سنجش از دور عبارت است از تشخیص و جمع‌آوری داده از فاصله دور. این تعریف محدوده بسیار وسیعی دارد اما آنچه که امروزه به عنوان سنجش از دور از آن یاد میشود، داده‌هایی هستند که از طریق انواع وسایل پرنده از اشیاء، پدیده‌ها و عوارض، ثبت و ارسال شده و مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد. لذا با این مفهوم، سنجش از دور با اختراع هواپیما متولد شد و دستیابی بشر به فضا نیز این علم را دچار یک جهش بسیار بزرگ کرد. انقلاب دیجیتال و تحول در افزایش کارآیی انواع سنجنده‌ها نیز جهش بزرگ دیگری بود که در دو دهه اخیر این حوزه را متحول کرد. امروزه سنجش از دور با صنعت فضایی گره خورده است.
فهرست:
| |
 1 مقدمه |
| |
2 تاريخچه سنجش از دور |
| |
2-1 جهان |
| |
2-2 ايران |
| |
3 فرآيند سنجش از دور |
| |
4 تابش الکترومغناطيس |
| |
5 انواع سنجش از دور |
| |
6 سکوها ، سنجنده‌ها و سامانههاي دريافت و پردازش |
| |
7 توان تفکيک |
| |
8 پردازش داده‌هاي سنجش از دور |
| |
9 نرم‌افزارهاي سنجش از دور |
| |
10 كاربردهاي سنجش از دور |
|
|
|
|
سنجش از دور يعنی تشخيص و جمع‌آوری داده از فاصله دور[1] و عمدتاً به عنوان فناوري و علمي تعريف ميشود که به وسيله آن ميتوان بدون تماس مستقيم، مشخصه‌هاي (مکاني، طيفي، زماني) يک شيء يا پديده را تعيين، اندازه‌گيري و يا تجزيه و تحليل نمود[2]. با نداشتن تماس مستقيم، بايد روشي براي انتقال اطلاعات از طريق فضا مورد استفاده قرار گيرد. براي اين منظور، واسطههاي مختلفي مانند ميدان جاذبه، ميدان مغناطيسي، امواج صوتي و انرژي الکترومغناطيسي مورد استفاده قرار مي‌گيرد. با اين وجود، فناوري رايج در سنجش از دور، استفاده از امواج الکترومغناطيس است.
در حالت کلي، تعريف فوق دامنه وسيعي از کاربردها نظير مشاهدات زميني، تصويربرداري پزشکي از طريق مافوق صوت، تصويربرداري تشديد مغناطيسي (MRI)، توموگرافي گسيل پوزيترون (PET) و تصويربرداري صنعتي را شامل ميشود. در مفهوم مدرن، اين اصطلاح عموماً به کاربرد فناوري‌هاي سنجنده‌های تصويربردار نصب‌شده بر روي هواپيماها و فضاپيماها گفته میشود که از زمينههاي ديگر مرتبط با تصويربرداري مانند تصويربرداري پزشکي جداست[2].
سنجش از دور اين امکان را فراهم مي‌کند که از مناطق غيرقابل دسترس و خطرناک اطلاعات جمع‌آوري شود. نمونه‌هايی از کاربردهاي سنجش از دور شامل پايش جنگل‌زدايي، بررسي تاثير تغيير اقليم بر روي يخچال‌ها در مناطق قطبي، تعيين عمق بدنه‌هاي آبي و جمع‌آوري اطلاعات نظامي از مناطق پرخطر مرزي است. همچنين سنجش از دور مي‌تواند جايگزين روش‌هاي پرهزينه جمع‌آوري اطلاعات ميداني شود.
|
|
نقطه آغاز علم سنجش از دور مدرن را ميتوان از زمان توسعه پرواز دانست. در سال 1858، اولين عكس هوايي توسط گاسپار فيليکس تورناکون از فراز شهر پاريس به‌وسيله يك بالن تهيه شد[2]. در واقع، توسعه صنعت هواپيمايي نقطه عطفي در تاريخ سنجش از دور به‌حساب مي‌آيد. در سال 1908، ويلبر رايت اولين هواپيماي عكاس را رهبري نمود كه شخص ديگري در آن به تهيه عكس‌هاي هوايي مي‌پرداخت. در سال‌هاي آخر جنگ جهاني اول، عكس‌هاي هوايي به صورت گسترده‌اي براي اهداف شناسايي به‌كار گرفته شدند. اما جنگ جهاني دوم، دوره جديدي براي عكس‌برداري‌هاي هوايي به همراه داشت. در اين زمان بود كه پيشرفت‌هاي مهمي در صنعت عكس‌برداري حاصل و استفاده از فيلم‌هاي حساس مادون قرمز رايج شد[3].
با اين وجود، بزرگ‌ترين تحول و جهش در فناوري سنجش از دور، با توسعه فناوري فضايي در اواخر دهه 50 ميلادي رخ داد. ماهواره‌ها بستري را فراهم مي‌كردند تا حسگرها بتوانند از بالاترين ارتفاع ممكن، با تسلط كامل بر سياره زمين و در موقعيت‌هاي متوالي، به تهيه و ارسال داده‌ها بپردازند. از آن پس، ماهواره‌ها با داشتن مزايايي چون ماموريت بلندمدت و پوشش جهاني به عنوان سکوي متداول حامل سنجنده‌ها مورد استفاده قرار گرفتند.
امروزه فناوري سنجش از دور گسترش بسيار زيادي يافته است. سنجش از دور علاوه بر جايگاه علمي ويژه خود به عنوان ابزاري در دست دانشمندان علوم مختلف، به عنوان يک تجارت گسترده نيز مطرح است و کشورهاي بسياري وارد اين حوزه شده‌اند. نقطه كليدي توسعه اين فناوري، پيشرفت در ساخت انواع سنجنده‌ها و توسعه علم پردازش داده‌ها است. در جهان امروز، نقشه‌برداري، هواشناسي، اقيانوس‌شناسي، زمين‌شناسي و بسياري از حوزه‌هاي مشابه كاملاً وابسته به دانش سنجش از دور هستند.
در آغاز قرن بيست و يكم و با پيشرفت بي‌سابقه و سريع در حوزه ارتباطات ديجيتالي، سنجش از دور حتي به خانه‌هاي مردم عادي نيز وارد شده است. مردم امروزه مي‌توانند با استفاده از برخي خدمات اينترنتي، تصاوير ماهواره‌اي موردنظر خود را بر روي رايانه شخصي خود دريافت كنند. حتي امكان ديدن تصاويري از وضعيت خورشيد و سيارات منظومه شمسي نيز براي عموم وجود دارد. شايد اين پيشرفت را بتوان نشانه‌اي از يك جهش در فناوري سنجش از دور دانست.
|
|
سابقه تهيه عکس‌هاي هوايي سراسري از ايران به دهه 40 بازمي‌گردد. در كشور ما اولين فعاليت متمركز براي وارد شدن در حوزه سنجش از دور ماهواره‌اي در سال 1353 به دنبال پرتاب اولين ماهواره منابع زميني با تاسيس دفتر جمع‌آوري اطلاعات ماهواره‌اي در سازمان برنامه و بودجه وقت صورت گرفت که پس از مدتي دفتر مذکور به مرکز سنجش از دور تغييرنام داد. اين مجموعه، در سال 1356، در قالب طرح استفاده از ماهواره، اقدام به خريد و نصب يک ايستگاه گيرنده تصاوير ماهواره‌اي در ماهدشت کرج نمود.
در سال 1371، طبق ماده واحده مصوب مجلس شوراي اسلامي، مرکز سنجش از دور ايران در قالب يک شرکت دولتي به وزارت پست و تلگراف و تلفن سابق واگذار شد. متعاقباً در سال 1382، به منظور انجام مصوبات شوراي عالي فضايي کشور، تمامي فعاليت‌هاي حاکميتي مرکز سنجش از دور ايران به سازمان فضايي ايران محول شد[3].
|
|
فرآيند سنجش از دور از هفت مولفه تشکيل شده است:
 |
| تصوير 1- فرآيند سنجش از دور: A، منبع انرژي؛ B، تعامل با اتمسفر؛ C، تعامل با سطح؛ D، سنجنده؛ E، انتقال؛ F، پردازش؛ و G، کاربرد (منبع: Canada Centre for Remote Sensing Remote Sensing) |
|
|
تابش الکترومغناطيس، حاملي از انرژي الکترومغناطيس است که نوسان ميدان الکترومغناطيس را در فضا يا ماده انتقال مي‌دهد. تابش الکترومغناطيس داراي هر دو ويژگي حرکت موجي و ذره‌اي است. از نقطه‌نظر موجي، تابش الکترومغناطيس را ميتوان به عنوان يک موج عرضي حاصل از يک ميدان الکتريکي و يک ميدان مغناطيسي در نظر گرفت که به طور عمود بر هم ارتعاش مي‌کنند.
 |
| تصوير2- موج الکترومغناطيس از دو مولفه الکتريکي و مغناطيسي که عمود بر هم نوسان مي‌کنند، تشکيل شده است. |
|
|
تابش الکترومغناطيس در خلاء با سرعت نور و در جو با سرعتي كمتر حرکت مي‌کند. تابش الکترومغناطيس را در تئوري ذره‌اي ميتوان به صورت فوتون يا کوانتوم به حساب آورد.
تابش الکترومغناطيس داراي چهار مشخصه فرکانس، راستاي انتقال، دامنه و صفحه پلاريزاسيون است که هر کدام حاوي محتواي اطلاعاتي متفاوتي است و در سنجش از دور اهميت زيادي دارند.
تابش الکترومغناطيس به صورت مجموعه پيوسته‌اي از طول موج‌ها و فرکانس‌ها از طول موج کوتاه امواج کيهاني تا طول موج بلند امواج راديويي انجام مي‌گيرد که ميتوان بر اساس فرکانس يا طول موج، طيف الکترومغناطيس را تعريف کرد.
محدوده‌هاي طول موج داراي نام‌هاي مختلفي هستند که از اشعه گاما، اشعه X ، ماوراي بنفش، نور مرئي، مادون قرمز، امواج راديويي به‌ترتيب از طول موج کوتاه به بلند تشکيل می‌شوند.
|
تمامي اين طيف قابل استفاده در سنجش از دور نيست. طول موج‌هايي که در سنجش از دور بيش از همه مورد توجه هستند، طول موج‌هاي مربوط به تابش مرئي، مادون قرمز و مايکروويو هستند.
 |
| تصوير 3- طيف الکترومغناطيس و کاربردهاي آن |
|
|
براساس نوع منبع انرژي مورد استفاده، سنجش از دور به دو دسته سنجش از دور فعال و سنجش از دور غيرفعال تقسيم ميشود. سنجش از دور غيرفعال هنگامي مطرح ميشود که يک منبع طبيعي انرژي که عمدتاً خورشيد است، مورد استفاده قرار گيرند. سنجنده‌های فعال، امواجی را از خود توليد می‌کنند و با تاباندن آن به سمت هدف موردنظر و دريافت بازتابش حاصل از آن، به هندسه يا ويژگی‌های هدف پی می‌برند. انواع سنجنده‌های راداری يا ليزری نمونه بارز اين نوع هستند[5].
با توجه به محدوده‌هاي انرژي الکترومغناطيس به کار رفته و خصوصيات آنها در محدوده‌هاي طيفي نوری، حرارتي و مايکروويو، سنجش از دور نوری، سنجش از دور حرارتي و سنجش از دور مايکروويو مطرح مي‌شوند. سنجش از دور اشعه ايکس و گاما در مقياس محدودتري مطرح هستند.
|
|
سکوها وظيفه حمل سنجنده و ساير قسمت‌هاي ماهواره را بر عهده دارند. ماهواره و هواپيما دو نمونه متداول سکوها هستند. سکوها در دو مدار خورشيدآهنگ و زمين‌آهنگ مورد استفاده قرار مي‌گيرند. انتخاب مدار سکو با توجه به هدف طراحي‌شده براي ماموريت انجام ميشود.
ماهواره‌های سنجش از دور عمدتاً در مدارهای خورشيدآهنگ قرار می‌گيرند تا زاويه بازتابش نور خورشيد در نقاط مختلف زمين در تناوب‌های مختلف چرخش ماهواره ثابت باشد و از بالای هدف در زمان ثابتی عبور کنند. مدارهای زمين‌آهنگ برای کاربردهايی که به اطلاعات همزمان با توان تفکيک زمانی بالا مانند هواشناسی، نياز است، مورد استفاده قرار می‌گيرند.
 |
| تصوير 4- سامانههاي مختلف سنجنده به‌کار رفته در ماهواره‌هاي مختلف (منبع: Jensen, John R., 2007, Remote Sensing of the Environment: An Earth Resource Perspective) |
سنجنده‌هاي نصب‌شده بر روي سکوها، جمع‌آوري اطلاعات بازتابي از پديده‌ها را برعهده دارند. سنجنده‌ها به طور کلي، به دو دسته سامانههاي اسکن‌کننده و غيراسکن‌کننده تقسيم مي‌شوند که هرکدام ممكن است از دو دسته تصويربردار و يا غيرتصويربردار باشند. در سنجش از دور عمدتاً سنجنده‌هاي گروه تصويربردار که خروجي تصوير تهيه مي‌کنند، مورد استفاده قرار مي‌گيرند. سنجنده‌هاي غيرتصويربردار براي تهيه پروفايل به كار گرفته مي‌شوند.
داده‌هايي كه از طريق سنجنده‌ها به‌دست مي‌آيند، بايد ذخيره و دريافت شده و مورد پردازش قرار گيرند تا به اطلاعات مفيد و قابل استفاده تبديل شوند. ارسال داده از بستر به گيرنده‌هاي زميني ممكن است بلادرنگ يا همراه با تاخير باشد كه هر يك كاربرد خاص خود را دارد.
 |
| تصوير 5- منحني بازتاب طيفي گياه، درصد بازتابش از پوشش گياهي سبز را نشان مي‌دهد. اين منحني کليد تفکيک پديده‌هاي مختلف سطح زمين است. |
|
|
توان تفکيک به عنوان شاخصي که معرف دقت سنجنده در اخذ جزئيات بيشتر است، تعريف ميشود. ماهواره‌ها و سنجنده‌ها با چهار نوع توان تفکيک شناخته مي‌شوند. توان تفکيک مکاني مربوط به توان آشکارسازهاي سنجنده در ارائه ابعاد پيکسل‌هاي خروجي کوچک‌تر است. توان تفکيک طيفي نشاندهنده تعداد و خصوصيات باندهايي است که سنجنده در آنها به تهيه تصوير مي‌پردازد.
توان تفکيک زماني به مدت زماني اطلاق میشود که يک منطقه مجدداً تصويربرداري شود و به طور مستقيم به مدار سکو مرتبط است. قدرت تفکيک راديومتريک نيز به تعداد بيت‌هاي حافظه اختصاص داده‌شده براي ذخيره‌سازي اطلاعات يک پيکسل اطلاق ميشود.
 |
| تصوير 6- توان تفکيک مکاني وابسته به ابعاد پيکسل‌هاي زميني است. (منبع: Jensen, John R., 2007, Remote Sensing of the Environment: An Earth Resource Perspective) |
|
|
تجزيه و تحليل تصاوير سنجش از دور از طريق متدها و تکنيک‌هاي پردازش تصوير شامل پردازش تصوير آنالوگ و پردازش تصوير رقومي صورت مي‌گيرد.
پردازش تصوير آنالوگ يا بصري بر روي کپي‌هاي سخت مانند عکس‌هاي هوايي اعمال ميشود. در تجزيه تحليل تصاوير از عناصر تفسير مانند شکل، سايز، بافت، همراهي، تن، رنگ، پارالاکس، الگو، ارتفاع، سايه، مکان استفاده ميشود.
پردازش تصوير رقومي مجموعه‌اي از تکنيک‌هايي است که براي دستکاري تصاوير با رايانه استفاده ميشود و عمدتاً شامل مراحل زير است:
پيش‌پردازش: مراحلي را که براي رفع نقايص و خطاهاي تصاوير خام دريافت‌شده از سنجنده‌ها با هدف تصحيح يا جبران خطاهاي سيستماتيک صورت مي‌گيرد را شامل ميشود. اين مرحله شامل تصحيحات هندسي، راديومتريک و اتمسفري است.
نمايش و بارزسازي تصوير به عمليات لازم براي ارتقاي کيفي تصاوير به سطحي بهتر و قابل درک به منظور استفاده از تواناييهاي تحليل چشم انسان اطلاق ميشود.
استخراج اطلاعات آخرين مرحله در به‌دست آوردن خروجي نهايي فرايند مزبور است. بعد از دو مرحله پيشين، تصاوير با استفاده از روش‌هاي کمّي تجزيه و تحليل مي‌شوند تا هر پيکسل به کلاس خاصي اختصاص داده شود. فرايند طبقه‌بندي، به دو صورت نظارت‌شده و نظارت‌نشده صورت مي‌گيرد. بعد از تکميل طبقه‌بندي ارزيابي، صحت طبقه‌بندي با مقايسه نمونههايي از تصوير با حقايق زميني انجام ميشود.
نتايج پاياني اين فرايند به تصاوير، نقشهها، داده‌ها و گزارش‌هايي ختم ميشود که ارائه‌دهنده اطلاعاتي در خصوص منابع داده، روش‌هاي تحليل، خروجي و قابليت اطمينان به آن است[6][7].
|
|
به نظر مي‌رسد که جدي‌ترين نرم‌افزار رايگان سنجش از دور، نرم افزار Chips باشد. با اين وجود اين نرم‌افزار، ديگر توسعه داده نمي‌شود و آخرين نسخه آن، 7/4 براي ويندوز است. تعداد زيادي از نرم‌افزارهاي سنجش از دور به صورت منبع باز براي تجزيه و تحليل داده‌هاي سنجش از دور چندطيفي و اَبَرطيفي از APIهاي قابل برنامه‌نويسي تا نرم‌افزارهاي کامل مانند GRASS موجود است. نرم‌افزار آموزشي DIPS نيز به آموزش مفاهيم پردازش تصوير در يک محيط شبيه‌سازي‌شده مي‌پردازد.
نرم‌افزارهاي تجاري سنجش از دور توسط شركت‌هاي متعددي تهيه و توزيع مي‌شوند که محصول هر کدام، نقاط ضعف و قوت خاص خود را دارد. از اين ميان، ميتوان به نرم‌افزارهاي تخصصي سنجش از دور ENVI، PCI Geomatica ، ERDAS، ERMapper، Idrisi و Ilwis اشاره کرد.
|
|
اگر از كاربرد قديمي سنجش از دور در حوزه شناسايي نظامي صرف‌نظر كنيم، سنتي‌ترين و معروف‌ترين كاربرد سنجش از دور در نقشه‌برداري و سامانه اطلاعات جغرافيايی (GIS) است. اصولاً اختراع هواپيما و به‌ويژه دستيابي بشر به ماهواره، دنياي نقشه‌برداري را متحول كرد.
امروزه اين امكان وجود دارد كه دقيق‌ترين نقشه‌هاي جغرافيايي در حداقل زمان ممكن در مقياس‌هاي محلي و جهاني تهيه شده و تغييرات آن به‌طور مداوم ثبت و ضبط شوند. با پيشرفت فناوري سنجنده‌ها و پردازش داده، سنجش از دور علاوه بر نقشه‌برداري توانست دنياي هواشناسي را نيز با جهش مواجه كند. امروزه سنجش از دور طيف بسيار وسيعي از كاربردها را پيدا كرده است.
بررسي و شناخت فضاي بيكران، پايش محيط زيست، اقيانوس‌شناسي، رصد و كمك به پيشگيري و مديريت بلاياي طبيعي (سيل، زلزله، سونامي و ...)، كويرزدايي، اكتشاف و استخراج منابع زيرزميني، امداد و نجات و رصد تغييرات آب و هواي جهان از ديگر زمينههاي كاربردهاي سنجش از دور هستند.
|
|
مراجع
[1] - Williamson M., "Cambridge dictionary of Space Technology", Cambridge University Press, First Edition, 2001.
[2] - www.wikipedia.org/Remote_sensing
[3] - وب‌سايت سازمان فضايي ايران
[4] - "مباني سنجش از دور"، مترجمان فرشيد جاهدي ، شاهرخ فرخي، مرکز سنجش از دور، 1375.
[5] - Rycroft M., "The Cambridge Encyclopedia of Space", Cambridge University Press, First Edition,1990.
[6] - gisdevelopment.net
[7] - حميد مالميريان، "اصول و مباني سنجش از دور و تعبير و تفسير تصاوير ماهواره‌اي"، انتشارات سازمان جغرافيايي نيروهاي مسلح، چاپ دوم، 1381. |
|
