Harta satelitară – de la concepție la ploter

Imaginile satelitare nu mai sunt demult un set de date greu accesibile, ele putând fi accesate de pe diferite platforme cum sunt GoogleEarth, Google Maps sau Bing Maps, ce folosesc senzori din ce în ce mai performanți ca (Landsat, SPOT, Ikonos, Quickbird etc).

Mai mult decât atât, unele imagini satelitare sunt disponibile gratuit spre descărcare, putând fi utlilizate în orice scop cu condiția citării sursei. Cel mai cunoscut exemplu este site-ul USGS (United States Geological Survey) asociat cu NASA, care de 8 ani (octombrie 2008) furnizează serviciul gratuit de descărcare date de tipul imaginilor satelitare provenite în special de la sateliții Landsat. Aceștia au oferit timp de 44 de ani (din 1972) perspective inedite asupra Pământului, în același timp fiind accesibile pentru a putea fi prelucrate și extrase informații suplimentare în limita cunoștințelor utilizatorului.

Însă revenind la ideea de imagine satelitară și la ce putem face cu ea, iată un exemplu de utilizare a acesteia într-un caz foarte concret. Voi descrie mai jos procesul prin care ajungem de la o imagine satelitară la o hartă satelitară, cu caracteristicile aferente acesteia.

Obiectiv: Realizarea unei planșe didactice pe format A0 cu scopul decorării laboratorului de teledetecție din cadrul Facultății de Geografie.

Tipul lucrării: Hartă satelitară

Metodologie:

Date: Imagini satelitare  Landsat 8 OLI (Operational Land Imager), limitele județelor României în format shp (shapefile), așezările (tip punct) în format shp.

Software: ENVI 5.1, ArcGIS 10.1, Paint.NET

Procesare satelitară: După ce în prealabil imaginile au fost selectate și descărcate utilizând unul dintre serviciile existente (USGS tutorial/AWS), acestea pot fi încărcate în softul de procesarea imaginilor satelitare, în acest caz – ENVI 5.1.

Nu mi-am propus redactarea unui tutorial privind procesarea satelitară, așadar nu voi intra în amănunte de acest gen. Ceea ce am urmărit în procesarea imaginilor Landsat 8 a fost pregătirea lor într-un format care să poată oferi o serie de informații cu privire la spațiul reprezentat.

După încărcarea imaginilor în ENVI 5.1 le-am salvat în formatul softului (în acest caz hdr) pentru a putea face combinațiile de benzi spectrale (trebuie specificat că pentru arealul reprezentat au fost necesare două scene Landsat, care au fost unite într-un mozaic de imagini satelitare). Am ales astfel combinația benzilor spectrale 534, falscolor cu aplicarea unui filtru enhance de 2%. A urmat apoi etapa de export a imaginii pentru a continua prelucrarea în softul GIS, în acest caz ArcGIS 10.1.

Procesare GIS: În această etapă mozaicul Landsat a fost încărcat în softul ArcGIS, iar mai apoi au fost aduse limitele județelor și așezările ca punct (shapefile). Pentru a rămâne în proiecția în care a fost descărcată imaginea, am preferat transformarea datelor vectoriale din Proiecție Stereografic 1970, cu Datum Dealul Piscului în proiecția UTM, Zona 35 Nord, Datum WGS 1984.

De asemenea, am mai adăugat un data frame pentru a introduce și o hartă de localizare a suprafeței reprezentate printr-o imagine satelitară din cadrul României. Pentru aceasta am preferat să folosesc SRTM, deoarece este mai puțin detaliat decât altele, apărute ulterior (gen EU-DEM), lucru benefic atunci când urmează a fi afișat la scări mai mici.

În următoarea etapă, cea a elaborării hărții propriu-zis, este important de avut în vedere elementele necesare a fi puse în hartă. Pentru început aș lămuri ce înseamnă o hartă satelitară, redând definiția dată într-un dicționar de teledetecție apărut în 2014:

Hartă satelitară (engl. satellite map) – reprezentare cartografică ce are la bază o imagine satelitară, care în urma proceselor de calibrare, corecții atmosferice și ortorectificare prezintă o scară uniformă, ceea ce permite reprezentarea corectă a distanțelor și suprafețelor. Harta poate fi în culori naturale sau falscolor pentru evidențierea elementelor de interes. […] Pe acest fond se pot suprapune o diversitate de elemente de hartă tematică (ex. harta de risc, harta vegetației etc.), dar și de elemente generale (ex. rețea hidrografică, drumuri și căi ferate, vetre de așezări, cote, toponime etc.).” (Mihai, Bogdan (coord.), Nistor, C., Săvulescu, I., Dicționar Enciclopedic de Teledetecție. Cu elemente de fotogrammetrie și analiza imaginilor, Vol. I (A-Î), Editura Universității din București, 2014).

Așadar o hartă satelitară este o combinație între o imagine  satelitară   procesată,   căreia   i s-au aplicat unele corecții, peste care se suprapun o serie de elemente specifice hărților. În cazul planșei pe care vrem să o realizăm, nu ar fi indicat să încărcăm prea mult mozaicul cu elementele unei hărți, deoarece vrem să exploatăm cât mai mult potențialul imaginii satelitare în sine. Vom utiliza ca reper așa cum am menționat mai sus granițele județelor și orașele cuprinse în arealul selectat.

Trecând în modulul Layout View din ArcGIS, primul pas a fost să adaug elementele principale specifice oricărei hărți: scară, legendă, nord, coordonate geografice, titlu, text explicativ etc. Scara nu trebuie să includă nici prea multe unități, dar nici prea puține, dat fiind formatul hărții (A0), acestea trebuind să fie exprimate în multipli de 5. Legenda va include destul de puține elemente, în principiu cele legate de elementele specifice hărții, în acest caz fiind limitele județelor și categoria așezărilor. După ce așezările au fost filtrate, fiind afișate doar orașele, operația de etichetare a însemnat mai întâi extragerea din format shapefile a punctelor selectate spre a fi afișate și introducerea lor într-un nou format – Feature Class (aflat într-un File Geodatabase), format specific softurilor ArcGIS, dar singurul care în acest software păstrează diacriticele puse în tabela de atribute (ulterior această metodă nu s-a dovedit foarte eficientă în cazul meu, așa cum se va vedea un pic mai jos). În ceea ce privește coordonatele, am ales afișarea deopotrivă a celor geografice, dar și a celor rectangulare, însă pe acestea din urmă ceva mai discret.

Până în acest punct harta satelitară conține toate elementele necesare, însă nu e nici pe departe finalizată. Ceea ce urmează, intră la capitolul de rafinare cartografică, unde toate elementele aduse în Layout View sunt reluate și stilizate, la care se adaugă și alte elemente externe, pentru a da hărții o cât mai mare utilitate, dar și forța de a comunica întreg mesajul dorit celor ce vor admira planșa.

Cartografie: Cu toate că de regulă utilizez un alt soft, cum ar fi Inkscape, pentru partea cartografică la o hartă, iată că de această dată, lovit de limitările tehnice ale softului dar și ale calculatorului, am fost nevoit să parcurg toate etapele până la finalizare în ArcGIS 10.1. Cu toate că mulți mă vor contrazice și vor spune că așa era și firesc, mă voi abține de la orice comentariu și cum cea mai bună critică este un rezultat mai bun, voi arăta într-un alt articol avantajele utilizării unui soft de grafică în cartografie.

Reluând etapele de care pomeneam mai sus, un prim pas a fost de a gândi un mod de prezentare a hărții satelitare. Fondul alb, simplu, nu părea cel mai sugestiv în acest caz, iar imaginea nu ar fi fost suficient pusă în valoare. Când rămân în pană de idei, recurg de regulă la … ideile altora. Nu este vorba de a copia desigur, ci despre căutarea inspirației în modul de gândire al unora care s-au dovedit a fi profesioniști. Așadar răsfoind o serie de atlase de prin biblioteca personală am dat peste o serie de reprezentări ale unor astfel de hărți satelitare destul de interesante și sugestive (aș cita aici Atlas Cartográfico Terrestre, Hammond World Atlas Corporation, 2008). În final trebuie să existe etapa de „detașare”, când încercăm să propunem propria versiune a unei astfel de hărți. Este importantă aici și viziunea fiecăruia, cultura cartografică, gustul artistic etc.

Am ales fundalul negru pentru o mai bună detașare a imaginii, însă am considerat oportună și folosirea unei rame oranj pentru un plus de efect. Pentru a insera elementele descriptive ale hărții am creat un decupaj în colțul din stânga jos. Am preferat să nu dispersez informația pe hartă, întrucât acest lucru ar fi diminuat din efectul imaginii satelitare (în principiu am urmărit să suprapun cât mai puține elemente peste imaginea satelitară).

Pentru granițele județelor am ales o nuanță de gri deschis, pentru a nu atrage mult atenția. Simbolul pentru orașe a fost eliminat, întrucât încărca mult harta și acoperea din zona centrală a acestora. Este important de evaluat și potențialul combinației spectrale. În acest caz suprafețele construite apar relativ detașat cu nuanțe de albastru. Prin urmare este suficient să plasăm etichetele orașelor aproape de așezare, însă fără a o acoperi. În principiu am preferat să scriu toate etichetele cu majuscule, pentru a fi sigur că vor fi vizibile și de la 1 m distanță, ușor diferențiate (spațiere, bold sau subliniere) pentru a categorisi pe oraș, municipiu și reședință de județ așa cum se poate observa și în legenda hărții satelitare. Niciodată nu vom utiliza negru pentru a scrie pe hartă. Este mult prea „tăios”, așa că vă recomand nuanțe de gri, eventual cu un halo alb de 1-2.  Fontul este de asemenea important, prin urmare pentru așezări nu se vor folosi fonturi cu serife (gen Times New Roman). În acest caz am optat pentru Myriad Pro. Un alt aspect a fost acela că nu am reușit prin intermediul funcției automate a softului de a repartiza mulțumitor etichetele. Așa că am recurs la metoda manuală, de altfel o situație frecvent întâlnită în cartografie. A se observa și etichetele coordonatelor geografice și rectangulare pe care le-am stilizat pentru a fi afișate corespunzător (dimensiunea indicatorului, distanța, culoarea, fontul etc).

Legenda hărții va conține obligatoriu titlu, scară, nord și explicații pentru simbolurile utilizate. Pentru titlu am ales Adobe Garamond Pro, iar pentru text (inclusiv explicațiile de la simboluri) Adobe Caslon Pro, gândindu-mă că, fiind o planșă oficială ce va fi expusă în facultate, un text cu serife ar fi mai potrivit în acest caz. Oricum ar fi, mă feresc de uzualele Times New Roman sau Arial. Un font ales cu grijă indică o atenție deosebită dată detaliilor și deci un aspect al caracterului profesional al lucrării. Nordul este de regulă folosit ca o semnătură ascunsă a cartografului. Desigur că avem suficiente simboluri în softurile de procesare GIS, dar unul făcut manual va da mereu o altă notă lucrării finale…

În ceea ce privește explicațiile cu privirea la imaginea satelitară prezentată în hartă, acestea trebuie să fie concise, dar suficiente pentru a transmite corect informația necesară. Astfel am urmărit includerea satelitului cu care a fost produsă imaginea, apoi pe rând rezoluția, proiecția, data la care a fost făcută înregistrarea (toate acestea se găsesc în metadatele imaginii descărcate), sursa imaginii (în acest caz USGS), dar și câteva detalii despre procesările făcute (combinația spectrală, alte filtre sau procesări aplicate), softurile utilizate pentru producerea hărții în format final.

Sub legendă se plasează scara, la care de asemenea am modificat stilul. La final nu uităm să trecem și autorii lucrării, precum și data la care aceasta a fost concepută.

Pe lângă aceste elemente, se mai adaugă siglele instituțiilor care au produs datele utilizate, sau cele reprezentate de autorii lucrării. Se pot adăuga și altele, precum fotografii cu aspecte ale producerii imaginii (pot fi senzori ale sateliților/camere speciale de fotografiat pentru ortofotoplanuri, alte aparate etc) pentru a da un plus de informație dar și de efect lucrării. Nu lipsește harta de localizare în cadrul României (cu propria scară), pentru care am ales SRTM -ul ca bază (fiind mai puțin detaliat și deci potrivit pentru scări mai mici) și o simbolizare discretă a suprafeței reprezentate pe planșă. Pentru mai multe aspecte legate de cartografie recomand cu căldură cartea lui Gretchen Peterson, GIS Cartography: A Guide to Effective Map Design, Second Edition, CRC Press, 2015.

După inspecția finală și vânarea celor mai mici greșeli (recomand aici și apelarea la ochiul critic al unuia dintre prietenii voștri, chiar dacă nu e de profesie), planșa se poate exporta în variantă finală TIFF sau PNG pentru a păstra cât mai bine detaliile, la 300-600 dpi.

Rezultate: Imaginea satelitară prezentată în planșa de față, este un rezultat al satelitului Landsat 8 OLI (produs al USGS și NASA), încadrată pe o parte din Muntenia, incluzând Câmpia Ploieștilor, Câmpia Vlăsiei și o parte din Câmpia Găvanu-Burdea, o parte din Subcarpații Curburii și Getici, dar și o parte a Carpaților de Curbură (Munții Baiului, Munții Grohotiș, Masivul Ciucaș) și Meridionali (Masivele Bucegi și Piatra Craiului, Munții Iezer, o parte din Munții Făgăraș). În nord se poate observa o parte din Depresiunea Brașovului, dar și Culoarul Rucăr-Bran și Valea Prahovei care fac legătura între aceasta și sudul țării.

Imaginea Landsat 8 OLI (Operational Land Imager), cu rezoluția la 30 m, din data de 30 Aprilie 2013, a fost prelucrată utilizând combinația spectrală 534 (RGB) (echivalentul combinației 423 folosită pentru Landsat ETM+), rezultând o imagine falscolor care relevă foarte bine vegetația. Deși de regulă se folosește combinația 543, în acest caz, fiind începutul sezonului de vegetație, am preferat inversarea ultimelor două benzi pentru o mai bună reliefare a elementelor din teritoriu.

Astfel, se pot deosebi suprafețele acoperite cu zăpadă (parțial și de nori) redate cu alb care corespund cu crestele și culmile cele mai înalte ale munților (peste 1800 m). Vegetația se diferențiază foarte bine în această scenă, coniferele fiind redate cu cafeniu închis, iar pădurile de foioase cu nuanțe mai deschise până la oranj. Pășunile sunt redate cu mov. Anumite culturi agricole sunt redate cu roșu și crem, iar suprafețele lacustre cu verde (se pot observa lacurile Paltinu, Măneciu, Săcele, Golești, Mihăilești sau lacul Morii din București). Văile și culoarele se pot ușor diferenția cu nuanțe de bleu-albastru. Orașele, vetrele de așezări sau suprafețele construite sunt redate cu bleu, fiind ușor observabile marile aglomerații urbane ca București, Ploiești, Pitești, Brașov sau salba de orașe de pe sectorul montan al Văii Prahovei.

Desigur există unele suprapuneri, pe nuanțele de oranj-roșu cu anumite culturi agricole, la câmpie fiind mai dificilă diferențierea pădure-terenuri agricole sau în cazul nuanțelor de bleu-albastru care nu indică întotdeauna suprafețele construite. Albul de asemenea poate indica zăpada sau norii. În general, atunci când se încearcă analiza unei suprafețe mari din teritoriu nu se poate alege o combinație perfectă, fiind necesare multiple combinații pentru a extrage toate informațiile de care avem nevoie. Menționez aici cartea de Teledecție vol. I a dl. prof. Bogdan Andrei Mihai, capitolul 2.4 pentru procesări și combinații spectrale pe imagini satelitare, iar din literatura străină l-aș numi pe Eni G. Njoku cu Encyclopedia of Remote Sensing, Springer, 2014.

În încheiere ar mai fi de spus că indiferent de contextul pentru care sunt concepute, hărțile satelitare trebuie să întrunească un set minim de reguli pe care le-am descris în acest articol cu referire la rezoluția potrivită, încadrarea corespunzătoare, elemente ajutătoare pentru orientare (etichete, limite etc), descrierea imaginii și expunerea informațiilor necesare, legenda, scara.

Dincolo de aspectul estetic pe care am pus accept în acest articol, trebuie subliniată și dezvoltarea exponențială din ultimii ani a teledetecției. Utilitatea acesteia începe să fie recunoscută în tot mai multe domenii de activitate, iar informațiile pe care le furnizează sateliții sunt de o deosebită importanță mai ales atunci când sunt combinate cu date statistice sau din teren.

Plansa Landsat8 LA beta

Anunțuri
Galerie | Acest articol a fost publicat în GIS, Harti și etichetat , , , , , , , , , , , , , , , . Pune un semn de carte cu legătura permanentă.

3 răspunsuri la Harta satelitară – de la concepție la ploter

  1. ionuț zice:

    Bravo! Altă viață când publici pe blog!

  2. Pingback: Bucegii în signaturi hibernale | Gândire Geografică

Lasă un răspuns

Completează mai jos detaliile tale sau dă clic pe un icon pentru a te autentifica:

Logo WordPress.com

Comentezi folosind contul tău WordPress.com. Dezautentificare / Schimbă )

Poză Twitter

Comentezi folosind contul tău Twitter. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Facebook

Comentezi folosind contul tău Facebook. Dezautentificare / Schimbă )

Fotografie Google+

Comentezi folosind contul tău Google+. Dezautentificare / Schimbă )

Conectare la %s