Implicați de la început în inițiativele de cercetare bazate pe teledetecția spațială, specialiștii români în observarea de la distanță a Pământului au dobândit în timp o experiență vastă în utilizarea celor mai avansate tehnici și tehnologii din acest domeniu.
Prof. univ. dr. ing. Alexandru Badea, directorul Departamentului Aplicații Spațiale din cadrul Agenției Spațiale Române (ROSA), marchează câteva repere esențiale în evoluția teledetecției în țara noastră și evidențiază rolul pe care ROSA și l-a asumat în dezvoltarea acestui domeniu, pe nișe de activitate pe care le-a considerat viabile pentru România și în care competențele locale au performanțe recunoscute astăzi la nivel internațional.
Competențele românești în teledetecție își găsesc confirmarea în proiectele derulate de ROSA în acest domeniu, atât pe plan intern, cât și prin parteneriate internaționale de prestigiu. Care este parcursul României în activitățile de observare de la distanță a Terrei?
Istoria teledetecției în România începe odată cu istoria teledetecției civile în lume. În 1972, când Administrația Națională Aeronautică și Spațială (NASA) din Statele Unite a lansat primul satelit din seria Landsat, au fost propuse teme de cercetare care să fructifice informațiile multispectrale culese de satelit. România s-a numărat atunci printre țările care au reușit să propună teme viabile de cercetare, considerate de NASA relevante.
Tematicile propuse de țara noastră – studiul zonelor umede și al zonelor costiere – au fost formulate de profesorul Nicolaie Ch. Oprescu, considerat părintele teledetecției în România, care avea o experiență amplă în domeniul fotogrammetriei. Prof. Oprescu s-a orientat natural către această ramură nouă, derulând proiecte sub egida Comisiei Naționale pentru Știință și Tehnologie, precursorul actualului Minister al Cercetării.
În cadrul acestei instituții a fost creată în 1968 o structură interministerială, Comisia Română pentru Activități Spațiale, prin intermediul căreia au fost finanțate proiectele naționale legate de spațiu, derulate de entități din domeniul cercetării și proiectării. Astfel, cel mai important pol al dezvoltărilor în teledetecție a fost reprezentat de Facultatea de Geodezie din cadrul Universității Tehnice de Construcții, unde activa profesorul Nicolaie Ch. Oprescu, dar dezvoltări performante au fost înregistrate și la Institutul de Meteorologie (actuala Administrație Națională de Meteorologie), la Institutul de Studii și Proiectări pentru Îmbunătățiri Funciare (ISPIF), la Institutul de Cercetări și Proiectări pentru Gospodărirea Apelor (ICPEGA, la Institutul de Geodezie, Fotogrametrie, Cartografie și Organizarea Teritoriului (IGFCOT) al Ministerului Agriculturii, fără să uităm de dezvoltările de mare importanță economică derulate în domeniul geologiei la Institutul de Geologie și Geofizică (IGG). Practic, încă de la început au fost abordate liniile de dezvoltare care funcționează și astăzi.
Cum a trecut domeniul teledetecției de pragul schimbărilor de după 1989 și care au fost momentele-cheie în evoluția activităților de observare de la distanță a Pământului?
După perioada anilor 1980, când a fost limitată investiția în cercetare și în achiziția de echipamente performante și de imagini satelitare, chiar în intervalul temporal al expansiunii informaticii la nivel mondial, renașterea teledetecției în România s-a produs începând din 1990, când au fost revitalizate laboratoarele specializate în acest domeniu. Au fost create nuclee de profesioniști care au beneficiat de specializare în cadrul unor proiecte de anvergură, ajutându-ne să recuperăm handicapul tehnologic în utilizarea datelor de teledetecție.
Aceste laboratoare au devenit axa de dezvoltare a domeniului, în condițiile în care entitățile din sectorul privat nu își permiteau să echipeze un laborator de teledetecție, investiția fiind dificil de rentabilizat. De altfel, la nivel global, în domeniul spațial, dacă nu ar fi existat dezvoltările cu finanțare public-guvernamentală, nu ne-am fi bucurat de rezultate notabile în exploatarea datelor și de progresul companiilor comerciale în domeniu.
Astăzi lucrăm în mod curent cu date open-source furnizate de sateliții americani Landsat și de sateliții europeni Sentinel ai programului Copernicus. Comparativ, la începutul anilor 1990, o imagine Landsat cu rezoluție de 30 de metri și o amprentă la sol de 180 km x 180 km costa între 6.800 și 7.500 de dolari, în timp ce salariul lunar al unui cercetător dintr-un laborator specializat din România era cuprins între 50 și 90 de dolari.
Pentru a ne putea permite să achiziționăm imagini, să le prelucrăm și să generăm valoare adăugată, am fost motivați să propunem bazele unor proiecte cu finanțare externă, dar și mixtă. Pe baza acestora, am obținut acoperiri cu imagini ale întreg teritoriului României, care au devenit în timp straturi de referință față de care ne raportăm în cercetările curente.
Un pas important a fost reprezentat de migrarea finanțării pentru cercetare în domeniul spațial, pe bază de mandat, în responsabilitatea Agenției Spațiale Române, care din 1995 a devenit instituție publică finanțată integral din venituri proprii. A fost posibil ca și laboratoarele cu specializare în teledetecție din țară să fie sprijinite de ROSA să se doteze și să devină performante și competitive pe plan internațional.
Dar, odată cu dotarea acestor entități cu sisteme profesionale de prelucrare similare, ROSA a identificat riscul ca laboratoarele să abordeze tematici specifice altor domenii științifice. De aceea, o altă acțiune strategică a ROSA a fost alocarea proiectelor în funcție de specializarea distinctă a laboratorului, astfel încât, de exemplu, experții în geologie să nu facă studii în silvicultură sau agricultură, dar și invers. De fapt, în condițiile unor resurse umane și surse de finanțare limitate, ROSA a urmărit dezvoltarea unei colaborări coerente și complementare între aceste entități.
În contextul acestei evoluții, care este rolul asumat de ROSA în gestionarea activităților de teledetecție?
ROSA dezvoltă strategia din domeniu și activități specifice care să stimuleze apariția unor entități capabile să ofere servicii competitive, generând astfel o structură capabilă să deschidă linii de dezvoltare la nivel național .
Asumarea finanțării propriei funcționări din resurse proprii a însemnat, în practică, și implicarea în proiecte de cercetare-dezvoltare obținute în urma unor competiții, precum cele pe care le gestionează Ministerul Cercetării și Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării (UEFISCDI) sau cum sunt cele cu finanțare accesată prin programele Comisiei Europene.
O contribuție importantă este dată de faptul că de zece ani România este stat-membru în Agenția Spațială Europeană (ESA), ceea ce ne-a asigurat integrarea în proiecte mari de dezvoltare, dar ne-a fundamentat în același timp concluzia că pentru un stat cu resursele financiare aleRomâniei este dificilă acoperirea întregiigame de dezvoltăridin domeniul spațial. Drept urmare, am ales să neconcentrăm pe nișe în care putem fi lideri de performanță.
Cât de competitive sunt activitățile românești de teledetecție în zonele de acțiune identificate de ROSA?
Un exemplu este oferit de proiectul implementat la ferma didactică de la Moara Domnească a Universității de Științe Agricole și Medicină Veterinară (USAMV) din București. Aici este deja funcțional un sistem radar complementar care validează la sol datele radar provenite de la sateliții Sentinel 1. Acest dispozitiv radar de mare complexitate este unic în Europa și este dezvoltat în domeniul privat de compania românească Terrasigna. Dispozitivul este destinat realizării tomografiei culturilor urmărind evoluția culturilor prin măsurarea înălțimii plantelor, a clorofilei, a umidității solului, înregistrările fiind confruntate și validate în raport cu datele culese de satelit. Pe această bază vor fi dezvoltați ulterior senzori performanți și atent calibrați, care vor fi plasați pe sateliții viitorului. Este doar un exemplu de succes pentru proiectele cu finanțare ESA, care demonstrează viabilitatea parteneriatului dintre industrie și mediul academic.
Care este impactul activităților gestionate de ROSA în domeniul teledetecției pentru dezvoltarea strategiilor naționale, în procesul de decizie al autorităților și în dezvoltarea unor activități economice profitabile?
Prin sprijinirea structurii de cercetare în teledetecție la nivel național considerăm că ROSA își îndeplinește și rolul de deschizător de drum pentru inițiative performante, dar trebuie să facem distincția între strategia de dezvoltare a domeniului și punerea în practică a conceptelor și tehnologiilor specifice. Ca rezultat al dezvoltărilor tehnologice și al accesibilității la date și sisteme de procesare open-source, în România au apărut entități implicate în dezvoltarea de servicii pentru anumiți beneficiari, firme cu programatori tineri și entuziaști care împreună cu fermierii dezvoltă sisteme de monitorizare și gestiune în agricultură. Sunt activități de procesare aplicată a imaginilor în domeniul privat care dovedesc, în egală măsură, competitivitatea structurii de cercetare-dezvoltare din România.
Dar impactul teledetecției este mult mai amplu și are un parcurs îndelungat în țara noastră. Din 1992, am fost, împreună cu colegii mei, inițiatorul colaborării și implicării Centrului Român pentru Utilizarea Teledetecției în Agricultură (CRUTA), care a funcționat în cadrul Institutului de Studii și Proiectări Îmbunătățiri Funciare, în dezvoltările succesive din cadrul programului european MARS (Monitoring Agriculture with Remote Sensing), demarat de Uniunea Europeană în 1988. Dezvoltările realizate în cadrul laboratorului CRUTA sunt acum materializate în sistemul de acordare a subvențiilor pentru fermierii din țara noastră, în conformitate cu reglementările obligatorii în toată Uniunea Europeană. Mare parte din echipa CRUTA activează în prezent în cadrul ROSA, continuând colaborarea cu Agenția de Plăți și Intervenție pentru Agricultură (APIA), cu Ministerul Agriculturii, pentru a facilita implementarea unor dezvoltări tehnologice, unele spectaculoase, în domeniul agriculturii.
Practic, rezultatele cercetărilor și implementărilor noastre se regăsesc acum în structura bazelor de date și a configurațiilor informatice de la diverse structuri guvernamentale. În 2007-2008 am coordonat alte 12 entități din Europa, derulând un proiect în care au fost generate 54 de seturi de date specializate, care astăzi sunt funcționale în sistemele informatice utilizate de Ministerul Mediului și de Agenția Națională de Protecție a Mediului. De asemenea, recent, în parteneriat cu ANPM, WWF Romania și NINA din Norvegia am finalizat un proiect pentru generarea unui sistem expert de decizie (DSS) pentru mediu, cu o finanțare în cadrul programelor SEE 2009-2014. În permanență am căutat să acționăm la cel mai înalt nivel, nu întotdeauna în mod vizibil, beneficiile activităților noastre fiind reflectate indirect în decizia care poate fi luată la nivel ministerial.
Ce rol joacă ROSA în direcția instruirii, perfecționării și specializării personalului care activează în domeniul teledetecției?
Din perspectiva ROSA, lucrurile trebuie abordate pe mai multe direcții. În cazul radarului terestru de la Moara Domnească, menționat anterior, această inițiativă presupune dezvoltarea de senzori și dispozitive specializate pentru teledetecție, iar această linie de dezvoltare trebuie să beneficieze de aportul sectorului privat. O altă linie de dezvoltare este dată de exploatarea datelor, iar aici trebuie subliniată contribuția foarte valoroasă a mediului academic din România, a facultăților care susțin cursuri de teledetecție și au sisteme informatice dedicate, care permit exploatarea datelor specifice. Faptul că trebuie să existe o corelare strânsă între baza științifică și tehnică cu domeniul de aplicabilitate, dar și diferențele dintre nivelurile abordărilor pedagogice țin de competitivitatea din spațiul academic, iar acest lucru va fi reglat în timp.
Ca paranteză, între ROSA și USAMV București există un parteneriat informal prin care cercetătorii ROSA asigură instruirea studenților de la anumite specializări în domeniul teledetecției, iar rezultatele acestei colaborări sunt vizibile și apreciate chiar și pe plan internațional. Un exemplu de actualitate este oferit de implicarea într-un proiect Erasmus +, în care parteneriatul dintre ROSA și USAMV contribuie la dezvoltarea de capacități educaționale specifice în nouă universități din Tunisia. Este un proiect care își propune să omogenizeze modul de instruire în domeniul observării Pământului, având ca parteneri USAMV și alte două universități de prestigiu din Uniunea Europeană: École Nationale des Sciences Géographiques (ENSG) din Franța și Universitatea din Cordoba, Spania.
Legat de direcția unei abordări complementare a domeniului teledetecției, încercăm împreună cu Societatea Română de Fotogrammetrie și Teledetecție (SRFT) să îi aducem la aceeași masă pe cei care asigură instruirea în domeniul teledetecției. Scopul este acela de a crea un spațiu comun de înțelegere asupra contextului actual specific exploatării datelor satelitare, insistând și pe sublinierea limitelor utilizării acestor date.
Care ar fi câteva dintre aceste limite ale observării pământului de la distanță?
Foarte mulți utilizatori apelează astăzi la drone, aeronave fără pilot la bord, care au un cost redus de achiziție. Dincolo de aspectele legate de calitatea și performanțele senzorului, trebuie să ținem cont și de variabilele care apar în decursul operațiunilor de monitorizarea a unei parcele cu drone, cum sunt elevația diferită a Soarelui de-a lungul perioadei de monitorizare sau efectele curenților de aer asupra calității și preciziei informațiilor înregistrate. În schimb, trecerea unui satelit asigură o înregistrare omogenă a întregii parcele, în condițiile în care puterea teledetecției constă tocmai în acoperirea la intervale regulate a unor suprafețe întinse.
Deși publicul este fascinat de ideea utilizării de imagini cu rezoluție geometerică foarte ridicată, sub-metrică, chiar 30 cm, dezvoltarea aplicațiilor de teledetecție trebuie să țină seama de eficiența utilizării. În anumite situații, este suficient ca sateliții Sentinel să traverseze o zonă o dată pe săptămână pentru a avea o imagine cuprinzătoare. În cazul dezastrelor însă avem nevoie de rezoluții superioare și atunci utilizăm resursele de imagistică, de obicei private, cu plată, astfel încât imaginile să devină sursa cea mai importantă de obiectivitate în gestiunea unei situații deosebite. Sunt avantaje și dezavantaje și noi trebuie să știm întotdeauna care este limita de utilizare a imagisticii satelitare.
Apoi, introducem în ecuație și evoluția tehnologică, ceea ce ne conduce spre alte direcții de dezvoltare. Prelucrări pe care le puteam efectua în urmă cu zece ani de abia după două-trei săptămâni de la trecerea satelitului, pot fi efectuate astăzi în mai puțin de cinci ore după momentul achiziției imaginii și aplicarea corecțiilor necesare, profitând și de instalarea la bordul sateliților actuali a unor soluții avansate de procesare.
Mai mult decât imaginea în sine, este esențial procesul de corelare și validare a datelor înregistrate. Acum dozeci de ani am fost implicați într-un proiect amplu derulat pe parcelele experimentale ale Institutului Național de Cercetare-Dezvoltare Agricolă Fundulea. Pentru prima dată a fost achiziționată o serie lungă de imagini satelitare SPOT de-a lungul întregului ciclu fenologic, de la însămânțarea grâului, în toamnă, până la recoltare. Proiectul ADAM (asimilarea datelor spațiale în cadrul modelelor agricole) a avut ca scop dezvoltarea și evaluarea metodelor capabile să exploateze, corelat, frecvența de revizitare ridicată și imaginile de înaltă rezoluție. Prin selectarea imaginilor a fost generată o serie multitemporală multispectrală de calitate, corelată cu măsurători precise la sol (umiditate, radianță solară, preluare de fotografii, etc. Am alcătuit astfel o bază de date care a devenit publică după câțiva ani, iar ceea ce este realizat astăzi de manieră operațională în toată lumea a avut ca bază acel proiect de cercetare-dezvoltare. A fost un proiect realizat de Agenția Spațială Franceză (CNES) și ROSA în parteneriat cu entități din Romania (Institutul de Pedologie, Agrochimie și Protecția Mediului CRUTA, Intergis) și din Franța (Institut National de la Recherche Agronomique -INRA- Avignon), fiind implementat când imaginile satelitare nu erau gratuite. În prezent, ideile de atunci sunt puse operațional în practică în toată lumea…
Ați fost implicat de-a lungul timpului în proiecte de observare de la distanță a Pământului care au avut aplicații diferite, de la realizarea cadastrului ariilor naturale protejate din România până la inițiative în agricultura de precizie. Cum se raportează aceste proiecte la principiile teledetecției și strategia ROSA în domeniu?
Profesorul Nicolaie Ch. Oprescu avea o prelegere pe care noi, discipolii dânsului, o utilizăm și astăzi: „Conceptul MULTI în teledetecție”. Multispectral, multitemporal, multisursă, multidisciplinar… Ar trebui să fie evident pentru toată lumea că nu poți face lucruri serioase în exploatarea datelor din teledetecție dacă nu lucrezi în cadrul unor echipe multidisciplinare.
Conceptul se regăsește de exemplu în proiectul dedicat protejării sitului arheologic de la Micia, județul Hunedoara, prin utilizarea unor dezvoltări specifice agriculturii de precizie pentru investigații din zona fortului roman. În cele mai multe cazuri, în domeniul nostru de activitate avem nevoie de un element temporal de comparație clar definit pentru a vedea cu adevărat schimbările din situl studiat, indiferent dacă vorbim despre arheologie, monitorizarea pădurilor sau a culturilor agricole.
Implicarea în proiectul de la Micia a venit în urma unei competiții naționale lansate de Ministerul Cercetării, care a finanțat operațiunile, iar ca parteneri am avut entități muzeale din Deva și Alba-Iulia, care au venit cu experiența lor în explicarea unor parametri care trebuie urmăriți în domeniul arheologiei. În acest caz, partenerii de proiect sunt în egală măsură și beneficiarii finali ai unui sistem eficient de monitorizare prin teledetecție.
Am fost implicat în proiecte alături de parteneri din străinătate, iar rezultatele obținute au asigurat credibilitatea necesară pentru ridicarea continuă a standardelor de performanță. Pe baza experienței acumulate în proiectul SIRIUS finanțat de Comisia Europeană, am continuat în proiectul DIANA împreună cu partenerii din Grecia, Spania, Italia și Portugalia. A fost dezvoltat un sistem de evidențiere a utilizării frauduloase a apei pentru irigații. Directiva europeană a apei interzice utilizarea apei din foraje pentru irigații, iar autoritățile sunt interesate să monitorizeze cine utilizează apă mai mult decât cota alocată, protejând astfel resursa acviferă, care este limitată și are o rată scăzută de regenerare.
Din perspectiva protejării mediului, un subiect sensibil pe plan național este legat de tăierile ilegale de material lemnos. Cum pot contribui activitățile de teledetecție coordonate de ROSA la controlarea și reducerea acestui fenomen?
Teledetecția joacă un rol important în acest subiect și încă de foarte mult timp. Din păcate, percepția reflectată de mass-media este eronată.
Noi am avut un sistem funcțional de identificare a tăierilor de pădure pe baza imaginilor transmise de sateliții Sentinel, care putea fi folosit împreună cu alte date pentru identificarea tăierilor ilegale. Din motive independente de eficacitatea tehnică, sistemul a fost oprit la un moment dat. Din fericire, monitorizarea de acest tip a fost reluată, iar Ministerul Mediului face de peste un an eforturi în direcția creării unui sistem viabil de monitorizare, SUMAL (Sistem Integrat de Urmărire a Materialului Lemnos), corelat cu imagistică satelitară.
Pentru a avea o imagine corectă și ca dovadă a recunoașterii de către autorități a experienței ROSA și a cunoștințelor acumulate în domeniul teledetecției, trebuie amintit că între Ministerul Mediului și ROSA funcționează cu maximă eficiență un protocol de colaborare, semnat vara trecută, care își propune să clarifice aspecte legate de problema tăierilor ilegale din perspectiva tehnologiilor de teledetecție, oferind consiliere, soluții și analize legate de funcționalitatea și optimizarea costurilor sistemului de monitorizare.
Care sunt perspectivele activităților legate de teledetecție și cum se plasează aportul specialiștilor români din domeniu pe plan internațional?
Statutul de stat membru al ESA a generat pentru România în ultimii zece ani dezvoltări semnificative în domeniu, care au mobilizat capitalul românesc în această direcție. Exemplul Terrasigna este deja cunoscut. O altă firmă românească C-S Romania dezvoltă un serviciu care permite înlocuirea controalelor de tip clasic cu cele prin teledetecție cu utilizarea seriilor multitemporale de imagini Sentinel și validarea declarațiilor fermierilor fără a mai trece printr-un operator extern. Sistemul Sen2-Agri/Sen4CAP este dezvoltat cu finanțare ESA, având consultanță de la Organizația pentru Alimentație și Agricultură a Națiunilor Unite (FAO) și de la Centrul Comun de Cercetare al Comisiei Europene, iar acest sistem conceput open-source poate fi implementat în orice țară din lume. Sunt doar cinci țări din Europa implicate în proiectul-pilot, iar APIA implementează acum această resursă, astfel încât România să fie pregătită, cu sistemul la cheie, când acesta va deveni obligatoriu peste câțiva ani.
Sunt multe activități care sunt „invizibile” din exterior, cum s-a întâmplat și în cazul sistemului de decizie dezvoltat acum trei ani pentru Ministerul Mediului, când am utilizat datele generate de ROSA cu zece ani înainte în cadrul unui alt proiect finanțat la vremea respectivă prin Programul PHARE.
În plus, între preocupările ROSA se regăsesc și eforturile de coordonare a activităților de teledetecție prin intermediul centrelor de competență pe care le gestionăm, cum sunt COSMOMAR sau CEOSpaceTech, ultimul fiind coordonat de profesorul Mihai Datcu, o personalitate în ceea ce privește metodele noi de data mining și cloud computing, care sunt aplicate acum în domeniul teledetecției.
Fiecare dintre aceste centre are o linie de dezvoltare clară, activitățile fiind complementare. Acolo unde resursa umană a avut potențial, ROSA a căutat să asigure finanțare și să promoveze aceste competențe românești.
Credit imagine: ESA-Pierre Carril