اصول و مفاهیم پایه سنجش از دور (بخش اول)

تعریف سنجش از دور (Remote sensing):

سنجش از دور علم و هنر بدست آوردن اطلاعات درباره ی عوارض و فرایندها ، از طریق آنالیز داده های اخذ شده بوسیله ی سنجنده بدون تماس با آن عوارض و فرایندها اطلاق می شود. این عمل به وسیله ی ثبت انرژی انعکاسی از سطح عوارض انجام میگیرد (لایلسند و کیفر 2000)

فن استفاده از هوا و فضا برای جمع آوری اطلاعات زمینی و مطالعه و شناسایی این منابع بدون تماس فیزیکی با آنها ، امروزه به عنوان تکنولوژی سنجش از دور   (Remote Sensing ) ، به صورت گسترده مورد استفاده کشورهای مختلف قرار می گیرد و در زمان های کوتاه، حجم قابل ملاحظه ای از اطلاعات زمینی جمع آوری گردیده که این اطلاعات اساس برنامه ریزیهای مختلف را تشکیل می دهد..

سنجش از دور یکی از ابزارهای مناسب مدیریتی منابع زمینی است که اطلاعات بروز را توسط سنجنده های مختلف در زمینه های مختلف در زمینه های گوناگون منابع زمینی ثبت می کند. داده های ماهواره ای، منطقه وسیعی را نسبت به سایر ابزارها مانند عکس های هوایی و نقشه برداری زمینی پوشش می دهند. همچنین ثبت انعکاسات انرژی الکترومغناطیسی علاوه بر طیف مرئی در طول موج هایی خارج از طیف مرئی نیز صورت می گیرد. پوشش تکراری داده های ماهواره ای، برای هر منطقه در یک فاصله ی زمانی منظم، امکان مطالعه و نمایش تغییرات فرایندهای پویا را برای آن منطقه امکان پذیر می سازد. این خصوصیات به همراه سایر خصوصیت های بارز علم سنجش از دور، باعث شده است که سنجش از دور به عنوان مهم ترین ابزار در منابع طبیعی معرفی شود. (علوی پناه ،۱۳۸۲ )

تکنیک های طیف سنجی انعکاسی و تلفیق آن با داده های سنجش از دور ما را در امکان شناسایی و تفکیک عوارض سطح زمین یاری می کند. درک  صحیح و سیستماتیک رفتار پدیده ها در طول موج های مختلف به وسیله ی طیف سنجی انعکاسی ما را در شناسایی و تفکیک پدیده ها در داده های سنجش از دور یاری می کند. (حسن شاهی ، ۱۳۸۹)

سنجنده ها :

هر وسیله ای که اشعه الکترو مغناطیسی منعکس شده از پدیده های مختلف یا سایر انرژی های ساطع شده (مثل مادون قرمز حرارتی) را جمع آوری نموده و به شکلی مناسب، برای کسب اطلاعات از محیط اطراف ارایه دهد، سنجنده نامیده می شود. (زبیری و مجد ، ۱۳۸۵) . سنجنده  را می توان دستگاهی دانست که انرژی الکترومغناطیسی را دریافت کرده و انرژی دریافتی را پس از اعمال یک سری تبدیلات به صورتی قابل بازیافت (به صورت عددی یا آنالوک) ذخیره می نماید. شناخت خصوصیات سنجنده ها در انتخاب هر چه بهتر تصویرهای مورد نیاز در یک پروژه کمک می کند. در کنار اصطلاح سنجنده ، دو اصطلاح دیگر نیز بکار برده می شود که عبارتند از : آشکارساز (Detector) و دستگاه (Instrument) . آشکار سازی منحصر به جز اندازه گیری انرژی اطلاق می گردد .(فاطمی و رضایی ، ۱۳۸۵).

در ادامه به این چهار خصوصیات که برای تحقیقات در زمینه سنجش از دور بسیار مهم می باشد اشاره میشود . مشخصه سنجده های تصویر برداری که در محدوده مرئی و مادون قرمز کار می کنند را می توان در عبارت قدرت تفکیک(Resolution) بیان کرد که عبارتند از :

قدرت تفکیک مکانی، قدرت تفکیک طیفی، قدرت تفکیک رادیومتریکی و قدرت تفکیک زمانی. از دیگر مشخصه های مهم  می توان به رفتار بخش اسکن کننده ی دستگاه و خواص هندسی تصاویر فراهم شده توسط سیستم اشاره کرد. رابطه ی بین توان تفکیک مکانی سنجنده و دوره تناوب مداری سکو، تعداد دفعاتی که یک نقطه- ی مشخص روی زمین در طول هر پاره ی زمانی دلخواه مشاهده می شود را تعیین می کنند. در قسمت زیر انواع قدرت تفکیک به طور خلاصه شرح داده شده است .

قدرت تفکیک مکانی :

برای تعریف توان تفکیک مکانی از چهار معیار خواص هندسی سیستم تصویر بردار ، قابلیت تشخیص بین نقاط نشانه ، قابلیت اندازه گیری تناوب نشانه های تکراری و قابلیت اندازه گیری خواص طیفی نشانه های کوچک استفاده می کنند . مورد استفاده ترین معیار سنجش ، بر اساس خواص هندسی سیستم تصویر برداری ، میدان دید لحظه ای (IFOV)  سیستم هستند. IFOV در تئوری ، مساحتی است روی زمین که توسط دستگاه از یک ارتفاع مشخص ودر یک لحظه دلخواه دیده می شود . IFOV را می توان به دو روش بیان کرد ، یکی به صورت زاویه و دیگری بصورت فاصله متناظرX-Y روی زمین. (امینی ، ۱۳۸۸)

l

 قدرت تفکیک رادیومتری :

قدرت تفکیک رادیومتری یا حساسیت رادیومتریکی ، به تعداد سطوح کوانتیزه شده ی رقومی مورد استفاده در بیان داده های گردآوری شده توسط سنجنده ، اشاره می کند . به طور کلی هر چه سطوح کوانتیزه بیشتر باشد، جزئیات اطلاعات جمع آوری شده توسط سنجنده بیشتر خواهد بود .هر زمان که تصویری بر روی فیلم و یا توسط یک سنجنده دریافت می گردد ، حساسیت آن نسبت به انرژی الکترومغناطیسی، تعیین کننده قدرت تفکیک رادیومتریک سنجنده است . در حالت ساده می توان یک تصویر رقومی را با دو سطح در نظر گرفت که در آن سطح صفر به صورت مشکی و سطح یک به صورت سفید نمایش داده شود. اگر تعداد سطوح به ۱۶ افزایش یابد میزان جزئیات قابل مشاهده برروی تصویر نیز بیشتر میشود.(امینی ، ۱۳۸۸)

 قدرت تفکیک طیفی :

این خصوصیت در سنجنده ها را می توان به دو بخش تقسیم نمود. اولین مورد تعداد و دومین مورد فاصله میان باندها بر حسب طول موج در طیف الکترو مغناطیس می باشد . برداشت اطلاعات از پدیده ها در سنجنده ها ی دارای باند های بیشتر منجر به بالا رفتن قدرت تمایز میان اشیاء گوناگون می شود.

قدرت تفکیک طیفی یک سنجنده تعداد باند و کمترین پهنای باندی است که سنجنده می تواند تشخیص دهد، که به میکرومتر یا نانومتر اندازه گیری می شود . به عنوان مثال قدرت تفکیک طیفی باند یک سنجنده ی AVHRR برابر۱/۰ میکرون (۶/۰-۵/۰) است در حالی که قدرت تفکیک طیفی سنجنده ی HYPERION که یک سنجنده ی فراطیفی است در حدود ۱۰ نانومتر یعنی ۱۰ برابر بیشتر است. بنابراین قدرت تفکیک طیفی وقتی بالاترین مقدار را دارا می باشد که باندها کمترین عرض ممکن را داشته باشد. البته این باریک سازی باند باعث افزایش حجم اطلاعات می شود و در نتیجه روش های ذخیره سازی و فشرده سازی این داده ها نسبت به داده های چند طیفی متفاوت می گردد.

عرض باند وسیع معمولا منجر به میانگین گیری انرژی دریافتی و در نهایت ایجاد ابهام در داده های جمع آوری شده می شود. بر عکس این مسئله، عرض باند کوچک باعث پایین آوردن نسبت سیگنال به نویز خروجی سنجنده شده و از سهم محتوای اطلاعاتی داده ها می کاهد. هر چه عرض باند باریکتر باشد می توان از فرمول های دقیق تر (در محاسبات باندی) برای محاسبه مقادیردلخواه استفاده کرد و به همین صورت محاسبه فرمول ها نیز دقیق تر خواهد بود. به طور مثال تصور کنید که یک شئ در طول موج ۶۵/۰ میکرومتر یک رفتار طیفی خاص دارد. حال اگر سنجنده قادر به اندازه گیری انرژی در این بخش با عرض باند باریک باشد. رفتار طیفی مذکور هر چه بهتر در داده های نهایی ظاهر می شوند. هرچه عرض باند وسیع تر باشد انرژی های مربوط به طول موج های دیگر نیز در این بخش جمع آوری شده و بررسی آن رفتار دلخواه را دچار ابهام می سازد .(فاطمی و رضایی ، ۱۳۸۵)

در یک حالت ایده آل تعداد باندهای سنجنده و هم چنین فاصله ی آن ها باید به گونه ای باشد که خروجی آنها کاملا مطابق با منحنی رفتار طیفی عوارض باشد. این حالت را معمولا سنجنده های فراطیفی تا حد زیادی بر قرار می سازند. سنجنده های فراطیفی نظیر AVIRIS با۲۲۴ باند طیفی و هایپریون با ۲۴۲ باند طیفی به خوبی منحنی های طیفی را حفظ کرده و  قابلیت تمایز اشیاء را با استفاده از اطلاعات طیفی در اختیار کاربران قرار می دهند .(رضایی ، ۱۳۸۹)

قدرت تفکیک زمانی :

علاوه بر قدرت تفکیک های رادیومتری، طیفی و مکانی ، قدرت تفکیک زمانی نیز برای سنجنده از اهمیت زیادی برخوردار است.

قدرت تفکیک زمانی عبارت است از مدت زمانی که یک سنجنده بتواند دقیقا منطقه ی مشخصی را با یک زاویه ی دید مشخص دوباره در دید خود داشته باشد (رضایی ، ۱۳۸۹).

 

شما ممکن است این را هم بپسندید