سنجش از دور (یا دورکاوی – سنجش از راه دور) Remote Sensing را میتوان تکنولوژی کسب اطلاعات و تصویربرداری از زمین با استفاده از تجهیزات هوانوردی مثل هواپیما، بالن یا تجهیزات فضایی مثل ماهواره نامید. سنجش از دور علم استخراج اطلاعات از اشیاء زمینی به صورت غیر مستقیم و بوسیله سنجنده می باشد. خروجی در مرحله اولیه توسط هر سنجنده یک تصویر است. معمولاً هر ماهواره چندین سنجنده دارد که توسط آن ها کار تصویربرداری انجام می شود. ارتفاع ماهواره های سنجش از دور غالباً بیشتر از 700 کیلومتر و کمتر از 1500 تا 1600 کیلومتر می باشد. که این ارتفاع کمتر از ارتفاع ماهواره های GPS می باشد ؛ زیرا به دقت موقعیتی کمتری نیاز می باشد. هر سنجنده کاربرد متفاوتی دارد و با توجه به کاربرد مورد نظر طراحی می گردند. بطور مثال سنجنده هواشناسی دقت مکانی پایینتری دارد.

به بیان ساده تر، سنجش از دور علم و هنر بدست آوردن اطلاعات در مورد هر موضوع تحت بررسی به وسیله ابزاری است که در تماس فیزیکی با آن نباشد. مزیت برتر اطلاعات ماهواره ای نسبت به سایر منابع اطلاعاتی، پوشش تکراری آنها از نواحی معین با فاصله زمانی مشخص است. در سنجش از دور، انتقال اطلاعات با استفاده از تشعشعات الکترو مغناطیسی (EMR) انجام می گیرد. تصویر زیر بطور شماتیک فرآیند کلی و عناصر مؤثر در سنجش از دور الکترومغناطیسی منابع زمین را نشان می دهد. دو فرآیند مبنایی، شامل اخذ داده و تجزیه و تحلیل آنهاست.

.A منبع انرژی

.B انتشار انرژی از میان جو

.C فعل و انفعالات انرژی بر اثر برخورد با عوارض سطحی زمین

.D سنجنده های هوایی و یا فضایی

.E انتقال اطلاعات کسب شده

. F دریافت اطلاعات اولیه و تولید داده بصورت رقومی و یا تصویری

.G فرآیند تجزیه و تحلیل داده، شامل بررسی و تعبیر و تفسیر داده ها با بکارگیری وسایل مختلف دیداری و کامپیوتری به منظور آنالیز داده های حاصل از سنجنده.

تجزیه و تحلیل کننده (user) با کمک داده هایی که توسط سنجنده جمع آوری شده اطلاعات مربوط به نوع، میزان، موقعیت و شرایط منابع مختلف زمین را استخراج می نماید، سپس این اطلاعات( بصورت نقشه ها، جداول چاپی یا فایل‌های کامپیوتری) با لایه های دیگر اطلاعات در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) ادغام و برای مصرف کاربران آماده می‌شود

طیف الکترومغناطیس:

تابش الکترومغناطیسی(Electro-Magnetic Radiation) بعلت اتمها و مولکولهای موجود در مواد می باشد. اتمها حاوی هسته‌هایی با بار مثبت بوده که توسط الکترون‌های اربیتالی در برگرفته شده اند که دارای تراز مجزای انرژی میباشند. انتقال الکترونها از ترازی به تراز دیگر باعث تابش اشعه هایی با طول موجهای مجزا می شود. در نتیجه طیفی بنام طیف الکترومغناطیسی ایجاد میشود. این طیف (EMR) که از یک شیء بازتاب می‌یابد، منبع معمول داده های سنجش از دور است.

در سنجش از دور، طبقه بندی امواج الکترومغناطیسی بر اساس موقعیت طول موج آنها در طیف الکترومغناطیس انجام می‌گیرد. متداول‌ترین واحدی که برای اندازه گیری طول موج در طیف الکترومغناطیس مورد استفاده قرار می گیرد، میکرومتر است. یک میکرومتر معادل یک میلیونیم متر می باشد. همچنین باید توجه داشت که بخشهای طیف الکترومغناطیسی به کار رفته در سنجش از دور در امتداد یک طیف پیوسته قرار می گیرند که مقدار آنها نسبت به یکدیگر تا حد توان ده(بطور پی در پی) تفاوت دارد.

فناوری سنجش از دور باعث از محدوده وسیعی در طیف الکترومغناطیسی شامل امواجی با طول موج بسیار کوتاه(اشعه گاما) تا بسیار بلند(امواج رادیویی) می‌شود.

محدوده طول موج طیف الکترومغناطیس دارای محدوده‌ای با اسامی متفاوت از اشعه گاما، اشعه X، اشعه فرابنفش، نور مرئی، اشعه مادون قرمز تا امواج رادیویی‌(بترتیب از طول موج‌های کوتاهتر به بلندتر) می‌باشد. بخش مرئی چنین نموداری بی نهایت کوچک است، زیرا حساسیت طیفی چشم انسان بین 4/0 میکرومتر تا 7/0 میکرومتر است. بطوریکه رنگ آبی تقریباً بین طول موج 4/0 میکرومتر تا 5/0 میکرومتر، رنگ سبز تقریباً بین طول موج 5/0 میکرومتر تا 6/0 میکرومتر و رنگ قرمز تقریباً بین طول موج 6/0 میکرومتر تا 7/0 میکرومتر می باشد.

محدوده طیف الکترومغناطیس در سنجش از دور

محدوده طیف الکترومغناطیس قابل دید توسط چشم انسان(سیگنال‌ها از طریق گیرنده های چشم به مغز برده می‌شود و تفاوت بین آنها، حس تشخیص رنگ‌ها را به انسان می دهد. )
انرژی ماوراء بنفش به انتهای نور آبی بخش طیف مرئی متصل است. در انتهای نور قرمز محدوده ‌طیف مرئی، سه نوع امواج مادون قرمز وجود دارد که عبارت هستند از:

1. مادون قرمز نزدیک: از 7/0 میکرومتر تا 3/1 میکرومتر
2. مادون قرمز میانی: از 3/1 میکرومتر تا 3 میکرومتر
3. مادون قرمز حرارتی: بیش از 3 میکرومتر

در طول موجهای بیشتر (1 میلی متر تا 1 متر)، بخش امواج کوتاه(میکروویو) طیف وجود دارد.

اکثر سیستم های سنجش متداول در یک یا چندین بخش از قسمتهای مرئی، مادون قرمز یا میکروویو طیف الکترومغناطیس فعالیت می کنند. به عبارت دیگر هر یک از سیستم های سنجنده(Sensor) به نواحی خاصی از طیف الکترومغناطیس حساس بوده و قسمتی از خصوصیات طیفی اجسام را ثبت می کنند.

به عنوان مثال دستگاههای عکسبرداری معمولی نسبت به انرژی نور مرئی و نزدیک به آن یعنی طول موج های 3/0 تا 2/1 میکرون حساسیت دارند؛ سنجنده های اسکن کننده مادون قرمز حرارتی عموماً ‌به طول موجهای بین 1 تا 2 میکرون و دستگاههای رادار به باندهایی با طول موجهای خیلی بلندتر(میلی متر و متر) حساس هستند.

ارتباط بین طول موج با انرژی و فرکانس: طول موج کوتاهتر، انرژی و فرکانس بیشتر و بالعکس.
ارتباط بین طول موج با انرژی وفرکانس: بیشترین انرژی و فرکانس و امواج با طول موج کوتاه درمحدوده مرئی قرار دارد.

عوامل مؤثر در تشکیل تصویر ماهواره ای:

هنگامی که انرژی تابشی در سطح زمین به هر جسم برخورد می کند، انرژی به سه شکل اصلی توسط آن ماده منعکس، منتقل یا جذب می‌شود.

خصوصیات انرژی های ایجاد شده بر اساس شرایط و نوع مواد موجود در زمین بسیار متفاوت است و این بدان معناست که بعضی از اجسام در مقابل یک طول موج بخصوص دارای خاصیت انعکاسی بوده ولی در یک طول موج دیگر دارای خاصیت جذب و انتقال انرژی هستند. مجموعه یک چنین پدیده هایی بر روی تصاویر مختلف، رنگ یا تن های بخصوصی ایجاد کرده و به چشم اجازه می‌دهد اشکال مختلف موجود در تصاویر را از هم تشخیص دهد.

خصوصیات انرژی های ایجاد شده بر اساس شرایط و نوع مواد موجود در زمین بسیار متفاوت است و این تفاوت‌ها باعث شناسایی پدیده های مختلف توسط جشم می‌شود.

منحنی تابش امواج الکترومغناطیس برای موارد ذکر شده در تصویر عبارت است از نمودار انعکاس طیفی یک شیء به صورت تابعی از طول موج آن.

فعل و انفعال انرژی در اتمسفر و سطح زمین:

نور خورشید هنگام عبور از اتمسفر توسط مولکول‌ها و ذرات معلق اتمسفر تحت تاثیر قرار گرفته، منعکس، پخش یا جذب می‌شود. این روش تغییر و تحلیل در شدت نور خورشید باعث ایجاد رنگ‌ها می‌شود. به عنوان مثال رنگ آبی آسمان در طول روز به علت انتشار طیف آبی در اتمسفر است.

علت رنگ آبی آسمان در روز انتشار طیف آبی در اتمسفر است(تمام طول موج‌های کوتاهتر پس از طی مسافتی منتشر می‌شوند و فقط طول موج‌های بلندتر به سطح زمین می‌رسند)
تمام مواد از اتم‌ها و مولکول‌هایی با ترکیب مشخص تشکیل شده‌اند. بنابراین هر ماده تشعشعات الکترومغناطیس را به یک شکل واحد و تحت یک طول موج مشخص که مرتبط با تراز انرژی درونی آن می‌باشد، جذب، بازتاب یا منتشر می‌کند که خصوصیات واحد مواد یا خصوصیات طیفی نامیده می‌شود. به عنوان مثال دلیل اینکه برگ برخی ازگیاهان سبز‌ به نظر می‌رسد این است که کلروفیل، طیف آبی و قرمز را جذب و طیف سبز را منعکس می‌کند. علت رنگ سبز پوشش گیاهی، بیشترین انعکاس طیف سبز است.

پلاتفورم‌ها(Platforms):

حامل یا ناقل سنجنده های دورسنجی، پلاتفورم یا سکو نامیده می‌شود. انواع تیپیک آن‌ها ماهواره‌ها وهواپیماها هستند ولی وسایل دیگری نظیر هواپیماهایی با کنترل رادیویی و بالون‌ها نیز برای سنجش ازدور با ارتفاع کم مورد استفاده قرارمی‌گیرند. به طور کلی فاکتور کلیدی برای انتخاب یک پلاتفورم، بلندی می‌باشد زیرا تعیین وضوح زمین در آن صورت می‌گیرد و آن نیز بستگی به میدان دید لحظه‌ای(IFOV) سنجنده روی سکو دارد.

کاربرد سنجش از دور

سنجش از دور کاربردهای نظامی و غیر نظامی دارد که ما به کاربردهای غیرنظامی آن می پردازیم.

کاربردهای غیرنظامی سنجش از دور:

1. هواشناسی و نظارت بر محیط زیست:
   • پیش بینی وضع هوا ( مانند ماهواره نووا)
   • مطالعه اقلیم کره زمین
   • مطالعه جو و لایه های مختلف آن
   • دمای سطح آب ها SSD و سطح خشکی
   • مطالعه آلودگی جو و تخریب لایه ازون
2. کاربردهای کشاورزی :
   • شناسایی پوشش های گیاهی
   • تخمین سطح زیر کشت محصولات ( برآورد برای تعادل تولید محصول)
   • مطالعه تغییرات زیر کشت ( هرزمان که بحث تغییرات بوجود می آید ، دو عکس مطرح است و مسئله Change Detect بوجود می آید.
   • مطالعه خاک (مثلاً میزان شوری و…)
3. کاربردهای مناطق جنگلی:
   • مدیریت برجنگل
   • تخمین حجم چوب
   • پیش بینی روند افزایش و کاهش سطح جنگل
4. کاربردهای زمین شناسی:
   • نقشه های زمین شناسی (با هزینه کمتر نسبت به سابق)
   • مطالعه اکتشاف معادن
   • مطالعه ژئومورفولوژی
   • مطالعه حوادث طبیعی زمین شناسی(مانند زلزله ، آتشفشان و …)
5. کاربردهای منابع آب:
   • حجم منابع آب
   • تهیه نقشه های پوشش برفی و یخی
6. نقشه برداری ، برنامه ریزی و طراحی شهری:
   • تهیه نقشه های پوششی کشور ( دقت با سیستم های RS کم است . مثلاً در ماهواره آیکنوس دقت یک متر می باشد)
   • تهیه مدل رقومی زمین DEM
   • به هنگام سازی نقشه های پوششی و کاربری زمین

نویسنده: حمید محمدی

ترتیبی که سایت تخصصی جی.آی.اس برای مطالعه سری مبانی سنجش از دور پیشنهاد می کند:

• سنجش از دور چیست؟
• مهمترین قابلیتهای داده های سنجش از دور
• روش های اخذ اطلاعات در سنجش از دور
• ماهواره های سنجش از دور – بخش اول
• ماهواره های سنجش از دور – بخش دوم (ماهواره اسپات)
• ماهواره های سنجش از دور – بخش سوم (ماهواره های هواشناسی)
• برخی از تصاویر ماهواره ای قابل دریافت در ایران و مشخصات آنها
• سنجنده های سنجش از دور (دورسنجی)
• خطاهای داده های سنجش از دوری و تصحیحات آنها
• استخراج اطلاعات از داده ھای ماھواره
• استخراج اطلاعات از تصویر ماهواره ای سنجش از دور – بخش اول
• استخراج اطلاعات از تصویر ماهواره ای سنجش از دور – بخش دوم
• طبقه بندی تصویری Image Classification
• طبقه بندی تصاویر در سنجش از دور – بخش اول
• طبقه بندی تصاویر در سنجش از دور – بخش دوم

مطالب مرتبط:

سنجنده های سنجش از دور (دورسنجی) استخراج اطلاعات از داده ھای ماھواره طبقه بندی تصاویر در سنجش از دور – بخش اول