تاریخچه سنجش از دور
مقدمه
سنجش از دور در بسیاری از زمینه های علمی و تحقیقاتی کاربردهای گسترده ای دارد. از جمله کاربردهای فن سنجش از دور می توان به استفاده از آن در زمین شناسی، آب شناسی، معدن، شیلات، کارتوگرافی، جغرافیا، مطالعات زیست شناسی، مطالعات زیست محیطی، سیستم های اطلاعات جغرافیایی، هواشناسی، کشاورزی، جنگلداری، توسعه اراضی و به طور کلی مدیریت منابع زمینی و غیره اشاره کرد.
......
تاریخچه سنجش از دور
مقدمه
سنجش از دور در بسیاری از زمینه های علمی و تحقیقاتی کاربردهای گسترده ای دارد. از جمله کاربردهای فن سنجش از دور می توان به استفاده از آن در زمین شناسی، آب شناسی، معدن، شیلات، کارتوگرافی، جغرافیا، مطالعات زیست شناسی، مطالعات زیست محیطی، سیستم های اطلاعات جغرافیایی، هواشناسی، کشاورزی، جنگلداری، توسعه اراضی و به طور کلی مدیریت منابع زمینی و غیره اشاره کرد. سنجش از دور می تواند تغییرات دوره ای پدیده های سطح زمین را نشان دهد و در مواردی چون بررسی تغییر مسیر رودخانه ها، تغییر حد و مرز پیکره های آبی چون دریاچه ها، دریاها و اقیانوسها، تغییر مورفولوژی سطح زمین و غیره بسیار کارساز است. افزون بر این یک سیستم سنجش از دور با توجه به این که بر اساس ثبت تغییرات و اختلافهای بازتابش الکترومغناطیسی از پدیده های مختلف کار می کند، میتواند حد و مرز پدیده های زمینی اعم از مرز انواع خاکها، سنگها، گیاهان، محصولات کشاورزی گوناگون و ... را مشخص کند. سنجش از دور در پیش بینی وضع هوا و اندازه گیری میزان خسارت ناشی از بلایای طبیعی کشف آلودگی آبها و لکه های نفتی در سطح دریا، اکتشافات معدنی نیز کاربرد دارد. بدون شک استفاده از این فن در مطالعات اکتشافی و منابع طبیعی و سایر موارد پیش گفته نه تنها سرعت انجام مطالعات را بیشتر می کند بلکه از نظر دقت و هزینه و نیروی انسانی نیز بسیار با صرفه تر است.
مهمترین قابلیتهای داده های سنجش از دور
داده های سنجش از دور به دلیل یکپارچه و وسیع بودن، تنوع طیفی، تهیه پوشش های تکراری و ارزان بودن، در مقایسه با سایر روشهای گردآوری اطلاعات از قابلیت های ویژه ای برخوردار است که امروزه عامل نخستین در مطالعه سطح زمین و عوامل تشکیل دهنده آن محسوب می شود. امکان رقومی بودن داده ها موجب شده است که سیستم های کامپیوتری بتوانند از این داده ها به طور مستقیم استفاده کنند و سیستم های داده ها جغرافیایی و سیستم های پردازش داده ها ماهواره ای با استفاده از این قابلیت طراحی و تهیه شده است. سهل الوصول بودن داده ها، دسترسی سریع به نقاط دور افتاده و دقت بالای آنها از امتیازات خاص این فن محسوب می شود.
مراحل تاریخی رشد سنجش از دور
1- در سال 1859 اولین عکس هوایی توسط گاسپارد فلیکس از یک بالون هوایی تهیه شد.
2- در سال 1903 از کبوترهای جاسوس در ماموریت های نظامی استفاده شد.
3- در سال 1908 ویلبر رایت اولین هواپیمای عکاس را رهبری نمود و بونویلان عکسهای هوایی را تهیه کرد.
4- در سالهای آخر جنگ جهانی اول عکسهای هوایی به سرعت برای اهداف شناسایی بکار گرفته شدند. اما جنگ جهانی دوم دوره جدیدی برای عکسبرداری های هوایی به همراه داشت.
5- در دهه 1960 آمریکا بر علیه کوبا و شوروی سابق شروع به جمع آوری اطلاعات از طریق ماهواره های جاسوسی نمود.
6- در سال 1972 ناسا اولین ماهواره ارزیابی منابع زمینی بنام ERTS-1 را به فضا پرتاب کرد که بعدها تحت نام لندست شناخته شد. در سال 1972 اولین سری ماهواره های لندست با دوربین و سنجنده های RBV (Return Beam Vidicon)، MSS (multispectral sensor) و TM(Thematic Mapper) در چهار و هفت باند توسط ایالات متحده آمریکا در مدار زمین قرار گرفته، از این مرحله که تصویربرداری از حالت آنالوگ خارج و بصورت رقومی درآمد، دریچه ای جدید برای پردازش تصاویر و نهایتا" تعبیر و تفسیر آنها به روی بشر گشوده شد.
7- فرانسه در سال 1986 اولین سری ماهواره های SPOT را با قدرت تفکیک 10 و 20 متر (در سه باند) به فضا فرستاد.
8- هندوستان سری ماهواره های IRS (Indian Remote Sensing) را در سال 1988راه اندازی نمود.
9- ژاپن در سال 1990 سری ماهواره های MOS (Marine Observation Satellites) و آژانس فضایی اروپا سری ماهواره های ERS را به فضا فرستادند.
(European Remote-Sensing Satellites)
10- در سال 1991، کانادا سری ماهواره هایRadar-sat را در مدار زمین قرار داد. (Radio Detection and Ranging-Satellite )
11- در سال 1995، مشارکت برزیل و چین جهت پرتاب ماهواره CBERS
(China-Brazil Earth Resource Satellite)
12- در سال 1996، آمریکا با پرتاب ماهواره IKONOS با قدرت تفکیک 1 متر و 4 متر
13- در سال 1999و پرتاب ماهواره های QuickBird با قدرت تفکیک 61 سانتیمتر و 44،2 متر
14- در سال 2001 و OrbView با قدرت تفکیک 1 متر و 4 متر
در سال 2003 و سازمان تحقیقات فضایی هند (ISRO)، در حال تحقیق درباره پروژه ماهواره هایی است که دارای قابلیت ارسال به فضا و بازگشت مجدد به زمین هستند. این پروژه در حال سپری کردن سیر تکاملی خود در ISRO است و انتظار می رود در سال 2005 بهره برداری شود. ماهواره های مهم و مشخصات آنان در جدول آمده است. امروزه تعداد زیادی از ماهواره ها مجهز به انواع سنجنده ها بدور زمین گردش می کنند و انبوهی از اطلاعات متنوع را در بارة سیارة زمین در اختیار متخصصان قرار می دهند.
در زمینه کاربردهای داده های ماهواره ای می توان به طور اختصار به موارد زیر اشاره کرد:
الف: مطالعه تغییرات دوره ای
برخی از پدیده ها و عوارض سطح زمین در طی دوره زمانی تغییر می یابد. علت این تغییرات می تواند عوامل طبیعی مانند سیل، آتشفشان، زلزله، تغییرات آب و هوایی، یا عوامل مصنوعی مانند دخالت انسان در محیط زیست باشد. برای مثال تغییر سطح آب دریای خزر در طی یک دوره 10 تا 20 ساله، تغییر میزان سطح پوشش و جنگلها درشمال کشور و تغییر پوشش گیاهی نخل در جنوب کشور و میزان آسیب آنها در دوران جنگ را می توان با استفاده از داده های ماهواره ای با دقت بسیار زیادی مطالعه کرد.
ب: مطالعات زمین شناسی
با استفاده از داده های ماهواره ای می توان مرزهای بسیاری از سازندهای زمین شناسی را از یکدیگر تفکیک کرد، گسله ها را مورد مطالعه قرار داد ونقشه های گوناگون زمین شناسی تهیه کرد. از جمله نقشه های زمین شناسی گوناگون که با استفاده از داده های ماهواره ای می توان تهیه کرد، نقشه گسله ها و شکستگی ها، نقشه سازندهای سنگی مختلف، نقشه خاکشناسی و نقشه پتانسیل ذخایر تبخیری سطحی را میتوان نام برد. افزون براین با توجه به گستره بسیار وسیع زیر پوشش هر تصویر ماهواره ای، چنین تصاویری برای مطالعات کلان منطقه ای برای زمین شناسان بسیار مفید است.
ج: مطالعات کشاورزی وجنگلی
تشخیص وتمایزگونه های گیاهی مختلف، محاسبه سطح زیر کشت محصولات کشاورزی، مطالعه مناطق آسیب دیده کشاورزی براثرکم آبی یا حمله آفتهای مختلف به آنها از جمله مهمترین کاربردهای داده های ماهواره ای است. تهیه نقشه جامع پوشش گیاهی هر منطقه، تهیه نقشه آبراهه ها و ارتباط آنها با مناطق مستعدکشت و برآورد میزان محصول زیر کشت از کاربردهای دیگر چنین اطلاعاتی است. لازم به ذکر است که وزارت بازرگانی و کشاورزی کشور ایالات متحده آمریکا از ابتدای تکوین تکنولوژی سنجش از دور همه ساله محصول کشاورزی کشور آمریکا وتمام کشورهای جهان را با استفاده ازتصاویر ماهواره ای برآورد می کند تا برای برنامه ریزی بازار و تولید اطلاعات مفید و لازم را بدست آورد. افزون بر این مطالعه میزان انهدام جنگلها و یا میزان پیشرفت جنگل کاری از کاربردهای دیگر این تصاویر است.
د- مطالعات منابع آب
مطالعه آبهای سطحی منطقه و تهیه نقشه آبراهه ها، بررسی تغییر مسیر رودخانه ها بر اثر عوامل طبیعی یا مصنوعی، تخمین میزان آب سطحی هر منطقه از جمله جالبترین کاربرد داده های ماهواره ای است.کشور ما از جمله کشورهایی است که با وجود داشتن منابع آبهای سطحی در بسیاری مناطق از مشکل کم آبی رنج می برد، که استفاده از تکنولوژی نوین وبه دست آوردن اطلاعات دقیق می تواند راهگشای استفاده بهتر ازمنابع آب کشور باشد.
- بررسی آلودگی آب:
اهمیت آب به عنوان یکی از چهار عنصر اصلی حیات و جایگاه خاص آن در آبیاری، تولید انرژی و صنعت و ... بر همگان کاملاً مشخص است و تحقیق در خصوص کیفیت، آلودگی و یا خلوص آن، برنامه ریزی برای استفاده معقول از آب را میسر می سازد. تصاویر ماهواره ای، به دلیل ویژگی های خود و بخصوص تکراری بودن، زمینه های مناسبی را برای مطالعه آب به عنوان یکی از منابع زمینی، فراهم نموده اند. به طور کلی بیشترین مقدار اشعه خورشید، در لایه های فوقانی (حدود دو متری آب) جذب می شوند و این خاصیت، بستگی زیادی به نوع طول موج دارد. اشعه مادون قرمز انعکاسی در چند سانتی متری از سطح آب جذب می شود و موجب ظهور زمینه سیاه بر روی تصاویر ماهواره ای می شود. موج آبی، هر چند بطور محسوس در آب نفوذ می کند ولی در عین حال در لایه های فوقانی به سرعت متفرق می شود و رنگ آبی را برای آب، موجب می گردد.
با استفاده از طول موجهای مختلف مورد استفاده در سنجش از دور بویژه در فاصله 6/0- 48/0 میکرو متر می توان اختلاف های سطوح مختلف آب را از نظر زمینه به وضوح مشاهده نمود.
تمام آبهای طبیعی دارای مقادیر مختلف ناخالصی هستند. هرگاه میزان نا خالصی آب در حدی باشد که مصارف آن به صورت آب مشروب و یا برای مقاصد آبیاری و صنعتی ناممکن باشد، آلوده به حساب می آید. آلودگی آب ممکن است در اثر فعالیتهای انسان یا از منابع طبیعی ناشی شود که در هر حال بسته به میزان ناخالصی، اختلاف زمینه در تصاویر ماهواره ای حاصل می شود و از این خاصیت برای مطالعه آب استفاده می گردد. برای مطالعه آلودگی آب، دو نوع عامل یا منبع آلودگی را می توان مورد توجه قرار داد. یکی منابع محدود در مناطقی خاص، نظیر فاضلاب های صنعتی، دیگر منابع غیر محدود، مانند مازاد حاصل از فعالیتهای کشاورزی و نیز موادی که پس از بارندگی یا به وسیله جریان آب رودخانه ها حمل می شوند.
تشخیص میزان آلودگی آب با استفاده از تصاویر ماهواره ای بسیار مشکل است، لیکن با بررسی و مطالعه تصاویر تکراری و تغییراتی که در زمینه سطوح آبی ظاهر می شود، می توان منابع آلودگی را شناسائی کرد. مثلاً زمینه نسبتاً روشنی که در نواحی نزدیک به ساحل، بر روی تصاویر دیده می شود، از ورود پساب های صنایع و یا فعالیتهای کشاورزی در مناطق نزدیک به دریا و بالا رفتن میزان انعکاس از لایه های آلوده در نواحی نزدیک به ساحل و اطراف جزیره ها ناشی می شود. حال آنکه، در نواحی دور از ساحل که عمق بیشتری هم دارند، معمولاً میزان آلودگی کمتر است و عدم انعکاس امواج این گونه آبها، زمینه تیره ای را بر روی تصاویر موجب می شود و براحتی از مناطق آلوده قابل تشخیص می باشند.
- بررسی طغیان های آبی:
موارد دیگر استفاده از تصاویر ماهواره ای، مطالعه و بررسی طغیان آب و آثار آن بر مناطق سیل زده می باشد. معمولاً هنگام طغیان آب رودخانه ها، بالا آمدن آب دریا و پیشروی آب در نواحی ساحلی و سرانجام پس از جاری شدن سیل، سطوح کوچک و بزرگی از نواحی مجاور دریا و رودخانه ها به زیر آب می روند که با بررسی تصاویر تکراری ماهواره ای، می توان مناطق مورد طغیان را به سهولت تشخیص داده و نقشه های اراضی خسارت دیده را ترسیم نمود. پس از پایان طغیان آب، با مطالعه تصاویر تکراری، مدت لازم برای نفوذ آب در زمین، زه کشی طبیعی و تبخیر آب، می توان تا حدود زیادی در مورد جنس خاک و نفوذ پذیری آن قضاوت نمود و تشکیل دشت های سیلابی را در مجاورت رودخانه ها مشاهده کرد.
ح- مطالعات دریایی
از تکنولوژی سنجش از دور بخصوص در چند زمینه مهم کاربردهای دریایی می توان استفاده کرد که ازآن جمله مطالعات دوره های پیشروی و پسروی کرانه دریا؛ مطالعات عمومی ویژگیها و خصوصیات توده های آبی مثل نقشه دمای سطح و رنگ آب و نقشه تراکم میزان کلروفیل و پلانکتون و مطالعات مربوط به تأثیر سایر پدیده ها بر دریا، از جمله وضعیت حرکت وتندی امواج دریا و غیره هستند. تابحال اقیانوسها طراحی وساخته شده است. مهمترین این ماهواره ها عبارتند از ماهواره “ موس” ژاپن و ماهواره “ سی ست” آمریکا. برای آگاهی بیشتر از جزئیات سنجنده ها و کاربردهای آن به بخش مربوط به این ماهواره در همین گزارش رجوع کنید.
و- مطالعه بلایای طبیعی
امروزه برآورد میزان خسارت ناشی از بلایای طبیعی از قبیل سیل، زلزله، آتشفشان، طوفان و غیره با استفاده از داده های ماهواره ای بسیار متداول است. تعیین راهبرد مناسب برای جلوگیری و کاهش خسارت بلایای طبیعی از جمله دیگر کاربردهای داده های ماهواره ای است.
بطور کلی با توجه به خصوصیات اطلاعات ماهواره ای، امروزه در موارد گوناگون در زمینه منابع طبیعی از این اطلاعات استفاده می شود که اهم آنها عبارتند از:
- مطالعات جنگل و بررسی تغییرات آن.
- مطالعات مراتع و بررسی تغییرات آن.
- تهیه نقشه های مختلف از جمله کاربری اراضی، قابلیت اراضی و غیره.
- شناسائی محصولات کشاورزی و برآورد سطح زیر کشت آنها.
- مطالعه آبهای سطحی و شبکه رودخانه ها و بررسی تغییرات آبهای ساحلی.
- شناسائی مناطق دستخوش آفات و بیماریهای گیاهی و مناطق آتش سوزی.
- شناسائی معادن و مطالعه تغییرات حوزه های معدنی.
- کنترل مناطق شهری و نحوه گسترش شهرها.
- بررسی سیل و طغیان های آبی و خسارات ناشی از آنها.
- پیش بینی محصولات کشاورزی.
- مطالعه مربوط به شیلات و آبزیان.
- تهیه و تدارک اطلاعات مورد نیاز سیستم های اطلاعات جغرافیایی.
NOAA
National Oceanic & Atmospheric Administration
مشخصات ماهواره هواشناسی نوآ :
خورشید آهنگ مدار قطبی
کشور سازنده : آمریکا
تاریخ پرتاب : 1978
تفکیک مکانی : 1/1 کیلومتر
پوشش شبانه روز : دو پوشش کامل از کره زمین
ارتفاع مدار : 850 کیلومتر
مدار دایره ای به ارتفاع هشتصد و پنجاه کیلومتر
زمان دوران حدود صد و دو دقیقه با چهارده دوران در شبانه روز
اخذ دو پوشش کامل از سطح زمین در یک شبانه روز
حس گر AVHRR
سیستم ارسال اطلاعات HRPT
ماهواره ای در مدار NOAA14- NOAA 12 - NOAA 10.
Terra
نام ماهواره: Terra
کشور سازنده :ایالات متحده آمریکا
تاریخ پرتاب :18دسامبر 1999
وضعیت فعلی :فعال
اطلاعات مداری
مدار :شبه قطبی ارتفاع 705 کیلومتر
زاویه میل :98 درجه
بازگشت :دو روز
سنجنده ها
MODIS
MISR
CERES
ASTER
تعداد باند :14
قابلیت تفکیک زمینی
باند 3-1 15 متر
باند 9-3 30متر
باند 14-9 90 متر
MOPITT
سنجنده :MODIS
تعداد باندها : 36
زمان بازگشت : 16 روز
محدوده طیفی : 4/0 الی 15 میکرون
قابلیت تفکیک زمینی
250متر باند 1-2
500متر باند 3-7
1000 متر باند 36-8
QuickBird
اطلاعات پرتاب
تاریخ پرتاب: 18 اکتبر 2001
پنجره پرتاب: 1851 تا 1906 GMT
وسیله پرتاب: Delta II
سایت پرتاب: SLC-2W , پایگاه نیروی هوایی واندنبرگ کالیفرنیا
ایستگاههای زمینی دریافت کننده داده¬های تصویری
1- نروژ
2- آلاسکا
اطلاعات مداری
ارتفاع: 450 کیلومتر- 98 درجه, خورشید آهنگ
دوره بازگشت: یک تا 3/5 روز بسته به عرض جغرافیایی
ظرفیت چرخش در هر دور: حدود 128 گیگا بایت (تقریباً 57 بار تصویربرداری از یک مدار چرخش)
پهنای نوار و اندازه منطقه
پهنای نوار: 16/5 کیلومتر از خط Nadi
منطقه واحد: 16/5کیلومتر * 16/5کیلومتر
دقت سنجنده و پهنای باند طیفی
پنکروماتیک: دارای دقت مکانی 61 سانتیمتر
سیاه و سفید: 445 تا 900 نانومتر
چند طیفی: دارای دقت مکانی 2/5متر
آبی: 450 تا 520 نانومتر
سبز: 520 تا 600 نانومتر
قرمز: 630 تا 690 نانومتر
مادون قرمز نزدیک: 760 تا 900 نانومتر
مشخصات فضا پیما
ظرفیت سوخت: تا 7 سال
وزن: 2100 پوند
طول: 3/4متر
Ikonos
نام ماهواره: IKONOS
کشور سازنده: ایالات متحده آمریکا
تاریخ پرتاب: 24سپتامبر 1999
سکوی پرتاب : آتنا 2
وضعیت فعلی: فعال
مداری اطلاعات
مدار: شبه قطبی ارتفاع 681 کیلومتر
زاویه میل: 98/1
سرعت : 7کیلومتر در ثانیه
بازگشت : 29 روز برای قدرت تفکیک 1متر
بازگشت : 1/5 روز برای قدرت تفکیک 4 متر
محدوده طیفی سنجنده ها
پانکروماتیک چند طیفی
0.90- 0.45 µ 0.45 - 0.52 µ
0.52- 0.6 µ
0.63 µ
0.76- 0.90 µ
سنجنده ها
چند طیفی پانکروماتیک نام سنجنده
1متر 4 متر اندازه تفکیک زمینی
11 کیلومتر 11 کیلومتر عرض تصویر برداری
1 4تعداد باندها
Radarsat
کشور سازنده: کانادا
تاریخ پرتاب: 4ژانویه 1995
وضعیت فعلی: فعال
اطلاعات مداری
مدار: شبه قطبی ارتفاع 821-793 کیلومتر
زاویه میل: 6.98
بازگشت : 24 روز
SAR نام سنجنده
C BAND/5.3 Ghz فرکانس / طول موج
IRS - 1C
نام ماهواره: IRS-1C
کشور سازنده: هندوستان
تاریخ پرتاب: 28 دسامبر 1995
سکوی پرتاب : موشک روسی
وضعیت فعلی: فعال
مداری اطلاعات
مدار: شبه قطبی ارتفاع 817 کیلومتر
زاویه میل: 98/7درجه
بازگشت : 24 روز LISS III
بازگشت : 5 روز PAN & WIFS
محدوده طیفی سنجنده ها
IRS - 1D
نام ماهواره: IRhS-1D
کشور سازنده: هندوستان
تاریخ پرتاب:19 سپتامبر1997
سکوی پرتاب : موشک روسی
وضعیت فعلی: فعال
اطلاعات مداری
مدار: شبه قطبی ارتفاع 817 کیلومتر
زاویه میل: 98/7 درجه
بازگشت : 24 روز LISS III
بازگشت : 5روز PAN & WIFS
Landsat 5
نام ماهواره: LANDSAT5
کشور سازنده: ایالات متحده آمریکا
تاریخ پرتاب: اول مارس 1984
وضعیت فعلی: فعال
اطلاعات مداری
مدار: شبه قطبی ارتفاع 705 کیلومتر
زاویه میل: 98/2
بازگشت : 16 روز
سرعت :7 کیلومتر در ثانیه
سکوی پرتاب: دلتا 3920