English
فارسی
فارسی
English

سنجش از دور

پیشگفتار
پس از گذشت 157 سال از آغاز ایده ­ی سنجش از دور با یک عکس هوایی از بالن، امروزه سنجش از دور به عنوان یکی از روش­های استاندارد تولید داده ­های مکان­ مبنا جایگاه مهمی در بین علوم مختلف یافته است. در سال­های اخیر پرتاب ماهواره های متعدد با سنجنده ­های بسیار پیشرفته به لحاظ مکانی و رادیومتریک این علم و فناوری نو را در وضعیتی ویژه قرار داده است. این روند تا جایی پیش رفته که سنجش از دور را به عنوان راه حلی توانا در مسائل بسیاری از علوم مطرح کرده است. به طور کلی ماهیت سنجش از دور برخاسته از نتیجه ­ی اثر محیط و عوارض بر موج الکترومغناطیس می­باشد. که بر همین اساس انواع سنجش از دور و کاربردهای هر یک تقسیم­ بندی می­شود. در این مقاله به صورت مختصر بر مفاهیم سنجش از دور، روند تاریخی این فناوری در جهان و ایران مروری خواهیم داشت. همچنین در این تحقیق برای نخستین بار مجموعه ­ای با عنوان "اطلس کاربردهای سنجش از دور" ارائه می­شود که در آن سعی شده با نگاهی جامع از داده ­ها و قابلیت­های مختلف فناوری سنجش از دور کاربردهای این علم در حوزه­ های مختلف ارائه شود.

تعریف سنجش از دور
نقشه ­برداری زمینی، هیدروگرافی، مشاهدات نجومی، فتوگرامتری و سنجش از دور از جمله مهمترین روش­های جمع­ آوری داده ­های مکان مبنا می­باشند. در این بین فناوری فتوگرامتری و سنجش از دور و یا به طور کلی سنجش از دور به واسطه پوشش وسیع مکانی و زمانی برای جمع­ آوری اطلاعات در سال­های اخیر مورد توجه محققان قرار گرفته است. سنجش از دور یعنی تشخیص و جمع‌ آوری داده از فاصله دور و عمدتاً به عنوان فناوری و علمی تعریف می‌شود که به وسیله آن می‌ توان بدون تماس مستقیم، مشخصه‌ های (مکانی، طیفی و زمانی) یک شیء یا پدیده را تعیین، اندازه‌گیری و یا تجزیه و تحلیل نمود با نداشتن تماس مستقیم، باید روشی برای انتقال اطلاعات از طریق فضا مورد استفاده قرار گیرد. برای این منظور، واسطه­ های مختلفی مانند میدان جاذبه، میدان مغناطیسی، امواج صوتی و انرژی الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این وجود، فناوری رایج در سنجش از دور، استفاده از امواج الکترومغناطیس است. 
در حالت کلی، تعریف فوق دامنه وسیعی از کاربردها نظیر مشاهدات زمینی، تصویربرداری پزشکی از طریق مافوق صوت، تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)، توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) و تصویربرداری صنعتی را شامل می‌شود. در مفهوم مدرن، این اصطلاح عموماً به کاربرد فناوری‌ های سنجنده‌ های تصویربردار نصب‌ شده بر روی هواپیماها و فضاپیماها گفته می­شود که از زمینه­ های دیگر مرتبط با تصویربرداری مانند تصویربرداری پزشکی جداست.
فرآیند سنجش از دور از هفت مولفه تشکیل شده است:
منبع انرژی یا روشنایی: اولین لازمه سنجش از دور، یک منبع انرژی است که عمل روشن‌ سازی یا تهیه انرژی الکترومغناطیس بر روی هدف تحت مطالعه را به عهده داشته باشد.
تابش و اتمسفر: در هنگام عزیمت انرژی از منبع به هدف، انرژی با اتمسفری که از آن عبور می‌کند، تعامل دارد. این پدیده ممکن است بار دومی نیز هنگامی که انرژی از هدف به سنجنده عزیمت می‌کند، اتفاق بیافتد.
تعامل با هدف: بعد از رسیدن انرژی به هدف، با توجه به خصوصیات انرژی و هدف، تعامل صورت می‌گیرد.
ثبت انرژی به وسیله حسگر: بعد از اینکه انرژی توسط هدف پراکنده یا از آن ساطع شد، سنجنده دوردستی تشعشع الکترومغناطیس حاوی اطلاعات سطح را جمع‌ آوری و ضبط می‌کند.
انتقال، دریافت و پردازش: انرژی ضبط‌ شده توسط سنجنده به شکل الکترونیکی به یک ایستگاه دریافت و پردازش برای بازسازی تصویر اخذ شده انتقال می‌یابد.
تفسیر و تحلیل: تصویر به صورت بصری و یا رقومی تفسیر شده و اطلاعات لازم درباره هدف استخراج می‌ شوند.
کاربرد: جزء پایانی فرآیند سنجش از دور عبارتست از استفاده از اطلاعات استخراج شده برای درک بهتر، کشف اطلاعات جدیدتر و یا کمک به حل یک مساله خاص.


 
فرآیند سنجش از دور: A، منبع انرژی؛ B، تعامل با اتمسفر؛ C، تعامل با سطح؛ D، سنجنده؛ E، انتقال؛ F، پردازش؛ و G، کاربرد
 
تاریخچه سنجش از دور:
نقطه آغاز علم سنجش از دور مدرن را می‌توان از زمان توسعه پرواز دانست. در سال 1858، اولین عكس‌ هوایی توسط گاسپار فیلیکس تورناکون از فراز شهر پاریس به‌وسیله یك بالن تهیه شد.

 
توسعه صنعت هواپیمایی نقطه عطفی در تاریخ سنجش از دور به‌حساب می‌آید. در سال 1908، ویلبر رایت اولین هواپیمای عكاس را رهبری نمود كه شخص دیگری در آن به تهیه عكس‌های هوایی می‌پرداخت. در سال‌های آخر جنگ جهانی اول، عكس‌های هوایی به صورت گسترده‌ای برای اهداف شناسایی به‌كار گرفته شدند. اما جنگ جهانی دوم، دوره جدیدی برای عكس‌برداری‌های هوایی به همراه داشت. در این زمان بود كه پیشرفت‌های مهمی در صنعت عكس‌برداری حاصل و استفاده از فیلم‌های حساس مادون قرمز رایج شد.

سنجنده هوابرد ASAR
با این وجود، بزرگ‌ترین تحول و جهش در فناوری سنجش از دور، با توسعه فناوری فضایی در اواخر دهه 50 میلادی رخ داد. ماهواره‌‌ها بستری را فراهم می‌كردند تا حسگرها بتوانند از بالاترین ارتفاع ممكن، با تسلط كامل بر سیاره زمین و در موقعیت‌ های متوالی، به تهیه و ارسال داده‌‌ها بپردازند. از آن پس، ماهواره‌‌ها با داشتن مزایایی چون ماموریت بلندمدت و پوشش جهانی به عنوان سکوی متداول حامل سنجنده‌‌ها مورد استفاده قرار گرفتند.
امروزه فناوری سنجش از دور گسترش بسیار زیادی یافته است. سنجش از دور علاوه بر جایگاه علمی ویژه خود به عنوان ابزاری در دست دانشمندان علوم مختلف، به عنوان یک تجارت گسترده نیز مطرح است و کشورهای بسیاری وارد این حوزه شده‌اند. نقطه كلیدی توسعه این فناوری، پیشرفت در ساخت انواع سنجنده‌‌ها و توسعه علم پردازش داده‌ها است. در جهان امروز، نقشه‌ برداری، هواشناسی، اقیانوس‌ شناسی، زمین‌ شناسی و بسیاری از حوزه‌ های مشابه كاملاً وابسته به دانش سنجش از دور هستند.
در آغاز قرن بیست و یكم و با پیشرفت بی‌ سابقه و سریع در حوزه ارتباطات دیجیتالی، سنجش از دور حتی به خانه‌ های مردم عادی نیز وارد شده است. مردم امروزه می‌توانند با استفاده از برخی خدمات اینترنتی، تصاویر ماهواره‌ای موردنظر خود را بر روی رایانه شخصی خود دریافت كنند. حتی امكان دیدن تصاویری از وضعیت خورشید و سیارات منظومه شمسی نیز برای عموم وجود دارد. شاید این پیشرفت را بتوان نشانه‌ای از یك جهش در فناوری سنجش از دور دانست.


برخی از سنجنده ­های فضابرد فعال
سابقه تهیه عکس‌ های هوایی سراسری از ایران به دهه 40 بازمی‌گردد. در كشور ما اولین فعالیت متمركز برای وارد شدن در حوزه سنجش از دور ماهواره‌‌ای در سال 1353 به دنبال پرتاب اولین ماهواره منابع زمینی با تاسیس دفتر جمع‌آوری اطلاعات ماهواره‌‌ای در سازمان برنامه و بودجه وقت صورت گرفت که پس از مدتی دفتر مذکور به مرکز سنجش از دور تغییرنام داد. این مجموعه، در سال 1356، در قالب طرح استفاده از ماهواره، اقدام به خرید و نصب یک ایستگاه گیرنده تصاویر ماهواره‌‌ای در ماهدشت کرج نمود. در سال 1371، طبق ماده واحده مصوب مجلس شورای اسلامی، مرکز سنجش از دور ایران در قالب یک شرکت دولتی به وزارت پست و تلگراف و تلفن سابق واگذار شد. متعاقباً در سال 1382، به منظور انجام مصوبات شورای عالی فضایی کشور، تمامی فعالیت‌های حاکمیتی مرکز سنجش از دور ایران به سازمان فضایی ایران محول شد.

تئوری سنجش از دور
پرتوهای بازتابی که از نوع امواج الکترومغناطیسی هستند، می‌توانند دارای منابع گوناگونی همانند پرتوهای خورشیدی، پرتوهای حرارتی اجسام یا حتی پرتوهای مصنوعی باشند. قویترین منبع تولید کنندة این انرژی، خورشید است، در تمامی طیف الکترومغناطیس، تابش می‌کند. وقتی انرژی الکترومغناطیسی به زمین می‌رسد، قسمتی از آن بازتابیده و قسمت دیگری جذب می‌شود. انرژی جذب شده ممکن است متعاقباً تابش گردد، که این تابش عمدتاً در طیف فروسرخ رخ می‌دهد. سهم بازتاب شده یا جذب و تابش مجدد شدة انرژی الکترومغناطیسی، برای مواد مختلف متفاوت است. با اندازه‌ گیری مقدار انرژی الکترومغناطیسی بازتابی و یا تابش شده و مقایسه آن با منحنی‌ های بازتاب طیفی موادی معین، می‌توان اطلاعاتی از سطح خشکی و سطح دریاها بدست آورد. در کنار منبع طبیعی تولید انرژی الکترومغناطیسی که در سنجش از دور غیر فعال کاربرد دارد، انرژی الکترومغناطیسی می‌تواند بطور مصنوعی نیز تولید شود که آنرا اصطلاحاً سنجش از دور فعال می‌نامند. سنجنده ­های فعال با ارسال بسته­ای از امواج ماکروویو و دریافت بازپراکنش آن خصوصیات هندسی و دی الکتریک اهداف را اندازه­ گیری می­کتتد. مهمترین مزییت این سنجنده ­ها نسبت به سنجنده­ های غیرفعال عدم وابستگی به شرایط جوی و خورشید است. سنجنده ­های فعال در سنجش از دور از تکنیک SAR برای افزایش قدرت تفکیک مکانی با طول آنتن کوچک بهره می­برند. نسل­های جدید سنجنده ­های SAR امواج ماکروویو را در کانل­های مختلف پلاریمتری ثبت می­کنند.
با توجه به محدوده‌ های انرژی الکترومغناطیس به کار رفته و خصوصیات آنها در محدوده‌های طیفی نوری، حرارتی و مایکروویو، سنجش از دور نوری، سنجش از دور حرارتی و سنجش از دور مایکروویو مطرح می‌شوند. سنجش از دور اشعه ایکس و گاما در مقیاس محدودتری مطرح هستند.
الف) سنجش از دور نوری[1]
در محدوده 4/0 تا 3 میکرومتر در طیف الکترومغناطیس، امکان تهیه تصاویر مرئی، مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز میانی در سنجش از دور فراهم‌‌ می‌باشد. وجود باندهای تصویربرداری مرئی و مادون قرمز نزدیک، جزء لاینفک اکثر ماهواره های سنجش از دور تصویربردار غیر راداری‌‌ می‌باشند. اهمیت اخذ تصویر در این محدوده منجر به بهبود توان تفکیک مکانی و ظهور ماهواره های با توان تفکیک بالا[2] در سالهای اخیر گردیده است. تهیه نقشه های شهری، کاربری زمین و اراضی، از عمده کاربردهای این تصاویر‌‌ می‌باشند. همچنین نظر به اهمیت توان تفکیک طیفی، تصاویر ماهواره‌ای ابرطیفی[3] نقش غیر قابل انکاری در بهبود تهیه نقشه های پوششهای مختلف زمینی داشته است. در همین راستا مطالعه بر روی داده های ماهواره‌ای مختلف در این محدوده طیفی و بررسی نقش آنها در بهبود تولید محصولات سنجش از دوری کاربری زمین و اتمسفر با کمک روشهای نوین پردازش تصویر و ابزارهای هوش مصنوعی، از عمده موضوعات مورد توجه در تحقیقات اخیر بوده است.
ب) سنجش از دور حرارتی[4]
یکی از قابلیتهای مهم سنجش از دور، تهیه تصویر در شب در محدوده مادون قرمز حرارتی است. محدوده 3 تا 15 میکرومتر طیف الکترومغناطیس را مادون قرمز حرارتی‌‌ می‌نامند. بر اساس قانون پلانک، هرجسم بر روی سطح زمین در دمای بالاتر از صفر درجه کلوین، تشعشعاتی دارد که با استفاده از سنجنده های حرارتی ماهواره های سنجش از دور در طول روز و شب قابل اندازه گیری‌‌ می‌باشند. دمای سطح زمین[5] به عنوان یک کمیت ترمودینامیک، شاخص مهمی در مطالعه مدلهای تعادل انرژی در سطح زمین و بررسی اثرات گلخانه‌ای بوده و از مهمترین پارامترها در بررسی فعل و انفعالات سطح زمین در مقیاس منطقه‌ای و جهانی‌‌ می‌باشد. به عنوان مثال محاسبه دقیق دمای سطح برف و یخ در مناطق منجمد شمالی به منظور بهبود تخمین بیلان گرمایی و ارتباط آن با تغییرات آب و هوا در مقیاس جهانی، اهمیت بسیار زیادی دارد. در کشاورزی از دمای سطح زمین به منظور ارزیابی میزان آب مورد نیاز محصولات کشاورزی، بررسی خشکسالی، تشخیص سرمازدگی در باغ‌ها و مناطق خسارت دیده از سرمازدگی استفاده‌‌ می‌گردد. از کاربردهای دیگر نقشه های حرارتی‌‌ می‌توان به تشخیص آنومالیهای حرارتی قبل از وقوع آتشفشان و زلزله، تهیه نقشه مناطق مستعد انرژی زمین گرمایی برای تولید انرژی، تشخیص ابر و غیره اشاره نمود.
ج) سنجش از دور ماکروویو[6]
محدوده یک میلیمتر تا یک متر طیف الکترومغناطیس، امکان طراحی، ساخت و پرتاب دو نمونه سنجنده های مایکروویو فعال و غیر فعال به منظور تهیه اطلاعات از زمین را فراهم نموده است. سنجنده‌ی رادار با روزنه ترکیبی (Synthetic Aperture Radar) به دلیل قابلیت‌های خاص خود مانند دید در شب و عبور امواج ماکروویو از ابر، در دهه‌های اخیر مورد توجه بسیاری از محافل علمی مرتبط با سنجش از دور قرار گرفته است. موضوع اصلی در اصول سنجش از دور فعال و غیرفعال در باند ماکروویو طیف الکترومغناطیس، مدیریت و پردازش اطلاعات جمعآوری شده توسط سنجنده های ماهوارهای SAR، استخراج و تفسیر کمی و کیفی اطلاعات در زمینه های مختلف عمرانی، زیست محیطی و غیره را تشکیل‌‌ می‌دهد.
 سکوها وظیفه حمل سنجنده و سایر قسمت‌های ماهواره را بر عهده دارند. ماهواره و هواپیما دو نمونه متداول سکو­ها هستند. سکوها در دو مدار خورشیدآهنگ و زمین‌آهنگ مورد استفاده قرار می‌گیرند. انتخاب مدار سکو با توجه به هدف طراحی‌شده برای ماموریت انجام می‌شود. ماهواره‌های سنجش از دور عمدتاً در مدارهای خورشیدآهنگ قرار می‌گیرند تا زاویه بازتابش نور خورشید در نقاط مختلف زمین در تناوب‌های مختلف چرخش ماهواره ثابت باشد و از بالای هدف در زمان ثابتی عبور کنند. مدارهای زمین‌آهنگ برای کاربردهایی که به اطلاعات همزمان با توان تفکیک زمانی بالا مانند هواشناسی، نیاز است، مورد استفاده قرار می‌گیرند.
تجزیه و تحلیل تصاویر سنجش از دور از طریق روش­ها و تکنیک‌های پردازش تصویر شامل پردازش تصویر آنالوگ و پردازش تصویر رقومی صورت می‌گیرد. پردازش تصویر آنالوگ یا بصری بر روی کپی‌های سخت مانند عکس‌های هوایی اعمال می‌شود. در تجزیه تحلیل تصاویر از عناصر تفسیر مانند شکل، سایز، بافت، همراهی، تن، رنگ، پارالاکس، الگو، ارتفاع، سایه، مکان استفاده می‌شود. پردازش تصویر رقومی مجموعه‌ای از تکنیک‌هایی است که برای دستکاری تصاویر با رایانه استفاده می‌شود و عمدتاً شامل پیش پردازش، پردازش (طبقه ­بندی، قطعه ­بندی، آشکارسازی تغییرات، آشکارسازی هدف و ...) و پس ­پردازش است. نتایج پایانی این فرایند به تصاویر، نقشه ­ها، داده‌ها و گزارش‌هایی ختم می‌شود که ارائه‌دهنده اطلاعاتی در خصوص منابع داده‌، روش‌های تحلیل، خروجی و قابلیت اطمینان به آن است.

کاربردهای سنجش از دور
همانطور که پیش تر گفته شد، سنجش از دور با طیف وسیع قابلیت­هایی که دارد در بین علوم مختلف جایگاه ویژه­ای دارد. در کاربردهای مختلف اگرچه سنجش از دور پاسخگوی کامل نیازها نیست اما به خوبی می­تواند بخش بزرگی از اطلاعات مورد نیاز را برای علوم مختلف فرآهم کند. موسسه سنجش از دور بصیر برای نخستین بار مجموعه­ای را با عنوان "اطلس کاربردهای سنجش از دور" گردآوری کرده که در آن سعی شده با نگاهی جامع از داده­‌ها و قابلیت­های مختلف فناوری سنجش از دور کاربردهای این فن را در حوزه ­های مختلف ارائه دهد

[1] Optical Remote Sensing
[2] High resolution
[3] Hyperspectral
[4] Thermal Remote Sensing
[5] Land Surface Temperature
[6] Microwave Remote Sensing
 
تهران، پاسداران، میدان هروی، بلوار پناهی نیا، برج گلزار، طبقه 8، واحد 40
(098) 021-22976915
(098) 021-22943352
(098) 021-22943064
ورود به پنل کاربری
نام کاربری
رمز عبور
لطفاً نام کاربری و رمز عبور را به صورت صحيح وارد نمائيد
قبلاً در وب سایت ثبت نام نکرده اید؟
عضويت در سايترمز عبور را فراموش کرده ام