انعكاس هر پديده در طول موج هاي مختلف متغير مي باشد.
واكنش طيفي پديده هاي مختلف در يك طول موج متفاوت است.
در محدوده نور مرئي ميزان انعكاس پديده هاي پايه طبيعت به هم نزديك مي باشد.
در محدوده مادون قرمز نزديك ميزان انعكاس گياهان به مقدار قابل توجهي از ساير پديده ها بيشتر مي باشد.
رفتار طيفي عناصر اصلي طبيعي با توجه به متغير هاي مربوطه
رفتار طيفي گياهان
پهن برگ يا سوزني برگ بودن
وجود كلروفيل و مقدار آن
رفتار طيفي آب
عمق
توربيديتي
رفتار طيفي خاك
درصد رطوبت
بافت و دانه بندي
مواد آلي
تركيب شيميائي خاك
مقدار رس موجود
خصوصيات انعكاسي خاك ماسه دار با درصد رطوبت متفاوت
خصوصيات انعكاسي خاكها با درصد رطوبت متفاوت
اثر اندازه ذرات در انعكاس طيفي خاك ها
رفتار انعكاسي چهار نوع خاك مختلف
منحني انعكاس گياهان سبز
انعكاس طيفي آب
مقايسه رفتار انعكاسي آب – گياهان و خاك با انواع مختلف
مدل ساده سنجش از دور
اجزای مدل:
1- منبع انرژی ( بر اساس بازتاب انرژی الکترو مغناطیسی)
2- اتمسفر و اثری که بر امواج می گذارد
3- فرآیند جذب، عبور و انعکاس انرژی توسط پدیده ها به هنگام برخورد انرژی با آن ها
4- سیستم های سنجش از دور (سکو و سنجنده ای که بر روی آن قرار می گیرد)
5- اطلاعات و داده های جنبی (Reference Data ): منظور از این اطلاعات، اطلاعاتی هستند که به طریق غیر از سنجش از دور کسب می شوند و به تجزیه و تحلیل ما کمک می کنند. مانند نقشه های توپوگرافی، زمین شناسی و ...
به طور کلی سنجش از دور 2 بخش دارد:
1- جمع آوری داده ها
2- تجزیه و تحلیل یا آنالیز داده
انواع سنجش از دور
براساس نوع منبع انرژي مورد استفاده، سنجش از دور به دو دسته سنجش از دور فعال و سنجش از دور غيرفعال تقسيم مي شود.
سنجش از دور غيرفعال هنگامي مطرح مي شود که يک منبع طبيعي انرژي که عمدتاً خورشيد است، مورد استفاده قرار گيرند. سنجنده های فعال، امواجی را از خود توليد می کنند و با تاباندن آن به سمت هدف موردنظر و دريافت بازتابش حاصل از آن، به هندسه يا ويژگی های هدف پی میبرند. انواع سنجنده های راداری يا ليزری نمونه بارز اين نوع هستند.
با توجه به محدوده هاي انرژي الکترومغناطيس به کار رفته و خصوصيات آنها در محدوده هاي طيفي نوری، حرارتي و مايکروويو، سنجش از دور نوری، سنجش از دور حرارتي و سنجش از دور مايکروويو مطرح مي شوند. سنجش از دور اشعه ايکس و گاما در مقياس محدودتري مطرح هستند.
سکوها ، سنجندهها و سامانههاي دريافت و پردازش
سکوها وظيفه حمل سنجنده و ساير قسمت هاي ماهواره را بر عهده دارند. ماهواره و هواپيما دو نمونه متداول سکوها هستند. سکوها در دو مدار خورشيدآهنگ و زمين آهنگ مورد استفاده قرار مي گيرند. انتخاب مدار سکو با توجه به هدف طراحي شده براي ماموريت انجام مي شود.
ماهواره های سنجش از دور عمدتاً در مدارهای خورشيدآهنگ قرار می گيرند تا زاويه بازتابش نور خورشيد در نقاط مختلف زمين در تناوب های مختلف چرخش ماهواره ثابت باشد و از بالای هدف در زمان ثابتی عبور کنند. مدارهای زمين آهنگ برای کاربردهايی که به اطلاعات همزمان با توان تفکيک زمانی بالا مانند هواشناسی، نياز است، مورد استفاده قرار می گيرند.
سنجنده هاي نصب شده بر روي سکوها، جمع آوري اطلاعات بازتابي از پديده ها را برعهده دارند.
سنجنده ها به طور کلي، به دو دسته سامانه هاي اسکن کننده و غيراسکن کننده تقسيم مي شوند که هرکدام ممكن است از دو دسته تصويربردار و يا غيرتصويربردار باشند. در سنجش از دور عمدتاً سنجنده هاي گروه تصويربردار که خروجي تصوير تهيه مي کنند، مورد استفاده قرار مي گيرند. سنجنده هاي غيرتصويربردار براي تهيه پروفايل به كار گرفته مي شوند.
داده هايي كه از طريق سنجنده ها به دست مي آيند، بايد ذخيره و دريافت شده و مورد پردازش قرار گيرند تا به اطلاعات مفيد و قابل استفاده تبديل شوند. ارسال داده از بستر به گيرنده هاي زميني ممكن است بلادرنگ يا همراه با تاخير باشد كه هر يك كاربرد خاص خود را دارد.
داده و اطلاعات
داده: منظور از داده آن چیزی است که کسب می شود.
اطلاعات: همان داده های پردازش شده هستند.
البته ممکن است در بعضی مواقع هر کدام به جای دیگری اطلاق شود. یعنی در ابتدا یا در مراحل مختلف داده ای اطلاعات حساب شود و یا بر عکس
منابع انرژی در سنجش از دور
پایه و اساس سنجش از دور اندازه گیری انرژی بازتابشی پدیده ها از راه دور می باشد. از این رو انرژی الکترو مغناطیسی مبانی فیزیکی آنرا تشکیل می دهد. این انرژی هم می تواند به صورت طبیعی در اختیار باشد و هم به صورت مصنوعی. مهمترین منبع انرژی الکترومغناطیسی خورشید است.
وقتی انرژی خورشید به زمین برخورد می کند بخشی از آن به گرما تبدیل می شود و بخشی از آن منعکس می شود.
منابع مصنوعی انرژی در رادارها وجود دارد. امواج رادارها نیز جزء امواج الکترومغناطیسی طبقه بندی می شوند.
تابش الکترومغناطیسی یا موج الکترومغناطیسی نوعی موج است که در فضا انتشار می یابد و از میدان های الکتریکی و مغناطیسی ساخته شده است. این میدان ها در حال انتشار بر یکدیگر و بر جهت پیشروی موج عمود هستند.
گاهی به تابش الکترومغناطیسی نور می گویند، ولی باید توجه داشت که نور مرئی فقط بخشی از گستره امواج الکترومغناطیسی است. امواج الکترومغناطیسی بر حسب بسامدشان به نام های گوناگونی خوانده می شوند: امواج رادیویی، ریزموج فروسرخ ، مادون قرمز، نور مرئی، فرابنفش، پرتو ایکس و پرتو گاما. این نام ها به ترتیب افزایش بسامد مرتب شده اند.
خورشید، این راکتور گرما هسته ای بزرگ، در سرتا سر طیف الکترومغناطیسی تابش می کند. از پرتوهای x و پرتوهای کیهانی گرفته تا موج های رادیویی به طول موج هایی تا 15m یا بیشتر. اما چون سطح آن داغ است (۶۰۰۰ سانتیگراد)، بیشتر انرژی آن در طول موج های نسبتاً کوتاه (فرابنفش، مرئی و فروسرخ نزدیک) است و مقدار بیشینه تابش در طول موج نزدیک به ۰۵ میکرومتر گسیل می شود. علاوه بر این، پرتوهای فروسرخ خورشید نیز برای ما منبع گرما بشمار می آیند.
ناحیه ماوراء بنفش (Ultra violet)
محدوده طول موج بین 0.003 تا 0.4 میکرومتر می باشد و بر حسب نزدیکی به نور مرئی به سه قسمت تقسیم می شود:
ماوراء بنفش خیلی دور (Extra Ultra violet ) در محدوده 0.003 تا 0.2 میکرومتر
ماوراء بنفش دور ( (Far Ultra violet در محدوده 0.2 تا 0.3 میکرومتر
ماوراء بنفش نزدیک (Near Ultra Violet) در محدوده 0.3 تا 0.4 میکرومتر
منبع اصلی این اشعه خورشید بوده و 10 درصد از امواجی که به زمین می رسند جزء این دسته هستند.
باید در نظر داشت که بخش فوقانی اتمسفر بخش اعظم این امواج را جذب کرده و فقط طول موج های بالاتر از 0.3 میکرومتر یعنی ماوراء نزدیک به زمین می رسند. بنابراین تنها این بخش از ماوراء بنفش را می توان به میزان کمی در سنجش از دور استفاده کرد.
ناحیه مرئی
بخشی از طیف الکترومغناطیسی است که چشم انسان قدرت دیدن آن را دارد. محدوده طیفی آن 0.4 تا 0.7 میکرومتر است. بیش از 50% انرژی که به زمین می رسد مربوط به این ناحیه است. به طور کلی ناحیه مرئی به سه قسمت آبی و سبز و قرمز تقسیم می شود:
آبی (Blue): در محدوده 0.4 تا 0.5 میکرومتر
سبز (Green): در محدوده 0.5 تا 0.6 میکرومتر
قرمز (Red): در محدوده 0.6 تا 0.7 میکرومتر
ناحیه مادون قرمز
محدوده این قسمت از طیف 0.7 میکرومتر تا 1 میلیمتر. البته تنها طول موج های 0.7 تا 14 میکرومتر در سنجش از دور کاربرد موثر دارند.
ناحیه مادون قرمز بر اساس نزدیکی به نور مرئی به سه قسمت تقسیم می شود.
مادون قرمز نزدیک (Near infrared): در محدوده 0.7 تا 1.3 میکرومتر
مادون قرمز میانی (Middlel infrared ): در محدوده 1.3 تا 3 میکرومتر
مادون قرمز دور (Far infrared): در محدوده 3 میکرومتر تا 1 میلیمتر(1000 میکرومتر)
در یک تقسیم بندی دیگر امواج مادون قرمز بسته به اینکه در کدام قسمت طیف قرار دارند به دو دسته تقسیم می شوند:
مادون قرمز انعکاسی (Reflective Infrared) در محدوده 0.7 تا 3 میکرومتر.
محدوده مادون قرمز حرارتی یا دفعی (Emissive, Thermal Infrared) در محدوده 3 تا 15 میکرومتر.
منبع اصلی انرژی مادون قرمز انعکاسی خورشید است و حدود 40 درصد از انرژی که به زمین می رسد را شامل می شود.
این در حالی است که منبع تولید انرژی مادون قرمز دفعی یا حرارتی گرمای ناشی از تابش خورشید به زمین یا انرژی زمین گرمایی است.
امواج مایکروویو (Microwave)
این بخش از طیف بین امواج مادون قرمز و امواج رادیویی قرار دارند و طول موج آن ها بین 1 میلیمتر تا 1 متر است. این امواج در شرایط بد آب و هوایی نیز قادر به عبور از جو هستند. میزان آن ها در طیف خورشیدی بسیار ناچیز است ولی با توجه به اهمیت آن ها یعنی قابلیت عالی در نفوذ از ابرها و باران می توان به کمک مولدهایی در سکوها این امواج را تولید کرد و به زمین فرستاد و بازتابش آن ها را ثبت کرد. به این قبیل امواج مصنوعی، رادار (Radar) گفته می شود.
چرا سنجش از دور؟
• لازمه مدیریت و بهره برداری اصولی از هر مجموعه ای نظارت دقیق است.
• آیا می توان حداقل یک دید کلی از یک منطقه وسیع داشت؟ (اشاره به مقیاس های مختلف مکانی)
• آیا تمام بازتاب های طیفی از سطح اجسام را می توانیم ببینیم؟
• چگونه می توان در زمان های مشخص سطح وسیعی از زمین را به صورت داده های دیجیتالی ارائه نمود؟
• چگونه می توان داده هایی را تولید نمود که بتواند مورد استفاده طیف وسیعی از کارشناسان و محققان مرتبط با علوم زمین قرار گیرد؟ کارشناسان منابع طبیعی، جنگلداری، مرتعداری، زمین شناسان، مهندسین معدن، هیدرولوژیست ها
• معمولا به غیر از سنجش از دور هر کارشناس صرفا اطلاعات مختصری نسبت به زمینه کاری خود جمع آوری می نماید. برای مثال هیدرولوژیست ممکن است تنها به جمع آوری داده های مربوط به منابع آب اکتفا کند.
• اگر از كاربرد قديمي سنجش از دور در حوزه شناسايي نظامي صرفنظر كنيم، سنتيترين و معروفترين كاربرد سنجش از دور در نقشهبرداري و سامانه اطلاعات جغرافيايی (GIS) است. اصولاً اختراع هواپيما و بهويژه دستيابي بشر به ماهواره، دنياي نقشهبرداري را متحول كرد. امروزه اين امكان وجود دارد كه دقيقترين نقشههاي جغرافيايي در حداقل زمان ممكن در مقياسهاي محلي و جهاني تهيه شده و تغييرات آن بهطور مداوم ثبت و ضبط شوند. با پيشرفت فناوري سنجندهها و پردازش داده، سنجش از دور علاوه بر نقشهبرداري توانست دنياي هواشناسي را نيز با جهش مواجه كند. امروزه سنجش از دور طيف بسيار وسيعي از كاربردها را پيدا كرده است.
• بررسي و شناخت فضاي بيكران، پايش محيط زيست، اقيانوسشناسي، رصد و كمك به پيشگيري و مديريت بلاياي طبيعي (سيل، زلزله، سونامي و ...)، كويرزدايي، اكتشاف و استخراج منابع زيرزميني، امداد و نجات و رصد تغييرات آب و هواي جهان از ديگر زمينههاي كاربردهاي سنجش از دور هستند.
مهمترين قابليت هاي داده هاي سنجش از دور
داده هاي سنجش از دور به دليل يكپارچه و وسيع بودن، تنوع طيفي، تهيه پوشش هاي تكراري و ارزان بودن، در مقايسه با ساير روش هاي گردآوري اطلاعات از قابليت هاي ويژه اي برخوردار است كه امروزه عامل نخستين در مطالعه سطح زمين و عوامل تشكيل دهنده آن محسوب مي شود. امكان رقومي بودن داده ها موجب شده است كه سيستم هاي كامپيوتري بتوانند از اين داده ها به طور مستقيم استفاده كنند و سيستم هاي داده ها جغرافيايي و سيستم هاي پردازش داده ها ماهواره اي با استفاده از اين قابليت طراحي و تهيه شده است. سهل الوصول بودن داده ها، دسترسي سريع به نقاط دور افتاده و دقت بالاي آنها از امتيازات خاص اين فن محسوب مي شود.
تعریف سنجش از دور
تا به حال تعاریف متنوعی در رابطه با سنجش از دور ارائه شده است.
عمل بازیابی، شناسایی و تشخیص عوارض و اشیای واقع در فاصله دور که با استفاده از تصاویر و ابزار شناسایی انجام می گیرد سنجش از دور نامیده می شود. به عبارتی بهتر سنجش از دور را می توان شناسایی از فاصله نیز تعریف نمود که این فاصله می تواند چند متر تا چند هزار کیلومتر باشد (زبیری و مجد).
سنجش از دور عبارت است از اندازه گیری خصوصیات پدیده های سطح زمین با استفاده از داده هایی که از راه دور توسط هواپیما یا ماهواره کسب می شوند (Schowengerdt, 1997).
علم و فن کسب اطلاعات از پدیده های مختلف از راه دور و بدون تماس با پدیده. داده های سنجش از دوری می توانند به صورت عکس، اندازه گیری های نقطه ای و خطی در طول خط پرواز و یا همچنین تصاویری با ساختار رستری (شبکه ای) باشند.
هر چند که تعاریف متنوعی از سنجش از دور ارائه شده است، اما همگی آن ها بر اکتساب داده از را دور تاکید دارند.
فرآيند سنجش از دور
فرآيند سنجش از دور از هفت مولفه تشکيل شده است.
• منبع انرژي يا روشنايي: اولين لازمه سنجش از دور، يک منبع انرژي است که عمل روشنسازي يا تهيه انرژي الکترومغناطيس بر روي هدف تحت مطالعه را به عهده داشته باشد.
• تابش و اتمسفر: در هنگام عزيمت انرژي از منبع به هدف، انرژي با اتمسفري که از آن عبور ميکند، تعامل دارد. اين پديده ممکن است بار دومي نيز هنگامي که انرژي از هدف به سنجنده عزيمت مي کند، اتفاق بيافتد.
• تعامل با هدف: بعد از رسيدن انرژي به هدف، با توجه به خصوصيات انرژي و هدف، تعامل صورت مي گيرد.
• ثبت انرژي به وسيله حسگر: بعد از اينکه انرژي توسط هدف پراکنده يا از آن ساطع شد، سنجنده دوردستي تشعشع الکترومغناطيس حاوي اطلاعات سطح را جمع آوري و ضبط مي کند.
• انتقال، دريافت و پردازش: انرژي ضبط شده توسط سنجنده به شکل الکترونيکي به يک ايستگاه دريافت و پردازش براي بازسازي تصوير اخذشده انتقال مي يابد.
• تفسير و تحليل: تصوير به صورت بصري و يا رقومي تفسير شده و اطلاعات لازم درباره هدف استخراج مي شوند.
• کاربرد: جزء پاياني فرآيند سنجش از دور عبارتست از استفاده از اطلاعات استخراج شده براي درک بهتر، کشف اطلاعات جديدتر و يا کمک به حل يک مساله خاص.