همه چیز در مورد سنجش از دور .... Remote Sensing

[Sharim]

سلام دوستان
توی این تاپیک هر چیزی در مورد سنجش از دور وجود داره رو قرار میدم .
چون این تاپیک بعد از تکمیل خودش یک مرجع کامل سنجش از دور خواهد شد و تمام مطالبش هم با هم پیوستگی دارن از مدیران خواهش میکنم این تاپیک رو با اون یکی تاپیک ترکیب نکنند

ممنون .

فناوري سنجش از دور و كاربردهاي مختلف آن



************************************************** *********************************

ضمن تشکر بسیاااااااااار از magmagf عزیز, برای مشاهده فهرست بندی مطالب این تاپیک به صفحه آخر مراجعه کنید .

ممنونم

[Sharim]

مقدمه :
در سال 1972 اولين سري ماهواره هاي لندست با دوربين و سنجنده هاي RBV ، MSS و TM در چهار و هفت باند توسط ايالات متحده آمريكا در مدار زمين قرار گرفته و تصاوير حاصله در اختيار هزاران محقق قرار داده شد. از اين مرحله كه تصويربرداري از حالت آنالوگ خارج و بصورت رقومي درآمد، دريچه اي جديد براي پردازش تصاوير و نهايتاً تعبير و تفسير آنها به روي بشر گشوده شد.




شوروي سابق كه در بهره برداري از ماهواره هاي تصويربرداري بصورت آنالوگ سابقه ديرينه‌اي داشت با پرتاب سري ماهواره‌هاي كاسموس در پي تصويربرداري بصورت رقومي برآمد و بدين ترتيب بطور اعجاب انگيزي صحنه رقابت براي ساير ملل فراهم شد.
فرانسه در سال 1986 اولين سري ماهواره هاي spot را با قدرت تفكيك 10 و 20 متر (درسه باند) و هندوستان سري ماهواره هاي IRS را در سال 1988، ژاپن سري ماهواره هاي MOS را در سال 1990، آژانس فضايي اروپا سري ماهواره هاي ERS را در سال 1991 و كانادا سري ماهواره هاي Radar-Sat را در سال 1995 در مدار زمين قرار دادند.

اكنون بسياري از كشورهاي جهان با درك اهميت دستيابي به تكنولوژي هاي فضايي جهت بهره برداري‌هاي صلح آميز از منابع زمين و حفظ امنيت ملي خود به طرق گوناگون اقدام نموده و به موفقيت هاي مهمي نيز دست يافته اند كه از اين ميان مي توان كره شمالي با پرتاب ماهواره KOM-SAT در سال 1998، مشاركت برزيل و چين جهت پرتاب ماهواره CBERS در سال 1996و مشاركت كشورهاي مختلف در طراحي، ساخت و پرتاب انواع ماهواره را نام برد.

حاصل پرتاب اين ماهواره ها، تهيه ميليونها تصوير از زمين بوده است كه در اختيار هزاران محقق و مؤسسه تحقيقاتي قرار گرفته و با پردازش و تعبير و تفسير آنها، اهميت و كاربردهاي علوم و تكنولوژي فضايي آشكارشده است. اين علوم قادر به پيش بيني بروز حوادث غيرمترقبه و هشدارهاي لازم، آشكارسازي فعاليت هاي مخاطره آميز زيست‌محيطي و كاهش اثرات ناشي از آنها، مديريت فرسايش ساحلي، پيش بيني فصلي و سالانه آب و هوا و بررسي اثر آنها بر كشاورزي، خشكسالي و پيشروي كوير، برنامه ريزي و مديريت منابع طبيعي نظير معادن، جنگل، مراتع، ماهيگيري، وحوش و حوادث مخاطره آميز، مديريت آب آشاميدني، آشكارسازي آلودگي آب و جلوگيري از امراض، تهيه انواع نقشه هاي موضوعي و كارتوگرافي در مقياس هاي گوناگون مي باشند.

سنجش از دورچيست؟

بطوركلي Remote Sensing يا سنجش از دور را ميتوان تكنولوژي كسب اطلاعات و تصويربرداري از زمين با استفاده از تجهيزات هوانوردي مثل هواپيما، بالن يا تجهيزات فضايي مثل ماهواره ناميد. به عبارت ديگر سنجش از دور علم و هنر بدست آوردن اطلاعات در مورد هر موضوع تحت بررسي به وسيله ابزاري است كه در تماس فيزيكي با آن نباشد. مزيت برتر اطلاعات ماهواره اي نسبت به ساير منابع اطلاعاتي، پوشش تكراري آنها از نواحي معين با فاصله زماني مشخص است. در سنجش از دور، انتقال اطلاعات با استفاده از تشعشعات الکترو مغناطيسي(EMR) انجام مي گيرد.
تصوير فوق بطور شماتيك فرآيند كلي و عناصر مؤثر در سنجش از دور الكترومغناطيسي منابع زمين را نشان مي دهد. دو فرآيند مبنايي، شامل اخذ داده و تجزيه و تحليل آنهاست.

A - منبع انرژي
B - انتشار انرژي از ميان جو
C - فعل و انفعالات انرژي بر اثر برخورد با عوارض سطحي زمين
D - سنجنده هاي هوايي و يا فضايي
E - انتقال اطلاعات كسب شده
F - دريافت اطلاعات اوليه و توليد داده بصورت رقومي و يا تصويري
G - فرآيند تجزيه و تحليل داده، شامل بررسي و تعبير و تفسير داده ها با بكارگيري وسايل مختلف ديداري و كامپيوتري به منظور آناليز داده هاي حاصل از سنجنده.
تجزيه و تحليل كننده (user) با كمك داده هايي كه توسط سنجنده جمع آوري شده اطلاعات مربوط به نوع، ميزان، موقعيت و شرايط منابع مختلف زمين را استخراج مي نمايد، سپس اين اطلاعات( بصورت نقشه ها، جداول چاپي يا فايل‌هاي كامپيوتري) با لايه هاي ديگر اطلاعات در يك سيستم اطلاعات جغرافيايي(GIS) ادغام و براي مصرف كاربران آماده مي‌شود.

[Sharim]

طيف الكترومغناطيس:

تابش الكترومغناطيسي(Electro-Magnetic Radiation) بعلت اتمها و مولکولهاي موجود در مواد مي باشد. اتمها حاوي هسته‌هايي با بار مثبت بوده که توسط الکترون‌هاي اربيتالي در برگرفته شده اند که داراي تراز مجزاي انرژي ميباشند. انتقال الکترونها از ترازي به تراز ديگر باعث تابش اشعه هايي با طول موجهاي مجزا مي شود. در نتيجه طيفي بنام طيف الكترومغناطيسي ايجاد ميشود. اين طيف (EMR) که از يک شيء بازتاب مي‌يابد، منبع معمول داده هاي سنجش از دور است.





در سنجش از دور، طبقه بندي امواج الكترومغناطيسي بر اساس موقعيت طول موج آنها در طيف الكترومغناطيس انجام مي‌گيرد. متداول‌ترين واحدي كه براي اندازه گيري طول موج در طيف الكترومغناطيس مورد استفاده قرار مي گيرد، ميكرومتر است. يك ميكرومتر معادل يك ميليونيم متر مي باشد. همچنين بايد توجه داشت كه بخشهاي طيف الكترومغناطيسي به كار رفته در سنجش از دور در امتداد يك طيف پيوسته قرار مي گيرند كه مقدار آنها نسبت به يكديگر تا حد توان ده(بطور پي در پي) تفاوت دارد.
فناوري سنجش از دور باعث از محدوده وسيعي در طيف الکترومغناطيسي شامل امواجي با طول موج بسيار کوتاه(اشعه گاما) تا بسيار بلند(امواج راديويي) مي‌شود.

محدوده طول موج طيف الکترومغناطيس داراي محدوده‌اي با اسامي متفاوت از اشعه گاما، اشعه X، اشعه فرابنفش، نور مرئي، اشعه مادون قرمز تا امواج راديويي‌(بترتيب از طول موج‌هاي کوتاهتر به بلندتر) مي‌باشد. بخش مرئي چنين نموداري بي نهايت كوچك است، زيرا حساسيت طيفي چشم انسان بين 4/0 ميكرومتر تا 7/0 ميكرومتر است. بطوريكه رنگ آبي تقريباً بين طول موج 4/0 ميكرومتر تا 5/0 ميكرومتر، رنگ سبز تقريباً بين طول موج 5/0 ميكرومتر تا 6/0 ميكرومتر و رنگ قرمز تقريباً بين طول موج 6/0 ميكرومتر تا 7/0 ميكرومتر مي باشد.
محدوده طيف الکترومغناطيس قابل ديد توسط چشم انسان(سيگنال‌ها از طريق گيرنده هاي چشم به مغز برده مي‌شود و تفاوت بين آنها، حس تشخيص رنگ‌ها را به انسان مي دهد).

انرژي ماوراء بنفش به انتهاي نور آبي بخش طيف مرئي متصل است. در انتهاي نور قرمز محدوده ‌طيف مرئي، سه نوع امواج مادون قرمز وجود دارد كه عبارت هستند از:

1) مادون قرمز نزديك: از 7/0 ميكرومتر تا 3/1 ميكرومتر
2) مادون قرمز مياني: از 3/1 ميكرومتر تا 3 ميكرومتر
3) مادون قرمز حرارتي: بيش از 3 ميكرومتر.

در طول موجهاي بيشتر (1 ميلي متر تا 1 متر)، بخش امواج كوتاه(ميکروويو) طيف وجود دارد.
اكثر سيستم هاي سنجش متداول در يك يا چندين بخش از قسمتهاي مرئي، مادون قرمز يا ميكروويو طيف الكترومغناطيس فعاليت مي كنند. به عبارت ديگر هر يك از سيستم هاي سنجنده(Sensor) به نواحي خاصي از طيف الكترومغناطيس حساس بوده و قسمتي از خصوصيات طيفي اجسام را ثبت مي كنند.

به عنوان مثال دستگاههاي عكسبرداري معمولي نسبت به انرژي نور مرئي و نزديك به آن يعني طول موج هاي 3/0 تا 2/1 ميكرون حساسيت دارند؛ سنجنده هاي اسكن كننده مادون قرمز حرارتي عموماً ‌به طول موجهاي بين 1 تا 2 ميكرون و دستگاههاي رادار به باندهايي با طول موجهاي خيلي بلندتر(ميلي متر و متر) حساس هستند.

ارتباط بين طول موج با انرژي و فركانس: طول موج کوتاهتر، انرژي و فرکانس بيشتر و بالعکس.
ارتباط بين طول موج با انرژي وفركانس: بيشترين انرژي و فركانس و امواج با طول موج كوتاه درمحدوده مرئي قرار دارد.

[Sharim]

عوامل مؤثر در تشكيل تصاوير:
هنگاميكه انرژي تابشي در سطح زمين به هر جسم برخورد مي كند، انرژي به سه شكل اصلي توسط آن ماده منعكس، منتقل يا جذب مي‌شود.



خصوصيات انرژي هاي ايجاد شده بر اساس شرايط و نوع مواد موجود در زمين بسيار متفاوت است و اين بدان معناست كه بعضي از اجسام در مقابل يك طول موج بخصوص داراي خاصيت انعكاسي بوده ولي در يك طول موج ديگر داراي خاصيت جذب و انتقال انرژي هستند. مجموعه يك چنين پديده هايي بر روي تصاوير مختلف، رنگ يا تن هاي بخصوصي ايجاد كرده و به چشم اجازه مي‌دهد اشكال مختلف موجود در تصاوير را از هم تشخيص دهد.
خصوصيات انرژي هاي ايجاد شده بر اساس شرايط و نوع مواد موجود در زمين بسيار متفاوت است و اين تفاوت‌ها باعث شناسايي پديده هاي مختلف توسط جشم مي‌شود.
منحني تابش امواج الکترومغناطيس براي موارد ذكر شده در تصوير عبارت است از نمودار انعكاس طيفي يك شيء به صورت تابعي از طول موج آن.

[Sharim]

فعل و انفعال انرژي در اتمسفر و سطح زمين:

نور خورشيد هنگام عبور از اتمسفر توسط مولكول‌ها و ذرات معلق اتمسفر تحت تاثير قرار گرفته، منعكس، پخش يا جذب مي‌شود. اين روش تغيير و تحليل در شدت نور خورشيد باعث ايجاد رنگ‌ها مي‌شود. به عنوان مثال رنگ آبي آسمان در طول روز به علت انتشار طيف آبي در اتمسفر است.

علت رنگ آبي آسمان در روز انتشار طيف آبي در اتمسفر است(تمام طول موج‌هاي کوتاهتر پس از طي مسافتي منتشر مي‌شوند و فقط طول موج‌هاي بلندتر به سطح زمين مي‌رسند)

تمام مواد از اتم‌ها و مولكول‌هايي با تركيب مشخص تشكيل شده‌اند. بنابراين هر ماده تشعشعات الكترومغناطيس را به يك شكل واحد و تحت يك طول موج مشخص كه مرتبط با تراز انرژي دروني آن مي‌باشد، جذب، بازتاب يا منتشر مي‌كند كه خصوصيات واحد مواد يا خصوصيات طيفي ناميده مي‌شود. به عنوان مثال دليل اينكه برگ برخي ازگياهان سبز‌ به نظر مي‌رسد اين است كه كلروفيل، طيف آبي و قرمز را جذب و طيف سبز را منعكس مي‌كند. علت رنگ سبز پوشش گياهي، بيشترين انعكاس طيف سبز است.

[Sharim]

پلاتفورم‌ها(Platforms):
حامل يا ناقل سنجنده هاي دورسنجي، پلاتفورم يا سكو ناميده مي‌شود. انواع تيپيك آن‌ها ماهواره‌ها وهواپيماها هستند ولي وسايل ديگري نظير هواپيماهايي با كنترل راديويي و بالون‌ها نيز براي سنجش ازدور با ارتفاع كم مورد استفاده قرارمي‌گيرند. به طور كلي فاكتور كليدي براي انتخاب يك پلاتفورم، بلندي مي‌باشد زيرا تعيين وضوح زمين در آن صورت مي‌گيرد و آن نيز بستگي به ميدان ديد لحظه‌اي(IFOV) سنجنده روي سكو دارد.
سنجنده‌ها(Sensors):

اندازه گيري و ثبت خصوصيات فيزيكي و شيميايي جو و سطح زمين از فاصله دور به وسيله ابزارهاي ويژه
اي بنام سنجنده(Sensor) انجام مي گيرد كه بر روي سكوهاي مختلف مانند ماهواره‌ها وهواپيماها نصب مي‌شود.

[Sharim]

سنجنده‌ها به دو گروه غيرفعال و فعال تقسيم مي‌شوند:

A - سنجنده هاي غيرفعال: قابليت تشخيص تشعشعات الكترومغناطيس منعكس شده از منابع طبيعي زمين را دارا مي‌باشند.
B - سنجنده هاي فعال: پاسخ‌هاي منعكس شده از پديده‌هايي كه توسط منابع انرژي مصنوعي مثل رادار، مورد تابش قرارگرفته اند را دريافت مي‌كنند.



ماهواره‌هاي سنجش از دور:
ماهواره‌هايي با گيرنده‌هاي راه دور براي مشاهده پديده هاي زمين، ماهواره‌هاي سنجش از دور يا ماهواره‌هاي ديد زميني ناميده مي‌شوند. اين ماهواره ها بر اساس ارتفاع، مسيرحركت و گيرنده‌هاي آنها از هم متمايز مي‌شوند.

انواع ماهواره‌ها:

1- LANDSAT، ASTER، SPOT، IRS، MOS، IKONOS، QUICKBIRD
2- با سيستم‌هاي راداري: RADARSAT، SEASAT، MAGSAT، ERS،JERS
3- NOAA (هواشناسي)
4- فضاپيماي SHUTTLE.
ماهواره لندست(Landsat):

استفاده جهاني اطلاعات سنجش از دور ابتدا توسط ماهواره لندست در سال 1972 آغاز شد. اين تحقيقات كه با استفاده از قسمتهاي مختلف طيف الكترومغناطيس صورت گرفته باعث افزايش كارايي زمين‌شناسان در زمينه پژوهش‌هاي معدني گرديده است.
لندست‌هاي 1 و 2 و 3 به ترتيب در تاريخ‌هاي 1/5/1351 و 31/4/54 و 14/12/56 به فضا پرتاب شدند. طراحي آنها به گونه اي بوده است كه هر روز كره زمين را در يك مدار قطبي با ارتفاع حدود Km 900 دور زده و در نتيجه قسمت اعظم كره زمين را با 251 گردش ماهواره مورد تصويربرداري قرار دهند.

با از كار افتادن لندست‌هاي 1 و 2 و 3 لندستهاي 4 و 5 در تاريخ‌هاي 25/4/61 و 10/12/62، به فضا پرتاب و در ارتفاع Km700 قرار گرفتند و در نتيجه كره زمين را با 233 گردش پوشش مي دهند. اخيراً ‌نيز لندست‌هاي 6 و 7 به فضا پرتاب شده‌اند.
سيستم سنجنده در روي ماهواره لندست MSS، RBV، TM و ETM + مي باشد.

لندست 1:

پذيرش: 7 اگوست 1972 تا 26 اکتبر 1977
تاريخ ماموريت: 23جولاي 1972 تا2 ژانويه 1978
منبع زميني: زمين/ خورشيد- همزمان/ نمونه اوليه
تکرار چرخش: 18 روزه.

[Sharim]

لندست2:

پذيرش: 9 آوريل 1975 تا 7 فوريه 1982
تاريخ ماموريت: 22 ژانويه 1975 تا 1982
تاريخ راه اندازي مجدد: 6/5/1980
زمان خارج شدن از سرويس 25 فوريه 1982
منبع زميني: زمين/ خورشيد- همزمان




لندست3:

پذيرش: 17 مي 1978 تا 7 فوريه 1983
تاريخ ماموريت: 5 مارس 1978 تا 7 ژانويه 1983
منبع زميني- زمين / خورشيد- همزمان
مارس 1979 باند حرارتي از کار افتاد.
کل عمليات در 12 ژوئن 1979 پايان يافت.
اسکنر چند طيفي(MSS) در تاريخ 28 ژانويه 1981 از رده خارج شد.
به کار گيري مجدد(با محدوديت) در 13 آوريل 1981

لندست4:

پذيرش: 17 آگوست 1982 تا سپتامبر 1987
تاريخ ماموريت: 16 جولاي 1982
منبع زميني/ خورشيد- همزمان/ عملياتي
تکرار چرخش: 16روز يکبار
در تاريخ 22 سپتامبر 1982 گيرنده باند X واحد B از کار افتاد.
در تاريخ 29 اکتبر 1982 سيستم بررسي اطلاعات و ارتباطات واحد مرکزي B ازکار افتاد.
در تاريخ 15 فوريه 1983در نتيجه فقدان اطلاعات نقشه بردار موضوعي(Thematic Mapper Data)، گيرنده باند X واحد A از کار افتاد.
در تاريخ 22 مي 1983 – پنل4 (Panel) خورشيدي از کار افتاد.
در تاريخ 26 جولاي 1983در نتيجه از دست رفتن 50 درصد قدرت، پنل3 خورشيدي از کار افتاد.
اين ماهواره ممکن است در آينده توسط ابزارهاي علمي تعمير و مجدداً راه اندازي شود.
ماهواره در ژانويه 1986 از رده خارج شد و در حالت آماده باش نگهداري شد.
توقف رديابي در تاريخ 1 سپتامبر 1987.

[Sharim]

لندست 5:

پذيرش: 6 آوريل 1984 تا اکتبر 1999
تاريخ ماموريت: 1 مارس 1984
منبع زميني / خورشيد - همزمان / عملياتي
طراحي آن براي جلوگيري از اشکالات لندست4 اصلاح شد.
تابستان 1985: گيرنده باند S در کسب اطلاعات تبديلي در مناطق خارج از ايالات متحده از کار افتاد.
دسامبر 1985: کسب اطلاعات محدود به مناطق درخواستي جهت پوشش شد.
ردياب 5 اسکنر چند طيفي باند 4 در ژوئن 1994 از کار افتاد. باند 4 اسکنر چند طيفي به علت جريان بالا در اگوست 1995 از رده خارج شد.




لندست 6 ( شرکت EOSAT ، U.S.A):

پذيرش: N/A
تاريخ ماموريت: 5 اکتبر 1993
مشاهده زميني/ همزمان با خورشيد
ماهواره در مدار قرار نگرفت، تماس با آن حين پرتاب قطع شد.
تکرارچرخش: 16 روز يکبار
لندست7:
پذيرش: جولاي 1999 تا کنون
تاريخ ماموريت: 15 آوريل 1999
مشاهده زميني/ همزمان- خورشيد
ناسا - ايالات متحده آمريکا.

[Sharim]

تصوير ماهواره‌اي لندست 7 از گستره تهران