0

کاربرد سنجش از دور در مطالعات علوم زمین

سنجش از دور به عنوان یک علم نوین در قرن ۱۹ میلادی عصر جدیدی در مطالعات علوم زمین را ایجاد کرد. تکنولوژی سنجش از دور که مبتنی بر استفاده از ماهواره های مشاهده زمین برای جمع آوری داده ها است، باعث شد تا تحول عظیمی در زمینه فرایند جمع آوری داده ها و تولید اطلاعات و نقشه های مختلف ایجاد شود. شاید در ابتدا نسبت به نقش و کاربرد ماهواره های مشاهده زمین دیدگاه های واضح و مشخصی وجود  نداشت اما امروزه با توجه به حجم گسترده و متنوع پژوهش های صورت گرفته در این زمینه، با قطعیت بیشتری در ارتباط با این کاربردها میتوان سخن گفت. در این مقاله سعی شده است تا در ارتباط با کاربردها و مزایای ماهواره های سنجش از دور در مطالعات علوم زمین صحبت شود. در صورتی که تا کنون از سنجش از دور برای انجام پروژه های خود استفاده نکردید، این مقاله را تا انتها بخوانید.

مقدمه

سنجش از دور به عنوان علم، هنر و تکنولوژی اخذ داده ها از پدیده های مختلف سطح زمین است. سنجش از دور به معنای پردازش تصاویر ماهواره ای برای تولید اطلاعات مفید از پوشش های سطح زمین است. 

در سنجش از دور ماهواره هایی که قابلیت تصویر برداری از سطح زمین را دارند، داده های حاصل از پدیده های مختلف را برداشت می کنند. داده های برداشت شده توسط ماهواره ها به فرمت تصاویر دیجیتالی است که در اختیار کاربران قرار میگیرد. 

کاربران و متخصصین سنجش از دور باید با روش های پردازش تصاویر ماهواره ای (داده ها) آشنایی داشته باشند. برای همین منظور تکنیک های پردازش تصاویر ماهواره ای بر اساس یک سری اصول علمی بنا شده که پیش از انجام کارها باید نسبت به آن تسلط داشته باشید. 

بنابراین سنجش از دور ابتدا یک علم است که اگر اصول علمی آن را ندانید نمی توانید با تصاویر ماهواره ای ارتباط برقرار کنید. از سوی دیگر سنجش از دور یک هنر است. استخراج اطلاعات از تصاویر ماهواره ای علاوه بر دانش علمی نیاز به هنرمندی نیز دارد که این هنر از طریق کسب تجربه و برقراری ارتباط بین اطلاعات تصاویر و محیط واقعی کسب می شود. 

برای انجام پردازش تصاویر ماهواره ای نرم افزارهای مختلفی طراحی شده که به سادگی هرچه تمام تر این فرایند را انجام میدهند. در همین رابطه یک کارشناس سنجش از دور باید اصول تئوری را بداند، توانایی کار با نرم افزارها را داشته باشد تا از این طریق قابلیت حل مسائل زیست محیطی با تصاویر ماهواره ای را پیدا کند.  

ارتباط سنجش از دور و علوم زمین

همانطور که در بخش مقدمه به آن اشاره شد، کار ما در سنجش از دور آن است که تصاویر ماهواره ای را دریافت کرده و سپس پردازش کنیم و در نهایت اطلاعات را از آن استخراج نماییم. این اطلاعات در قالب نقشه هایی است که در موضوعات و کاربردهای مختلف استفاده می شود. 

سنجش از دور اساسا برای مطالعه سیاره ها (خصوصا سیاره زمین) ایجاد شده است. بنابراین هر استفاده ای که از آن می شود در مطالعات مربوط به علوم دیگر است. سنجش از دور مانند علم ریاضیات است. همانطور که اصول ریاضیاتی برای حل مشکل سایر علوم استفاده می شود، سنجش از دور نیز برای حل مشکلات علوم زمین مورد استفاده قرار می گیرد. 

مزایای استفاده از سنجش از دور

استفاده از تصاویر ماهواره ای و علم سنجش از دور روز به روز در تمامی کشورهای جهان در حال توسعه است. روز به روز علاقه مندان و کاربران این علم در جهان در حال افزایش هستند. دلیل این امر مزایای بی نظیری است که از طریق سنجش از دور ایجاد می شود. در ادامه هریک از مزایای سنجش از دور بصورت جداگانه معرفی و تحلیل شده است:

اولین مزیت سنجش از دور مقرون به صرفه بودن آن است. سنجش از دور علمی است که هزینه های زمانی و مالی به شکل قابل توجهی کاهش داده است. به عنوان مثال برای تولید نقشه کاداستر از یک شهر، با استفاده از تکنیک های نقشه برداری زمینی، نیاز به افراد، ابزارها و زمان بسیار زیادی است. اما این حالی است که با استفاده از تصاویر ماهواره ای، در زمانی بسیار کوتاهتر و افراد و تجهیزاتی به مراتب کمتر از تکنیک های نقشه برداری می توان چنین نقشه ای را برای یک شهر تولید کرد. همین موضوع باعث شده تا بسیاری از سازمان ها و نهادهای متولی در این زمینه به جای روش های پرهزینه ای چون نقشه برداری از داده های ماهواره ای استفاده کنند.

چشم انسان تنها به محدوده امواج مرئی طیف الکترومغناطیس حساسیت داشته و ما قادر به دیدن سایر امواج الکترومغناطیسی موجود در محیط نیستیم. همین امر باعث کاهش میزان اطلاعاتی می شود که توسط چشم انسان قابل استخراج است. با این حال امروزه سنجش از دور این مشکل را حل کرده است. با استفاده از ماهواره های مشاهده زمین، امروزه ما قادر هستیم تا پدیده های مختلف سطح زمین را در طول موج های مختلف مشاهده کنیم. فراموش نکنید که بسیاری از اطلاعات از طریق محدوده های طیفی مادون قرمز و مایکروویو قابل استخراج است که سنجش از دور امروزه آن ها را برای ما فراهم کرده است. به عنوان مثال در محدوده مرئی امکان اندازه گیری دمای پدیده ها وجود ندارد و برای این کار ما نیاز به حسگرهای مادون قرمز نزدیک داریم که به لطف سنجش از دور و تصاویر ماهواره ای به خوبی فراهم شده است.

تصاویر ماهواره ای داده های برداشتی را بصورت پیوسته برداشت کرده و تغییرات پوشش های سطح زمین را بصورت تدریجی نمایش میدهند. این یکی از مهم ترین مزیت های سنجش از دور است چراکه داده های زمینی در عین دقیق بودن بصورت نقطه ای و یا محدود هستند و برای مطالعه مناطق وسیع نمی توان از آن ها استفاده کرد. اما سنجش از دور با پیوستگی مکانی داده های خود، امکان پوشش تمامی سطح زمین را به خوبی فراهم کرده است. 

ماهواره های سنجش از دور بصورت پیوسته در حال تصویر برداری از پوشش های سطح زمین هستند. همین عامل شرایطی را فراهم کرده که کنون برای بیش از ۵۰ سال تصویر ماهواره ای از سیاره زمین ثبت شود. از سوی دیگر توان تفکیک زمانی ماهواره ها شرایطی را فراهم کرده تا بصورت خودکار تمامی این داده ها هر چند روز یکبار بروز رسانی شده و بصورت ترکیبی با داده های قدیمی تر در مطالعات مختلف استفاده شود.

با توجه به اینکه تصاویر ماهواره ای سال هاست که بصورت خودکار و پیوسته از زمین تصویر برداری می کنند و این تصاویر هرچند ساعت تا هر چندروز یکبار در حال بروز رسانی است، شرایطی را فراهم می کند که بتوان تغییرات ایجاد شده در مقیاس های چندساعته تا چندساله را به خوبی بررسی کرد. به عنوان مثال، در حال حاضر شما می توانید تغییرات ناشی از توسعه فیزیکی شهر تهران را از ۵۰ سال پیش تا کنون با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست مطالعه نمایید. 

از سال ۲۰۰۸ میلادی رسما تصاویر ماهواره ای با توان تفکیک مکانی کمتر از ۱۰ متر (مانند لندست، سنتینل، مادیس و غیره) بصورت رایگان در اختیار کاربران قرار گرفته اند. عرضه رایگان این داده ها باعث شد تا سرعت پیشرفت و تنوع پروژه های سنجش از دور در سراسر جهان افزایش پیدا کند. در عین حال هزینه انجام پروژه های تحقیقاتی و تجاری را تا حد قابل توجهی کاهش داد. کمتر علمی مانند سنجش از دور در آن دسترسی به داده های اصلی بصورت رایگان انجام می شود. 

دقت حاصل از محاسبات سنجش از دور از دو دیدگاه نسبی و مطلق قابل اندازه گیری است. دقت مطلق نتایج سنجش از دور کاملا صحیح نیست اما از لحاظ نسبی از صحت کامل برخوردار است. به عنوان مثال تصاویر ماهواره ای دمای دقیق هر پدیده را با صحت کامل نمایش نمی دهد اما نسبت تغییرات دما در زمان و بین پوشش های گوناگون را کاملا دقیق محاسبه می کند. 

کاربردهای سنجش از دور در علوم زمین

امروزه از سنجش از دور در طیف وسیعی از مطالعات علوم زمین استفاده می شود به طوری که کمتر رشته ای از رشته های علوم زمین را می توان یافت که در آن از تصاویر ماهواره ای استفاده نشود. بصورت کلی مهم ترین کاربردهای سنجش از دور در مطالعات سیاره زمین عبارت اند از:

مهم ترین ماهواره های کاربردی

شاید بسیاری از کارشناسان فعال در سنجش از دور ندانند که چه تعداد ماهواره سنجش از دور تا کنون به فضا پرتاب شده است اما تمامی افرادی که با این علم درگیر هستند قطعا با پرکاربردترین ماهواره های کاربردی آن در مطالعات علوم زمین آشنایی دارند. 

فراموش نکنید که هیچ یک از این ماهواره ها نسبت به دیگری برتری ندارد. چرا که هرکدام از آن ها برای یک کاربرد خاص طراحی شده و هیچ کدام نمیتوانند جایگزین دیگری شوند. 

پرکاربردترین ماهواره ها و سنجنده های رایگان مورد استفاده در پروژه های سنجش از دور عبارت اند از:

پروژه های سنجش از دوری

در بخش های قبلی نمونه هایی از کاربردهای کلی سنجش از دور به همراه ماهواره های کاربردی آن در علوم زمین معرفی شدند. حال در این قسمت هدف آن است تا شما با برخی از پرکاربردترین پروژه های سنجش از دور (بصورت محدود) آشنا شوید. در همین رابطه تاکید می شود که کاربردهای سنجش از دور صرفا به این موارد ختم نمی شود.

 

  1. ماهواره های کاربردی: لندست + سنتینل۲ + مادیس
  2. مقیاس: محلی تا جهانی
  3. پروژه تولید نقشه نوع کشت زمین های زراعی
  4. پروژه تولید نقشه کشت های آبی + دیم +باغات
  5. پروژه برآورد سطح زیرکشت محصولات زراعی
  6. پروژه برآورد تناژ محصولات زراعی

ماهواره: سنجنده استر

مقیاس: محلی

تولید نقشه سنگ شناسی 

  1. تولید نقشه کانی شناسی
  2. تولید نقشه پتانسیل معادن
  3. پروژه اکتشاف معادن

ماهواره ها: مادیس + سنتینل ۵ + نوا

پایش آلودگی (آلاینده های) هوا

تولید نقشه بارش و پایش تغییرات آن

شناسایی و پایش کانون های گرد و غبار

 

ماهواره ها: سنتینل ۱ + سنتینل ۲ + لندست

تولید نقشه فرونشست زمین

تولید نقشه جابجایی های پوسته زمین

تولید نقشه گسل های پوسته زمین

تولید نقشه سیل و برآورد خسارت های آن 

 

نرم افزارهای کاربردی سنجش از دور

نرم افزارهای سنجش از دور برای پردازش تصاویر ماهواره ای طراحی شدند. در همین راستا کاربران این علم باید توانایی کار با هریک از این نرم افزارها را داشته باشند. هریک از این نرم افزارها برای کاربردهای خاصی طراحی شده است که در ادامه معرفی شده است:

 

انوی یک نرم افزار تجاری سنجش از دور است که از طرفداران و کاربران بسیار زیادی در سطح جهان برخوردار است. در ایران نسخه قفل شکسته آن توسط کاربران استفاده می شود. مهم ترین کاربردهای این نرم افزار در زمینه تحلیل های طیفی است. از لحاظ پردازش های طیفی، هیچ نرم افزاری مانند آن کاربردی نیست. مهم ترین پروژه هایی که با استفاده از آن انجام می شود عبارت است از: 

 

  • تولید نقشه کاربری اراضی لندست
  • تولید نقشه زراعی لندست 
  • تولید نقشه کانی شناسی استر
  • تولید نقشه معدن از داده های استر
  • تولید نقشه پوشش های آبی سطحی لندست
  • تولید نقشه های آشکارسازی تغییرات

ادریسی ترست یکی دیگر نرم افزارهای متن باز سنجش از دور است که توسط لابراتوار دانشگاه کلارک آمریکا طراحی شده است. ترست بهترین نرم افزار برای انجام پروژه های کاربری اراضی است و دارای بهترین الگوریتم های طبقه بندی و آشکارسازی تغییرات است. از سوی دیگر نرم افزار ترست در زمینه مدل سازی های زیست محیطی و اکولوژیکی نیز بهترین امکانات را دارد. اگر شما در زمینه اکولوژی های زیست محیطی فعالیت دارید، حتما از این نرم افزار با ارزش استفاده کنید. 

اسنپ با ارزش ترین نرم افزار متن باز پردازش تصاویر ماهواره ای اپتیکی و راداری در سنجش از دور است. هیچ نرم افزاری مانند اسنپ برای پردازش و کار با داده های راداری مناسب و بهینه نیست. این نرم افزار بصورت تخصصی در زمینه کار با تصاویر ماهواره ای سری سنتینل و تصاویر راداری طراحی شده و بصورت مداوم از سوی سازمان فضایی اتحادیه اروپا بروزرسانی می شود. نرم افزار اسنپ برای انجام پروژه های زیر بسیار کاربردی است:

 

  • تولید نقشه کشاورزی
  • تولید نقشه کاربری اراضی
  • تولید نقشه فرونشست
  • تولید نقشه زمین لغرش
  • تولید مدل های رقومی زمین

گوگل ارث انجین بهترین سامانه تحت وب پردازش تصاویر ماهواره ای در سنجش از دور است که اخیرا توسط شرکت گوگل طراحی و توسعه داده شده است. این سامانه قدرتمندترین و سریع ترین سیستم پردازش تصاویر ماهواره ای است. به گونه ای که در عرض جند ثانیه هزاران تصویر ماهواره ای در آن قابل پردازش است. سامانه گوگل ارث انجین برای پردازش داده های سری زمانی و پروژه های مرتبط با آن بی نظیر است. هیچ نرم افزاری برای کار با داده های سری زمانی مانند گوگل ارث انجین کاربردی و مفید نیست. 

ساگا یکی دیگر از نرم افزارهای متن باز سنجش از دور است. این نرم افزار توسط تیم تحقیقاتی دانشگاه گوتینگن آلمان طراحی و توسعه داده شده است. مهم ترین کاربرد این نرم افزار در زمینه طبقه بندی، تولید نقشه های کاربری اراضی، تولید نقشه های دقیق شهری، تولید مدل های هیدرولوژیکی، پردازش مدل های رقومی زمین و تحلیل های آماری است. 

ارسال دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *