تعریف، تاریخچه، انواع، نرم افزارها و کاربردهای سنجش از دور هوایی

تعریف

سنجش از دور یعنی تشخیص و جمع‌آوری داده از فاصله دور^[1] و عمدتاً به عنوان فناوری و علمی تعریف می‌شود که به وسیله آن می‌توان بدون تماس مستقیم، مشخصه‌های (مکانی، طیفی، زمانی) یک شیء یا پدیده را تعیین، اندازه‌گیری و یا تجزیه و تحلیل نمود^[2]. با نداشتن تماس مستقیم، باید روشی برای انتقال اطلاعات از طریق فضا مورد استفاده قرار گیرد. برای این منظور، واسطه­های مختلفی مانند میدان جاذبه، میدان مغناطیسی، امواج صوتی و انرژی الکترومغناطیسی مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این وجود، فناوری رایج در سنجش از دور، استفاده از امواج الکترومغناطیس است.

در حالت کلی، تعریف فوق دامنه وسیعی از کاربردها نظیر مشاهدات زمینی، تصویربرداری پزشکی از طریق مافوق صوت، تصویربرداری تشدید مغناطیسی (MRI)، توموگرافی گسیل پوزیترون (PET) و تصویربرداری صنعتی را شامل می‌شود. در مفهوم مدرن، این اصطلاح عموماً به کاربرد فناوری‌های سنجنده‌های تصویربردار نصب‌شده بر روی هواپیماها و فضاپیماها گفته می­شود که از زمینه­های دیگر مرتبط با تصویربرداری مانند تصویربرداری پزشکی جداست^[2].

سنجش از دور این امکان را فراهم می‌کند که از مناطق غیرقابل دسترس و خطرناک اطلاعات جمع‌آوری شود. نمونه‌هایی از کاربرد­های سنجش از دور شامل پایش جنگل‌زدایی، بررسی تاثیر تغییر اقلیم بر روی یخچال‌ها در مناطق قطبی، تعیین عمق بدنه‌های آبی و جمع‌آوری اطلاعات نظامی از مناطق پرخطر مرزی است. همچنین سنجش از دور می‌تواند جایگزین روش‌های پرهزینه جمع‌آوری اطلاعات میدانی شود.

تاریخچه سنجش از دور ۱.جهان

نقطه آغاز علم سنجش از دور مدرن را می‌توان از زمان توسعه پرواز دانست. در سال 1858، اولین عکس‌ هوایی توسط گاسپار فیلیکس تورناکون از فراز شهر پاریس به‌وسیله یک بالن تهیه شد[2]. در واقع، توسعه صنعت هواپیمایی نقطه عطفی در تاریخ سنجش از دور به‌حساب می‌آید. در سال 1908، ویلبر رایت اولین هواپیمای عکاس را رهبری نمود که شخص دیگری در آن به تهیه عکس‌های هوایی می‌پرداخت. در سال‌های آخر جنگ جهانی اول، عکس‌های هوایی به صورت گسترده‌ای برای اهداف شناسایی به‌کار گرفته شدند. اما جنگ جهانی دوم، دوره جدیدی برای عکس‌برداری‌های هوایی به همراه داشت. در این زمان بود که پیشرفت‌های مهمی در صنعت عکس‌برداری حاصل و استفاده از فیلم‌های حساس مادون قرمز رایج شد[3]. با این وجود، بزرگ‌ترین تحول و جهش در فناوری سنجش از دور، با توسعه فناوری فضایی در اواخر دهه 50 میلادی رخ داد. ماهواره‌ها بستری را فراهم می‌کردند تا حسگرها بتوانند از بالاترین ارتفاع ممکن، با تسلط کامل بر سیاره زمین و در موقعیت‌های متوالی، به تهیه و ارسال داده‌ها بپردازند. از آن پس، ماهواره‌ها با داشتن مزایایی چون ماموریت بلندمدت و پوشش جهانی به عنوان سکوی متداول حامل سنجنده‌ها مورد استفاده قرار گرفتند. امروزه فناوری سنجش از دور گسترش بسیار زیادی یافته است. سنجش از دور علاوه بر جایگاه علمی ویژه خود به عنوان ابزاری در دست دانشمندان علوم مختلف، به عنوان یک تجارت گسترده نیز مطرح است و کشورهای بسیاری وارد این حوزه شده‌اند. نقطه کلیدی توسعه این فناوری، پیشرفت در ساخت انواع سنجنده‌ها و توسعه علم پردازش داده‌ها است. در جهان امروز، نقشه‌برداری، هواشناسی، اقیانوس‌شناسی، زمین‌شناسی و بسیاری از حوزه‌های مشابه کاملاً وابسته به دانش سنجش از دور هستند. در آغاز قرن بیست و یکم و با پیشرفت بی‌سابقه و سریع در حوزه ارتباطات دیجیتالی، سنجش از دور حتی به خانه‌های مردم عادی نیز وارد شده است. مردم امروزه می‌توانند با استفاده از برخی خدمات اینترنتی، تصاویر ماهواره‌ای موردنظر خود را بر روی رایانه شخصی خود دریافت کنند. حتی امکان دیدن تصاویری از وضعیت خورشید و سیارات منظومه شمسی نیز برای عموم وجود دارد. شاید این پیشرفت را بتوان نشانه‌ای از یک جهش در فناوری سنجش از دور دانست.

2.ایران سابقه تهیه عکس‌های هوایی سراسری از ایران به دهه 40 بازمی‌گردد. در کشور ما اولین فعالیت متمرکز برای وارد شدن در حوزه سنجش از دور ماهواره‌ای در سال 1353 به دنبال پرتاب اولین ماهواره منابع زمینی با تاسیس دفتر جمع‌آوری اطلاعات ماهواره‌ای در سازمان برنامه و بودجه وقت صورت گرفت که پس از مدتی دفتر مذکور به مرکز سنجش از دور تغییرنام داد. این مجموعه، در سال 1356، در قالب طرح استفاده از ماهواره، اقدام به خرید و نصب یک ایستگاه گیرنده تصاویر ماهواره‌ای در ماهدشت کرج نمود.   در سال 1371، طبق ماده واحده مصوب مجلس شورای اسلامی، مرکز سنجش از دور ایران در قالب یک شرکت دولتی به وزارت پست و تلگراف و تلفن سابق واگذار شد. متعاقباً در سال 1382، به منظور انجام مصوبات شورای عالی فضایی کشور، تمامی فعالیت‌های حاکمیتی مرکز سنجش از دور ایران به سازمان فضایی ایران محول شد[3]. انواع سنجش از دور

براساس نوع منبع انرژی مورد استفاده، سنجش از دور به دو دسته سنجش از دور فعال و سنجش از دور غیرفعال تقسیم می‌شود. سنجش از دور غیرفعال هنگامی مطرح می‌شود که یک منبع طبیعی انرژی که عمدتاً خورشید است، مورد استفاده قرار گیرند. سنجنده‌های فعال، امواجی را از خود تولید می‌کنند و با تاباندن آن به سمت هدف مورد‌نظر و دریافت بازتابش حاصل از آن، به هندسه یا ویژگی‌های هدف پی می‌برند. انواع سنجنده‌های راداری یا لیزری نمونه بارز این نوع هستند^[5].

با توجه به محدوده‌های انرژی الکترومغناطیس به کار رفته و خصوصیات آنها در محدوده‌های طیفی نوری، حرارتی و مایکروویو، سنجش از دور نوری، سنجش از دور حرارتی و سنجش از دور مایکروویو مطرح می‌شوند. سنجش از دور اشعه ایکس و گاما در مقیاس محدودتری مطرح هستند.

نرم‌افزارهای سنجش از دور

به نظر می‌رسد که جدی‌ترین نرم‌افزار رایگان سنجش از دور، نرم افزار Chips باشد. با این وجود این نرم‌افزار، دیگر توسعه داده نمی‌شود و آخرین نسخه آن، 7/4 برای ویندوز است. تعداد زیادی از نرم‌افزارهای سنجش از دور به صورت منبع باز برای تجزیه و تحلیل داده‌های سنجش از دور چندطیفی و اَبَرطیفی از APIهای قابل برنامه‌نویسی تا نرم‌افزارهای کامل مانند GRASS موجود است. نرم‌افزار آموزشی DIPS نیز به آموزش مفاهیم پردازش تصویر در یک محیط شبیه‌سازی‌شده می‌پردازد.

نرم‌افزارهای تجاری سنجش از دور توسط شرکت‌های متعددی تهیه و توزیع می‌شوند که محصول هر کدام، نقاط ضعف و قوت خاص خود را دارد. از این میان، می‌توان به نرم‌افزارهای تخصصی سنجش از دور ENVI، PCI Geomatica ، ERDAS، ERMapper، Idrisi و Ilwis  اشاره کرد. 

کاربردهای سنجش از دور: