سنجش از دور به عنوان هنر، علم و تکنولوژی مشاهده پدیده­ها بدون داشتن تماس فیزیکی با آنها است (Tempfli et al., 2009). سنجنده­ها به گونه­ای طراحی شده­اند که اطلاعات لازم در ارتباط با سیگنال­های رسیده را فراهم آورد. سیگنال­ تابعی از مواد و پدیده­هایی است که در سطح زمین وجود داشته و از ترکیب مولکولی و شکل منحصر بفردی برخوردار است. تابش الکترومغناطیس بازتاب، جذب و همچنین گسیل می‌شود که این امر تابعی از ویژگی­های پدیده­های مختلف است. سنجنده­های سنجش از دور می‌توانند دیدهای مختلفی از سطح زمین ایجاد نمایند. این تفاوت از طریق توان­های تفکیک مکانی، طیفی، رادیومتریکی، زمانی، زاویه دید، قطبش، طول موج، پدیده‌ها و اثرات اتمسفر حاصل می‌شود(Christine Pohl, 2017).

مزیت استفاده از سنجنده­های فضابرد سنجش از دور قابلیت اخذ داده از فضای وسیع است که می‌تواند دید سینوپتیک از سیاره زمین را ایجاد نماید. با استفاده از سنجش از دور فضابرد امکان آشکارسازی تغییرات در بازه­های زمانی مختلف در مکان­های گوناگون فراهم می‌شود. سنجش از دور از بعد سنجنده­ها به دسته­های مختلفی طبقه­بندی می‌شود. سنجش از دور فعال و سنجش از دور غیر فعال.

سنجش از دور غیرفعال بر اساس سنجنده­هایی ایجاد شده که ازخورشید به عنوان منبع انرژی استفاده می‌کنند. بر همین اساس این دسته از سنجنده­ها در محدوده بازتابی و حرارتی طیف الکترومغناطیس می‌توانند تصویربرداری نمایند. به عبارت دیگر سنجش از دور اپتیکال، سنجش از دور مادون قرمز بازتابی، سنجش از دور مادون قرمز حرارتی و سنجش از دور مایکروویو غیرفعال بواسطه سنجنده­های غیرفعال ایجاد شده­اند. با این حال سنجش از دور فعال بر اساس سنجنده­هایی ایجاد شده که خود دارای منبع انرژی هستند و بر همین اساس سنجش از دور لایدار و سنجش از دور مایکروویو فعال ایجاد شده است. سنجنده­های غیرفعال امواج بازتابی و گسیل شده را شناسایی و دریافت می‌نمایند. سنجنده­های فعال تنها می‌توانند امواج بازتابی را ثبت نمایند. امواج الکترومغناطیسی مورد استفاده در سنجش از دور به این صورت دسته­بندی می‌شوند:

سنجش از دور اپتیک: بصورت کلی سنجش از دور اپتیک شامل بازتاب محدوده مرئی و مادون قرمز نزدیک است. محدوده مرئی به سه قسمت طول موج آبی، سبز و قرمز در بازه 400 تا 700 نانومتر دسته­بندی می‌شود. محدوده مادون قرمز نزدیک بازه بین 700 تا 1100 نانومتر را پوشش می‌دهد.

سنجش از دور مادون قرمز: به صورت کلی به دو دسته تقسیم­بندی می‌شود. سنجش از دور بازتابی و سنجش از دور حرارتی. سنجش از دور بازتابی بازه بین 700 تا 3000 نانومتر را شامل می‌شود که خود شامل سه بخش مجزا است. مادون قرمز نزدیک (700 تا 1100 نانومتر)، مادون قرمز میانی (1100 تا 1500 نانومتر) و سنجش از دور طول موج کوتاه (1500 تا 3000 نانومتر). مادون قرمز حرارتی نیز به دو دسته تقسیم می‌شود: مادون قرمز حرارتی طول موج کوتاه (3000 تا 5000 نانومتر) و سنجش از دور حرارتی طول موج بلند (8000 تا 14000 نانومتر).

سنجش از دور مایکروویو: شامل امواج 1میلی­متر تا 1 متر را شامل می‌شود.

1-1-1 سنجش از دور اپتیکی

همانطور که پیش تر به آن اشاره شد محدوده مرئی و مادون قرمز نزدیک به عنوان امواج الکترومغناطیسی مورد استفاده برای سنجش از دور اپتیکی است. یکی از مهم ترین مزیت های این بخش از طیف، بیشینه بودن تابش انرژی خورشیدی در طول موج های کوتاه است. تمامی انرژی های بازتاب، گسیل شده از سطح زمین در این محدوده توسط سنجنده های الکترونیکی جذب شده و به سیگنال های الکترونیکی تبدیل می‌شود. اصول سنجش از دور اپتیکی را می‌توان در شکل 1-2 مشاهده نمود. سپس سیگنال های ثبت شده توسط سنجنده برای پردازش های بیشتر به ایستگاههای زمینی انتقال داده می‌شود.

در سنجش از دور اپتیکی می‌توان با استفاده از امواج الکترومغناطیسی بازتاب شده از پدیده های مختلف سطح زمین به رفتار طیفی آنها پی برد. با استفاده از رفتار طیفی پدیده ها می‌توان نسبت به ویژگی های پدیده ها از نظر شیمیایی و فیزیکی پی برد و تغییرات مربوط به آن را آشکارسازی نمود. با این حال رفتارهای طیفی پدیده های مختلف به عنوان یک پارامتر پویا در نظر گرفته می‌شود که نسبت به تغییرات فصلی، محیطی و آب وهوایی بسیار حساس است.

باند¬های مورد استفاده در سنجش از دور اپتیکی از توان تفکیک مکانی بالایی می‌توانند برخوردار باشند و دلیل این امر نیز بیشینه بودن تابش خورشیدی در محدوده مرئی و مادون قرمز نزدیک است. بر همین اساس میزان اطلاعات و جزییات مکانی در باندهای اپتیکی نسبت به سایر باندها بیشتر است.

یکی از مهم ترین محدودیت هایی که در سنجش از دور اپتیکال و باندهای آن وجود دارد عدم نفوذ از پوشش های ابری است. وجود پوشش ابر در مناطق تصویربردار توسط سنجنده مانع از استخراج اطلاعات کافی و مفید در ارتباط با پدیده های مختلف می‌گردد. بر همین اساس در طراحی ماهواره ها همواره سعی می‌شود که در فرایند تصویربرداری کمتر با شرایط ابری مواجه شود.

در عرض های بالا در فصل زمستان روشنایی در روز به اندازه کافی وجود ندارد و این عامل باعث کاهش کیفیت اطلاعات باند های اپتیکال است که نور خورشید به عنوان منبع اصلی تامین انرژی آنها محسوب می‌شود. این در حالی است که در سنجنده های فعال بدلیل اینکه خود دارای منبع انرژی هستند اخذ اطلاعات در هر ساعتی از شبانه روز و در هر شرایط آب و هوایی با مشکل مواجه نمی‌شود.

2-1-1 سنجش از دور راداری

اصول سنجش از دور راداری با سنجش از دور اپتیکی کاملا متفاوت است. مهم­ترین تفاوت بین آن دو در نوع منبع انرژی و طول موج­های مورد استفاده در آنها است. در سنجش از دور راداری معمولا از سنجنده­های فعال استفاده می‌شود که خود دارای منبع انرژی هستند. و برهمین اساس در هر شرایط زمانی از شبانه­روز و در هر فصلی می‌توانند نسبت به تصویربرداری از پدیده­های مختلف سطح زمین اقدام نمایند. در سنجش از دور راداری امواج مایکروویو توسط سنجنده تولید و به سمت هدف ارسال شده و سپس بازپراکنش آن توسط سنجنده دریافت و تبدیل به سیگنال الکترونیکی شده و سپس به ایستگاه زمینی منتقل می‌شود(شکل1-3).

تصویربرداری در محدوده مایکروویو می‌تواند بصورت فعال و غیر فعال صورت بگیرد. زمین بصورت طبیعی امواج مایکروویو گسیل می‌نماید اما میزان این گسیل­ شدگی بسیار بسیار اندک بوده و بر همین اساس تصاویر مایکروویو غیرفعال بدست آمده از توان تفکیک مکانی بسیار پایینی برخودار هستند و می‌توان از آنها یرای مطالعات قاره­ای استفاده نمود. در مایکروویو فعال نیز انرژی به اندازه کافی بصورت مصنوعی تولید شده و داده­ها از توان تفکیک مکانی بسیار بالاتری در مقایسه با داده­های مایکروویو غیرفعال برخوردار هستند. با این حال در سنجنده­های فعال که از نوع رادار می­باشند، توان تفکیک مکانی تابعی از طول آنتن دریافت کننده انرژی است. هرچه طول آنتن بیشتر باشد سنجنده از توان تفکیک مکانی بالاتری نیز برخودار است. همین امر ایجاد کننده نوعی محدودیت در پردازش داده­های راداری و همچنین طراحی سنسور­های آن گردیده است. برای حل این مشکل سیستم­های راداری دریچه مصنوعی ارائه شد که از آن با عنوان سیستم SAR یاد می‌شود. در این سیستم­های نوین برای حل مشکل طول آنتن از آنتن­های مجازی استفاده شده است که امکان طراحی سنجنده­های راداری با توان تفکیک مکانی بالاتر را به گونه مطلوبی فراهم آورده است.

طول موج بکار برده شده در سنجش از دور راداری، مایکروویو است. این دسته از امواج در میان تمامی امواج الکترومغناطیسی بکاربرده شده در سنجش از دور از بیشترین طول موج برخوردار هستند و بر همین اساس از قابلیت نفوذپذیری بیشتری برخوردار هستند و امکان تصویربرداری در محدوده­های ابری و غباری را در شرایط جوی مختلف به همراه می­آورد.از سوی دیگر امواج مایکروویو اطلاعات با ارزشی را در ارتباط با ویژگی­های فیزیکی پدیده­های مختلف از جمله توپوگرافی، ناهمواری، زبری، شکل، جهت و همچنین رطوبت پدیده­ها می‌تواند در اختیار کاربران قرار دهد. همانطور که پیش­تر نیز اشاره شد در محدوده اپتیک ویژگی­های جذب و بازتاب امواج برای شناسایی و ارزیابی پدیده­ها مورد استفاده قرار می‌گیرد با این حال در محدوده مایکروویو طول موج، میزان بازپراکنش، قطبش، زاویه دید و زاویه برخورد امواج، نوع سطح از جمله موارد موثر در استخراج اطلاعات در نظر گرفته می‌شوند. طول موج­ و فرکانس­های مورد استفاده در سنجش از دور رادار و لایدار را می‌توان در شکل 1-4 ملاحظه کرد.

تصاویر بدست آمده از سنجنده­های راداری بصورت سیاه و سفید است. آن دسته از مناطقی که سطح هموار و بدون پستی­ و بلندی داشته باشند به صورت تیره مشاهده می‌شوند چراکه میزان بازپراکنش امواج راداری در آنها چندان زیاد نیست. در عین حال هرچقدر بر زبری و ناهمواری در سطح زمین افزوده شود میزان بازپراکنش به شکل قابل توجهی افزایش پیدا می‌نماید و در تصویر به رنگ روشن­تر ظاهر می‌شود(شکل 1-5)

3-1-1 سنجش از دور ابرطیفی

سنجش از دور ابرطیفی در ارتباط با سنجنده­هایی بکاربرده می‌شود که از توان تفکیک طیفی بسیار بالایی برخوردار باشند. توان تفکیک طیفی در سنجش از دور تابعی از تعداد باند­ و پهنای باند است. هرچه تعداد باند بیشتر و پهنای آن کمتر باشد، توان تفکیک طیفی نیز بالاتر است. سنجنده­های ابرطیفی معمولا بیش از 100 باند با پهنای کمتر از 10 نانومتر را دارا هستند. در مقابل سنجش از دور ابرطیفی سنجش از دور چندطیفی قرار دارد که در آن تعداد باند­ها کمتر و پهنای باندها نیز بیشتر است. تفاوت بین سنجنده چندطیفی و ابرطیفی را می‌توان در شکل 1-6 مشاهده نمود.

مهم­ترین مزیت سنجنده­های ابرطیفی در این است که امکان مطالعه طیفی پدیده­های مختلف را با دقت بسیار بالاتری فراهم می­آورد. اما در عین حال مهم­ترین محدودیت ایجاد شده توسط این سنجنده­ها در افزونگی داده­ها است. میزان افزونگی در داده­های این سنجنده­ها بسیار زیاد بوده و میزان همبستگی بین باندی را افزایش داده است. به همین منظور داده­های ابرطیفی به منظور استخراج اطلاعات از آنها باید تحت روش­های پردازشی خاصی در این زمینه قرار بگیرند. عموم الگوریتم­های بکاربرده شده در این زمینه به 4 دسته کلی تقسیم­بندی می‌شود:

آشکارسازی آنومالی­ها
آشکار سازی تغییرات
طبقه­بندی
اختلاط زدایی طیفی
بالا بودن تعداد باند­ها در تصاویر داده­های ابرطیفی باعث افزایش پیچیدگی­ در فرایند پردازش داده­های ابرطیفی می‌شود. در همین راستا به منظور کاهش ابعاد داده­ها در پردازش تصاویر ابرطیفی از دو روش عموما استفاده می‌شود:

روش انتخاب باند
روش استخراج ویژگی

1-1-4 سنجش از دور حرارتی

همانطور که پیش­تر بیان شد محدوده مادون قرمز به دو بخش مادون قرمزبازتابی و مادون قرمز حرارتی دسته­بندی و طبقه­بندی می‌شود. مادون قرمز بازتابی شامل امواج مادون قرمزی است که از پدیده­های مختلف بازتاب و توسط سنجنده ثبت شده است. امواج مادون قرمز حرارتی نیز شامل آن دسته از امواج مادون قرمزی است که از پدیده­های مختلف سطح زمین پس از جذب، گسیل شده است. محدوده مادون قرمز حرارتی از 3 تا 35 میکرومتر را در طیف به خود اختصاص داده است. با این حال محدوده 3 تا 5 و 8 تا 14 میکرومتر در دورسنجی سیاره زمین مورد استفاده قرار می‌گیرد. محدوده 3 تا 5 میکرومتر اثر تابش خورشید در آن بیشتر بوده و در نتیجه تفسیر تصاویر این محدوده طیفی در مقایسه با سایر محدوده­ها از پیچیدگی­هایی برخوردار است. از این محدوده برای مطالعات آتش­سوزی­ها و همچنین آتش­فشان­ها استفاده می‌شود بدلیل اینکه از طول موج کوتاهتر و فرکانس بالاتری در مقایسه با سایر امواج حرارتی برخوردار است. محدوده 8 تا 14 میکرومتر نیز به دلیل اینکه در بازه بیشترین تابش حرارتی زمین قرار دارد برای مطالعات زمین گرمایی و همچنین حرارت سطح زمین بسیار مناسب و کاربردی است(شکل1-8).

پس از اینکه تابش خورشید به سطح زمین می‌رسد بخشی از آن توسط پدیده­ها جذب شده و جنبش مولکولی و بدنیال آن درجه حرارت پدیده­ها افزایش می­یابد، سپس انرژی حرارتی از پدیده­ها در قالب طول موج بلند منتشر شده و توسط سنجنده حرارتی دریافت می‌گردد.

در سنجش از دور حرارتی فرض بر این است که هر پدیده­ای که از درجه حرارت بیش از 0 کلوین (273.15- درجه سلسیوس) برخوردار است دارای جنبش مولکولی بوده و بواسطه این جنبش از خود انرژی ساطع می‌کند. داده­های حرارتی بدست آمده از سنجنده­ها به عنوان یک داده مکمل برای داده­های مایکروویو و اپتیکال در سنجش از دور محسوب می‌شود.

میزان انرژی حرارتی گسیل شده از پدیده­های مختلف تابعی از گسیلمندی و حرارت جنبشی پدیده­ها است. گسیلمندی اشاره میزان تابش یک پدیده در مقایسه با جسم سیاه را شامل می‌شود. جسم سیاه به عنوان یک جسم فرضی است که تمامی انرژی الکترومغناطیسی رسیده به آن جذب شده و سپس تمامی انرژی جذب شده گسیل می‌شود(میزان گسیلمندی برابر با 1). مقدار گسیلمندی بین 0 تا 1 متغییر است. هرچه گسیلمندی بیشتر باشد اصطلاحا مقدار آن به یک نزدیکتر خواهد شد.

1-1-5 سنجش از دور لایدار

یکی دیگر از سنجنده­های فعال مورد استفاده در سنجش از دور لایدار نام دارد. لایدار در محدوده مرئی طیف الکترومغناطیسی بصورت لیزری تصویربرداری می‌نماید. به عبارت دیگر سنجنده­های لایدار به اندازه­گیری فاصله­ها و مسافت­ها می‌پردازند. در این سنجنده­ها ابتدا امواج لیزری توسط سنجنده فعال ارسال می‌شود و سپس از طریق محاسبه زمان رفت و برگشت امواج میزان عمق و ارتفاع پدیده­های مختلف برآورد می‌شود. هرچه زمان رفت و برگشت امواج بیشتر باشد در نتیجه سطح مورد نظر ار ارتفاع کمتر و عمق بیشتری برخوردار است و برعکس(شکل 1-9). داده­های لایدار بصورت ابرنقاط هستند که برای هر نقطه سه بعد طول، عرض و ارتفاع تعریف شده است. از چنین سنجنده­هایی با عنوان سنجنده­های لیزری ارتفاع سنجش نیز یاد می‌شود. در صورتی که داده­های لایدار برای مطالعات خشکی مورد استفاده قرار بگیرد از طول موج 50/0 تا 5/1 میکرومتر بصورت لیزری استفاده می‌شود اما در صورتی که هدف مطالعات عمق سنجی پهنه­های آبی باشد، در این شرایط از طول موج 5/0تا55/0 استفاده می‌گردد. داده­های لایدار از دقت بسیار بالایی برخوردار هستند و میزان جزییات موجود در آنها نیز بسیار زیاد است. همین امر موجب شده تا حجم داده­های حاصله از این سنجنده­ها بسیار زیاد باشد و سرعت پردازش را به شکل قابل توجهی بکاهد.

برگرفته از:

کتاب آموزش پردازش تصاویر ماهواره ای در محیط Arc map

مولفان:

سعید جوی زاده، منیژه براهیمی، شیما اخگر، مسلم شمشیری، امیرحسین احراری

تلفن سفارش :

09382252774-07132341477

برای دانلود جزوات و فیلم های رایگان در زمینه GIS وRS به وب سایت زیر مراجعه نمایید:

https://gisland.org/

سنجش از دور,سنجش از دور اپتیکی,سنجش از دور راداری,سنجش از دور ابرطیفی,سنجش از دور حرارتی,سنجش از دور لایدار, تصاویر ماهوارهای, توانهای تفکیک,ماهواره ها و سنجنده ها, معرفی ماهوارههای سری لندست, نسل اول ماهوارههای لندست, سنجنده اسکنر چند طیفی, نسل دوم ماهوارههای لندست, سنجنده نقشه بردار موضوعی, نسل دوم ماهوارههای لندست, سنجنده نقشه بردار موضوعی, نسل سوم ماهوارههای لندست, سنجنده نقشه بردار موضوعی بهبود یافته, سنجنده مادیس, نسل چهارم ماهوارههای لندست, سنجنده OLI و سنجنده مادون قرمز حرارتی, سنجندههای چندطیفی ماهوارههای سری NOAA, ماهواره آیکونوس, دانلود تصاویر ماهواره ای, دانلود تصاویر ماهواره ایی از طریق سایت EarthExplorer,دانلود تصاویر ماهواره ایی از طریق سایت GLCF, دانلود تصاویر ماهواره ای با استفاده از نرم افزار SAS Planet, دانلود تصاویر از طریق سایت libra.developmentseed,آشنایی با محیط نرم افزارArc map, معرفی نرمافزار ArcMAP, طریقه دسترسی به ArcMAP, آشنایی با محیط ArcMAP, طریقه اضافه کردن جدول مندرجات , آشنایی با جدول مندرجات (Table Of Contents), طریقه اضافه کردن نوارها در محیط ArcMAP, آشنایی با نوار ابزار استاندار, آشنایی با نوار ابزار Tools, وارد نمودن داده ها(لایه های اطلاعاتی)در ArcMAP, انواع روش های ذخیره نمودن یک پروژه در ArcMAP ,ذخیره نمودن یک پروژه,باز نمودن یک پروژه ,ذخیره نمودن نقشه برای چاپ,استفاده از روش Publisher, ,بازکردن پروژه Publisher ,روش ذخیره ی پروژه به روش PDF ,ترکیب باندها (Composite bands) ,معنی و مفهوم Composite bands ,ایجاد ترکیب رنگی ,کاربرد برخی از ترکیب های رنگی ,ایجاد ترکیب رنگی تصاویر ماهواره ای در ArcMAP,تصحیح هندسیGeoreferencing, ,ژئورفرنس کردن ,مراحل انجام Geo Referencing ,کاربرد نرم افزار Google earth در محیط GIS , نرم افزار ,Google Earthتبدیل لایه های GIS به فرمت ,Google earth, Layer To KML, Map To KML ,تبدیل لایه های Google earth به فرمت GIS ,موزاییک کردن (Mosaicking) ,موزائیک کردن , ایجاد برش بر روی تصویر ماهواره ای,کنتراست و درخشندگی (Contrast And Brightness function) , روش به وجود آوردن تابع کنتراست بر روی تصویر در محیط ArcMap ,فیلتر (Filter),روش انجام فیلتر در نرم افزار Arc MAP, ,انوع فیلتر کانولوشن,تحلیل مؤلفه های اصلی PCA (Principal component analyses),تحلیل مولفه های اصلی,روش انجام PCA در نرم افزار ArcMAP ,محاسبه شاخص ها,محاسبه شاخص های سنجش از دور در نرم افزار ArcMAP ,شاخص پوشش گیاهی NDVI,شاخص Normalized Difference Vegetation IndexI ,سری های زمانی و ترکیب های (Composite) شاخص پوشش گیاهی NDVI , کاربردهای NDVI,ایجاد یک نقشه NDVI در ArcMAP, محاسبه شاخصInfrared Percentage Vegetation Inde (IPVI ), شاخص(Ratio Vegetation Index(RVI, ,شاخصDVI , Divergence Vegetation Index , ,موسسه چشم انداز، کتاب آموزش کاربردی پردازش تصاویر ماهواره ای, پردازش تصاویر ماهواره ای, کتاب آموزش کاربردی ArcMAP , کتاب GIS ,محاسبه خط خاک و بدست آوردن معادله خط خاک,طبقه بندی (Classification),محدودیتھای کلاسه بندی تصاویر (داده ھا),روشهای طبقه بندی در Arc MAP ,طبقه بندی نظارت نشده (Unsupervised),طبقه بندی نظارت شده (supervised),تهیه نقشه کاربری اراضی با استفاده از طبقه بندی نظارت شده و طبقه بندی نظارت نشده ,تهیه نقشه کاربری اراضی در Arc MAP به روش طبقه بندی نظارت شده,تهیه نقشه کاربری اراضی در Arc MAP به روش طبقه بندی نظارت نشده,برچسب گذاری (Label) بر روی تصاویر ماهواره ای, برچسب گذاری,روش های برچسب گذاری تصاویر ماهواره ای در ArcMAP,تبدیل برچسبها به Annotation,خروجی گرفتن از تصاویر ماهواره ای,چیدمان نقشه,عناصر چیدمان نقشه نمایش کلی عناصر چیدمان نقشه ,محیطView layout , آشنایی با افزونه ENVI Tools در نرم افزار ArcGIS ,دسترسی به برخی توابع ENVI در ArcMap ,اضافه کردن امکانات پردازش تصاویر با استفاده از مدلها برای کاربرد مورد نظر,تئوری سنجش از دور ,دانلود تصاویر ماهواره ای (سایت Earth Explore), مرتب کردن باندها (composite) ,باز کردن تصاویر ماهواره ای و فرمت های متداول، کار با فایل Header ,ایجاد تصاویر ترکیب رنگی,موزائیک کردن تصاویر (mosaicking), برش تصاویر (Subset),زمین مرجع کردن و تصحیحات جغرافیایی تصاویر ماهواره ای (Georefrencing),عملیات نسبت گیری باندی و شاخص های مشهور (NDVI),ایجاد مناطق آموزشی ,بررسی روش های طبقه بندی نظارت شده و نظارت نشده,نحوه خروجی گرفتن در GIS