سنجش از دور از مشاهده زمین تا تصمیم آگاهانه – فصل اول

توضیحات

سنجش از دور؛ از مشاهده زمین تا تصمیم آگاهانه

فصل نخست کتاب سنجش از دور

تصور کنید می‌خواهیم بدانیم چرا پوشش گیاهی بخشی از یک دشت کاهش یافته است. آیا منطقه با کمبود بارش روبه‌رو شده؟ آیا افت آب زیرزمینی بر گیاهان اثر گذاشته است؟ یا شاید آفت، شوری خاک و فعالیت‌های انسانی عامل این تغییر باشند؟
بررسی میدانی برای پاسخ‌دادن به چنین پرسش‌هایی ضروری است؛ اما اگر منطقه بسیار وسیع یا دسترسی به آن دشوار باشد، مشاهده همه نقاط در زمان مناسب امکان‌پذیر نخواهد بود. در اینجاست که سنجش از دور به کمک ما می‌آید. این دانش امکان می‌دهد بدون تماس مستقیم و با استفاده از اطلاعات ثبت‌شده به‌وسیله سنجنده‌ها، ویژگی‌ها و تغییرات سطح زمین را بررسی کنیم.
بااین‌حال، سنجش از دور فقط تصویربرداری از زمین نیست. تصویری که روی صفحه نمایش می‌بینیم، نتیجه زنجیره‌ای از فرایندهای فیزیکی و فنی است. انرژی از یک منبع، مانند خورشید، به سطح زمین می‌رسد. بخشی از این انرژی جذب، بخشی عبور و بخشی بازتاب می‌شود. سنجنده، انرژی رسیده از عوارض مختلف را اندازه‌گیری و به داده‌های رقومی تبدیل می‌کند. این داده‌ها پس از دریافت، تصحیح، پردازش و تفسیر، می‌توانند برای تولید اطلاعات قابل استفاده به کار روند.
بنابراین، میان داده، تصویر، اطلاعات و تصمیم تفاوت وجود دارد. داده ماهواره‌ای به‌تنهایی پاسخ مسئله نیست. حتی یک تصویر زیبا نیز لزوماً برای تحلیل علمی مناسب نیست. برای مثال، تصویری ممکن است از نظر بصری روشن و واضح باشد، اما اثر ابر، جو، سایه، زاویه تابش یا خطای هندسی در آن اصلاح نشده باشد. استفاده مستقیم از چنین تصویری ممکن است به نتیجه‌ای نادرست منجر شود.
نقطه آغاز یک مطالعه سنجش از دور، انتخاب ماهواره یا نرم‌افزار نیست؛ بلکه تعریف دقیق پرسش است. ابتدا باید مشخص کنیم چه پدیده‌ای را می‌خواهیم اندازه‌گیری یا پایش کنیم. سپس باید بدانیم این پدیده در چه مقیاس مکانی و زمانی رخ می‌دهد و چه ویژگی فیزیکی یا طیفی آن را می‌توان با سنجنده ثبت کرد.
برای نمونه، بررسی گسترش یک شهر با شناسایی یک درخت یا ارزیابی تنش زودهنگام گیاه یکسان نیست. هر مسئله به داده‌ای با ویژگی‌های خاص نیاز دارد. قدرت تفکیک مکانی نشان می‌دهد کوچک‌ترین واحد قابل مشاهده در تصویر چه اندازه‌ای دارد. قدرت تفکیک زمانی بیان می‌کند سنجنده با چه فاصله زمانی دوباره از منطقه تصویربرداری می‌کند. قدرت تفکیک طیفی به توانایی جداسازی محدوده‌های مختلف طیف و قدرت تفکیک رادیومتریکی به توانایی تشخیص تفاوت‌های کوچک در شدت انرژی مربوط است. هیچ‌یک از این ویژگی‌ها به‌تنهایی کافی نیست و انتخاب داده باید براساس نیاز واقعی پژوهش انجام شود.
سنجنده‌ها ممکن است غیرفعال یا فعال باشند. سنجنده‌های غیرفعال معمولاً انرژی طبیعی، مانند نور بازتاب‌شده خورشید یا انرژی حرارتی منتشرشده از زمین، را ثبت می‌کنند. در مقابل، سنجنده‌های فعال انرژی موردنیاز را خود به سطح می‌فرستند و پاسخ بازگشتی را اندازه می‌گیرند. سامانه‌های راداری نمونه‌ای از سنجنده‌های فعال هستند و می‌توانند در شب و، در بسیاری از شرایط، از میان پوشش ابر اطلاعات تهیه کنند.
اما هیچ سنجنده‌ای همه واقعیت زمین را ثبت نمی‌کند. هر اندازه‌گیری تحت تأثیر ویژگی‌های سنجنده، شرایط جو، هندسه تابش و مشاهده، وضعیت سطح و مراحل پردازش قرار دارد. حتی دو سطح متفاوت ممکن است در یک تصویر پاسخ طیفی مشابهی داشته باشند. از سوی دیگر، یک عارضه مشخص ممکن است در فصل‌ها یا شرایط محیطی متفاوت، رفتار طیفی یکسانی نشان ندهد. به همین دلیل، تفسیر تصویر باید بر شناخت پدیده، شرایط محیطی و محدودیت داده استوار باشد.
سنجش از دور زمانی ارزش علمی پیدا می‌کند که با داده‌های میدانی، سامانه اطلاعات جغرافیایی، تحلیل‌های آماری و دانش موضوعی ترکیب شود. داده میدانی برای شناخت واقعیت سطح زمین و ارزیابی نتایج ضروری است. سامانه اطلاعات جغرافیایی نیز امکان می‌دهد اطلاعات استخراج‌شده از تصاویر با لایه‌هایی مانند توپوگرافی، خاک، اقلیم، راه‌ها و محدوده‌های مدیریتی تلفیق شوند.
در پایان این زنجیره، یک نقشه یا مدل به دست می‌آید؛ اما این محصول نیز نباید حقیقتی قطعی تلقی شود. هر نتیجه دارای مقداری خطا و عدم‌قطعیت است. نمونه‌های آموزشی ممکن است نماینده کامل منطقه نباشند، داده مرجع ممکن است خطا داشته باشد و مدل نیز ممکن است در مکانی جدید همان عملکرد قبلی را نشان ندهد. بنابراین، اعتبارسنجی مستقل، گزارش دقت و توضیح محدودیت‌ها بخش جدایی‌ناپذیر یک پژوهش معتبر است.
پیام اصلی این فصل ساده است: در سنجش از دور، مسیر درست از پرسش آغاز می‌شود، نه از تصویر. پس از تعریف پرسش، پدیده هدف، مقیاس مطالعه، سکوی تصویربرداری، سنجنده، داده مناسب و روش پردازش انتخاب می‌شوند. در ادامه، اطلاعات استخراج‌شده باید با شواهد مستقل ارزیابی و همراه با عدم‌قطعیت گزارش شوند. تنها در این صورت است که داده ماهواره‌ای می‌تواند به دانشی قابل اعتماد و تصمیمی آگاهانه تبدیل شود.
در فصل‌های بعد، این مسیر را گام‌به‌گام دنبال خواهیم کرد؛ از مبانی فیزیکی ثبت انرژی و شناخت سکوها و سنجنده‌ها تا پیش‌پردازش، استخراج اطلاعات و تولید نقشه‌های موضوعی.
سنجش از دور، هنر دیدن زمین از فاصله دور نیست؛ دانش اندازه‌گیری دقیق، تفسیر مسئولانه و تصمیم‌گیری مبتنی بر شواهد است.