0

وبلاگ

سامانه آموزش سیستم اطلاعات جغرافیایی و سنجش از دور مقالات دانش محور سنجش از دور چیست ؟

سنجش از دور چیست ؟

ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید

Follow us on Social Networks

Instagram: giscoders

ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید

Follow us on Social Networks

Instagram: giscoders

سنجش از دور چیست ؟

سنجش از دور، علم دریافت ویژگی ها و خواص فیزیکی یک منطقه بدون حضور میدانی است. این علم به کاربرانش امکان می دهد تا عوارض و اشیای سطح زمین را برداشت نموده، تصویر سازی و آنالیز کنند. از طریق جمع آوری تصاویر، ما قادر خواهیم بود تا عوارض سطح زمین را به واحدهای پوشش اراضی و یا انواع مختلف کاربری ها طبقه بندی و تفکیک کنیم و سپس آنها را آنالیز نمائیم.

بخش اول: انواع سنسورها

سنجش از دور، از سنسورها برای برداشت تصاویر از سطح زمین استفاده می کند. برای مثال، هواپیماها، ماهواره ها و پهپادها، همگی سکوهایی هستند که سنسورها را حمل می کنند. دیاگرام زیر تکنولوژی های اصلی سنجش از دور و ارتفاع حدودی آنها در برداشت اطلاعات و داده ها از سطح زمین را نشان می دهد.

انواع سنسورها

هر گونه ای از سنسورها دارای مزایای و معایب مختص خودش است. هنگامی که قصد برداشت تصاویر از یک منطقه را داشته باشید، بایستی فاکتورهایی همچون محدودیت های پروازی، قدرت تفکیک تصاویر و پوشش منطقه را مد نظر قرار دهید. برای مثال ماهوراه ها تصاویر را در مقیاس جهانی یا کروی برداشت می کنند اما هواپیماهای بی سرنشین برای پرواز در مناطق کوچک مناسب تر هستند. نهایتاً هواپیماها و هلیکوپترها برای مقیاس متوسط و میانه مناسب می باشند.

قدرت تفکیک تصویر (Image Resolution)

برای مشاهده سطح زمین، بایستی قدرت تفکیک تصاویر را نیز مد نظر قرار داد. سنجش از دور قدرت تفکیک تصاویر را به سه نوع اصلی طبقه بندی می کند :

  • قدرت تفکیک مکانی (Spatial Resolution)
  • قدرت تفکیک طیفی (Spectral Resolution)
  • قدرت تفکیک زمانی (Temporal Resolution)

قدرت تفکیک مکانی (Spatial Resolution)

قدرت تفکیک مکانی در اصل میزان جزئیاتی است که در پیکسل های یک تصویر وجود دارد. قدرت تفکیک مکانی بالا به معنای جزئیات بیشتر و قدرت تفکیک پائین به معنای جزئیات کمتر است. در حالی که قدرت تفکیک مکانی کمتر به معنای جزئیات کمتر و ابعاد پیکسلی بزرگتر نیز هست. معمولاً تصاویر برداشت شده توسط هواپیماهای بدون سرنشین و پهپادها یکی از بالاترین قدرت های تفکیک مکانی تصاویر سنجش از دوری را در بر می گیرند. با وجود اینکه ماهواره ها در ارتفاع بسیار بالایی از اتمسفر قرار دارند، آنها قادر به برداشت تصاویری با قدرت تفکیک مکانی 50 سانتیمتر یا بیشتر می باشند.

قدرت تفکیک طیفی (Spectral Resolution)

رزولوشن یا قدرت تفکیک طیفی، مقداری از جزئیات طیفی در باند تصاویر است. قدرت تفکیک طیفی بالا به معنای آن است که آن باند باریک تر است. در حالی که قدرت تفکیک طیفی پائین دارای باند پهن تری هست که عرض بیشتری از طیف الکترومغناطیسی را پوشش می دهد.

قدرت تفکیک زمانی (Temporal Resolution)

قدرت تفکیک زمانی، مربوط به فاصله زمانی است که یک ماهواره از یک منطقه تصویر برداری می کند. پهپادها، هواپیماها و هلیکوپترها به طور کامل منعطف و متغیر هستند. اما ماهواره ها به دور زمین در دوره های زمانی ثابتی در حال گردش و چرخش هستند. ماهواره های موقعیت یاب جهانی در مدار گردشی میانه قرار دارند. زیرا آنها یک مسیر گردشی پیوسته را دنبال می کنند، در نتیجه زمان بازدید مجددشان از یک منطقه کاملاً ثابت است. این بدین معنا است که گیرنده های GPS می توانند تقریباً همیشه حداقل 3 ماهواره یا بیشتر را برای اخذ صحت بالاتر در پوشش خود داشته باشند.

انواع مدارهای گردش

سه نوع مدار گردشی وجود دارد که شامل موارد زیر است:

  • مدار گردشی زمین آهنگ که با سرعت گردش زمین، هماهنگ و منطبق است.
  • مدار گردشی خورشید آهنگ که زاویه برخورد شعاع نور خورشید به سطح زمین را در حد امکان ثابت نگه می دارد.
  • مدار گردش قطبی که از فراز قطبین و یا جائی در نزدیکی آن عبور می کند.

ارتفاع ماهواره از سطح زمین، تعیین کننده زمانی است که به طول می انجامد تا یک گردش کامل در مدار انجام گیرد. در صورتی که یک ماهواره دارای ارتفاع پروازی بالاتری باشد، دوره گردش آن افزایش می یابد.

مدارهای گردش ماهواره ها بر اساس ارتفاع این چنین طبقه بندی می شوند:

  • مدار گردش پائین (LEO)
  • مدار گردش میانه (MEO)
  • مدار گردش بالا (HEO)

معمولاً ماهواره های هواشناسی، ارتباطی و تجسسی دارای مدار گردشی بالا یا مرتفع (HEO) هستند. اما ماهواره هایی همچون CubeSat و یا ISS و بسیاری ماهواره های دیگر دارای مدار گردشی پائین یا LEO می باشند.

انواع سامانه های سنجش از دوری

دو نوع سنسور سنجش از دوری وجود دارد که شامل سنسورهای غیر فعال (Passive) و فعال (Active) می شود.

سنسورهای فعال (Active Sensors)

مهم ترین تفاوتی که بین سنسورهای فعال و غیر فعال وجود دارد آن است که این نوع سنسورها هدفشان را مورد تابش امواج قرار می دهند. در نتیجه سنسورهای فعال نور منعکس شده از هدفشان را اندازه گیری می نمایند. برای مثال Radarsat-2 یک سنسور فعال است که از تکنولوژی تداخل سنجی راداری استفاده می کند. مثلا فلش زدن دوربین های عکاسی را در نظر بگیرید که هدفشان را به یکباره روشن نموده و از آن عکسبرداری می کنند. این مثال دارای ساختاری بسیار مشابه به روش عملکرد سنسورهای فعال است.

سنسورهای غیر فعال (Passive)

سنسورهای غیر فعال یا Passive انعکاس نور خورشید که از سطح زمین منعکس یا بازتابیده می شود را اندازه گیری می کنند. هنگامی که نور خورشید از سطح زمین بازتابیده می شود، سنسورهای غیر فعال این نور را ثبت و اندازه گیری می کنند و از این طریق تصویر شکل می گیرد. برای مثال، ماهواره لندست و سنتینل 2 سنسورهای غیر فعال محسوب می شوند. آنها تصاویر را از طریق سنجش انعکاس نور خورشید در طیف الکترومغناطیسی انجام می دهند.

سنجش از دور غیر فعال، انعکاس انرژی برگشتی یا بازتابیده شده از خورشید را اندازه گیری می کند. در حالی که سنجش از دور فعال هدف یا سوژه خود را تحت تابش قرار داده و سپس بازتاب یا انعکاس امواج ارسالی را ثبت و اندازه گیری می کند.

طیف الکترومغناطیس (Electromagnetic Spectrum)

طیف الکترومغناطیس، از طول موج کوتاه مانند امواج ایکس تا طول موج های بلند مانند امواج رادیویی در نوسان است. چشم ما تنها می تواند امواج در دامنه مرئی را ببینید اما سایر انواع سنسورها می توانند فراتر از دامنه دید انسان را مشاهده کنند. نهایتاً این دلیلی است که چرا سنجش از دور بسیار قدرتمند است.

طیف الکترومغناطیسی

چشمان ما به طیف مرئی نور در محدوده 390 تا 700 میکرون حساس است. اما مهندسین سنسورهایی را طراحی کرده اند که می توانند فراتر از این طول موج را در پنجره اتمسفری برداشت کنند. برای مثال مادون قرمز نزدیک (NIR) دارای دامنه ای در حدود 700 تا 1400 میکرون است. پوشش گیاهی عمده  نور را در دامنه نور سبز منعکس می سازد و به همین دلیل است که ما آنها را به رنگ سبز می بینیم اما حتی پوشش گیاهی به محدوده مادون قرمز حساس تر هستند و به همین دلیل است که از شاخص NDVI برای طبقه بندی پوشش گیاهی استفاده می کنیم.

باندهای طیفی (Spectral Bands)

باندهای طیفی شامل گروه هایی از طول موج الکترومغناطیس است. برای مثال ماوراء بنفش یا مرئی یا مادون قرمز، مادون قرمز حرارتی و یا میکروویو همگی باندهای طیفی محسوب می شوند.

در سنجش از دور، هر محدوده طیفی را بر اساس فرکانس و یا طول موج طبقه بندی می کنند. دو نوع کلی از تصاویر سنسورهای غیر فعال وجود دارد که شامل تصاویر چند طیفی (Multi-spectral Imagery) و فراطیفی (Hyper-spectral Imagery) می شود. مهم ترین تفاوتی که بین این دو دسته وجود دارد در تعداد باندهای طیفی و باریکی آنها است. ماهواره های فراطیفی دارای چند صد باند باریک است در حالی که سنجنده های طیفی شامل 3 تا 10 باند عریض تر می شود. 

تصاویر چند طیفی (Multi-spectral)

تصاویر چند طیفی معمولاً دارای 3 تا 10 باند هستند. برای مثال لندست 8 شامل 11 تصویر مجزا برای هر Scene تصویر است که شامل باندهای زیر می گردد:

  • Coastal aerosol (0.43-0.45 um)
  • Blue (0.45-0.51 um)
  • Green (0.53-0.59 um)
  • Red (0.64-0.67 um)
  • Near infrared NIR (0.85-0.88 um)
  • Short-wave infrared SWIR 1 (1.57-1.65 um)
  • Short-wave infrared SWIR 2 (2.11-2.29 um)
  • Panchromatic (0.50-0.68 um)
  • Cirrus (1.36-1.38 um)
  • Thermal infrared TIRS 1 (10.60-11.19 um)
  • Thermal infrared TIRS 2 (11.50-12.51 um)

تصاویر فراطیفی (Hyper-spectral)

تصویربرداری فراطیفی دارای باندهای بسیار باریکتری می باشند. یک تصویر فراطیفی دارای صدها و یا هزاران باند است. برای مثال سنجنده Hyperion که بخشی از ماهواره EO-1 است 220 باند طیفی ایجاد می کند که در محدوده 0.4 تا 2.5 میکرون توزیع شده اند.

بخش چهارم: طبقه بندی تصویر

هنگامی که تصاویر را بررسی می کنید و قصد دارید که عوارض و یا وویژگی هایی از تصاویر را بیرون بکشید، این عملیات از طریق تفسیر عکس یا تصویر انجام می شود. ما از تفسیر تصاویر در جنگلداری، حوزه نظامی و محیط های شهری بهره می بریم. ما می توانیم عوارض را تفسیر کنیم زیرا همه عوارض دارای ترکیب های شیمیایی منحصر به فردی هستند. در سنجش از دور، این ویژگی های متفاوت، از طریق رفتار طیفی متفاوت تشخیص داده می شوند.

رفتار طیفی یا امضای طیفی عوارض

در صنعت معدنکاری، بیش از 4000 ماده معدنی طبیعی بر روی زمین وجود دارد. هر ماده معدنی دارای ترکیب های شیمیایی خاص خودش است که آن را از سایر انواع، متفاوت می سازد. ترکیب شیمیایی متفاوت مواد معدنی است که رفتار طیفی یا امضای طیفی آنها را متفاوت می سازد. در نتیجه از این طریق می توان هر ماده معدنی را طبقه بندی و  شناسایی نمود. زیرا هر ماده دارای رفتار طیفی خاص خودش است. در صورتی که باندهای طیفی بیشتری داشته باشید، این حالت باعث افزایش پتانسیل تشخیص و شناسایی دقیق تر این مواد در طبقه بندی تصاویر در سنجش از دور می گردد.

امضای طیفی، مقدار انرژی منعکس شده در یک طول موج به خصوص است. اختلاف در امضای طیفی چیزی است که بر آن اساس می توان اشیاء مختلف را از یکدیگر تمایز داد.

طبقه بندی تصویر (Image Classification)

زمانی که بر روی زمین عوارض را به کلاس هایی انتساب می دهید، این پروسه را طبقه بندی تصاویر می نامند. سه متد اصلی در طبقه بندی تصاویر شامل موارد زیر است:

  • طبقه بندی نظارت شده
  • طبقه بندی نظارت نشده
  • آنالیز شئی گرای تصاویر

هدف اصلی طبقه بندی تصاویر در سنجش از دور، ایجاد نقشه هایی همچون نقشه کاربری اراضی و یا پوشش اراضی است. از طریق استفاده از نرم افزارهای سنجش از دوری، پهنه های آبی، مرداب ها، درختان، نواحی شهری و … طبقه بندی شده و به نقشه تبدیل می شوند.

بخش پنجم: کاربردها و استفاده ها

کاربردهای محلی

معمولاً از پهپادها، هلیکوپترها و هواپیماها برای موارد محلی استفاده می شود اما ماهواره ها می توانند برای مناطق مطالعاتی محلی نیز مورد استفاده قرار گیرند. در اینجا برخی از تکنولوژی های سنجنده رایج، لیست شده است:

  • تکنولوژی لیدار
  • تکنولوژی سونار
  • طیف سنجی و رادیومتری

از تکنولوژی لیدار و سونار برای ایجاد مدل های توپوگرافیکی از سطح زمین و کف اقیانوس ها استفاده می شود. اما مهم ترین اختلاف بین این دو تکنولوژی در جائی است که مورد استفاده قرار می گیرند. به این صورت که لیدار برای نقشه برداری های زمینی مناسب تر هست در حالی که سونار برای نقشه بردای های زیردریایی متناسب تر است.

با استفاده از این تکنولوژی ها، مدل های رقومی ارتفاعی یا DEM ایجاد می شوند. با استفاده از این مدل های توپوگرافیکی، ما می توانیم خطر سیلاب در یک منطقه، سایت های باستانی و یا حتی محدوده حوضه های آبی را نیز تشخیص دهیم و این تنها تعداد بسیار اندکی از کاربردهای این مدل های ارتفاعی و توپوگرافیکی است.

کاربردهای جهانی

با پیشرفت مسیر جهانی شدن، دوره رشد و شکوفایی سنجش از دور نیز آغاز شده است. برای مثال ماهواره های سنجش از دوری مسائلی همچون موارد زیر را حل می کنند:

  • ناوبری از طریق سیستم های موقعیت یاب جهانی
  • پایش تغییرات اقلیمی
  • پایش یخ ها در نواحی قطبی

اطلاعات ماهواره ای اساساً مهم خواهند بود اگر ما بخواهیم برخی از چالش های اصلی زمان حاضر را برطرف و حل کنیم. برای مسائلی همچون تغییرات اقلیمی، منابع طبیعی و مدیریت مخاطرات محیطی، سنجش از دور، اطلاعات ارزشمندی در مقیاس جهانی و کروی فراهم می آورد.

ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید

Follow us on Social Networks

Instagram: giscoders

ما را در شبکه های اجتماعی دنبال کنید

Follow us on Social Networks

Instagram: giscoders

برچسب ها:

مطالب زیر را حتما مطالعه کنید

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)

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

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

دیدگاهتان را بنویسید

Copy Protected by Chetan's WP-Copyprotect.

با عضویت در خبرنامه از آموزش های جدید رایگان در ایمیل خود مطلع شوید