RAPORT ŞTIINŢIFIC

ETAPA I – CERCETARE INDUSTRIALĂ în cadrul Programului din PN II – “Parteneriate in Domenii Prioritate” pentru proiectul

UAS-BIRDD “Model de observare şi monitoring inovativ pentru speciile de păsări acvatice care trăiesc în colonii din Rezervaţia Biosferei Delta Dunării”.

DENUMIRE PROIECT:

UAS inovative survey and monitoring model for colonially breeding waterbird species from

Danube Delta Biosphere Reserve - UAS-BIRDD COD PROIECT: PN-II-PT-PCCA-2011-3 COORDONATOR PROIECT: AEROCONTROL UAV SRL PARTENERI PROIECT:

Institutul National de Cercetare Dezvoltare Delta Dunarii - Tulcea, TEHNOGIS Grup SRL,

Ad Net Market Media S.A., Wing Computer Group S.R.L.

Decembrie 2012

STUDIU PENTRU STABILIREA SI DETERMINAREA CERINŢELOR DE CERCETARE STIINŢIFICĂ PENTRU MEDIU ÎN VEDEREA EXECUTĂRII MĂSURĂTORILOR CU MIJLOACE AERIENE TELEPILOTATE UAS / RPA.

Stabilirea speciilor de păsări şi a habitatelor acestora în ROSPA0031 Delta

Dunării şi Complexul Razim-Sinoie care urmează să fie investigate şi monitorizate.

În cadrul acestui proiect se are în vedere identificarea, inventarierea şi cartarea coloniilor speciilor de păsări acvatice de interes conservativ comunitar (speciile listate în Anexa I a Directivei Păsări) din ROSPA0031 Delta Dunării şi Complexul Razim-Sinoie care se suprapune cu Rezervaţia Biosferei Delta Dunării.

Din totalul de 21 de specii de păsări coloniale acvatice listate în Anexa I a Directivei Păsări care cuibăresc în situl ROSPA0031, au fost selectate 15 specii ţintă pentru care să se dezvolte modelul de monitorizare cu mijloace de investigare aeriene telepilotate:ÙAS/RPA (Tabel1).

Tabel 1. Lista speciilor ţintă de păsări acvatice coloniale de interes conservativ comunitar şi a habitatelor acestora din ROSPA0031 pentru care se dezvoltă modelul de monitorizare cu mijloace de investigare aeriene telepilotate UAS/RPA.

Nr. crt.

Denumire română Denumire ştiinţifică Habitat cuibărit

1 Cormoran mic Phalacrocorax pygmeus Păduri inundate 2 Pelican comun Pelecanus onocrotalus Zone compacte de plaur care mărginesc lacuri

inaccesibile transportului acvatic sau terestru, insule şi/sau ceaplace

3 Pelican creţ Pelecanus crispus Zone compacte de plaur care mărginesc lacuri inaccesibile transportului acvatic sau terestru, insule şi/sau ceaplace

4 Stârc de noapte Nycticorax nycticorax Păduri inundate 5 Stârc galben Ardeola ralloides Păduri inundate 6 Egretă mică Egretta garzetta Păduri inundate 7 Egretă mare Egretta alba Păduri inundate; stuf compact 8 Stârc roşu Ardea purpurea Stuf compact 9 Ţigănuş Plegadis falcinellus Păduri inundate

10 Lopătar Platalea leucorodia Păduri inundate; ceaplace 11 Piciorong Himantopus himantopus Zone sărăturate; pajişti inundate; insule lipsite

de vegetaţie sau cu vegetaţie ierboasă rară 12 Ciocîntors Recurvirostra avosetta Insule lipsite de vegetaţie sau cu vegetaţie

ierboasă rară; zone sărăturate 13 Chiră de mare Sterna sandvicensis Insule lipsite de vegetaţie sau cu vegetaţie

ierboasă rară 14 Chiră de baltă Sterna hirundo Insule lipsite de vegetaţie sau cu vegetaţie

ierboasă rară; lacuri cu vegetaţie macrofitică flotantă abundentă

15 Chirighiţă cu obraji albi

Chlidonias hybridus Lacuri cu vegetaţie macrofitică flotantă abundentă

2

Alături de cele 15 specii ţintă prezentate în tabelul 1, acest proiect oferă şansa să se realizeze investigaţii şi asupra a 5 specii acvatice coloniale mai rare de interes conservativ comunitar din zona studiată (Tabel 2), care uneori cuibăresc alături de cele menţionate anterior.

Tabel 2. Lista speciilor de păsări acvatice coloniale de interes conservativ comunitar şi a habitatelor acestora din ROSPA0031 care pot cuibări alături de speciile ţintă şi pentru care modelul de monitorizare cu mijloace de investigare aeriene telepilotate(ÙAS/RPA/RPA) poate fi aplicat cu succes:

Nr . crt.

Denumire română

Denumire ştiinţifică

Habitat cuibărit

1 Ciovlică ruginie Glareola pratincola Zone sărăturate 2 Pescăruş cu cap

negru Larus melanocephalus

Insule lipsite de vegetaţie pe corpuri acvatice saline

3 Pescăriţă râzătoare

Sterna nilotica Insule lipsite de vegetaţie sau cu vegetaţie ierboasă rară din apropierea unor întinse zone cu vegetaţie stepică; zone sărăturate

4 Chiră mică Sterna albifrons Insule lipsite de vegetaţie sau cu vegetaţie ierboasă rară

5 Chirighiţă neagră Chlidonias niger Lacuri cu vegetaţie macrofitică flotantă abundentă

De asemenea alături de cele 15 specii ţintă pot cuibări alte 5 specii de păsări acvatice

coloniale care nu sunt listate în Anexa I a Directivei Păsări dar care înregistrează populaţii semnificative la nivelul României în ROSPA0031 Delta Dunării şi Complexul Razim-Sinoie (Tabel 3). Modelul de monitorizare cu mijloace de investigare aeriene telepilotate UAS/RPA poate fi aplicat şi în cazul acestor specii.

Tabel 3. Lista speciilor de păsări acvatice coloniale care nu sunt de interes conservativ

comunitar şi a habitatelor acestora din ROSPA0031 care pot cuibări alături de speciile ţintă şi pentru care modelul de monitorizare cu mijloace de investigare aeriene telepilotate:ÙAS/RPA, poate fi aplicat cu succes:

Nr . crt. Denumire

română Denumire ştiinţifică Habitat cuibărit

1 Cormoran mare Phalacrocorax carbo Păduri inundate, stuf compact/margine de plaur; ceaplace; insule

2 Stârc de cireadă

Bubulcus ibis Păduri inundate

3 Stârc cenuşiu Ardea cinerea Păduri inundate, stuf compact

4 Pescăruş râzător

Larus ridibundus Lacuri cu vegetaţie macrofitică flotantă abundentă; insule lipsite de vegetaţie sau cu vegetaţie ierboasă rară

5 Pescăruş pontic(argintiu)

Larus cachinnans Insule lipsite de vegetaţie sau cu vegetaţie ierboasă rară; ceaplace

3

1.1. Stabilirea produselor cartografice şi de altă natură necesare a fi realizate pentru îndeplinirea obiectivelor proiectului

Materialele care se vor obţine în urma proiectului vor arăta importanţa utilizării

tehnologiilor noi în cercetarea mediului – precum cercetările cu dispozitive Sisteme Aeriene telepilotate de mici dimensiuni (UAS/RPA).

Principalul suport cartografic digital general necesar pentru îndeplinirea obiectivelor proiectului îl reprezintă ortofotoplanurile de rezoluţie înaltă. Această componentă reprezintă suportul de bază pentru realizarea analizei şi prelucrării ulterioare. Ortofotoplanurile sunt realizate în timpul campaniilor pe teren, cu echipament aeropurtat, de către sistemele aeriene telepilotate de mici dimensiuni (ÙAS/RPA), specializate pentru colectarea fotografiilor aeriene, şi prin procesarea datelor acestora pentru obţinerea datelor cartografice primare de către parteneri, cu personalul propriu compus din specialişti cu un nivel de expertiză ridicat în domeniul cartografiei computerizate.

Rezultatele sunt sub forma unor fotografii aeriene, iar pentru prelucrarea acestora este esenţială corelarea cu reţeaua de puncte GPS (un alt produs necesar implementării activităţilor proiectului). Reţeaua de puncte referenţiate spaţial materializează delimitarea zonelor de habitat alese pentru studiu. Măsurătorile de teren prin tehnologie GPS presupun o activitate suport foarte importantă. Pe baza implementării acestei activităţi şi implicit de rezultatele sale, depinde colectarea şi rectificarea corectă a ortofoto-planurilor, precum şi succesul activităţilor de prelucrare şi analiză ulterioare.

Prelucrarea se realizează pentru a asigura un grad de accesibilitate şi precizie cât mai mare. Cu cât precizia acestor măsurători este mai mare, cu atât rezultatul aşteptat este mai aproape de realitate.

1.2. Stabilirea tehnologiilor ce urmează a fi cercetate ştiinţific pentru obţinerea produselor necesare în proiect Am urmarit in mod special evaluarea unor tehnologii si mijloace aeriene telepilotate care

sa fie cat mai putin intruzive pentru populatiile de pasari, atat prin caracteristicile tehnice cum ar fi aspectul, marimea, zgomotul generat, cat si prin profilul operational si regimul de zbor executat. In acest sens s-a vizat in prima faza reactia pasarilor la diferite tipare de zbor, de la zbor pe retea de puncte, cvasi-repetitiv (pattern in general adecvat pentru misiunile ortofotogrametrice) cat si zboruri in regim semi-automat (ascensiuni constante intre 50 si 250 metri alternate cu regim de planare silentioasa si activari sporadice ale propulsiei, pentru corectii de traiectorie) precum si pilotaj in regim manual.

S-a constatat o acomodare rapida si usoara a speciilor de pasari in cursul misiunilor, amprenta optica si sonora a aparatelor de zbor demonstrandu-se adecvata pentru misiuni de monitorizare. Speciile de dimensiuni mai mari au fost chiar „curioase” uneori insotind „in formatie - chasing” aparatul de zbor, in misiunile cand situatia meteo a fost mai buna. Au fost evaluate in aceasta etapa echipamente cu propulsie exclusiv electrica si cu nivel de zgomot cat mai mic, in clase de greutate sub 7kg si dimensiuni sub 2.3 metri anvergura aripi in cazul avioanelor/aripilor fixe si 2.4m lungime/1.6m diametru rotor, in cazul elicopterului telepilotat folosit pentru evaluare. Cerintele tehnologice principale in alegerea echipamentelor de zbor au fost corelate cu posibilitatea desfasurarii rapide/transportabilitatea, posibilitatea planificarii si executiei descentralizat, eficienta costului in privinta orei de zbor (separat de costul de mobilizare) urmarindu-se incadrarea in profilul misiunii. Pentru misiuni de observare apropiata

4

cu camera foto s-au folosit in aceasta etapa si echipamente din materiale usoare (EPO) cu energie kinetica scazuta, care nu prezinta risc la impact (MTOW ~1 kg la 1m anvergura aripi).

S-au identificat posibile modificari si imbunatatiri constructive pentru aceasta clasa de marime in urma testarii unor camere si obiective cu greutate sub 350g adecvate pentru obtinerea unor imagini documentare de calitate buna in conditii de expunere scurta. Pentru testarea parametrilor de lucru in misiuni de monitorizare de la distanta si evaluarea modelului functional initial al achizitei datelor ortofoto s-au contractat zboruri cu o aripa Delta, care permite o durata de zbor de 80-90 minute in conditii de vant de 8-10m/s, rezultatele fiind folosite pentru definirea pilonilor pentru conceptul integrat de operare in etapele viitoare, odata confirmat comportamentul speciilor la vederea aparatelor de zbor- interactiunea neagresiva.

Elicopterul a fost utilizat in aceasta etapa pentru filmari in mod special, in vederea testarii comportamentului sistemelor mecanice anti-vibratie, preliminar implemenarii unui sistem giro-stabilizat si asistat electronic. Capacitatea de transport a unei incarcaturi de dimensiuni si greutate mai mare - la 6-7 kg greutate toata a aparatului este exploatabil un payload de ~3 kg fac din elicopter un mijloc adecvat pentru misiuni de monitorizare de la o distanta de siguranta, dar cu mai putine constrangeri in privinta tipului si marimii senzorilor.

5

S-a confirmat pe parcursul etapei necesitatea utilizarii complementare a unor aparate tip „multi-copter” ca echipament pentru monitorizare „close range - low risk”, cu mobilitate ridicata (mai putin dependente de platforme si suprafete de decolare-aterizare). Ne propunem in cadrul proiectului dezvoltarea unor echipamente multi-copter rezistente la conditii acvatice, „weatherproof” si „water-proof” care sa ofere flexibilitate in executia misiunilor de monitorizare apropiata, operare usoara si protejarea electronicii si a senzorilor la contactul cu apa (in majoritatea lor aparatele de zbor si senzorii disponibili comercial nu sunt proiectate pentru exploatare in conditii acvatice).

1.3. Stabilirea caracteristicilor tehnice necesare executării măsurătorilor cu mijloace aeriene telepilotate UAS – RPA (unmanned aerial systems / remotely piloted aircrafts):

Adecvarea la conditiile meteorologice si la specificul zonei - apa, inversii termice, turbulente, modificari continue ale directiei vantului si variatii in presiunea atmosferica in intervale scurte de timp - sunt printre principalele constrangeri pentru efectuarea cu succes (o calitate buna a datelor achizitionate) in cazul echipamentelor clasificate ca small UAS/RPA (sub 25 kg greutate totala). Practic in proiect s-a decis pentru inceput utilizarea de echipamente intre 1 si 7kg, pentru a diminua riscurile inerente etapei de evaluare. Corelarea conditiilor de mediu si meteorologice cu capabilitatea tehnica a echipamentelor aeriene „mici” este o mare provocare, atat din punct de vedere al autonomiei de zbor versus dimensiuni versus payload transportabil la bord si cat si al capacitatii de operare in conditiile meteorologice din zona. Anvelopa de operare in cadrul acestei etapa fiind, ca timp de zbor, ~15-20 minute cu aripa de 1kg/1m anvergura si payload foto/video, de ~10-12 minute pentru elicopter, si ~60-70 minute aripa Delta pentru monitorizare de la distanta sau misiuni pe arii ceva mai mari. In toate misiunile mentinandu-se o distanta de securitate adecvata fata de obiectivele urmarite, cat si fata de obstacolele din teren, au fost atent analizate zonele de decolare si de aterizare (limitate inerent prin caracteristicile terenului) cat si procedurile de imbunatatire a situatiei operative (situational awareness) precum si testarea unor proceduri de tipul:

- Link loss recovery prin procedura automata - Aterizari de urgenta - Recuperare in caz de aterizare de urgenta

6

- Re-tasking in timpul misiunilor - Simularea unor defectiuni si situatii de urgenta

Selectarea sistemelor de planificare, mijloacelor de comanda si control al misiunii, structura echipelor de operare/pilotaj, sunt alte capitole tratate cu foarte mare atentie, in functie de tipul misiunii si de cerintele ei. Pentru a asigura timp suficient de pregatire pentru echipe de trei persoane (supervizor-coordonator, pilot (PIC) si operator senzori/payload) si antrenament pentru toate tipurile de aparate de zbor, in vederea validarii directiilor de urmat in etapa urmatoare (in sensul conceptului de operare) s-a luat o prima decizie pentru dezvoltarea unor sisteme „close range” cu cost redus si regim de operarare usoara. In acest sens a fost identificat conceptual un avion din materiale usoare/EPO, „low risk” cu modelul de zbor pre-programat - fara ground control station - capabil sa faca achizitie de date foto si video intr-un profil de zbor prestabilit. Pentru prima faza s-a stabilit un tipar de zbor intre puncte cardinale („roza vantului”) fata de locul lansarii, care perimte observatie foto si documentara in cadrul oricarei misiuni de cercetare in teren, in conditii meteorologice bune.

Acest aparat - usor de operat in echipa de doua persoane sau chiar de catre o singura persoana - poate deveni instrument de lucru permanent pentru cercetatorii Institutului pentru observatii vizuale, si speram sa-si demonstreze viabilitatea si functionalitatea in activitatile din teren din etapele urmatoare.

De asemenea, pentru monitorizare „din punct fix” intr-un concept operational cat mai usor de executat si adaptat conditiilor specifice Deltei Dunarii, s-a decis dezvoltarea de mini-unitati experimentale tip quad-copter, cu un main-frame protejat la apa si flotabil, care sa transporte mini-camere water-proof si cu sistem gps incorporat, pana la operationalizarea echipamentelor de grad aerospatial cu senzori de inalta definitie, prevazute pentru etapa urmatoare, si care presupun un concept de operare complex.

1.4. Stabilirea formatului de achiziţie a datelor Au fost testate majoritatea formatelor de stocare la bord (RAW, TIFF, JPEG, MPEG)

precum si cele de transmitere a datelor catre ground control station prin conexiuni TCP-IP, formatul efectiv este corelat cu tipul si scopul misiunii, si cu nivelul de automatizare al incarcaturii in privinta controlului la distanta. A fost testat si modul de lucru cu FPV (first person view) in paralel cu urmarirea datelor in timp real de la „remote video terminal” si de la „ground control station”, echipele implicate in proiect lucreaza in toate etapele la dezvoltarea

7

unor interfete de distributie si procesare a datelor in timp cat mai scurt din momentul achizitiei – un obiectiv de asemenea provocator prin volumul mare de date rezultat intr-o misiune.

2. ANALIZA METODELOR DE MĂSURARE ŞI A CERINŢELOR DE COMUNICAŢIE ŞI SUPORT LOGISTIC

2.1. Metode de măsurare În cadrul metodelor geodezice de măsurare utilizate pentru inventarierea şi

monitorizarea păsărilor şi speciilor din Rezervaţia Delta Dunării, se disting două metode principale: măsurători aero-fotogrammetrice şi măsurători topo-geodezice. Aceste metode nu pot fi folosite în mod separat ci împreună, măsurătorile aero-fotogrammetrice neputând fi folosite fără date complementare obţinute prin măsurători topo geodezice. După analiza şi cercetarea tuturor metodelor de măsurare, vom prezenta în subcapitolele ce urmează implicaţiile fiecărei metode de măsurare, ce urmează a fi utilizate în cadrul proiectului UAS/RPA-BIRDD.

2.1 Metode aero-fotogrammetrice Metodele de măsurare aero-fotogrammetrice ce urmează a fi folosite în cadrul proiectului

UAS/RPA-BIRD se bazează pe o inovaţie în domeniul fotogrammetric, utilizând imagini preluate cu avioane de tip UAV. Inovaţia constă în mai multe elemente şi anume:

- Zborul se face cu avioane de mici dimensiuni, ceea ce implică costuri mult mai mici. De asemenea zgomotul redus este unul dintre motivele pentru care sistemele ÙAS/RPA se pretează foarte bine când este vorba de zboruri fotogrammetrice de joasă altitudine în Rezervaţia Deltei Dunării.

- O altă inovaţie o constituie camera “fotogrammetrică” care este o cameră foto cu capacitate HD, cu un minim de 24 MB pixeli. Această cameră profesională corelată cu înălţimea mică de zbor(100-200 metri) face ca rezoluţia imaginilor să fie foarte mult îmbunătăţită(de ordinul centimetrilor).

- Sistemele UAS/RPA sunt dotate cu toate echipamentele clasice ce compun un sistem aeropurtat fotogrammetric(platformă girostabilizatoare, IMU, INS, DGPS). Acest lucru reprezintă un alt punct forte al sistemelor UAS/RPA datorită faptului că se pot zbura trasee de zbor foarte precis.

- Calitatea foarte mare a imaginilor, precum şi acoperirea dintre imagini şi dintre benzi fac ca după efectuarea aerotriangulaţiei să se obţină o precizie foarte mare în cazul stereorestituţiei. Un alt aspect important ce rezultă din calitatea imaginilor şi a acoperirilor o reprezintă faptul că aerotriangulaţia se poate realiza în mod semi-automat. Pentru folosirea imaginilor preluate în scopul obţinerii unei baze de date corelate de tip GIS, se vor măsura reperi(premarcaje amplasate la sol) prin metode topo-geodezice, ce vor avea coordonate în sistemul naţional, dar la care se vor citi apoi coordonate corespondente şi în sistemul imagine.

2.2 Metode topo-geodezice Metodele topo-geodezice ce se impun a se realiza sunt cu privire la măsurarea reperilor

necesari realizării aerotriangulaţiei. Pentru ca imaginile preluate să poată fi folosite ca şi suport geodezic privind monitorizarea şi inventarierea speciilor de păsări, trebuie ca aceste imagini să fie aduse într-un sistem precis de coordonate (sistemul naţional stereografic 1970, în cazul de faţă). Acest lucru se obţine prin realizarea aerotriangulaţiei. Pentru realizarea aerotriangulaţiei sunt necesare puncte uniform distribuite pe zona de zbor, ce au coordonate cunoscute atât în sistemul naţional de proiecţie şi altimetric, cât şi în sistemul de coordonate imagine. Aceste puncte comune se obţin prin două modalităţi şi anume: prin premarcaj şi prin

8

reperaj fotogrammetric. În cazul proiectului de faţă metoda reperului nu poate fi aplicată, întrucât în general nu se pot identifica reperi în teren. Acoperirea transversală cât şi longitudinală este foarte mare în cazul imaginilor preluate cu UAS/RPA-uri. În acest caz, datorită multitudinii punctelor de legătură între imagini, nu este necesara alegerea reperilor pe fiecare bandă de zbor, ca în cazul fotogrammetriei clasice. În acest caz se va opta la marcarea şi măsurarea reperilor unul la cel puţin 1000 metri. Reperii se vor amplasa pe marginea zonei de zbor, pentru a constrânge imaginile preluate.

2.3 Produse rezultate Pe baza măsurătorilor aero-fotogrammetrice şi prin prelucrarea acestora se disting mai

multe produse ce pot rezulta din exploatarea imaginilor achiziţionate. Dintre acestea amintim: ortofotograma, ortofotoplanul, reţeaua de sprijin precum şi planul de situaţie. De asemenea şi baza de date de tip GIS este un produs al aero-fotogrammetriei, fiind unul dintre cele mai importante produse ale preluării de imagini cu sisteme ÙAS/RPA.

2.3.1 Ortofotogramă Ortofotograma este cel mai simplu produs al aero-fotografierii şi are la bază un principiu

simplu dar important: preluarea ortogonală a imaginilor. Astfel se obţin imagini ce se numesc ortofotograme, ce au proprietatea că dimensiunile obiectelor rămân nedeformate. De preferat este ca aceste imagini să fie preluate în orele în care soarele se află la zenit, pentru a reduce influenţa umbrelor şi a luminozităţii reduse.

2.3.2 Ortofotoplan Ortofotoplanul este produsul complex obţinut din alăturarea tuturor ortofotogramelor

preluate în teren. Realizarea ortofotoplanului se bazează pe orientarea imaginilor şi compensarea aerotriangulaţiei. Imaginile preluate sunt unite prin mozaicare şi astfel se realizează fotoplanul zonei respective. Pentru realizarea ortofotoplanului, acesta se va corecta de efectele de trenare, de eventualele umbre, şi de influenţa reliefului din teren.

2.3.3 Reţeaua de sprijin Pentru realizarea aerotriangulaţiei se vor executa premarcaje cu muşamale

reflectorizante. Din cauza lipsei staţiilor permanente în zona Deltei Dunării se va proceda la îndesirea reţelei de sprijin, pe baza cărora se vor măsura premarcajele din zonele ce urmează a fi fotografiate. Această reţea de sprijin se va îndesi prin măsurători GNSS bazate pe staţiile permanente ale ANPCI-ului din zona Deltei Dunării. Măsurătorile vor fi efectuate utilizând tehnologia GPS prin metoda statică, în dublă frecvenţă, si vor fi procesate ca şi reţele constrânse pe puncte de coordonate cunoscute.

2.3.4 Plan de situaţie Un alt produs fotogrammetric ce se poate obţine din exploatarea imaginilor achiziţionate

cu UAV-uri este planul de situaţie al zonei de interes. Acesta se poate realiza prin vectorizare directă pe baza ortofotoplanului, sau prin stereorestituţie pe baza modelelor stereoscopice obţinute prin suprapunerea fotogramelor, cu parametrii obţinuţi în urma aerotriangulaţiei. De obicei, planul de situaţie este realizat pentru inventarierea grafică şi contextuală, ţinând cont şi de toponimia zonei. Planul de situaţie este de regulă corelat, alături de ortofotoplan, cu baza de date a speciilor, rezultând sistemele de tip GIS.

2.4 Descrierea tehnologiei de lucru Misiunile din aceasta etapa au fost desfasurate in perioada de toamna, nivelul apei fiind

redus in toata aria Deltei Dunarii, a fost posibil accesul spre zone care in mod normal sunt inundate, sau chiar pe fundul lacurilor. Acest fapt a permis ca in zona Obretin spre exemplu

9

sa fie aleasa o suprafata de decolare - aterizare intr-o zona lipsita de obstacole, care nu este uzual accesibila, fiind de mare folos pentru pregatirea misiuni si conceptului de operare pentru etapele urmatoare, atat ca scenarii operationale, scopuri si mijloace de executie a misiunii, cat si prin utilizarea la zbor a tuturor echipamentelor si senzorilor, in practica s-a reusit zborul in zona Obretin cu trei aparate simultan, si observatii care vor putea fi comparate si analizate pentru cerintele de operare in teren in vederea unor rezultate care sa permita „data fusion” in misiunile viitoare – consolidarea observatiilor simultane din aceeasi unitate de timp intr-o zona cercetata. S-a lucrat in baza obstacolarii vizuale in teren si din foisoarele de observatie, in vederea evaluarii cerintelor si procedurilor de realizare a unei harti de obstacole inainte de misiuni, care sa devina metodologie de lucru in etapele urmatoare.

2.5 Preluarea imaginilor cu UAV-uri pentru exploatări fotogrammetrice. Au fost analizate ariile de zbor in functie de marimea lor, specificitate (specii de interes

prezente in ariile respective si criteriile de observatie urmarite pentru fiecare) si in raport cu autonomia aparatelor si atitudinile de zbor necesare pentru acoperirea buna a zonelor respective. Au fost executate misiuni cu payload foto - video, atat pentru observatie vizuala, fotografie si filmari, cat si pentru fotogrametrie si realizarea de harti si model 3D. S-au testat scenarii de operare in care s-a efectuat atat observatie prin fotografiere verticala, cat si fotografie oblica si orizontala, atat cu aripi fixe cat si cu elicopter, la punct fix. 2.6 Prelucrarea fotogrammetrică şi fotointerpretarea

Imaginile achiziţionate în teren vor fi descărcate pe calculator si prelucrare radiometric pentru a contrasta detaliile fotogramei. Cu ajutorul unui soft, cum ar fi EnsoMosaic imaginile astfel obţinute se încarcă pentru a fi prelucrate din punct de vedere fotogrammetric. Prelucrarea fotogrammetrică se bazează pe elementele de orientare de la bordul UAV-ului, dar mai ales pe tehnica corelării automate a imaginilor imediat adiacente.

Datorită faptului că imaginile sunt de o calitate foarte bună, iar acoperirea – atât cea longitudinală, cât şi cea transversală – sunt foarte mari, aceasta îi permite softului să găsească foarte multe puncte de legătură între imaginile ce se suprapun. Multitudinea acestor puncte de legătură (de ordinul sutelor) determină o calitate foarte bună a ortofotoplanurilor ce se obţin.

Fotointerpretarea imaginilor culese în zonele Deltei Dunării se bazează pe cunoaşterea formei şi a aspectului diverselor specii de păsări, pentru a le putea recunoaşte pe imaginile preluate. Fotointerpretarea şi recunoaşterea formelor se bazează foarte mult pe experienţa utilizatorului în cunoaşterea speciilor, uneori nefiind îndeajuns doar câteva aspecte tehnice despre acestea.

2.7 Integrarea datelor obţinute în baze de date de tip GIS Datele grafice astfel obţinute în etapa precedentă vor fi integrate în baze de date de tip

GIS. Acest lucru se va realiza cu ajutorul softului ArcGDS ce prezintă capacitatea de a exploata stereoscopic imaginile obţinute direct într-o bază de date. Acest soft lucrează sub softul ArcMAP din consorţiul de programe ArcGIS. Încă o dată, şi în această etapă, fotointerpretarea are un rol foarte important. Astfel prin fotointerpretare se încearcă identificarea păsărilor şi a speciilor de păsări, precum şi a cuiburilor acestora din Rezervaţia Deltei Dunării. Acest proces se poate realiza atât manual, prin recunoaşterea speciilor de către un utilizator experimentat, dar şi în mod semi-automat. Baza de date astfel obţinută va fi legată atât de partea grafică obţinută, orientată în sistemul naţional, dar şi de ortofotoplanurile corespondente zonei respective. După definitivarea bazei de date de tip GIS se vor putea contoriza foarte uşor numărul de specii sau de păsări pe o anumită zonă de interes. De

10

asemenea, tot prin elaborarea de rapoarte grafice sau textuale, se pot simula anumite evenimente, cum ar fi creşterea apei, curenţi de aer rece, epidemii, etc. Astfel se pot observa mult mai bine care sunt coloniile influenţate de aceste fenomene şi se pot lua măsuri mult mai rapide şi precise.

2.8 Caracteristici ale sistemului de comunicaţie necesar desfăşurării activităţilor de măsurare în Delta Dunării. Conform planificarii, au fost achizitionate licente pentru frecvente radio PMR pentru

comunicatii radio mobile/voce, instalandu-se repetoare fixe la Mahmudia, Caraorman si Sulina, statii pe ambarcatiuni (nava ponton/dormitor, navele de cercetare, nave rapide, barci si salupe de cercetare. Pentru transmisii de date si acces la servicii Internet in zonele de lucru, s-a realizat o parte din reteaua fixa proiectata (segmentele de backbone) si urmeaza in faza urmatoare extinderea acoperirii si activarea sistemelor de tracking fix-mobil si a solutiei de comanda - control, pentru transmiterea datelor necesare misiunii precum si pentru transferul rezultatelor din teren in timp cat mai scurt spre parteneri, pentru stocare, procesare, analiza. Au fost identificate si viabilizate foisoare de observatie, utilizate ca retransmitatoare, alimentate cu un sistem de baterii si panouri solare, amplasate in ariile de lucru si in vecinatatea lor.

2.9 Suport Logistic Accesul la zonele de lucru a presupus utilizarea mijloacelor auto pentru transferul

echipamentelor spre Tulcea, transfer cu nave de transport, si nave de diverse dimensiuni si pescaje pentru lucrul in ariile de cercetare. S-a constatat necesitatea asigurarii unor mijloace de transport si de interventie, cum ar fi PJV (tractor de stuf), ATV amfibiu si hovercraft - inafara zonelor protejate, precum si echipament specific pentru acces terestru in zonele mlastinoase (costume cauciucate samd) precum si echipament de protectie si de securitate adecvat.

3 ELABORARE DOCUMENTATIE MODEL EXPERIMENTAL PENTRU INTEGRARE

UAS/RPA SI SISTEM ORTOFOTO. 3.1 Documentaţie privind selecţia sistemului aero-fotogrammetric de tip UAV

Testarea diferitelor tipuri de echipamente de zbor si de camere electro-optice a dus la determinarea precisa a adecvarii fiecarui echipament pentru misiunile specifice, diversitatea obiectivelor urmarite si suprafetele mari in care se doreste executarea de misiuni solicitnda un numar diversificat de solutii tehnologice complementare, nu este suficienta o abordare de tipul „one size fits all”. Au fost alese cinci tipo-dimensiuni ca echipamente de zbor si mai multe sisteme electro-optice (foto, video), filtre IR-NIR, termocamera de inalta rezolutie. Exista cerinte si pentru alte tipuri de senzori (hyperspectral, sintetic aperture radar, LIDAR), dorindu-se intr-un pas viitor fuziunea senzorilor in timp real sau aproape in timp real, la statia de control, ulterior si la bord, si in centrul de procesare, prin tele-working. O caracteristica importanta pentru operarea cu rezultate optime este ciclul de comanda adaptat pentru „re-tasking” al misiunii in functie de observatiile din teren, evolutiile coloniilor si conditiile meteo.

3.1 Documentaţie privind selecţia soluţiei optime de procesare a datelor imagine

Pentru determinarea soluţiei optime de procesare a datelor imagine s-a luat în discuţie două moduri de procesare a datelor şi anume:

11

• Procesare clasică, prin punctarea manuală a reperilor dar si a punctelor de legătură între modele. De asemenea orientarea interioară şi exterioară relativă realizându-se preponderent tot manual, iar aerotriangulaţia în mod semi-automat. Acest lucru face ca procesul să devină greoi, să dureze mult timp şi să se obţină produse cu precizii scăzute.

• Procesare bazându-se pe softuri de procesare automată şi semi-automată a imaginilor de înaltă calitate. Această procesare are avantajele automatizării formării orientării interioare şi exterioare şi identificării în mod automat şi semi-automat a punctelor de legătură dintre modele. Datorită multitudinilor de puncte de legătură între modele, în acest caz nu se impune ca zborul să fie strict executat în benzi paralele. După cum se ştie, zborurile efectuate cu ÙAS/RPA-uri pot implica şi rotiri mai mari pe cele trei axe de preluare, datorită factorilor atmosferici şi a greutăţii relativ mici a aparatului de zbor. Acest lucru ar însemna o problemă foarte mare în cazul unui soft de prelucrare fotogrammetrică clasică, dar nu şi în cazul softurilor ce se bazează pe tehnologia imaginilor HD, cu acoperire mare de zbor. Ţinând cont de aceste aspecte, dar şi de cele enumerate mai sus s-a decis achiziţionarea şi utilizarea softului EnsoMosaic ce automatizează destul de mult procesul de procesare a datelor fotogrammetrice achiziţionate în teren. Pe lângă această automatizare se observă şi o creştere a preciziei de realizare a aerotriangulaţiei şi implicit a produselor ce se obţin.

3.2 Documentaţie privind fluxul tehnologic de obţinere a imaginilor ortofoto

Principalele etape de lucru sunt: măsurarea punctelor de legătură între modele şi

compensarea în bloc a fotogramelor, realizată prin aerotriangulaţie. Aerotriangulaţia conţine ambele etape şi este necesară pentru rectificarea imaginii şi obţinerea imaginii ortofoto. Legarea imaginilor prin punctele de legătură(realizate manual sau automatic) realizează orientarea iniţială a imaginilor în raport cu fiecare în parte. Ca funcție de sprijin un model digital de elevaţie (DEM) se calculează după ajustarea imaginilor în bloc, iar corecţiile spectrale pot fi aplicate în diferite etape ale procesului. Când ajustarea în bloc a fost rulată şi DEM calculat, este posibil a se realiza imagini individuale orto-rectificate. Punctele măsurate la sol îmbunătăţesc acurateţea rezultatului final, dar acestea sunt opţionale în cazul în care nu se doreşte realizarea unei ortofotograme cu coordonate în sistemul naţional. Producţia de mozaic-uri finale se poate realiza din imaginile orto-rectificate sau din imaginile originale. Exportul final poate fi realizat sub format *.tiff, *.sdw sau chiar sub format *.kml pentru a fi direct vizibile în Google Earth. Fluxul de lucru pentru obţinerea imaginilor ortofoto este următorul: introducerea parametrilor de orientare ai camerei, corelarea automată a imaginilor(a punctelor de legătură, tie points) sau manuală, introducerea reperilor şi compensarea în bloc a imaginilor(realizarea aerotriangulaţiei), calcularea modelului digital de elevaţie (DEM), corectarea individuală a imaginilor şi mozaicarea acestora pentru a obţine ortofotoplanul zonei fotografiate.

4 ELABORARE DOCUMENTATIE MODEL FUNCTIONAL

4.1 Documentaţie privind metode de fotointerpretare specifică Deltei Dunării Procesul complex de examinare a fotografiilor şi de obţinere a diverselor informaţii

poartă numele de fotointerpretare, sau aerofotointerpretare în cazul activităţilor propuse în acest proiect. Informaţiile obţinute prin aerofotointerpretare sunt atât de ordin calitativ cât şi

12

cantitativ. Specific acestui proiect vor fi identificarea obiectelor, speciilor sau habitatelor, măsurătorile pe fotograme, cu determinarea dimensiunii şi proceselor, precum şi poziţia geografică. Se urmăreşte însă cunoaşterea cât mai aprofundată a obiectelor şi proceselor vizibile sau invizibile pe fotograme. Ortofotoplanurile redau întinderi mari ale suprafeţei terestre, fiind necesară extragerea obiectelor de pe acestea. Din acest punct de vedere, pentru cercetarea de mediu, fotointerpretarea prezintă importante avantaje. Astfel, faţă de observarea directă în teren, se realizează o considerabilă reducere a cheltuielilor de timp, de energie şi de mijloace financiare. În acest caz, datorită utilizării sistemelor aeriene telepilotate de mici dimensiuni (UAS/RPA) foarte importante sunt deplasările în teren, pentru etalonare.

4.2 Documentaţie privind modelul funcţional de contorizare/monitorizare a speciilor de

păsări din Delta Dunării, automatizat. Relieful variabil si vegetatia specifica Deltei Dunarii fac dificila identificarea, estimarea

dimensiunii si urmarirea evolutiei coloniilor de pasari. Zonele inundabile, plaurii care se pot deplasa si vegetatia densa fac unele zone greu accesibile specialistilor, fiind necesara angajarea unui volum mare de resurse pentru a putea evalua dinamica si dimensiunea coloniilor de pasari.

In consecinta, utilizarea UAV-urilor pentru a captura imagini ale coloniilor poate aduce un plus de eficienta si o scadere a numarului de resurse necesare. Zone extinse pot fi acoperite rapid, cu o interventie minimala a factorului uman, reducandu-se astfel stresul la care sunt supuse pasarile. Pe de alta parte, volumul de date colectat de UAV-uri este foarte mare, de ordinul TB de date. Un utilizator uman ar ineficient pentru a analiza datele colectate, si nu ar avea capacitatea de a exploata complet potentialul oferit de o baza de date mare. De exemplu, un utilizator uman nu poate sesiza pattern-urile generate de variabilele ascunse din setul de date. De asemenea, nu poate urmari evolutia pe termen lung a corelatiilor dintre intersectia coloniilor diferitelor specii de pasari (de exemplu, daca o specie tinde sa ocupe teritoriul altei specii, putand duce la reducerea dimensiunii coloniilor).

Astfel, este de preferat procesarea automata a datelor colectate, prin construirea unei platforme flexibile si extensibile care sa permita extragerea informatiilor folosind tehnici de detectie si recunoastere a formelor si de invatare automata. In acest sens, propunem o solutie pentru dezvoltarea unei aplicatii web care sa permita procesarea datelor colectate de UAV-uri si sa ofere utilizatorilor o interfata prin care sa poata efectua cautari semantice in baza de date de imagini. Cautarile semantice presupun faptul ca softul poate adnota baza de date astfel incat sa se poata efectua interogari complexe asupra obiectelor recunoscute (de exemplu, "care este dimensiunea coloniei de pasari din zona X la data Y" sau "cum a variat habitatul coloniei X in perioada ..."). In plus, softul va trebui sa poata invata noi categorii de obiecte fara interventia utilizatorului. Construirea solutiei presupune urmatorii pasi: etapa de documentare asupra tehnicilor de detectie si clasificare a obiectelor, propunerea unei arhitecturi a aplicatiei, colectarea unui set de date de test, implementarea primei versiuni a arhitecturii date, validarea sa pe datele de test si reajustarea algoritmilor propusi. Ciclul colectare date-versiune soft se va repeta de cateva ori, pana la obtinerea versiunii finale a aplicatiei. Pana in octombrie 2012, s-a efectuat etapa de documentare si s-a propus o prima versiune a arhitecturii aplicatiei, acestea fiind descrise in raportul intern"state-of-the-art". In octombrie a fost efectuata o prima sesiune de colectare de date, survolandu-se cateva zone ale Deltei Dunarii cu diferite aparate UAV, avand mai multe tipuri de camere. Au fost colectate atat imagini statice, cat si filmari. S-a putut stabili rezolutia necesara si altitudinea optima pentru a se obtine date utilizabile. Astfel, s-a inceput sa construirea bazei de date si implementarea primei versiuni a arhitecturii propuse. Momentan, aplicatia poate identifica

13

elemente de interes din imagini, urmand sa fie implementate cautarile semantice complexe.

Tehnicile de viziune computerizata sunt inspirate (partial) si incearca sa emuleze cat mai fidel viziunea umana. Pentru aceasta, este necesara intelegerea formarii perceptiei umane. Principiile psihologiei Gestalt sunt cea mai avansata teorie curenta referitoare la perceptia umana. Astfel, viziunea computerizata ia in calcul articularea figura-fundal (vederea umana va incerca intotdeauna sa separe si sa focalizeze obiectele mai mici, relevante, de fundalul amplu). De asemenea, principiul proximitatii (obiectele apropiate sunt percepute si procesate ca grupuri, reducandu-se aria de cautare- folosit in tehnicile de partitionare spectrala a grafurilor, clusterizare si analiza textonilor), principiul "sortii comune" (obiectele care se misca impreuna apartin aceluiasi grup), principiul similaritatii (gruparea obiectelor similare) si principiul continuitatii (ochiul uman cauta linii continue, iar algoritmii de viziune computerizata utilizeaza principiul completand liniile care se estompeaza in fundal si pentru detectoarele de muchii). Principiul inchiderii este folosit pentru recunoasterea texturilor, enuntand ca elementele care par sa construiasca un intreg sunt atribuite aceluiasi obiect. In sfarsit, principiul "Good Gestalt" spune ca obiectele care formeaza un sablon sunt percepute ca grup.

Aceste principii stau la baza tehnicilor descrise in continuare. Se face o distinctie intre tehnici de recunoastere a obiectelor, persoanelor, instantelor, categoriilor si activitatilor si de asemenea intelegerea contextelor si scenelor. Intrucat majoritatea abordarilor au la baza metode euristice, distinctia este indusa de tipul informatiei considerata relevanta cand a fost dezvoltata euristica respectiva.

Problema recunoasterii obiectelor care compun o scena este inca deschisa, principalele probleme fiind ocluziunile, variabilitatea indusa de unghiul si postura obiectului, precum si variabilitatea intrinseca a formei si aspectului categoriei de obiecte. De exemplu, pentru a

14

detecta si identica o colonie de pelicani in habitatul natural, trebuie tinut cont de faptul ca vegetatia poate obstructiona vederea, de faptul ca pasarile pot forma clustere, de faptul ca nu poate fi luata in calcul doar culoarea, si de infinitatea de posibile posturi ale pasarii. O alta problema in recunoasterea pasarilor este faptul ca multe specii au atribute comune. Astfel, este mai usor de detectat un pelican intr-o imagine care contine doar pelicani, decat intr-o imagine care contine si alte specii similare. In plus, specificitatea este in corelatie directa cu complexitatea si rata erorii. In consecinta, se ia in calcul o organizare ontologica a cunoasterii, unde specificitatea este determinata de numarul de atribute luate in calcul (cautarea unei entitati - radacina ontologiei - are acuratete perfecta, iar cresterea specificitatii scade acuratetea).

Atunci cand obiectul este cunoscut (de exemplu, un pelican pe lac), cautarea se reduce la scanarea imaginii pentru a gasi posibile proiectii ale modelului, ceea ce se incadreaza in detectia obiectelor. Pentru obiectele rigide, se efectueaza recunoasterea instantelor cautand atribute caracteristice si verificand daca sunt aliniate in mod plauzibil. De exemplu, la un pelican, se asteapta un anumit raport inte lungimea ciocului si a corpului. Totusi, cea mai mare provocare o aduc variatiile de postura, forma si culoare care apar atat in cadrul aceleasi specii cat si intre specii. Recunoasterea generica a categoriilor se bazeaza pe tehnici precum detectia anumitor atribute (modelul "bag of words"), pozitiile lor relative (modele bazate pe parti) sau segmentarea imaginilor in zone semantic reprezentative. Contextul este un factor extrem de important pentru recunoastere, intrucat trebuie luate in considerare fundalul si elementele constituente ale scenei.

Dat fiind numarul mare de posibile obiecte si instante, construirea de recogniser-e specifice este nefezabila, ceea ce aduce in discutie folosirea algoritmilor de invatare automata. In ceea ce priveste tehnicile folosite pentru recunoastere, au fost analizate abordarile bazate pe machine learning - boosting, retele neuronale si masini cu vector suport care sunt folosite pentru detectia faciala si a obiectelor. De asemenea, au fost analizate modelele bazate pe subspatii (PCA - Principal Components Analysis) si modelele Bayesiene utilizate pentru recunoasterea faciala. Pentru recunoasterea instantelor s-a luat in calcul detectia atributelor, suprapunerea ("matching") si alinierea geometrica. Ulterior, s-au studiat vectorii de frecventa, cuantificarea atributelor si indicii invertiti. Pentru obtinerea rapida a informatiilor din baze de date mari, este propusa folosirea modelului in care descriptori de atribute multi-dimensionali sunt mapati cuvintelor vizuale discrete pentru fiecare imagine. Maparea poate facuta folosind clusterizarea k-means, arbori vocabular sau paduri aleatoare. Atunci cand se efectueaza interogarile semantice mentionate mai sus, fiecare atribut dintr-o regiune interogata este mapat cuvantului vizual corespunzator si se construieste o lista a celor mai comune cuvinte vizuale, care sunt eliminate pentru a nu denatura rezultatul. Odata ce o imagine a fost mapata cuvintelor vizuale constituente, imagini sau cadre video corespunzatoare pot extrase din baza de date. Se propune o extensie a acestei solutii, adaugand adnotari semantice cuvintelor vizuale, ceea ce ar permite efectuarea de interogari complexe asupra bazei de date. Din cauza cresterii constante a bazei de date, va fi necesara folosirea unui arbore vocabular ierarhic, unde vectorii de atribute sunt clusterizati ierarhic intr-un arbore prototip. Astfel, sistemul suporta vocabulare de milioane de cuvinte, ceea ce permite folosirea de cuvinte individuale foarte specifice (mai multa precizie in descrierea atributelor unei specii, si o acuratete mai buna a recunoasterii).

In urma analizei algoritmilor mentionati mai sus, s-a decis arhitectura aplicatiei, care va consta din module decuplate, care comunica. Astfel, aplicatia va avea in spate o baza de date de atribute, construita in urma trecerii datelor colectate prin componenta de procesare a imaginilor. Modulul de detectie a obiectelor va contine o componenta de eliminare a fundalului, una de detectie a muchiilor si o componenta de unificare care sa se ocupe de ocluziuni, umbre, discontinuitati etc. Modulul de baza este detectorul care contine o abstractiune implementata de diferite clase, fiecare specifica unei anumite categori de obiecte. Modulul de recunoastere a obiectelor va contine un modul de clasicare care va permite utilizarea unei metode de invatare

15

automata(SVM, retele neuronale, PCA) si va urma un arbore ontologic. Utilizatorul va putea selecta tipul formatului de iesire dorit.

5 DEMONSTRAREA FUNCTIONALITATII. DE LA ACHIZITIE DATE PANA LA

PROCESARE SI ANALIZA A DATELOR IN GIS.

5.1 ALEGEREA ZONELE DE ZBOR 5.1.1 Identificarea zonelor de interes în cadrul proiectului

Întreaga suprafaţă a ROSPA0031 Delta Dunării şi Complexul Razim-Sinoie care se suprapune cu Rezervaţia Biosferei Delta Dunării va fi practic investigată pe parcursul întregului proiect. Pe baza hărţilor habitatelor potenţiale de cuibărit a speciilor ţintă de păsări acvatice coloniale din ROSPA0031se vor selecta zonele de maxim interes pentru investigaţiile în teren ce vor avea loc în sezoanele de cuibărit 2013 şi 2014.

După o analiză a datelor privind locaţiile coloniilor cunoscute şi a hărţilor habitatelor potenţiale de cuibărit a speciilor de păsări acvatice coloniale din Delta Dunării (hărţi digitale obţinute pe baza noului model digital de elevaţie-2011), au fost alese o serie de zone pilot pentru studiul din tomna anului 2012. Zonele alese în faza 1 de studiu au fost: Ceamurlia, Iacob, Obretinu Mic şi Ghermandi(Zonele 1-4).

5.1.2 Obţinerea coordonatelelor zonelor de zbor După alegerea zonelor de zbor pe hărţile cu ortofotoplanuri şi cu ajutorul celor de la

INCDDD, acestea au fost identificate pe Google Earth, cu scopul de a obţine coordonate geografice globale, WGS84. Pentru a putea efectua proiectul de zbor este necesar ca să se ştie coordonatele zonei de zbor cu o precizie metrică(±5 m). Pentru o colaborare cât mai bună cu piloţii de zbor, personalul implicat în proiect, din partea SC Tehnogis Grup au pus la dispoziţia acestora fişiere de tip *.kmz/*.kml. Acest lucru a facilitat elaborarea proiectului de zbor, fişierele puse la dispoziţia pilotului fiind fişiere ce se pot importa direct în softul de zbor. Fişierele furnizate conţin atât aria de zbor ce trebuie acoperită, dar şi premarcajul măsurat cu o zi înainte, toate având ataşate coordonate geografie în sistemul global WGS84.

5.1.3 Recunoaşterea zonelor alese în teren Determinarea planimetrică a zonei de studiu pe materialele deja existente reprezintă

prima etapă în vederea recunoaşterii zonelor alese în teren.Munca de teren constă în principal în încercarea de a localiza şi de a evalua coloniile speciilor ţintă din zonele alese.

Pentru măsurători (atât prin metode clasice cât şi cinematice cu GPS) este foarte importantă alegerea corectă a traseului, pentru a putea asigura recepţionarea permanentă a semnalelor. În orice moment şi din orice punct al traseului trebuie să fie vizibili cel puţin patru sateliţi. Aceasta presupune ca înainte de începerea măsurătorilor să se parcurgă traseul propus şi să fie identificate obstacolele care ar putea împiedica recepţionarea în bune condiţii a semnalelor de la sateliţi.

5.1.4 Confirmarea existenţei coloniilor de păsări în zonele alese Confirmarea existenţei coloniilor de păsări în

zonele alese s-a realizat prin recunoaşterea formelor şi structurilor specifice pe baza aerofotogramelor şi a orthofotoplanurilor. Calibrarea în teren a datelor s-a realizat prin survolarea unei colonii polispecifice a cărei locaţie era cunoscută, pentru a se putea

16

compara formele şi structurile (cuiburile) existente în această locaţie cu cele din celelalte zone investigate.

5.2 ECHIPAMENTE UTILIZATE ÎN TEREN

5.2.1 Mijloace de deplasare. Pentru deplasare s-au folosit autovehicule de diferite tipuri, nave de cercetare, nava

ponton-dormitor, salupe rapide, barci cu pescaj mic.

5.2.2 Tehnologii si Materiale utilizate

S-au folosit echipamente de zbor telepilotate atat cu autopilot open-source cat si cu autopilot comercial - integrate cu sistemele de comanda, si diferite solutii de telemetrie si transmisii de date, in special pentru a putea evalua caracteristicile necesare pentru efectuarea misiunilor in etapa urmatoare (acoperire, nivel de performanta, cerinte de operare samd) si imbunatatirile necesare. S-au testat diferite sisteme electro-optice si sisteme de obiective, si un inventar privind alte sisteme de senzori necesare, pe masura ce au fost evaluate rezultatele.

5.2.3 Aparatura topografică utilizată Pentru realizarea măsurătorilor topo-geodezice s-au folosit 5

echipamente GPS, produse de către TOPCON, de tip LegacyE. Receptoarele GPS sunt echipate cu antene de tip PG-A1, ce au

17

capacitatea de a recepţiona semnale GNSS pe ambele frecvente L1, L2. Sistemul GPS mai conţine o baterie de 12V, o ruletă, o ambază pentru centrarea antenei pe punct(marcaj) şi un trepied. Pentru identificarea locaţiilor unde au fost proiectate marcaje s-au folosit GPS-uri de tip GARMIN E-trex. Pentru marcarea locaţiilor s-au folosit pătrate de muşama reflectorizantă, de culoare albă, de dimensiuni 20x20 cm.

5.2.4 Aparatura fotogrammetrică Aparatura fotogrammetrică utilizată este reprezentată de sistemul ÙAS/RPA de

preluarea a imaginilor. Sistemul este compus dintr-o staţie de control la sol, o antenă de emisie DGPS, o antenă de schimb de date, o rampă de lansare şi un display de urmărire a aparatului de zbor de tipul FLT data display – toate amplasate la sol. De asemenea din sistemul ÙAS/RPA face parte şi platforma de preluare a imaginilor, avionul aripa Delta de tip Bramor, realizat sub patentul C-Astral. Avionul telepilotat este echipat cu o cameră Sony NEX, precum şi cu sisteme inerţiale de tip INS, IMU, DGPS si autopilot Procerus - Lockheed Martin. Se preconizeaza in etapa urmatoare utilizarea unor camere cu senzori „full frame” si a unor camere de 48Mp.

5.3 MĂSURĂTORI TOPOGRAFICE Măsurătorile topografice necesare executării aerotriangulaţiei au fost realizate de către

angajaţii firmei Tehnogis Grup SRL, alături de coordonatorul ştiinţific al proiectului dl. Dr. ing. Nichersu Iulian, şi de angajaţii INCDDD.

5.3.1 Instalarea reperilor fotogrammetrici Mai întâi, reperii fotogrammetrici au fost proiectaţi pe foile

de ortofotoplanuri puse la dispoziţia membrilor delegaţiei de către Tehnogis Grup SRL. Punctele de premarcaj fotogrammetric au fost aleşi astfel încât să constrângă cât mai binele zonele 1-4 pe care s-au efectuat teste de fotografiere. Pe zona 1 s-au instalat reperii 1-8, pe zona 2 reperii 20-28, pe zona 3 reperii 30-39, iar pe zona 4 reperii 40-43. În total au fost instalate doar 29 premarcaje din cauza inaccesibilităţii la anumite puncte proiectare. Muşamalele reflectorizante au fost fixate cu ajutorul unor piroane, pentru a nu fi mutate pană la realizarea zborului fotogrammetric.

5.3.2 Măsurători GNSS ale marcajelor fotogrammetrice Măsurătorile GNSS au fost realizate cu receptoare GPS de tip LegacyE, cum s-a menţionat mai sus. Punctele au fost determinate prin metoda statică de determinare GNSS. Ca şi punct fix s-a folosit punctul KM6, ales în apropierea zonelor 1-4. Pentru ajungerea la locurile fixate ca şi premarcaje s-au folosit GPS-uri de tip GARMIN etrex. De asemenea în teren a fost nevoie de minim 4 echipe şi uneori chiar de două ambarcaţiuni. În măsurarea sesiunilor GPS s-a ţinut cont ca acestea să formeze cel puţin o buclă de închidere cu un alt punct din reţea,

de preferat fiind mai multe. De asemenea s-a ţinut cont ca sesiunile de lucru să fie pe cât posibil interconectate prin cel puţin o bază comună.

5.3.3 Prelucrarea datelor GNSS Măsurătorile GNSS înregistrate în teren au fost descărcate la birou şi organizate pe

sesiuni de lucru. Măsurătorile au fost prelucrate cu ajutorul softului specific firmei Topcon,

18

Javad Pinnacle. În prima fază a prelucrării măsurătorilor GNSS s-a calculat punctul KM6 pentru îndesirea reţelei de sprijin din zona Deltei Dunării. După obţinerea coordonatelor acestui punct, prin metoda statică de procesare, acesta a fost considerat punct fix faţă de care s-au calculat celelalte măsurători din zona Crişan-Caraorman. Premarcajele au fost calculate prin metoda statică, cu punct fix KM6. S-au emis rapoartele de compensare ale bazelor GNSS precum şi schiţele sesiunilor de măsurare. De asemenea s-au întocmit inventarele de coordonate ale punctelor în sistemul ETRS89, coordonalte B,L,H, precum şi în sistemul naţional Stereografic 1970, plan de referinţă pentru cote marea neagră 1975. Preciziile de determinare ale premarcajelor se găsesc în raportul ce conţine coordonatele B,L,H dar şi în rapoartele de compensare ale vectorilor GPS.

5.4 MĂSURĂTORI ŞI PRELUCRĂRI FOTOGRAMMETRICE 5.4.1 Proiectarea traseelor de survol

Proiectarea traseelor de survol a fost realizată cu ajutorul softului EnsoMOSAIC – Components de către piloţii aeromodelului. Proiectarea acestora s-a realizat pe baza zonei de zbor în coordonate WGS84.

5.4.2 Aerofotografierea Aerofotografierea s-a realizat cu ajutorul sistemului aeropurtat BRAMOR ÙAS/RPA

elaborat de către C-ASTRAL Aerospace Ltd., Slovenia. Aerofotografierea s-a realizat pe zonele de studiu 1,2,3 folosind mai multe modalităţi de preluare a imaginilor. Astfel s-au realizat zboruri la diferite înălţimi, după cum urmează:

• Zona 1 – zbor la 150m altitudine faţă de sol • Zona 2 – zbor la 70 şi 200 metri altitudine faţă de sol • Zona 2 – zbor la 70 şi 200 metri altitudine faţă de sol

Imaginile au fost descărcate pe harddisc-uri şi date spre procesare firmei Tehnogis Grup SRL. 5.4.3 Softul de realizare a imaginilor ortofoto

EnsoMOSAIC 3D este un soft de prelucrare 3D a imaginilor achiziţionate cu sisteme UAS/RPA, special conceput pentru acest tip de zboruri fotogrammetrice. După cum s-a amintit şi în capitolele de mai sus, softul prezintă o mulţime de avantaje faţă de exploatările fotogrammetrice clasice. Modul de lucru al EnsoMOSAIC 3D este foarte simplu şi intuitiv. Printre caracteristicile forte ale softului folosit este automatizarea proceselor dar şi faptul că acestea pot fi rectificate manual, în cazul în care apar erori. Softul realizează automat orientarea interioară pe baza parametrilor camerei folosite, pentru fiecare fotogramă în parte. De asemenea identificarea punctelor de legătură este în întregime automatizată şi foarte bine realizată pe baza matricelor de corelaţie. Astfel se realizează în mod automat orientarea exterioară relativă. Un mare avantaj pentru proiectul de faţă este faptul că imaginile pot fi ajustate şi compensate în bloc, fără a fi neapărat necesară introducerea punctelor de aerotriangulaţie. Acest lucru este util atunci când se doreşte o inventariere a speciilor, fără a se face o legătură cu sistemul naţional de coordonate.

19

Prin citirea stereoscopică a imaginilor, softul extrage automat modelul digital al terenului. Pe baza acestuia se ortorectifică fiecare imagine intrată în procesare. Urmează procedeul de prelucrare radiometrică a imaginilor în mod automat sau semi-automat. După această etapă urmează mozaicarea imaginilor şi definitivarea imaginilor ortofoto. Nu în ultimul rând, acestea au fost exportate în format *.tiff. 6 CONCLUZII

Au fost indeplinite obiectivele Fazei I - cercetare industriala, printr-o buna colaborare si

comunicare intre partenerii implicati in proiect. Prin activitatile desfasurate in stagiile de documentare si expeditiile in teren, a fost demonstrata functionalitatea modelului experimental si s-au stabilit obiectivele de cercetare si resursele tehnice necesare pentru etapa urmatoare.

ANEXE 6.1 Arii de fotografiere 6.2 Proiecte de survol 6.3 Schiţele reţelelor GNSS realizate pentru măsurătorile marcajelor 6.4 Rapoartele de compensare ale vectorilor GNSS 6.5 Inventarul de coordonate ale marcajelor fotogrammetrice – ETRS89 – B,L,H 6.6 Inventarul de coordonate ale marcajelor fotogrammetrice – STEREO70, MN75

6.7 Exemple de imagini aeriene obţinute. 6.8 Rapoarte acoperire retea radio fixa si retea mobila, voce si date. 6.9 Fotografii din timpul deplasării în teren.

20