سنجش از دور، گردآوری و تحلیل اطلاعات از فاصله و بدون تماس مستقیم با پدیده است و در خدمات ما بر دو منبع اصلی تکیه دارد: تصاویر ماهواره‌ای و تصاویر هوایی. این رشته برای پوشش‌های گسترده، پایش دوره‌ای، مقایسه‌ی وضعیت یک منطقه در زمان‌های مختلف و استخراج لایه‌های پوشش زمین به کار می‌آید. در این صفحه مسیر کار از انتخاب سنجنده و دریافت تصویر تا پیش‌پردازش، شاخص‌سازی، طبقه‌بندی و تحلیل سری‌زمانی تشریح می‌شود. همچنین محصولات تحویلی و مرزهای روش، از جمله محدودیت‌های ناشی از ابر، سایه و دقت داده‌ی مرجع، به‌روشنی بیان می‌گردد.
مبانی و جایگاه داده در تحلیل
در سنجش از دور، هر پیکسل یک اندازه‌گیری از بازتابش یا گسیل انرژی در یک بازه‌ی طول موج مشخص است. کیفیت تحلیل به دو عامل وابسته است: تناسب سنجنده با پدیده‌ی مورد بررسی و کیفیت تصحیح‌های پیش از تحلیل. بنابراین انتخاب تصویر، پیش از هر پردازش، یک تصمیم فنی است و نه یک انتخاب ساده‌ی منبع داده.
پرسش کارفرما تعیین می‌کند که چه سطحی از جزئیات مکانی، چه دقتی در تشخیص نوع پوشش و چه تکرار زمانی لازم است. برای پایش پوشش گیاهی در مقیاس منطقه‌ای، تفکیک مکانی متوسط و بازه‌ی بازدید کوتاه مناسب است؛ برای بررسی‌های ریزدانه‌تر، به تصویر با تفکیک بالاتر نیاز است.
به همین دلیل، در آغاز کار فهرست پرسش‌ها، محدوده‌ی جغرافیایی و دوره‌ی زمانی مورد نظر ثبت می‌شود و بر پایه‌ی آن، خانواده‌ی سنجنده و بازه‌ی زمانی مناسب انتخاب می‌گردد.
خانواده‌های سنجنده: اپتیکی، حرارتی و راداری
سنجنده‌های اپتیکی انرژی بازتابیده خورشید را در باندهای مرئی، مادون قرمز نزدیک و مادون قرمز کوتاه ثبت می‌کنند و پایه‌ی شاخص‌های گیاهی و آب هستند. سنجنده‌های حرارتی گسیل انرژی در محدوده‌ی مادون قرمز گرمایی را ثبت می‌کنند و برای بررسی دمای سطح و برخی کاربردهای مرتبط با رطوبت سطحی به کار می‌آیند.
سنجنده‌های راداری، که در دسته‌ی سنجنده‌های فعال قرار می‌گیرند، خود سیگنال می‌فرستند و بازگشت آن را ثبت می‌کنند. رادار روزنه‌مصنوعی (SAR) به نور خورشید نیاز ندارد و در شرایط ابری نیز تصویربرداری می‌کند؛ همین ویژگی آن را برای پایش در فصل‌های ابری و برای کاربردهای تداخل‌سنجی (InSAR) مناسب می‌سازد.
- اپتیکی چندطیفی: پوشش زمین، شاخص‌های گیاهی و آبی، طبقه‌بندی پوشش.
- حرارتی: دمای سطح، بررسی‌های مرتبط با رطوبت و گرما.
- راداری (SAR): تصویربرداری مستقل از نور، پایش رطوبت و کاربردهای تداخل‌سنجی.
- تصاویر هوایی: جزئیات بالاتر در محدوده‌های کوچک‌تر.
توان‌های تفکیک و بازدید مجدد
چهار نوع توان تفکیک در سنجش از دور تعیین‌کننده است. تفکیک مکانی به اندازه‌ی پیکسل روی زمین اشاره دارد، تفکیک طیفی به شمار و پهنای باندها، تفکیک رادیومتری به ظرفیت تمایز سطوح شدت و تفکیک زمانی به فاصله‌ی میان دو تصویر از یک منطقه.
بازدید مجدد، فاصله‌ی زمانی بین دو برداشت را بیان می‌کند و برای پایش تغییرات سریع تعیین‌کننده است. همچنین زاویه‌ی دید، ساعت محلی گذر ماهواره و شرایط جوی، هر یک بر قابلیت مقایسه‌ی تصاویر در زمان‌های گوناگون اثر می‌گذارند.
در تلفیق منابع، اختلاف توان تفکیک میان تصویر ماهواره‌ای و تصویر هوایی باید صریح اعلام شود؛ در برخی کاربردها این تلفیق مفید است، به‌شرط آن که محدودیت مقیاس هر لایه در فراداده ثبت شده باشد.
پیش‌پردازش، تصحیح هندسی و اورتورتکتیفیکیشن
تصحیح هندسی، تصویر را به یک مرجع مکانی مشخص گره می‌زند و تبدیل‌های میان مرجع‌ها را با ثبت پارامترهای دقیق انجام می‌دهد. تصحیح اتمسفری برای کاهش اثر پراکندگی و جذب جو انجام می‌شود تا مقادیر بازتابش سطحی، تا حد امکان، به اندازه‌گیری واقعی نزدیک شود.
اورتورتکتیفیکیشن، اعوجاج ناشی از شیب زمین و جابه‌جایی برجستگی‌ها را با کمک مدل ارتفاعی برطرف می‌کند و تصویر را به تصویری با مقیاس یکدست تبدیل می‌کند؛ این گام، پیش‌نیاز استفاده‌ی دقیق از تصویر در GIS است. ماسک‌گذاری ابر و سایه نیز برای پیکسل‌های نامعتبر انجام می‌شود تا در تحلیل‌های بعدی مقدار جعلی وارد نشود.
در صورت نیاز، باند پانکروماتیک با باندهای چندطیفی ادغام می‌شود (پان‌شارپنینگ) تا تصویری با جزئیات مکانی بالا و رنگ طیفی حاصل شود؛ در این حالت، اثرهای مصنوعی‌ی احتمالی تلفیق در گزارش روش یادداشت می‌گردد.
شاخص‌های طیفی و طبقه‌بندی
شاخص‌ها ترکیب‌هایی از چند باند هستند که یک ویژگی سطحی را برجسته می‌کنند. شاخص اختلاف نرمال‌شده‌ی گیاهی (NDVI) و شاخص‌هایی مانند SAVI و EVI برای پوشش گیاهی، شاخص آب (NDWI) برای پهنه‌های آبی و شاخص‌های ساخت‌وساز مانند NDBI برای سطوح ساخته‌شده به کار می‌روند.
طبقه‌بندی، پیکسل‌ها را به کلاس‌های پوشش زمین نگاشت می‌کند و در دو شکل نظارت‌شده و نظارت‌نشده اجرا می‌شود. در روش نظارت‌شده، نمونه‌های آموزشی از هر کلاس تعریف و صحت‌سنجی با داده‌ی مرجع مستقل انجام می‌شود؛ در روش شیء‌گرا (OBIA) ابتدا تصویر به اشیای همگن بخش‌بندی و سپس طبقه‌بندی می‌گردد.
- شاخص‌های گیاهی، آبی و ساخت‌وساز بر پایه‌ی باندهای تصویر.
- طبقه‌بندی نظارت‌شده و نظارت‌نشده‌ی پیکسل‌ی.
- طبقه‌بندی شیء‌گرا (OBIA) با بخش‌بندی مقدماتی تصویر.
- صحت‌سنجی با نمونه‌های مستقل و گزارش شاخص‌های دقت.
آشکارسازی تغییرات و تحلیل سری زمانی
آشکارسازی تغییرات، تفاوت پوشش یا وضعیت یک منطقه را میان دو یا چند تاریخ مقایسه می‌کند. این کار می‌تواند بر پایه‌ی تفاضل شاخص‌ها، تفاضل طبقه‌بندی‌ها یا مقایسه‌ی مستقیم باندها انجام شود. انتخاب روش، پیامد مستقیم بر نوع پرسش کارفرما دارد.
تحلیل سری‌زمانی با تکیه بر تصاویر متعدد و بازدید مجدد یک منطقه، روند تغییر را در بازه‌ای طولانی‌تر نشان می‌دهد و برای پایش پوشش گیاهی، پهنه‌های آبی و گسترش محدوده‌های ساخته‌شده کاربرد دارد. در این تحلیل، سازگاری تصحیح‌های میان تصاویر نقش کلیدی در درستی نتیجه دارد.
در کاربردهای مرتبط با جابه‌جایی سطح زمین، روش‌های تداخل‌سنجی بر پایه‌ی تصاویر راداری به کار می‌رود؛ این روش به داده‌ی مناسب و کنترل خطاهای گوناگون نیاز دارد و محدودیتی که برای آن باید اعلام شود، وابستگی شدید نتیجه به جفت تصویر انتخابی است.
محصولات تحویلی و محدودیت‌های عملی
محصولات این خط معمولاً در قالب لایه‌های رستری و برداری تحویل می‌شود: نقشه‌های پوشش زمین، نقشه‌های شاخص و اختلاف‌ها، و خروجی‌های سری‌زمانی. قالب‌هایی مانند GeoTIFF، COG و GeoPackage برای رستر و برداری کاربرد دارند و فراداده‌ی روش همراه محصول ارائه می‌شود.
محدودیت‌های روش باید صریح گفته شود. پوشش ابر و سایه‌ی آن در مناطق مرطوب می‌تواند دسترسی به تصویر بدون ابر را محدود کند؛ دقت طبقه‌بندی به کیفیت نمونه‌های آموزشی وابسته است؛ و اختلاف اندازه‌ی پیکسل میان منابع، مقایسه‌ی مستقیم لایه‌ها را نیازمند تنظیم می‌کند.
- ارائه‌ی گزارش روش، فراداده و فهرست تحویل به‌صورت مکتوب.
- تحویل داده در قالب‌های استاندارد و متناسب با سامانه کارفرما.
- اعلام صریح دقت، تاریخ تصویر و منبع داده برای هر لایه.
جمع‌بندی
سنجش از دور، وقتی درست به کار رود، تصویری کمی و تکرارپذیر از پوشش و تغییرات سطح زمین فراهم می‌کند، مشروط بر آن که انتخاب سنجنده با پرسش کارفرما هماهنگ باشد و زنجیره‌ی پیش‌پردازش کامل اجرا شود. شاخص‌سازی و طبقه‌بندی، لایه‌های اطلاعاتی را از تصویر خام استخراج می‌کنند و تحلیل سری‌زمانی، این لایه‌ها را به ابزار پایش تبدیل می‌کند.
ارزش این خدمات تنها به خروجی مکانی محدود نمی‌شود؛ ثبت روش، فراداده و محدودیت‌ها، امکان ارزیابی و بازتولید نتایج را برای کارفرما فراهم می‌کند. آگاهی از مرزهای روش، از جمله اثر ابر، سایه و کیفیت داده‌ی مرجع، پیش‌شرط استفاده‌ی درست از محصول است.
برای شروع، مشخص کردن پرسش کارفرما، محدوده‌ی جغرافیایی و دوره‌ی زمانی کافی است؛ بر همین پایه می‌توان ترکیب مناسب سنجنده، سطح پردازش و خروجی‌های قابل تحویل را تعیین کرد.