مبانى سنجش از دور

از ديرباز روش هاى مختلفى براى جمع آورى داده ها به خصوص داده هاى مکانمند وجود داشته است. انجام مشاهدات نجومى ، نقشه بردارى زمينى ، هيدروگرافى، فتوگرامترى و سنجش از دور روش هاى عمده جمع آورى اطلاعات مکانمند مى باشد. سنجش از دور (Remote Sensing) از زمره روش هاى جمع آورى داده ها محسوب مى شود که در آنها تماس فيزيکى با اشيا مورد اندازه گيرى در حداقل ممکن نگه داشته مى شود. در مقابل روش هاى زمينى که در آنها عامل انسانى وظيفه تفسير و برداشت را بر عهده دارد و معمولا در تماس مستقيم يا با فاصله کم از اشيا انجام مى شود، در سنجش از دور ، جمع آورى داده ها بر عهده سنجنده است.

براى سنجش از دور تاکنون تعاريف بسيارى ارائه شده است که برخى از مهمترين آنها عبارتند از :

- سنجش از دور دانش پردازش و تفسير تصاويرى است که حاصل ثبت تعامل انرژى الکترومغناطيس و اشيا مى باشند.(Sabins,1997)

- سنجش از دور به معناى برداشت سطح زمين از فضا با استفاده از خصوصيات امواج الکترومغناطيس منعکس شده يا منتشر شده از سطح اشيا است. کاربرد سنجش از دور در مديريت منابع طبيعى ، توليد نقشه هاى کاربرى و پوششى و حفظ طبيعت است(UN,1999

- سنجش از دور علم و هنر بدست آوردن اطلاعات درباره يک شى، منطقه يا پديده از طريق پردازش و آناليز داده هاى اخذ شده بوسيله يک دستگاه ( بدون تماس مستقيم با شى، منطقه يا پديده مورد مطالعه ) است. (ASP,1983)

اين تعريف گرچه کمى قديمى است ولى تا حد زيادى وظايف و قابليت هاى مهم سنجش از دور را بيان مى دارد. براساس اين تعريف و روند جارى سنجش از دور مى توان يک سيستم سنجش از دور را به دو بخش تقسيم کرد :

1-بخش جمع آورى داده ها

 2-بخش استخراج اطلاعات

حاصل بخش جمع آورى داده ها ، داده هاى سنجش از دورى هستند که به شکل تصاوير، عکس ها ،داده هاى ارتفاعى و نظاير آنها به کاربران ارائه مى شوند.

اين بخش از چهار عنصر اساسى تشکيل شده است:

1- منبع انرژي (Energy Source) ، موج الکترومغناطيس را توليد کرده و آن را از طريق اتمسفر به سمت اشيا گسيل مى دارد. در اغلب اوقات منبع انرژى خورشيد است ، ولى در بعضى از سيستم هاى سنجش از دورى منبع انرژى همان سنجنده است که امواج الکترومغناطيس را در طول موج هاى خاصى توليد مى کند.

2- اتمسفر : موجى که از منبع انرژى به سمت اشيا حرکت مى کند در راه خود از واسطه اى به نام اتمسفر عبور مى کند اثرات مهم اتمسفر بر روى انرژى ارسالى عبارتند از : جذب و تفرق

     

3- اشيا و پديده ها : قسمتى از موج الکترومغناطيس پس از تعامل با اتمسفر بلاخره به اشيا برخورد مى کند و قسمتى از آن انعکاس يافته ، قسمتى جذب شده و قسمتى از شى عبور مى کند. قسمت انعکاس يافته دوباره از طريق اتمسفر به سمت فضاى بيرون هدايت مى شود و قسمتى از آن به سنجنده مى رسد.

4- سنجنده ها : سنجنده انرژى ارسال شده از طرف اشيا را دريافت ، اندازه گيرى و ثبت مى کند. سنجنده ها براى نگهدارى و انتقال ( در مدار يا فضا) نياز به سکويى دارند که اغلب هواپيما يا ماهواره است.

حاصل تعامل چهار مولفه ياد شده، معمولا تصويرى است که در بخش استخراج اطلاعات بکار گرفته مى شوند. در مرحله بعد تصوير مورد آناليز قرار مى گيرد تا اطلاعات مورد نياز از آن استخراج شود. به طور کل آناليز تصاوير را از لحاظ تئورى ، مى توان نگاشتى از تصوير به همراه اطلاعات دانست.

که به دو صورت تفسير بصرى ( روش سنتى) و روش کامپيوترى انجام مى پذيرد. در روش اول کارشناس با کمک ايجاد انواع ترکيب هاى رنگى و تجربيات گذشته عوارض را بر اساس به رنگ ، بافت و ديگر پارامترها شناسايى مى کند. در صورتى که در روش هاى کامپيوترى عليرغم دخالت عامل انسانى در نهايت تصميم گيرى با الگوريتم کامپيوترى مى باشد که هر پيکسل از تصوير متعلق به چه کلاس يا عارضه اى بر روى سطح زمين است.

اين مقدمه کوتاه بر سنجش از دور گرچه بسيارى از جزئيات را به همراه ندارد ولى مى تواند ديد کلى ايجاد کند که فرآيند و عملکرد يک سيستم سنجش از دور چگونه است و هر بخش از آن در کجاى فرآيند نقش بازى مى کند.

کاربردهاى مهم سنجش از دور

       سنجش از دور در بسيارى از زمينه هاى علمى و تحقيقاتى کاربردهاى گسترده اى دارد. از جمله کاربردهاى فن سنجش از دور مى توان به استفاده از آن در زمين شناسى، آب شناسى، معدن، شيلات، کارتوگرافى، جغرافيا، مطالعات زيست شناسى، مطالعات زيست محيطى، سيستم هاى اطلاعات جغرافيايى، هواشناسى، کشاورزى، جنگلدارى، توسعه اراضى و به طورکلى مديريت منابع زمينى و غيره اشاره کرد.

        سنجش از دورمى تواند تغييرات دوره اى پديده هاى سطح زمين را نشان دهد و در مواردى چون بررسى تغيير مسير رودخانه ها، تغيير حد و مرز پيکره هاى آبى چون درياچه ها، درياها و اقيانوسها، تغيير مورفولوژى سطح زمين و غيره بسيار کارساز است. افزون بر اين يک سيستم سنجش از دور با توجه به اين که بر اساس ثبت تغييرات واختلافهاى بازتابش الکترومغناطيسى از پديده هاى مختلف کار مى کند، ميتواند حد و مرز پديده هاى زمينى اعم از مرز انواع خاکها، سنگها، گياهان، محصولات کشاورزى گوناگون و ... را مشخص کند.

 سنجش از دور در پيش بينى وضع هوا و اندازه گيرى ميزان خسارت ناشى ازبلاياى طبيعى،کشف آلودگى آبها و لکه هاى نفتى در سطح دريا، اکتشافات معدنى نيز کاربرد دارد. بدون شک استفاده از اين فن در مطالعات اکتشافى و منابع طبيعى و ساير موارد پيش گفته نه تنها سرعت انجام مطالعات را بيشتر مى کند،بلکه از نظر دقت و هزينه و نيروى انسانى نيز بسيار با صرفه تر است. 

      در زمينه کاربرد داده هاى ماهواره اى مى توان به طور اختصار به موارد زير اشاره کرد:

 الف: مطالعه تغييرات دوره اى  

       برخى از پديده ها و عوارض سطح زمين در طى دوره زمانى تغيير مى يابد. علت اين تغييرات مى تواند عوامل طبيعى مانند سيل، آتشفشان، زلزله، تغييرات آب و هوايى، يا عوامل مصنوعى مانند دخالت انسان در محيط زيست باشد. براى مثال تغيير سطح آب درياى خزر در طى يک دوره ۱۰ تا ۲۰ ساله، تغيير ميزان سطح پوشش  و جنگلها درشمال کشور و تغيير پوشش گياهى نخل در  جنوب کشور و ميزان آسيب آنها در دوران جنگ را مى توان با استفاده از داده هاى ماهواره اى با دقت بسيار زيادى مطالعه کرد. 

ب: مطالعات زمين شناسى 

     با استفاده از داده هاى ماهواره اى مى توان مرزهاى بسيارى از سازندهاى زمين شناسى را از يکديگر تفکيک کرد، گسله ها را مورد مطالعه قرار داد ونقشه هاى گوناگون زمين شناسى تهيه کرد. از جمله نقشه هاى زمين شناسى گوناگون که با استفاده از داده هاى ماهواره اى مى توان تهيه کرد، نقشه گسله ها و شکستگى ها، نقشه سازندهاى سنگى مختلف، نقشه خاکشناسى و نقشه پتانسيل ذخاير تبخيرى سطحى را ميتوان نام برد. افزون براين با توجه به گستره بسيار وسيع زير پوشش هر تصوير ماهواره اى، چنين تصاويرى براى مطالعات کلان منطقه اى براى زمين شناسان بسيار مفيد است.  به طور خلاصه کاربرد سنجش از دور در زمين شناسى مى تواند به صورت زير خلاصه شود:

  • اکتشاف معادن

   بررسى‌هاى دورسنجى به دليل داشتن داده‌هايى با ديد وسيع و يکپارچه و محدوده طول موجى مختلف، از بهترين روش‌ها در پى‌جويى کانسارها مى‌باشد.

   به عنوان مثال با توجه به اينکه جايگاه کانسارهاى پورفيرى بزرگ دنيا و ذخاير طلاى اپى ترمال، جزاير قوسى و زون‌هاى فرورانش بوده و تمرکز آنها بيشتر در نواحى دگرسان شده وسيع و محل گسل‌هاى بزرگ حاشيه دهانه‌هاى آتش‌فشانى يا همراه با تراورتن هاى حوالى چشمه هاى آب گرم مى باشد، لذا بررسى‌هاى دورسنجى مى‌تواند بهترين وسيله در شناخت اين نوع کانسارها باشد.

  • تهيه نقشه خطواره ها و نقشه شکستگى ها و تفسير زمين ساخت ناحيه بر اساس آن

   شکستگى ها بويژه گسل ها عامل مهم و اساسى در تشکيل ذخاير معدنى مى‌باشند. شناسايى عناصر ساختارى و تشخيص ساختار هر منطقه کمک بسيار ارزنده اى جهت شناسايى و اکتشاف مواد معدنى مى‌باشد، زيرا شناخت عناصر ساختارى مانند گسل هاى عادى، شکستگى‌هاى کششى و ساختمان‌هاى هورست و گرابن که پى آمد آن تشخيص ساختارهاى کششى است يا گسل‌هاى راندگى، چين خوردگى‌ها و گسل‌هاى راستالغز چپ رو و راست رو که نهايت آن تشخيص ساختارهاى فشارى است، با توجه به درازاى گسل ها و همچنين محل تلاقى گسل هاى اصلى با گسل هاى ديگر، مى تواند محل مناسبى براى نفوذ ماگما و سپس کانه زايى باشد؛ پس همگى مى توانند کليدهاى مناسبى جهت شناخت و اکتشاف ذخاير معدنى باشند.

  •  تعيين محدوده هايى با ساختمان‌هاى گنبدى:

   يکى از اهداف اين بررسى‌ها تهيه نقشه اى مربوط به گسترش ساختمان‌هايى مانند باتوليت، استوک، دم(گنبد)، دايک، ساختمان‌هاى حلقوى و رگه ها مى‌باشد. همانطور که اشاره شد با بکارگيرى روش هاى مختلف پردازش و ايجاد تصاوير رنگى، واحدهاى سنگى مختلف شناسايى مى‌شوند و بر اين اساس گسترش سنگ‌هاى ماگمايى اسيدى و بازيک در منطقه مشخص مى‌گردند. بر اساس مساحت گسترش توده هاى نفوذى و نيمه عميق، مساحت‌هاى بيشتر از 100 کيلومتر مربع بعنوان باتوليت و گسترش هاى کمتر بعنوان استوک در نظر گرفته مى‌شوند.دايک‌ها، دم‌هاى اسيدى و رگه‌هاى کوارتزى نيزمى‌توانند قابل شناسايى باشند.

   تشخيص گسترش سنگ‌هاى ماگمايى با نوع ساخت و زمان آن مى تواند راهنماى خوبى براى تشخيص وجود يا عدم وجود ذخاير معدنى باشد(مطالعه متالوژنى منطقه)
توده بازيک بازالتى و آلتراسيون‌هاى سيليکاتى اطراف آن نيز از طريق سنجش از دور امکان پذير است

  • تهيه نقشه نواحى دگرسانى)  آلتراسيون ها( :

   شناخت نواحى دگرسانى يکى از عوامل تشخيص مناطق کانه دار مى باشد. اگر در تشخيص اين مناطق، نوع دگرسانى نيز مشخص شود، مى تواند در تعيين الگويى مناسب جهت کانه زايى منطقه، مفيد باشد. با استفاده از روش‌هاى مختلف پردازش و بکارگيرى توابع رياضى و روش هاى آمارى ذکر شده درنهايت نواحى دگرسان با رنگ ويژه اى مشخص مى‌شوند(High Light).

  • تعيين نقشه نواحى اميدبخش معدنى :

   با تلفيق نتايج بدست آمده از بررسى هاى دورسنجى مناطق مورد مطالعه (نوع واحدهاى سنگى، ‌ساختار تکتونيکى، ساختمان‌هاى ماگمايى و دگرسانى‌ها)،‌ مناطقى به عنوان نواحى اميدبخش معرفى مى‌شوند که نسبت به ساير مناطق داراى احتمال بيشترى براى کانى‌زايى هستند.

ج: مطالعات کشاورزى وجنگلى 

       تشخيص وتمايزگونه هاى گياهى مختلف، محاسبه سطح زير کشت محصولات کشاورزى، مطالعه مناطق آسيب ديده کشاورزى براثرکم آبى يا حمله آفتهاى مختلف به آنها از جمله مهمترين کاربردهاى داده هاى ماهواره اى است. تهيه نقشه جامع پوشش گياهى هر منطقه، تهيه نقشه آبراهه ها و ارتباط آنها با مناطق مستعدکشت  وبرآورد ميزان محصول زير کشت از کاربردهاى ديگر چنين اطلاعاتى است. لازم به ذکر است که وزارت بازرگانى و کشاورزى کشور ايالات متحده آمريکا از ابتداى تکوين تکنولوژى سنجش از دور همه ساله محصول کشاورزى کشور آمريکا وتمام کشورهاى جهان را با استفاده ازتصاوير ماهواره اى برآورد مى کند تا براى برنامه ريزى بازار و توليد اطلاعات مفيد و لازم را بدست آورد.  افزون بر اين مطالعه ميزان انهدام جنگلها و يا ميزان پيشرفت جنگل کارى از کاربردهاى ديگر اين تصاوير است. 

د- مطالعات منابع آب

         مطالعه آبهاى سطحى منطقه و تهيه نقشه آبراهه ها، بررسى تغيير مسير رودخانه ها بر اثر عوامل طبيعى يا مصنوعى، تخمين ميزان آب سطحى هر منطقه از جمله جالبترين کاربرد داده هاى ماهواره اى است.کشور ما از جمله کشورهايى است که با وجود داشتن منابع آبهاى سطحى در بسيارى مناطق از مشکل کم آبى رنج مى برد، که استفاده از تکنولوژى نوين وبه دست آوردن اطلاعات دقيق مى تواند راهگشاى استفاده بهتر ازمنابع آب کشور باشد. 

ح- مطالعات دريايى

       از تکنولوژى سنجش از دور بخصوص در چند زمينه مهم کاربردهاى دريايى مى توان استفاده کرد که ازآن جمله مطالعات دوره هاى پيشروى و پسروى کرانه دريا؛ مطالعات عمومى ويژگيها و خصوصيات توده هاى آبى مثل نقشه دماى سطح و رنگ آب و نقشه تراکم ميزان کلروفيل و پلانکتون و مطالعات مربوط به تأثير ساير پديده ها بر دريا، از جمله وضعيت حرکت وتندى امواج دريا و غيره هستند. 

   تابحال سنجنده ها و ماهواره هاى مخصوصى فقط براى مطالعات درياها و اقيانوسها طراحى وساخته شده است. مهمترين اين ماهواره هاعبارتند از ماهواره “ موس” ژاپن و ماهواره “ سى ست” آمريکا. 

و- مطالعه بلاياى طبيعى 

     امروزه برآورد ميزان خسارت ناشى از بلاياى طبيعى از قبيل سيل، زلزله، آتشفشان، طوفان ، زمين لغزش ، فرونشست وغيره با استفاده از داده هاى ماهواره اى بسيار متداول است. تعيين راهبرد مناسب براى جلوگيرى وکاهش خسارت بلاياى طبيعى از جمله ديگر کاربردهاى داده هاى ماهواره اى است.

 

تهیه کننده : سعید ویسکرمی