SURSE DE DATE ŞI FUNCŢII DE GEOPROCESARE UTILIZATE LAOBŢINEREA MODELULUI DIGITAL AL TERENULUI, PREMISE ÎN

CUANTIFICAREA GIS A REŢELELOR HIDROGRAFICE DIN ZONA ALBA IULIA

Conf.univ.dr. NICOLAE LUDUŞAN, lect.univ.dr. TUDOR BORŞAN,conf.univ.dr. LEVENTE DIMEN, masterand IOAN LIVIU BARA

Universitatea “1 Decembrie 1918” din Alba Iulia

ABSTRACT: Information and functions sources of geoprocessing used to obtain digitalterrain model, to quantify GIS hydrographical network in Alba Iulia area. The variedmorphology of landscape and the influences of geological structures and tectonic activities,caused this area to be continuously affected by significant changes in the landscape ingeneral and water courses in particular.

The metropolitan area of Alba Iulia is one of the few areas in the country that can boastsuch a rich natural dowry, derived from natural aspects of the local horizon where the Vinţand Trascău mountains meet the large plains of Secaş Plateau and the broad meadows ofMureş and Ampoi.

Keywords: GIS,remote sensing, data conversions, vectorization, MNAT, TIN.

1. Introducere

Modelarea şi reprezentarea 3D aterenului, respectiv a unor edificii sauconstrucţii a devenit o componentăimportantă a aplicaţiilor geomorfologice,arheologice, oceanografice şi nu în ultimulrând hidrologice.

Evoluţia din ultimii ani a tehnologieicomputerizate a revoluţionat tot mai multprocesarea computerizată a modeleloraltitudinale ale terenului cât şi realizareaunor scenarii 3D pe fondul modelelorexecutate.

Achiziţia datelor legate de introducereaîn sistemul informaţional a elementelor denivelment este posibilă prin descărcarea unortrapeze individuale sau a întregului mozaicnaţional prin format geotiff sau ascii. Labaza acestor date concură imaginile SRTM(Shuttle Radar Topography Mission), unproiect de realizare a unui model numericaltimetric global.

2. Procesarea surselor dinteledetecţie în vederea obţinerii

informaţiilor primare pentrugenerarea modelului digital al

terenului

Reproiectarea şi mozaicarea datelelor SRTMsau CLC (Corine Land Cover) în sistem decoordonate Stereografic 1970, precum şidistribuţia acestora sub forma unui mozaicnaţional şi în trapeze individuale ce respectămodul de împarţire a hărţilor topografice 1:100 000 se realizează cu ajutorul aplicaţieiGlobal Mapper, iar după aceea mozaiculpoate fi exportat în formatele mai susamintite la o rezoluţie spaţială de 30-90m.

În scopul prevederii legăturii cu zona deinteres, se integrează în cadrul aplicaţieiGlobal Mapper, fişierul shape corespunzătordelimitării. Pentru registraţia coordonateloreste absolut necesară selectarea sistemului deproiecţie şi a datumului local. Dupăintegrarea configuraţiei arealului (trapezului)

Surse de date şi funcţii de geoprocesare utilizate la obţinerea modelului digital al terenului 59

Fig. 1 Aplicarea unui entităţi grid în vederea apropierii faţă de zona de interes

Fig. 2. Stabilirea unei limite conturabile la nivelul zonei cercetate

se importă în aplicaţie imaginea cu valenţealtimetrice în vederea transformării către un

format pretabil exportului către mediul deanaliză GIS.

Posibilitatea de decupare vectorială aizohipselor generate este plauzibilă în aceastăaplicaţie cu condiţia importului unui fişiershape cu geometrie poligonală, dar existăposibilitatea generării curbelor de nivelcorespunzătoare întregului bloc fizic, urmândca acestea să fie extrase pe baza unei măşti

vectoriale poligonale în arborele Arc Map aldesktopului Arc GIS. Se mai pot folosianumite opţiuni de decupare bazate pevariaţia coordonatelor (N-S;V-E) în raport cumaximele şi minimele date de distribuţiaentităţii vectoriale, fie în datum local, fieuniversal (WGS).

N. Luduşan, T. Borşan, L. Dimen, I.L. Bara60

Fig. 3 Obţinerea izohipselor pe fondul formatului GEOTIFF

Fig. 4 Exportul curbelor de nivel cu generarea automată a sistemului de protecţieşi a atributelor asociate

Următoarea fază este destinată exportuluide date vector prin formatul shapefile, celmai simplu format de stocare al bazelor dedate, iar ca primitivă grafică este utilizatălinia (polilinia) cu adăugarea implicită afişierului *.dbf ca tabel atribut primar, încare sunt consemnate indexurile shape-ului

exportat, tipul curbei de nivel (minoră sausecundară, majoră sau principală,intermediară sau ajutătoare), precum şi coteleaferente tuturor obiectelor aferente stratului.Acest shape exportat va putea existaindependent în mediul GIS, sau integrat înstructura relaţională.

Surse de date şi funcţii de geoprocesare utilizate la obţinerea modelului digital al terenului 61

Fig. 5. Set de configurare necesar decupării unui sector de apă după o mască vectorială

Fig. 6. Configurarea funcţiei de captare pentru realizarea vectorizării semiautomate

3.Vectorizarea cursurilor de apăpe fondul materialelor cartografice

din perioade diferite

În principiu s-a stabilit ca prioritatevectorizarea principalelor cursuri de apă

după planuri topografice care iniţial au fostgeoreferen iate.

Însă, pentru a simplifica aceastăoperaţiune am conchis să utilizam o mascăvectorială care se va intersecta cu entitatearaster în scopul decupării acesteia.

Revenind la operaţia de vectorizare estefoarte importantă conexiunea obiectelor dinstraturi distincte pe fondul surprinderii

elementelor componente: nod iniţial şi final,nod intermediar şi muchii. Toate acestea suntposibile cu ajutorul funcţiei Snapping.

N. Luduşan, T. Borşan, L. Dimen, I.L. Bara62

Fig. 7. Crearea unui câmp codificat ca număr întreg pentru evidenţiereaordinului reţelei hidrografice

Fig. 8. Vizualizarea cursurilor de apă cu simbologie distinctă

În acest context, după editarea grafică aunui obiect spaţial din cadrul unui anumitstrat (în acest caz – afluenţi) se pot înscriealte câmpuri în tabelul atribut asociat cucondiţia opririi editării. În funcţie de gradul

de ramificare, pornind de la rădăcină cătreramuri, se pot înscrie anumite coduri dupăordinul de mărime (1 - colector, 2 - afluentcare se varsă direct în colector, 3 - afluentcare se varsă în afluentul de ordin 2, etc.)

În ArcMap se pot clasifica caracteristiciutilizând una dintre metodele de clasificarestandard.

Pentru a putea simboliza în cadrularborelui ArcMap am utilizat meniul/tab-ulSymbology. În cadrul acestui meniu avemdiverse moduri de simbolizare: Features;

Categories; Quantities; Charts şi MultipleAttributes. Pentru fiecare metodă aleasă, înpartea de jos a meniului va apăreamodalitatea de afişare a reprezentării.Metoda de simbolizare are un caracter dual,modelând două caracteristici simultan:ordinul şi caracterul reţelei.

Surse de date şi funcţii de geoprocesare utilizate la obţinerea modelului digital al terenului 63

Fig. 9. Includerea mai multor seturi de date liniare şi a parametrilor aferenţi în vedereaobţinerii unui model digital al terenului cu structură rasterială

Fig. 10. Vizualizarea modelului raster rezultat

4.Elaborarea modelului numericaltimetric al terenului

În realizarea modelului digital s-a pornitde la premisa că au fost evidenţiate în etapade vectorizare atât izohipsele, cât şi cursurile

principalelor văi. Avem deci o dublăparticipare: izohipsele cuantificate princonfiguraţia liniară şi cotele unice, iar văileprin configuraţie şi direcţia scurgerii apelorde suprafaţă.

Astfel va lua naştere un model rasterialnuanţat prin prezenţa văilor şi deducerea

interfluviilor pe fondul datelor altimetriceobţinute din măsurători.

N. Luduşan, T. Borşan, L. Dimen, I.L. Bara64

Fig. 11. Etichetarea principalelor cursuri de apă din zona de interes

Fig. 12. Reprezentarea 3D a structurii TIN în aplicaţia Arc Scene şi aplicareacursurilor de apă pe fondul modelului

Modelul raster rezultat va fi supusconversiei către TIN (Triangulated IrregularNetwork), format ce permite generarea unuiset de izolinii care ar trebui sa aibă aceeaşiconfiguraţie ca acelea care au dus laelaborarea modelului iniţial. Este o măsurăde verificare suplimentară care vaconcluziona dacă modelul a fost corectgenerat. Obţinerea modelului 2D al terenuluiare la bază atât punctele importate obţinutedin măsurători topografice, caz în care, dupăce punctele au fost afişate, în arborele degestiune a ferestrei grafice ArcMap segenerează automat un fişier sub forma unui

câmp de evenimente „Events”, cât şi curbe denivel generate prin digitizare sau automat,prin conversie “raster to vector”, în cadrulunui motor de conversie.

Editarea TIN-ului din punct de vedere alsimbologiei atât pe variantă de vizualizare2D cât şi 3D se face tot cu ajutorul paletelorde culori, simbologii aferente TIN (Clickdreapta pe TIN – Layer Properties –Symbology – activat Elevation), în acest modputându-se afişa un model digital 2D sau 3Dsolid al zonei cercetate, care oferă oposibilitate mai uşoară în interpretareadatelor legate de morfologia terenului.

Surse de date şi funcţii de geoprocesare utilizate la obţinerea modelului digital al terenului 65

5.Concluzii

În general, modelele digitale sunt prefiguratedin faza achiziţiilor de date. Astfel, acestease pot realiza pe baza diverselor surse:măsurători în teren (GPS, staţie totală),extragerea informaţiei altimetrice de pediverse hărţi şi planuri topografice (prinscanarea materialelor cartografice analogice,conversia lor în imagini, definirea şiatribuirea unui sistem de coordonate prinprocesul de georeferenţiere, respectiv detransformare automată a datumului şiefectuarea operaţiilor de digitizare), dar şiprin corectarea şi cartoeditarea automată aimaginilor satelitare. Pentru realizareaobiectivului propus, am încercat să utilizămdate variate, din mai multe surse, în formatediferite şi din diferite perioade, pentru a aveao bază de date geospaţială cât mai complexă,care să permită crearea diferitor scenarii şianalize ulterioare.O propunere legată de achiziţiile datelor învederea modelării reliefului ar fi aceea autilizării tehnologiei scanării cu laser. Nouatehnologie de scanare laser 3D areaplicabilitate inginerească diversătransformând-o astfel într-o tehnologie cu unpotenţial ridicat. Spre deosebire de staţiiletotale care efectuează doar câteva măsurătoriîntr-un minut, scanerul laserul terestru poateachiziţiona mii de puncte de pe suprafaţamăsurată (norul de puncte).

Datorită avantajelor precum: posibilitateamăsurări la distanţe mari, rezoluţie spaţială

ridicată, capacităţile de lucru la iluminareredusă sau fără sursă de lumină, economia detimp şi reducerea personalului, industriascanerelor laser a suferit o dezvoltare amplăşi rapidă în ultimul deceniu.

Prin comparaţiei cu fotogrammetriaanalitică s-a concluzionat că atâta timp câtplanul de zbor a fost bine realizat şisuprafeţele scanate sunt puternicreflectorizante, utilizarea scanerelor laseraeropurtate este mai eficientă şi mai rapidă.

Comparând fotogrammetria digitală cutehnologia de scanare laser pot fi relevateurmătoarele avantaje: densitate egală saumai mare a punctelor, timpul de zbor maiscurt, planificarea zborului este mai simplă,variaţiile de precizie a poziţiei punctelordatorate înălţimi zborului este mult maimică, etc.

Planificarea şi crearea propriu-zisă abazei de date geospaţiale a presupusintegrarea acestor date într-un mediu comun,dinamic, care să permită combinarea acestoraîn diverse moduri, pentru ca analizeleefectuate să poată răspunde optim cerinţelorimpuse.

Prin intermediul bazei de date create, s-aîncercat crearea unei imagini cât mai fideleposibil asupra condiţiilor reale din teren.Importanţa acestei analize constă tocmai înfaptul că uşurează studiul unor porţiuniîntinse, ceea ce ar fi mai greu de realizat înteren. Desigur, analiza reliefului în mediulGIS nu trebuie să înlocuiască analiza directă,în teren.

BIBLIOGRAFIE

1. Bălă, A.C., Brebu, F.M., Moscovici, A.M., Using Terrestrial Laser scanning technologiesfor high construction monitoring, 12-th International Multidisciplinar ScientificGeoconference, Albena, Bulgaria, 17-23 Iunie 2012, ISSN 1314-2704, pg 829-837;

2. Borşan, T., GIS – Fundamente teoretice şi practice, Seria Didactica, Alba Iulia, 2013; 3. Brebu, F.M., Bertici, R., Bălă, A.C., Using modern Topo-Geodetic Technologies in the

process of monitoring Building’s Deformations, 12-th International MultidisciplinarScientific Geoconference, Albena, Bulgaria, 17-23 Iunie 2012, ISSN 1314-2704, pg821-829;

4. Dimen, L., Cartarea environmentală a zonelor critice. Depresiunea Zlatna, EdituraAeternitas, Alba Iulia, 2007;

N. Luduşan, T. Borşan, L. Dimen, I.L. Bara66

5. Dimen, L., Borsan, T., Brătan, C.D., Using GIS Technology for Soil Erosion Analysis. Acase study: The hydrographical Basin of “Buturoiului Valley”, Jidvei, Alba County,Journal of Environmental Protection and Ecology, Vol. 14, 2013;

6. Dimen, L., Borsan, T., Luduşan, N., Vinţan, I., GIS Analysis of Morphometric Factorsin the Zlatna Depression, Alba County, RevCAD, Journal of Geodesy and Cadastre, Vol.14, 2014;

7. Gridan, M.R., Grecea, C., 3D MODELING USING laser scanning technology, 12-thInternational Multidisciplinar Scientific Geoconference, Albena, Bulgaria17-23 Iunie2012, ISSN 1314-2704, pg. 671-676;

8. Grigore, M., Reprezentarea grafică şi cartografică a formelor de relief, EdituraAcademiei RSR, Bucureşti, 1979;

9. Hâncu, C.D., Regularizări de râuri şi combaterea inundaţiilor, Editura Fundaţiei AndreiŞaguna, Constanţa, 2008;

10. Ienciu, I., Dimen, L., Ludusan, N. Grecea, C.,Borsan, T., Oprea, L., Dynamics of the Rilland Gully Erosion Using GIS Technologies, Journal of Environmental Protection andEcology, 13(1), 345–351, 2012;

11. Ienciu, I., Oprea, L., Popescu, C., Vorovencii, I., Voicu, G.E., Survey Mapping ofRomanian Forestland and its Update Through Low-Cost Applications, 13th SGEMGeoConference on Informatics, Geoinformatics And Remote Sensing, ISBN978-619-7105-01-8 / ISSN 1314-2704, June 16-22, 2013, Vol. 2, p. 443 – 450;

12. Minami, M., (GIS by ESRI), Using Arc Map, Enviromental Systems Research Institute,Inc., 380 New York Street, Redlands, CA 92373-8100, USA;

13. Strahler, A., Geografia Fizică, Editura Ştiinţifică, Bucureşti, 1973;14. Vorovencii, I., Oprea, L., Ienciu, I., Popescu, C.: Assessment of Land Surface

Temperature from Satellite Data for Different Land Use and Land Cover, 3th SGEMGeoConference on Informatics, Geoinformatics And Remote Sensing, ISBN978-619-7105-01-8 / ISSN 1314-2704, June 16-22, 2013, Vol. 2, p. 571 – 578.