آشنایی با SAR با استفاده از مثال


معرفی هفت منبع داده اقلیمی رایگان جهانی

چرخش قطبی در مقابل چرخش خورشید آهنگ

آنالیز تصویر شئی گرا (OBIA)

تعامل انرژی در سنجش از دور : انعکاس، جذب و گسیل انرژی

معرفی 6 منبع رایگان داده های لیداری

آشنایی با SAR با استفاده از مثال

برنامه لندست : 50 سال آرشیو از تصاویر سطح زمین

دانلود رایگان نرم افزار ArcGIS Pro 2.8

ابر نقطه ای چیست ؟

انواع نقشه ها در سیستم اطلاعات جغرافیایی: 25 روش مختلف و جذاب برای نمایش داده های مکانی در GIS

تصحیحات اتمسفری در سنجش از دور چیست ؟

سیستم های تصویر نقشه چیست ؟ و چرا بعضا برای ما گمراه کننده هستند ؟

ژئودزی: ریاضیات مکان

گیرنده های GPS چگونه کار می کنند ؟ سه گانه سازی در مقابل مثلث بندی

مأموریت توپوگرافی رادار شاتل (SRTM)

چرا پنجره اتمسفری در علوم زمین دارای اهمیت است ؟

تصاویر ماهواره ای DigitalGlobe: وردویو(Worldview)، ژئوآی(GeoEye) و آیکونوس (IKONOS)

راهنمای طبقه بندی نزدیکترین همسایه در e-Cognition

نقشه های کروپلت – مقدمه ای بر طبقه بندی داده

تصاویر چند طیفی (Multi-spectral) در مقایسه با تصاویر ابر طیفی (Hyper-spectral)

فتوگرافی هوایی (Aerial Photography) در مقابل ارتوفوتوگرافی (Orthophotography)

راهنمای جامع لیدار (Light Detection and Ranging – LiDAR)

سنجش از دور چیست ؟

منابع داده GIS رایگان در سطح جهانی : داده های رستری و برداری

مقدمه ای بر سرویس های نقشه کشی تحت وب (WMS)

علم داده مکانی چیست ؟

تحلیل عوارض سه بعدی

ژئوانالیتیکس: آنالیز داده های مکانی حجیم

فرمت های داده در سیستم اطلاعات جغرافیایی بخش سوم

فرمت های داده در سیستم اطلاعات جغرافیایی بخش دوم

فرمت های GIS و پسوندهای داده مکانی بخش اول

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش سی ام

انتشار نخستین تصاویر لندست 9 توسط سازمان هوا و فضای آمریکا (NASA)

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش بیست و نهم

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش بیست و هشتم

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش بیست و هفتم

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش بیست و ششم

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش بیست و پنجم

معرفی سامانه WEB GIS

نقشه متوسط دمای سطح زمین ایران (LST)
آشنایی با Synthetic Aperture Radar یا SAR با استفاده از مثال

اصول و مبانی Synthetic Aperture Radar
Synthetic Aperture Radar (SAR) یک تکنولوژی نوظهور در سنجش از دور می باشد. در حقیقت ماهواره سنتینل-1 با نوعی سنسور فعال مجهز شده است که همچون ماهواره های Radarsat و TerraSAR از تکنولوژی راداری استفاده می کند. مهمترین مزیتی که در پشت این تکنولوزی قرار دارد آن است که این تکنولوژی می تواند تصاویر با قدرت تفکیک بالاتری در هر شرایط آب و هوایی و حتی در شب ایجاد کند. امروزه در این مقاله به دنبال بررسی با جزئیات این تکنولوژی نیستیم. در عوض تصاویر SAR را با ذکر مثال بررسی و تفسیر می کنیم و برخی از کاربردهای این تکنولوژی در دنیای واقعی را بیان مطرح می سازیم.
قابلیت های خفاش مانند تکنولوژی SAR
اینطور گفته می شود که تکنولوژی SAR چیزی شبیه به مسیریابی و جهت یابی خفاش است که با استفاده از انعکاس امواج در غارها و در فضاهای تاریک انجام می گیرد. هنگامی که خفاش در غار پرواز می کند، از امواج صوتی برای جهت یابی و مسیریابی استفاده می کند. معمولاً آنها امواج صوتی بین 50 تا 120 دسیبل ایجاد می کنند. هنگامی که این امواج به دیواره ها برخورد می کنند و سپس متعکس شده و به خفاش برگشت می کنند بر اساس اکوی ایجاد شده حفاش فاصله خود تا دیواره ها و اجسام را تشخیص می دهند. در اصل اصول مشابهی در مورد تکنولوژی SAR نیز مشاهده می شود. در این تکنولوژی ماهواره پالس امواج میکروویو را به سمت زمین ارسال می کند. این پالس ها به سطح زمین برخورد کرده و به سمت ماهواره برگشت داده می شوند و سنسور ماهواره بر اساس این سیگنالهای برگشتی از سطح زمین تصویر سازی می کند.

معمولاً ماهواره های راداری دارای نگاه جانبی هستند. این بدین معنا است که آنها دقیقا به سمت نادیر تصویر برداری نمی کنند و دارای مقداری زاویه به نسبت نادیر هستند. این نوع منظر ماهواره ها مزیت هایی را فراهم می آورد که در ادامه به برخی از آنها اشاره خواهیم کرد. همان طور که پیش تر ذکر شد، رادار موج کوتاه می تواند در طول شب و همچنین از میان دود و ابر تصویر برداری انجام دهد. در هر زمانی از روز و در هر شرایط آب و هوایی SAR کار می کند. در حقیقت، طول موج های بلند تر می توانند بهتر می توانند در ابرها و حتی زمین نفوذ کنند. برای مثال رادار باند L دارای طول موج بلندتری به نسبت رادار باند C و رادار باند X می باشد.
انواع انتشار امواج راداری
منظر جانبی رادار، با انواع مختلفی از سطوح زمین مواجه می گردد. سه نوع مکانیسم اصلی انتشار امواج راداری عبارتند از انتشر آئینه ای، انتشار پحشیده و انتشار بازتابی. نخست طرحی شماتیک از هر یک از این سه نوع انتشار فراهم می آوریم و سپس تفسیر و توضیحی از اینکه هر یک از این مدل های انتشار در کجا و چه شرایطی ایجاد می شوند، ارائه می کنیم.
سطوح صاف (Smooth Surface)
انعکاس سطوح صاف ناشی از سطوح مسطح زمین همچون جاده ها و آبها می باشد. در این نوع از انتشار مقدار بسیار کمی از پالس انرژی تابیده شده به سمت سنسور برگشت داده می شود (همچون آئینه). در این شرایط پیکسل ها به نظر تیره و تاریک دیده می شوند خصوصا زمانی که مقادیر کمتر از 20dB باشند.

سطوح ناهموار (Rough Surface)
انتشار از سطوح ناهموار همچون انتشاری که در زمین های کشاورزی و پوشش های گیاهی اتفاق می افتد. در این ظرایط بازتاب در همه جهات اتفاق می افتد. برای مثال در این شرایط مقدار عددی پیکسل ها بیش از 20dB در مقیاس خاکستری خواهد بود.

بازتاب چندگانه (Double-bounce)
اغلب بازتاب چندگانه در سازه های انسان ساخت و عوارض و اشیا ساخته شده توسط انسان اتفاق می افتد. در این شرایط پالس ارسالی از ماهواره از یک سطح به سطح دیگر منعکس شده و بعد از دو یا چندین انعکاس پی در پی به سمت سنسور ماهواره برگشت داده می شود. برای مصال ارزش پیکسلی این نواحی در تصاویر راداری به رنگ سفید دیده می شوند و دارای مقادیر بیش از 10dB می باشند.

تفسیر تصاویر SAR
اکنون که با مبانی و اصول اولیه SAR آشنا شدید، نگاهی به تصاویر SAR خواهیم داشت با توجه به انواع مدل های انتشار امواج یا پالس های راداری. در ایم مثال از تصاویر رادارست-2 استفاده شده است همان طور که در شکل مشاهده می شود، تصویر به وضوح همه سه نوع تابش برگشتی امواج راداری را نشان می دهد.

انعکاس آئینه ای (Specular Reflection)
در سین تصویری که در بالا نشان داده شده است، رودخانه ی از شرق به غرب در حال جریان می باشد. همان طور که در بالا مشاهده می شود، انرژی بسیار نی به سمت سنسور راداری منعکس شده است. ر این مورد پیکسل ها تاری بوده و دارای db پائینی هستند. چنین حالتی همچنین در بخش جنوب شرقی که دارای سطوح سنگ فرش شده و پوشیده جاده و فرودگاه است نیز مشاهده می شود. این نواحی نیز دارای انعکاس آئینه ای مربوط به سطوح صافه می باشند.
باز پحش چندگانه (Double-Bounce Scattering)
از طرف دیگر، رنگ سفید روشنی که در مرکز تصویر مشاهده می شود را می توان به عنوان عوارض شهر تفسیر نمود. سنسور رادار بازپخش چندگانه امواج را دریافت می کند بدین معنا که این پالس های منتشر شده مجددا به سنسور راداری باز گشت داده می شود. البته این عوارض در این مقیاس نامشخص هستند که دلیل آن بازپخش چندگانه امواجی است که به آنها رسیده و چندین باز دچار انعکاس شده است. به دلیل آنکه ارزش پیکسلی آنها بیش از 10dB است در تصویر به صورت سفید روشن مشاهده می شوند.
بازتاب پخشیده (Diffuse Scattering)
در نهایت، عمده نواحی تصاویر راداری را بازتاب از سطوح ناهموار تشکیل می دهد. در اصل بازپخش آئینه ای و بازپخش چندگانه بخش کمی از انعکاس امواج راداری را در بر می گیرد. این انعکاس می تواند از اراضی کشاورزی، پوشش های گیاهی، مراتع و علفزارها و سایر عوارض سطح زمین باشد. این انعکاس پخشیده یا Diffuse یا پراکنده است زیرا مقادیر بسیار زیاد و یا بسیار کم امواج برگشتی در تصاویر مربوط به این نواحی وجود ندارد.
موارد استفاده و کاربردهای تکنولوژی SAR
چطور می توانیم مفاهیم و اصول SAR را در دنیای واقعی مورد استفاده قرار دهیم ؟ هزاران کاربرد مختلف سنجش از دوری در استفاده از این تکنولوژی وجود دارد. همچنین SAR دارای کاربردهای گسترده ای علوم محیطی، امنیت، نظامی و … می باشد. در اصل یکی از پرکاربردترین این موارد در بخش جستجو و نجات است.
در عملیات جستجو و نجات، شرایط آب و هوایی معمولاً نا مناسب است. در مورد آتش سوزی های جنگلی، دود به طور کامل دید را مختل می سازد. به دلیل آنکه امواج موج کوتاه SAR تحت تاثیر این شرایط قرار نم گیرد، ناجیان از این امواج برای یافتن عوارض و اشیا مربوط به انسان بر روی سطح زمین استفاده می کنند. خصوصا آنها به دنبال باپخش چندگانه هستند در جائی که حادثه اتفاق افتاده است. یا در جائی که سیلاب حادث شده به دنبال انعکاس آئینه ای هستند که احتمال بسیار زیادی دارد اشیا و عوارض مربوط به انسان عامل ایجاد آن باشد.
دانشمندان از تکنولوژی SAR برای برآورد سطوح ارتفاعی با استفاده از ماموریت SRTM isSAR استفاده می کنند. این ماهواره از اینترفرامتری (InSAR) بهره می برد تا دقیق ترین مدل رقومی ارتفاعی را در سطح جهانی ایجاد می نماید. علاوه بر آن دانشمندان از تداخل سنی راداری یا InSAR برای بررسی جا به جایی های سطح زمین بر اساس اختلاف فاز استفاده می کنند.

همان طور که در شکل فوق مشاهده می شود، SAR مربوط به درک و فهم و شناسایی ویژگی های سطح زمین بر اساس امواج برگشتی و منعکس شده از سطح زمین می باشد. به همین دلیل است که از این تکنولوژی در یافتن نشت نفت و لکه های نفتی و همچنین امواج اقیانوسی بهره می برند. در خلال نشت نفتی، نفت بر روی آب شناور می شود که باعث ایجاد سطوح صاف تری می شود که در تصاویر راداری به رنگ تیره تر نمایش داده می شود. اما اگر به دنبال یک کشتی در اقیانوس ها باشید بایستی به دنبال انعکاس چندگانه باشید که در تصویر با پیکسل هایی روشن و سفید نمایش داده می شوند.
در نهایت، رادار موج کوتاه به نسبت عایق های الکتریی در عوارض مختلف حساست دارد. به همین دلیل است که محققین تلاش می کنند که رطوبت خاک را با استفاده از سیستم های راداری SAR مطالعه و بررسی کنند. در کشاورزی، کشاورزان می توانند از این ویژگی استفاده نموده تا رطوبت را در 1 سانتی متر فوقانی خاک های بدون پوشش را بررسی کنند. حتی برای نقشه کشی باتلاق ها، دانشمندان از تکنیک های اینچنین استفاده می کنند.
نگاهی عمیق تر بر تکنولوژی SAR
قطبی سازی یا پلاریزاسیون به معنی هم جهت سازی امواج راداری از آنتن SAR می باشد. هر دو محور مغناطیسی و الکتریکی به نسبت یکدیگر دارای زاویه قائمه هستند اما میدان الکتریکی است که تعیین کننده جهت پلاریزاسیون امواج است. SAR از یک آتن بهره می برد که می تواند پلاریزاسیون را هم در جهت افقی (H) و هم در جهت عمودی (V) انجام دهد.
هنگامی که امواج الکترومغناطیسی از یک عارضه برگشت داده می شوند، حالت پلارازیاسیون امواج الکترومغناطیسی تغییر می کند. هنگامی که سنسور این امواج برگشتی را دریافت می کند، این سنسور درجه تغییرات پلاریزاسیون از شئی هدف را اندازه گیری می کند. به عنوان مثال این تغییرت می تواند هم در پلاریزاسیون افقی و عمودی یا هر دو اتفاق افتاده باشد.

حالات مختلف زوج پلاریزاسیون ارسال و دریافت به صورت زیر می باشند :
- HH – ارسال و دریافت افقی
- VV- ارسال و دریافت عمودی
- HV – ارسال افقی و دریافت عمودی
- VH ارسال عمودی و دریافت افقی
مزیت این وضعیت آن است که می توان اطلاعات بیشتری از ویژگی های سطح زمین به دست آورد. برای مثال ما می توانیم از تکنیک های تجزیه همچون Freeman-Durden برای به دست آوردن مقدار انعکاس چندگانه و حجم بازپحش و انتشار سطوح در تصویر SAR به دست آورد.
خلاصه: دهانه ترکیبی راداری (SAR)
در صورتی که تجربه کار با سیستم راداری را نداشته باشیم و با این سیستم آشنایی نداشته باشیم نتایج همچون دسته ای مبهم از پیکسل ها به نظر می آید. همچنین تصاویر راداری می تواند دارای نویز باشد و نیاز به همواسازی و فیلترسازی داشته باشد. با استفاده از تکنیک های تجزیه و مقداری تفسیر تصاویر SAR، این تصاویر به ابزاری بسیار ارزشمند تبدیل می شوند.

دانلود نقشه های توپوگرافی اسکن شده با مقیاس 1/50000 برگه سرخس به شماره NJ-41-13

دانلود نقشه راههای ایران استایل 2

روش های ترانسفورم (Transformation) مختصاتی در نرم افزار ArcGIS Pro

دانلود نقشه راههای ایران استایل 1

روش نصب نرم افزار Envi 5.6

دانلود نقشه های توپوگرافی اسکن شده با مقیاس 1/50000 برگه ایرانشهر به شماره NG-41-1

فیلم آموزشی زمین مرجع یا ژئورفرنس لایه ها و داده های مکانی در نرم افزار Global Mapper

دانلود نقشه راههای ایران استایل 3

دانلود نرم افزار Envi 5.6

نقشه حوضه های هیدرولوژیکی ایران

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش نهم (نمادهای علمی، ارزیابی عبارات و اولویت اجرای اپراتورها)

نقشه های پوششی زمین شناسی ایران در مقیاس 1:100000 بخش سوم

نرم افزار Z-scale Estimator

نقشه های پوششی زمین شناسی ایران در مقیاس 1:100000 بخش هشتم

نقشه های توپوگرافی اسکن شده با مقیاس 1/50000 برگه زابل به شماره NH-41-1

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش دوم (شروع به کار با پایتون)

دانلود نقشه های توپوگرافی اسکن شده با مقیاس 1/50000 برگه شاهرخت به شماره NI-41-9

دانلود و روش نصب نرم افزار Global Mapper 24

نقشه های پوششی زمین شناسی ایران در مقیاس 1:100000 بخش پنجم

آموزش تحلیل های هیدرولوژی در نرم افزار Arc GIS Desktop

دانلود نقشه راههای ایران استایل 4

آشنایی و معرفی اولیه Google Earth Engine

برنامه نویسی پایتون بخش هشتم (انتساب چندگانه، ثابت ها، نوع-داده های عددی و اپراتورها)

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش پانزدهم

فیلم آموزشی زمین مرجع یا ژئورفرنس لایه ها و داده های مکانی در نرم افزار Arc GIS Pro

معرفی و دانلود نرم افزار SAGA GIS

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش اول

دانلود رایگان محاسبه سرعت دانلود و آپلود اینترنت

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش بیست و سوم

فیلم آموزشی زمین مرجع یا ژئورفرنس لایه ها و داده های مکانی در نرم افزار Arc GIS Desktop

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش هفدهم

نقشه های پوششی زمین شناسی ایران در مقیاس 1:100000 بخش ششم

دانلود نقشه های توپوگرافی اسکن شده با مقیاس 1/50000 برگه تربت حیدریه به شماره NI-40-4

دانلود نقشه های توپوگرافی اسکن شده با مقیاس 1/50000 برگه نره نو به شماره NH-41-14

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش شانزدهم

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش دهم (اپراتورهای انتساب گمارشی)

مقدمه ای بر برنامه نویسی کامپیوتر (بخش مبانی برنامه نویسی)

آموزش برنامه نویسی پایتون بخش بیست و چهارم

دانلود نقشه های توپوگرافی اسکن شده با مقیاس 1/50000 برگه قشم به شماره NG-40-6

دیدگاهتان را بنویسید