Curs Teledetectie

  • View
    123

  • Download
    12

Embed Size (px)

Text of Curs Teledetectie

aplicarea_teledetectiei_viticultura

IOAN STOIAN INTRODUCERE IN TELEDETECTIE

1. Introducere

1.1 Noiuni de teledetecie

Teledetecia este tehnica ce permite culegerea de informaii cu privire la obiectele i fenomenele de pe suprafaa Pmntului, prin intermediul nregistrrilor ce se pot concretiza i n imagini, fr a fi n contact direct cu obiectele i fenomenele studiate.Teledetecia nglobeaz toate procesele ce constau n capturarea i nregistrarea energiei unei raze electromagnetice emise sau reflectate, pentru a trata i a analiza informaiile i pentru a utiliza aceste informaii.n cele mai multe cazuri, teledetecia implic o interaciune dintre energia incident i subiect (obiect sau fenomen). Prelucrrile de teledeteciei a nregistrrilor de tip imagine comport apte etape ce vor fi descrise ulterior. Meninm c teledetecia poate de asemenea s utilizeze i energie emis de captatori ce nu produc informaie de tip imagine.

1. Surse de imagine sau de iluminare:(A) - La originea tuturor proceselor de teledetecie se afl, n mod necesar, o surs de energie pentru iluminarea intei (obiectului sau fenomenului).2. Radiaia i atmosfera:

(B) n drumul parcurs ntre surs i int, radiaia interacioneaz cu atmosfera. O a doua interaciune se produce n timpul traseului parcurs ntre int i captator.

3. Interaciunea cu inta:

(C) Odat ajuns la inta, energia interacioneaz cu suprafaa acesteia. Natura acesteiinteraciuni depinde de caracteristicile radiaiei i de proprietile suprafeei.4. nregistrarea energiei prin captatori:(D) Energia difuzat sau emis de int este captat la distan (printr-un captator ce nu este n contact direct cu inta) i ulterior este nregistrat.5. Transmiterea, receptarea i tratamentul:

(E) - Energia nregistrat de captatori este transmis, prin intermediul mijloacelor electronice, la o staie de recepie unde informaiile sunt transformate n imagini (numerice sau fotografice).6. Interpretarea i analiza:

(F) O interpretare vizual i/sau numeric a imaginii tratate este necesar ulterior pentru extragerea informaiilor ce s-a decis s fie obinute despre int (obiectul sau fenomenul studiat).7. Aplicaii:

(G) Ultima etap a procesului const n utilizarea informaiilor extrase din imagine pentru cunoaterea mai bun a obiectului sau fenomenului (inta) studiat.1.2 Radiaia electromagnetic

Este necesar ca o surs de energie sub form de radiaie electromagnetic s ilumineze inta, dac aceasta din urm nu produce chiar ea aceast energie.

Conform teoriei undelor, toate radiaiile electromagnetice au proprieti fundamentale i se comport ntr-un mod previzibil. Radiaia electromagnetic este alctuit dintr-un cmp electromagnetic (E) i un cmp magnetic (M). Cmpul electromagnetic variaz n ceea ce privete mrimea sa i este orientat perpendicular pe direcia de propagare a radiaiei. Cmpul magnetic este orientat perpandicular pe cmpul electric. Cele dou cmpuri se deplaseaz cu viteza luminii (c).Pentru a nelege mai bine teledetecia este necesar s se cunosc cele dou componente ale radiaiei electromagnetice: lungimea de und i frecvena.

Lungimea de und este echivalent cu ciclul unei unde, ceea ce corespunde la dou vrfuri succesive ale undei, se reprezint prin i se msoar n metri sau prin submultiplii ai acestora, ca de exemplu nanometri (nm, 10-9 m), micrometri (m, 10-6m) sau centimetri (cm, 10-2 m). Frecvena reprezint numrul de oscilaii pe unitatea de timp. Frecvena este msurat n Herzi (Hz, n alt fel spus este numrul de oscilaii pe secund) sau prin multiplii de Herzi.Urmtoarea formul ilustreaz relaia dintre lungimea de und i frecvena:

c =

Unde:

este lungimea de und;

este frecvena;

c este viteza luminii

Ceea ce nseamn c cu ct lungimea de und este mai mic frecvena este mai mare, iar cu ct lungimea de und este mai mare frecvena este mai mic.Pentru a nelege mai bine informaiile extrase din datele furnizate de teledetecie este esenial s se cunoasc caracteristicile radiaiilor electromagnetice.

1.3 Radiaia electromagneticRadiaia electromagnetic acoper domeniul de la undele scurte (dintre care fac parte undele gama i razele X) la undele lungi (microunde i undele radio). Dintre acestea, teledetecia utilizeaz mai multe zone ale spectrului electromagnetic.

Undele de lungime scurt utilizate cel mai des n teledetecie sunt cele situate n domeniul ultraviolet. Acestea sunt situate n apropierea violetului de la nceputul spectrului vizibil. Unele materiale de pe suprafaa terestr, cum ar fi rocile i mineralele, intr n florescen sau emit rspuns spectral n domeniul vizibil, atunci cnd asupra lor acioneaz radiaia ultraviolet.

Lumina pe care ochiul uman (primul captor n lanul de teledetecie) o poate distinge se afl n domeniul vizibil sau altfel spus n spectrul vizibil. O mare parte a radiaiilor electromagnetice ce ne nconjoar sunt invizibile ochiului uman dar pot fi sesizate de captatori sau de alte dispozitive specifice teledeteciei. Lungimea undelor vizibile este cuprins n intervalul 0,4-0,7 mm. Culoarea care are lungimea de und cea mai mare este rou, iar cea cu lungimea de und cea mai scurt este violetul. Undele ale cror lungimile le nscriu n spectrului vizibil le pecepem ca i culori i trebuie reinut c aceste acoper doar o poriune a spectrului.

Violet: 0,4 0,446 m Galben: 0,578 0,592 m

Albastru: 0,446 0,500 m Oranj: 0,592 0,620 m

Verde: 0,500 0,578 m Rou: 0,620 0,700 m

Albastrul verdele i roul sunt culori primare ale spectrului vizibil. O culoare primar nu poate fi creat din combinarea a dou sau mai multe culori primare. Chiar dac vedem lumina solar ca avnd o culoare uniform sau omogen, n realitate aceasta este compus dintr-o multitudine de lungimi de und cuprinse ntre ultravioletul vizibil i infraroul spectral. Poriunea vizibil a radiaiei se descompune, la traversarea unei prisme transparente, n culorile componente deoarece lumina este refractat diferit, n funcie de lungimea de und.

Domeniul frecvenelor nalte este important pentru teledetecie. Aceast domeniu al undelor utilizate n teledetecie cuprinde undele cu lungime ntre 1mm i 1m, n timp ce undelu cu lungime scurt se apropie de infrarou termic iar cele cu lungime mare se apropie de undele radio.

De asemenea, n ultima perioad, undele de hiperfrecven sunt subiect de interes pentru teledetecie. Lungimea undelor din aceast categorie se situeaz n intervalul 1m-1mm, propriettile lor semnnd cu cele din infrarou termal i cu undele radio.Spectrul electromagneticLungimea de und

Vizibil0.4 0.7 m

Infrarou apropiat0.7 1.5 m

Infrarou mediu1.5 3 m

Infrarou termic3 15 m

Microunde1mm 1m

1.4 Interaciunea cu atmosfera

nainte ca radiaia emis s ating suprafaa Pamntului, aceasta traverseaz straturile atmosferei. Gazele din atmosfer pot bloca radiaiile incidente, fapt care cauzeaz mecanisme de difuzie i absorbie. Difuzia se produce ntre radiaie i particulele sau moleculele de dimensiuni mari aflate n gazele prezente n atmosfer. Aceste particule deviaz radiaiile de la traiectoria lor iniial. Difuzia depinde de lungimea undei, de densitatea particulelor i moleculelor din gaze i de traversarea atmosferei de ctre radiaie.

Exist trei tipuri de difuzie:

difuzie Rayleigh

difuzie Mie

difuzie nonselectiv

`Difuzia de tip Rayleigh se produce atunci cnd dimensiunea particulelor este inferioar lungimii de und a radiaiei. Acest tip de difuzie este specific straturilor superioare ale atmosferei. Acest fenomen explic de ce nu ntotdeauna cerul este albastru n decursul unei zile. La rsritul i la apusul Soarelui radiaia parcurge distane mai amri pentru a traversa atmosfera dect la prnz. Difuzia radiaiilor cu lungime de und mai mic este mai important, pentru radiaiile cu lungime de und mare acest tip de difuzie nu provoac difuzie semnificativ.Difuzia de tip Mie se produce atunci cnd particulele din gazele atmosferice au dimensiuni apropiate de lungimea de und a radiaiilor. Acest tip de difuzie este datorat particulelor de fum, praf, polen, ap, etc. i se produce n straturile inferioare ale atmosferei influennd radiaiile cu lungime de und foarte mare.

Difuzia de tip nonselectiv se produce cnd particulele din gazele atmosferice sunt mai mari dect lungimea de und a radiaiilor i se numete aa pentru c indiferent de lungimea de und a radiaiilor acestea sunt dispersate. Particulele de ap din atmosfer disperseaz albastru, verdele i roul n mod egal i duce la apariia radiaie alb. Aceasta este explicaia pentru care norii i percepem ca fiind albi.Absorbia este un alt fenomen ce intervine la interaciunea radiaiilor cu atmosfera.

Absorbia se manifest atunci cnd particule mari din atmosfer (ozon, bioxid de carbon, vapori de ap, etc) absorb energii de diverse lungimi de und. Ozonul absoarbe razele ultraviolete, bioxidul de carbon pe cele din domeniul infrarou termic, iar vaporii de ap absorb undele cu lungimi cuprinse ntre 22 i 1 mm.

Zonele din spectru care nu sunt influenate n mod important de ctre absorbiile atmosferice i care sunt utile n teledetecie, se numesc ferestre atmosferice.Fereastra din spectru cea mai util n teledetecie se nscrie ntre valorile 10 mm (n apropiere de infrarou termal) i 1 mm.

1.5 Interaciunea cu obiectul sau fenomenul studiat (inta)

Radiaia care nu este absorbit sau difuzat de atmosfer poate s ating sau s interacioneze cu suprafaa Pmntului. Totodat aceast radiaie vine n contact cu inta. La atingere intei, suprafaa acesteia poate absorbii (A), retransmite (T), sau s reflecte (R) energia incident. Energia incident total interacioneaz cu suprafaa intei dup una sau dup combinarea tuturor metodelor de interaciune enumerate anterior. Proporia fiecrei interaciuni depinde de lungimea de und a energiei precum i de natura i co