Revista >> Septembrie 2022 [Nr. 247] >> IT&C

Programul Landsat la 50 de ani

Cristian Vasile, director executiv ESRI Romania

21 Septembrie 2022

Am fost implicat în acest program încă din studenție, adică foarte aproape de momentul lansării programului Landsat. Pentru mine este greu să scriu fără să fiu subiectiv, însă încerc să mă feresc de varianta unei prezentări superficiale. Sper să reușesc.

Primii pași
Pe 23 iulie 1972, deci în urmă cu 50 de ani, era lansat satelitul Earth Resources Technology Satellite. În 1975 programul a fost redenumit Landsat. Este cel mai longeviv program de observare a Terrei, ultimul dintre sateliții din serie, Landsat 9, fiind lansat pe 27 septembrie 2021. Un drum lung, cu multe realizări, cu evoluții tehnologice la care cu greu cineva s-ar fi gândit în urmă cu 50 de ani.
Nu era primul satelit de observare a Terrei la momentul respectiv. Anterior, fuseseră misiunile Corona, care au contribuit la identificarea posibilelor rachete nucleare din Cuba. Însă sateliții Corona utilizau tehnologii clasice de fotografiere, cu cameră fotografică și film. Acestea erau recuperate pe parcursul sau la terminarea misiunii. Tehnologii similare au fost utilizate vreme îndelungată de sateliții Sovietici din seria Cosmos. Erau în mare parte sateliți de spionaj, deși se folosea titulatura „destinați continuării studierii spațiului cosmic”.
Ideea utilizării senzorilor digitali pe platforme satelitare și folosirea acestora pentru aplicații de teledetecție datează din 1965 și a fost a directorului de atunci al USGS, Willian T. Pecora. Primul sezor digital, Multispectral Scanner (MSS), a fost dezvoltat de către firma Hughes Aircraft Corporation (încă trăia Howard Hughes), echipament testat inițial în Parcul Național Yosemite din SUA. Primele aplicații erau orientate către monitorizarea resurselor Terrei.
Senzorul digital multispectral (MSS) era o soluție combinată de mecanică și electronică, destul de imprecis și nu întotdeauna cu un răspuns spectral coerent. Erau începuturile prelucrării de imagini digitale, iar una din problemele imaginilor obținute de Landsat 1 era legată de calibrare. Au fost alese un număr de zone de test, iar pentru zonele umede, deltaice, a fost aleasa și Delta Dunării. Așa a început teledetecția în România, în cadrul unul contract cu NASA coordonat de profesorul Nicolae Oprescu. Pentru că am participat la program de la început, când eram încă student, îmi aduc aminte de limitările tehnologice severe. Aceste limitări nu erau doar în Romania. Display-urile erau în faza de pionierat, cu rezoluție slabă. Tehnologiile LCD sau LED erau încă foarte departe. Pentru afișare erau folosite imprimante clasice și se utiliza spraimprimarea pentru a genera imagini. Dar principala problemă era legată de performanțele reduse ale sistemelor de calcul, în special în ceea ce privește memoria pe hard disc. Foloseam pentru stocare benzi magnetice de 1600 bpi, dispozitive lente și nu neaparat foarte fiabile. Deși România era singura țară socialistă care avea o societate mixtă cu SUA pentru producerea de periferice, hard disc-uri și benzi magnetice, erau mult mai fiabile decât cele produse în țările socialiste, însă cu performanțele de atunci, repet, foarte scăzute.
Teledetecția se bazează pe măsurarea reflectanței obiectelor și corpurilor. O inovație a fost împărțirea spectrului vizibil în benzi spectrale.
Inițial, datele Landsat aveau o mare problemă: benzile spectrale erau puternic corelate, adică informația dintr-una din benzi se regăsea în mare parte și în alte două benzi spectrale. Era însă un domeniu de pionierat, iar problema corelării benzilor nu a fost rezolvată decât după lansarea sateliților Landsat 1, 2 și 3, aceștia fiind practic identici. Pixelul era de 80 m, și o mare problemă o constituia poziționarea corectă la teren. Încă nu se puteau calcula cu precizie orbitele sateliților.
Cu toate aceste limitări, au fost realizate o serie de proiecte de succes, în special în domeniul agriculturii și al zonelor umede

Evoluția progresivă
A urmat lansarea sateliților Landsat 4 și 5, echipați cu noul senzor Thematic Mapper, cu aceleași benzi spectrale ca și sateliții anteriori, însă aproape total decorelate. Dimensiunea pixelului a ajuns la 30 m, conducând la deschiderea de noi tipuri de aplicații.
La 5 octombrie 1993 a fost lansat Landsat 6, care a fost pierdut imediat dupa lansare. Ulterior, la 15 aprilie 1999 a fost lansat Landsat 7 echipat cu noul sensor ETM (Enhanced Thematic Mapper). Și în prezent satelitul Lansat 7 este încă parțial funcțional.
A urmat, la 11 februarie 2013, lansarea satelitului Landsat 8, echipat cu doi noi senzori, Operațional Land Imager (OLI) și Thermal InfraRed Sensor (TIRS) și apoi, la 27 septembrie 2021, Landsat 9, identic cu Landsat 8.
Imaginile Landsat 9 prezentate în figurile urmatoare au fost generate prin aplicatia EO Browser, parte a Sentinel Hub (https://www.sentinel-hub.com/), dezvoltată de Sinergise (https://www.sinergise.com/), o companie de GIS-IT din Ljubljana, Slovenia.
Următoarele figuri prezintă două combinații distincte de benzi spectrale oferite de sateliții Landsat 9, zona Romaniei – Parcul Natural Bucegi. Aceste benzi spectrale sunt localizate în zona infraroșu mediu, infraroșu apropriat, rosu și verde. Fiecare interval spectral este utilizat în mod special pentru anumite tipuri de analiză, precum: Infrarosu mediu în studiile de sol; infraroșu apropiat, roșu și verde în studiile de vegetație.

Noi programe și soluții dedezvoltare a teledetecției
Și programele celorlalte țări cu programe spațiale, în special Franța, cele ale Uniunii Europene (sateliții Sentinel) au avut contribuții importante în dezvoltarea teledetecției.
Au urmat programe ambițioase de realizare și lansare a unor platforme satelitare. Însă, ca realizări notabile putem menționa sateliții europeni ai Agenției Spațiale Europene (ESA), Sentinel și anterior sateliții francezi SPOT.
Au urmat investiții masive ale sectorului privat. Un salt major l-a însemnat lansarea satelitului Ikonos, cu pixelul cu rezolutie de 1m. Au urmat sateliții de mare rezoluție, principalele două companii fiind reunite în urmă cu câțiva ani sub denumirea de Maxar. Sateliții Maxar au 15 cm rezoluție și antene orientabile, care permit revizitarea unei zone a Terrei chiar și de doua ori pe zi.
O soluție bazată pe un număr mare de sateliți este cea de la Planet.
Acum, când avem sateliți cu rezoluție de 15 cm (chiar mai bună, dar limitată legal la 15 cm) și resurse hardware practic nelimitate, este greu să înțelegem munca de pionierat din anii ‘70 și chiar și pe cea din anii ‘90. Când au fost lansați primii sateliți Landsat nu exista experiență în utilizarea teledetecției, nu erau puși la punct algoritmii de calibrare a imaginilor, iar numărul de specialiști era extrem de redus. Experiența cu imagini fotografice a fost de ajutor, însă experiența cu imagini digitale era cvasi-inexistentă. Și domeniul prelucrării imaginilor digitale s-a divizat în funcție de aplicații: computer vision, AI, robotică etc.

Prezent și viitor
Astăzi există un număr mare de soluții, atât de obținere a datelor, cât și în domeniul prelucrării. Ceea ce părea acum 30-40 de ani de domeniul „science fiction” este astăzi realitate. Vorbim de Big Data, iar imaginile satelitare au contribuit masiv la dezvoltarea acestui domeniu. Vorbim de Inteligență artificială, de Deep Learning. Astăzi, din ce în ce mai multe soluții sunt în cloud.
Ce va fi în viitorul apropiat? Este greu de estimat. Însă, cităm din Caragiale: „vrem progresul și nimic altceva decât progresul”. Astăzi, tehnologiile de teledetecție și GIS au o contribuție majoră în dezvoltarea de programe esențiale pentru viitorul planetei: protecția mediului, biodiversitate, combaterea secetei, schimbările climatice, combaterea sărăciei, protecția categoriilor sociale defavorizare, apărare, siguranța cetățeanului și multe altele. Practic le găsim aproape în toate domeniile activităților umane.

România și lipsa sa de viziune
Aș fi vrut ca încheierea să fie mai puțin critică la situația din România. Însă, nu pot să nu remarc lipsa totală de viziune a factorilor de decizie din țara noastră legată de beneficiile utilizării teledetecției. Vedem aceiași entuziaști care încearcă să promoveze utilizarea teledetecției și care se lovesc de opacitatea celor care decid. Alături de alte domenii, gradul de utilizare a teledetecției este o funcție a gradului de dezvoltare a unei țări. Este legată, ca multe alte domenii, de eficiență.
Doresc să mulțumesc pentru ajutor colegilor mei Ionut Șandric și Alin Pleșoianu, fără îndoială printre cei mai buni specialiști în teledetecție, nu numai din România. Mulțumesc pentru ajutor șicolegei mele Cristina Oana, care a finalizat acest articol, ca și multe altele din cele publicate de mine.n