şi contribuţiile avute la realizarea proiectului european de implementare a măsurilor de sprijin în agricultură pentru ţara noastră. Am prezentat în detaliu modul de lucru în vederea întocmirii unei hărţi de hazard la inundaţii, precum şi aparatura folosită. Sursele de date utilizate au constat în: 6 foi de hartă topografică la scara 1:50.000, imagini satelitare SPOT 5 cu rezoluţia 10m (achiziţionate înainte şi după inundaţie), precum şi ortofotoplanuri (la scara 1:5.000) acoperind aceeaşi zonă, pe baza cărora au fost actualizate elementele de planimetrie şi hidrografie. Foile de hartă topografică au fost scanate şi georeferenţiate, datele geospaţiale fiind astfel raportate la un sistem de referinţă (în cazul nostru, Sistemul de Proiecţie Stereografică 1970). Harta de hazard la inundaţii a fost întocmită urmând etapele prezentate în schema tehnologică de realizare a hărţilor de hazard. În vederea obţinerii modelului digital altimetric al terenului, am urmat paşii fluxului tehnologic propus, datele fiind culese prin scanarea originalelor de editare ce conţin curbele de nivel. Pentru vectorizare, am utilizat unul dintre programele actuale şi anume, Microstation Descartes, vectorizarea fiind asistată de către calculator.

1. INTRODUCERE _________________________________________________________________________________

6

În procesul de întocmire a hărţilor tematice ale reliefului, modelul digital al terenului deţine un rol important în special datorită faptului că permite realizarea hărţilor pantelor, precum şi a hărţilor expunerii terenului. În cea de-a doua parte a acestui capitol, am prezentat câteva noţiuni referitoare la fotointerpretarea imaginilor, precum şi la regulile de vectorizare a blocurilor fizice, reguli definite de către JRC (Joint Research Center, UE), urmate de rezultatele obţinute prin vectorizarea blocurilor fizice ce aparţin teritoriului administrativ Berbeşti, judeţul Vâlcea. Aceste rezultate au fost supuse controlului intern de calitate realizat în cadrul firmei contractoare, precum şi controlului extern de calitate, fiind utilizat programul Visa-Rom realizat de către firma Geosys France cu respectarea specificaţiilor elaborate de CRUTA şi ROSA. Funcţiile acestui program analizează datele prin identificarea eventualelor erori topologice, precum şi precizia bazei de date, în conformitate cu procedurile definite de către Uniunea Europeană (JRC). În capitolul 5 sunt prezentate concluziile desprinse din lucrarea de faţă, cuprinzând principalele idei şi contribuţiile aduse prin această teză. Referinţele bibliografice, ce au fost studiate în vederea elaborării acestei teze de doctorat, cuprind numele autorilor a 92 de titluri de publicaţii (cărţi, reviste şi articole prezentate la conferinţe şi simpozioane naţionale şi internaţionale, 25 surse internet) din literatura de specialitate.

7

___________________________________________________________________ CAPITOLUL

2 ___________________________________________________________________

ETAPELE EXPLOATĂRII FOTOGRAMMETRICE. STADIUL ACTUAL PRIVIND APLICAŢIILE SPECIALE ALE

EXPLOATĂRII FOTOGRAMMETRICE 2.1 EXPLOATAREA FOTOGRAMMETRICĂ ANALOGICĂ

2.1.1 PROIECTAREA LUCRĂRILOR DE AEROFOTOGRAFIERE

Un rol important în lucrările de exploatare fotogrammetrică îl are modul de achiziţie a fotogramelor. Pentru determinarea elementelor de zbor şi de aerofotografiere se efectuează un studiu asupra caracteristicilor topografice ale zonei respective, precum şi asupra poziţiei sale geografice, a caracteristicilor climatice, a particularităţilor regiunii respective. Datele rezultate în urma studierii caracteristicilor topografice servesc la stabilirea limitelor secţiunilor de aerofotografiere, direcţiei benzilor de fotograme, lungimilor acestora, acoperirilor longitudinale şi transversale. Sunt luate în considerare şi datele referitoare la accesul în zona respectivă (decolare şi aterizare). În scopul stabilirii perioadei optime de aerofotografiere se studiază poziţia geografică a zonei, relieful, datele meteorologice şi climatologice, temperatura medie a aerului în anumite perioade, cantitatea de precipitaţii atmosferice precum şi direcţia şi intensitatea vântului la nivelul solului şi la altitudini diferite. Înaintea executării procesului de aerofotografiere se alege tipul avionului, al camerei aerofotogrammetrice, precum şi caracteristicile materialelor fotosensibile. Se face calculul elementelor din proiect, ca de exemplu: altitudinea de zbor, acoperirile între fotograme, baza de fotografiere, numărul de fotograme, precum şi mărimea intervalului de aşteptare între expuneri. Pentru reconstituirea fasciculului de raze din momentul preluării, elementele de orientare interioară a fotogramei au o importanţă deosebită. Acestea sunt:

-constanta camerei care este egală cu distanţa focală calibrată f;

-poziţia punctului principal, exprimată prin coordonatele Px , Py (în raport cu sistemul definit de indicii de referinţă);

-distorsiunile obiectivului fotografic. Firmele constructoare de aparatură fotogrammetrică au lansat diverse programe de cercetare şi proiectare în vederea perfecţionării obiectivilor utilizaţi în cadrul

2. ETAPELE EXPLOATĂRII FOTOGRAMMETRICE. STADIUL ACTUAL PRIVIND APLICAŢIILE SPECIALE ALE EXPLOATĂRII FOTOGRAMMETRICE ________________________________________________________________________________

8

echipamentelor fotogrammetrice (camere aeriene sau terestre, instrumente de exploatare etc.). Astfel, au fost construiţi obiectivi având un nivel foarte mic de distorsiune şi în acest sens este de remarcat faptul că sunt numeroşi obiectivii la care distorsiunea este sub 3 microni. Pe lângă obiectivii cu unghi de câmp normal s-au construit obiectivi cu unghi de câmp de mare şi foarte mare deschidere, caracterizaţi prin valori mici ale distorsiunilor, şi în acelaşi timp, având capacitatea să mărească randamentul lucrărilor de aerofotografiere, asigurând un grad de precizie superior.

2.1.2 REDRESAREA

Redresarea fotografică a fost definită, într-un sens mai larg, ca fiind operaţia prin care o fotogramă înclinată este transformată într-o fotogramă nadirală şi adusă apoi la o scară dorită. Această metodă s-a aplicat doar în cazul terenurilor plane, când deformaţiile pe fotograme datorate diferenţelor de nivel nu depăşeau o anumită limită ( 500/pmh ≤Δ ).

Redresarea fotogramelor se putea realiza fie atunci când erau cunoscute elementele de orientare exterioară (redresare directă), fie folosind cel puţin patru puncte de sprijin cu coordonate cunoscute, respectând condiţia ca trei dintre acestea să nu fie coliniare (redresare indirectă). Asamblarea fotogramelor redresate (acestea constituind produsul de bază al fotoredresării) a dus la obţinerea fotoplanului, care reprezenta obiectiv toate detaliile terenului, fiind întocmit numai pentru terenurile plane. În funcţie de metodele şi aparatele folosite, redresarea se putea efectua în mai multe moduri:

- Redresarea grafică, ce permitea redresarea unui număr redus de puncte de pe fotogramă (elemente izolate de pe fotogramă);

- Fotoredresarea (redresarea optico-mecanică), ce permitea transformarea proiectivă precum şi punerea în scară cu ajutorul fotoredresatoarelor, obţinându-se redresarea imaginii terenului în totalitate;

Aceste două metode nu se mai utilizează fiind complet înlocuite de: - Ortofotoredresarea, care se aplica şi în cazul terenurilor accidentate, fiind

eliminate deformaţiile datorate influenţei unghiurilor de înclinare a fotogramei, diferenţelor de nivel din spaţiul-obiect, variaţiilor de scară din cuprinsul fotogramei (figura 2.1);

2.1.3 STEREORESTITUŢIA

Stereorestituţia se efectuează în scopul reconstituirii metrice tridimensionale, a obiectelor de pe suprafaţa terestră folosind modelele stereoscopice. Prin exploatarea fotogramei în mod independent pe cale grafică, analogică sau digitală se obţine poziţia planimetrică a detaliilor reprezentate pe fotograme (x, y). Pentru obţinerea celei de-a treia dimensiuni (z) se utilizează două fotograme succesive. Ansamblul acestor două fotograme preluate din puncte de staţie diferite,


9

având între 60% şi 90% reprezentată aceeaşi zonă a spaţiului-obiect, se numeşte stereogramă. Stereograma este unitatea de lucru în stereofotogrammetrie.

Fig. 2.1 Variaţia scării în cuprinsul fotogramei [Leica Geosystems Geospatial

Imaging, LLC, 2005]

Pentru obţinerea efectului stereoscopic prin observarea a două fotograme, trebuie îndeplinite următoarele condiţii:

-separarea imaginilor (fiecare fotogramă se observă cu câte un ochi în acelaşi timp);

-orientarea reciprocă a celor două fotograme ce corespund stereogramei trebuie să fie făcută astfel încât direcţiile de observare ce pornesc de la cei doi ochi să se găsească în acelaşi plan;

-efortul de convergenţă cerut de vederea stereoscopică indirectă să nu depăşească efortul cerut de vederea directă, liberă (în anumite limite). Elementele de orientare ale stereogramei sunt acele elemente care determină poziţia stereogramei în raport cu sistemul de coordonate-imagine şi cu sistemul de coordonate din spaţiul-obiect. Orientarea interioară a stereogramei Exploatarea stereogramei se efectuează după două principii generale:

1) Reconstituirea congruentă a fasciculului fotogrammetric de la preluare; 2) Reconstituirea afină a fasciculului fotogrammetric de la preluare.

Primul principiu presupune respectarea elementelor orientării interioare care sunt:

a) Constanta camerei =kc distanţa focală echivalentă. În urma operaţiilor de laborator, dar şi din cauza trecerii timpului, apăreau deformaţii ale suportului emulsiei


10

filmului fotografic. Pentru aceasta, distanţele dintre indici determinate în momentul etalonării camerei erau diferite faţă de distanţele corespunzătoare dintre aceiaşi indici în momentul exploatării;

b) Coordonatele punctului principal ),( PP yx erau reproduse prin centrarea negativului sau a diapozitivului acestuia copiat pe sticlă, la o masă luminoasă, cu ajutorul unor lupe speciale prin asigurarea coincidenţei indicilor de referinţă de pe fotogramă cu indicii de referinţă corespondenţi gravaţi pe suportul de sticlă al portclişeului.

c) Funcţia de distorsiune a obiectivului camerei de preluare putea fi reprodusă pe cale optică, prin construcţia unui suport special montat în portclişeu. Corecţiile de refracţie şi de curbură a Pământului erau aplicate cu ajutorul unor dispozitive speciale conectate între aparat şi coordonatograful de desen. Etapele orientării exterioare a stereogramei, în cadrul exploatărilor analogice:

a) Orientarea relativă. Pentru efectuarea acestei operaţii se presupune efectuată orientarea interioară a fiecărei fotograme. Orientarea relativă constă în orientarea reciprocă a celor două imagini ce compun stereograma astfel încât să reproducem situaţia din timpul preluării. Orientarea relativă se realizează prin eliminarea paralaxei transversale în cel puţin 5 puncte ale stereomodelului, cunoscute sub denumirea de puncte standard. Dacă în aceste puncte nu mai există paralaxă transversală, toate celelalte direcţii corespondente ale celor două fascicule fotogrammetrice se intersectează în câte un punct, totalitatea acestor puncte descriind modelul stereoscopic sau stereomodelul.

b) Orientarea absolută

Pentru realizarea orientării absolute sunt necesare 7 elemente: λ,,,,,, 000 KZYX ΦΩ şi ele reprezintă:

- 000 ,, ZYX - translaţiile originii stereomodelului faţă de originea sistemului din spaţiul-obiect;

- K,,ΦΩ - înclinările şi rotaţia sistemului stereomodelului pentru a fi adus paralel cu sistemul din spaţiul-obiect;

-λ - factor de scară ce reprezintă raportul dintre distanţa din spaţiul-model şi corespondenta ei din spaţiul-teren. Aceste elemente se determină în trei etape:

1) Punerea în scară aproximativă, când se determină valorile aproximative pentru λ,,, 00 KYX ; Pentru efectuarea orientării absolute sunt necesare puncte de sprijin cunoscute prin coordonatele lor în spaţiul-obiect şi identificabile prin descrierile lor în spaţiul-model. Aceste puncte sunt determinate direct pe teren, sau prin aerotriangulaţie (procedeu de laborator de îndesire a punctelor de sprijin). Numărul minim de puncte de sprijin trebuie să asigure determinarea celor 7 parametri şi funcţie de situaţiile întâlnite pe teren avem:

- două puncte cu coordonate ZYX ,, cunoscute şi un punct cu coordonata Z ; - sau alte combinaţii, dar obligatoriu 3 cote;


11

De obicei, în producţie se lucra cu cel puţin 4 puncte de sprijin pentru fiecare stereomodel.

Operaţii efectuate pentru determinarea parametrilor aproximativi:

- identificarea a două puncte de sprijin în stereomodel, punctarea unuia dintre aceştia şi aducerea în coincidenţă a poziţiei din stereomodel cu poziţia raportată pe planşa de stereorestituţie; au fost eliminate în acest fel translaţiile 0X şi 0Y ;

- rotirea planşei de stereorestituţie până când poziţia din stereomodel este adusă pe direcţia celui de-al doilea punct; a fost eliminată în acest fel rotaţia K;

- modificarea componentelor bazei, găsindu-se astfel valoarea aproximativă λ ;

2) Orizontalizarea stereomodelului; în urma acestei operaţii au fost deteminate translaţia 0Z , înclinarea longitudinală Φ şi înclinarea transversală Ω a stereomodelului;

3) Determinarea valorilor definitive pentru 000 ,,,, ZKYX λ prin punerea în scară definitivă, pe baza tuturor punctelor de sprijin din stereomodel.

2.1.4 AEROTRIANGULAŢIA ANALOGICĂ

Prin aerotriangulaţie înţelegem procedeul de determinare a coordonatelor X, Y, Z pentru punctele de îndesire, necesare exploatării fotogrammetrice (redresare, restituţie). Determinarea acestor valori se efectuează pe baza coordonatelor-imagine sau stereomodel măsurate pe fotograme, stereograme sau pe stereomodel, pe baza unor coordonate ale punctelor de sprijin din spaţiul-obiect, precum şi a relaţiilor perspectivei centrale a fotogramei.

Aerotriangulaţia analogică presupune reconstituirea fasciculelor fotogrammetrice la un aparat de stereorestituţie, proiectarea imaginilor în spaţiul-model, formarea modelului stereoscopic şi măsurarea coordonatelor-model pentru detaliile caracteristice. Astfel, folosind imaginile originale sau copii-contact diapozitive ale acestora, se reconstituie fasciculele fotogrammetrice în camerele de proiecţie ale aparatului de stereorestituţie prin efectuarea orientării interioare, se efectuează orientarea relativă a celor două fascicule fotogrammetrice obţinându-se stereomodelul (pentru prima stereogramă se poate efectua şi orientarea absolută). Se măsoară coordonatele-model ale punctelor de aerotriangulaţie, de legătură, de sprijin şi de control. În cazul aerotriangulaţiei cu modele independente, se determină şi coordonatele centrelor de proiecţie, fiind considerate ca puncte ale stereomodelului. Banda sau blocul de aerotriangulaţie se formează pe cale analitică, coordonatele-model bandă fiind transformate în sistemul-teren, după care se compensează în bandă sau bloc obţinându-se coordonatele-teren [Zăvoianu F., 1997]. Funcţie de dezvoltarea istorică, se pot aminti următoarele metode de aerotriangulaţie: metoda aeropoligon, aerotriangulaţia cu modele independente, aerotriangulaţia cu date auxiliare.


12

Pentru aerotriangulaţia analogică deosebim următoarele tipuri de aparate utilizate: -aparate universale de stereorestituţie: Stereoplanigraful, Stereoautograful

A7, A10; aceste aparate de ordinul I de precizie au fost dotate cu paralelogram Zeiss spaţial permiţând orientarea în serie a stereogramelor;

-aparate cu proiecţie mecanică de mare precizie - nu permit orientarea în serie a stereogramelor şi au fost utilizate în aerotriangulaţia cu modele independente (Stereometrograful, Topocartul, Autograful Wild A8). Trebuie menţionat că, după dezvoltarea tehnicii de calcul şi interfaţarea aparatelor cu un calculator, aerotriangulaţia analogică nu mai este folosită.

În prezent, lucrările din domeniul fotogrammetriei analogice au cedat locul celor din fotogrammetria digitală care asigură eficienţă sporită în toate etapele de preluare şi prelucrare a imaginilor.

2.2 EXPLOATAREA FOTOGRAMMETRICĂ ANALITICĂ

2.2.1 ETAPELE EXPLOATĂRII ANALITICE

Fotogrammetria analitică a început să prezinte interes din punct de vedere practic abia în ultimele decenii ale secolului trecut, fiind în strânsă legătură cu apariţia şi dezvoltarea calculatoarelor electronice. Principala sa caracteristică a constat în rezolvarea principalelor probleme fotogrammetrice prin metode matematice. Metodele matematice (sau analitice) permit o corectare mai uşoară a erorilor sistematice, utilizarea unor date auxiliare, precum şi o compensare numerică riguroasă. Se disting trei etape ale exploatării fotogrammetrice analitice:

a) culegerea şi înregistrarea datelor – se referă la preluarea imaginilor, măsurarea la un aparat de tip comparator, precum şi determinări în teren pentru unele puncte de sprijin;

b) prelucrarea (şi analiza) datelor – pe baza unui program; datele sunt prelucrate la un calculator electronic;

c) reprezentarea rezultatelor – rezultatele sunt reprezentate sub formă grafică (la o masă trasantă), sau sub formă digitală. Problemele fotogrammetriei analitice presupun relaţii între spaţiul-obiect şi spaţiul-imagine. Acestea fiind destul de diverse, ele se pot reduce, totuşi la câteva probleme de bază:

-retrointersecţia spaţială (orientarea exterioară independentă a fotogramelor), care foloseşte ecuaţia de coliniaritate;

-orientarea relativă (independentă sau în serie), care foloseşte ecuaţia de coplanaritate;

-orientarea absolută a stereomodelului, care foloseşte transformarea conformă spaţială (cu 7 parametri);

-intersecţia spaţială (în fotogrammetria terestră), care foloseşte ecuaţia de coliniaritate.


13

Orice problemă fotogrammetrică se reduce la o combinaţie a problemelor de bază. Aceste probleme se caracterizează printr-o anumită ecuaţie şi anumiţi parametri necunoscuţi. Ca mărimi măsurate se consideră coordonatele-imagine obţinute la stereocomparator. La orientarea absolută apar ca mărimi măsurate coordonatele-model ce sunt rezultate în urma orientării relative sau pot fi obţinute direct la un aparat de stereorestituţie. În cazul exploatării la scări medii şi mici, punctele de reper sunt determinate mai precis decât determinările fotogrammetrice şi ele sunt considerate a nu fi afectate de erori. La scări mari însă, coordonatele-teren trebuie considerate ca mărimi măsurate, cu anumite ponderi. În majoritatea lor, problemele fotogrammetriei analitice se pot încadra într-o problemă generală care se poate exprima prin relaţia funcţională: ),( xOfX = (2.1)

unde X reprezintă coordonatele unui punct în spaţiul-obiect (teren), x – coordonatele aceluiaşi punct în spaţiul-imagine (fotogramă), O – parametrii de orientare. Rezolvarea acestei probleme implică două etape:

A - se determină parametrii de orientare „O”, cunoscând X şi x pentru un anumit număr de puncte;

B - se determină X, cunoscând x şi „O” pentru un număr oricât de mare de detalii de restituit. Restituţia se face la o masă trasantă. Deoarece această relaţie (2.1) este în general neliniară, ea va trebui liniarizată şi prin urmare aproximată, ceea ce conduce la un proces iterativ pentru rezolvarea primei etape. Faţă de această etapă, implicând rezolvarea succesivă a unor sisteme de ecuaţii liniare, cea de a doua este mult mai simplă, constând în calculul coordonatelor X pe baza relaţiei iniţiale în forma neliniarizată, cunoscând acum toate elementele din membrul drept [Turdeanu L., 1997]. Spre deosebire de metodele clasice, exploatarea analitică este o exploatare punct cu punct, ca în topografie, dar mult mai eficientă decât aceasta, când numărul de puncte este mare.

2.2.2 ORIENTAREA FOTOGRAMELOR

Prin orientarea fotogramelor se realizează reconstituirea poziţiei pe care a avut-o fiecare fotogramă în momentul preluării. În fotogrammetria analitică, traseul fiecărei raze poate fi descris printr-o expresie matematică în funcţie de poziţia punctului în spaţiul obiect, poziţia imaginii sale pe fotogramă, poziţia centrului de perspectivă (în sistemul de coordonate-teren), direcţia axei optice a camerei de preluare, rotirea în planul imaginii şi caracteristicile geometrice ale imaginii în interiorul camerei [Turdeanu L., 1997]. Orientarea interioară Prin efectuarea orientării interioare se realizează reconstituirea fasciculului de raze din interiorul camerei, de la preluarea imaginii. În cazul unei proiecţii centrale riguroase, orientarea interioară ar consta doar în determinarea poziţiei centrului de perspectivă în raport cu planul fotogramei şi ar putea fi definită complet prin distanţa principală )( fc = şi poziţia punctului principal ),( PP yx . În realitate însă, distorsiunea obiectivului influenţează direcţiile razelor fasciculului fotogrammetric şi în consecinţă


14

poziţiile punctelor-imagine pe fotogramă. De asemenea, suportul emulsiei suferă deformaţii între momentul expunerii şi exploatarea fotogrammetrică. Pe de altă parte, poziţiile punctelor-imagine sunt influenţate de o serie de factori externi, cum ar fi refracţia atmosferică, curbura Pământului, relieful. Corectarea influenţelor acestor factori se poate face pe cale analitică, pe baza relaţiilor care descriu aceste fenomene. Orientarea exterioară a unei fotograme Prin efectuarea orientării exterioare a unei fotograme se realizează reconstituirea fasciculului de raze (orientat interior) în raport cu sistemul de referinţă din spaţiul-obiect. Elementele orientării exterioare sunt reprezentate de parametrii care definesc această orientare şi se numesc elemente de orientare exterioară. Ele sunt în număr de 6 şi se pot grupa în două categorii:

-parametri care definesc poziţia centrului de perspectivă ),,( 000 ZYX ;

-parametri care definesc direcţia şi rotirea axei de fotografiere în raport cu sistemul de referinţă ),,( κϕω . În momentul preluării unei fotograme, fiecare punct din spaţiul-obiect, imaginea sa pe fotogramă şi centrul de perspectivă sunt coliniare (în cazul unei proiecţii centrale riguroase). Această condiţie de coliniaritate trebuie să fie îndeplinită şi la exploatare. Orientarea exterioară a perechilor de fotograme În cazul terenurilor accidentate, influenţa reliefului asupra poziţiilor punctelor-imagine nu mai poate fi neglijată şi în consecinţă, fotogramele nu mai pot fi exploatate independent. Aceste deplasări ale imaginilor punctelor pe fotograme cauzate de diferitele lor poziţii altimetrice în teren vor permite însă reconstituirea spaţială a terenului utilizând perechi de fotograme cu acoperire stereoscopică. Având în vedere că orientarea exterioară a unei fotograme este definită de 6 parametri, în cazul unei stereograme numărul parametrilor de orientare va fi de 12. Determinarea acestor parametri se face în două etape şi anume:

1) Orientarea relativă a două fotograme implicând 5 parametri şi în urma căreia se obţine modelul stereoscopic (corespunzător zonei de dublă acoperire) la o scară arbitrară şi într-o poziţie arbitrară.

2) Orientarea absolută a stereomodelului în raport cu sistemul de coordonate-teren, implicând 7 parametri. Având în vedere că, în principiu, orientarea absolută a stereomodelului constă în aducerea în scară a acestuia (pentru care sunt necesare două puncte cât mai depărtate) şi orizontalizarea lui (pentru care vor trebui 3 puncte necoliniare şi cât mai depărtate, cu cote cunoscute), determinarea parametrilor transformării se va putea face cunoscând coordonatele-teren X, Y, Z pentru două puncte şi cota Z pentru un al treilea punct, precum şi coordonatele-model x, y, z ale imaginilor celor 3 puncte. Pentru a aplica metoda pătratelor minime (deoarece în formulele transformării apar mărimi măsurate, deci afectate de erori) se va utiliza un număr de 3≥n de puncte de sprijin.


15

2.2.3 AEROTRIANGULAŢIA ANALITICĂ

La exploatarea analitică s-au întâlnit următoarele în două situaţii: - în cazul terenurilor plane exploatarea se face prin redresare fotogrammetrică

(cu fotograme independente); legătura dintre fiecare fotogramă şi teren se asigură prin cel puţin patru puncte de reper, dispuse în colţurile fotogramei;

- în cazul terenurilor accidentate se aplică metoda stereorestituţiei utilizându-se perechi de fotograme cu ajutorul cărora se formează modelul stereoscopic corespunzător zonei de dublă acoperire; fiecare stereomodel trebuie să aibă cel puţin trei puncte de reper, dar de obicei se iau tot patru puncte dispuse în colţurile zonei. Ridicarea fotogrammetrică se face pe zone destul de întinse corespunzând la un număr foarte mare de fotograme şi, prin urmare, numărul punctelor de reper va fi foarte mare. Lucrările de teren reduc însă considerabil randamentul lucrărilor fotogrammetrice. Avantajul fotogrammetriei este acela de a aduce lucrările de teren în laborator; ele nu pot fi evitate complet, dar pot fi reduse. Aerotriangulaţia reprezintă o astfel de cale de reducere a lucrărilor de teren, majoritatea punctelor de sprijin putându-se determina pe cale fotogrammetrică în laborator, pe baza unui număr restrâns de puncte determinate în teren. Clasificarea metodelor analitice de aerotriangulaţie Metodele analitice de aerotriangulaţie pot fi:

a). Aerotriangulaţia analitică pe benzi -aerotriangulaţia analitică în serie, -aerotriangulaţia cu modele analitice independente, -aerotriangulaţia cu modele analogice (simple sau duble) independente.

b). Compensarea aerotriangulaţiei în bloc: -compensarea în bloc cu benzi (obţinute analitic sau analogic), -compensarea în bloc cu modele independente (modele analitice sau analogice), -compensarea în bloc cu fascicule fotogrammetrice.

c). Cazuri speciale de aerotriangulaţie: -compensarea simultană a observaţiilor fotogrammetrice şi geodezice, -utilizarea GPS în aerotriangulaţie, -compensarea aerotriangulaţiei în cazul terenurilor plane, -aerotriangulaţia prin metoda incluziunii.

Trebuie precizat că cel mai riguros mod de compensare este reprezentat de compensarea în bloc cu fascicule fotogrammetrice. Aerotriangulaţia pe benzi constă în conexiunea modelelor (obţinute analitic sau analogic), rezultând stereomodelul general al benzii. Fiecare stereomodel este orientat în raport cu precedentul prin intermediul fotogramei comune. Se realizează apoi orientarea absolută a stereomodelului general al benzii şi compensarea benzii de aerotriangulaţie. Aerotriangulaţia constă în transferul elementelor de orientare spaţială de-a lungul benzii (scară, trei rotaţii, trei translaţii).


16

Principala caracteristică a metodelor de compensare în bloc constă în folosirea tuturor relaţiilor dintre fotogramele alăturate, rezultate atât din acoperirile lor longitudinale, cât şi din cele transversale. Spre deosebire de aerotriangulaţia pe benzi care presupunea formarea benzii şi apoi compensarea acesteia, în cazul compensării în bloc unităţile de compensare se consideră constituite, urmând a fi doar compensate în bloc, pe baza punctelor comune.

Aparatele de exploatare analitică au permis măsurarea coordonatelor plane x, y ale punctelor-imagine. Aceste puncte pot fi de diferite tipuri: puncte de legătură longitudinală (între fotogramele din aceeaşi bandă), puncte de legătură transversală (între benzile vecine), puncte de reper (care asigură legătura cu terenul) sau detalii topografice care urmează a fi restituite. În fotogrammetria analitică, aparatele ce au fost utilizate pentru măsurarea coordonatelor punctelor-imagine, pentru realizarea aerotriangulaţiei şi pentru stereorestituţie au fost împărţite în două categorii: a). Aparate de identificare şi marcare a punctelor pe fotogramă (Wild PUG 4 sau Wild PUG 5 având posibilitatea de a marca punctul pe negative pe cale mecanică, sau de tip Transmark, produs de Zeiss-Jena, utilizat la marcarea punctului cu o rază laser); b). Aparate de măsurare a coordonatelor punctelor-imagine (monocomparatoare de precizie, stereocomparatoare şi stecometrul, acesta din urmă fiind o versiune îmbunătăţită a stereocomparatorului). În prezent, fotogrammetria analitică nu se mai regăseşte în aplicaţiile practice, fiind o etapă intermediară între fotogrammetria analogică şi fotogrammetria digitală datorită limitărilor existente la acea vreme în prelucrarea imaginilor digitale.

2.3 EXPLOATAREA FOTOGRAMMETRICĂ DIGITALĂ

Dezvoltarea tehnologică şi a domeniilor conexe cu care lucrează fotogrammetria, în special a tehnicii de calcul şi a industriei electronice au făcut ca, în domeniul preluării imaginilor, să dispunem de senzori din ce în ce mai performanţi. Specific acestor înregistrări sunt imaginile digitale obţinute cu senzori de baleiere a spaţiului-obiect. Imaginile digitale mai pot fi obţinute şi prin scanarea imaginilor analogice existente. Corespunzător acestor forme de imagine, produsul final reprezentat de hartă va fi orientat spre SIG. Aşadar, echipamentul fotogrammetric clasic a fost înlocuit cu staţiile digitale de lucru, dar cunoştinţele de bază ale fotogrammetriei vor fi în continuare necesare celor ce exploatează noile sisteme fotogrammetrice digitale.

2.3.1 CARACTERISTICILE IMAGINII DIGITALE

Imaginea digitală se poate obţine prin preluarea cu ajutorul unor sisteme optico-mecanice sau opto-electronice de baleiaj în spaţiul-obiect. Sunt dezvoltate sisteme de senzori pentru preluările fotogrammetriei la scurtă distanţă şi terestră, sau pentru preluările la nivel aeropurtat sau satelitar [Zăvoianu F., 1999]. Imaginea digitală este reprezentată printr-o matrice bidimensională de elemente-imagine (sau pixeli, de la termenul din limba engleză picture element). Poziţia geometrică a unui pixel în cadrul imaginii este dată de numărul liniei r şi


17

numărul coloanei c (linia r şi coloana c se referă la centrul pixelului), nivelul de gri sau culoare fiind dat de o valoare cuprinsă între 0 şi 255. Această valoare se stochează în calculator pe 8, 16, 24 sau 32 biţi, care sunt trataţi apoi ca o unitate. În fotogrammetria digitală imaginea alb-negru este reprezentată printr-un singur plan-imagine, imaginea color este reprezentată prin trei astfel de plane-imagine, iar imaginea multispectrală este reprezentată prin mai multe plane-imagine, preluate în intervale de bandă diferite. Sistemul de coordonate-imagine are originea în colţul din stânga sus, la o jumătate de pixel în afara matricei-imagine, fiind rotit cu 100G faţă de sistemul de coordonate-imagine, caracteristic fotogrammetriei clasice (figura 2.2). În fotogrammetria digitală, măsurarea coordonatelor-imagine se realizează prin identificarea pixelului în cadrul imaginii digitale în mod automat, semiautomat sau automat.

Fig. 2.2 Sistemul de coordonate-imagine în fotogrammetria digitală

Calitatea fotogramei aeriene (sau terestre) se defineşte în termenii rezoluţiilor geometrice şi radiometrice a fidelităţii reprezentării contrastelor şi culorilor, prin reguli de utilizare care nu s-au schimbat, exceptând progresele opticii care au redus la obiectivii moderni distorsiunile la valori neglijabile în numeroase aplicaţii [Turdeanu L., Zăvoianu F., 1999]. Pentru a păstra precizia de măsurare din fotogrammetria analitică, dimensiunile pixelului trebuie sa fie cât mai mici. Spre exemplu, pentru a conserva rezoluţia iniţială a filmului, dimensiunile pixelului trebuie să se situeze între 7 şi 10 microni. În consecinţă, volumul de date-imagine digitale ce urmează a fi înregistrate şi prelucrate va fi foarte mare. Trebuie menţionat faptul că utilizarea imaginilor color sau fals-color triplează volumul de date. De asemenea, volumul de date se dublează (faţă de imaginile individuale), dacă se are în vedere utilizarea stereo-imaginilor. În consecinţă, se vor utiliza tehnici de compresie a datelor, pentru o mai uşoară manevrare a volumului de date-imagine. Alegerea mărimii pixelului, a metodei şi a raportului de compresie depinde de aplicaţie. Cei mai importanţi factori sunt: precizia cerută, metoda de măsurare, mărimea şi tipul obiectelor de măsurat [Turdeanu L., 1998]. Pentru cele mai multe aplicaţii fotogrammetrice, se poate considera corespunzătoare o mărime a pixelului de 15 – 30 microni. Pe de altă parte, la rapoarte de compresie de până la 1/10, metodele de compresie provoacă deformări mai mici decât la


18

creşterea mărimii pixelului. Totuşi, la reduceri mai mari, rezultatul optim se obţine utilizând pixeli mai mari şi o compresie mai slabă. Se poate remarca totodată faptul că modificările geometriei imaginii sunt nesemnificative pentru cele mai multe aplicaţii fotogrammetrice, când reducerea este de până la 1/20 [Turdeanu L., Zăvoianu F., 1999]. Prelucrarea imaginii fotogrammetrice în domeniul digital presupune automatizarea principalelor funcţii fotogrammetrice, ca de exemplu: orientarea interioară, orientarea exterioară, exploatarea fotogramei şi a stereogramei, întocmirea modelului digital altimetric al terenului şi a ortofotopanurilor. Pentru realizarea orientării în mod automat, modulele de automatizare trebuie să admită diferite tipuri de date imagine (imagini digitale sau imagini obţinute prin scanare, hărţi digitale sau date SIG) şi diferite elemente de sprijin. Operaţia de bază în automatizarea exploatării imaginilor este reprezentată de identificarea punctelor corespondente în diferitele seturi de date. În ceea ce priveşte orientarea interioară, aceasta trebuie reconstituită şi în cadrul exploatării imaginilor digitale. Relaţiile de transformare între pixeli şi coordonatele-imagine se determină în timpul calibrării camerei, în completarea parametrilor de orientare interioară obţinuţi prin calibrare. În cazul imaginilor obţinute prin scanare această transformare se determină pentru fiecare imagine în parte. Pentru efectuarea în mod automat a orientării interioare e necesar să se cunoască pentru fiecare imagine digitală datele de calibrare a camerei de preluare, coordonatele-imagine ale indicilor de referinţă, funcţia de distorsiune, dimensiunea pixelului. În urma acestei etape, sunt furnizate coordonatele-imagine în pixeli, parametrii de transformare din sistemul de coordonate-imagine în pixeli, precum şi din pixeli în sistemul de coordonate-imagine şi analiza preciziei obţinute. Pentru obţinerea unei precizii cât mai bune se are în vedere realizarea următoarelor operaţii: poziţionarea aproximativă a indicilor de referinţă, poziţionarea de precizie (0.1 pixeli) a centrelor indicilor de referinţă, poziţionarea corectă a curbei de distorsiune simetrică şi corectarea acesteia, calculul precis al parametrilor transformării între cele două sisteme de referinţă (coordonate-imagine şi pixeli). Poziţionarea aproximativă a indicilor de referinţă se face pe imaginea cu cea mai slabă rezoluţie geometrică din piramida-imagine utilizată. În cadrul realizării orientării exterioare, la exploatarea imaginii digitale sau imaginii obţinute prin scanare în mod independent, se determină parametrii transformării din spaţiul-imagine în spaţiul-obiect, sau din spaţiul-model în spaţiul-obiect în cazul exploatării prin metode stereoscopice a două sau mai multor imagini digitale. În cazul exploatării imaginii digitale în mod independent, această operaţie se efectuează după realizarea orientării interioare. Pentru realizarea orientării exterioare a fotogramei sau a stereogramei pot fi utilizate drept elemente de sprijin: puncte, detalii liniare sau elemente de suprafaţă corespondente în planul-imagine şi în spaţiul-obiect. Elementele de sprijin pot fi indicate manual, determinate prin aerotriangulaţie, sau identificate prin corelaţie în mod automat. În cazul în care, în timpul aerofotografierii sunt utilizate platformele INS (Inertial Navigation System) şi sistemele GPS, elementele de orientare exterioară a


19

fotogramei sunt cunoscute şi nu mai trebuie determinate prin aerotriangulaţie sau corelaţie. În cazul exploatării a două sau mai multor imagini orientarea exterioară se efectueză în două etape: Orientarea relativă presupune determinarea celor cinci parametri, în funcţie de metoda de orientare aleasă. Metodele folosite pentru identificarea punctelor corespondente în imaginile de prelucrat se bazează pe utilizarea punctelor de sprijin determinate prin corelaţie, pe corelarea formelor liniare, sau pe constrângeri în spaţiul-obiect sau imagine. Orientarea relativă se realizează în următoarele etape:

-calculul piramidelor-imagine pentru cele două sau mai multe imagini pentru care se efectuează orientarea relativă;

-determinarea aproximativă a acoperirilor, rotaţiilor, diferenţelor de scară între imagini;

-determinarea parametrilor de orientare. Atunci când se utilizează corelaţia formelor liniare din imaginile digitale în scopul determinării parametrilor de orientare, se parcurg următoarele etape:

-corelarea formelor liniare;

-determinarea parametrilor de orientare;

-repetarea acestor operaţii pentru celelalte planuri-imagine din piramida-imagine.

Orientarea absolută în mod automat constă în determinarea parametrilor de transformare a stereomodelului în spaţiul-obiect. Punctele de sprijin sunt presemnalizate, bine definite geometric şi au valori radiometrice unice, fiind proiectate să fie vizibile din toate direcţiile de aerofotografiere. De asemenea, punctele de sprijin trebuie să fie uşor de reprezentat în două sau trei dimensiuni, independente de scara imaginilor şi de conţinutul informaţional al acestora şi uniform distribuite în planul-imagine. În funcţie de dezvoltarea economică a zonei reprezentată pe fotograme, punctele de sprijin pot fi constituite din elemente naturale sau artificiale. Elementele de sprijin pot fi extrase din bazele de date SIG sau din hărţi scanate. Pentru cote, se foloseşte modelul digital altimetric al terenului [Zăvoianu F., 1999].

Etapele de realizare a orientării absolute în mod automat sunt:

-identificarea elementelor de sprijin şi control;

-definirea primitivelor grafice ale formelor liniare utilizate drept elemente de sprijin şi control şi extragerea lor din imagine;

-corelarea primitivelor folosind eventual constrângeri din spaţiul-obiect;

-calculul parametrilor de orientare absolută.

Trebuie specificat şi în acest caz că utilizarea lor la preluarea fotogramelor aeriene a platformelor Inerţiale şi a sistemelor GPS nu mai impune determinarea acestor parametri. Există două solutii principale pentru navigaţii inerţiale, care includ şi o componentă diferenţială GPS: Applanix (Trimble) şi Aspen (Leica).


20

2.3.2 ACHIZIŢIA IMAGINII DIGITALE

Achiziţia de imagini digitale se realizează cu ajutorul unor sisteme opto-electronice, detectorul sau senzorul reprezentând cea mai importantă componentă a unui astfel de sistem, care generează pe baza radiaţiei incidente un semnal electric, ce este apoi amplificat şi eşantionat. Prelucrarea digitală presupune o discretizare (reprezentarea semnalului ca o succesiune secvenţială de numere) a semnalului bidimensional. Semnalul analogic rezultat în funcţie de cantitatea radiaţiei incidente care cade pe suprafaţa senzorului, este amplificat, iar apoi eşantionat şi reconstituit. (Un semnal

)(xf este eşantionat periodic la intervale egale cu xΔ ). Paşii de eşantionare pe cele două axe definesc grile de eşantionare, care pot fi pătrate sau hexagonale. Nivelurile de eşantionare NG sunt date, de obicei, de relaţia: γ2=NG , în care γ este un număr întreg. Putem avea astfel 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 sau 256 de niveluri de gri. Prin eşantionare nivelurile de gri nu vor putea primi direct decât un număr limitat de valori posibile. Pentru preluarea imaginilor digitale se utilizează următoarele tipuri de senzori:

- senzorii optico-mecanici de baleiaj în spaţiul-obiect; prin utilizarea acestui tip de senzor, imaginea se formează, în mod secvenţial prin baleiaj, pixel cu pixel, sau grup de pixeli cu grup de pixeli (mai multe linii de baleiaj), în spaţiul-obiect; baleiajul se efectuează perpendicular pe direcţia de zbor a platformei, în mod liniar, circular sau eliptic, rezultând o imagine cu geometrie dinamică;

- senzori opto-electronici liniari de baleiaj în spaţiul-obiect; sunt senzori de tipul DCS (dispozitive cuplate prin sarcină, de la CCD – Charge Coupled Device) sau DTS (dispozitive cu transfer de sarcină), senzori care sunt montaţi în linie (vectoriali); senzorul liniar este plasat în planul focal al sistemului optic de focusare şi transformă energia incidentă într-un semnal electric; semnalul este amplificat, eşantionat, prelucrat şi pe baza lui se formează imaginea, în mod secvenţial, linie cu linie;

- senzorii opto-electronici DCS sau DTS bidimensionali reprezintă o matrice de 250/250, 500/500 sau 1000/1000 detectori sau senzori şi produc imagini digitale de 250/250, 500/500, 1000/1000 pixeli; planul detectorilor este situat în planul focal al sistemului optic de preluare.

Tipuri de camere fotogrammetrice: A. Camere clasice

A.1. Camere standard Sunt proiectate pentru a asigura imagini de înaltă calitate din punct de vedere geometric. Aceste camere utilizează film pe role, dimensiunea standard a fotogramei fiind de 24x24 cm (10 x 10 inches) o rolă putând avea şi 120 m lungime. Un sistem cu vacuum fixează filmul într-un cadru metalic de precizie. Timpul de expunere precum şi mişcarea filmului sunt automate şi corelate cu înălţimea de zbor (scara de aerofotografiere) şi viteza avionului. Majoritatea camerelor produse după anul 1980 include un sistem de corectare anti-blurring, sistem denumit generic “forward motion compensation”. Acest sistem permite eliminarea trenei (un punct poate apărea ca o linie, datorită mişcării avionului în timpul expunerii). Camerele au dispozitive de stabilizare cu giroscop şi includ şi un sistem GPS care permite atât determinarea poziţiei centrului de fotografiere,


21

cât şi corelarea cu sistemul de reperi de control existent la sol (de exemplu, Sistemul Ascot de la Leica); A.2. Camere de format mic (9x9 cm), utilizate în proiecte de mică anvergură, fiind şi mult mai ieftine decât cele standard; A.3. Camere de format mare, utilizate in special in aplicaţii militare (de exemplu, camera utilizată pe avioanele U2 sau NASA ER-2); A.4. Camere panoramice, utilizate în special pentru acţiuni de recunoaştere aeriană.

B. Camere digitale care utilizează tehnologie CCD (Charge Coupled Device) şi CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Sunt extrem de sensibile pentru lungimi de undă cuprinse între 0,4μ şi 1,1μ, adică în vizibil şi infraroşu apropiat. Datorită caracteristicilor radiometrice, respectiv o mai bună rezoluţie radiometrică şi datorită zgomotului redus, dar şi datorită costului, camerele digitale au folosit până recent exclusiv tehnologie CCD. Datorită progresului în tehnologia CMOS aceasta este folosită din ce in ce mai mult pentru camerele digitale. Un avantaj major al tehnologiei CMOS este viteza, putând obţine imagini cu timpi de expunere extrem de mici. Un alt avantaj este consumul redus de energie. Efectul denumit blooming, care constă în tendinţa influenţării valorilor pixelilor care sunt vecini unei zone puternic iluminate, nu există pentru tehnologia CMOS. Camerele digitale profesionale sunt puţine la număr. Costul unei asemenea camere este ridicat, între 500.000 si 1.200.000 EURO. Piaţa este relativ redusă astfel încât numărul producătorilor este mic. În continuare, am prezentat caracteristicile câtorva camere digitale: B1. Z/I Imagine DMC, produsă de către Intergraph Corporation, este compusă din patru camere individuale, fiecare având o rezoluţie de 7.000 x 4.000 pixeli, utilizând tehnologie CCD. Camerele sunt integrate în formă de stea, într-un singur montaj metalic. Imaginile obţinute de fiecare cameră au acoperire comună în aşa fel încât în final, în urma unor prelucrări, rezultă o imagine de 13.500 x 8.000 pixeli. Camera Z/I Imagine DMC include un număr adiţional de 4 camere de format mic, cu o rezoluţie de 2.000 x 3.000 pixeli, care produc imagini multispectrale în infraroşu apropiat, albastru, verde şi roşu. B2. Camera Vexcel (Microsoft) Ultracam, produsă de către Vexcel, parte a Microsoft., constă tot din patru camere individuale montate pe un cadru comun, formând în final o imagine cu rezoluţia de 11.500 x 7.500 pixeli. Pentru zona multispectrală Ultracam posedă tot patru camere cu rezoluţia de 4.000 x 2.700 pixeli. B3. Camera ADS 40, produsă de către Leica. Spre deosebire de cele două camere descrise anterior, ADS 40 este o cameră tip push-broom, sensorul fiind unul liniar şi nu unul matriceal. Se obţin practic trei imagini, una orientată în sensul direcţiei de zbor, una nadirală şi alta îndreptată contrar direcţiei de zbor. Cuplurile de fotograme se generează în procesul de pre-procesare fiind rezultatul unor algoritmi complecşi de sinteză.

În România au fost utilizate toate trei tipurile de camere menţionate, în special pentru realizarea acoperirii cu ortofotoplanuri a teritoriului ţării în cadrul proiectelor ANCPI.


22

După cum se va vedea, ortofotoplanurile ANCPI vor fi utilizate în cadrul tehnologiei SIPA (LPIS) care este descrisă în capitolul IV al prezentei lucrări.

Imaginea digitală obţinută prin scanare. După prelucrarea de laborator a fotogramei clasice, aceasta poate fi supusă procesului de scanare, utilizând scanere cu senzori optico-mecanici, sau dotate cu senzori opto-electronici uni sau bidimensionali de tip DCS sau DTS. Caracteristicile unui scaner fotogrammetric se referă la: rezoluţia geometrică, care trebuie să asigure μ2± (precizia atinsă de aparatura de fotogrammetrie analitică şi analogică); rezoluţia radiometrică şi sensitivitatea radiometrică care să corespundă contrastului imaginii aeriene, cuprinsă între 0,1D – 2,0D pentru imaginea alb-negru (unde D este densitatea optică a filmului), precum şi puterea de reproducere a culorilor; zgomotul introdus prin scanare să nu fie mai mare de D03,0± la D05,0 pentru un pixel de 10µ / 10µ [Turdeanu L., Zăvoianu F., 1999]. Imaginea este aproximată printr-un număr 2n de pixeli, în funcţie de dimensiunea pixelului sau de pasul de eşantionare, în sensul celor două coordonate, ceea ce defineşte rezoluţia geometrică a imaginii, precum şi în funcţie de numărul NG de niveluri de gri adoptat care, de obicei, este un număr întreg mNG 2= şi care defineşte rezoluţia radiometrică a imaginii. La scanare se adoptă pentru nivelul de gri al imaginii valori cuprinse între 0 şi 255, conform unei cuantizări liniare, logaritmice sau exponenţiale. Pentru un scaner fotogrammetric de precizie, utilizat în fotogrammetria digitală, se impun o mare rezoluţie şi o poziţionare precisă, condiţii satisfăcute numai de puţine tipuri de scanere. În tabelul 2.1 am prezentat câteva din formatele de imagini şi formate vectoriale utilizate în fotogrammetria digitală:

Tabelul 2.1 Formate de imagini ADRG ARC Digitized Raster Graphic

AVIRIS Airborne Visible/Infrared Imaging Spectrometer

BMP bitmap

CADRG Compressed ARC Digitized Raster Graphic

CIB Controlled Image Base DGN Design files from Intergraph DTED Digital Terrain Elevation Data DWG Autodesk drawing file DXF Digital Exchange Files ECW Enhanced Compressed Wavelet ENVI Environment for Visualizing Images ENVISAT Environmental Satellite JFIF Joint File Interchange Format JPEG) Joint Photographic Experts Group

MrSID Multiresolution Seamless Image Database

PNG Portable Network Graphics RPF Raster-pattern Fill SDE Layer Spatial Database Engine TIFF Tagged Image File Format VPF Vector Product Format


23

2.3.3 PRELUCRAREA RADIOMETRICĂ A IMAGINII DIGITALE

Prelucrările radiometrice se referă la operaţiile efectuate asupra nivelului de gri sau culoare a planului-imagine, fiind specifice operaţiilor de întărire sau slăbire a contrastului imaginii, de filtrare sau de analiză a imaginilor de prelucrat.

Mărimi statistice

Fiecare pixel al imaginii digitale este definit prin linia r, coloana c şi nivelul său de gri ),( crI .

Pentru un segment de imagine care trebuie prelucrat se pot defini o serie de mărimi statistice:

- Valoarea medie se calculează pentru nivelurile de gri crI , ale segmentului de imagine de prelucrat şi se notează cu m:

∑∑= =

=r

i

c

jjiI

rcm

1 1,

1 (2.2)

- Dispersia (sau varianţa) se notează cu σ . Pentru segmentul de imagine de prelucrat se calculează cu relaţia:

∑∑= =

−−

=r

i

c

jji mI

rc 1 1

2,

2 )(1

1σ (2.3)

- Gradientul se utilizează în scopul întăririi contrastului imaginii; - Histograma şi histograma cumulativă sunt utilizate în o mare gamă de

prelucrări radiometrice preliminare care trebuie făcute înaintea multor prelucrări radiometrice, geometrice sau de analiză a imaginii.

Histograma arată distribuţia valorilor de gri crI , pentru un segment de imagine de prelucrat. Histograma cumulativă are valori cuprinse între 0 şi 1 şi se utilizează pentru întocmirea mozaicului format din mai multe fotograme pentru racordarea nivelurilor de gri ale fotogramelor adiacente, în calibrarea internă a senzorilor imagine şi în prelucrarea imaginilor pentru întocmirea ortofotohărţilor, prin modificarea, adaptarea, deplasarea sau egalizarea histogramei, cu ajutorul unor tabele (LUT de la Look Up Table). Egalizarea histogramei presupune crearea unui nou plan-imagine în care valorile de gri sunt uniform distribuite. Adaptarea histogramei. LUT se creează prin calculul corecţiilor care trebuie să le primească un nivel de gri din imaginea de prelucrat pentru ca histogramele cumulative ale celor două segmente-imagine să fie identice. Modificarea histogramei presupune crearea unui nou plan al imaginii întărite în care histograma liniară a segmentului-imagine de prelucrat este transformată într-o histogramă exponenţială sau hiperbolică în noul plan-imagine [Zăvoianu F., 1999]. Coeficientul de corelaţie are o mare aplicaţie în prelucrarea automată a imaginii. Se consideră două ferestre-imagine S şi W extrase din imaginea de referinţă şi din


24

imaginea de prelucrat. Fereastra S are m/m pixeli, în timp ce fereastra W are dimensiunea n/n pixeli. Coeficientul de corelaţie ρ dintre cele două ferestre reprezintă gradul de corespondenţă dintre ele şi se poate exprima în funcţie de raportul dintre covarianţa

SWcov şi media geometrică a varianţelor WS var,var calculate pentru cele două segmente de imagine de prelucrat. Se calculează cu relaţia:

WS

WS

varvarcov ,

⋅=ρ (2.4)

În acest mod covarianţa se normează între 1± . Astfel ρ poate lua valorile: +1 pentru care ferestrele sunt corelate reprezentând aceeaşi suprafaţă de teren fotografiată pe cele două fotograme; 0 pentru care ferestrele sunt independente, reprezentând imagini diferite; -1 pentru care ferestrele sunt corelate, una reprezintă o imagine pozitivă iar cealaltă fereastră reprezintă negativul aceleiaşi fotograme. Varianţa şi covarianţa se calculează în funcţie de media aritmetică a nivelurilor de gri, calculată pentru segmentele de imagine de prelucrat. Aceste mărimi se cunosc în această etapă de prelucrare a imaginii, ele fiind calculate odată cu prelucrarea preliminară a imaginilor de corelat. Aceste prelucrări caută să aducă imaginile de corelat, care sunt preluate cu senzori diferiţi şi la ore din zi şi sezoane diferite, în acelaşi sistem al valorilor radiometrice, pentru a putea fi comparate pentru corelaţie [Zăvoianu F., 1999].

Întărirea imaginii

Această operaţie se realizează în scopul îmbunătăţirii contrastului şi a evidenţierii principalelor elemente din imaginea de prelucrat pentru a uşura aplicarea metodelor de prelucrare, corelaţie, extragere a liniilor, limitelor sau diferitelor obiecte din imagine. În principal, sunt folosite, în acest scop, diferenţele de primul şi de al doilea ordin ale densităţilor din imagine, punând în evidenţă liniile, limitele care apar în imagine. Pentru a realiza corelaţia imaginilor multitemporale, acestea trebuie aduse în acelaşi sistem radiometric pentru a putea fi comparate în mod automat. Prin modificarea histogramei se poate obţine îmbunătăţirea contrastului imaginii. Filtrul trece sus taie frecvenţele joase, iar frecvenţele înalte precum limitele sunt întărite.

Slăbirea imaginii

Filtrele trece jos taie frecvenţele înalte, iar imaginea este slăbită. Filtrul se aplică la eliminarea zgomotului din imagine şi aplicarea diferitelor corecţii. Aplicarea unui astfel de filtru este o prelucrare preliminară înainte de reeşantionare pentru reducerea rezoluţiei.


25

Media glisantă este utilizată pentru a crea un nou plan-imagine. Filtrul median este un filtru neliniar, iar noua valoare calculată se va atribui poziţiei centrale a nucleului filtrului respectiv.

Binarizarea imaginii

Acest tip de prelucrare este specific analizei în mod automat a imaginii, a corelaţiei imaginilor, identificării şi extragerii formelor liniare din imagine etc. Imaginea binară măreşte viteza de căutare a formelor corespondente în imaginile de registrat şi uşurează identificarea şi extragerea formelor liniare din imagine [Zăvoianu F., 1999].

Piramida-imagine

Prin piramidă-imagine se înţelege o structură de date-imagine care reprezintă plane-imagine succesive care au informaţia nivelurilor de gri a imaginii originale compresată, mărită sau filtrată şi o rezoluţie geometrică sau radiometrică mai slabă sau mai mare decât imaginea originală. Reducerea timpului de lucru precum şi optimizarea unor operaţii constituie avantajele unei astfel de reprezentări a datelor-imagine. Identificarea punctelor de aerotriangulaţie în mod manual se efectuează mai rapid pe nivelul 4 al piramidei-imagine mărite (figura 2.3-b), în timp ce căutarea formelor liniare în imagine poate fi optimizată prin aplicarea analizei la fiecare nivel al piramidei (figura 2.3-a).

Fig.2.3 Piramida-imagine multirezoluţie geometrică:

a – piramidă multirezoluţie cu patru niveluri; 1 – imaginea originală; 2,3,4 – nivelurile de informaţie compresate; b – piramida-imagine cu patru niveluri de detaliere;

1 – imaginea originală; 2,3,4 – niveluri cu rezoluţia geometrică mărită Cel mai simplu tip de piramidă-imagine multirezoluţie geometrică se obţine prin una dintre următoarele metode:

- medierea valorilor de gri a unor blocuri de pixeli (2x2, 4x4); - prin eliminarea fiecărei a doua linie şi coloană a imaginii; - prin interpolare de ordin de mărime superior a nivelurilor de gri; - prin aplicarea diferiţilor operatori de convoluţie;


26

- se poate utiliza o mediere ponderată a nivelurilor de gri ţinând seama şi de alte informaţii precum textură, existenţa formelor liniare sau curbe care trebuie păstrate etc. Piramida-imagine poate avea aceeaşi rezoluţie geometrică, dar o rezoluţie radiometrică diferită, fiecare plan-imagine fiind obţinut prin filtrarea, cu un anumit filtru, a imaginii originale, în acest caz fiind vorba de piramida multirezoluţie radiometrică. Tipul filtrului este în funcţie de conţinutul informaţional al imaginii, de tipul prelucrării şi de raportul semnal/zgomot din imaginea de prelucrat. Piramida-imagine multirezoluţie radiometrică este utilizată în corelarea imaginilor, registraţia absolută etc. Piramida-imagine multirezoluţie geometrică creată prin compresia informaţiei din imaginea originală este utilizată pentru identificarea formelor liniare şi de suprafaţă cu ajutorul unei baze de cunoştinţe create pe baza hărţii digitale, lucrările de definitivare a proiectului de aerotriangulaţie etc. Atunci când piramida-imagine este creată prin mărirea imaginii originale este utilizată pentru identificarea şi controlul punctelor de aerotriangulaţie etc [Zăvoianu F., 1999].

2.3.4 PRELUCRAREA GEOMETRICĂ A IMAGINII DIGITALE

Transformarea geometrică a imaginii digitale este operaţia de bază în multe tipuri de lucrări printre care se amintesc:

- registraţia relativă, care constă în aducerea în corespondenţă geometrică a imaginii de prelucrat cu o imagine de referinţă;

- registraţia absolută a imaginilor la scară mică, presupune aducerea în corespondenţă a imaginii de prelucrat cu harta digitală;

- întocmirea ortofotohărţilor pe baza modelului digital altimetric al terenului; - asamblarea fotogramelor în scopul întocmirii ortofotoplanurilor; - crearea bazei geometrice a sistemelor informaţionale bazate pe imagini, care

constă în aducerea imaginilor de prelucrat în acelaşi sistem de referinţă. În cadrul transformărilor geometrice ale imaginii digitale se realizează aducerea la scara dorită a acestor imagini, precum şi modificarea rezoluţiei geometrice a imaginii de prelucrat. Când există un unghi mare de rotaţie şi o diferenţă mare de scară între sistemele celor două imagini, transformarea geometrică a imaginii de prelucrat în sistemul imaginii de referinţă se efectuează în două etape: - o transformare aproximativă prin care se aduce imaginea de prelucrat aproximativ în sistemul imaginii de referinţă; - o transformare de precizie. Pentru fiecare din cele două transformări de mai sus se deosebesc următoarele etape:

a) stabilirea modelului transformării în funcţie de tipul imaginii şi scopul prelucrării – se disting metode neparamaterice sau metode parametrice;

b) calculul parametrilor transformării imaginii;


27

c) transformarea imaginii de prelucrat în sistemul imaginii de referinţă. Când se cunoaşte modelul de formare a imaginii, pentru transformarea imaginii se pot utiliza metode parametrice, iar atunci când nu se ţine seama de modelul analitic se utilizează metode neparametrice. Metodele neparametrice. În cazul utilizării acestor metode, nu se consideră (sau nu se cunoaşte) modelul matematic de formare a imaginii. Transformarea imaginii se efectuează pe baza punctelor de sprijin identificate în cele două imagini şi uniform distribuite în imaginea de referinţă şi în imaginea de prelucrat. Etapele transformării în acest caz sunt:

1) stabilirea modelului matematic al transformării; 2) identificarea punctelor de sprijin corespondente între cele două imagini; 3) calculul parametrilor transformării; 4) transformarea imaginii de prelucrat în sistemul imaginii de referinţă prin

metoda directă sau prin reeşantionare. Metodele parametrice presupun respectarea fasciculelor fotogrammetrice de la preluare şi a datelor de calibrare a camerei de preluare. Etapele transformării pentru aceste metode sunt în funcţie de tipul imaginii, scopul prelucrării sau modul de exploatare a imaginilor în mod independent sau stereoscopic. Exploatarea în mod independent a fotogramelor se efectuează în următoarele etape:

1) efectuarea orientării interioare cu aplicarea corecţiilor preliminare a datelor-imagine

2) efectuarea orientării exterioare a fotogramelor în mod independent 3) transformarea imaginii pe baza modelului digital altimetric al terenului, în

scopul întocmirii ortofotoplanurilor Etapele transformării imaginii pentru exploatarea stereoscopică a stereogramelor sunt:

1) efectuarea orientării interioare cu aplicarea corecţiilor preliminare datelor-imagine

2) efectuarea orientării exterioare a fotogramelor în mod independent în serie şi efectuarea orientării absolute a stereomodelului astfel format

3) transformarea imaginilor de prelucrat în vederea creării imaginilor normale în vederea exploatării stereoscopice

4) exploatarea stereoscopică a stereomodelului. În cazurile specificate mai sus, pentru rotaţii mari ale imaginii de prelucrat faţă de imaginea de referinţă, se efectuează o transformare aproximativă care aduce imaginea de prelucrat la o precizie de 3-4 pixeli faţă de imaginea de referinţă după care se efectuează o transformare de precizie (sub 1 pixel) a acesteia [Zăvoianu F., 1999].


28

Metode de transformare a imaginii

Transformarea imaginii presupune crearea unui nou plan-imagine prin transformarea geometrică a imaginii de prelucrat, folosind metode parametrice sau neparametrice. Se pot utiliza transformarea directă sau transformarea prin reeşantionare. Principiul transformării directe Imaginea de prelucrat este transformată în sistemul imaginii de referinţă folosind parametrii transformării directe şi inverse între planurile celor două imagini. Alocarea pixelilor se face prin metoda vecinului cel mai apropiat [Zăvoianu F., 1999]. Prin folosirea acestei metode de alocare a pixelilor se induce o eroare maximă de jumătate de pixel, unele valori putând fi alocate de două ori, iar altele nicio dată creându-se discontinuităţi în imaginea transformată. Principiul transformării prin reeşantionare În cadrul acestei transformări sunt utilizaţi parametrii transformării directe şi inverse între planele celor două imagini (de referinţă şi de prelucrat). Alocarea pixelilor se face prin una din următoarele metode: vecinul cel mai apropiat; interpolarea biliniară; convoluţia cubică sau folosind polinoame ortogonale Lagrange. În ambele cazuri numărul şi distribuţia spaţială a punctelor de sprijin au o importanţă mare în calculul preciziei transformării. Punctele de sprijin şi control se pot identifica manual de către operator, semiautomat sau în mod automat prin sistemul software al staţiei digitale.

Identificarea punctelor corespondente

Punctele corespondente în cele două imagini ale stereogramei se identifică în lucrări precum aerotriangulaţia, efectuarea orientării relative, crearea modelului altimetric al terenului etc. Corelarea imaginilor se efectuează prin compararea celor două imagini pixel cu pixel. Punctele corespondente între planul-imagine şi harta digitală se determină în cazul întocmirii ortofotohărţilor, pentru orientarea absolută, pentru crearea modelului altimetric al terenului etc. Funcţie de accidentaţia terenului reprezentat pe fotogramă (teren plan sau accidentat), tipul prelucrării imaginii normale se pot utiliza metode de corelaţie diferite. Metodele de identificare a punctelor corespondente se pot clasifica astfel:

- corelarea imaginilor prelucrate radiometric în mod preliminar prin filtrare „trece sus” sau „trece jos”, a imaginilor gradient sau binarizate;

- calculul coeficientului de corelaţie pe baza formelor liniare din imagine; - corelarea pe baza unei informaţii suplimentare (relaţii, vecinătăţi sau poziţii de

grup între diferitele obiecte reprezentate pe fotogramele de corelat). Metoda corelaţiei imaginilor de prelucrat are multe variante în funcţie de tipul imaginii, de conţinutul informaţional al acesteia, de raportul semnal/zgomot şi de tipul prelucrărilor radiometrice preliminare efectuate.


29

Imaginile de corelat sunt afectate de zgomote în cadrul procesului de conversie analog-digitală din sistemul de preluare sau în timpul scanării, dacă cele două imagini de corelat sunt preluate cu sisteme de preluare diferite şi în condiţii diferite de iluminare şi orientare a senzorului faţă de formele topografice ale terenului etc., au valori diferite ale saturaţiei, intensităţii şi nuanţei de gri pentru acelaşi obiect, prezintă variaţii diferenţiale de scară şi deformaţii geometrice locale diferite. Metoda de corelaţie aleasă trebuie să fie robustă faţă de zgomotul din imagine, să producă un coeficient mare de corelaţie pentru imaginile aduse în acelaşi sistem al valorilor de gri, să fie tolerantă cu variaţiile diferenţiale de scară şi translaţiile locale ale punctelor din imaginile de corelat [Zăvoianu F., 1999]. Cea de-a doua metodă presupune întărirea liniilor, limitelor în imaginile de corelat, extragerea, liniarizarea şi paramaterizarea acestora după care se calculează coeficientul de corelaţie. Identificarea automată a punctelor corespondente în cazul terenurilor plane se face prin corelaţia imaginilor de prelucrat. Corelaţia plană în domeniul spaţial. Corelaţia se poate efectua în domeniul spaţial sau în domeniul frecvenţei. În funcţie de tipul imaginii şi de conţinutul informaţional şi raportul semnal/zgomot al acesteia se poate alege metoda de corelaţie adecvată. Pentru scările medii şi mici metodele pot fi diferite de cele utilizate la scară mare. Corelaţia plană în domeniul spaţial este metoda cea mai utilizată, deşi cere timp mai mare de calcul decât corelaţia în domeniul frecvenţei. Corelaţia bidimensională în cazul terenurilor accidentate. În cazul terenurilor accidentate şi a variaţiilor de scară din imagine corelaţia plană nu poate duce la rezultate de precizie. În acest caz se utilizează metoda gradientului sau metoda de corelare bidimensională a intensităţilor prin metoda pătratelor minime, folosind o transformare geometrică şi o transformare radiometrică. Pentru fiecare poziţionare a ferestrelor se găseşte câte o pereche de valori corespondente date prin coordonatele lor. Corelaţia unidimensională după liniile nucleale se utilizează în cazul imaginilor normalizate. Aceste imagini nu au paralaxă transversală, punctele corespondente se găsesc pe aceleaşi linii-imagine care, în acest caz, sunt paralele cu baza. Procesul de identificare a punctelor corespondente în cazul exploatării stereoscopice a stereogramei se simplifică foarte mult, prin scăderea numărului de pixeli de corelat [Zăvoianu F., 1999].

Determinarea parametrilor transformării

Punctele corespondente determinate manual, semiautomat sau automat, în cele două imagini sunt utilizate pentru:

- determinarea paralaxelor transversale necesare orientării relative; - exploatarea stereomodelului; - întocmirea modelului digital al terenului etc.

În cazul transformărilor imaginilor de prelucrat în sistemul imaginii de referinţă, în cazul registraţiei relative, parametrii transformării imaginii se determină pe baza punctelor corespondente identificate în cele două imagini.


30

Metode de reeşantionare

Transformarea imaginii prin reeşantionare presupune calculul poziţiei pixelului corespondent în imaginea de transformat şi corespunzător acestei poziţii se reeşantionează nivelul de gri al acestui pixel. Pentru acest lucru se poate utiliza metoda pixelului apropiat, interpolarea bilianară, convoluţia cubică sau polinoame ortogonale Lagrange. Aceste metode se diferenţiază prin numărul de pixeli din imediata vecinătate a valorii de interpolat care participă la calculul valorii interpolate. Metoda vecinului celui mai apropiat presupune asumarea unei erori de maxim o jumătate de pixel. Conform acestei metode se va atribui valorii interpolate, valoarea cea mai apropiată poziţiei pixelului rezultat prin calculul transformării date. Avantajele acestei metode sunt viteza mare de calcul, în schimb prezintă dezavantajul creării unei imagini cu discontinuităţi prin atribuirea unor valori de două ori în timp ce alte valori nu sunt atribuite deloc. Metoda interpolării biliniare elimină dezavantajele mai sus menţionate necesitând în schimb un timp mai mare de calcul, coeficienţii ia sunt simplu de calculat şi avem o verificare pentru aceştia. Metoda de reeşantionare prin convoluţie cubică. Utilizarea unei funcţii spline cubice aproximează cel mai bine funcţia de reconstituire a semnalului imagine. La calculul valorii interpolate participă 16 pixeli cei mai apropiaţi [Zăvoianu F., 1999].

2.3.5 ÎNTOCMIREA ORTOFOTOPLANURILOR

În fotogrammetria digitală, pentru întocmirea ortofotoplanurilor se întâlnesc următoarele două situaţii:

a) Fotograma care se transformă provine de la o stereogramă În cadrul acestui proces, trebuie parcurse următoarele etape: orientarea interioară, orientarea relativă, orientarea absolută, construcţia stereomodelului, transformarea imaginii în scopul întocmirii ortofotoplanului. Orientarea interioară poate fi efectuată de către operator, în mod manual prin identificarea şi măsurarea coordonatelor indicilor de referinţă, în mod semiautomat prin identificarea şi măsurarea unui indice, iar ceilalţi indici pot fi identificaţi şi măsuraţi în mod automat, sau complet automat. În urma corelării folosite pentru identificarea indicilor de referinţă se obţin cu mare precizie coordonatele acestora. Trebuie aplicate toate prelucrările preliminare ale fotogramei digitale pentru corectarea deformaţiilor induse de scanerul utilizat, distorsiunea sistemului optic de preluare, refracţia atmosferică, curbura Pământului. Pentru eliminarea unei părţi din aceste deformaţii, se poate aplica o transformare afină dată de relaţiile:

'

2'

10

'2

'10

ybxbbc

yaxaar

++=

++= (2.5)

unde: - r, c reprezintă coordonatele pixelilor în imaginea digitală;

- '' , yx reprezintă coordonatele-imagine pe fotograma analogică.


31

Orientarea exterioară a stereogramei se poate efectua la staţiile digitale urmând cele două etape şi anume: orientarea relativă şi orientarea absolută a stereomodelului. Informaţia altimetrică MDAT (Modelul Digital Altimetric al Terenului) provine din generarea MDAT pentru stereograma curentă, dar poate proveni şi din exploatările anterioare, caz în care trebuie asigurată corespondenţa datelor-imagine cu cele ale MDAT. Acesta este format din puncte de coordonate cunoscute X, Y, Z, dispuse în colţurile unei reţele, al cărui pas pe cele două coordonate planimetrice este în funcţie de accidentaţia terenului, pentru o precizie altimetrică impusă [Zăvoianu F., 1999]. Transformarea imaginii se face pentru zona utilă a stereomodelului, parcurgând următoarele etape:

- în planul ortofotoplanului se impune valoarea unui pixel în cadrul reţelei create; - se interpolează pe MDAT cota pixelului corespunzător acestei poziţii; ca metodă

de interpolare se poate utiliza interpolarea biliniară; - se calculează coordonatele-imagine ale pixelului care va fi transformat în planul

ortofotoplanului, folosind relaţiile de coliniaritate; - se reeşantionează valoarea intensităţii de gri folosind interpolarea biliniară,

metoda vecinului celui mai apropiat sau convoluţia cubică. Transformarea se face pixel cu pixel sau se pot utiliza punctele de legătură. Mărimea reţelei punctelor de legătură poate fi mai mare sau mai mică în funcţie de accidentaţia terenului reprezentat pe fotogramă. Funcţie de mărimea acestei reţele, se poate optimiza viteza de transformare a imaginii.

b) Fotograma se transformă în mod independent Se consideră cunoscută orientarea fotogramei independente, sau se determină pe baza punctelor de sprijin identificate în MDAT şi în planul-imagine. De asemenea, este cunoscută şi informaţia altimetrică MDAT din exploatările anterioare. Efectuarea transformării imaginii se face în două etape, întrucât există rotaţii mari între sistemul de coordonate al MDAT, sistemul ortofotoplanului şi sistemul imagine:

-o transformare aproximativă, în cadrul căreia se aduce imaginea în corespondenţă aproximativă cu sistemul ortofotoplanului, operaţie care trebuie precedată, pentru rotaţii mari, de o supraeşantionare;

-o transformare de precizie, care trebuie să asigure corespondenţa geometrică a imaginii cu sistemul ortofotoplanului cu o precizie de cel puţin 0,5 pixeli. Etapele transformării imaginii sunt [Zăvoianu F., 1999]:

-se determină elementele de orientare exterioară ale fotogramei prin metoda coliniarităţii;

-se efectuează o supraeşantionare a imaginii de transformat pentru rotaţii mai mari de 10o-15o, având rolul de a evita golurile în imaginea transformată, în cazul în care aceasta se efectuează printr-o metodă directă de transformare;

-se transformă colţurile imaginii în planul ortofotoplanului pe baza MDAT; -în relaţiile de coliniaritate se impune o cotă medie Z a planului de referinţă

precum şi coordonatele-imagine de transformat r, c; -din aceste relaţii se calculează coordonatele X şi Y, într-o primă aproximaţie;


32

-utilizând aceste coordonate, se identifică punctele care definesc elementul de suprafaţă în care se încadrează aceste valori;

-se interpolează cota Z corespunzător acestei poziţii; -se revine cu noua valoare a cotei în ecuaţiile de coliniaritate şi se recalculează

noi valori pentru X şi Y; -procesul continuă până ce se atinge precizia impusă în spaţiul-obiect pentru

transformare; -se creează o reţea imaginară corespunzătoare ortofotoplanului ce va fi creat,

folosind cele patru puncte ale colţurilor imaginii; mărimea pixelului se fixează în funcţie de scara imaginii, scara ortofotoplanului şi de accidentaţia terenului.

-se interpolează cotele în MDAT, pornindu-se din planul ortofotoplanului după care, prin relaţiile de coliniaritate, se găseşte poziţia pixelului care va fi reeşantionat.

În cadrul aerotriangulaţiei, punctele de reper au o importanţă deosebită în obţinerea preciziei urmărite. Punctele de reper trebuie sa fie uşor de identificat în cadrul imaginilor. Alegerea reperilor de teren nu este o operaţie simplă şi necesită experienţă din partea celor cale le aleg şi le determină. Punctele de legătură reprezintă detalii punctiforme, vizibile pe fotogramă şi uşor identificabile în teren, ale căror coordonate-teren urmează a fi determinate în cadrul procesului de aerotriangulaţie. Trebuie să se pună accent pe măsurarea punctelor de legătură identificate în cât mai multe imagini posibile (puncte de suprapunere), minim patru în cadrul blocului. Punctele măsurate în două fotograme trebuie să apară numai la capetele benzilor, iar punctele comune măsurate în trei fotograme trebuie să apară obligatoriu pe linia centrelor de proiecţie şi la marginile de nord şi sud ale blocului. În fotogrammetria digitală, punctele de legătură (reperii determinaţi în cadrul procesului de aerotriangulaţie) se determină în mod automat, folosind un algoritm de corelare a imaginilor, algoritm ce a fost dezvoltat pentru prima oară în 1956, de către Ukki Helava. Pentru verificarea preciziei obţinute în urma aerotriangulaţiei se utilizează puncte de control. Acestea sunt alese după principii similare pentru punctele de reper, dar nu sunt introduse în procesul de aerotriangulaţie ci folosite doar la verificarea preciziei obţinute.

2.3.6 STAŢII FOTOGRAMMETRICE DIGITALE

În prezent, prelucrarea fotogramelor se realizează exclusiv prin metodele fotogrammetriei digitale . Dezvoltarea fotogrametriei digitale este influenţată de: evoluţia domeniului tehnologia informaţiei (hardware, software, comunicaţii), care se reflectă în eficienţa ridicată din punctul de vedere al performanţelor tehnice, nivelul de confort, fiabilitatea componentelor, costuri accesibile şi politica de marketing. În prezent, se utilizează sisteme de calcul comerciale. Configuraţia acestora este dictată de soluţia software aleasă. Această soluţie software include cerinţe specifice pentru:


33

• procesor; în prezent se foloseşte tehnologia quadcore; aceasta include pe un singur chip 4 procesoare;

• memorie internă uzual în prezent 4-8Gb;

• memorie grafică 512Mb – 1Gb;

• monitor; în prezent se folosesc monitoare plate cu tehnologie TFT – LCD; monitoarele de tip CRT nu se mai produc de mai bine de 3 ani; monitoarele sunt de obicei de minimum 21 inch;

• sistemul de observare stereoscopică compus din monitor şi ochelari cu filtre de polarizare perpendiculare pe lungimea de undă emisă de monitor;

• sistem de interacţiune similar mărcii optice din sistemele analogice, cel mai utilizat este Topo-mouse produs de firma Leica; dispozitivele din această categorie sunt concepute pentru o utilizare cât mai simplă, comenzile fiind accesibile pentru ambele mâini;

• sisteme de stocare; se foloseşte tehnologia RAID; În Anexa A5 este prezentată o configuraţie standard la nivelul anului 2008.

Avantajele staţiilor fotogrammetrice digitale: - timp scurt de realizare şi cost redus; - arhitectură deschisă şi independenţă a platformei de calcul; - ţinerea la zi mult mai uşoară a sistemului.

Staţiile fotogrammetrice digitale includ următoarele componente principale (figura 2.4) [Ionescu, I., 2004]:

- sistemul de calcul; unitatea centrală de prelucrare trebuie să fie suficient de rapidă, având în vedere cantitatea mare de calcule ce se impun a fi executate. Din acest motiv, în numeroase situaţii sistemele staţiilor sunt echipate multiprocesor;

- sistemul grafic, a cărui funcţie constă în realizarea afişării grafice, reprezintă o componentă de o importanţă majoră. Cu ajutorul procesorului de afişare, datele raster şi vector sunt apelate în vederea prelucrării şi stocării lor în memoria de afişare;

- sistemul de operare: Windows XP Professional, Windows Vista Business; - sistemul de stocare, ce conţine dispozitive de stocare cu acces direct la

informaţii constând din hard discuri; un exemplu îl constituie sistemele de stocare RAID (Redundant Array of Independent Disks) ce conţin discuri în care informaţia este redundantă;

- interfaţa utilizatorului, alcătuită din componente hardware astfel cum sunt: tastatura, mouse-ul şi dispozitivele auxiliare. În cadrul său, o componentă de maximă importanţă este interfaţa grafică pentru utilizator (graphical user interface – GUI);

- reţeaua, constituie un alt element important al staţiei. Cu toate că o staţie modernă lucrează foarte mult independent, prin intermediul reţelei ea poate fi conectată cu sistemul de scanare a imaginilor, precum şi cu alte staţii, alcătuind împreună un sistem asemenea sistemului informaţional geografic.


34

Fig.2.4 Elemente componente ale unei staţii fotogrammetrice digitale

Funcţionalitatea de bază a sistemului staţiei poate fi divizată în următoarele categorii:

- arhivarea, compusă din stocare şi accesul la imagini, care cuprinde comprimarea şi decomprimarea acestora;

- prelucrarea, unde sunt incluse operaţiile de bază ale prelucrării imaginii: întărirea şi reeşantionarea;

- suprapunerea datelor măsurate sau a hărţilor şi planurilor digitale existente, peste imagini.

Sub aspect comercial, pe piaţa de fotogrammetrie digitală se disting mai multe tipuri de sisteme care se diferenţiază în principal prin funcţionalitate, gradul de automatizare şi preţ; referitor la funcţionalitate se identifică sisteme multifuncţionale oferite de furnizori tradiţionali (Leica, BAE Systems, Z/I Imaging) precum şi de alte companii din zona semiprofesională (de exemplu, Purview). Tendinţele generale în fotogrammetrie şi teledecţie apar ca o consecinţă directă a dezvoltării staţiilor fotogrammetrice digitale. În plus, pe lângă facilităţile aduse de integrarea aplicaţiilor realizate cu staţiile fotogrammetrice digitale în SIG, dezvoltarea reţelei de internet are un impact major asupra evoluţiei acestui domeniu.

Dezvoltarea tehnologică fără precedent atât în informatică cât şi în electronică, reducerea continuă a costurilor corelată cu creşterea performanţelor precum şi creşterea masivă a gradului de automatizare, fac dificilă o estimare a modului în care fotogrammetria va evolua în următoarea perioadă de timp.

2.4 APLICAŢII ALE FOTOGRAMMETRIEI

Evoluţia rapidă a tehnicii de calcul, precum şi a sistemelor de preluare folosind senzori din ce în ce mai performanţi a condus la mari progrese în domeniul fotogrammetriei, ajungându-se, în prezent, la o gamă variată de aplicaţii ale acesteia acoperind atât domeniile topografice cât şi cele netopografice.


35

2.4.1 APLICAŢII ALE FOTOGRAMMETRIEI ÎN CADASTRU

Perfecţionarea aparaturii de aerofotografiere şi de restituţie a contribuit la utilizarea fotogrammetriei pe o scară tot mai largă în domeniul cadastrului, eficienţa acesteia în măsurătorile cadastrale depinzând în mare măsură de caracteristicile şi calitatea aerofotografierii. Trebuie avut în vedere ca în timpul perioadei de aerofotografiere , detaliile topografice care trebuie reprezentate pe planul cadastral să nu fie acoperite de vegetaţie. De asemenea, pentru stabilirea scării fotogramelor se are în vedere să se asigure precizia planimetrică a detaliilor topografice precum şi eficienţa din punct de vedere economic a lucrărilor. Exploatarea fotogramelor în scopuri cadastrale implică lucrări de reperaj şi de fotointerpretare, fiind folosite ca repere detaliile topografice din teren ale căror imagini pe fotograme pot fi identificate precis cu ajutorul aparatelor de exploatare fotogrammetrică. Prin metode topografice se determină coordonatele punctelor de reper având precizia corespunzătoare planului cadastral. Fotointerpretarea cadastrală se execută pe fotograme şi conţine limitele parcelelor, categoriile de folosinţă, precum şi alte date specifice. În cazul în care unele puncte nu pot fi identificate, atunci se determină poziţia lor prin procedee topografice. Pentru a obţine dimensiunile, forma şi suprafaţa exactă a fiecărei parcele, pe proprietari şi categorii de folosinţă, se execută măsurători cadastrale rezultând documentaţia cadastrală propriu-zisă. Altimetria se reprezintă prin curbe de nivel cu o echidistanţă care asigură redarea accidentaţiei terenului, fără a încărca planurile cadastrale. În funcţie de caracteristicile planimetriei, de acoperirea cu vegetaţie şi de accidentaţia terenului, se stabileşte în faza de proiectare a aerofotografierii metoda de exploatare a fotogramelor în scopuri cadastrale, fiind aleasă cea care oferă rezultate corespunzătoare din punctul de vedere al preciziei şi al eficienţei economice. Precizia coordonatelor-teren depinde de aparatura folosită şi poate atinge precizia obţinută în urma măsurătorilor efectuate în teren. În Germania şi Elveţia, de exemplu, tehnicile fotogrammetrice au fost utilizate cu succes în scopul actualizării planurilor cadastrale. Marele avantaj al măsurătorilor aeriene faţă de măsurătorile efectuate în teren îl reprezintă viteza de lucru şi implicit timpul economisit. De pe hărţile topografice existente la scara 1:5.000 şi 1:10.000, se transpun curbele de nivel prin procedee cartografice, având doar un rol informativ. Se stabileşte scara planului cadastral în funcţie de densitatea detaliilor topografice şi de dimensiunile lor minime. În extravilan se foloseşte de obicei scara 1:2.000, iar în intravilan şi în zonele cu o mare densitate de detalii se foloseşte scara 1:500.

2.4.2 APLICAŢII ALE FOTOGRAMMETRIEI ÎN PEDOLOGIE

Pentru ştiinţa solului, cel mai important este studiul solului ca resursă naturală, atât din punct de vedere al genezei, clasificării, cartografierii, cât şi al proprietăţilor lui fizice, chimice, biologice, mineralogice, al fertilităţii lui şi al raportului dintre aceste proprietăţi. Ramurile principale ale ştiinţei solului (pedologiei) sunt: geneza şi clasificarea solului, geografia solului, fizica solului, chimia solului, biologia şi


36

microbiologia solului, mineralogia solului şi domeniile aplicative (eroziunea solului, ameliorarea solului, fertilitatea solului ş. a.). În vederea întocmirii hărţii pedologice, baza topografică constituie un material important. Factorii care influenţează posibilităţile de identificare, delimitare şi caracterizare a unităţilor geomorfologice, precum şi trasarea pe plan a limitelor unităţilor de sol, sunt reprezentaţi de calitatea şi precizia planului topografic ce foloseşte ca suport al hărţii pedologice. Fotogrammetria a devenit indispensabilă ca metodă de întocmire a hărţii pedologice datorită posibilităţilor pe care le oferă prin mulţimea informaţiilor pe care le poate furniza. Fotogramele sunt preluate la o scară apropiată de cea a hărţii pedologice ce urmează a se întocmi şi sunt folosite pentru fotointerpretarea pedologică, respectiv pentru culegerea de pe teren de către specialiştii pedologi a limitelor de soluri cu caracteristicile lor şi a altor indicaţii de specialitate, folosind reprezentările convenţionale funcţie de detaliile topografice. Pentru realizarea unei fotointerpretări pedologice cât mai detaliate se folosesc fotograme cu straturi fotografice sensibile la diferite zone ale spectrului electromagnetic, cât şi fotograme color. Transpunerea pe plan a limitelor de sol se face în funcţie de detaliile topografice existente pe plan şi pe fotogramă. Rezultatul transpunerii pe planul topografic de bază a elementelor pedologice culese în urma fotointerpretării de specialitate îl constituie originalul hărţii pedologice care este supus apoi prelucrărilor cartografice.

2.4.3 APLICAŢII ALE FOTOGRAMMETRIEI ÎN SILVICULTURĂ

Fotogrammetria este folosită în silvicultură atât sub aspect cantitativ, pentru întocmirea planurilor topografice forestiere în vederea stabilirii suprafeţei forestiere, în determinări legate de inventarierea forestieră şi întocmirea amenajamentelor, cât şi sub aspect calitativ pentru determinări în legătură cu exploatările forestiere. Datorită suprafeţelor silvice întinse pentru care se întocmesc astfel de planuri şi a dificultăţilor ivite în cazul metodelor clasice de ridicare, se foloseşte aproape în exclusivitate fotogrammetria ca metodă de întocmire a planurilor forestiere. Prin folosirea metodelor fotogrammetrice la întocmirea planurilor forestiere se reduc la minimum lucrările de teren, reţeaua de puncte necesare determinându-se în cea mai mare parte prin aerotriangulaţie. Pentru a asigura posibilitatea determinării speciilor, delimitarea arboretelor, consistenţa acestora, precum şi în ceea ce priveşte scara, pentru a asigura precizia necesară atât întocmirii planului, cât şi a înălţimii arborilor, a diametrului coroanelor, fotogramele folosite trebuie să corespundă din punct de vedere calitativ. Pentru scoaterea în evidenţă pe imaginea fotografică a elementelor speciale silvice, o importanţă deosebită o au atât caracteristicile stratului fotosensibil folosit, cât şi perioada de executare a aerofotografierii. Pentru obţinerea detaliilor cu caracter cantitativ se folosesc emulsii pancromatice, utilizându-se în acelaşi timp şi filtre corespunzătoare. Scara de aerofotografiere optimă pentru scoaterea în evidenţă a elementelor specifice silvice, se situează între 1:10.000 şi 1:18.000. Nu este recomandată o


37

mărire a scării fotogramelor deoarece mărirea valorii paralaxelor face uneori imposibilă determinarea înălţimii arborilor. Fotogrammetria mai poate fi utilizată în silvicultură şi pentru proiectarea şi executarea lucrărilor inginereşti forestiere, ca de exemplu a drumurilor forestiere necesare întreţinerii şi exploatării fondului silvic.

2.4.4 APLICAŢII ALE FOTOGRAMMETRIEI ÎN GEOLOGIE

Pentru cartările şi prospecţiunile geologice, fotogrammetria permite obţinerea de date geologice suplimentare faţă de cele obţinute prin metode clasice, măsurarea elementelor geologice vizibile cât şi deducerea existenţei altora care n-au fost sesizate de geolog în măsurătorile executate în teren. Contribuţia metodelor fotogrammetrice în cercetările geologice se referă la obţinerea bazei topografice, la fotointerpretarea şi cartarea geologică a formaţiunilor geologice existente, precum şi la studiul fenomenelor geologice de scurtă durată şi seculare. Cu ajutorul fotogramelor se pot obţine amănunte care scapă observării directe, privind:

-poziţia şi compoziţia straturilor (stratificarea şi subţierea straturilor, alunecările şi deplasările, abaterile, faliile şi crăpăturile, conurile de prăbuşire şi formele de dezagregare, precum şi particularităţile structurii rocilor);

-formele de teren (forma şi evoluţia văilor şi ravenelor); -fenomene trecătoare în scurt timp (înregistrarea rezultatelor şi consecinţelor

surpărilor, prăbuşirilor şi a alunecărilor de pământ, a cutremurelor şi erupţiilor vulcanice, înregistrarea fenomenelor care însoţesc erupţiile de petrol şi de apă). Un avantaj al folosirii fotogrammetriei în geologie îl constituie faptul că înregistrarea pe fotograme a elementelor geologice permite oricând sesizarea, studierea şi măsurarea acestora. Metodele fotogrammetrice îşi găsesc aplicabilitate în geologie şi în studiul fenomenelor geologice lente care suferă variaţii în perioade lungi de timp, ca de exemplu: stratificarea şi deflaţia rocilor, dezagregarea acestora, formarea grohotişurilor, formarea depozitelor aluvionale, deplasarea gheţarilor şi a dunelor, variaţia şi stabilizarea albiilor, variaţia în timp a nivelului mărilor. Fotointerpretarea calificată are un rol decisiv în cercetarea fenomenelor geologice înregistrate pe fotograme. Fotointerpretarea poate fi grupată astfel:

-fotointerpretarea geologică (a litologiei, petrografiei, stratigrafiei, tectonicii); -fotointerpretarea geomorfologică (reliefurile de acumulare, de eroziune fluvială,

de eroziune glacială, de eroziune eoliană, reliefurile create de apele subterane, reliefurile vulcanice);

-fotointerpretarea prospectărilor geologice (zăcăminte de hidrocarburi de origine sedimentară). Pentru cercetările geologice, în afară de folosirea fotogramelor aeriene normale se execută aerofotografieri speciale la scări convenabile şi în perioade favorabile ale anului, iar în unele cazuri se folosesc fotograme aeriene panoramice, precum şi fotograme terestre pentru cercetarea de detaliu a pereţilor abrupţi.


38

2.4.5 APLICAŢII ALE FOTOGRAMMETRIEI ÎN ACTIVITATEA MINIERĂ

În cadrul activităţii miniere pot fi folosite metode fotogrammetrice atât la exploatările miniere la suprafaţă, cât şi la exploatările în subteran. Pentru exploatările la suprafaţă, o contribuţie importantă o au atât fotogrammetria terestră în principal cât şi fotogrammetria aeriană în plan secundar. Fotogrammetria terestră se foloseşte în cazul lucrărilor de suprafaţă pentru:

-măsurători în exploatările miniere (cariere) în vederea stabilirii volumului stratului acoperitor şi a materialului extras (cărbune, piatră, marmură etc.);

-înregistrarea periodică, la intervale scurte, a stadiului lucrărilor miniere, a situaţiei căilor de transport şi a poziţiei utilajelor de exploatare;

-înregistrarea şi cercetarea depozitelor de minereu şi de steril (haldelor); -înregistrarea şi cercetarea efectelor provocate la suprafaţă de prăbuşirile

galeriilor exploatărilor din subteran. Un exemplu de studii fotogrammetrice în subteran îl reprezintă urmărirea fisurilor provocate în stratul de sare din saline, pentru înregistrarea automată a golurilor subterane greu accesibile sau inaccesibile. Aplicarea metodelor fotogrammetrice terestre de măsurare a exploatării miniere, de înregistrare periodică a stadiului lucrărilor şi a instalaţiilor de înregistrare necesare calculelor de volume şi pentru planificarea de exploatare ulterioară, prezintă marele avantaj faţă de metodele topografice clasice, şi anume, că aceste lucrări se pot face fără întreruperi de lucru şi în scurt timp.

2.4.6 APLICAŢII ALE FOTOGRAMMETRIEI ÎN URMĂRIREA DEFORMAŢIILOR CONSTRUCŢIILOR

Urmărirea deformaţiilor construcţiilor (baraje, poduri, clădiri etc.) constituie o preocupare majoră a unor institute de cercetări şi de proiectări. Studiul acestor deformaţii se face, de regulă, pe baza unor măsurători de mare precizie, folosind metode geodezice. Periodic, măsurătorile se fac pe o serie de repere speciale, încastrate în anumite puncte ale construcţiei. Este indicat ca, în paralel cu metodele geodezice, urmărirea deformaţiilor construcţiilor să se facă şi cu mijloace fotogrammetrice terestre utilizându-se fototeodolite. Reperele fiind aşezate pe pereţii verticali ai unor construcţii, metoda fotogrammetrică este foarte bună (îndeosebi pentru barajele înalte). Semnalizarea reperelor are o importanţă deosebită, motiv pentru care sunt utilizate semnale metalice aplicate în punctul respectiv, iar pentru ca imaginea reperelor să apară clar pe fotogramă, este indicat ca ele să fie poleite. Trebuie precizat că, preluarea fotogramelor se face la diferite perioade şi riguros din aceleaşi puncte (centrarea se face cu maximum de precizie).


39

2.4.7 APLICAŢII ALE FOTOGRAMMETRIEI LA STUDIUL, PROIECTAREA ŞI CONSTRUCŢIA CĂILOR DE COMUNICAŢII

În cazul căilor de comunicaţii, ca obiective caracteristice ale determinărilor metrice şi ale fotointerpretării sunt de menţionat:

1. Studiul formelor de teren, al structurii terenului şi al modului de utilizare a terenului:

-studiul general al reliefului şi pantelor; -determinarea căilor de drenaj, a apelor subterane, precum şi a formei şi a caracterului suprafeţelor de scurgere (drenaj); -stabilirea unei linii de o anumită pantă în teren; -recunoaşterea şi studiul preliminar pe fotogramele aeriene a traseelor, în special în terenuri greu accesibile; -stabilirea şi eventual îmbunătăţirea traseelor prin zonele populate; -stabilirea amplasamentelor şi a cuantumului de lucrări de artă (poduri, viaducte), precum şi a zidurilor de sprijin; -stabilirea obstacolelor şi a lucrărilor pentru trecerea sau evitarea lor (poduri, lacuri, construcţii, culturi etc.); -cartarea solului geologic pentru a stabili fundaţia şi eventualele consolidări necesare suprastructurii căii de comunicaţie; -stabilirea limitelor diferitelor categorii de folosinţă ale terenului;

2. Stabilirea amplasamentului pentru cariere de piatră, pietriş, nisip şi alte materiale de construcţii pentru drumuri, precum şi a locurilor de împrumut şi de evacuare a săpăturilor.

3. Stabilirea proiectului preliminar de organizare a şantierului sau şantierelor (proiect preliminar şi proiect de organizare propriu-zis).

4. Întocmirea pe cale fotogrammetrică a planurilor topografice şi a altor rezultate metrice fotografice, în vederea întocmirii proiectului tehnic şi a proiectului de execuţie.

5. Îmbunătăţirea traseelor existente, omogenizarea sistemelor de artere de căi de comunicaţii. În faza de proiect preliminar este necesar ca întreaga zonă să fie studiată în ansamblu: recunoaşterea terenului care se poate face pe mozaic şi respectiv pe stereograme, utilizându-se totodată orice alt material cartografic la scară mare. Se poate utiliza aerofotografierea obişnuită existentă (la scările 1:15.000 – 1:20.000) sau o aerotofografiere specială pe benzi acoperitoare pentru o zonă care depăşeşte limitele variantelor de trasee. În faza lucrărilor, pe baza materialului fotogrammetric, orice tip de teren poate fi studiat atât din punct de vedere calitativ cât şi cantitativ. Printre factorii care influenţează alegerea unei variante de traseu şi care se pot urmări pe fotogramele aeriene se menţionează:

-direcţiile de bază, razele de curbură;


40

-volumele de excavat; -felul terenului pentru amplasarea podurilor, felul şi numărul lucrărilor de artă necesare, costul acestora; -tipul solului; -condiţiile de drenare şi de apariţie pe traseu a unor porţiuni nedrenate sau care se pot drena greu; -daunele care se aduc terenului şi peisajului; -posibilităţile de întreţinere a drumului respectiv;

În faza de proiect tehnic este necesară o ridicare topografică preliminară pentru a se reda topografia terenului şi alte detalii suplimentare asupra unei zone destul de întinse faţă de traseul drumului, pentru a se putea face trasarea definitivă. În această fază predomină elementele cantitative (pante, unghiuri de racordare, raze de curbură etc.). Operaţiile se pot executa pe cale fotogrammetrică, întocmindu-se un plan de situaţie la scară mare (cel puţin 1:5.000), precum şi profile. Pentru aceasta este necesară utilizarea restituţiei stereofotogrammetrice la aparatele de restituţie de mare precizie. Operaţia de trasare constă de fapt în adaptarea la terenul respectiv, privit sub aspect topografic, a unei linii de pantă dată, care să satisfacă totodată tehnic şi economic condiţiile referitoare la minimum de deplasări de pământ şi excavaţii, minimum de lucrări de artă – suprastructuri, ţinându-se seama de natura obstacolelor şi de natura terenului. Totodată se stabilesc aliniamentele, punctele de frângere, raza de racordare, intersecţiile, lucrările de drenaj, consolidările, lucrările de artă etc., toate constituind elemente pentru stabilirea costului şi analizei de detaliu necesare construcţiei drumului. După studierea de ansamblu şi întocmirea planului de detaliu urmează operaţia de trasare la teren a variantei definitive a drumului, în cadrul proiectului de execuţie. Această operaţie se face în legătură cu reţeaua geodezică şi reţeaua de sprijin generală (inclusiv reperele fotogrammetrice) şi constituie materializarea pe teren a traseului de drum. În cadrul execuţiei, în care predomină elementele de construcţii de drumuri propriu-zise, operaţiile fotogrammetrice par la prima vedere că ar avea o importanţă redusă; practic însă, ele vor ajuta la rezolvarea numeroaselor probleme ce se pun în legătură cu lucrările de execuţie în detaliu şi pentru corectarea pe parcurs a proiectului de execuţie, putându-se lua pe loc măsurile necesare, eventual putându-se proceda la îmbunătăţiri.

2.5 APLICAŢII SPECIALE ALE FOTOGRAMMETRIEI

2.5.1 APLICAŢII ALE FOTOGRAMMETRIEI ÎN HIDROLOGIE

Vremea este starea în continuă schimbare a atmosferei terestre, influenţând în mare măsură condiţiile de viaţă şi întreaga activitate economică a societăţii umane. Precizia de prognozare a stării vremii precum şi monitorizarea fenomenelor meteorologice necesită un flux continuu de date fiabile. Clima Pământului se schimbă în mod constant: creşterea temperaturii atmosferei şi oceanelor precum şi subţierea stratului de ozon au ca efect modificarea ecosistemelor planetei noastre.


41

Pentru a răspunde acestei provocări este necesară înţelegerea variaţiei factorilor activi în procesul de schimbare a climei şi a modului lor de interacţiune. În acest scop, sateliţii meteorologici din generaţia Meteosat furnizează imagini ale Pământului. Sateliţii Meteosat îşi aduc contribuţia în cadrul programelor de monitorizare a climei elaborate de Organizaţia Meteorologică Mondială (World Meteorological Organization). Inundaţii În ultimele decenii, numărul dezastrelor meteorologice şi hidrologice a crescut treptat, cauzând pagube însemnate pe suprafeţe întinse, pierderi de vieţi omeneşti, iar consecinţele economice sunt grave şi de multe ori greu de remediat. În aceste condiţii, este necesar să se înţeleagă vulnerabilitatea şi sensibilitatea comunităţilor umane la inundaţii, precum şi necesitatea perfecţionării metodelor de studiu, devenind o prioritate elaborarea modelelor de evoluţie şi de predicţie a acestor dezastre. Frecvenţa inundaţiilor a crescut din cauza schimbărilor climatice, dar şi datorită reducerii capacităţii de transport în albiile minore ale arterelor hidrografice, ca urmare a îndiguirilor şi a diferitelor construcţii în albia majoră. Pentru ţara noastră, anul 2005 poate fi considerat un an al inundaţiilor. În zona Banatului, inundaţiile din lunile februarie – aprilie au fost generate de suprapunerea ploilor cu topirea zăpezilor; ulterior, între lunile iunie – septembrie, viiturile au fost provocate de ploi torenţiale de scurtă durată. Prin utilizarea tehnologiilor moderne se ajunge la îmbunătăţirea activităţii de prevenire şi protecţie faţă de fenomenele generate de inundaţii şi la reducerea impactului dezastrelor naturale. În acest scop, au fost iniţiate programele internaţionale spaţiale gestionate de NASA, ESA, EUMETSAT ce oferă alternative eficiente pentru studiul şi monitorizarea fenomenului, prin prelucrarea datelor obţinute din diferite surse (modele digitale altimetrice, imagini satelitare, hărţi topografice), necesare creării unui sistem informaţional geografic complex.

2.5.2 APLICAŢII ALE FOTOGRAMMETRIEI ÎN ARHITECTURĂ

Metodele fotogrammetrice terestre îşi găsesc o largă aplicare în arhitectură, în special la executarea rapidă, precisă şi economică a releveelor construcţiilor arhitectonice şi a monumentelor istorice. Măsurarea unor faţade, a unor portaluri sau ornamente dispuse uneori la mare înălţime, se face prin înregistrarea fotografică pe şiruri de stereograme terestre normale, dispuse pe mai multe nivele în funcţie de înălţimea obiectului. Ca direcţii de aplicare a fotogrammetriei în arhitectură se amintesc: relevee ale monumentelor istorice existente, restituţia faţadelor în vederea restaurării, înregistrarea fotogrammetrică a monumentelor istorice cu grad avansat de degradare şi reconstituirea imaginii lor iniţiale pe baza restituţiei realizate, ridicarea detaliilor interioare dispuse pe cupole sau plafoane în vederea restaurării. Măsurători ale monumentelor istorice Măsurătorile fotogrammetrice ale monumentelor istorice pot fi grupate în 3 mari categorii:


42

1) Măsurători rapide şi relativ simple Aceste măsurători sunt folosite la studiile preliminare în vederea restaurării şi inventarierii monumentelor, precum şi la studiul istoriei artei. Se folosesc camere stereometrice şi camere fotogrammetrice de format mic. Scara de restituţie este de 1:100. Pentru simplificarea operaţiilor, fotogramele înclinate sunt preluate din unghiuri standard.

2) Măsurători complete şi precise Aceste măsurători sunt folosite pentru documentarea sistematică a patrimoniului arhitectural. Scara de restituţie este, în general, de 1:50, în timp ce detaliile sunt reprezentate la scara 1:20 sau 1:10. Camerele metrice de format mare având distanţă focală mare sunt preferate în acest tip de lucrări în vederea obţinerii preciziei cerute. Cu ajutorul acestor măsurători, se obţin informaţii referitoare la tehnicile de construcţie a monumentelor şi evoluţia lor în timp, precum şi informaţii referitoare la analiza liniilor structurale în vederea conservării şi restaurării monumentelor. În unele ţări, măsurătorile fotogrammetrice precise au fost realizate pentru “monumente tehnice” cum ar fi podurile şi viaductele vechi cu valoare artistică. Un caz special de măsurători fotogrammetrice precise îl reprezintă măsurarea exterioarelor clădirilor (faţadelor). Astfel de măsurători sunt efectuate, în special în Europa centrală, pentru documentarea sistematică a grupurilor arhitecturale armonioase formate de o serie de case de pe o stradă sau dintr-o piaţă din centrele urbane vechi ale oraşelor şi satelor. Datorită limitărilor spaţiale, imaginile faţadelor sunt preluate adesea sub un unghi de înclinare ascendent (300 sau 700), sau de la o platformă înaltă. Cel de-al doilea caz special al măsurătorilor fotogrammetrice precise îl reprezintă măsurarea locală în detaliu a unor zone speciale ale monumentelor. Astfel de măsurători se fac în funcţie de proiectele de restaurare şi consolidare care necesită o mare precizie. În funcţie de cerinţe, produsele finale ale măsurătorilor vor fi sub formă de planuri, secţiuni transversale sau verticale, profile, contururi (pentru peşteri şi cupole) şi/sau date numerice care dau dimensiunile exacte ale elementelor principale ale clădirii.

3) Măsurători fotogrammetrice de mare precizie Aceste măsurători sunt necesare pentru studii riguroase. Precizia necesară este în general de ordinul de mărime de 1 mm şi în câteva cazuri de 0.1mm. Studiul sculpturilor în monumente şi aprecierea evoluţiei în suprafaţă a pietrelor degradate (investigaţii fizice şi chimice în aşa-numita “boala pietrei”) necesită această mare precizie. Principala dificultate în astfel de cazuri este întâlnită în fotografie. Camerele metrice care au distanţa principală variabilă sau folosesc lentile adiţionale sunt de mare ajutor în acest tip de măsurători.

2.5.3 APLICAŢII ALE FOTOGRAMMETRIEI ÎN ARHEOLOGIE

Fotogrammetria reprezintă unul din cele mai importante mijloace de cercetare în arheologie, folosind atât imagini preluate de la mică distanţă (fotografierea ansamblurilor arhitectonice dezvelite contribuind la obţinerea planurilor pentru proiecţii verticale), cât şi imagini preluate din avion.


43

Fotografia aeriană este folosită în mod curent, încă de la sfârşitul celui de al doilea război mondial în toate ţările, ca un auxiliar al arheologiei. În Italia se află una dintre cele mai puternice instituţii cu acest scop, fiind patronată de Dinu Adameşteanu (arheolog italian de origine română). Fotogramele aeriene evidenţiază amănunte ale săpăturilor arheologice, precum şi noi indicii greu vizibile sau invizibile de la nivelul solului. Ortofotograme digitale pentru arheologie Ortofotogramele digitale sunt produse derivate ale prelucrărilor fotogrammetrice.

Avantajele ortofotogramelor digitale: • sunt obiective; interpretările pot fi verificate de orice arheolog;

• se aplică algoritmii de intensificare a imaginii: contrast, definire, umbrire (pete);

• este importantă contribuţia adusă la recunoaşterea formelor (rămăşiţele pământeşti/organice, de exemplu).

Direcţii de aplicare ale fotogrammetriei şi ortofotogramelor în arheologie

• Explorări şi peisaje arheologice

• Ortofotogramele digitale constituie un important ajutor pentru arheologie; structurile unei suprafeţe expuse sunt descrise împreună cu toate informaţiile imaginii

• Combinaţia datelor menţionate mai sus împreună cu rezultatele altor explorări tehnice (în special cele geofizice) pot fi introduse într-un Sistem Informaţional Geografic (SIG)

• Săpături – diferitele tipuri de săpături necesită soluţii diferite:

♦ săpături de salvare: soluţii foarte rapide, precizia fiind pe plan secundar;

♦ săpături ale cimitirelor şi mormintelor, uneori cu câteva mii de schelete; există proceduri de înregistrare standardizate;

♦ săpături subacvatice; sunt probleme speciale, care necesită soluţii sofisticate;

2.5.4 APLICAŢII ALE FOTOGRAMMETRIEI ÎN MEDICINĂ

Fotogrammetria şi-a găsit aplicabilitate în domeniul medical încă de la mijlocul secolului al XIX-lea , iar acum începe să-şi recapete din popularitatea de altădată datorită recentelor dezvoltări în timp real a instrumentaţiei. Fotogrammetria medicală, acum parte a vastului domeniu cunoscut sub numele de biostereometrie (BIOMEDICAL AND BIOENGINNERING APPLICATIONS OF PHOTOGRAMMETRY) a avut o largă răspândire timp de peste 150 de ani datorită numeroaselor probleme întâmpinate în timpul aplicaţiilor practice. Măsurătorile stereoscopice precise pe corpul uman sunt utilizate în diagnosticul şi tratamentul unor afecţiuni medicale certe, cum ar fi localizarea corpurilor străine în


44

organism, fracturilor şi excrescenţelor. Aplicaţiile medicale impun folosirea sistemelor fotogrammetrice la mică distanţă în care camerele sunt situate la distanţe mici faţă de obiectul de studiu, fiind în contrast cu fotogrammetria aeriană unde obiectele ce urmează a fi studiate se află la distanţe mari faţă de camera de preluare a imaginilor. Cu ajutorul fotogrammetriei la mică distanţă se obţin informaţii cu privire la forma şi dimensiunea unor zone ale corpului uman cum ar fi toracele, extremitatea cefalică, faţa, picioarele, pielea, ochii, dinţii ş.a. Unele aplicaţii fac obiectul unor studii anatomice avansate, în timp ce altele se referă la depistarea şi tratarea bolilor. Deşi măsurătorile fotogrammetrice sunt relevante mai ales în anatomie şi ortopedie, acestea au o contribuţie importantă şi în studiile oftalmologice, neurologice, stomatologice, ergonomice şi în multe alte domenii referitoare la sănătatea umană. Se pot aminti câteva exemple practice ale utilizării fotogrammetriei în medicină, şi anume:

• Faţă. Măsurătorile fotogrammetrice au fost utilizate la monitorizarea configuraţiei faciale de-a lungul unei perioade scurte de timp, de exemplu, înainte şi după efectuarea operaţiilor estetice.

• Spate. Fotogrammetria a fost utilizată la detectarea, măsurarea şi monitorizarea scoliozelor precum şi a curburii coloanei vertebrale.

• Dinţi. Fotogrammetria este utilizată la detectarea uzurii, degradării şi eroziunii atât a suprafeţei dinţilor naturali cât şi a materialelor de restaurare a acestora, fiind necesare măsurători repetitive pentru detectarea şi monitorizarea schimbărilor ce intervin.

• Organe interne. Experţii în sănătate şi medicină au avut acces la vastul domeniu al imaginilor interne (imagini ale interiorului corpului uman), precum şi al sistemelor de măsurare. Multe din aceste imagini au o mică relevanţă pentru experţii în fotogrammetrie, dar câţiva dintre aceştia sunt interesaţi datorită folosirii tehnologiilor imaginilor digitale similare cu acelea folosite în fotogrammetria digitală.

• Afecţiuni locomotorii. Fotogrammetria a fost utilizată în studiul şi evaluarea diverselor tulburări locomotorii apărute în urma deformărilor sau leziunilor locale. Tulburările de mers pot fi relevante şi în cadrul altor afecţiuni medicale cum ar fi diabetul.

• Piele. Fotogrammetria a fost utilizată pentru urmărirea evoluţiei plăgilor, ulcerelor şi melanoamelor, precum şi a altor afecţiuni cutanate. Medicină legală În ceea ce priveşte medicina legală, principalul scop al acesteia îl reprezintă documentarea şi interpretarea constatărilor medicale într-un limbaj lizibil şi pe înţelesul persoanelor judiciare şi a celor care nu au cunoştinţe în domeniul medical. De aceea, pe lângă metodele clasice, tehnicile chirurgicale pot şi ar trebui să fie luate în considerare. În domeniul medicinii legale prin intermediul metodei 3D/CAD Photogrammetry s-a putut obţine morfologia amprentelor digitale. Aceeaşi metodă creează modelul morfologic al leziunii şi al instrumentului suspectat a fi produs leziunea, permiţând evaluarea corespondenţei dintre cele două. Pe lângă înregistrarea fotogrammetrică a suprafeţei corporale, documentarea radiologică (CT – tomografie computerizată, RMN – rezonanţă magnetică nucleară) înregistrează leziunile interne (care nu sunt accesibile fotogrammetriei). Această nouă metodă


45

combinată permite reconstrucţia şi prelucrarea mai multor tipuri de leziuni în scopul soluţionării unor cazuri de medicină legală. Combinaţia metodelor 3D/CAD Photogrammetry şi radiologie are avantajul de a fi obiectivă şi care poate fi stocată şi transferată web în vederea obţinerii şi altor opinii.

46

___________________________________________________________________ CAPITOLUL

3 ___________________________________________________________________

EXPLOATAREA FOTOGRAMMETRICĂ ÎN CONDIŢIILE UNOR APLICAŢII SPECIALE

3.1 MODELUL DIGITAL AL TERENULUI Informaţiile de teren utilizate la realizarea modelelor digitale, pot fi clasificate în două mari categorii: informaţii cantitative (geometrice) şi informaţii tematice. Prima categorie de informaţii determină prin elemente metrice şi relaţii geometrice, forma, dimensiunile şi poziţia unui obiect din teren, reproducând în model, structura geometrică a obiectului. A doua categorie redă caracteristicile esenţiale ale naturii obiectului prin diferiţi parametri. Reuniunea lor constituie baza informatică a modelului. Pe lângă unitatea informatică de bază, reprezentată iniţial prin vectorul clasic alcătuit din cele trei coordonate x, y, z, pot fi incluse diverse alte informaţii cu grad identic sau diferit de rezoluţie faţă de cel al modelului digital al terenului: geologice, pedologice, geofizice, geotehnice, hidrogeologice etc. Definit într-o accepţiune mai apropiată de scopul său aplicativ, modelul digital al terenului, reprezintă un „instrument” informatic, constituit din informaţii de teren şi programe de calcul, incluzând alături de modulele aferente prelucrării şi module de sortare, stocare sau editare, ce formează o componentă principală a sistemelor informaţionale geografice (SIG) [Ionescu I., 2004]. Modelul digital al terenului cuprinde trei componente de bază:

• modelul digital al reliefului (MDR) sau altimetric al terenului (MDAT) - cuprinde totalitatea informaţiilor care redau relieful;

• modelul digital planimetric (MDP) – compus din informaţiile metrice, sintactice şi semantice, corespunzătoare planimetriei, la care se adaugă reţeaua hidrografică;

• modelul digital al naturii obiectelor (MDNO) – informaţiile referitoare la proprietăţile calitative fizice, chimice, biologice etc. ale obiectelor topografice.

Toate aceste componente prezintă o importanţă deosebită pentru sfera activităţilor ştiinţifice, tehnice, economice şi sociale, dar modelul digital al reliefului se detaşează totuşi, datorită numărului mare de domenii de aplicabilitate ale acestuia. În capitolele următoare se va detalia utilizarea modelului digital al terenului la aplicaţii legate de inundaţii.

3. EXPLOATAREA FOTOGRAMMETRICĂ ÎN CONDIŢIILE UNOR APLICAŢII SPECIALE _________________________________________________________________________________

47

Pe lângă informaţiile altimetrice, modelul digital al reliefului cuprinde şi unele trăsături specifice planimetriei, cum sunt: limitele lacurilor şi râurilor, liniile pentru delimitarea formelor existente în compunerea suprafeţei, liniile structurale, firele de vale şi creastă sau diverse alte elemente ce marchează schimbări în desfăşurarea curentă a reliefului. În sistemele informaţionale geografice (SIG), modelul digital al terenului facilitează crearea celei de a treia dimensiuni, oferind posibilitatea descrierii spaţiale a terenului. Modelele digitale se caracterizează prin fidelitate morfologică şi precizie geometrică, constituind o parte componentă a majorităţii soluţiilor SIG profesionale. În acceptul general, modelul digital al terenului este definit funcţie de dimensiunea celulei reţelei. Conform definiţiei NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) din cadrul DoD (Department of Defense) SUA, există următoarele nivele denumite generic DTED (Digital Terrain Elevation Data):

DTED level 0 1’ de arc, aproximativ 1 kilometru rezoluţie

DTED level 1 3” de arc, aproximativ 100 metri rezoluţie,

DTED level 2 1” de arc, aproximativ 30 metri rezoluţie (corespunzătoare aproximativ scării 1:50.000); un exemplu este modelul digital altimetric al terenului denumit SRTM (Shuttle Radar Topography Mission), model digital gratuit pentru întreaga suprafaţă a Terrei între latitudinile 600 N şi 570 S . În figura 3.1 este prezentat modelul digital altimetric pentru ţara noastră. Precizia altimetrică a acestui model variază între 7 şi 30m, fiind mai scăzută în zonele muntoase.

DTED level 3 10 metri rezoluţie

DTED level 4 3 metri rezoluţie

DTED level 5 1 metru rezoluţie DTED Level 2 este rezoluţia cel mai des utilizată în modelările hidrologice şi hidraulice.

În tabelul 3.1 am prezentat un exemplu de codificare a DTED (DIGEST – MIL-PRF-89020B), iar în figura 3.2 este ilustrată diagrama structurii fişierului - DTED Level 0.


48

Fig.

3.1

Mod

elul

Dig

ital A

ltim

etric

al T

eren

ului


49

Tabelul 3.1 Exemplu de codificare DTED - MIL-PRF-89020B Conţinutul câmpului

Lungimea câmpului(în caractere)

Start Descriere (în caractere)

H 1 1 Emisfera (N sau S) DD 2 2 Latitudinea celulei din colţul din S-V H 1 4 Emisfera (E sau V) DDD 3 5 Longitudinea celulei din colţul din S-V 01-99 2 8 Data editării A-Z 1 10 Versiunea corespunzătoare

întreg 6 11 Altitudinea minimă [m] a ariei din S-V întreg 6 17 Altitudinea maximă a ariei din S-V întreg 6 23 Altitudinea medie a ariei din S-V spaţiu 1 29 Neutilizat întreg 5 30 Abaterea standard faţă de medie pentru

aria din S-V

Fig. 3.2 Diagrama structurii fişierului - DTED Level 0

3.1.1 CARACTERIZAREA MODELULUI DIGITAL AL TERENULUI

În perioada anilor 1955-1960, a apărut conceptul descrierii suprafeţelor de teren prin reprezentări digitale, în scopul optimizării tehnologiilor aplicate la proiectarea căilor de comunicaţii.


50

În anii ce au urmat, metodele fotogrammetrice asociate cu prelucrarea electronică automată a datelor sunt aplicate pe o scară tot mai largă la proiectarea construcţiilor inginereşti. Tehnologiile de proiectare încep să includă tehnica modelului digital, dovedindu-de a fi o eficientă modalitate de reprezentare a suprafeţei terenului, asigurând în acelaşi timp extragerea tuturor datelor topografice necesare elaborării, studiului sau comparării variantelor de proiect, în contextul unor largi posibilităţi de automatizare. Culegerea datelor, reprezentând o fază tehnologică fundamentală, este perfecţionată continuu, prin aplicarea unor procedee de eşantionaj manual, selectiv sau semiautomat. În concordanţă cu acestea, sunt elaborate noi metode dintre care eşantionajul progresiv (densitatea punctelor măsurate creşte progresiv) şi cel compus (constituie o combinaţie a eşantionajului progresiv cu cel selectiv) prezintă o importanţă deosebită în special pentru aplicaţiile la scări mari. Eşantionajul selectiv reprezintă o variantă în cadrul căreia sunt măsurate punctele corespunzătoare poziţiilor şi liniilor din teren, care prezintă importanţă în primul rând sub aspect morfologic. Randamentul procesului de eşantionaj a crescut considerabil, odată cu introducerea sistemelor de corelaţie în structura tehnicilor de corelaţie automată, existând astfel posibilitatea culegerii punctelor de referinţă în mod automat. Instrumentul matematic care stă la baza modelelor digitale ale terenului derivă din aplicaţii legate de reprezentarea suprafeţelor nematematice, utilizate iniţial pentru proiectarea fuselajelor avioanelor şi a elementelor de caroserie. Pionier în acest domeniu a fost matematicianul francez Pierre Bèzier, care a introdus noţiunile de curbă şi suprafaţă Bèzier. Formulele care definesc aceste noţiuni sunt date mai jos: Fiind dat un polinom B în forma Bernstein de grad n:

∑=

=n

inii tbtB

0, )()( β (3.1)

Unde iβ este un polinom Bernstein de bază.

Polinomul în punctul b poate fi evaluat folosind următoarea relaţie de recurenţă:

njjnitt

nij

ij

ij

i

ii

,...1,,...,0,)1(

,...,0,

0)1(

10)1()(

)0(

=−=+−=

==−

+− βββ

ββ (3.2)

cu:

)(00 )( ntB β= (3.3)

Putem alege diagonalele unei scheme triunghiulare pentru a evalua un polinom Bernstein, transformând:

∑=

∈=n

inii ttbtB

0,

)0( ]1,0[),()( β (3.4)

în:

∑=

∈=n

inii tttbtB

00,

)0(1 ],0[),()( β (3.5)


51

şi apoi rezultă:

]1,[,1

)( 00 0

0,

)(2 tt

ttt

btBn

ini

iin ∈⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−

= ∑=

−β (3.6)

Curbele Bèzier de gradul n corespunzătoare spaţiului tridimensional, sunt definite după cum urmează, utilizând n+1 puncte de control iP :

∑=

∈=n

inii ttbPtB

0, ]1,0[),()( (3.7)

cu:

⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜

⎝

⎛=

i

i

i

i

zyx

P (3.8)

Prin separarea curbei Bèzier în trei ecuaţii, rezultă:

∑

∑

∑

=

=

=

∈=

∈=

∈=

n

inii

n

inii

n

inii

ttbztB

ttbytB

ttbxtB

0,3

0,2

0,1

]1,0[),()(

]1,0[),()(

]1,0[),()(

(3.9)

Modelul matematic folosit în marea majoritate a aplicaţiilor actuale ale modelului digital al terenului este cel al fractalilor, definit de matematicianul francez Benoît Mandelbrot. Un fractal (conform Wikipedia; [Mandelbrot, B., Freeman, W., H., 1982]) este „o figură geometrică fragmentată sau frântă care poate fi divizată în părţi, astfel încât fiecare dintre acestea să fie (cel puţin aproximativ) o copie miniaturală a întregului”. Termenul a fost introdus de Benoît Mandelbrot în 1975 şi este derivat din latinescul fractus, însemnând „spart” sau „fracturat”. Fractalul, ca obiect geometric, are în general următoarele caracteristici [Mandelbrot, B., Freeman, W., H., 1982]:

- are o structură fină la scări arbitrar de mici; - este prea neregulat pentru a fi descris în limbaj geometric euclidian tradiţional; - are o definiţie simplă şi recursivă.

Printre obiectele naturale care aproximează fractalii până la un anumit nivel se numără norii, lanţurile montane, arcele de fulger, liniile de coastă şi fulgii de zăpadă. Fractalii Mandelbrot sunt importanţi în modelul digital al terenului pentru că au o structură complexă independent de scară, de la 1:1 până la oricare altă scară. Cu alte cuvinte, un fractal reprezintă un set de numere complexe z, pentru care fiecare secvenţă definită de iteraţia:

( ) ( ) ( ) ( ) ,......2,1,0,.....1,...0 =+∗=+= nznznznzzz (3.10)


52

rămâne constantă. Aceasta înseamnă că există un număr B, astfel încât niciuna din valorile absolute ale iteraţiilor ( )nz nu va fi mai mare vreodată decât B.

Se remarcă câteva din principalele utilizări ale modelului digital al terenului: realizarea ortofotoplanurilor, întocmirea hărţilor tematice ale reliefului (harta pantelor, harta expunerii terenului, harta liniilor structurale), ortofotorectificarea imaginilor satelitare, optimizarea metodelor de clasificare utilizate pentru exploatarea lor calitativă. De asemenea, se poate menţiona introducerea tehnicii de modelare digitală şi în cadrul aplicaţiilor netopografice, cum sunt cele de realizare a animaţiei pe calculator, din arhitectură, construcţii de maşini, medicină, etc.

3.1.2 MODELAREA DIGITALĂ ALTIMETRICĂ A TERENULUI

Procesul de generare a modelelor digitale altimetrice cuprinde următoarele etape: -culegerea datelor iniţiale (eşantionajul); -prelucrarea preliminară; -prelucrarea de bază (conversia); -evaluarea calităţii modelelor construite; -stocarea (arhivarea); -exploatarea prin diferite proceduri aplicative.

a) Culegerea datelor iniţiale Culegerea datelor de referinţă (sau eşantionajul) reprezintă o etapă fundamentală în cadrul procesului de generare a modelelor digitale, fiind dependentă direct de tipul modelului generat şi condiţionată de specificaţiile utilizatorului modelului.

Punctele de referinţă sunt culese fotogrammetric, dacă se dispune de imagini preluate la scări mari, sau topografic, prin intermediul staţiilor de teren totale, în cazul modelelor caracterizate printr-un nivel superior de precizie geometrică ce solicită o densitate mare de puncte. Modelele se generează din date culese prin digitizarea curbelor de nivel trasate pe hărţile topografice la diferite scări, în cazul aplicaţiilor precum ortofotoredresarea imaginilor satelitare sau studiile de proiectare preliminară, unde sunt admise nivele de precizie şi de fidelitate morfologică mai reduse.

Se disting trei grupe principale de metode aplicate la culegerea datelor de referinţă [Ionescu I., 2004]:

-metode fotogrammetrice bazate pe utilizarea staţiilor fotogrammetrice digitale;

-metode topografice în cadrul cărora se folosesc staţiile de teren totale;

-metode de digitizare a produselor cartografice, unde curbele de nivel reprezentate pe hărţi şi planuri sunt transformate (convertite) în şiruri de coordonate planimetrice (x, y) şi cote (z).

O largă utilizare o au metodele fotogrammetrice ce operează cu imagini preluate cu ajutorul camerelor aeriene digitale, precum şi cu imagini provenite de la senzorii optici amplasaţi la bordul sateliţilor sau navelor spaţiale. Datele se culeg prin


53

digitizarea stereomodelelor (modele destinate aplicaţiilor la scări mari şi medii), sau prin intermediul tehnicilor de corelaţie a imaginii (modelele utilizate pentru aplicaţii la scări medii şi mici). Aceste tehnici de corelaţie sunt specifice tehnologiei digitale, asigurând creşterea gradului de automatizare a procesului de măsurare a cotelor. Noi posibilităţi de generare a modelelor digitale altimetrice sunt oferite de combinaţiile de senzori, un exemplu în acest sens fiind reprezentat de echipamentul LIDAR (Light Detection And Ranging – detecţie cu ajutorul undelor luminoase). Acesta integrează un altimetru laser de baleiaj, un receptor GPS cu operare cinematică, un sistem de navigaţie inerţial şi o cameră digitală. De asemenea, interferometria radar realizată pe baza radarului cu deschidere sintetică (SAR – syntetic aperture radar) reprezintă o altă nouă tehnologie aflată în plin progres.

b) Prelucrarea preliminară

Datele de referinţă reprezintă „date brute”, indiferent de modul cum au fost culese. Prin urmare, ele vor fi afectate de deficienţe, aspect care solicită o serie de măsuri corective. Prelucrarea preliminară include următoarele operaţii tipice: transformări de coordonate, corecţii ale erorilor sistematice şi eliminarea greşelilor, filtrarea erorilor aleatorii, compresia datelor, conexarea subseturilor de date, editarea codificărilor şi restructurarea (de exemplu, generarea reţelelor de triunghiuri neuniforme).

Unele dintre aceste operaţii pot fi efectuate simultan cu eşantionajul (on-line) sau independent (off-line). De asemenea, ele pot face parte din prelucrarea de bază. Pentru realizarea lor sunt utilizate diferite mijloace: sortarea şi eliminarea algoritmică, suprapunerea şi stereosuprapunerea elementelor grafice şi a imaginilor, grafica interactivă, tehnici de prelucrare digitală a imaginii etc. Datele de referinţă corectate reprezintă rezultatul obţinut în urma prelucrării. Factorul cel mai important, ce condiţionează calitatea modelelor care se vor genera este reprezentat de calitatea acestor date de referinţă corectate.

c) Prelucrarea de bază

Datele ce au fost prelucrate preliminar sunt stocate pentru a fi regăsite şi supuse prelucrării de bază conform specificaţiilor utilizatorului. În cadrul prelucrării de bază, datele sunt convertite şi structurate sub formă de modele digitale, după care modelele se stochează şi vor fi disponibile pentru utilizare în scop aplicativ. Dacă datele iniţiale sunt eşantionate corespunzător, adică punctele sunt suficient de dense şi plasate în poziţii care descriu cât mai exact variaţiile suprafeţei terenului, atunci metodele de interpolare diferite implementate în diverse programe pot avea performanţe similare. Pentru a se asigura modele de calitate bună sau cel puţin acceptabile, sunt necesare programe sofisticate, de nivel înalt. Programele profesionale identifică şi elimină erorile mari, consideră riguros liniile de frângere a pantei şi le integrează în structura modelului final. Generarea modelelor se schimbă substanţial când se aplică tehnologia digitală, bazată pe imagini în format digital, tehnica prelucrării digitale a imaginilor şi staţiile


54

fotogrammetrice digitale. Aceasta are un mare potenţial de automatizare, astfel că multe operaţii de măsurare executate manual se pot automatiza. Baza tehnică este oferită de metodele de identificare a punctelor corespondente (conjugate) din perechile de imagini corespondente (stereograme), operaţie denumită potrivirea imaginilor sau corelaţia imaginilor. Punctele calculate în urma identificării imaginilor lor corespondente, având în vedere punctele măsurate (eşantionate) care sunt foarte dense (10 – 20 de puncte sau chiar mai multe, pe un element de suprafaţă pătratic cu latura de 180 - 200μ), nu sunt distribuite uniform şi nu reprezintă complet suprafaţa terenului. Apar goluri deoarece procesul de identificare nu poate fi realizat întotdeauna cu succes, modelul fiind generat în final prin interpolare [Ionescu I., 2004]. Precizia şi siguranţa modelelor e îmbunătăţită considerabil datorită faptului că sistemele digitale pot măsura mult mai multe puncte decât se măsoară convenţional în faza de eşantionaj.

d) Evaluarea calităţii

Eroarea medie pătratică utilizată ca măsură a preciziei se referă la precizia de determinare a cotei într-un punct arbitrar din model. Pe baza legii propagării erorilor se deduce dacă modelul evaluat satisface cerinţele impuse (de exemplu, dacă o ortofotoimagine (ortofotoplan) produsă utilizând modelul digital al terenului îndeplineşte condiţia de precizie planimetrică). Metoda de evaluare aplicată este bazată pe compararea cotelor calculate în model, cu valori de cotă de verificare distribuite aleatoriu şi calculul erorii medii pătratice cu ajutorul pătratelor diferenţelor obţinute. Pentru a fi incluse şi erorile sistematice posibile ale modelului, valorile cotelor de verificare trebuie să provină din determinări de înaltă precizie (măsurători fotogrammetrice realizate pe baza imaginilor la scări mari, sau ridicări topografice de teren). În astfel de determinări statistice este importantă disponibilitatea unui număr suficient de puncte de verificare, bine distribuite. În general, culegerea punctelor de referinţă cu un pas mic de eşantionaj (spaţiere redusă între puncte) conduce la precizii superioare ale modelului. Precizia valorilor de cotă măsurate şi metoda de interpolare aplicată (cu excepţia situaţiei când sunt total inadecvate) au mai puţină influenţă. Relevantă pentru precizia modelului nu este spaţierea dintre puncte (mărimea pasului de eşantionaj) în termeni absoluţi, ci spaţierea raportată la variabilitatea terenului. Pentru a se obţine aceeaşi precizie, sunt necesari paşi de eşantionaj mai mici în terenurile accidentate, decât în terenurile plane. Curbele de nivel spre exemplu, se adaptează intrinsec la variabilitatea terenului.

e) Arhivarea

Relieful terenului are o dinamică foarte lentă în timp. La scară medie şi mică, schimbările reliefului apar cel mai probabil în zonele cu activitate vulcanică. La scară mare (la nivelul microreliefului), schimbările sunt restrânse la activităţile umane reprezenate de construcţia barajelor, exploatările de resurse, terasări sau alte lucrări de acest gen şi la procesele naturale, precum eroziunea suprafeţei terestre, alunecările de teren etc.


55

După ce datele digitale de cotă au fost obţinute, ele sunt arhivate permanent, pentru a fi utilizate în mod repetat. Principiile de bază referitoare la arhivarea datelor de cotă privesc la următoarele aspecte [Ionescu I., 2004]:

-datele să poată fi regăsite convenabil, actualizate şi îmbunătăţite eficient, dacă este necesar;

-să aibă la dispoziţie o legătură cu o bază de puncte geodezice, pentru a putea adapta modelele digitale la revizuirea punctelor de reper;

-să fie însoţite de un raport referitor la metadate (calitatea datelor, scară şi rezoluţie, sistem de proiecţie), care să permită utilizatorului să stabilească acceptabilitatea pentru scopul său. Înaintea arhivării datelor, o consideraţie importantă ce se atribuie acestora este nivelul de prelucrare. Exceptând cazurile când, din considerente bine întemeiate este justificată documentarea istoricului datelor, nu este recomandabil să se stocheze eşantioanele originale. Vor fi eliminate greşelile precum şi erorile sistematice. Conversiile care solicită interpolarea implică o anumită pierdere de informaţie, degradând precizia datelor. Dacă toate aplicaţiile intenţionate a se realiza cu modele digitale sunt efectuate cel mai bine cu o structură în formă de reţea uniformă (GRID), devine un scop conversia tuturor datelor (curbe de nivel, profile etc.) într-o reţea unică. În schimb, atunci când spectrul utilizatorului este foarte divers, este mult mai potrivit să se arhiveze datele reunite anteprelucrate, nedegradate, sub forma unei reţele de triunghiuri neuniforme (TIN - Triangular Irregular Network). O reţea uniformă de cote poate fi apoi produsă la cerere pentru zona specificată de utilizator, cu pasul de reţea (grilă) şi în sistemul de coordonate solicitate, fără diversele conversii ce degradează datele.

Ambele reprezentări au avantaje şi dezavantaje, însă trecerea de la o structură la alta este o problemă comună existentă în marea majoritate a aplicaţiilor comerciale existente pe piaţă.

Structura TIN este mai compactă şi asigură o mai bună aproximare a terenului în special pentru zone cu grad mare de accidentare.

Structura GRID aproximează terenul mai puţin precis decât structura TIN, datorită faptului că punctele cotate sunt dispuse în mod regulat pe o reţea rectangulară şi nu în punctele caracteristice, cum este în cazul structurii TIN. Însă structura GRID permite o mult mai simplă modelare a diverselor tipuri de aplicaţii.

f) Prezentarea datelor

Utilizarea datelor de teren reprezentate sub formă de modele digitale în scopul rezolvării unor probleme legate de teren constituie subiectul rulării de programe adecvate. Acestea pot fi atât module din programe de model digital cât şi programe de calculator specifice. Funcţii precum producerea vederilor perspective ale terenului, deducerea curbelor de nivel, calcularea pantelor, deducerea profilelor de teren pentru anumite precizii specifice etc. sunt componente comun integrate în programele de model digital altimetric comerciale. Pentru modulele care nu sunt incluse în programe (de exemplu, determinarea liniilor de drenaj şi a liniilor de


56

creastă, delimitarea suprafeţelor cu inundaţii, proiectarea drumurilor etc.) trebuie rezolvate probleme de integrare a datelor şi respectiv de schimb a acestora. Datorită dezvoltării rapide a calculatoarelor, scanerelor, noilor senzori pentru culegerea datelor primare, dispozitivelor pentru redarea rezultatelor grafice, metodelor de corelaţie, tehnicilor pentru prelucrarea datelor spaţiale, modelele digitale altimetrice au trecut la o utilizare intensivă, înregistrând un număr mare de aplicaţii. La fel ca o hartă topografică, modelul digital altimetric al terenului (MDAT) reprezintă terenul la o anumită scară, sau mai exact cu o anumită rezoluţie. De exemplu, pentru proiectarea unui drum este necesar un MDAT care să redea cu fidelitate micile forme ale suprafeţei terenului. Prin urmare, valorile sale de cotă iZ trebuie să reprezinte cote în puncte spaţiate foarte dense. Un MDAT poate să fie creat pentru o zonă limitată, sau poate să cuprindă întregul teritoriu naţional. În multe cazuri, acesta corespunde scării 1:50.000, sau unei scări mai mici. Crearea şi întreţinerea (actualizarea) unui MDAT la nivel naţional este o activitate condusă şi realizată de agenţiile naţionale de cartografiere, datele unui astfel de model digital fiind disponibile pentru multiple şi variate scopuri. Trebuie precizat că în prezent există un model digital altimetric al terenului generat la nivelul întregii planete, de către National Geospatial-Intelligence Agency (NGA) fost NIMA (National Imagery and Mapping Agency). Un model digital altimetric al terenului poate fi „autonom” şi să servească unui singur scop, de exemplu producţia de ortofotoimagini (ortofotoplanuri şi ortofotohărţi) dar, în majoritatea cazurilor, el constituie o componentă principală a unui sistem informaţional geografic (SIG), unde datele servesc multiple scopuri. Trebuie precizat că în cadrul unui sistem informaţional geografic, modelul digital altimetric al terenului are o identitate distinctă [Ionescu I., 2004].

3.1.3 PRECIZIA MODELULUI DIGITAL AL TERENULUI

Factorii fundamentali care determină randamentul şi precizia unui model sunt: - gradul de accidentare a terenului; modelul digital al terenului are precizia

maximă în zone uniforme, neaccidentate; - structura datelor; - modul şi metoda de eşantionaj; - aparatura folosită şi metodele de prelucrare.

Imaginile provenite de la senzorii digitali amplasaţi la bordul sateliţilor comerciali şi navelor spaţiale, ating în prezent rezoluţii la nivelul solului ce ajung până la valoarea de 0.6 – 1m. Acest aspect face ca această sursă de date să fie utilizată în prezent cu preponderenţă pentru generarea modelelor digitale, care satisfac cerinţele aplicaţiilor la scări medii şi mici. Automatizarea eşantionării datelor de referinţă ale modelului digital la staţiile fotogrammetrice, a atins nivelul de acceptanţă impus de lucrările realizate pentru aplicaţiile curente de producţie. Raportul beneficiu/preţ de cost este de ordinul 10/1, în cazul imaginilor la scări mici şi modelelor digitale realizate numai pentru generarea de ortofotoplanuri şi ortofotohărţi. El scade însă, odată cu creşterea scării


57

imaginii şi a gradului de precizie solicitat. Practic, pentru modelele destinate aplicaţiilor la scări mari, unde este necesar să se identifice şi eşantioneze riguros liniile de frângere a pantei şi de asemenea, să se elimine cotele măsurate automat pe suprastructuri (vegetaţie, construcţii etc.), operaţia de editare solicită un timp egal sau poate chiar mai mare decât cel necesar pentru eşantionare manuală. Precizia planimetrică şi altimetrică care poate fi realizată utilizând metodele fotogrammetrice, scara finală a hărţilor şi planurilor, respectiv modelelor digitale sau echidistanţa curbelor de nivel, depind de diferiţi factori intercorelaţi, dintre care cei mai importanţi sunt scara şi rezoluţia imaginilor (fotogramelor), înălţimea de preluare (H), raportul bază/înălţime (B/H) aferent stereogramelor şi precizia echipamentului de măsurare utilizat. Alegerea efectivă a scării imaginilor (fotogramelor), practic depinde de scara de cartare solicitată şi de echidistanţa curbelor de nivel. Precizia măsurării cotelor de referinţă pentru modelele digitale este condiţionată de raportul dintre baza şi înălţimea de preluare (B/H), de precizia echipamentelor folosite în procesul de măsurare, precum şi de înălţimea de preluare (H). Raportul bază/înălţime (B/H) este dependent de distanţa focală şi unghiul de câmp, corespunzătoare obiectivului camerei fotogrammetrice. La o primă analiză, imaginile (fotogramele) preluate cu obiectivi având unghiuri de câmp foarte mare reprezintă soluţia optimă pentru eşantionajul cotelor. Dar, pentru o înălţime de preluare dată, inconvenientul principal al utilizării unghiurilor foarte mari îl reprezintă scările extrem de reduse ce vor fi obţinute, asociate cu rezoluţii slabe la nivelul terenului. Pentru un raport particular (B/H), precizia altimetrică va fi direct influenţată de mărimea lui H. Dacă se consideră echipamentul actual utilizat la exploatarea imaginilor (fotogramelor), precizia cotelor extrase din fotograme convenţionale preluate cu obiectivi grandangulari este cuprinsă între 1/5.000 – 1/15.000 din H, valoarea sa efectivă fiind funcţie de tipul echipamentului folosit. Exprimată ca eroare medie pătratică se situează în intervalul ±(0.1 – 3.0)m pentru înălţimile de preluare (fotografiere) posibile, până la valoarea de 15 km, aferentă misiunilor de zbor realizate cu avioane speciale [Ionescu I., 2004].

3.1.4 APLICAŢII ALE MODELULUI DIGITAL AL TERENULUI

Modelul digital al terenului, constituind o metodă modernă şi eficientă de reprezentare a terenului, facilitează o serie de calcule statistice, realizări de profile şi analize ale terenului prin intermediul Sistemelor Informaţionale Geografice, precum şi automatizarea proceselor în diferite domenii de activitate care utilizează datele terenului, şi anume:

• Industria construcţiilor civile - proiectarea autostrăzilor, drumurilor, căilor ferate, aeroporturilor,

porturilor, canalelor, barajelor etc.; - proiectarea zonelor rezidenţiale sau celor industriale, liniilor pentru

transportul energiei electrice etc.

• Industria construcţiilor agricole - proiectarea sistemelor de irigaţii;


58

- construcţia şanţurilor, teraselor, platformelor etc.

• Industria comunicaţiilor - stabilirea poziţiei releelor de transmisie a semnalului antene GSM

(proiectare); PlaNET (sistem utilizat la planificarea poziţiei antenelor GSM, telefonie mobilă)

• Industria minieră - proiectarea şi monitorizarea excavaţiilor, depozitelor etc.

• Fotogrammetrie şi teledetecţie - Obţinerea ortofotoplanurilor, ortofotoredresarea imaginilor satelitare

• Ştiinţe ale Pământului - geologie tehnică, geneza formelor de relief, studii de eroziune, studii

ale scurgerii apelor în bazinele de recepţie şi analiza drenajului, prevenirea inundaţiilor, glaciologie, monitorizarea vegetaţiei

• Scopuri militare - vizualizarea câmpului de luptă, ghidarea avioanelor etc.; în domeniul

militar aplicaţia cea mai importantă care utilizează modelul digital al terenului este conducerea focului artileriei în care modelul digital al terenului este utilizat pentru calculul elementelor de tragere, întrucât permite extragerea automată a cotelor punctelor terenului şi calculul rapid, în timp real, a elementelor de tragere.

• Robotică Cercetarea roboţilor inteligenţi, a roboţilor de servicii, constituie un domeniu de mare interes în prezent. Un robot trebuie să realizeze diferite sarcini fără a-i fi specificată fiecare acţiune care urmează să fie realizată. Problema planificării mişcării unui robot mobil este aceea a găsirii unei mişcări pentru un robot care trebuie să se deplaseze de la o configuraţie dată, la o destinaţie stabilită, într-un mediu care conţine o mulţime de obstacole prestabilite, astfel încât robotul să nu intre în coliziune cu niciunul din acestea. A fost dezvoltat un sistem care compară caracteristicile extrase dintr-o scenă vizuală din spaţiul-obiect cu cele extrase din modelul digital al terenului corespunzător aceleiaşi zone. Caracteristicile uşor identificabile precum piscuri de munte, curmături, răscruci de drumuri etc. Sunt extrase din scena observată. În mod similar, caracteristicile precum liniile de contur şi de cumpănă a apelor sunt extrase din modelul digital al terenului. Obiectivul acestui sistem este acela de a realiza corelaţia caracteristicilor din spaţiul-obiect cu corespondentele lor din modelul digital al terenului. Pentru obţinerea unei corelaţii mai rapide, se realizează mai întâi corelaţia detaliilor clare şi uşor de identificat. Utilizarea unui grup de detalii în scopul realizării corelaţiei diminuează numărul comparaţiilor posibile. În schimb, utilizarea detaliilor dispuse in mod rarefiat este mult mai avantajoasă pentru realizarea unei corelaţii eficiente. Strategiile de deducţie care exprimă punctele de constrângere sunt consultate în modulul geometric de deducţie. Aceste puncte de constrângere sunt intersectate cu mai multe detalii considerate, delimitând domeniul de localizare a robotului [Borenstein, J., Everett, H., R., Feng, L., 1996 ].


59

Sfera domeniilor de aplicabilitate a modelului digital al terenului se află în plină expansiune, având în vedere faptul că, modelul digital al terenului poate fi utilizat în orice aplicaţie practică ce se bazează pe datele terenului.

3.2 SISTEME INFORMAŢIONALE GEOGRAFICE

Un Sistem Informaţional Geografic (SIG) poate fi definit pe scurt ca un ansamblu de hardware, software, date geografice şi persoane, destinat pentru a colecta, stoca, actualiza, manipula, analiza şi afişa toate formele de informaţii referite geografic. Începutul dezvoltării tehnologiei SIG datează de la începutul anilor 1960, când Roger Tomlinson a dezvoltat primele aplicaţii silvice pentru guvernul canadian. În funcţie de etapele procesului evolutiv străbătut de SIG, există mai multe definiţii, având câţiva termeni comuni ce se referă la cartografiere, baze de date şi analiză spaţială. În continuare, am prezentat câteva dintre aceste definiţii:

• SIG este un sistem de achiziţionare, stocare, verificare, integrare, prelucrare, analiză şi fişare a datelor georeferenţiate [Chorley, 1987];

• Un SIG este un ansamblu de persoane, echipamente, programe, metode şi norme, având ca scop culegerea, validarea, stocarea, analiza şi vizualizarea datelor geografice [Săvulescu C., 1996];

• SIG este un instrument bazat e calculator, pentru realizarea hărţilor şi analiza lucrurilor ce există şi a evenimentelor ce se petrec pe Pământ. Tehnologia SIG combină operaţiile uzuale de baze de date, precum interogarea şi analiza statistică, cu avantajele vizualizării unice şi analizei geografice oferite de către hărţi. Aceste calităţi diferenţiază SIG de alte sisteme informatice, punându-l la dispoziţia unui public larg şi variat sau a firmelor particulare în scopul explicării fenomenelor, predicţiei efectelor şi planificării strategiilor [ESRI];

Tehnologiile SIG sunt larg utilizate în toată lumea, în aplicaţii pentru diverse domenii, cum ar fi: agricultura, silvicultura, îmbunătăţirile funciare, transporturile şi telecomunicaţiile, geologia, hidrologia ş.a. Aplicaţiile SIG se diferenţiază după modul de regăsire a lor în cadrul unei organizaţii şi anume:

a) Aplicaţii departamentale, în cazul în care aplicaţiile SIG servesc nevoile unui singur departament din cadrul unei organizaţii; istoric, aceasta este modalitatea în care au început să fie utilizate soluţiile SIG;

b) Aplicaţii inter-departamentale, în cazul în care aplicaţiile SIG sunt utilizate în mai mult decât un singur departament, apărând în acest caz problema schimbului de date; acest tip de arhitectură presupune existenţa unei reţele de calculatoare la nivelul organizaţiei;

c) Aplicaţii la nivel de organizaţie (enterprise systems) care permite utilizatorilor să acceseze şi să integreze resursele GIS la nivelul întregii organizaţii;

Odată cu utilizarea din ce în ce mai intensă a Internet-ului ca platformă, a apărut şi posibilitatea ca aplicaţiile „enterprise” să fie utilizate inclusiv la nivelul multinaţionalelor, a organizaţiilor care au departamente cu largă răspândire geografică. Evident, în acest caz apar probleme de proiectare a platformelor hard legate de alegerea lăţimii de bandă corespunzătoare pentru conexiunea Internet.


60

3.2.1 NOŢIUNI DE BAZĂ ALE MODELĂRII SPAŢIALE

Transformarea observaţiilor asupra lumii reale într-un set de date utile unui SIG, prin stabilirea conceptelor şi procedeelor necesare, se poate face numai cu ajutorul modelelor. În general, un model poate fi reprezentat printr-o ipoteză, o teorie, o relaţie matematică sau o colecţie de informaţii [Săvulescu, C., Bugnariu, T., 2000]. Datele geografice şi informaţiile despre relaţiile spaţiale între componentele lumii reale sunt utilizate, în cadrul procesului de modelare spaţială, pentru înţelegerea şi exprimarea problemei specifice. Pe baza concepţiei modelului se stabilesc informaţiile necesare pentru alcătuirea lui. Principala purtătoare de informaţii este entitatea, definită ca acel obiect sau fenomen al lumii reale indivizibil în obiecte sau fenomene de acelaşi tip. O entitate este caracterizată prin apartenenţa la o anumită clasă, prin atributele sale şi prin relaţii spaţiale cu alte entităţi [Săvulescu, C., Bugnariu, T., 2000]. Prin crearea unui model de date, se înţelege un întreg proces de traducere a problemei geografice (spaţiale) într-o simulare computerizată. Un model de date poate fi definit ca o descriere generală a unui anumit set de entităţi şi a relaţiilor dintre acestea. Fiecare entitate trebuie să fie identificabilă şi distinctă. Procesul de modelare a datelor poate fi redus la următoarele stadii de abstractizare:

- stadiul 1 – identificarea acelor entităţi spaţiale din lumea reală care prezintă interes şi stabilirea modului de reprezentare a acestora în model;

- stadiul 2 – alegerea unuia dintre modelele spaţiale (raster sau vectorial), analiza şi stocarea reprezentărilor pentru entităţile alese din lumea reală;

- stadiul 3 – definirea procedeului (instrucţiunilor, formatului) prin care calculatorul reproduce entităţile alese, folosind modelul de date spaţiale. Reprezentarea grafică a entităţilor spaţiale Obiectele lumii reale pot fi reprezentate grafic în două dimensiuni prin trei tipuri de entităţi:

- Punctul – este cea mai simplă reprezentare grafică a unui obiect. El nu are dimensiuni, dar poate fi reprezentat în modele folosind diferite simboluri. Putem observa cu uşurinţă modul de reprezentare a localităţilor pe o hartă, în funcţie de importanţa acestora sau numărul de locuitori: cerculeţe cu diferite diametre, două cercuri concentrice etc.

- Linia – uneşte cel puţin două puncte şi este utilizată pentru reprezentarea obiectelor cu o dimensiune semnificativă la scara modelului: limitele parcelelor, traseul unui drum, un curs de apă etc.

- Suprafaţa – este folosită pentru reprezentarea obiectelor cu două dimensiuni semnificative: suprafaţa unui lac, limitele unei păduri sau ale unui oraş etc. În afara celor prezentate anterior, există alte două entităţi spaţiale, extensii ale conceptelor de linie şi suprafaţă, utilizate în modelarea SIG:

- Reţeaua – poate fi imaginată ca o serie de linii interconectate, în lungul cărora există un flux de informaţii (reţeaua de drumuri în lungul căreia are loc un flux al traficului rutier; reţeua de telecomunicaţii prin care circulă un flux de informaţii etc.).


61

- Suprafaţa tridimensională (S3D) – poate fi definită ca o entitate continuă, având în orice punct o valoare caracteristică, cantitativ sau calitativ, ce poate fi imaginată ca elevaţie faţă de planul orizontal. Entităţile de tip S3D pot fi utilizate pentru reprezentarea diferitelor distribuţii, cum ar fi densitatea populaţiei, altitudinea sau temperatura. Sisteme de reprezentare a entităţilor în modelele de date Cu toate progresele evidente ale produselor hard şi soft, calculatoarele pot transforma informaţiile asupra entităţilor în reprezentări grafice numai pe baza unor instrucţiuni specifice. În prezent, există două posibilităţi de reprezentare grafică a entităţilor spaţiale cu ajutorul calculatorului: raster şi vectorial. Orice ecran este compus dintr-un număr de celule numite pixeli. Pentru a forma o imagine, fiecărui pixel i se atribuie o intensitate luminoasă şi o culoare. Termenii de raster şi vectorial provin tocmai de la metodele prin care pixelilor le sunt atribuite aceste caracteristici (intensitate şi culoare) [Săvulescu, C., Bugnariu, T., 2000]. În cazul graficii vectoriale, calculatorul indică în coordonate poziţia precisă a unui fascicul de electroni, iar intensitatea se reglează în funcţie de vizibilitatea dorită a punctului respectiv. În cazul graficii raster, fasciculul de electroni baleiază permanent suprafaţa ecranului, de la stânga la dreapta şi de sus în jos, cunoscând atributele imaginii (intensitate şi culoare), pentru fiecare pixel, pe baza datelor furnizate de calculator. În prezent această deosebire tehnologică nu mai există. Toate monitoarele moderne utilizează abordarea grafică raster pentru afişarea informaţiei, această metodă fiind mai rapidă şi mai ieftină. În sistemul raster, celulele individuale sunt cele utilizate pentru crearea imaginii formate din puncte, linii, suprafeţe, reţele sau S3D. În sistemul vectorial, celula este înlocuită cu punctul; punctele sunt legate între ele prin linii (sau arce), pentru a construi suprafeţe sau reţele. Pentru aceeaşi zonă geografică pot fi necesare informaţii legate de relief, hidrologie, temperatură, vegetaţie, populaţie etc. În acest caz informaţia este organizată în straturi distincte tematic, numite layer-e (layer –strat). Layer-ele conţin informaţii asupra fiecărei entităţi conţinute în model, specificând poziţia geografică, relaţiile spaţiale, atributele şi eventual informaţiile temporale. Utilizând abordarea vectorială, este posibilă reprezentarea grafică simultană a unui număr nelimitat de straturi, prin suprapunerea acestora. Singura problemă este aceea că pe măsură ce numărul straturilor creşte, imaginea devine mai încărcată. În schimb, dacă se încearcă suprapunerea mai multor straturi realizate în sistem raster, se va observa că numai cel de deasupra este vizibil. Acest lucru se datorează faptului că fiecărui pixel de pe ecran i se poate atribui numai o singură caracteristică (valoare ce corespunde intensităţii şi culorii fasciculului). Există totuşi şi excepţii, anumite produse SIG permiţând transformarea unor pixeli individuali în zone „transparente” pentru vizualizarea stratului anterior [Săvulescu, C., Bugnariu, T., 2000]. Structura datelor spaţiale Prin structură a datelor se înţelege setul de instrucţiuni şi formate necesare calculatorului pentru a reconstrui modelul de date spaţiale în formă digitală.


62

Toate structurile de date utilizate pot fi clasificate în două categorii: cele folosite pentru a stoca informaţii spaţiale în sistem raster şi cele folosite pentru a stoca informaţii spaţiale în sistem vectorial. Structuri pentru modelul raster În cazul structurii raster, informaţia geografică este stocată sub formă de matrice uniformă de celule (cu mărimi şi forme identice). Pentru un layer dat, cu cât numărul de celule este mai mare, cu atât cantitatea de informaţii spaţiale creşte. În acelaşi timp creşte spaţiul necesar pentru stocare în memoria calculatorului. Cu cât dimensiunea celulei creşte, informaţia devine tot mai generală, în schimb se utilizează mai puţină memorie. Dimensiunea celulei defineşte rezoluţia spaţială a modelului raster. Fiecare celulă descrie o arie reală, dar informaţia este generalizată în interiorul celulei (are o valoare constantă). Entităţile (puncte, linii, poligoane) sunt reprezentate prin aproximare. Fiind identice ca dimensiune şi formă, pentru a acoperi complet o suprafaţă plană, forma celulelor poate fi rectangulară (pătrate), triunghiulară (triunghiuri echilaterale) sau hexagonală. Există mai multe tipuri de structuri de date pentru reprezentarea entităţilor în sistem raster, şi anume [Săvulescu, C., Bugnariu, T., 2000]:

- rasterul simplu – în acest caz, informaţia este stocată pentru fiecare celulă a imaginii. Informaţia transmisă calculatorului este foarte simplă: o entitate este prezentă sau nu într-o anumită celulă. Atunci când se constată existenţa unor entităţi ce ocupă numai parţial o anumită celulă, rezolvarea problemei se poate face prin două reguli: regula 50% şi regula prezenţei sau absenţei. Prima afirmă că dacă mai mult de 50% din suprafaţa unei celule este ocupată de o entitate (sau parte a ei), atunci entitatea se consideră prezentă în celula respectivă (pe care o ocupă în totalitate). Cea de a doua regulă afirmă că dacă o entitate este prezentă într-o celulă, chiar şi numai parţial, atunci ea se consideră prezentă în celula respectivă (pe care o ocupă în totalitate). În cazul sistemului raster simplu, calculatorul nu poate face distincţie între linia care reprezintă un râu, punctele reprezentând copaci şi suprafaţa reprezentând clădirile. Aceasta se datorează faptului că tehnologia raster utilizează codul binar pentru stocarea informaţiei asupra imaginii. Celulele conţinând o entitate vor fi înregistrate ca având valoarea 1, iar cele libere valoarea 0. Astfel, imaginea este percepută ca o serie de valori 1 şi 0 şi nu sub forma unor informaţii diferenţiate pe categorii de entităţi. Pentru a diferenţia informaţia utilizând rasterul simplu este necesar ca aceasta să fie introdusă în straturi separate pentru fiecare clasă. Principalul inconvenient al structurii datelor corespunzătoare rasterului simplu este cantitatea mare de informaţii ce trebuie înregistrată pentru a reprezenta o hartă oricât de simplă.

- rasterul complex – structura datelor pentru rasterul complex reduce volumul informaţiei prin atribuirea unor etichete codate celulelor grilei. Acestea comunică calculatorului nu numai prezenţa sau absenţa entităţii în celulă, ci îi identifică şi caracterul. Comprimarea datelor pentru sistemul raster Problema majoră a sistemului raster este cantitatea mare a datelor stocate iniţial. Pentru că în fiecare celulă trebuie înregistrată câte o valoare, o imagine complexă


63

sub forma unui mozaic de entităţi diferite (de exemplu o hartă conţinând 20 de clase diferite de teren) necesită acelaşi spaţiu de stocare necesar unei hărţi cu dimensiuni şi definiţie similare, dar care reprezintă doar traseul unui drum (majoritatea celulelor având în acest caz atribuită valoarea 0). În continuare am prezentat câteva dintre tehnicile de reducere a spaţiului necesar pentru stocarea informaţiei:

- codificarea în linie (RLC – Run Lengh Encoding) – reprezintă una dintre cele mai simple tehnici de reducere a datelor asociate unei imagini raster. Aceasta reduce informaţia pentru fiecare linie a matricii raster, prin stocarea unei singure valori pentru un număr de celule ce formează un grup de un anumit tip (în loc să stocheze o valoare pentru fiecare celulă);

- codificarea în bloc (block encoding) – această tehnică extinde codificarea în linie la două dimensiuni, folosind o serie de blocuri pătrate pentru stocarea informaţiilor privind suprafeţele reprezentate pe hartă;

- codificarea în lanţ (chain encoding) – această metodă de codificare este utilizată pentru definirea graniţei unei entităţi. Graniţa este definită ca o succesiune de celule, pornind şi întorcându-se la acelaşi punct de origine. Tot ceea ce este cuprins în interiorul graniţei respective se consideră ca făcând parte din entitate

- metoda descompunerii în quadranţi (quadtree) – avantajul unui model de date raster cu grilă rectangulară este acela că fiecare celulă poate fi subdivizată în celule mai mici de aceeaşi formă. Ceea ce este important la grila rectangulară este că, prin diviziune, rezultă celule cu aceeaşi formă şi orientare. Această proprietate unică a determinat apariţia unor metode de reducere a spaţiului de stocare, bazate pe subdivizarea regulată a entităţii geografice. Cea mai utilizată dintre acestea este cea a descompunerii în quadranţi. Descompunerea funcţionează pe principiul divizării prin recurenţă a celulelor în quadranţi până la atingerea unei definiţii suficiente pentru descrierea unei entităţi geografice sub forma unei grile-matrice. Procesul de divizare continuă până când fiecare celulă din matrice poate fi caracterizată ca având entitatea prezentă sau absentă. Numărul subdiviziunilor depinde de complexitatea stratului şi de diviziunea acceptată ca definiţie suficientă pentru a reprezenta obiectul [Săvulescu, C., Bugnariu, T., 2000]. Structuri pentru modelul vectorial Modelul vectorial stochează informaţia grafică sub forma unei secvenţe de puncte şi segmente de legătură, pentru a reprezenta puncte, linii şi graniţe ale poligoanelor. Pentru reprezentarea entităţilor geografice, segmentele de dreaptă sunt direcţionale (vectori) şi între ele există relaţii de conexiune. Entitatea punct în modelul vectorial poate fi un punct (definit printr-un set de coordonate), un nod (început sau sfârşit de segment) sau un vertex (în care o linie frântă îşi schimbă direcţia). Entitatea linie cuprinde segmente, curbe sau arce conectate în noduri, lanţuri (linii sau arce complexe, cu mai mult de un segment) şi inele (entităţi închise, la care punctele iniţial şi final coincid, având de aceea cel puţin trei puncte necoliniare). Entităţile de tip suprafaţă pot fi defalcate în suprafeţe interioare (delimitate de inele, mai puţin conturul acestora) şi poligoane (suprafeţe care cuprind şi conturul propriu-zis). Spre deosebire de modelul raster, spaţiul coordonatelor este continuu. Fiecare entitate de tip punct are o poziţie precisă şi unică (nu se găseşte undeva în interiorul unei celule).


64

În sistem vectorial, cele 5 tipuri de entităţi (punct, linie, suprafaţă, S3D şi reţea) pot fi definite prin coordonatele lor. Punctele sunt reprezentate prin perechile de coordonate, liniile prin segmente sau arce care unesc punctele, suprafeţele prin poligoanele care le mărginesc, reţelele prin linii conectate ş.a.m.d. Totuşi, pentru a dezvolta o structură a datelor aparţinând entităţilor spaţiale în sistem vectorial, mai sunt necesare informaţii suplimentare ce se referă la relaţia geografică între entităţi, denumită topologie. Topologia reprezintă un concept matematic a cărui origine este legată de principiile de adiacenţă şi conectivitate. Ea arată modul în care entităţile geografice sunt legate între ele. Structurile de date topologice sunt denumite şi structuri inteligente deoarece pe baza lor, relaţiile spaţiale între entităţile geografice se obţin cu uşurinţă. În tehnologia SIG, cele mai importante relaţii topologice sunt:

1) conectivitate – identifică liniile conectate unele cu altele la noduri; 2) sens – defineşte „de la care nod” porneşte şi „până la care nod” ajunge o linie; 3) adiacenţă – identifică poligoanele adiacente, prin înregistrarea poligoanelor

din stânga şi din dreapta fiecărei linii. Există următoarele tipuri de structuri pentru modelul vectorial:

- structuri simple fără topologie – cea mai simplă structură a datelor vectoriale pentru reprezentarea unei imagini spaţiale este un set de coordonate x şi y. Coordonatele x şi y sunt poziţiile punctelor ce urmează a fi conectate pentru a forma entităţi. La reconstruirea imaginii, există posibilitatea ca zona de graniţă comună a două poligoane să fie stocată de două ori (informaţie redundantă). De asemenea, verificarea erorilor este şi ea dificilă datorită lipsei informaţiilor privind adiacenţa şi conectivitatea. Aparenţa vizuală a unei structuri fără topologie este denumită în limbaj specific spaghetti cartografic sau puncte unite. Fişierele digitale corespunzătoare nu conţin niciun fel de informaţii topologice, deşi sunt înregistrate toate entităţile spaţiale. Două probleme specifice structurilor de date de tip spaghetti ilustrează importanţa informaţiilor topologice. În primul rând, datele de acest tip nu conţin informaţii referitoare la vecinătăţi şi, în al doilea rând, structura datelor nu rezolvă aşa numitele „goluri” sau „poligoane insulare”. Sunt necesare instrucţiuni care să dea calculatorului informaţii asupra vecinătăţii. Structurile de date care conţin astfel de instrucţiuni sunt denumite structuri corecte topologic.

- Structuri de date cu topologie – punctul este entitatea spaţială cea mai simplă ce poate fi reprezentată vectorial cu topologie completă. Pentru a-i stabili poziţia în raport cu alte entităţi spaţiale, deci a fi corect topologic, tot ceea ce este necesar pentru un punct este reperul sau referinţa geografică. Acest lucru se face prin atribuirea coordonatelor. Liniile simple nu conţin informaţii implicite asupra conectivităţii lor. Informaţia topologică este adăugată liniilor prin folosirea unor indicatori ce semnalează legăturile în structura de date. Cel mai utilizat indicator într-o structură de date vectorială este nodul. Prima etapă în transformarea unui set de linii într-o reţea inteligentă este identificarea punctelor de pornire, de capăt şi de intersecţie. Nodurile sunt utilizate pentru înregistrarea informaţiei asupra conexiunilor, sensului şi naturii fluxurilor de informaţii în reţea.


65

A doua etapă este reprezentată de identificarea liniilor sau arcelor care se conectează în noduri. În multe cazuri, direcţia este şi ea o caracteristică importantă a reţelei. Pentru un set de suprafeţe (poligoane în reprezentarea vectorială), topologia se construieşte şi ea în mai multe etape. Deşi ordinea de parcurgere a acestora diferă de la un produs soft la altul, principiile rămân aceleaşi.

3.2.2 CONCEPTE TEORETICE ALE BAZELOR DE DATE

• Abordarea orientată spre aplicaţie Una din structurile elementare ale unui sistem computerizat, fişierul, permite de fapt stocarea, ordonarea şi căutarea unor date. Există trei tipuri de structuri de bază pentru fişiere:

1) Structura de tip listă simplă, ce păstrează file pe care sunt înscrise nume, adrese sau numere de telefon;

2) Structuri ordonate secvenţial, în care fiecare înregistrare poate fi comparată cu cea anterioară sau cu cea de după, stabilindu-se ordinea în secvenţă;

3) Fişierele cu structură indexată sunt cele mai potrivite pentru căutările specifice SIG; acestea presupun existenţa unei chei care poate fi căutată în fişier. Algoritmul de căutare a înregistrărilor poate fi direcţionat către acele locaţii specifice sau numere de înregistrări prin crearea unui index care leagă direct codurile (cheile) căutate de poziţia lor în fişier, iar înregistrările care nu conţin codurile respective sunt ignorate.

• Abordarea orientată spre baze de date În aplicaţiile curente SIG se utilizează o combinaţie de mai multe structuri de fişiere organizate într-o colecţie ce permite metode mai complexe de gestiune a datelor. O astfel de colecţie se numeşte bază de date. Pe măsură ce aplicaţiile devin din ce în ce mai complexe, cu un număr mai mare de atribute necesar a fi legate de entităţile grafice, apare necesitatea ca datele să fie împărţite de mai multe aplicaţii. În acest punct pot apărea probleme legate de formatul datelor şi modalitatea de stocare, cum ar fi: redundanţa datelor, costuri de întreţinere, lipsa de integritate a datelor, conflicte sau restricţii determinate de partajarea datelor, probleme de securitate. Bazele de date au evoluat tocmai pentru a rezolva acest tip de probleme. În acest caz datele sunt create, structurate şi stocate într-o bază de date, în loc de fişiere cu format specific pentru o anumită aplicaţie. Pentru exploatarea bazei de date, aplicaţiile pot extrage datele de care au nevoie prin intermediul unui Sistem de Gestiune a Bazelor de Date (SGBD). SGBD sunt sisteme software care pun la dispoziţie unelte pentru crearea, accesul şi întreţinerea bazei de date. Funcţiile principale ale unui SGBD pot fi formulate pe scurt după cum urmează:

- creează, modifică şi şterge structuri de date; - adaugă, aduce la zi şi şterge înregistrări;


66

- extrage informaţii din datele disponibile (regăsire, interogare, generare rapoarte şi grafice sintetice);

- menţine integritatea datelor şi securitatea (acces controlat la date, verificarea consistenţei datelor);

- interfaţa cu aplicaţii externe prin SQL (Structured Query Language) sau alte componente de limbaje de programare.

• Proiectarea bazei de date Etapele parcurse în proiectarea bazei de date sunt similare celor din procesul mai general al dezvoltării aplicaţiilor software [Săvulescu, C., Bugnariu, T., 2000]:

- Analiza iniţială este prima fază, de cele mai multe ori necesară, în care se clarifică obiectivele bazei de date;

- Structura logică şi modelul conceptual se bazează pe analiza anterioară. Ideea este de a identifica entităţile de interes, relaţiile dintre entităţile grafice şi atributele acestora ce vor fi stocate în baza de date. Modelul conceptual al datelor este alcătuit din diagrame de structuri, note şi tabele având ca obiectiv principal identificarea tipurilor corecte de date, astfel încât să fie asigurată disponibilitatea acestora pentru toate aplicaţiile. El trebuie să fie independent de SGBD (teoretic, modelul conceptual ar putea fi implementat cu orice SGBD convenţional);

- Stadiul de design fizic constă în fapt în transpunerea structurii logice în structura de fişiere, înregistrări, câmpuri, index şi algoritmi, formând nucleul bazei de date pentru software-ul de SGBD ales.

- Testarea este un pas necesar în secvenţă şi trebuie să stabilească dacă baza de date funcţionează şi corespunde cerinţelor pentru care a fost proiectată;

- Implementarea urmează unei testări încununate de succes, în care baza de date este încărcată cu date reale, iar documentaţia şi, eventual, instruirea utilizatorilor sunt puse la punct;

- Întreţinerea şi menţinerea la zi a bazei de date este o fază care se desfăşoară pe toată durata sa de viaţă şi care trebuie să evolueze odată cu necesităţile utilizatorilor. O componentă importantă a bazelor de date spaţiale moderne este cea temporală, componenta timp fiind extrem de utilă în analiza şi studierea fenomenelor dinamice. Alegerea unui model logic de date este extrem de importantă în toate tipurile de aplicaţii ale tehnologiei SIG. Modelul logic de date este funcţie de aplicaţie: există modele de date pentru cadastru, hidrografie, sisteme de apărare, protecţia mediului, etc.

STRUCTURA UNUI SISTEM DE GESTIUNE A BAZEI DE DATE (SGBD)

Unul dintre obiectivele principale ale unui SGBD este cel al independenţei faţă de date, obiectiv atins printr-o organizare pe mai multe nivele a software-ului. La baza acestei structuri se află nivelul fizic, care materializează transpunerea structurii logice în structura de fişiere, înregistrări, câmpuri. Urmează nivelul logic, care conţine modelul conceptual al bazei de date, exprimând entităţile, atributele şi relaţiile existente între acestea.


67

Următorul nivel este cel de acces al utilizatorilor direct la baza de date, în care un utilizator poate avea o viziune parţială asupra bazei de date, constând în acele entităţi şi atribute pe care doreşte sau are dreptul să le acceseze. La acest nivel, utilizatorul poate manipula datele direct în baza de date, în limita drepturilor sale. În majoritatea cazurilor de aplicaţii SIG, utilizatorul dispune de interfeţe specifice, programe ce permit, înlesnesc şi controlează accesul la baza de date. Este cazul utilizatorilor unor mari baze de date, utilizatori care nu sunt specialişti în folosirea unui anumit SGBD şi pentru care nivelul de aplicaţie constituie o interfaţă convenabilă la baza de date. Acest nivel este ultimul în structura ierarhică a unei arhitecturi specifice bazelor de date. Sistemul de gestiune a bazei de date asigură canalul de comunicaţie şi toate transformările dintre nivelele structurii bazei de date pentru a aduce la îndeplinire acţiunile cerute de utilizator [Săvulescu, C., Bugnariu, T., 2000].

TIPURI DE BAZE DE DATE

Structura stratificată este comună tuturor bazelor de date; diferenţierile apar în modul cum este organizat nivelul logic, prin dezvoltarea unor modele de date specifice. În continuare, am prezentat pe scurt structurile mai puţin folosite în SIG, fiind detaliat modelul relaţional de baze de date.

• Structura de date ierarhică Modelul de organizare ierarhică a datelor se bazează pe o structură de tip arborescent. Relaţia ce caracterizează acest model este cea în care o entitate denumită „părinte” are o asociere directă cu mai multe entităţi, denumite „copil”, dar fiecare „copil” poate avea un singur „părinte”. Cel mai simplu exemplu (cu anumite restricţii) de astfel de alcătuire este cel al organizării arborescente a sistemului de fişiere pentru sistemele Windows. Dezavantajul acestui model, care constituie de altfel principalul motiv pentru care nu este folosit în SIG, este acela al unei relative rigidităţi, în sensul că examinarea structurii pe baza unui criteriu valid, dar care nu a fost inclus de la început, devine imposibilă.

• Structura de date de tip reţea Modelul de organizare a datelor într-o structură de tip reţea a apărut ca o necesitate de a reduce duplicarea datelor atunci când o entitate „copil” este asociată la mai mult de o entitate „părinte”. Tehnic, problema este rezolvată printr-un sistem de aşa-numiţi pointers (adrese de memorie), care leagă împreună înregistrările într-o reţea, permiţând astfel ca o entitate „copil" să aparţină la mai multe entităţi „părinte”. Pentru utilizatorii începători de SIG ce exploatează baze de date complexe, poate fi descurajator, de multe ori apărând confuzii şi legături greşite.

• Structura relaţională a bazelor de date Cel mai utilizat model în domeniul bazelor de date SIG este modelul relaţional, nu numai pentru manipularea atributelor textuale, ci, în unele cazuri, şi pentru gestiunea datelor spaţiale sau geografice.


68

Modelul relaţional este bazat pe conceptul de relaţie, reprezentat fizic sub forma unui tabel; datele sunt aranjate în tabele în care liniile corespund unor înregistrări pentru entităţi, iar coloanele corespund atributelor asociate. Legăturile dintre tabele semnifică relaţiile dintre entităţi şi sunt realizate prin intermediul unor coloane comune mai multor tabele. Fiecare tabelă de relaţie operează ca o mulţime şi în consecinţă apare condiţia de unicitate a membrilor: o tabelă nu poate avea două linii identice. Modelul relaţional este folosit pe scară largă, deoarece permite colectarea datelor în tabele relativ simple, fiecare tabelă conţinând, de obicei, informaţii de aceeaşi natură. Dacă este necesar, datele unui tabel pot fi relaţionate pe baza unei coloane anume. Procesul constă în a găsi egalitatea dintre cheia primară a primului tabel şi o coloană a altui tabel. Coloana celui de-al doilea tabel care este legată de cheia primară a primului tabel se numeşte cheie străină sau cheie importată. Valorile unei coloane cheie străină trebuie să existe ca intrări în cheia primară a unui alt tabel relaţionat. Dacă această regulă e încălcată, este posibil ca o linie dintr-o tabelă să existe, dar să nu poată fi accesată [Săvulescu, C., Bugnariu, T., 2000].

• Modelul orientat pe obiecte Dezvoltări recente în SIG şi în domeniul bazelor de date au adus în prim plan abordarea orientată pe obiecte – OOGIS, respectiv OODBMS (Object Oriented). Obiectivul fundamental al acestei dezvoltări bazate pe modelul orientat pe obiecte (OO) este atingerea unui nivel mai înalt de abstractizare. Modelul OO este în mod particular util pentru aplicaţiile SIG, deoarece permite manipularea unor obiecte şi structuri de date complexe, modelând mai fidel realitatea. Spre deosebire de modelul relaţional, care împarte datele în tabele şi înregistrări, modelul orientat pe obiecte încearcă să reţină o relaţie mai strânsă între entităţile lumii reale şi obiectele bazei de date.

TIPURI DE SISTEME INFORMAŢIONALE GEOGRAFICE

Privit din punctul de vedere al relaţiei cu baza de date, sistemele SIG diferă prin metodele pe care le folosesc pentru stocarea datelor, în mod particular în legătura dintre atributele textuale şi datele geografice. Majoritatea sistemelor SIG actuale încorporează în arhitectura lor SGBDR (Sistem de Gestiune a Bazelor de Date Relaţional) dezvoltat de companii specializate în software pentru baze de date, sau dezvoltat chiar de producătorul SIG pentru propriile nevoi. Unul dintre marile avantaje ale utilizării SGBDR pentru atributele textuale este acela că se evită duplicarea datelor şi se oferă posibilitatea legării tabelelor, prin intermediul cheilor străine, cu alte tabele de atribute. Diferenţele care apar între sistemele SIG constau în aceea că unele folosesc SGBDR numai pentru atributele textuale, preferând propriul software pentru manipularea datelor geografice (formând aşa-numitul grup al sistemelor duale, din care fac parte celebrii ARC/INFO sau MGE INTERGRAPH), iar altele folosesc SGBDR pentru a gestiona ambele tipuri de date textuale şi spaţiale (formând grupul sistemelor integrate (SYSTEM9, MapInfo)).


69

Pentru sistemele duale s-a argumentat faptul că datele geografice sunt prea complexe pentru a fi gestionate de SGBDR clasice, fiind deci necesar a fi dezvoltat un software adecvat pentru acest tip de date. Sistemele integrate gestionează cu un SGBDR extins ambele tipuri de date, evitând astfel problemele de integritate a bazei de date (sincronizarea dintre baza de date grafică şi cea de atribute este un neajuns al sistemelor duale şi poate duce la inconsistenţa bazei de date).

3.2.3 ELEMENTELE UNUI SISTEM INFORMAŢIONAL GEOGRAFIC

Un SIG are cinci elemente de bază şi anume:

• Hardware – pachetele de programe SIG rulează pe o gamă largă de echipamente informatice , de la servere centrale la staţii de lucru individuale sau aflate în cadrul unor configuraţii de reţele. În manualele pachetelor de programe SIG este specificată configuraţia minimă necesară unui sistem. Perifericele uitilizate în prezent includ plotere şi scanere cartografice şi fotogrammetrice. Ploterele utilizate în prezent sunt exclusiv cele care folosesc tehnologia ink-jet. În trecut s-au folosit şi planşete-digitizoare pentru conversia planurilor şi hărţilor în formate digitale.

• Software – sunt componente ale unui sistem informatic şi permit gestionarea, stocarea, editarea, analiza şi reprezentarea informaţiei spaţiale. Există o mare varietate de echipamente software SIG, destinate atât companiilor private dedicate (comerciale; ESRI, Intergraph, MapInfo, Smallworld) cât şi Open Source (GRASS, Quantum GIS, Minesotta Map Server).

• Datele – reprezintă un alt element important al unui SIG. Culegerea datelor geografice presupune dificultăţi şi totodată costuri mari. Prin utilizarea facilităţilor puse la dispoziţie de fotogrammetrie, geodezie, topografie şi teledetecţie, se pot culege şi valida date ale unui SIG. Pentru a facilita accesul rapid la informaţie şi pentru a asigura o manipulare eficientă a datelor, acestea sunt constituite în baze de date regionale, naţionale şi globale, în funcţie de destinaţia SIG.

• Personalul – este cel care răspunde de proiectarea, realizarea şi utilizarea SIG. Datorită complexităţii unui astfel de sistem, personalul implicat este specializat pe module, grupuri de operaţiuni şi tehnologii. Recomandările pe plan internaţional sunt ca 5-10% din costul implementării unui SIG să fie reprezentat de investiţia în hardware şi în software. Costurile pentru întreţinerea datelor, precum şi pentru pregătirea personalului special reprezintă aproximativ 85-90% din totalul cheltuielilor pentru SIG.

• Metode sau proceduri – sistemul informaţional geografic trebuie să opereze în concordanţă cu un plan de afaceri şi un regulament bine conceput, care reprezintă modele şi practici de operare unice pentru fiecare organizaţie. Proiectarea unui SIG ca model al lumii reale pentru o aplicaţie particulară presupune metode de identificare şi conceptualizare a problemei ce trebuie rezolvată. Organizaţiile ce utilizează SIG trebuie să stabilească cele mai potrivite proceduri, pentru a se asigura că datele sunt utilizate corect şi eficient şi pentru a menţine calitatea acestora.


70

3.2.4 FUNCŢIILE UNUI SIG

Un SIG trebuie să îndeplinească următoarele funcţii sau operaţii:

• Introducere date

Datele geografice trebuie convertite într-un format convenabil, înainte de a fi utilizate. În prezent, există un număr foarte mare de date în formate compatibile SIG, ce pot fi obţinute de la furnizorii de date şi încărcate direct într-un sistem informaţional geografic.

• Manipulare (prelucrare)

Pentru un anumit proiect SIG, datele trebuie transformate sau prelucrate astfel încât să fie compatibile cu sistemul respectiv. Informaţiile geografice, fiind disponibile la diferite scări, trebuie aduse la aceeaşi scară înainte de a fi integrate în sistem. Aceasta poate fi doar o transformare temporară, în scopul afişării, sau una permanentă, necesară într-o analiză. Tehnologiile SIG oferă numeroase instrumente pentru prelucrarea datelor spaţiale şi eliminarea celor care nu sunt necesare.

• Gestiune

În cazul proiectelor mici de SIG, este suficientă stocarea informaţiilor geografice sub forma unor fişiere. Totuşi, atunci când volumul acestor date creşte, iar numărul utilizatorilor devine semnificativ, se impune utilizarea unui sistem de gestiune de baze de date, pentru a uşura stocarea, organizarea şi gestiunea datelor. Din punct de vedere structural, există numeroase SGBD, însă în SIG, modelul relaţional s-a dovedit a fi cel mai util.

• Interogare şi analiză

După ce sistemul ce conţine informaţiile geografice a fost pus în funcţiune, pot apărea întrebări de genul: „Cine este proprietarul unei anumite parcele?, Care este distanţa între două amplasamente?”, ”Unde se află amplasamentele potrivite pentru a construi noi case? Care este tipul de sol specific pădurilor de stejar? etc.

SIG oferă atât posibilităţi simple de interogare, cât şi instrumente performante de analiză care să furnizeze informaţii oportune deopotrivă managerilor şi analiştilor. Tehnologia SIG îşi justifică pe deplin eficienţa atunci când este folosită pentru a analiza date geografice în vederea stabilirii unor modele şi tendinţe, precum şi pentru experimentarea unor scenarii de tipul ”Ce se întâmplă dacă?”. Tehnologia SIG modernă dispune de numeroase instrumente de analiză, dintre care două prezintă importanţă deosebită:

- Analiza de vecinătate. Pentru a răspunde, de exemplu, la întrebări legate de vecinătăţi, tehnologia SIG utilizează un procedeu numit buffering pentru determinarea relaţiei de vecinătate dintre entităţi;

- Analiza overlay (suprapunere). Baza de date geografice este organizată în linii mari pe straturi sau layer-e. Integrarea datelor din layer-e diferite se face prin procedeul numit overlay. La baza acestei operaţii simple din punct de vedere vizual, de suprapunere a straturilor, se află operaţii algebrice, operaţii logice, operaţii


71

topologice etc. Prin această suprapunere pot fi integrate date despre sol, pante, vegetaţie sau proprietăţi funciare cu evaluarea impozitelor.

• Vizualizarea Tehnologia SIG, ca o extindere a cartografiei, a sporit eficienţa şi puterea analitică a hărţilor tradiţionale, fiind utilizată (prin intermediul funcţiei de vizualizare) pentru a produce imagini – hărţi, grafice, animaţii şi alte produse cartografice – ce permit cercetătorilor să-şi vizualizeze subiectele activităţii lor într-o viziune cu totul nouă. Aceste imagini sunt în egală măsură de ajutor în transmiterea conceptelor tehnice SIG potenţialilor beneficiari.

3.2.5 LEGĂTURI ALE SISTEMELOR INFORMAŢIONALE GEOGRAFICE CU ALTE SISTEME

Datele şi informaţiile se referă la detaliile geografice, la fel ca şi harta geografică. De aici rezultă legătura strânsă între organizarea elementelor hărţii, ale caracteristicilor acestora, precum şi organizarea datelor şi atributelor acestora. Este de remarcat faptul că termenul de „geografic” este utilizat ca sinonim cu „spaţial”. Sistemele Informaţionale Geografice prin însăşi denumirea lor presupun legătura cu alte sisteme informaţionale. Fotogrammetria şi teledetecţia sunt surse de date pentru SIG. Cartografia asistată de calculator, nu mai este un domeniu de dezvoltare distinct, ci este în prezent o componentă a marii majorităţi a soluţiilor SIG profesionale. Acestea includ funcţionalitate specifică pentru cartografie care satisface chiar şi cele mai pretenţioase agenţii din acest domeniu. Sistemele informaţionale geografice pot interfera cu:

1) Sisteme cartografice automate. Componenta specifică cartografiei asistate de calculator este legată de simbolizare, de legătura cu sistemele moderne de tipărire, sisteme care sunt, de asemenea asistate de calculator. Un SIG profesional trebuie să aibă o componentă cartografică care să permită atât simbolizarea complexă şi identificarea suprapunerilor, cât şi generarea formatelor acceptate de către sistemele moderne de tipărire.

2) Sisteme fotogrammetrice şi de teledetecţie, ce sunt destinate activităţilor de culegere, validare, organizare, stocare, manipulare şi afişare a datelor vectoriale şi/sau raster, rezultate din prelucrarea fotogramelor analogice sau digitale obţinute cu ajutorul senzorilor montaţi pe avion, elicopter sau platformă satelitară.

3) Sisteme de proiectare asistată de calculator (CAD), care au fost proiectate şi realizate pentru a uşura munca ingineriei tehnice. Ele sunt bazate pe grafică şi folosesc primitive grafice, pentru a reprezenta detalii ale obiectului într-un proces interactiv de proiectare.

4) Sisteme de gestiune a bazelor de date (SGBD) care sunt un set de aplicaţii software utilizate pentru crearea şi întreţinerea unei baze de date în conformitate cu o schemă. SGBD includ componente pentru adăugarea, editarea, stocarea, ştergerea şi regăsirea datelor. O bază de date este un set structurat de date permanente, gestionate şi stocate în mod unitar şi asociate cu un software pentru actualizarea şi interogarea datelor [Wade, T., Sommer, S., 2007]. Un exemplu de bază de date simplă poate fi şi un singur fişier compus dintr-o suită de înregistrări. O bază de date spaţială include date despre localizarea spaţială şi forma geometrică a elementelor geografice, şi utilizează de obicei puncte, linii, suprafeţe, pixeli, modele ale terenului (TIN sau GRID) şi atributele specifice acestora.


72

3.2.6 ALGORITMUL DE REALIZARE A UNUI SISTEM INFORMAŢIONAL GEOGRAFIC

1) Definirea direcţiilor strategice şi a scopului proiectului; se analizează impactul proiectului în contextul general al situaţiei existente în organizaţia în care se implementează soluţia SIG; se analizează interferenţa cu alte soluţii, precum şi interacţiunile între diferitele departamente care pot beneficia din implementarea soluţiei SIG;

2) Descrierea şi analizarea soluţiilor informatice care vor fi utilizate, infrastructura (hardware şi comunicaţii), tipul bazei de date care va fi utilizat, complexitatea soluţiei software care va fi utilizată, sunt definite caracteristicile datelor care vor fi utilizate (precizie, grad de actualizare, grad de complexitate), este definit personalul care va fi necesar (grad de expertiză, număr), se stabilesc tipurile de rapoarte care se vor genera şi, extrem de important, se face o evaluare a costurilor de implementare a proiectului: valoare, durată, beneficii, etc.;

3) Proiectul bazei de date şi alegerea unui model logic pentru date, model care va sta la baza analizelor ulterioare. De exemplu, în cadrul realizării de hărţi de hazard la inundaţii, modelul datelor va trebui sa fie unul hidrografic, care să permită modelarea fenomenelor hidrografice şi să obţină, ca rezultat, o hartă de hazard la inundaţii. Sunt analizate apoi costurile legate de date: utilizarea bazelor de date existente, costurile legate de migrare şi actualizare, costurile şi beneficiile legate de crearea de noi baze de date, surse existente, etc.;

4) Definirea cerinţelor sistemului [Peters, D., 2008]. Sunt analizate cerinţele faţă de infrastructura (hardware şi comunicaţii) care va fi utilizată. Aceasta este impusă de factori cum sunt: dimensiunea bazei de date, numărul estimat de utilizatori, timpii de răspuns solicitaţi, tipurile de operaţii estimate a se efectua, etc.;

5) Analiza cost/beneficiu. Această etapă este esenţială în dezvoltarea şi implementarea oricărui proiect. Proiectele SIG sunt în mod uzual proiecte de mare complexitate, cu implicaţii certe în modul de operare al unei organizaţii, dar şi cu costuri mari, cu implicaţii puternice asupra formării de personal;

6) Planificarea implementării este o etapă importantă în orice proiect şi este determinată de rezultatele obţinute în etapele anterioare. În această etapă se face şi o re-evaluare a rezultatelor obţinute în etapele anterioare;

7) Identificarea şi descrierea aspectelor legate de personal, tipuri de funcţii, cerinţe, inclusiv cele legate de formare. Costurile în această etapă sunt semnificative;

8) Se realizează un proiect pilot; 9) Se actualizează cerinţele legate de etapele anterioare, în special cele care

privesc infrastructura (hardware şi comunicaţii), şi se trece la implementarea efectivă a proiectului.


73

3.2.7 DATE UTILIZATE ÎN SIG

Data este „un semn, un şir de caractere, un număr depus pe un suport, în vederea regăsirii lui ulterioare” (Săvulescu, 1996). Informaţia este „o dată care a primit semnificaţie” (Săvulescu, 1996) sau „o semnificaţie atribuită datei prin modul în care este interpretată” (British Computer Society, 1989) Informaţia geografică este „o dată care caracterizează o anumită poziţie sau locaţie din spaţiul terestru” (Săvulescu, 1996) sau „ o dată care poate fi corelată cu o anumită poziţie de pe Pământ” (Departamentul de Mediu, 1987). Componentele datei geografice Datele geografice definesc o anumită entitate în spaţiu, prin patru elemente caracteristice:

- poziţie – exprimată de regulă prin coordonate spaţiale sau adresă poştală; - atribute – caracteristici ale entităţilor geografice (denumiri, altitudini, diametre,

tipuri de soluri etc.); - relaţii spaţiale – poziţia relativă faţă de alte entităţi, caracteristică importantă

în analiza care introduce noţiunea cunoscută în SIG sub numele de topologie; - timp – momentul în care a fost culeasă data.

Tipuri de date Într-un SIG sunt prelucrate două tipuri de date: spaţiale şi descriptive. Datele spaţiale cu care operează SIG sunt punctul, linia şi poligonul, cu ajutorul cărora se reprezintă orice entitate considerată relevantă studiului. În funcţie de aplicaţie, prin compunerea acestor elemente, se pot crea elemente de tip nod, vertex, arc, reţea, suprafaţă sau arie. Datele descriptive (sau atribute) reprezintă valori care exprimă caracteristici cantitative şi calitative ale unei entităţi. Calitatea datelor introduse în sistem afectează calitatea rezultatului final. Datele se diferenţiază funcţie de precizie, gradul de actualizare, sursa primară, tehnologia de generare, metadate, alinierea la standardele din domeniu. Directiva Europeană INSPIRE (INfrastructure of SPatIal data in Europe), pune un accent deodebit pe metadate şi alinierea la standarde. Utilizarea standardelor facilitează interoperabilitatea atât la nivel de date, cât şi la nivel de aplicaţie. Marea majoritate a echipamentelor topografice şi fotogrammetrice actuale permit culegerea datelor direct într-o formă structurată de baze de date cu componentă spaţială. Marii producători de sisteme de gestiune a bazelor de date permit tratarea integrată a datelor cu componentă spatială: Oracle (Oracle Spatial), Microsoft (SQL Server 2008 Spatial), IBM (DB2 Spatial Data Joiner), Informix (Data Blade). De asemenea, au fost dezvoltate aplicaţii din clasa ETL (Extract, Transform, Load) care permit transferul datelor dintr-un format într-altul, dintr-un sistem de proiecţie într-altul. Principalul producător de soluţii ETL este Safe Software (www.safesoftware.com). Aplicaţiile din clasa ETL sunt deosebit de importante în cazul în care este necesară integrarea unor seturi de date eterogene, provenite, de regulă, din surse diferite.


74

SURSE DE DATE

• O abordare tradiţională de identificare a surselor de date o reprezintă verificarea metadatelor. Metadatele sunt „date despre conţinut, calitate, condiţii şi alte caracteristici ale datelor” (Federal Geographic Data Commitee). Principiul de funcţionare a metadatelor este căutarea secvenţială. Există două soluţii:

- sistem de codificare riguroasă legat la un dicţionar de termeni; - legarea bazei de date la un dicţionar de sinonime.

Crearea şi întreţinerea unei metadate care să faciliteze un acces rapid, să ofere posibilităţi de căutare multicriterială şi să răspundă necesităţilor tuturor posibililor utilizatori, este foarte complexă. Reţeaua de calculatoare prezintă una din posibilele soluţii, având avantajul descentralizării informaţiei şi accesul rapid. Soluţia prezintă şi o serie de dezavantaje precum: discrepanţe în definirea termenilor, diferenţe în protocolul de căutare, formate de stocare diferite, incompatibilităţi hardware şi software. Ideea de bază în proiectarea unei metadate este construirea unor sisteme care să permită introducerea sau extragerea datelor cu uşurinţă. Principalele grupe de informaţii conţinute într-o metadată sunt:

- informaţii despre deţinătorii datelor (nume, adresă, specific); - informaţii despre sursa de date (titlu şi tip); - descrierea fiecărui element din bazele de date ale deţinătorilor (categorii şi

tipuri de date, calitatea datelor, gradul de completare, forma de stocare, scară şi rezoluţie de reprezentare, sisteme de proiecţie, posibilităţi de transfer, nivel de actualizare, unităţi de măsură etc.): În câteva ţări este promovată dezvoltarea metadatelor on-line (consultarea metadatei se poate face prin intermediul Internetului).

• O altă abordare o constituie infrastructurile naţionale de date. Acestea sunt mari depozite de date, care „includ materiale, tehnologii şi personal, în vederea achiziţionării, procesării, stocării şi distribuţiei datelor spaţiale” (Yunfeng, 1999).

• Harta – reprezintă principala sursă de date spaţiale pentru SIG. Utilizarea hărţilor în SIG prezintă atât avantaje cât şi dezavantaje. Dintre avantaje pot fi amintite următoarele: sunt mai uşor de procurat, fiind disponibile la diferite scări; oferă informaţii referitoare la evoluţia în timp a unor fenomene spaţiale; sunt reprezentate într-un sistem de referinţă geodezic. În ceea ce priveşte dezavantajele, acestea pot fi: sunt o reprezentare generalizată a realităţii (nu oferă o imagine exactă a lumii reale); sunt o reprezentare simplificată (prezintă doar o selecţie de caracteristici într-un mod simbolic) [Săvulescu, C., Bugnariu, T., 2000].

• Date culese prin metode fotogrammetrice. Metodele fotogrammetrice prezintă avantajul că pot oferi o cantitate mai mare de date într-un timp scurt. Dezavantajul constă în faptul că efectuarea lucrărilor poate fi influenţată atât de condiţiile atmosferice cât şi de anotimpuri.

• Date satelitare. În prezent, există câteva sisteme satelitare care colectează şi distribuie date pentru diverşi utilizatori. Datele culese direct în format digital în diferite


75

benzi spectrale sunt trimise la sol la anumite intervale de timp. Datorită structurii digitale raster, acest tip de date este preferat în proiectele SIG.

• O importantă sursă de date o reprezintă bazele de date spaţiale deja existente. Este de subliniat că este mai ieftin ca datele să fie cumpărate decât introduse în sistem de către cel ce dezvoltă aplicaţia. Problemele care apar aici sunt legate de transferul datelor şi de format.

• Staţiile totale permit achiziţionarea, stocarea şi procesarea măsurătorilor realizate pe teren, furnizând date de intrare sigure pentru SIG.

• Măsurători GPS – au mare eficienţă la culegerea datelor necesare Sistemelor Informaţionale Geografice. Semnalele emise de sateliţi dau posibilitatea determinării distanţelor dintre sateliţi şi staţiile de măsurare. Cunoscând în permanenţă poziţia sateliţilor, cu ajutorul a cel puţin patru sateliţi se poate determina poziţia punctelor din spaţiul terestru.

3.2.8 ANALIZA DATELOR SPAŢIALE

OPERAŢII ANALITICE ASUPRA UNUI SINGUR LAYER • Manipulări geometrice - Scalare (modificări de scară). Modificările de scară (zoom) sunt foarte utile în

cazul generării unor imagini pe ecran. Zoom-ul poate fi activat atât în modulul SIG principal, cât şi în programe utilitare, de vizualizare, cu menţiunea ca ultimele sunt mai rapide.

- Schimbarea proiecţiei. Datele provenind din diferite surse, sunt adeseori, raportate la diferite proiecţii cartografice. Pentru a se putea efectua operaţii cu două sau mai multe layer-e este necesar ca datele să fie raportate la acelaşi sistem de proiecţie. Acest deziderat este realizat prin transformarea datelor dintr-un sistem de proiecţie în altul. Transformările se bazează pe o serie de relaţii matematice care descriu diverse proiecţii cartografice existente sau definite de utilizator. De fapt, mărimile afectate de aceste transformări sunt coordonatele punctelor, care se vor raporta la noul sistem de proiecţie.

- Modificarea coordonatelor. Cele mai multe pachete SIG pot efectua o mare varietate de transformări de coordonate, pe baza unor funcţii matematice, prin care coordonatele aparţinând punctelor unui layer devin compatibile cu cele ale unor puncte din alte layer-e.

• Măsurători: lungimi, perimetre, arii Există mai multe metode de măsurare care se pot aplica asupra modelelor de tip raster sau vector.

- Măsurători în modul raster. Un factor care influenţează calculul distanţelor, perimetrelor şi ariilor în modelele raster este rezoluţia. Se pot face următoarele tipuri de măsurători de distanţe: distanţa euclidiană (se bazează pe teorema lui Pitagora), distanţa Manhattan (se calculează numărând laturile celulelor grafice necesare ajngerii dintr-un punct A într-un punct B pe drumul cel mai scurt) şi măsurarea distanţelor prin metoda proximităţii (presupune crearea unor zone concentrice, echidistante, în jurul punctului de plecare, în acest mod putându-se vizualiza direct


76

pe ecran distanţele cele mai scurte dintre oricare dintre punctele de pe hartă şi punctul de referinţă).

- Măsurători în modul vector. În modulele vector distanţele sunt măsurate cu ajutorul teoremei lui Pitagora, deci se obţin distanţe euclidiene. Perimetrele se evaluează însumând lungimile laturilor componente ale poligonului. Ariile se obţin prin însumarea unor poligoane mai simple în care se poate împărţi poligonul analizat. Pentru calculul ariilor, metoda cel mai frecvent folosită este cea „a trapezelor”.

• Interogări Interogarea bazei de date ocupă un loc primordial în majoritatea aplicaţiilor SIG. Prin interogare se realizează „recuperarea” datelor, operaţie utilă în toate etapele elaborării unui proiect SIG. Majoritatea specialiştilor identifică două tipuri de interogări:

- nespaţiale, care se referă la atributele entităţilor analizate şi de aceea se mai numesc şi „interogări după atribut” (de exemplu, „Câte spaţii comerciale se găsesc într-o anumită zonă?” [Săvulescu, C., Bugnariu, T., 2000];

- spaţiale, care presupun analiza componentei spaţiale a bazei de date şi este realizată în cadrul programului SIG. (de exemplu, „Unde se află spaţiile comerciale dintr-o anumită zonă?”). Rezultatul (amplasarea spaţiilor comerciale) poate fi sub forma unui raport (listă) şi se poate reprezenta grafic, pe hartă.

• Funcţii de vecinătate Funcţiile de vecinătate evaluează caracteristicile ariei din jurul unei locaţii grafice specificate. Printre cele mai cunoscute funcţii de vecinătate se pot enumera buffering-ul şi funcţia de căutare:

- Buffering-ul presupune crearea de zone de interes la anumite distanţe în jurul entităţilor (puncte, linii, poligoane). Pentru o serie de entităţi se pot genera zone tampon cu lăţime constantă sau variabilă, în funcţie de valorile unor anumite atribute asociate entităţilor geografice. Zonele tampon sunt create ca poligoane deoarece ele reprezintă arii în jurul, în exteriorul sau în interiorul unor entităţi.

- Funcţia de căutare atribuie o valoare fiecărei entităţi „ţintă” pe baza unor atribute ale celulelor grafice învecinate. Funcţiile de căutare sunt, de regulă, predefinite în cadrul programelor SIG. Suprafaţa de căutare este, în cele mai multe cazuri de formă circulară, dreptunghiulară sau pătrată, având dimensiuni stabilite de utilizator. OPERAŢII ANALITICE MULTI-LAYER Operaţiile de analiză spaţială multiplă presupun utilizarea datelor provenind din:

- două sau mai multe straturi (layer-e SIG); - două sau mai multe obiecte într-un SIG bazat pe obiect; - un layer SIG şi o sursă externă de date.

Există o serie de probleme în aplicarea operaţiilor cu mai multe layer-e:


77

- Sursele de date şi calitatea acestora. Dacă există două layer-e SIG care trebuie integrate şi unul din ele este de calitate slabă sau prezintă erori necunoscute de utilizator, rezultatul integrării poate fi eronat. Dacă se cunosc diverse informaţii despre erorile unui layer utilizatorul ar putea face o serie de corecţii, prin compensări sau transformări;

- Scara. În cazul a două layer-e care se integrează este recomandat ca acestea să provină din surse realizate la aceeaşi scară;

- Sistemul de proiecţie. Pentru ca rezultatele operaţiilor multi-layer să fie corecte trebuie ca toate layer-ele să conţină date reprezentate în acelaşi sistem de proiecţie;

- Structura de date. Pentru majoritatea operaţiilor care se efectuează cu două sau mai multe layer-e este necesar ca acestea să fie reprezentate utilizând acelaşi model de date şi aceeaşi structură de date. Astfel, dacă un layer este raster, atunci şi celelalte trebuie să fie raster.

• Integrarea datelor - Suprapunere în modul raster – este o operaţie simplă, constând în crearea

unui nou layer, cu ajutorul valorilor provenind din două sau mai multe layer-e sursă. Printre problemele apărute în timpul operaţiei de suprapunere se pot enumera: rezoluţia (cele două sau mai multe layer-e care se integrează trebuie să fie codificate folosind aceeaşi rezoluţie) şi scara (combinarea layer-elor având scări diferite incompatibile, de măsură, pot genera rezultate fără sens);

- Suprapunere în modul vector – dacă se doreşte suprapunerea a două layer-e vector, utilizatorul trebuie să se asigure că acele layer-e sunt topologic corecte, adică liniile se intersectează formând noduri şi toate poligoanele sunt închise. Crearea topologiei pentru layer-ul rezultat în urma operaţiei de suprapunere necesită adăugarea unor noi intersecţii între linii şi apariţia unor noi poligoane, lucru posibil printr-o serie de calcule geometrice. În sistemele vector există trei tipuri de suprapunere: punct-în-poligon, linie-în-poligon şi poligon-în-poligon.

- Suprapunere combinată raster-vector – este posibilă suprapunerea entităţilor vectoriale peste cele raster. Această suprapunere este virtuală sau grafică şi se realizează fără să se producă modificări în baza de date. O suprapunere grafică necesită o ordine bine definită a operaţiilor. Este posibilă suprapunerea unei imagini vectoriale peste un fundal raster, în timp ce operaţia inversă va produce acoperirea imaginii vectoriale de cea în sistem raster. În prezent, există pachete SIG care au capacitatea unei integrări complete raster-vector. De regulă, operaţia de suprapunere necesită etichetarea entităţilor vector cu atributele pixelilor layer-ului în sistem raster pe care-i intersectează şi invers [Săvulescu, C., Bugnariu, T., 2000].

3.2.9 DOMENII DE UTILIZARE A SISTEMELOR INFORMAŢIONALE GEOGRAFICE

Tehnologia Sistemelor Informaţionale Geografice (SIG) acoperă o arie vastă de aplicaţii: de la mediul înconjurător până la domeniul bancar, de la cadastru şi cartografie până la asigurări, de la urbanism şi gestiunea localităţilor până la conducerea activităţii unei întreprinderi, apărare şi siguranţă naţională etc. Pot fi amintite proiecte din diverse domenii, ce se bazează pe SIG:


78

-Studiul de impact asupra mediului în sprijinul planificării urbane a folosinţelor de teren, folosind tehnologie OpenGIS (este definit ca acces transparent la resurse eterogene de date geografice (spaţiale) şi prelucrări ale resurselor într-un mediu distribuit (reţea)) şi proceduri de estimare a nivelului de poluare.

-Biologii folosesc transmiţătoare radio şi antene satelitare pentru a trasa rutele migraţiilor de caribu şi urşi polari, pentru a susţine programul de protecţie a animalelor. În SIG, rutele migraţiilor au fost indicate cu diferite culori pentru fiecare lună, timp de 21 luni. Cercetătorii au folosit apoi SIG pentru a suprapune traseele migraţiei pe harta planului de dezvoltare a exploatărilor petroliere pentru a determina posibilitatea interferenţei cu traseele animalelor [Ibănescu, Ţipişcanu, Niculiţă, 2003].

-Utilizând tehnologia SIG împreună cu informaţiile contabile ale unei companii, devine posibilă simularea depunerilor de materiale în sistemul de purificare în partea superioară a unui curs de apă într-o zonă inundabilă. Facturile arată cât de multă apă a fost consumată la o anumită adresă. Pe baza cantităţii de apă consumată, se poate face o predicţie asupra cantităţii de material ce va fi descărcat în sistemul de purificare, în acest fel putând fi localizate, utilizând SIG, zonele cu deversări mari de materiale.

-SIG permite celor care planifică intervenţii în caz de urgenţe să calculeze timpul de răspuns în cazul unor dezastre naturale, sau poate fi folosit la delimitarea zonelor umede care au nevoie de protecţie împotriva poluării.

-Folosind hărţile zonelor umede, ale diferenţelor de nivel, ale reţelei hidrografice, ale terenului şi ale solurilor, SIG-ul poate produce un strat (situat deasupra acestora) care aranjează zonele umede conform cu sensibilitatea lor relativă de a produce pagube în apropierea fabricilor şi locuinţelor.

-Pentru prevenirea, protecţia şi diminuarea efectelor inundaţiilor în bazinele hidrografice, se realizează hărţi de hazard la inundaţii.

3.2.10 EXEMPLE DE UTILIZARE A DATELOR FOTOGRAMMETRICE ÎN SIG

Fotogrammetria şi teledetecţia joacă un rol extrem de important în dezvoltarea şi implementarea Sistemelor Informaţionale Geografice. Imaginile aeriene sunt des utilizate de operatorii SIG în scopul realizării analizelor spaţiale. Informaţiile necesare creării bazelor de date SIG pot fi preluate direct din stereomodelele obţinute cu ajutorul aparatelor de restituţie. De exemplu, informaţiile referitoare la drumuri, hidrografie, terenuri etc. pot fi codate şi digitizate direct din stereomodele şi introduse în bazele de date SIG. Ortofotoimaginea digitală reprezintă un alt produs fotogrammetric care a devenit indispensabil în tehnologia SIG. Aceste produse sunt valoroase în mod special datorită faptului că pot fi uşor vizualizate şi analizate de către operatorii SIG. Drumurile, căile ferate, limitele terenurilor mlăştinoase, precum şi alte caracteristici planimetrice care apar în imagini, pot fi uşor convertite în format vector şi folosite în diferitele analize spaţiale ale tehnologiei SIG [Wolf, P., Dewitt, B.M., 2000]. Straturile ce conţin informaţii necesare sistemelor informaţionale geografice sunt adesea obţinute prin analizarea produselor fotogrammetrice, concomitent cu alte documente. Spre exemplu, un strat ce conţine informaţii referitoare la un proprietar de teren, poate fi uşor dezvoltat prin analiza vizuală a ortofotoimaginilor digitale, în timpul în care se efectuează citirea şi totodată, interpretarea descrierilor parcelei, a


79

dimensiunilor acesteia, precum şi a altor informaţii existente în acte (contracte), planuri de situaţie sau documente de impozitare.

a). Managementul calităţii apelor

Sistemele Informaţionale Geografice au fost aplicate cu succes la soluţionarea multor probleme cu privire la managementul calităţii apelor. Un proiect de acest tip, luat spre exemplificare, implică realizarea unei baze de date SIG pentru bazinul de recepţie al râului Sugar River din sudul statului Wisconsin. Obiectivul acestui SIG a fost de a furniza costul real al mijloacelor de prevenire a eroziunii solului, de îmbunătăţire şi prezervare a calităţii apei râului Sugar River şi afluenţilor săi, precum şi a lacului Belle Lake situat în partea de sud a bazinului. În apele acestui bazin au pătruns mari cantităţi de sedimente şi fosfor provenite atât din agricultură, cât şi din exploatările terenurilor urbane. Aceste condiţii sunt nocive habitatului acvatic al bazinului şi au, de asemenea, un impact negativ asupra aspectului estetic şi de agrement al apei. Pentru rezolvarea acestei probleme, a fost dezvoltată o bază de date SIG, în vederea furnizării informaţiilor necesare realizării unui program de modelare, care să identifice zonele cu cantităţi mari de fosfor şi sedimente. Straturile necesare realizării bazei de date SIG includ elemente de topografie, hidrografie, tipurile de sol ale terenurilor din zona studiată, precum şi elemente referitoare la terenurile acoperite sau la terenurile aflate în folosinţă. Fotogrammetria a jucat un rol important în realizarea fiecăruia dintre aceste straturi. De exemplu, stratul pentru altitudini a fost realizat pe baza modelului digital altimetric, acesta fiind obţinut la rândul lui pe cale fotogrammetrică. Informaţiile conţinute în stratul corespunzător hidrografiei au fost preluate din ortofotoimagini. În urma combinării acestor două straturi, au fost identificate zonele de drenare. Stratul cu tipurile de sol a fost obţinut prin scanarea fotografiilor aeriene. Stratul pentru teren acoperit/teren în folosinţă constă din combinarea mai multor straturi individuale. Acesta include terenuri agricole, fâneaţă, păduri, mlaştini, drumuri, zone rezidenţiale, industriale, sau comerciale. Deşi, pentru obţinerea acestor informaţii au fost utilizate şi alte surse, precum planuri parcelare sau planuri urbanistice zonale, multe dintre acestea au fost preluate din ortofotoimagini. De asemenea, terenurile fermelor individuale au fost subdivizate în zone separate şi incluse în acest strat. Această subdivizare a fost necesară datorită rotaţiei culturilor ce are un aport important la formarea cantităţii de sedimente şi fosfor. Informaţiile obţinute au fost apoi integrate într-un program de modelare, iar prin analizele tehnologiei SIG au putut fi afişate zonele ce conţin sedimente şi fosfor din fiecare unitate hidrologică. Pe baza acestor rezultate, pot fi luate măsuri cu privire la întreţinerea terenurilor agricole, amenajarea teraselor de pământ, sau la instalarea bazinelor de control al sedimentelor.

b). Realizarea hărţilor de hazard privind dezastrele naturale

Dezastrele naturale sunt, prin natura lor, fenomene complexe atât în ceea ce priveşte cauzele, cât şi efectele. Alunecările de teren, de exemplu, au drept cauze atât factori naturali (caracteristicile substratului – rocă, vegetaţie, pantă etc. - , regimul precipitaţiilor), cât şi factori antropici (trepidaţiile provocate, amplasarea


80

defectuoasă a construcţiilor etc.). Cutremurele de pământ au grave consecinţe asupra tuturor componentelor mediului geografic. Inundaţiile reprezintă unul din cele mai mari dezastre naturale, ce afectează numeroase ţări de-a lungul anului. Fiind un fenomen natural inevitabil, cauzele acestuia sunt mai ales de natură hidro-meteorologică, însă trebuie luată în considerare şi intervenţia antropică (de exemplu, îndiguirea neraţională contribuie la amplificarea viiturilor în aval) [Stoian I., Bunea S., Însurăţelu M., 2005]. Din punct de vedere statistic, începând cu deceniul 1991-2000 a avut loc o creştere pe plan mondial a frecvenţei şi intensităţii de manifestare a dezastrelor naturale. Una din cauzele acestei creşteri o reprezintă încălzirea climatică globală. Încălzirea progresivă a planetei are loc în mod neuniform, cu schimbări climatice care atrag după sine fie ploi torenţiale, fie topirea bruscă a zăpezilor din munţi, perturbaţiile climatice extinzându-se şi asupra culturilor agricole. Evidenţa dezastrelor naturale şi a catastrofelor a devenit preocuparea prioritară a guvernelor şi a organismelor internaţionale. Această preocupare este justificată de faptul că pagubele produse depăşesc bugetele existente, sau perturbă planurile naţionale de dezvoltare economică şi socială. Într-adevăr, statisticile oficiale ale Comisiei europene arată o creştere explozivă a valorii pagubelor din ultimele decenii produse de calamităţile naturale. Creşterea valorii pagubelor şi a fatalităţii lor se explică prin faptul că populaţia globului a crescut mult şi în mod paradoxal, continuă să se concentreze şi în zonele cele mai expuse catastrofelor naturale majore. Viteza de creştere a pagubelor produse de calamităţile naturale este în prezent mai mare decât viteza cu care se aplică descoperirile ştiinţei. Alternativa realistă constă în prevenirea pagubelor prin măsuri conceptuale şi constructive, oricare ar fi datele şi intensităţile calamităţilor care vor surveni. În contextul definirii problematicii actuale a dezastrelor naturale, se impune identificarea unor metode care să permită simultan:

- îmbunătăţirea prognozelor referitoare la locul, momentul şi caracteristicile fenomenelor naturale ce pot căpăta caracter de dezastru;

- realizarea de scenarii privind strategiile de adoptat în momentul declanşării dezastrului („real-time action”);

- adoptarea unor strategii aplicabile după dezastru, în vederea diminuării pagubelor şi revenirii la normal.

În perioada 1998 – 2004, în Europa s-au produs cca. 100 de viituri majore, cauzând moartea a cca. 700 de oameni; pagubele directe au afectat cca. un milion de oameni, însumând cca. 25 miliarde euro. În anul 2005, principalele ţări afectate de inundaţii au fost: Austria, Bulgaria, Franţa, Germania şi România [Stoian I., Bunea S., Însurăţelu M., 2005]. Principalii factori care au dus la înregistrarea acestor pagube sunt: producerea de viituri şi a debitelor maxime cu valori mari (ca o consecinţă a schimbărilor climatice), dezvoltarea obiectivelor economice în zonele inundabile cu risc mare, vulnerabilitatea mare a zonelor locuite situate în zonele de risc. În urma producerii acestor evenimente, Parlamentul Uniunii Europene propune, conform „Proposal for a Directive of the European Parlament and Council on the assessment and management of floods”(din 18.01.2006, Brussel), directive cu scopul reducerii riscului natural, protecţiei populaţiei, protecţiei mediului şi reducerii


81

pagubelor obiectivelor social-economice. Directivele privind gestionarea inundaţiilor se vor aplica pe tot teritoriul Uniunii Europene. În prima etapă, statele membre ale Uniunii Europene au obligaţia de a elabora harta de risc la inundaţii. Termenul este până la 22 decembrie 2013, cu revizuire la fiecare 6 ani. În a doua etapă, statele membre ale Uniunii Europene (UE) vor stabili nivelul de apărare a zonelor de risc la inundaţii, în funcţie de probabilitatea de producere a viiturilor şi de obiectivele social-economice din zonele inundabile. În concordanţă cu aceasta, se va elabora planul de amenajare a bazinelor hidrografice privind protecţia contra inundaţiilor. Termenul este până la 22 decembrie 2015, cu revizuire la fiecare 6 ani. Dacă bazinul hidrografic este situat pe teritoriul comun al ţărilor membre Uniunii Europene, statele riverane vor ajunge la un acord comun pentru elaborarea unui singur plan. Managementul eficient al dezastrelor naturale trebuie considerat un concept care stă la baza fiecărei societăţi. Contextul actual al societăţii româneşti nu este, în multe situaţii, cel mai favorabil abordărilor ştiinţifice ample, care necesită fonduri semnificative şi implicare profundă pentru realizarea obiectivului urmărit. Un exemplu este cel al ultimelor inundaţii (primăvara şi vara anului 2005, primăvara anului 2006), care au scos în evidenţă faptul că la noi în ţară, atât la nivel central cât şi la cel local, nu există instrumentele necesare pentru gestionarea crizelor şi de asemenea, nu există posibilitatea unui management al factorilor de risc. Dacă ar fi existat în acea perioadă cel puţin hărţile actualizate ale zonelor afectate, chiar şi în format analogic, intervenţiile ar fi avut o eficienţă mai mare şi s-ar fi acţionat mai puţin empiric [Stoian I., Bunea S., Însurăţelu M., 2005]. Aşadar, se impune existenţa unui sistem informaţional geografic care să integreze toate tipurile de date cât mai actuale (informaţiile referitoare la denumiri de localităţi, drumuri, proprietari de parcele, culturi etc.), având o importanţă majoră în managementul dezastrelor. Aplicarea SIG pentru studiul dezastrelor naturale are în primul rând un obiectiv extrem de precis, concretizat în reducerea pagubelor materiale şi a numărului de victime ale fenomenelor naturale. Trebuie subliniat caracterul deschis, permeabil, al aplicării SIG în studiul dezastrelor naturale. Există capacitatea şi chiar se impune actualizarea în timp real a bazei de date, acest lucru neafectând corectitudinea analizelor, ci contribuind la completarea valorii acestora. În SUA şi în Europa funcţionează, de mai bine de un sfert de secol, sisteme informaţionale interconectate, sau conectate la Internet care permit accesul la o mulţime de date şi informaţii de largă utilitate publică. În Austria şi Germania există sisteme expert care monitorizează activităţile din agricultură de pe raza unei comune şi furnizează pentru fermieri o gamă extrem de largă de date şi informaţii privind calitatea solului, istoricul producţiilor agricole pe perioade de timp cuprinse între 1-50 de ani, rotaţia culturilor etc. Stadiul actual al realizării de sisteme informaţionale geografice în România este în concordanţă cu nivelul de dezvoltare a economiei naţionale. Trebuie precizat totuşi faptul că, autorităţile conştientizează din ce în ce mai mult importanţa rolului SIG în


82

administrarea resurselor rurale. În consecinţă, în multe comune s-a trecut la introducerea cadastrului ca bază pentru activitatea curentă de administrare a resurselor. Astfel, există proiecte care urmăresc realizarea de sisteme informaţionale în vederea monitorizării situaţiilor de criză. Un exemplu în acest sens îl reprezintă proiectul „Realizarea hărţilor de hazard şi de risc la nivel judeţean pentru monitorizarea situaţiilor de criză” , fiind în curs de realizare la Centrul Naţional de Geodezie, Cartografie, Fotogrammetrie şi Teledetecţie – Bucureşti. Cu această instituţie, am început din decembrie 2006 o colaborare în vederea realizării părţii aplicative, iar etapele pe care le-am parcurs în cadrul acestui proiect sunt prezentate în capitolul 4 al prezentei teze de doctorat.

3.2.11 UTILIZAREA ORTOFOTOPLANURILOR ÎN APLICAŢIA SIAC-SIPA (IACS-LPIS)

Începând cu 1 ianuarie 2007, când România a devenit stat membru al Uniunii Europene, Agenţia de Plăţi şi Intervenţie pentru Agricultură (APIA) derulează fondurile europene pentru implementarea măsurilor de sprijin finanţate din Fondul European pentru Garantare în Agricultură (FEGA), fonduri ce sunt acordate pe cei doi piloni ai Politicii Agricole Comune (PAC) şi anume: Pilonul I – Plăţi directe şi respectiv, Pilonul II – Dezvoltare rurală. Agenţia de Plăţi şi Intervenţie pentru Agricultură (APIA) a fost înfiinţată în anul 2005 şi funcţionează în subordinea Ministerului Agriculturii, Pădurilor şi Dezvoltării Rurale (MAPDR), având următoarea organizare: aparat central, 42 de centre judeţene şi 210 centre locale. Conform reglementărilor în vigoare şi a rezultatelor negocierilor, plăţile directe se acordă fermierilor independent de nivelul producţiei (decuplate de producţie), în cadrul următoarelor Scheme de plăţi directe:

- schema de plată unică pe suprafaţă (SAPS); - plăţi naţionale directe complementare (PNDC); - plăţi compensatorii pentru fermierii din zonele cu handicap natural – zone

montane (LFA); - schema de plată pentru culturi energetice; - schema de plată separată pentru zahăr.

În vara anului 2005, România a luat decizia de a adopta schema de plată unică pe suprafaţă (SAPS), care constă în plata unei sume uniforme la hectar, plătibilă o singură dată pe an, decuplată total de producţie. Noile state membre au posibilitatea de a suplimenta după aderare plăţile directe cu aprobarea Comisiei Europene (CE), prin plăţi suportate de la bugetul naţional (PNDC - plăţi naţionale directe complementare). Astfel, plăţile directe pe anul 2007 au fost suportate de la bugetul naţional şi vor fi rambursate de Uniunea Europeană (UE) în anul 2008, iar cele din 2008 vor fi rambursate în anul 2009. Condiţiile de eligibilitate care trebuie îndeplinite de către fermieri, în vederea obţinerii acestui sprijin, sunt următoarele:

- utilizarea terenului agricol şi menţinerea acestuia în bune condiţii agricole şi de mediu (GAECS);


83

- suprafaţa minimă a fermei să fie de 1 hectar şi să fie compusă din parcele agricole de cel puţin 0,3 hectare, iar pentru vii, livezi, hamei, pepiniere pomicole, pepiniere viticole, arbuşti fructiferi, de cel puţin 0,1 hectare;

- să prezinte documentele necesare care dovedesc dreptul de folosinţă – titlu de proprietate, contract de arendă, concesiune, alte acte prin care să facă dovada faptului că utilizează suprafaţa declarată, la cererea funcţionarilor APIA. Încă din perioada pre-aderării, România a trebuit să-şi pregătească infrastructura şi mecanismele capabile să asigure absorbirea acestor fonduri de către fermierii români. Una din condiţiile esenţiale pe care statul român trebuie să le îndeplinească pentru a obţine aceste fonduri pentru plăţile directe este crearea unui sistem care să asigure administrarea şi controlul riguros al cererilor de subvenţie, astfel încât să prevină fraudarea bugetului comunitar. Acest sistem se numeşte Sistemul Integrat de Administrare şi Control (SIAC – în engleză IACS), iar crearea, implementarea şi gestionarea lui se află în atribuţiile Agenţiei de Plăţi şi Intervenţie pentru Agricultură. Sistemul Integrat de Administrare si Control dezvoltat de către compania SIVECO România, în cooperare cu ABG Ster – Projekt Polonia este sistemul principal de evidenţă şi control al agenţiei pentru plăţi directe şi al măsurilor de dezvoltare rurală, cuprinzând o bază de date a cererilor de subvenţie, un sistem de identificare a parcelelor agricole (SIPA – în engleză LPIS), un registru al fermelor, un registru al animalelor şi un sistem de controale (administrative, încrucişate, la faţa locului, prin teledetecţie). Prin sistemul informatic vor putea fi stabilite şi urmărite acţiunile de control pe teren, acţiunile de verificare încrucişată şi verificările de conformitate. Selecţia zonelor, fermelor şi a fermierilor care vor fi controlaţi se va face pe baza unor criterii multiple, printre care selecţia aleatoare în proporţie de 20%, selecţie pe baza abaterilor înregistrate. În cadrul Sistemului Integrat de Administrare şi Control, cel mai important rol îl deţine Sistemul de Identificare a Parcelelor Agricole, din cauza faptului că suma plăţilor directe acordate unui fermier depinde în mod direct de suprafaţa de teren utilizată de acesta. În ţara noastră, în scopul obţinerii unui sistem funcţional, pe lângă realizarea modulelor informatice, Agenţia de Plăţi şi Intervenţie pentru Agricultură a derulat, având sprijinul Proiectului de Înfrăţire Româno-Germano-Italian RO2004/IB/AG-13, o serie de activităţi de o importanţă primordială şi anume:

- înregistrarea fermelor şi a fermierilor în Registrul Fermelor; în cadrul acestei activităţi fermierii au furnizat datele de identificare personale şi ale terenurilor precum şi o listă cu toate parcelele agricole aflate în folosinţă şi mărimea lor;

- crearea Sistemului de Identificare a Parcelelor Agricole (SIPA), pe baza ortofotoplanurilor pe care au fost identificate blocurile fizice; Agenţia Naţională de Cadastru şi Publicitate Imobiliară a pus la dispoziţia APIA ortofotoplanurile acoperind întreaga suprafaţă a ţării; pe baza acestora, APIA a scos la licitaţie vectorizarea blocurilor fizice într-un sistem de identificare unică la nivel naţional; aceste două tipuri de date (ortofotoplanurile şi blocurile fizice) se vor reuni într-un Sistem Informaţional Geografic (SIG);

- identificarea parcelelor agricole ca fundament pentru Sistemul de Identificare a Parcelelor Agricole; au fost puse la dispoziţia fermierilor înregistraţi în Registrul


84

Fermelor, ortofotoplanuri pe care au fost identificate blocurile fizice, fiind rugaţi să îşi localizeze pe aceste materiale parcelele declarate în Registrul Fermelor; scopul acestei activităţi a fost de a înregistra şi a comunica fermierilor identificatorul blocului fizic corespondent fiecărei parcele declarate de aceştia. Fermierii înregistraţi au primit acasă, în perioada 1 martie – 15 mai 2007, o cerere de subvenţie pretipărită cu datele declarate de aceştia la înregistrare şi un material grafic pe care să îşi identifice parcelele, aşa cum se reflectau ele la acel moment. Fermierii au putut astfel să indice numai schimbările faţă de momentul înregistrării, procedura de aplicare pentru plăţi directe fiind astfel simplificată. Perioada de acordare a drepturilor de plată pentru anul 2007 a început cu data de 1 decembrie 2007 şi va dura până la 30 iunie 2008, iar sumele cuvenite vor fi virate în contul bancar al fiecărui fermier. Sistemul de Identificare a Parcelelor Agricole a oferit fermierilor, în perioada de înregistrare în Registrul Fermelor şi de identificare a parcelelor agricole, posibilitatea de a corecta anumite probleme ce au apărut şi de a-şi lămuri situaţia terenurilor. După momentul aderării, SIPA s-a transformat într-un instrument de control. Astfel, datele declarate de fermieri au fost comparate cu datele de referinţă din calculator, suprafaţa agricolă a fiecărui bloc fizic fiind cunoscută după încheierea procesului de vectorizare. Mai exact spus, suma suprafeţelor parcelelor declarate de fermieri în cadrul unui bloc fizic a fost comparată cu suprafaţa de referinţă a blocului fizic, iar în cazul în care suma suprafeţelor declarate de către fermieri ca parcele agricole utilizate în cadrul unui bloc fizic este mai mare decât suprafaţa de referinţă a acestuia, este prevăzută o procedură de control la faţa locului, deoarece unul sau mai mulţi fermieri au supradeclarat suprafeţele folosite. În cadrul Sistemului Integrat de Administrare şi Control se derulează următoarele operaţiuni:

- fermierilor care s-au înregistrat în Registrul Fermelor şi care şi-au identificat parcelele agricole, precum şi a celor care s-au înregistrat dar care nu şi-au identificat parcelele agricole, li se pot trimite de către APIA formulare de cerere de subvenţie pretipărite, cu informaţiile declarate de aceştia la momentul înregistrării, în timp ce fermierii care încă nu s-au înregistrat în Registrul Fermelor vor putea lua formulare de cerere necompletate de la centrul local APIA; tot la centrul local APIA sunt puse la dispoziţia tuturor fermierilor din comunele arondate, ortofotoplanuri cu blocurile fizice din comunele respective;

- fermierul completează cererea de subvenţie în care declară numărul şi mărimea parcelelor utilizate, făcând o schiţă a acestor parcele pe materialul pus la dispoziţie de către APIA la centrul local;

- cererea împreună cu materialul grafic sunt depuse de către fermier la centrul local APIA, unde sunt verificate formal de un specialist APIA; în cazul în care sunt erori, acestea sunt corectate şi apoi acceptate de specialistul APIA;

- cererea acceptată este introdusă în baza de date a cererilor; - la încheierea perioadei de depunere a cererilor de plată, după introducerea

acestor cereri în calculator, are loc o verificare încrucişată, în care suma suprafeţelor parcelelor agricole este comparată cu suprafaţa de referinţă la nivelul fiecărui bloc fizic; toti fermierii din blocurile fizice în care s-au găsit erori, sunt trecuţi automat pe o listă pentru control la faţa locului;


85

- după verificarea încrucişată are loc o analiză de risc care se face automatizat, de către calculator; rezultatul ei este o altă listă de ferme ce urmează să fie controlate; acest eşantion trebuie să acopere minim 5% din totalul cererilor de sprijin; aceste ferme sunt selectate cumulativ, atât în baza unor factori de risc (mărimea subvenţiei cerute, existenţa unor incidente financiare în trecut, mărimea suprafeţei agricole, tipul de cultură etc.) cât şi în baza unui proces de selecţie aleator, astfel încât fiecare fermă să aibă şansa de a fi selectată spre control; eşantionul de control de la acest punct este separat în două categorii: ferme care vor fi controlate prin control la faţa locului şi ferme care vor fi controlate prin teledetecţie, cu ajutorul imaginilor satelitare (http://www.iacs-twinning-ro.com);

- inspectorii APIA controlează la faţa locului toate fermele selectate şi încheie procese verbale de control, care sunt introduse în baza de date a APIA;

- contractorii privaţi sau organismele specializate cărora li se va delega această sarcină execută controlul prin teledetecţie şi încheie procese verbale de control ce vor fi introduse în baza de date a APIA;

- calculatorul determină exact, pentru fiecare caz de abatere, cuantumul penalizărilor ce urmează a fi aplicate;

- structura de aprobare a plăţilor din APIA verifică listele, cuantumurile şi dă aprobarea finală asupra efectuării plăţii;

- lista cu plăţile şi beneficiarii e trimisă la bancă (trezorerie) şi banii sunt viraţi direct în conturile fermierilor.

86

___________________________________________________________________ CAPITOLUL

4 ___________________________________________________________________

STUDII DE CAZ În cadrul studiilor de caz mi-am propus realizarea a două aplicaţii şi anume: - realizarea unei hărţi de hazard la inundaţii în judeţul Timiş, sursele de date fiind reprezentate de harta topografică la scara 1:50.000, imagini satelitare SPOT 5, ortofotoplanuri; - contribuţii la realizarea Sistemului de Identificare a Parcelelor Agricole (SIPA) în România.

4.1 REALIZAREA HĂRŢII DE HAZARD LA INUNDAŢII PENTRU O ZONĂ DIN JUDEŢUL TIMIŞ

Această aplicaţie am realizat-o la Centrul Naţional de Geodezie, Cartografie, Fotogrammetrie şi Teledetecţie – Bucureşti, în cadrul proiectului intitulat „Realizarea hărţilor de hazard şi de risc la nivel judeţean pentru monitorizarea situaţiilor de criză”. Prin realizarea acestui proiect vor fi puse la dispoziţia beneficiarilor date şi informaţii georeferenţiate în vederea realizării bazei de date spaţiale 2D şi 3D la nivel de zonă, având ca straturi harta topografică, planul de urbanism general, harta pedologică, harta silvică etc. Potenţialii utilizatori vor fi:

- direcţi: consiliile judeţene, ministere (Ministerul Internelor şi Reformei Administrative (MIRA), Ministerul Mediului şi Dezvoltării Durabile (MMDD)), Regia Naţională a Pădurilor – Romsilva, Inspectoratele silvice, primăriile, cetăţenii;

- indirecţi: societăţi comerciale, instituţii. În cadrul acestei aplicaţii, am luat ca zonă de studiu localitatea Foeni din judeţul Timiş – zonă ce a fost afectată de inundaţii în primăvara anului 2005 (figura 4.1 şi figura 4.2).

Sursele de date sunt constituite de harta topografică la scara 1:50.000 (6 foi de hartă cu nomenclatura: L-34-36-D, L-34-37-C, L-34-37-D, L-34-44-B, L-34-45-A şi L-34-45-B - vezi figura 4.3), imagini satelitare SPOT 5, multispectrale, cu rezoluţie de 10m (figura 4.4), precum şi ortofotoplanuri (scara 1:5.000) acoperind aceeaşi zonă (figura 4.5-a şi figura 4.5-b).

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

87

Fig.4.1 Localitatea Foeni - Judeţul Timiş

Fig.4.2 Poziţia zonei studiate

Schema tehnologică de realizare a hărţilor de hazard la inundaţii este prezentată în figura 4.6-a (sau figura 4.6-b). Hărţile analogice au fost scanate, apoi georeferenţiate (vezi figura 4.7) şi vectorizate.

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

88

Scanarea am realizat-o cu ajutorul scanerului Scanworks V.2.4.02, care permite formatul maxim de scanare 0A al materialului grafic, cu rezoluţia de 500 dpi (dots per inch). Funcţiile echipamentului software de scanare permit realizarea de prelucrări ulterioare scanării (prelucrări geometrice şi radiometrice). Prin georeferenţiere, datele geospaţiale sunt raportate la un sistem de referinţă (în cazul nostru, sistemul de proiecţie stereografică 1970). Georeferenţierea celor 6 foi de hartă am realizat-o folosind software specializat (Microstation Descartes), iar ca puncte de georeferenţiere au fost utilizate coordonatele colţurilor corespunzătoare foilor de hartă, în Sistemul de Proiecţie Stereografică 1970. În primă etapă, am poziţionat aproximativ imaginea raster în cadrul imaginii de referinţă, urmând poziţionarea definitivă a celor patru colţuri ale trapezului (primul colţ al trapezului a fost cel din stânga-sus şi continuând cu celelalte trei în sensul acelor de ceasornic). În urma acestui proces am obţinut următoarele valori pentru eroarea medie pătratică în cele 6 trapeze: m342.71 ±=σ (L-34-36-D), m377.92 ±=σ (L-34-37-C), m889.63 ±=σ (L-34-37-D), m156.84 ±=σ (L-34-44-B), m658.65 ±=σ (L-34-45-A) şi m525.86 ±=σ (L-34-45-B), valori ce se încadrează în toleranţa de m10± admisă pentru georeferenţierea hărţilor la scara 1:50.000. Vectorizarea am realizat-o pe harta scanată afişată de monitorul calculatorului (metoda adoptată pentru realizarea vectorizării fiind cea manuală). De asemenea, au fost perfecţionate programe cu ajutorul cărora vectorizarea se poate realiza semi-automat. În vederea realizării operaţiei de actualizare (figura 4.8) am suprapus vectorii peste imaginea satelitară înainte de inundaţie şi peste ortofotoplanuri. În urma operaţiilor de vectorizare şi actualizare, au rezultat straturile tematice (hidrografie, vegetaţie (vezi figura 4.9), categorii de folosinţă, limite administrative). În paralel, am obţinut tot prin vectorizare, alte straturi (de exemplu, stratul – „zona inundată”) utilizând imaginea satelitară după inundaţie (figura 4.10). O parte din datele introduse în baza de date am exportat-o dintr-o bază de date externă (fişiere de tip *.xls şi *.mdb compatibile cu ArcGis), apoi am definit câmpurile pentru straturile existente (în prealabil, am aplicat funcţii topologice – fig.4.11) şi am întocmit tabele cu atribute şi valori ale acestora – fig.4.12), acestea regăsindu-se în anexa A4. Cu ajutorul opţiunii „Join and Relates” din ArcGis am realizat legătura dintre câmpurile straturilor şi tabelul din programul Acces (fişiere de tip *.mdb), printr-un cod unic de identificare (cheie primară).

Produsele derivate sunt reprezentate de modelul digital altimetric al terenului (vezi figura 4.21), precum şi de imaginile reprezentând harta pantelor şi harta expunerii terenului (vezi figura 4.22 şi 4.23). Produsul final este reprezentat de harta de hazard la inundaţii (harta tematică digitală, scara 1:50.000, vezi figura 4.13).

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

89

Fig.4.3 Hartă topografică la scara 1:50.000 - Imagine raster

Fig.4.4 Imagine satelitară SPOT 5 înainte de inundaţie – rezoluţie 10m

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

90

Fig. 4.5-a Ortofotoplan la scara 1:5.000 – Zona Foeni – Nord-Vest

Fig. 4.5-b Ortofotoplan la scara 1:5.000 – Zona Foeni – Nord-Est

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

91

Fig.

4.6

-a S

chem

ă te

hnol

ogică

de re

aliz

are

a hă

rţilo

r de

haza

rd la

inun

daţii

4. STUDII DE CAZ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________

92

Fig. 4.6-b Realizarea hărţilor de hazard la inundaţii

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

93

Fig. 4.7 Imagine raster georeferenţiată

Fig.4.8 Actualizare prin vectorizare

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

94

Fig.4.9 Vegetaţie - strat tematic

Fig.4.10 Imagine satelitară după inundaţie

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

95

Fig.4.11 Aplicarea funcţiilor topologice

Fig.4.12 Date descriptive (atribute)

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

96

Fig.4.13 Hartă de hazard la inundaţii (hartă tematică digitală) – Scara 1:50.000

Pentru obţinerea modelului digital altimetric al terenului am urmat etapele fluxului tehnologic propus (figura 4.14). Datele au fost culese prin scanarea originalelor de editare ce conţin curbele de nivel, obţinând imaginea raster în format TIFF. Georeferenţierea originalelor de editare am realizat-o cu ajutorul programului MicroStation Descartes – V8.0, după care a urmat vectorizarea curbelor de nivel.

Obţinerea graficii vectoriale corespunzătoare formelor din imaginea raster se poate face prin:

- vectorizare manuală: operatorul construieşte entităţile vectoriale şi le distribuie în straturile corespunzătoare; rezultatele pot fi net superioare vectorizării automate, însă necesită foarte mult timp;

- vectorizare asistată: în cadrul imaginii raster, operatorul indică locul de unde să înceapă o vectorizare locală, iar programul construieşte automat entitatea vectorială recunoscând formele raster, până când operatorul, analizând situaţia, hotărăşte dacă, sau pe unde trebuie continuată vectorizarea; având în vedere că este o abordare mixtă, vectorizarea asistată are cele mai multe şanse de utilizare.

Trebuie menţionată facilitatea de identificare a culorilor din imaginea raster, în sensul că programele performante pot identifica, în procesul de vectorizare, nuanţele cromatice, pentru a le grupa (aducând entităţi înrudite în aceeaşi clasă sau corectând abaterile cromatice ale planşelor scanate). Există şi opţiunea de a genera

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

97

entităţile vectoriale pe straturi bine definite, separându-le pe baza culorilor, sau a nuanţelor de gri. Pentru vectorizare (figura 4.15), am utilizat unul dintre programele actuale şi anume, Microstation Descartes, vectorizarea fiind asistată (operatorul intervenind ori de câte ori este cazul). În funcţie de utilizarea ulterioară şi de scara la care se lucrează, informaţia se structurează pe straturi denumite „levels” sau „layers”, fiecare având caracteristici diferite, cum ar fi: denumirea straturilor poate fi numerică sau alfanumerică (de exemplu, 1, 2, 3, respectiv Curba_500), culoare (tipurile de curbe pot fi identificate prin culori diferite, de exemplu, curbele principale prin culoare roşie, curbele normale prin culoare maro etc.), grosime, tipul liniei (curbele normale şi cele principale reprezentate prin linie continuă, cele ajutătoare prin linie întreruptă conform atlasului de semne convenţionale). O mare importanţă în vectorizarea curbelor de nivel o are reţeaua hidrografică, care trebuie ataşată ca referinţă (figura 4.16). Indiferent de metoda prin care realizăm vectorizarea, aceasta necesită anumite operaţiuni de corectare în vederea obţinerii formei finale:

- identificarea liniilor duble (find duplicate linework); - identificarea liniilor fragmentate (find linework fragments); - identificarea liniilor întrerupte în funcţie de o anumită toleranţă (find gaps); - identificarea capetelor libere rămase în urma efectuării operaţiei anterioare

(find dangles). După aplicarea corecţiilor, se mai pot identifica vizual eventualele erori prin afişarea imaginii vector în vedere frontală (figura 4.17) sau utilizând modul de vizualizare a reliefului (figura 4.18).

Urmează construcţia modelului, prin generarea reţelei TIN (Triangulated Irregular Networks -reţele neuniforme de triunghiuri). În cadrul acestei operaţii, punctele de coordonate cunoscute (x, y, H) sunt interconectate, pentru a forma o reţea de triunghiuri neregulate şi adiacente (figura 4.19). În cadrul programelor specializate pe modelarea tridimensională a terenurilor, se poate importa/exporta modelul digital dinspre/înspre formate standard TIN, DEG (Digital Elevation Grid) sau ASCII. Curbele de nivel sunt extrase într-un fişier de tip .dat, ce cuprinde coordonatele fiecărui punct caracteristic de pe curbă. Pe baza reţelei TIN, se obţine o reţea rectangulară de tip GRID (figura 4.20), cu un pas de o valoare ce poate fi stabilită de operator, în funcţie de cerinţele proiectului (de exemplu, la scara 1:50.000 un pas optim pentru reţeaua GRID poate fi de 20 sau 25 de metri).

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

98

Fig.4.14 Modelul digital altimetric al terenului – flux tehnologic propus

Algoritmul „grid” utilizează coordonatele X, Y, H ale unor puncte din zona considerată. Pe baza acestor date de intrare, programul calculează o întreagă matrice de puncte care acoperă complet acest teren, fiecare punct al grilei având astfel determinate coordonatele X, Y şi H. După obţinerea reţelei GRID, modelul digital altimetric al terenului este stocat în format GRID (figura 4.21).

Imagine raster (prin scanare)

Georeferenţiere (Sistemul de proiecţie Stereografică 1970)

Vectorizare 2D (coordonate x, y)

Cotare curbe (atribuirea valorii H)

Generare reţea TIN

Generare reţea GRID

Export fişier ASCII .dat

Export Geotiff

Harta pantelor

Harta expunerii terenului

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

99

Fig. 4.15 Vectorizarea curbelor de nivel

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

100

Fig. 4.16 Reţea hidrografică

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

101

Fig.4.17 Vedere frontală

Fig.4.18 Mod de vizualizare a reliefului

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

102

Fig.4.19 Generarea reţelei TIN

În ceea ce priveşte hărţile tematice ale reliefului, modelul digital altimetric al terenului joacă un rol important în realizarea hărţilor pantelor, precum şi ale hărţilor expunerii terenului (figura 4.22 şi figura 4.23).

Fig.4.20 Generarea reţelei GRID

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

103

Fig.4.21 Modelul Digital Altimetric al Terenului

Mod de reprezentare (umbrire - hillshade)

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

104

Fig.4.22 Harta pantelor

Fig.4.23 Harta expunerii terenului

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

105

4.2 CONTRIBUŢII LA REALIZAREA SISTEMULUI DE IDENTIFICARE A PARCELELOR AGRICOLE (SIPA) ÎN ROMÂNIA

Sistemul de Identificare a Parcelelor Agricole reprezintă un element esenţial al Sistemului Integrat de Administrare şi Control (SIAC), dezvoltat atât în statele membre ale Uniunii Europene cât şi în cele aflate în curs de aderare. Agenţia de Plăţi şi Intervenţie pentru Agricultură a demarat proiectul de constituire a bazei de date LPIS pentru teritoriul României, în vederea implementării procedurilor de subvenţii agricole de la Comunitatea Europeană. Aceste subvenţii trebuie să fie în parte alocate fermierilor în funcţie de suprafaţa agricolă exploatată – subvenţii directe, dar şi pentru dezvoltarea infrastructurii agricole (lucrări de îmbunătăţiri funciare, protecţia mediului, etc.) considerate subvenţii indirecte. Datorită absenţei hărţilor digitale la scară mare actualizate, precum şi a datelor cadastrale învechite, România a decis, în urma unor studii-pilot, crearea Sistemului de Identificare a Parcelelor Agricole pe baza unor ortofotoplanuri recente şi utilizarea blocurilor fizice, ca parcele de referinţă. Realizarea sistemului SIPA în România cuprinde următoarele etape:

1. Achiziţionarea ortofotoplanurilor acoperind întreg teritoriul ţării (238000 km2). Aceste ortofotoplanuri (scara 1:5.000) au fost furnizate de către Agenţia Naţională de Cadastru şi Publicitate Imobiliară (ANCPI) începând cu luna august 2005.

2. Vectorizarea blocurilor fizice ce acoperă teritoriul agricol din România (terenuri arabile, păşuni şi fâneţe, culturi permanente).

3. Stabilirea legăturii cu fermierii în scopul identificării parcelelor agricole şi culegerea de informaţii utile corectării blocurilor fizice vectorizate iniţial.

4. Actualizarea vectorizării iniţiale şi consolidarea sistemului SIPA, pe baza informaţiilor culese în timpul etapei a 3-a.

5. Realizarea sistemului SIAC/SIG (hardware, software, baze de date) şi extinderea lui la nivel naţional, incluzând instruirea de personal.

6. Controale administrative în primii ani ai sistemului SIAC (apar noi fermieri în cadrul sistemului SIAC).

În vederea distribuirii subvenţiilor către fermieri, aceştia trebuie să-şi identifice parcelele de exploatare agricolă în cadrul unui aşa-numit bloc fizic, sau parcelă de referinţă. Pentru aceasta este necesară vectorizarea teritoriilor administrative de pe teritoriul României la o scară convenabilă şi realizarea hărţii generale de identificare a terenurilor eligibile pentru obţinerea de subvenţii. Pentru o identificare uşoară a parcelelor fermierilor, terenurile eligibile sunt constituite în blocuri fizice, conform definiţiilor ce urmează: Un bloc fizic (BA) este o suprafaţă de teren, delimitată de limite naturale sau artificiale permanente, utilizată în scopuri agricole de unul sau mai mulţi fermieri, care poate include una sau mai multe parcele agricole. Parcela agricolă este o suprafaţă de teren continuă, din cadrul unui bloc fizic, acoperită cu o singură cultură, aflată în folosinţa unui singur fermier. Pentru a fi eligibilă, în scopul obţinerii subvenţiei în cadrul schemelor PAC (Politica Agricolă

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

106

Comună), parcela agricolă trebuie să aibă o suprafaţă de minim 0,3 ha, categoria de folosinţă să fie de tip agricol, respectiv Teren Arabil (TA), Păşune Permanentă (PP), vii (VI) sau Cultură Permanentă (CP) – livezi, sere şi să fie menţinută în bune condiţii agricole şi de mediu. În cadrul acestei aplicaţii, suprafaţa totală a României a fost divizată în patru loturi geografice independente (figura 4.24 şi tabelele 4.1 – a, b, c, d). Dimensiunea medie a unui bloc fizic trebuie să fie cuprinsă între 10 – 20 hectare, în conformitate cu structura parcelelor. În unele cazuri, suprafaţa poate fi mai mică de 5 hectare (parcele mici izolate) sau poate ajunge şi până la 50 – 100 de hectare (cazul unei singure parcele foarte mari). Blocurile fizice sunt vizibile pe ortofotoplanuri şi servesc drept referinţă pentru declaraţiile fermierului şi pentru controalele încrucişate. În acest scop, este necesar ca blocurile fizice:

- să fie delimitate de limite permanente; atunci când configuraţia terenului o permite, blocul fizic poate fi divizat;

- să conţină un număr de 1-10 parcele agricole; - să nu conţină prea multe suprafeţe neeligibile.

Pentru delimitarea blocurilor fizice sunt luate în considerare următoarele limite permanente (mai mult sau mai puţin în ordine ierarhică):

- drumuri şi căi ferate,

Fig. 4.24 Divizarea suprafeţei României în cele 4 loturi

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

107

Tabelul 4.1-a – Lotul I

JUDEŢUL Nr. comune Suprafaţa

totală Km2

Suprafaţa agricolă

Km2

Bacău 80 6621 2966

Botoşani 70 4986 3683

Iaşi 93 5476 3567

Neamţ 76 5896 3006

Suceava 96 8553 3355

Vaslui 81 5318 3987

Harghita 58 6639 2852

Covasna 39 3710 1711

Galaţi 59 4466 3429

Vrancea 67 4857 2533

Braşov 47 5363 2291

Lotul I Nord-Est

Total 766 61885 33381

Tabelul 4.1-b – LOTUL II


totală Km2


Km2

Brăila 40 4766 3174

Buzău 81 6103 3928

Constanţa 56 7071 5325

Tulcea 45 8499 3103

Călăraşi 48 5088 3749

Dâmboviţa 78 4054 2458

Giurgiu 51 3526 2711

Ialomiţa 52 4453 3734

Prahova 89 4716 2625

Teleorman 92 5790 4712

Ilfov 35 1583 1027

Municipiul Bucureşti 6 238 1082

Lotul II Sud-Est

Total 673 55887 37628

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

108

Tabelul 4.1-c – LOTUL III


totală Km2


Km2

Dolj 104 7414 5733

Gorj 61 5602 2443

Mehedinţi 61 4933 2813

Olt 103 5498 4411

Vâlcea 78 5765 2451

Timiş 84 8697 7037

Caraş-Severin 69 8520 3993

Argeş 95 6826 3431

Sibiu 53 5432 2376

Lotul III Sud-Vest

Total 708 58687 34689

Tabelul 4.1-d – LOTUL IV


totală Km2


Km2

Arad 68 7754 5006

Hunedoara 55 7063 2658

Bihor 90 7544 4980

Bistriţa-Năsăud 56 5355 2855

Cluj 75 6674 4057

Maramureş 64 6304 2280

Satu Mare 58 4418 2889

Sălaj 56 3864 2129

Alba 66 6242 3006

Mureş 91 6714 3749

Lotul IV Nord-Vest

Total 679 61932 33609 Total general 2826 238391 139307

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

109

- râuri, - liziere de pădure, - canale de irigaţie şi drenaj, - drumuri de exploatare.

Pentru a nu se exclude în mod artificial fermieri cu suprafeţe potenţial eligibile de la acordarea subvenţiilor, trebuie să se ţină seama de următoarele aspecte:

- este important ca suprafeţele fermierilor să intre pe un singur bloc fizic; dacă un fermier va avea parcela sa de 0,4 ha divizată în două părţi de o limită de bloc fizic (respectiv 0,2 ha şi 0,2 ha), atunci acesta, deşi are o suprafaţă eligibilă pentru subvenţii, nu va putea emite cerere, deoarece în fiecare bloc fizic suprafaţa lui este sub 0,3 ha; de aici se deduce următoarea regulă de constituire a blocurilor fizice: limitele de blocuri fizice nu trebuie să taie parcelele agricole;

- trebuie ţinut cont de faptul că mai mulţi proprietari de terenuri cu suprafeţe sub 0,3 ha se pot asocia şi cere subvenţii pe suma terenurilor lor; pentru ca aceasta să fie posibil, în intravilan, unde pot exista suprafeţe mai mici dar adiacente delimitate prin garduri de lemn sau garduri vii şi care pot fi delimitate excluzând clădirile, vor fi incluse într-un singur bloc fizic. Vectorizare Având în vedere faptul că baza de date a SIPA se constituie pe unităţi administrative, vectorizarea ortofotoplanurilor urmează limitele teritoriilor administrative, dar limitele blocurilor fizice nu se vor sprijini pe acestea. Atribuirea blocurilor fizice la un teritoriu sau altul se face în funcţie de suprafaţa cea mai mare inclusă în teritoriu. Un bloc fizic este atribuit acelui teritoriu în care se află cel mai mare procent din suprafaţa lui. În vederea efectuării unei analize vizuale de ansamblu a suprafeţei teritoriului administrativ, ortofotoplanurile trebuie să fie vizualizate în totalitate. Indiferent de programul utilizat pentru realizarea vectorizării, încărcarea imaginilor în format TIFF îngreunează procesorul calculatorului, fiind recomandată, în acest caz, compresia imaginilor fie în format ECW, fie în format MrSID, precum şi încărcarea lor sub formă de structură de mozaic, sau de reţea. În acest mod, operatorul va avea imaginea de ansamblu oricând are nevoie, iar procesul de vectorizare nu va fi încetinit de formatul voluminos de tip TIFF. Obiectele care se vectorizează sunt următoarele:

♦ Blocuri fizice agricole [BA] – suprafeţe agricole delimitate prin vectorizarea detaliilor liniare permanente

♦ Suprafeţe cu aşezări, intravilan [SA] – suprafeţe ce nu sunt construite în totalitate, adică un amestec de case şi construcţii, grădini, livezi, parcele arabile, sau păşuni care pot include o serie de suprafeţe eligibile în conformitate cu schema PAC

♦ Suprafeţe neagricole din exteriorul blocurilor fizice [NA] – poligon mare, unic, pentru întreaga suprafaţă neagricolă ar fi teoretic acceptat, dar această suprafaţă va fi divizată pentru a facilita managementul topologiei SIG, în cazul actualizării

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

110

♦ Suprafeţe neagricole din interiorul blocurilor fizice [NP] – mici suprafeţe neagricole din interiorul blocurilor fizice agricole (iazuri, păduri, clădiri etc.), mai mari de 0,1 ha vor fi gestionate ca şi “insule” şi vor fi scăzute din suprafaţa blocurilor fizice

♦ Suprafaţă neacoperită [XX] – lipsă de informaţii din diferite motive (nu există imagine ortofoto, sunt zone mari acoperite de nori, zone cu restricţii etc.). Materialele furnizate firmelor contractoare de către APIA sunt următoarele:

- ortofotoplanuri color cu dimensiunea pixelului de 0,5m, acoperind întreaga suprafaţă a loturilor respective;

- un fişier de tip „shape” ce conţine limitele administrative oficiale [.shp]. Ortofotoplanurile au fost furnizate de către ANCPI sub formă de fişiere cu extensia [.tif], pe DVD-uri, împreună cu o hartă index digitală, precum şi date despre zboruri (metadate). În procesul de vectorizare trebuie să se ţină seamă de următoarele reguli:

1. Blocurile fizice trebuie astfel create, încât să se asigure că suprafeţele eligibile nu sunt excluse

2. Limitele permanente trebuie luate în considerare, în ordinea descrescătoare a gradului de stabilitate

3. Limitele blocurilor fizice nu trebuie să taie parcelele agricole 4. Blocurile fizice agricole vor trebui să aibă în medie o suprafaţă de 10-20 ha 5. Blocurile fizice agricole pot conţine un număr de 1-10 parcele agricole. Pot

exista blocuri şi cu mai mult de 15-20 parcele, dar se va căuta minimizarea acestui număr

6. Suprafeţele neeligibile mai mari de 0,1 ha din interiorul blocurilor fizice eligibile se vor delimita ca insule şi se vor extrage din suprafaţa blocului respectiv

7. Drumurile cu lăţime mai mare de 2m trebuie vectorizate cu două linii 8. Drumul de exploatare care apare ca o dublare a unui alt drum de la marginea

terenurilor arabile, nu se va vectoriza, acesta fiind cel mai probabil un drum temporar

9. Potecile de munte sau unele drumuri ce nu prezintă o continuitate clară şi care împart haotic păşunile nu se vectorizează, chiar dacă în unele locuri depăşesc 2 metri

10. Poligoanele ce descriu drumuri, cursuri de apă, râuri, canale de irigaţii prea lungi, trebuie împărţite chiar după limite fictive

11. Limita pădurilor se va vectoriza fără evidenţierea coroanei arborilor, iar pomii izolaţi şi chiar cei din apropierea pădurii nu vor fi incluşi în interiorul pădurii

12. Pădurile foarte mari pot fi împărţite în blocuri separate după limitele dintre tipurile de arbori, după diferite densităţi ale arborilor, sau după eventuale drumuri forestiere

13. La apele curgătoare al cărui luciu de apă are o lăţime foarte mare se va vectoriza luciul de apă, generalizând conturul apei pe sub copacii aplecaţi pe maluri

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

111

14. Apele curgătoare cu lăţimea luciului de apă mai mică de 20-30 metri pot fi vectorizate în acelaşi bloc cu malurile, dacă acestea sunt neagricole sau mai mici de 4 metri

15. Fâşiile de pământ cu o lăţime mai mare de 6m trebuie izolate şi clasificate dacă au o suprafaţă mai mare de 0,1ha

16. În zona dig-mal, de-a lungul cursului Dunării, nu se vor delimita blocuri fizice agricole, aceste suprafeţe fiind destinate împăduririi.

Schema din figura 4.25 prezintă calea ce trebuie urmată pentru crearea unui bloc fizic.

Fig. 4.25 Crearea unui bloc fizic – abordare generală

Baza de date SIG Tabelul 4.2 indică structura generală a atributelor din baza de date SIG. Această listă, precum şi definiţiile detaliate ale codurilor pot suferi uşoare modificări numai înaintea încheierii contractului dintre APIA şi contractori. Tabelul 4.2 – Lista atributelor SIG

Atribut Tip Lungime

Conţinut Exemplu sau

comentarii NR_POLIG N 5 Numărul intern de identificare

SUPRAF_SIG N 10 Suprafaţă în ha + 2 zecimale, exclusiv insulele

10,82

PERIMETRU N 8 Perimetrul poligonului (în m) 5213 TOLERANŢĂ N 8 Toleranţa calculată (1m 0,52

Identificare generală a zonelor agricole

Vectorizarea drumurilor,

pădurilor mai mici, limitelor permanente

Delimitarea aşezărilor

(intravilan)

Excluderea zonelor mari împădurite şi a

zonelor urbane

Divizarea poligoanelor prea mari sau prea alungite/Topologie

Subdivizare pe baza axelor principale şi a

drumurilor

Închidere blocuri, verificare număr de

parcele

Subdivizare structuri/ Categorii de folosinţă

Vectorizare insule neagricole

Poligoane + atribute SIG

Număr blocuri fizice şi poligoane cu atribute SIG

Poligoane + atribute SIG

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

112

perimetru tampon) în ha + 2 zecimale

STARE C 1 O – INIŢIAL U – Modificat după controlul administrativ T – Modificat după controlul pe teren

O

DATE_CREARE C 8 Data la care a fost creat blocul (AAAALLZZ)

20060419

OP_CREARE C 25 Operatorul care creează blocul (nume_prenume) Sârbu_Ion

DATĂ_ACTUALI-ZARE

C 8 Data realizării actualizării (AAAALLZZ) 20060930

OP_ACTUALIZA-RE

C 25 Operatorul care actualizează blocul (nume_prenume) Popa_Tudor

VERSIUNEA N 2 Numărul versiunii obiectului 1 TIP_OBIECT C 2 BA = Bloc fizic agricol

SA = Aşezare (Intravilan) NA = Suprafaţă neagricolă din afara unui bloc fizic NP = Suprafaţă neagricolă din interiorul unui bloc fizic (insulă)

BA

JUDEŢ C 2 Codul oficial al judeţului (abrevierea) AR

NUME_COM C 30 Numele comunei Săcălaz

COMUNA C 6 Codul oficial SIRUTA al comunei

IDENT_BLOC C 13 Nr. unic de identificare bazat pe coordonatele centrului de greutate al blocului fizic

Pentru toate tipurile de poligoane (BA, SA, NA, NP)

FOL_PR C 2 În conformitate cu nomenclatura din tabelul 4.3 TA

FOL_SEC C 2 În conformitate cu nomenclatura din tabelul 4.3 A doua categorie de folosinţă se scrie doar în cazul suprafeţelor eligibile

(DACĂ EXISTĂ,

BLOCURI MIXTE) PP

OBSERVAŢII C 30 B10 = BA ce prezintă suprafeţe neeligibile mai mici de 0,1 ha, dar însumate reprezintă mai mult de 10% din suprafaţa culturii; T2 = BA ce prezintă în interior şiruri de tufe şi copaci având mai puţin de 2m lăţime; I2 = BA ce prezintă în interior canale de irigare şi şanţuri având mai puţin de 2m lăţime; M2 = BA ce prezintă fâşii de iarbă având lăţimea mai mică de 2m, pe margini;

B10_T2_I2_M2_LN_SR

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

113

C = BA ce prezintă în interiorul lor copaci izolaţi, tufişuri, arbuşti, copaci pe păşune ce nu împiedică păşunatul sau cositul, care nu trebuie vectorizaţi separat; LN = BA ce prezintă una sau mai multe limite nedefinite(incerte sau având un risc ridicat de schimbări), folosite la delimitarea BA, pentru care se recomandă verificarea pe teren, de exemplu: - limita trasată la graniţa între teren arabil şi păşuni permanente sau limita trasată la marginea elementelor hidrografice: ape, mlaştini etc.; - limita este posibil să nu fie stabilă datorită schimbării rapide a vegetaţiei; - limita este afectată de băltirea apei sau inundaţii TPA = BA ce prezintă teren potenţial abandonat sau în paragină; ZIA = BA ce prezintă zone afectate de mici bălţi sau inundaţii în retragere, în interiorul blocului fizic; SR = BA prezintă sere (care sunt eligibile); Întrucât un BA poate avea mai multe din atributele prezentate în această listă, ele vor fi marcate în ordinea parcurgerii listei şi vor fi despărţite între ele de „_” .

PAR_AGR_NB C 1 A – sub 5 parcele agricole B – între 6-10 parcele agricole C – între 11-15 parcele agricole D – între 16-20 parcele agricole E – peste 20 parcele agricole

B

DATA_ZBOR C 8 Data efectuării zborului (AAAALLZZ). Dacă poligonul este construit pe mai multe ortofotoplanuri cu date de zbor diferite, se foloseşte data zborului corespunzătoare ortofotoplanului care redă cea mai mare parte din suprafaţa blocului fizic.

20030513

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

114

♦ Valoarea câmpurilor evidenţiate cu roşu se completează de operator pentru fiecare obiect în parte

♦ Valoarea câmpurilor evidenţiate cu albastru se poate genera automat de programul de vectorizare;

♦ Celelalte câmpuri sunt acele câmpuri care iau aceeaşi valoare pentru toate obiectele dintr-un teritoriu administrativ şi pot fi introduse o singură dată.

Tabelul 4.3 – Lista categoriilor de folosinţă Tip de obiect Categoria de folosinţă a terenului

BA = Bloc fizic agricol TA – Teren arabil PP – Păşuni permanente VI – Vii CP – Culturi permanente (altele decât viile): livezi, sere MX – Mixtă sau altele, ca de exemplu grădini de legume şi sere

SA = Aşezări (intravilan)

CC – Curţi construcţii, elemente de infrastructură, zone industriale, dar amestecate cu suprafeţe agricole care nu pot fi vectorizate PP – Păşuni permanente TA – Teren arabil CP – Culturi permanente altele decât viile (livezi, sere etc) VI – Vii MX – Mixte sau altele

NA = Suprafaţă neagricolă din afara unui bloc fizic

CC – Curţi construcţii, elemente de infrastructură, zone industriale dar fără suprafeţe agricole PA – Vegetaţie forestieră HN – Terenuri neproductive acoperite cu stuf sau papură, vegetaţie de mlaştină DR – Drumuri şi căi ferate, chiar fiind mai multe de unul, având intercalate habitate naturale nu mai late de 4m, dar nu pentru folosinţă agricolă, totul reunit într-un singur poligon HR – Ape curgătoare HB – Luciu de apă PN – Pietriş, nisipuri, stânci, halde steril, gropi de gunoi etc.

XX = Suprafeţe neacoperite

OL – Ortoimagini lipsă NM – Suprafeţe mari acoperite de nori ZR – Zonă cu destinaţie specială XX – Alte situaţii în care lipseşte imaginea şi nu poate fi realizată fotointerpretarea

Contractorul trebuie să se asigure că fiecare bloc fizic are un cod unic de identificare (ID) care este automat adăugat bazei de date a blocurilor fizice. Codul unic de identificare constă din combinaţia coordonatelor geografice corespunzătoare centrului poligonului. În funcţie de numărul de parcele agricole dintr-un bloc fizic, se utilizează următoarele coduri: A – sub 5 parcele; B – între 6 şi 10 parcele;

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

115

C – între 11 şi 15 parcele; D – între 16 şi 20 parcele; E – peste 20 parcele. Conform cerinţelor şi recomandărilor Uniunii Europene, constituirea SIPA trebuie să ţină cont de următoarele aspecte: - Utilizarea ortofotoplanurilor la scara 1:5.000 Este recomandat ca extragerea informaţiilor de constituire SIPA să se realizeze prin utilizarea ortofotoplanurilor ca suport de cartografiere digitală. În România, această recomandare a fost însuşită şi este obligatorie. - Utilizarea obligatorie a bazei de date SIG Informaţiile spaţiale ce definesc blocurile fizice trebuie să fie în structură topologică integrate cât mai mult posibil cu alte informaţii de tip textual în baza de date. - Omogenitatea bazei de date Poligoanele ce definesc blocurile fizice nu trebuie să aibă suprapuneri sau limite artificiale (limitele hărţilor sau a unităţilor teritoriale). Trebuie utilizată o reprezentare cartografică unică pentru întreg teritoriul României, fiind ales în acest sens, sistemul de Proiecţie Stereografică 1970. Informaţii statistice referitoare la obiectele vectorizate Pentru fiecare unitate administrativă, contractorul trebuie să realizeze statistici detaliate cu privire la:

Numărul total al blocurilor fizice vectorizate Numărul total al poligoanelor vectorizate Totalul net al suprafeţelor agricole Suprafaţa agricolă brută medie şi suprafaţa agricolă netă medie pe bloc fizic Statistici personalizate cerute în mod specific de Agenţia de Plăţi şi Intervenţie

pentru Agricultură.

Rezultate obţinute şi materiale predate Contractorul creează mozaicul, utilizând ortofotoplanuri ce acoperă suprafaţa fiecărei unităţi administrative (comună). Fişierul imaginii astfel obţinute trebuie să fie comprimat în format [.sid]. Rezultatele sunt stocate pe suport DVD, incluzând şi un raport de calitate internă, precum şi un directór cu numele judeţului (nu mai mult de un judeţ pentru un DVD) şi unul sau mai multe subdirectoáre corespunzătoare unităţilor administrative (comune). Subdirectoárele trebuie să conţină:

mozaicul comprimat al ortofotoplanurilor (şi fişierele corespunzătoare), limitele administrative ([.shp] şi fişierele corespunzătoare), baza de date SIG – SIPA (fişiere de tip[.shp], [.dbf], [.shx]), un fişier care să conţină descrierea fişierelor de mai sus, precum şi

caracteristicile corespunzătoare,

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

116

un raport statistic [.xls]. Aceste informaţii vor fi livrate pe un suport DVD. Un DVD poate conţine unul sau mai multe subdirectoáre complete ale unităţii administrative, în funcţie de dimensiunea acestora. Contractorul furnizează către APIA materialele grafice, pentru fiecare unitate administrativă, atât în format digital cât şi tipărite pe hârtie, după cum urmează:

pentru fiecare unitate administrativă a lotului vectorizat, contractorul furnizează o hartă la o scară convenabilă (în jurul valorii 1:10.000; numitorul scării depinde de fiecare caz în parte), format A0, acoperind în totalitate suprafaţa unităţii administrative; această hartă trebuie să cuprindă mozaicul ortofoto, limitele administrative, denumirile zonelor locuite (oraşe, comune, sate), conturul blocurilor fizice şi codurile de identificare unică a acestora precum şi poligoanele suprafeţelor neagricole;

pentru fiecare unitate administrativă, contractorul furnizează o hartă index, format A2, la o scară convenabilă potrivit dimensiunii unităţii administrative şi care cuprinde limitele administrative, blocurile fizice ce apar în întregime în fiecare hartă a blocurilor fizice şi indexul corespunzător hărţii; fiecare hartă acoperind unul sau mai multe blocuri fizice poate fi vizualizată cu uşurinţă folosind aceeaşi culoare de fond a blocurilor fizice şi culori diferite pentru hărţile învecinate;

pentru fiecare unitate administrativă, contractorul furnizează un set de hărţi de detaliu, format A3, acoperind în întregime suprafeţele agricole; scara se stabileşte astfel încât hărţile A3 să conţină în totalitate cel puţin un bloc fizic al unităţii administrative; ca o regulă generală, scara este 1:5.000, dar se acceptă şi scara 1:2.000 sau 1:10.000. Scara permite o identificare clară a parcelelor agricole de către fermier şi este aleasă întâi în funcţie de numărul şi dimensiunea parcelelor conţinute în blocul fizic şi apoi, în funcţie de dimensiunile blocurilor fizice. Controlul calităţii Contractorul este obligat să realizeze controlul intern al calităţii şi să păstreze înregistrările operaţiilor efectuate în vederea realizării acestui control. Controlul intern al calităţii (IQC) se referă la următoarele aspecte:

controlul calităţii procesului de fotointerpretare, controlul calităţii bazei de date SIG.

În cazul controlului calităţii procesului de fotointerpretare, contractorul trebuie să dispună de un sistem de control şi instruire a operatorilor, precum şi să elaboreze un ghid de fotointerpretare. Referitor la controlul calităţii bazei de date SIG, contractorul trebuie să realizeze controlul calităţii cu privire la integritatea datelor geografice (suprapuneri, spaţii între poligoane etc.) precum şi la conexiunea limitelor administrative. În cadrul controlului extern al calităţii (EQC), se realizează un control formal al tuturor datelor, luând în considerare următoarele aspecte: numele fişierelor, structura datelor, numărul poligoanelor corespunzând unui bloc fizic, intersecţii ale limitelor suprafeţelor etc.

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

117

După realizarea acestui control formal, urmează efectuarea unui control de conţinut, realizat pe bază de eşantioane. În acest context, se face o analiză cu privire la poziţia blocurilor fizice, dar şi în ceea ce priveşte conţinutul atributelor. În urma unei selecţii aleatoare, blocurile fizice vectorizate sunt supuse unor noi procese de fotointerpretare şi de vectorizare de către instituţia care realizează controlul extern al calităţii. Dacă numărul blocurilor fizice respinse dintr-un eşantion al setului de date furnizate depăşeşte 20%, atunci întregul set de date va fi respins. Cea de-a doua aplicaţie, din cadrul tezei de doctorat, care se referă la utilizarea ortofotoplanurilor în aplicaţia SIAC-SIPA, am realizat-o în colaborare cu Agenţia Spaţială Română (ROSA), cu Centrul Român de Utilizare a Teledetecţiei în Agricultură (CRUTA), precum şi cu firma S.C. Gauss S.R.L. din Timişoara, începând cu luna februarie 2006. Din cele patru loturi în care a fost divizată suprafaţa ţării, lotul cu numărul 3 i-a revenit firmei S.C. Gauss S.R.L. din Timişoara, în vederea realizării vectorizării blocurilor fizice. Pentru vectorizarea tuturor blocurilor fizice ale celor 9 judeţe, au fost implicaţi 63 de angajaţi (39 angajaţi ai firmei Gauss şi 24 angajaţi ai firmelor subcontractoare), dintre care 52 operatori vectorizare şi 11 controlori de calitate. În cadrul procesului de fotointerpretare, am contribuit la stabilirea unor reguli, astfel încât blocul fizic rezultat să respecte condiţiile europene. De exemplu, în cazul unei limite de bloc fizic, se va utiliza întotdeauna drumul sau limita cea mai bine vizibilă. Programul de vectorizare diferă în funcţie de contractor, în cazul de faţă fiind utilizat programul ESRI Arcview 9.1 (figura 4.26-a,b). Pentru definirea regulilor de vectorizare, am efectuat diverse experimente în vederea stabilirii unei scări de vectorizare cu respectarea condiţiei ca numărul mediu de vertecşi pe unitatea de lungime să fie astfel încât să se minimizeze cantitatea de informaţie extrasă prin vectorizare, dar să se respecte precizia de definire a blocului fizic. Vectorizarea am realizat-o la scara 1:1.000, respectând regulile de vectorizare din Manualul de fotointerpretare [ROSA, CRUTA, 2006] (figura 4.27-a,b,c), după care a urmat crearea bazei de date (figura 4.28-a, b). Controlul intern al calităţii (IQC) a constat în verificarea bazei de date, a codurilor şi a delimitării blocurilor fizice, precum şi a procesului de fotointerpretare (figura 4.29-a,b). În vederea realizării controlului intern al calităţii, am propus ca acesta să se efectueze global, prin sondaj pe întreaga suprafaţă şi apoi să se controleze în detaliu doar acele zone cu risc mai mare de a greşi (zonele mixte, păşuni cu pomi, vecinătatea pădurilor etc.) Controlul extern al calităţii (EQC) a fost realizat de către firma SIVECO România S.A împreună cu următorii subcontractori: Agenţia Spaţială Română (ROSA), GEOSYSTEMS – România, Centrul Român pentru Utilizarea Teledetecţiei în Agricultură (CRUTA), GEOSYS (Franţa) şi GAF AG (Germania). În cadrul primei etape a EQC, pentru efectuarea controlului calităţii datelor furnizate de firmele contractoare care au realizat vectorizarea blocurilor fizice, a fost utilizat programul Visa-Rom, realizat de către firma Geosys France cu respectarea specificaţiilor elaborate de CRUTA şi ROSA. Funcţiile acestui program analizează datele prin identificarea eventualelor erori topologice (suprapuneri, spaţii între

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

118

poligoane), precum şi precizia bazei de date, în conformitate cu standardele europene. Controlul topologiei şi al structurii bazei de date a fost realizat pentru întreaga suprafaţă a unităţilor administrativ teritoriale, utilizând programul Visa-Rom (figura 4.30-a, b, c, d). Verificarea fotointerpretării a fost realizată pentru un eşantion de 5% din totalul blocurilor fizice (eşantionul a fost generat de programul Visa-Rom) (figura 4.31-a, b). O unitate administrativă primeşte calificativul RESPINS, dacă mai mult de 20% dintr-un eşantion de 5% din totalul blocurilor fizice eligibile prezintă erori, fiind retransmisă contractorului pentru a corecta vectorizarea.

Fig.4.26-a Comenzi dedicate vectorizării SIPA

Fig.4.26-b Vectorizare de suprafeţe în vederea realizării SIPA

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

119

Fig.4.27-a Vectorizare comuna Berbeşti; blocurile fizice nr. 596 şi nr. 226

Fig.4.27-b Vectorizare comuna Berbeşti; blocurile fizice nr. 418 şi nr. 419

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

120

Fig.4.27-c Vectorizare comuna Berbeşti

Fig. 4.28-a Crearea bazei de date - atribute

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

121

Fig. 4.28-b Crearea bazei de date - Comuna Berbeşti, judeţul Vâlcea

Fig.4.29-a SIPA - setul de comenzi de validare

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

122

Fig.4.29-b SIPA - baza de date a limitelor blocurilor fizice

Dacă din eşantionul respectiv, numărul blocurilor fizice respinse este mai mic sau egal cu pragul de respingere de 20%, atunci unitatea administrativă primeşte calificativul ADMIS. (figura 4.32). În cea de-a doua etapă a EQC, a fost ales un eşantion de 30 de comune în vederea identificării şi corectării erorilor atributelor din baza de date, precum şi realizării verificărilor finale. Controlul a fost efectuat pentru toate blocurile fizice eligibile dintr-o unitate administrativă. Conform comunicatului de presă din data de 4 februarie 2008, ţara noastră a transmis Comisiei Europene, la 31 ianuarie 2008, datele preliminare privind suprafaţa determinată eligibilă pentru plată, din Fondul European pentru Garantare în Agricultură (FEGA), respectiv de 8.952.830 ha. Această suprafaţă a fost determinată în urma finalizării controalelor privind supradeclarările blocurilor fizice şi a introducerii în Sistemul Integrat de Administrare şi Control (SIAC) a peste 90% din rezultatele măsurătorilor. Suprafaţa de referinţă declarată de România la încheierea negocierilor de aderare este de 8.716.370 ha. În cazul în care, după finalizarea tuturor controalelor, suprafaţa determinată va fi în continuare mai mare decât suprafaţa de referinţă, se va aplica un coeficient de reducere unic pentru toţi beneficiarii de subvenţie, pentru încadrarea în alocaţia financiară pentru plăţi directe pe suprafaţă aferentă anului 2007 de 440.635.000 Euro. Conform comunicatului de presă din 21 februarie 2008, Agenţia de Plăţi şi Intervenţie pentru Agricultură (APIA) a pus la dispoziţia fermierilor un program de prezentare a hărţilor digitale din baza de date SIPA, accesibil prin internet începând

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

123

Fig.4.30-a Controlul calităţii bazei de date (SIPA QC) – Verificarea loturilor

Fig.4.30-b Controlul calităţii bazei de date (SIPA QC) – Verificarea parametrilor

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

124

Fig.4.30-c – Controlul calităţii bazei de date (SIPA QC) – Raport de control al datelor

Fig.4.30-d Controlul calităţii bazei de date (SIPA QC) – Structura finală a bazei de

date

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

125

Fig.4.31-a Controlul calităţii fotointerpretării (SIPA QC) – Vectorizare realizată de

contractor

Fig.4.31-b – Controlul calităţii fotointerpretării (SIPA QC) – Vectorizare realizată de

echipa de control EQC

4. STUDII DE CAZ _________________________________________________________________________________

126

Fig.4.32 SIPA QC - Calificativul „ADMIS”

cu data de 21 februarie 2008. Această bază de date conţine imagini aeriene ale întregii suprafeţe agricole a ţării, limitele administrative şi limitele suprafeţelor de teren (blocuri fizice) necesare fermierilor pentru identificarea parcelelor agricole pe care le utilizează şi pentru care pot depune cerere de sprijin financiar de la Uniunea Europeană şi de la bugetul naţional. Programul este util tuturor fermierilor care au acces la internet, dar mai ales autorităţilor locale şi specialiştilor APIA, Agenţiei Naţionale de Consultanţă Agricolă (ANCA), Direcţiilor Judeţene pentru Agricultură şi Dezvoltare Rurală (DADR), agenţilor agricoli de pe lângă primăriile comunelor. Aceştia vor asista fermierii la identificarea corectă a parcelelor agricole. Programul poate fi accesat pe baza unei parole care va fi furnizată fermierilor şi instituţiilor implicate în campania de depunere a cererilor de sprijin financiar 2008, de către centrele judeţene/locale APIA.

127

___________________________________________________________________ CAPITOLUL

5 ___________________________________________________________________

CONCLUZII În teza de doctorat intitulată „Aplicaţii speciale ale exploatării fotogrammetrice” am prezentat aspecte ale modernizarii metodelor şi tehnologiilor fotogrammetrice în aplicaţii specifice, respectiv realizarea de hărţi de hazard şi dezvoltarea de aplicaţii specifice acordării subvenţiilor în agricultură în conformitate cu politica UE, ţinând cont de cerinţele şi tendinţele de dezvoltare pe plan mondial în acest domeniu de activitate şi de contextul socio-economic al ţării noastre. În acest capitol sunt prezentate principalele concluzii la care am ajuns în urma unei sinteze ample a problematicii abordate, bazate pe studierea unui vast material bibliografic de specialitate referitor la aplicabilitatea fotogrammetriei atât în domeniile topografice cât şi în cele netopografice.

Teza de doctorat este structurată pe 5 capitole cuprinzând 156 pagini, 5 anexe, un număr de 50 figuri, 8 tabele şi o listă bibliografică cuprinzând 92 titlluri.

5.1 CONCLUZII CU CARACTER GENERAL

1. Un prim aspect care trebuie scos în evidenţă încă de la începutul dezvoltării unei astfel de teme se referă la faptul că evoluţia fotogrammetriei este în strânsă concordanţă cu dezvoltările în domeniul tehnic, în special cu tehnologia informaţiei. Performanţele înregistrate atât din punct de vedere tehnologic cât şi al sistemelor de calcul s-au manifestat în primă fază pe partea de metodologie extinzând ulterior şi sfera aplicabilităţii acesteia.

2. Realizarea unor fluxuri fotogrammetrice în întregime digitale (sau complet digitale) a contribuit la extinderea sferei aplicaţiilor modelului digital al terenului (realizarea ortofotoplanurilor, întocmirea hărţilor tematice ale reliefului, ortorectificarea imaginilor satelitare, proiectarea asistată de calculator (căi de comunicaţii, baraje)), rezultatele obţinute putând fi integrate în SIG. Extinderea aplicaţiilor modelului digital al terenului s-a făcut şi în domeniul aplicaţiilor netopografice, cum sunt cele din arhitectură, arheologie, medicină, construcţii de maşini, robotică etc. În teza de doctorat am abordat aspectul general de realizare a modelului digital al terenului cu principii şi metode ce stau la baza generării acestuia, conducând la fidelitate morfologică şi precizie geometrică ridicată (capitolul 3).

5. CONCLUZII _________________________________________________________________________________

128

3. Cantitatea mare de date obţinute prin procedeele de exploatare fotogrammetrică a condus şi la dezvoltarea sistemelor informaţionale geografice (SIG), care combină diferitele produse fotogrammetrice (MDAT, ortofotoplanul, planul topografic) pentru a genera noi informaţii cu caracter tematic specific, mai aproape de modul de înţelegere a factorilor de decizie. Din acest punct de vedere, imaginea fotogrammetrică este un produs din ce în ce mai mult utilizat ca strat de bază în structura de date SIG.

Evoluţia spectaculoasă în domeniul tehnologiei SIG a permis acestor sisteme informaţionale geografice să devină instrumente eficiente în procesul de întocmire a hărţilor şi îndeosebi, instrumente indispensabile analizării informaţiilor referitoare la suprafaţa terestră. Asemeni fotogrammetriei, tehnologia SIG are o largă utilizare în aplicaţii pentru diverse domenii, cum ar fi: cadastru, agricultură, silvicultură, îmbunătăţiri funciare, transporturi şi telecomunicaţii, geologie, hidrologie ş.a., conducând la apariţia de soluţii pentru o multitudine de probleme care se cereau a fi rezolvate.

4. Inundaţiile şi în special cele de mari proporţii constituie unele dintre fenomenele naturale care au marcat şi marchează profund dezvoltarea societăţii umane, ele fiind cele mai răspândite dezastre de pe glob şi totodată şi cele mai mari producătoare de pagube şi victime omeneşti. Studiul şi practica mondială au demonstrat că apariţia inundaţiilor nu poate fi evitată, însă ele pot fi controlabile, iar efectele lor pot fi reduse printr-un proces sistematic care conduce la un şir de măsuri şi acţiuni menite să contribuie la diminuarea riscului asociat acestor fenomene. În acest context, am considerat oportun să prezint aspecte tehnice din domeniul fotogrammetriei legate de aceste evenimente, în zona de vest a României (capitolul 4), zonă cu impact crescut la inundaţii în ultimii 10 ani.

5. Tendinţele de evoluţie în domeniul fotogrammetriei conduc către automatizarea integrală a acesteia la utilizarea informaţiei fotogrammetrice într-un Sistem Informaţional Geografic (SIG), extinzând astfel direcţiile de aplicare a fotogrammetriei. Un rol important în implementarea noilor tehnici şi tehnologii ce stau la baza aplicaţiilor fotogrammetrice îl are şi autoritatea internaţională în domeniu, respectiv (ISPRS – International Society for Photogrammetry and Remote Sensing) care organizează periodic manifestări ştiinţifice (în perioada 3 – 11 Iulie 2008, a avut loc Congresul al XXI-lea de la Beijing), imprimând acestui domeniu de activitate un caracter tot mai dinamic.

5.2 CONCLUZII ŞI CONTRIBUŢII PERSONALE

Prin transpunerea în practică a considerentelor teoretice prezentate în capitolele 1, 2 şi 3, teza cuprinde unele exemplificări de natură practică-aplicativă, aducând contribuţii la soluţionarea tematicii propuse prin:

1. Realizarea hărţii de hazard la inundaţii în zona Foeni, judeţul Timiş, scara 1:50.000;

5. CONCLUZII _________________________________________________________________________________

129

2. Contribuţii la realizarea Sistemului de Identificare a Parcelelor Agricole (SIPA) în România.

În cadrul primei aplicaţii, urmând etapele schemei tehnologice prezentate în Capitolul 4, prezint următoarele particularităţi:

- în vederea întocmirii hărţii de hazard la inundaţii am propus o metodologie eficientă de realizare a acesteia pentru o zonă din judeţul Timiş;

- scanarea foilor de hartă am realizat-o cu ajutorul scanerului Scanworks V.2.4.02, care permite formatul maxim de scanare 0A al materialului grafic, cu rezoluţia de 500 dpi (dots per inch); am considerat oportună utilizarea formatului raster, acesta fiind indicat în cazul de faţă pentru eficientizarea etapei de achiziţionare a datelor iniţiale.

- georeferenţierea foilor de hartă am realizat-o pe baza cadrului de referinţă care conţine coordonatele colţurilor trapezelor corespunzătoare foilor de hartă, în Sistemul de Proiecţie Stereografică 1970; pentru aceasta, am utilizat software Microstation Descartes, care a oferit posibilitatea obţinerii unei precizii ridicate de georeferenţiere având valori cuprinse în intervalul [± 6.658m ±÷ 9.377m], valori ce se încadrează în toleranţa de m10± admisă pentru georeferenţierea hărţilor la scara 1:50.000.

- în sprijinul etapelor de analiză şi gestionare a situaţiei critice studiate, am intervenit în algoritmul de realizare al acestei hărţi de hazard prin:

- suprapunerea imaginii vector peste imaginea satelitară preluată înainte de inundaţie sau peste imaginea ortofotoplanurilor acoperind aceeaşi zonă, în vederea realizării operaţiilor de vectorizare şi actualizare cu obţinerea straturilor tematice (hidrografie, vegetaţie, categorii de folosinţă, limite administrative); - propuneri privind stabilirea acestor straturi tematice ce pot fi extrase din imaginile fotogrammetrice şi satelitare, oferind informaţii utile referitoare la suprafaţa zonei afectate; - aplicarea funcţiilor topologice precum şi întocmirea tabelelor de atribute, în vederea integrării datelor (spaţiale şi descriptive) într-un Sistem Informaţional Geografic; - obţinerea produselor derivate, reprezentate de modelul digital altimetric al terenului, harta pantelor şi harta expunerii terenului (cap. 4), care pot fi utilizate în viitor de către specialişti; - baza de date SIG poate fi utilizată ulterior pentru luarea unor decizii la nivel înalt în vederea executării lucrărilor de îmbunătăţiri funciare.

Urmărind succesiunea logică a etapelor din cadrul algoritmului prezentat, am obţinut produsul final sub forma hărţii de hazard la inundaţii pentru zona studiată (localitatea Foeni, judeţul Timiş – cap. 4).

Ţinând cont de importanţa generării unui model digital al terenului cât mai fidel realităţii, am abordat această problemă folosindu-mă de programul Microstation Descartes V8.0, în scopul constituirii unui suport fiabil pentru evaluări ulterioare ale stării de fapt din zonă şi pentru actualizarea bazelor de date SIG:

5. CONCLUZII _________________________________________________________________________________

130

- am obţinut prin scanare imaginile raster ale originalelor de editare care conţin curbe de nivel, realizând georeferenţierea şi ulterior vectorizarea acestora; - vectorizarea curbelor de nivel am realizat-o utilizând metoda de vectorizare asistată; această metodă are cele mai multe şanse de utilizare fiind o abordare mixtă (programul construieşte automat entitatea vectorială recunoscând formele raster, până când operatorul, analizând situaţia, hotărăşte dacă, sau pe unde trebuie continuată vectorizarea); - în vederea construcţiei modelului digital am abordat problema generării atât a reţelei TIN cât şi a celei de tip GRID.

Stocarea modelului digital altimetric al terenului pe baza considerentelor prezentate anterior am efectuat-o în fişiere de tip Geotiff (cap.4).

În ceea ce priveşte realizarea Sistemului de Identificare a Parcelelor Agricole în vederea acordării subvenţiei agricole de la Comunitatea Europeană, din cadrul celei de a doua aplicaţii a prezentei teze de doctorat, acesta este un proiect nou în România, reprezentând un element esenţial al Sistemului Integrat de Administrare şi Cotrol (SIAC), dezvoltat atât în statele membre ale Uniunii Europene cât şi în cele aflate în curs de aderare.

Contribuţiile aduse la realizarea Sistemului de Identificare a Parcelelor Agricole constau în următoarele:

- condiţiile de fotointerpretare fiind neclare, am contribuit la stabilirea unor reguli de fotointerpretare, astfel încât blocul fizic rezultat să respecte condiţiile europene;

- am contribuit la definirea regulilor de vectorizare cu respectarea condiţiei ca numărul mediu de vertecşi pe unitatea de lungime să fie astfel încât să se minimizeze cantitatea de informaţie extrasă prin vectorizare, dar să se respecte precizia de definire a blocului fizic.

- pentru a impune aceste reguli de vectorizare am propus impunerea unei scări de vectorizare pentru diferite cazuri; în urma experimentelor de vectorizare efectuate au rezultat diferite cazuri specifice care au fost transmise beneficiarului şi care au fost luate în evidenţă pentru realizarea Manualului de fotointerpretare;

- am contribuit, de asemenea, la realizarea unei metodologii pentru efectuarea controlului intern al calităţii (IQC), care a constat în: verificarea bazei de date, a codurilor, a delimitării blocurilor fizice, precum şi a procesului de fotointerpretare;

- am propus ca efectuarea controlului intern al calităţii să se realizeze global, rapid şi pe urmă în zonele cu risc mai mare;

- în urma efectuării controlului extern al calităţii (EQC), după aplicarea metodologiei propuse pentru controlul intern al calităţii (IQC), numărul de erori identificate s-a micşorat semnificativ.

5. CONCLUZII _________________________________________________________________________________

131

Aplicaţiile din studiile de caz la care mi-am adus contribuţia reprezintă doar câteva exemple din multitudinea posibilităţilor de aplicare a teoriilor şi practicilor fotogrammetriei moderne.

Complexitatea ambelor domenii, respectiv hărţi de hazard şi sisteme de subvenţie în agricultură nu a permis o abordare exhaustivă a domeniilor, acesta nefiind nici scopul prezentei lucrări. Cu toate acestea, concluziile la care am ajuns stabilesc specificul cerinţelor faţă de fotogrammetrie, teledetecţie şi sisteme informaţionale geografice în realizarea aplicaţiilor menţionate.

132

______________________________________________________________

BIBLIOGRAFIE

______________________________________________________________ 1. Albanese, A., Disabato, F., Terzo, O., Perotti, L., 2008 – A preliminary

approach to flood risk mapping anf flood forecasting system for the LDCs, ISPRS Congress Beijing, China

2. Badea, A., Dana, I., Moise, C., Mamulea, A., Badea, R., 2007 – A method for multi-source data exploitation, support for crisis situation management. Case study: floods in Romania, Annals of DAAAM for 2007 & Proceedings of the 18th International DAAAM, Vienna, Austria

3. Balch, O., White, K., 1991 – Factors involved in the balancing of equine hooves, California (Internet)

4. Baltsavias, E., Hahn, M., 1999 – Integration of image analysis and GIS, Institute of Geodesy and Photogrammetry, Swiss Federal Institute of Technology, ETH-Hoenggerberg, CH-8093 Zürich, Switzerland (Internet)

5. Bauer, P., 2004 - Modeling concepts and remote sensing methods for sustainable water management of the Okavango Delta, Botswana, Institute of Hydromechanics and Water Resources Management, ETH Hoenggerberg CH-8093 Zürich, Switzerland (Internet)

6. Bălteanu, D., 2004 – Sistem Informaţional Geografic (GIS) pentru studiul dezastrelor naturale. (Internet)

7. Borenstein, J., Everett, H., R., Feng, L., 1996 – Where am I? Sensors and Methods for Mobile Robot Positioning, Edited and compiled by J. Borenstein, Michigan. (Internet)

8. Chakraborty, K., 2002 – Accurate data creation and 3D object extraction for GIS databases from digital imagery, ERDAS Inc. Telford House, Fulbourn Cambridge – CB15HB, United Kingdom. (Internet)

9. David, V., 2006 – Aplicaţii speciale ale fotogrammetriei, Revista de Geodezie, Cartografie şi Cadastru – Vol. 15, Numerele 1,2, Bucureşti

10. David, V., 2007 – Importanţa fotogrammetriei în generarea bazei de date SIG, Revista de Geodezie, Cartografie şi Cadastru – Vol. 16, Numerele 3,4, Bucureşti

11. David, V., Sturza, M., Herban, S., Baciu, A., Novac, Gh., 2007 – Evoluţia metodelor de exploatare fotogrammetrică -

BIBLIOGRAFIE __________________________________________________________________________

133

Complemente de măsurători terestre, Vol. 2, Ed. Politehnica, Timişoara

12. David, V., Herban, S., Sturza, M., 2003 – GIS specification, evaluation and implementation, Simpozion Ştiinţific Internaţional – Alba Iulia

13. David, V., 2008 – Topographic mapping and spatial data collection, Sesiunea aniversară a facultăţii de construcţii din Cluj-Napoca - Conferinţa Internaţională "Construcţii 2008"

14. Dequal, S., Linqua, A., 2001 – True ortophoto for Architectural Survey, Proc. Of the XVIII, CIPA Int. Symposium, Potsdam, Germany, Oct. 18-21

15. Dimitriu, G., 2001 – Sisteme Informatice Geografice, Editura Albastră, Cluj-Napoca

16. Dobrowolska, J., 2004 – GIS – Effective Support in Water Resource Management and Protection, Neokart GIS Ltd. Poland. (Internet)

17. Docan, D. C., Dana, I., Badea, A., Moise, C., Badea, R., 2007 – Adapted methods of spatial information analysis developed and implemented in the framework of IACS-LPIS setup in Romania, Annals of DAAAM for 2007 & Proceedings of the 18th International DAAAM Symposium, ISSN 1726-9679, ISBN 3-901509-58-5, Editor B. Katalinic, Published by DAAAM International, Vienna, Austria

18. Donnelly, J., 1991 – Geographic Information Systems in Map Making, Bulletin, American Congress on Surveying and Mapping (Internet)

19. Douglas, W., 1995 – Environmental GIS: Applications to Industrial Facilities, Lewis Publishers, Boca Raton (Internet)

20. Faber, B.G., Wallace, W. W., Johnson, G. E., 1998 – Active Response GIS: For Resource Management Spatial Decision Support Systems, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, vol.64

21. Fisher, J., 2000 – The Application of Digital Photogrammetry to Coastal Hazard Identification, Department of Civil Engineering North Carolina State University. (Internet)

22. Fotheringham, S., Rogerson, P., 1994 – Spatial Analysis and GIS, Taylor & Francis Publishers, Bristol

23. Gamba, P., 2001 – Digital terrain models in dense urban areas, International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing. Volume XXXIV-3/W4, Annapolis, MD. (Internet)

24. Ganci, G., Clement, R., 2000 – The Use of the Self-identifying Targeting for Feature Based Measurement, Coordinate Measuring System Committee, Dearborn, Michigan, July (Internet)

BIBLIOGRAFIE __________________________________________________________________________

134

25. Gillings, M., 1999 – Engaging Place: a Framework for the Integration and Realisation of Virtual-Reality Approaches in Archaeology, Computer Applications in Archaeology, Int Series 750 (Internet)

26. Haala, N., 2005 - Towards Virtual Reality GIS, Stuttgart. (Internet) 27. Hanke, K., Ebrahim, M.A-B., 1997 – A Low Cost 3D-Measurement Tool

for Arhitectural and Archaeological Photogrammetric Applications, CIPA Symposium, Sweden

28. Hendricksen, C., Hall, L., 1992 – GIS Measures Water Use in the Arid West, Geo Info Systems, vol.2 (Internet)

29. Heuvel, F.A. van den, 2002 – Theme Issue on Medical Imaging and Photogrammetry, Editorial, ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing, Vol.56

30. Ibănescu, L., Ţipişcanu, C., Niculiţă, O., 2003 – GIS (Geographical Information Systems, Universitatea Tehnică „GH. ASACHI” IAŞI, Facultatea de Automatică şi Calculatoare. (Internet)

31. Ionescu, I., 2004 – Fotogrametrie inginerească, Editura MatrixRom, Bucureşti

32. Ionescu, I., Noaje, I., 1995 – Realizarea modelelor digitale ale reliefului prin metoda însumării suprafeţelor, Buletinul de Fotogrammetrie şi Teledetecţie nr.9, pg. 28-36

33. Ionescu, I., Noaje, I., 1997 – Construcţia modelelor digitale altimetrice cu elemente finite prelucrate în bloc, Buletinul de Fotogrammetrie şi Teledetecţie nr. 13-14, pg. 27-31

34. Ionescu, I., Noaje, I., 1997 – Modelarea digitală altimetrică discretă, Buletinul de Fotogrammetrie şi Teledetecţie nr. 13-14, pg. 11-19

35. Ionescu, I., Badea, D., Dogaru, M., 2008 – Digital photogrammetric products from aerial images, used for identifying and delimiting flood risk areas, ISPRS Congress Beijing, China

36. Joshi, C., 2005 – Remote Sensing and GIS Applications for Mapping and Spatial Modelling of Invasive Species, Department of Natural Resources, International Institute for Geo-information 7cience and Earth Observation, Netherland. (Internet)

38. Johnson, R., 2000 – GIS Technology for Disasters and Emergency Management, ESRI

38. Johnston, G., 2005 – Conserving Water, Conserving Costs: Integrating Work Management with CIS, GIS – WaterWorld

39. Jordan, P., Willneff, J., 2001 – Photogrammetric measurement of deformations of horse hoof horn capsules, Proceedings of SPIE, San Jose, California

40. Jörg, A., Wiedemann, A., 2001 – From analoque to digital close-range photogrammetry, Department for Photogrammetry and Cartography, TU Berlin (Internet)

BIBLIOGRAFIE __________________________________________________________________________

135

41. Kotowski, R., 1988 - Phototriangulation in Multi-Media-Photogrammetry, International Archives of Photogrammetry and Remote Sensing, Vol. XXVII

42. Kraus, K., 2005 – Quality measures for digital terrain models, Institute of Photogrammetry and Remote Sensing, Viena University of Technology, Austria. (Internet)

43. Lazaridou, M., 1999 - The Photointerpretation on the Study of the Surrounding Area of a Road, Greece (Internet)

44. Lembo, A. J., Powers, C., Gorin, E. S., 1998 – The Use of Innovative Data Collection Techniques in Support of Enterprise Wide GIS Development, Photogrammetric Engineering and Remote Sensing, vol. 64

45. Leica Geosystems, 2005 – Erdas Field Guide, Geospatial Imaging, LLC Norcross, Georgia

46. Lillesand, T., M., Kiefer, R., W., Chipman, J., W., 2004 – Remote Sensing and Image Interpretation, John Wiley & Sons, Inc., USA

47. Lilljequist, R., Ligtenberg, H., 2005 – Reducing the risk from natural hazard – The role of Geoscience, European federation of geologists, Brussel. (Internet)

48. Maas, H.-G., 2004 – New developments in Multimedia Photogrammetry, Institute of Geodesy and Photogrammetry Swiss Federal Institute of Technology ETH-Hoenggerberg, CH-8093, Zürich (Internet)

49. Madani, M., 2001 – Importance of Digital Photogrammetry for a complete GIS, 5th Spatial Data Infrastructure Conference Cartagena, Columbia

50. Malian, A., Azizi, A., 2004 – Medphos: A new photogrammetric system for medical measurement, Department of Surveying Engineering, University of Tehran, Iran, Department of Geodesy, Delft University of technology, The Netherlands (Internet)

51. Mandelbrot, B., B., Freeman, W., H., 1982 - The Fractal Geometry of Nature, W. H. Freeman and Company, Wikipedia

52. Mitchell, H.L., Newton, I., 2002 - Medical Photogrammetric Measurement. Overview and prospects, ISPRS Journal of Photogrammetry & Remote Sensing, Vol. 56

53. Miyamoto, J., 2005 - Using GIS for Managing Flood Plain Ecosystems, GIS/RS consulting & Application Development. (Internet)

54. Neuner, J., 2000 – Sisteme de poziţionare globală, Editura MatrixRom, Bucureşti

55. Oana, V., C., 2005 – Contribuţii privind utilizarea tehnologiei GPS în sistemul informaţional geografic, Teză de doctorat, Bucureşti

BIBLIOGRAFIE __________________________________________________________________________

136

56. Oksanen, J., 2006 – Digital elevation model error in terrain analysis, Faculty of Science University of Helsinki, Auditorium XII of the Main Building (Unioninkatu 34)

57. Oprescu, N. şi col., 1974 – Manualul inginerului geodez, Ed. Tehnică, Vol.III, Bucureşti

58. Parlow, E., 1996 – Progress in Environmental Remote Sensing Research and Applications, A.A. Balkema, Rotterdam

59. Peters, D., 2008 - Building a GIS, System Architecture Design Strategies for Managers, ESRI Press

60. Petros, P., Larry, G., Clifford, M., Paul, L., Alan, W., 2004 – Manual of photogrammetry, Published by American Society for Photogrammetry and Remote Sensing

61. Plasmann, P., Jones, T.D., 1998 – A Non-Invasive Instrument to Measure Area and Volume of Wounds, Journal of Medical Engineering & Physics, Vol.20, 1998

62. Ras, F., Habets, L.L., van Ginkel, F.C., 1996 – Quantification of facial morphology using stereofotogrammetry-demonstration of a new concept, J. Dent (Internet)

63. Robert, S., 2006 – GIS for Enviromental Management, First edition, ESRI Press, Redlands, California, Bucureşti (Internet)

64. ROSA, CRUTA, 2006 – Manual de fotointerpretare 65. Rottensteiner, F., 2004 – Determination of terrain models by digital

image matching methods, School of Surveying and Spatial Information Systems, UNSW, Sydney, Australia. (Internet)

66. Săvulescu, C., Bugnariu, T., Sârghiuţă, R, Turcu, L., Abdulamit, A, Barbu, C., 2000 – Fundamente GIS, Editura *H*G*A*, Bucureşti

67. Samberg, A., 2000 – Elevation accuracy of laser scanning-derived digital terrain and target models in forest environment, Proceedings of EARSeL-SIG-Workshop LIDAR, Dresden

68. Sanders, M., 2006 – Data management and GIS in the Center of Disaster Management and Risk Reduction Technology (CEDIM): from integrated spatial data to the mapping of risk, Natural Hazards and Earth System Sciences. (Internet)

69. Sarkkila, J., 2001 – Digital terrain modeling for flood analysis and impact assessment in emergency action planning, Finnish Environment Institute. (Internet)

70. Sawal, R., 2004 – Digital Elevation Data and Gis Projects – U.S. Geological Survey, Colorado. (Internet)

71. Scally, R., 2006 – GIS for Environmental Management, ESRI Press, Redlands, California

72. Schmidt-Thomé, P., Kallio, H., 2003 – Development of Natural Hazard maps for European Regions, EU-MEDIN Forum on Disaster Research „The road to Harmonisation. (Internet)

BIBLIOGRAFIE __________________________________________________________________________

137

73. Smith, M. J., 2005 - The use of photogrammetry and LIDAR for landscape roughness estimation in hydrodynamic studies, Institute of Engineering Survey and Space Geodesy, UK. (Internet)

74. Standarde: ISO TC-211, DIGEST, MIL-STD 75. Steinbach, P., 2006 – MODIS satellite images of the 2005 Banat

centennial flood event, Romania – reappearence of an old wetlan area, Geophysical Research Abstracts, European Geosciences Union. (Internet)

76. Stoian, I., Bunea, S., Însurăţelu, M., 2005 – Realizarea hărţilor tematice, a hărţilor de risc şi managementul crizelor utilizând tehnici de teledetecţie, Revista de Geodezie, Cartografie şi Cadastru, vol.14, nr.1-2, Simpozionul de măsurători terestre şi cadastru, Bucureşti, 17 – 18 noiembrie

77. Tate, E., 1998 – Photogrammetry applications in digital terrain modeling and floodplain mapping, GRB 394: Research in Remote Sensing. (Internet)

78. Toderaş, T., 2002 – Modelul digital al terenului – componenta de bază a hărţii digitale în automatizarea conducerii trupelor, Revista Academiei Forţelor Terestre “Nicolae Bălcesu”,Sibiu. (Internet)

79. Tomlinson, R., 2007 – Tinking About GIS, ESRI Press 80. Trinder, J.C., Nade, S., Vuillemin, A., 1994 – Applications of

Photogrammetric Measurements in Medicine, International Archives of Photogrammetry & Remote Sensing, Vol.30, Commission V, ISSN 0256-1840, ISPRS Symposium

81. Turdeanu, L., 1997 – Fotogrammetrie analitică, Ed. Academiei Române, Bucureşti

82. Turdeanu, L., 1998 – Caracteristicile fundamentale ale sistemelor fotogrametrice digitale, Buletinul de Fotogrammetrie şi Teledetecţie, Nr. 15 – 16, Bucureşti

83. Turdeanu, L., Noaje, I., 2002 – Măsurători terestre - fundamente, Vol.III, Ed. MatrixRom, Bucureşti

84. Turdeanu, L., Zăvoianu, F., 1999 – Aspecte specifice privind exploatarea fotogrametrică digitală, Buletinul de Fotogrammetrie şi Teledetecţie, Nr. 17 – 18, Bucureşti

85. Zegheru, N., 2000 – De la fotogrammetria analogică la fotogrammetria digitală în România, Buletinul de Fotogrammetrie şi Teledetecţie, Nr. 19 – 20, Bucureşti

86. Zăvoianu, F., 1997 – Stereofotogrammetrie, Universitatea Tehnică de Construcţii Bucureşti

87. Zăvoianu, F., 1999 – Fotogrammetria, Editura Tehnică, Bucureşti 88. Zwart, P.R., 1987 – Measuring the Shape of Fishing Nets-an Application

of Three Media Close Range Photogrammetry. Symposium on

BIBLIOGRAFIE __________________________________________________________________________

138

the Applications of Close Range Photogrammetry, Editor M.R. Shortis, Melbourne (Internet)

89. Wade, T., Sommer, S., 2007 – A to Z GIS, ESRI Press 90. Wang, Z., Quingquam, L., Yang, B., 2008 – Multi-resolution

representation of digital terrain models with topographical features preservation, ISPRS Congress Beijing, China

91. Winkler, P., 1993 – Remote Sensing for monitoring the changing environment of Europe, A.A. Balkema, Rotterdam

92. Wolf P., Dewitt B. M., 2000 – Elements of Photogrammetry with Applications in GIS, Third edition, The McGraw-Hill Companies, USA

Internet http://phot.epfl.ch/workshop/wks96/art_8_3.html

http://www.colorado.edu/geography/gcraft/notes/intro/introf.html http://www.ferris.edu/htmls/academics/course.offerings/burtchr/photo.html http://education.rwa.co.za/education/ http://www.intergraph.com http://www.gisdevelopment.net/tutorials/tuman006.htm http://en.wikipedia.org/wiki/GIS http://en.wikipedia.org/wiki/Orthophoto http://www.bl.uk/ http://www.apia.org.ro http://eopi.esa.int http://www.pubs.asce.org/WWWsrchkwx.cgi?Floods http://www.google.com/Top/Science/Social_Sciences/Geography/Geographic_Information_Systems/Software/FAQs,_Help,_and_Tutorials/ http://www.itc.nl/education/courses/short_courses/2007/0712.asp http://www.gisdevelopment.net/downloads/gis/index.htm http://www.gisdevelopment.net/downloads/photo/index.htm- http://www.gfk-geomarketing.com/digital_maps.htm http://www.esriro.ro/- http://www.idrisi.com/site-map.cfm http://www.iacs-twinning-ro.com http://www.inmh.ro http://www.mapmart.com/Software/MapInfo/MapInfoSoftware1.htm http://web.rosa.ro/Inundatii_Aprilie_2006/inundatii_apr_2006.htm http://mars.jrc.it http://www.isprs2008-beijing.org

139

ANEXE

ANEXA A1

140

______________________________________________________________

LISTĂ DE FIGURI ______________________________________________________________

Pagina 1.1 Etapele dezvoltării fotogrammetrice.......................................... 3 2.1 Variaţia scării în cuprinsul fotogramei........................................ 92.2 Sistemul de coordonate-imagine în fotogrammetria digitală..... 172.3 Piramida-imagine multirezoluţie geometrică.............................. 252.4 Elementele componente ale unei staţii fotogrammetrice

digitale........................................................................................ 34 3.1 Modelul Digital Altimetric al Terenului....................................... 483.2 Diagrama structurii fişierului – DTED Level 0............................ 49 4.1 Localitatea Foeni - Judeţul Timiş............................................... 874.2 Poziţia zonei studiate................................................................. 874.3 Hartă topografică la scara 1:50.000 – Imagine raster................ 894.4 Imagine satelitară SPOT 5 înainte de inundaţie – rezoluţie

10m........................................................................................... 89

4.5-a Ortofotoplan la scara 1:5.000 – zona Foeni – Nord-Vest.......... 904.5-b Ortofotoplan la scara 1:5.000 – zona Foeni – Nord-Est............ 904.6-a Schemă tehnologică de realizare a hărţilor de hazard la

inundaţii...................................................................................... 914.6-b Realizarea hărţilor de hazard la inundaţii.................................. 924.7 Imagine raster georeferenţiată................................................... 934.8 Actualizare prin vectorizare........................................................ 934.9 Vegetaţie – strat tematic............................................................ 944.10 Imagine satelitară SPOT după inundaţie................................... 944.11 Aplicarea funcţiilor topologice.................................................... 954.12 Date descriptive (atribute).......................................................... 954.13 Hartă de hazard la inundaţii (hartă tematică digitală) – Scara

1:50.000..................................................................................... 964.14 Modelul Digital Altimetric al Terenului (MDAT) – flux

tehnologic propus....... 984.15 Vectorizarea curbelor de nivel................................................... 994.16 Reţea hidrografică...................................................................... 1004.17 Vedere frontală.......................................................................... 1014.18 Mod de vizualizare a reliefului................................................... 1014.19 Generarea reţelei TIN................................................................ 1024.20 Generarea reţelei GRID............................................................. 1024.21 Modelul Digital Altimetric al Terenului - Mod de reprezentare

(umbrire - hillshade)................................................................... 103

ANEXA A1 __________________________________________________________________________

141

4.22 Harta pantelor............................................................................ 1044.23 Harta expunerii terenului............................................................ 1044.24 Divizarea suprafeţei României în cele 4 loturi........................... 1064.25 Crearea unui bloc fizic – abordare generală.............................. 1114.26-a Comenzi dedicate vectorizării SIPA........................................... 1184.26-b Vectorizare de suprafeţe în vederea realizării SIPA.................. 1184.27-a Vectorizare comuna Berbeşti; blocurile fizice nr. 596 şi nr. 226 1194.27-b Vectorizare comuna Berbeşti; blocurile fizice nr. 418 şi nr. 419 1194.27-c Vectorizare comuna Berbeşti..................................................... 1204.28-a Crearea bazei de date – atribute............................................... 1204.28-b Crearea bazei de date – Comuna Berbeşti, Judeţul Vâlcea...... 1214.29-a SIPA - setul de comenzi de validare.......................................... 1214.29-b SIPA - baza de date a limitelor blocurilor fizice......................... 1224.30-a Controlul calităţii bazei de date (SIPA QC) – Verificarea

loturilor....................................................................................... 1234.30-b Controlul calităţii bazei de date (SIPA QC) – Verificarea

parametrilor................................................................................ 1234.30-c Controlul calităţii bazei de date (SIPA QC) – Raport de control

al datelor.................................................................................... 1244.30-d Controlul calităţii bazei de date (SIPA QC) – Structura finală a

bazei de date............................................................................. 1244.31-a Controlul calităţii fotointerpretării (SIPA QC) – Vectorizare

realizată de contractor............................................................... 1254.31-b Controlul calităţii fotointerpretării (SIPA QC) – Vectorizare

realizată de echipa de control EQC........................................... 1254.32 SIPA QC – calificativul „ADMIS”................................................ 126

ANEXA A2

142

______________________________________________________________

LISTĂ DE TABELE ______________________________________________________________ 2.1 Formate de imagini..................................................................... 22 3.1 Exemplu de codificare DTED....................................................... 49 4.1-a LOTUL I....................................................................................... 1074.1-b LOTUL II...................................................................................... 1074.1-c LOTUL III..................................................................................... 1084.1-d LOTUL IV..................................................................................... 1084.2 Lista atributelor SIG..................................................................... 1114.3 Lista categoriilor de folosinţă....................................................... 114

ANEXA A3

143

______________________________________________________________

LISTĂ DE ABREVIERI ______________________________________________________________ ANCA Agenţia Naţională de Consultanţă Agricolă ANCPI Agenţia Naţională de Cadastru şi Publicitate Imobiliară APIA Agenţia de Plăţi şi Intervenţii în Agricultură ASCII American Standard Code for Information Interchange BDG Baza de Date Grafice BDT Baza de Date Textuale BMP BitMaP CAD Computer Aided Design CCD Charge Coupled Device CE Comisia Europeană CT Computerized Tomography DADR Direcţia Judeţeană pentru Agricultură şi Dezvoltare Rurală DBMS DataBase Management System DCS Dispozitive Cuplate prin Sarcină DEG Digital Elevation Grid DEM Digital Elevation Model DoD Department of Defence DOS Disk Operating System DTED Digital Terrain Elevation Data DTM Digital Terrain Model DTS Dispozitive cu Transfer de Sarcină DVD Digital Video Disk sau Digital Versatile Disk DXF Digital eXchange Format ECW Enhanced Compressed Wavelet EQC External Quality Control ESA European Space Agency ESRI Environmental Systems Research Institute ETL Extract Transform Local EUMETSAT European Organisation for the Exploitation of Meteorological

Satellites

ANEXA A3 __________________________________________________________________________

144

FEGA Fondul European pentru Garantare în Agricultură GAECS Good Agricultural and Environmental ConditionS GRASS Geographic Resources Analysis Support System GPS Global Positioning System HRV High Resolution Visible IACS Integrated Administration and Control System IBM International Business Machines INSPIRE Infrastructure for Spatial Information in Europe IQC Internal Quality Control ISO International Standardization Organization ISPRS International Society for Photogrammetry and Remote Sensing JPEG Joint Photographic Experts Group JRC Joint Research Centre of the European Commission LFA Less-Favoured Area LIDAR Light Detection and Ranging LPIS Land Parcel Identification System LUT Look Up Table MAPDR Ministerul Agriculturii, Pădurilor şi Dezvoltării Rurale MDAT Modelul Digital Altimetric al Terenului MDNO Modelul Digital al Naturii Obiectelor MDP Modelul Digital Planimetric MDR Modelul Digital al Reliefului MEDPHOS MEDical PHOtogrammetric System MrSID MultiResolution Seamless Image Database NASA National Aeronautics and Space Administration NGA National Geospatial – Intelligence Agency RMN Rezonanţă Magnetică Nucleară OODBMS Object Oriented DataBase Management System PAC Politica Agricolă Comună PC Personal Computer PNDC Plăţi Naţionale Directe Complementare QC Quality Control RAID Redundant Array of Independent Disks RLC Run Lengh Encoding ROSA ROmanian Spatial Agency - Agenţia Spaţială Română SAPS Single Area Payment System (Schema de Plată Unică pe

Suprafaţă)

ANEXA A4

146

______________________________________________________________ BAZA DE DATE PENTRU ÎNTOCMIREA HĂRŢII DE HAZARD LA INUNDAŢII ______________________________________________________________

ANEXA A5

156

______________________________________________________________ CONFIGURAŢIE RECOMANDATĂ PENTRU SOLUŢIA SOCET SET, LPS ŞI Z/I IMAGING ______________________________________________________________

• Procesor: Intel Core 2 Quad Q6600 2.4 GHz;

• Placă de bază: Intel Bad Axe2;

• Memorie: 2x2GB DDR2 800NHz

• Placa video 1: PNY Quadro FX1700;

• Hard disk: 2x250GB Seagate;

• Carcasă: Intel „Pilot Point 4WS” cu 670W PSU fix;

• Monitor: TFT 22” Samsung;

• Sistem de operare: Windows Vista Bussines;

• Tastatura USB şi Mouse optic USB Logitech;

Documents

APLICAŢII SPECIALE ALE EXPLOATĂRII FOTOGRAMMETRICEdigilib.utcb.ro/repository/ccn/pdf/davidviorica.pdf · 2009. 1. 31. · într-un continuu progres încă de la inventarea fotografiei