Kontakta författare

Fjärranalys

Vetenskapen om fjärranalys har visat sig vara ett av de mest fascinerande ämnena under de senaste tre decennierna. Jordobservation från rymden genom olika fjärranalysinstrument har tillhandahållit ett utsiktsmedel för att övervaka markytans dynamik, förvaltning av naturresurser och miljöns övergripande tillstånd. (Joseph, 2005)

Fjärravkänning definieras för våra ändamål som mätning av objektegenskaper på jordens yta med hjälp av data från flygplan och satelliter. Det är därför ett försök att mäta något på avstånd snarare än in situ. Medan fjärranalysdata kan bestå av diskret, punktmätning eller en profil längs en flygväg, är vi här mest intresserade av mätningar över ett tvådimensionellt rumsnät, dvs bilder. Fjärravkänningssystem, särskilt de som är utplacerade på satelliter, ger en repetitiv och konsekvent syn på jorden som är ovärderlig för att övervaka jordsystemet och effekten av mänskliga aktiviteter på jorden. (Schowengerdt, 2006)

Definition av fjärravkänning

Fjärrkontroll betyder bort från eller på avstånd, medan avkänning betyder att detektera en egenskap eller egenskaper. Således hänvisar termen till avkänning till undersökning, mätning och analys av ett objekt utan att ha kontakt med det.

Fjärranalys är vetenskapen och konsten att skaffa information om jordytan utan att faktiskt ha kontakt med den. Detta görs genom att avkänna och registrera reflekterad eller utsänd energi och bearbeta, analysera och tillämpa den informationen.

Det finns många möjliga definitioner av vad fjärranalys faktiskt är. En av de mest accepterade definitionerna av fjärranalys är att det är processen att samla in och tolka information om ett mål utan att vara i fysisk kontakt med objektet. Flygplan och satelliter är de vanliga plattformarna för observation av fjärranalys.

Enligt Förenta nationerna betyder Termen fjärranalys avkänning av jordens yta från rymden genom att använda egenskaperna hos den elektromagnetiska vågen som släpps ut, reflekteras eller sprids av de avkända föremålen i syfte att förbättra förvaltningen av naturresurserna, markanvändning och miljöskydd. ”

Komponenter till fjärravkänning

I mycket av fjärranalys involverar processen en interaktion mellan incidentstrålning och intressanta mål. Detta exemplifieras med användning av bildsystem där följande sju element är involverade:

  1. Energikälla eller belysning (A) : Det första kravet för fjärravkänning är att ha en energikälla som lyser eller tillhandahåller elektromagnetisk energi till det intressanta målet.
  2. Strålning och atmosfär (B) : när energin reser från sin källa till målet kommer den att komma i kontakt med och interagera med den atmosfär som den passerar genom. Denna interaktion kan ske en andra gång när energin går från målet till sensorn.
  3. Interaktion med målet (C) : när energin när vägen kommer till målet genom atmosfären samverkar den med målet beroende på egenskaperna hos både målet och strålningen
  4. Inspelning av energi av sensorn (D) : efter att energin har spridits av eller släppts ut från målet; vi behöver en sensor (fjärrkontroll, inte i kontakt med målet) för att samla in och registrera den elektromagnetiska strålningen.
  5. Sändning, mottagning och bearbetning (E) : energin som registrerats av sensorn måste överföras, ofta i elektronisk form, till en mottagnings- och bearbetningsstation där data behandlas till en bild (hårddisk och / eller digital).
  6. Tolkning och analys (F) : den bearbetade bilden tolkas, visuellt och / eller digitalt eller elektroniskt, för att extrahera information om målet som belystes.
  7. Applikation (G) : det sista elementet i fjärravkänningsprocessen uppnås när vi tillämpar den information vi har kunnat dra ut från bilderna om målet för att bättre förstå det, avslöja lite ny information eller hjälpa till att lösa en viss problem.

Principer för fjärravkänning

Fjärravkänning har definierats på många sätt. Det kan tänkas inkludera traditionell flygfotografering, geofysiska mätningar som kartläggningar av jordens tyngdkraft och magnetfält och till och med seismiska sonarundersökningar. Men i ett modernt sammanhang innebär termen avläsning vanligtvis digitala mätningar av elektromagnetisk energi ofta för våglängder som inte är synliga för det mänskliga ögat.

De grundläggande principerna för fjärravkänning listas nedan:

  1. Elektromagnetisk energi har klassificerats efter våglängd och arrangerats för att bilda det elektromagnetiska spektrumet.
  2. Eftersom elektromagnetisk energi samverkar med atmosfären och jordens yta, är det viktigaste begreppet att komma ihåg att bevara energi (dvs. den totala energin är konstant).
  3. När elektromagnetiska vågor rör sig möter de objekt (diskontinuiteter i hastighet) som reflekterar lite energi som en spegel och överför lite energi efter att ha ändrat resvägen.
  4. Avståndet (d) som en elektromagnetisk våg rör sig under en viss tid (t) beror på hastigheten hos materialet (v) genom vilket vågen rör sig; d = vt.
  5. Hastigheten (c), frekvensen (f) och våglängden (l) för en elektromagnetisk våg är relaterad av ekvationen: c = fl.
  6. Analogin av en sten som tappas i ett damm kan dras som ett exempel för att definiera vågfronten.
  7. Det är helt lämpligt att titta på amplituden hos en elektromagnetisk våg och tänka på den som ett mått på energin i den vågen.
  8. Elektromagnetiska vågor förlorar energi (amplitud) när de reser på grund av flera fenomen.

Fjärravkänningssystem

Med det allmänna bakgrundsavtalet om fjärranalys har vi hittills gjort; det skulle nu vara lättare att analysera de olika stadierna i fjärranalys. Dom är:

  1. Ursprunget för elektromagnetisk energi (sol, en sändare som bärs av sensorn).
  2. Överföring av energi från källan till jordens yta och dess interaktion med den mellanliggande atmosfären.
  3. Interaktion av energi med jordytan (reflektion / absorption / transmission) eller självutsläpp.
  4. Överföring av den reflekterade / avgivna energin till fjärrsensorn placerad på en lämplig plattform genom den mellanliggande atmosfären.
  5. Detektering av energin av sensorn, omvandling till en fotografisk bild eller elektrisk utgång.
  6. Sändning / inspelning av sensorutgången.
  7. Förbehandling av data och generering av dataprodukter.
  8. Insamling av markinformation och annan säkerhetsinformation.
  9. Dataanalys och tolkning.
  10. Integrering av tolkade bilder med annan data mot att härleda hanteringsstrategier för olika teman eller andra applikationer.

Användningar av fjärrkänsla

Några av de viktiga tillämpningarna av fjärravkänningsteknik är:

  1. Miljöbedömning och övervakning (stadstillväxt, farligt avfall).
  2. Detektering och övervakning av global förändring (atmosfärisk ozonnedbrytning, avskogning, global uppvärmning).
  3. Jordbruk (grödeskillnad, avkastningsprognos, markerosion).
  4. Nonrenewable resursutforskning (mineraler, olja, naturgas).
  5. Förnybara naturresurser (våtmarker, jordar, skogar, hav).
  6. Meteorologi (atmosfärsdynamik, väderprognos).
  7. Kartläggning (topografi, markanvändning. Anläggningsteknik).
  8. Militärövervakning och rekognosering (strategisk politik, taktisk bedömning).
  9. Nyhetsmedier (illustrationer, analys).

För att tillgodose behoven hos olika datanvändare finns det många fjärranalyssystem som erbjuder ett brett utbud av rumsliga, spektrala och temporära parametrar. Vissa användare kan behöva täta, repetitiva täckningar med relativt låg rumslig upplösning (meteorologi).

Andra kanske önskar högsta möjliga rumsliga upplösning med upprepad täckning endast sällan (kartläggning); medan vissa användare behöver både hög rumslig upplösning och ofta täckning, plus snabb bildleverans (militär övervakning). Fjärravkänningsdata kan användas för att initialisera och validera stora datormodeller, till exempel globala klimatmodeller (GCM), som försöker simulera och förutsäga jordens miljö.

Fjärrsensorer

Instrumenten som används för att mäta den elektromagnetiska strålningen som reflekteras / avges av målet under studien benämns vanligtvis fjärrsensorer. Det finns två klasser av fjärrsensor: passiv och aktiv.

  • Passiv fjärrsensor: Sensorer som känner av naturliga strålningar, antingen utsända eller reflekterade från jorden, kallas passiva sensorer - solen som en källa till energi eller strålning. Solen ger en mycket bekväm energikälla för fjärranalys. Solens energi reflekteras antingen, liksom för synliga våglängder, eller absorberas och återges sedan, som för termiska infraröda våglängder. Fjärravkänningssystem som mäter energin som är naturligt tillgängliga kallas passiva sensorer. Passiva sensorer kan endast användas för att detektera energi när den naturligt förekommande energin är tillgänglig. För all reflekterad energi kan detta bara ske under den tid då solen lyser upp jorden. Det finns ingen reflekterad energi från solen på natten. Energin som avges naturligt (t.ex. termisk infraröd) kan detekteras dag eller natt, så länge energimängden är tillräckligt stor för att kunna registreras.
  • Aktiv fjärrsensor: Sensorer som bär elektromagnetisk strålning med en viss våglängd eller band med våglängder för att belysa jordytan kallas aktiva sensorer. Aktiva sensorer ger sin egen energikälla för belysning. Sensorn avger strålning som är riktad mot målet som ska undersökas. Den strålning som reflekteras från det målet upptäcks och mäts av sensorn. Fördelar för aktiva sensorer inkluderar förmågan att få mätningar när som helst, oavsett tid på dygnet eller säsongen. Aktiva sensorer kan användas för att undersöka våglängder som inte tillhandahålls tillräckligt av solen, t.ex. mikrovågor, eller för att bättre kontrollera hur ett mål belyses. Aktiva system kräver emellertid generering av en ganska stor mängd energi för att tillräckligt belysa mål. Några exempel på aktiva sensorer är en laserfluorosensor och en syntetisk öppningsradar (SAR).

Parametrar för ett avkänningssystem

De viktigaste parametrarna för ett avkänningssystem som kan betraktas som indikatorer på datakvaliteten och som har betydelse för ett optimalt utnyttjande för specifik slutanvändning inkluderar:

  1. Rumslig upplösning: Sensorns förmåga att urskilja det minsta objektet på marken av olika storlekar; vanligtvis specificerad i form av linjär dimension. Som en allmän regel, ju högre upplösning, desto mindre är objektet som kan identifieras.
  2. Spektralupplösning: Den spektrala bandbredden som data samlas in med.
  3. Radiometrisk upplösning: Sensorns förmåga att urskilja två mål baserat på dess reflektions / emittansskillnad; det mäts i termer av den minsta reflektans / emittans som kan upptäckas. Högre radiometrisk upplösning, mindre strålningsskillnader som kan upptäckas mellan två mål.
  4. Temporal upplösning: Möjligheten att se samma mål, under liknande förhållanden, med regelbundna intervall.

Spektrala B- och-strukturer

Det viktigaste kriteriet för placering av spektrala band är att de ska vara i det atmosfäriska fönstret och borta från absorptionsbanden för atmosfäriska beståndsdelar. Fältstudier har visat att vissa spektralband är bäst lämpade för specifika teman. Tematiska mapperband väljs baserat på sådana utredningar.

Elektromagnetiskt spektrum: Det elektromagnetiska spektrumet från de kortare våglängderna (inklusive gamma och röntgenstrålar) till de längre våglängderna (inklusive mikrovågor och sända radiovågor). Det finns flera regioner i det elektromagnetiska spektrumet som är användbara för fjärravkänning. För de flesta ändamål har den ultravioletta eller UV-delen av spektrumet de kortaste våglängderna som är praktiska för fjärravkänning. Denna strålning ligger precis utanför den violetta delen av de synliga våglängderna, därav dess namn. Vissa jordytmaterial, främst stenar och mineraler, lyser eller avger synligt ljus när de är upplysta av UV-strålning.

Det ljus som våra ögon är våra "fjärrsensorer" som kan upptäcka är en del av det synliga spektrumet. Det är viktigt att inse hur liten den synliga delen är i förhållande till resten av spektrumet. Det finns mycket strålning runt oss som är "osynlig" för våra ögon, men kan upptäckas av andra fjärranalysinstrument och användas till vår fördel. De synliga våglängderna täcker ett intervall från cirka 0, 4 till 0, 7 m. Den längsta synliga våglängden är röd och den kortaste är violett. Vanliga våglängder för vad vi uppfattar som speciella färger från den synliga delen av spektrumet listas nedan. Det är viktigt att notera att detta är den enda delen av spektrumet som vi kan associera med begreppet färger.

  1. Violett: 0, 4 - 0, 446 m
  2. Blå: 0, 446 - 0, 500 m
  3. Grön: 0.500 - 0.578 m
  4. Gul: 0, 578 - 0, 592 m
  5. Orange : 0, 592 - 0, 620 m
  6. Röd: 0, 620 - 0, 7 m

Den del av spektrumet av nyare intresse för fjärravkänning är mikrovågsområdet från cirka 1 mm till 1 m. Detta täcker de längsta våglängderna som används för fjärravkänning. De kortare våglängderna har egenskaper som liknar den termiska infraröda regionen medan de längre våglängderna närmar sig våglängderna som används för radiosändningar.

Fördelar med fjärravkänning

De grundläggande fördelarna med fjärravkänning listas nedan:

  1. En relativt billig och snabb metod för att skaffa aktuell information över ett stort geografiskt område.
  2. Det är det enda praktiska sättet att få information från otillgängliga regioner, t.ex. Antarktis, Amazonia.
  3. I små skalor är regionala fenomen som är osynliga från marken tydligt synliga (t.ex. bortom människans synlighet); till exempel fel och andra geologiska strukturer.
  4. Billig och snabb metod för att konstruera baskartor i avsaknad av detaljerade markundersökningar.
  5. Lätt att manipulera med datorn och kombinera med annan geografisk täckning i GIS.

Nackdelar med fjärravkänning

De grundläggande nackdelarna med fjärravkänning ges nedan:

  1. De är inte direkta exempel på fenomenet, så de måste kalibreras mot verkligheten. Denna kalibrering är aldrig exakt; ett klassificeringsfel på 10% är utmärkt.
  2. De måste korrigeras geometriskt och georefereras för att vara användbara som kartor, inte bara som bilder.
  3. Särskilda fenomen kan förväxlas om de ser lika ut för sensorn, vilket leder till klassificeringsfel till exempel konstgjord och naturligt gräs i grönt ljus.
  4. Fenomen som inte var avsedda att mätas kan störa bilden och måste redovisas.
  5. Upplösningen av satellitbilder är för grov för detaljerad kartläggning och för att skilja små kontrasterande områden.

Slutsats

Fjärranalys är insamling av information om jordens yta som inte involverar kontakt med ytan eller objektet som studeras. Teknikerna inkluderar flygfotografering, multispektralt och infrarött bilder och radar. Med hjälp av fjärranalys kan vi få korrekt information om jordens yta inklusive dess komponenter som skogar, landskap, vattenresurser, hav, etc. Denna information hjälper forskarna att deras forskningsaktiviteter om jordens komponenter om dess hållbara förvaltning och bevarande och så vidare.

För att en sensor ska samla in och registrera energi reflekterad eller utsänd från ett mål eller en yta, måste den ligga på en stabil plattform från målet eller ytan som observeras. Plattformar för fjärrsensorer kan vara belägna på marken, på ett flygplan eller ballong (eller någon annan plattform i jordens atmosfär) eller på ett rymdskepp eller satellit utanför jordens atmosfär. Markbaserade sensorer är används ofta för att spela in detaljerad information om ytan som jämförs med information som samlas in från flygplan eller satellitsensorer. I vissa fall kan detta användas för att bättre karakterisera det mål som avbildas av dessa andra sensorer, vilket gör det möjligt att bättre förstå informationen i bilderna.

referenser

1. Grundläggande av Fjärravkänning - Ett CanadaCenter för fjärravkänningstutorial, (Prentice-Hall, New Jersey).

2. Schowengerdt, RA2006, Modeller för fjärravkänning och metoder för bildbehandling, 2: a upplagan, Elsevier-publikation.

3. Joseph, G.2005, Fundamentals of Remote Sensing, 2: a upplagan, Universities Press (India) Private Ltd.

4. Jensen, JR2000, Remote Sensing of the miljø, 3rdition, Pearson Education (Singapore) Pte.Ltd.

© 2010 Rashel Nirjhon