کاربرد GIS در محیط زیست (جلد دوم)

Zhu Xuan

ترجمه

سعید جوی‌زاده | شهناز تیموری |  فاطمه حسین‌پور فرزانه

فصل ششم

تجزیه و تحلیل داده های سنجش از دور

سنجش از دور یکی از منابع اصلی داده های مکانی است. تجزیه و تحلیل موثر داده های سنجش از دور برای به دست آوردن اطلاعات مفید برای تجزیه و تحلیل و نظارت محیطی با استفاده از GIS از اهمیت حیاتی برخوردار است. این فصل مقدمه ای بر داده های سنجش از دور ارائه می دهد و اصول اولیه پردازش تصویر دیجیتال را ارائه می دهد. این عملیات معمولاً مورد استفاده پردازش تصویر دیجیتال در سنجش از دور محیطی، از جمله پیش پردازش تصویر، تبدیل و طبقه بندی را معرفی می کند.

اهداف یادگیری

پس از مطالعه این فصل، شما باید بتوانید :

• درک ویژگی های داده های سنجش از راه دور دیجیتال
• درک اصول اولیه سنجش از دور
• شناسایی سیستم های سنجش از دور محبوب برای نظارت بر محیط زیست
• اعمال عملیات تجزیه و تحلیل تصویر دیجیتال برای پردازش تصاویر سنجش از دور
• انجام طبقه بندی کاربری / پوشش زمین با تصاویر ماهواره ای و ارزیابی دقت طبقه بندی

6-1-طبیعت سنجش از دور اطلاعات

بیشتر داده های مکانی مورد استفاده در GIS از نقشه ها و محصولات پیمایش گرفته شده است. با پیشرفت فناوری سنجش از دور، سنجش از دور به منبع مهمی از داده های مکانی برای GIS تبدیل شده است. به طور خاص ، سنجش از دور داده های زیست محیطی دقیق ، چند مقیاس ، چند طیفی و سریع را برای پایگاه های اطلاعات GIS ارائه می دهد. این فصل بر روی روش ها و توابع GIS برای تجزیه و تحلیل داده های سنجش از دور تمرکز دارد. فقط مفاهیم اساسی سنجش از دور در این بخش توضیح داده شده است. برای بحث‌های جامع و مفصل در مورد نظریه‌ها، تکنیک‌ها و کاربردهای سنجش از دور، لطفاً به کتاب‌های درسی سنجش از دور مانند جنسن (2007) و لیلسند و همکاران مراجعه کنید (2008).

سنجش از دور به گروهی از تکنیک ها برای جمع آوری داده های محیطی از راه دور بدون تماس مستقیم با شی یا پدیده های محیطی مورد علاقه اشاره دارد. داده های سنجش از دور می توانند اشکال مختلفی داشته باشند ، از جمله تغییرات در توزیع انرژی الکترومغناطیسی ، توزیع امواج صوتی یا توزیع نیرو. این فصل فقط مربوط به داده های سنجش از دور است که میزان شار انرژی الکترومغناطیسی را منعکس یا ساطع می کند.

سطح زمین یا درون جو. چنین داده‌های سنجش از دور معمولاً به شکلی از تصویر هستند که بیشتر پردازش، تفسیر یا تجزیه و تحلیل می‌شوند تا داده‌ها و اطلاعات مفیدی درباره منابع و محیط زمین تولید کنند. آنها عمدتا توسط سنسورهای تصویربرداری مستقر در سکوهای هوابرد و مکانی (هواپیما ، ماهواره یا دیگر فضاپیماها) ضبط می شوند.

ویژگی های تابش الکترومغناطیسی

تابش الکترومغناطیسی تنها شکل انتقال انرژی است که می تواند در خلاء مانند فضای بین خورشید و زمین رخ دهد. دارای ویژگی موج و ذرات است (جنسن 2007). تابش الکترومغناطیسی با توجه به خواص موجی اش با سرعت نور در فضا منتشر می شود. این موج الکترومغناطیسی متشکل از یک میدان الکتریکی و یک میدان مغناطیسی است که بر یکدیگر عمود هستند و بر جهت حرکت (شکل 6-1) فاصله از یک قله موج تا موج دیگر طول موج (λ) است که معمولاً با میکرومتر اندازه گیری می شود. تعداد قله های موج که از یک نقطه ثابت در فضا در واحد زمان عبور می کنند، فرکانس موج (v) است. موجی که یک قله را در هر ثانیه ارسال می کند، فرکانس یک چرخه در ثانیه یا 1 هرتز (هرتز) دارد. طول موج و فرکانس رابطه معکوس دارند: ،  جایی که c سرعت نور است ، که در اصل یک ثابت است. بنابراین، هر چه طول موج بیشتر باشد، فرکانس کمتر است و بالعکس.

از سوی دیگر ، تشعشع الکترومغناطیسی از واحدهای گسسته زیادی به نام کوانتوم یا فوتون تشکیل شده است که دارای خواص ذره ای مانند انرژی و حرکت هستند (جنسن، 2007). رابطه بین انرژی تابش (e) و طول موج به صورت زیر بیان می شود: ، جایی که e در ژول اندازه گیری می شود و h ثابت پلانک است  ( ). بنابراین هرچه طول موج بیشتر باشد محتوای انرژی آن نیز کمتر می شود.

در سنجش از دور دسته بندی امواج الکترومغناطیسی بر اساس طول موج آنها در طیف الکترومغناطیسی رایج است. ما اغلب یک منطقه خاص از طیف الکترومغناطیسی را با شناسایی طول موج آغاز و پایان ، و سپس ضمیمه توضیحات مشخص می کنیم. این فاصله طول موج در طیف الکترومغناطیسی ، نوار ، کانال یا ناحیه نامیده می شود.

همانطور که در شکل 6-2 نشان داده شده است، طیف الکترومغناطیسی از طول موج های کوتاه تر (شامل گامای موج کوتاه و اشعه ایکس) تا طول موج های بلندتر (شامل امواج مایکروویو و امواج بلند رادیویی) متغیر است. چندین ناحیه از طیف الکترومغناطیسی وجود دارد که برای سنجش از دور محیط مفید است، از جمله اشعه ماوراء بنفش ( 003/0 الی 4/0 میکرومتر)، مرئی (4/0 الی 7/0 میکرومتر)، مادون قرمز IR (7/0 الی 700 میکرومتر) و مایکروویو یا رادار (3/0 الی 300 سانتیمتر).  ناحیه مرئی طیف را می‌توان به محدوده‌های طول موجی تقسیم کرد که با رنگ‌های درک شده از نور مرئی مطابقت دارد: بنفش (4/0 الی 446/0 میکرومتر)، آبی (446/0 الی 5/0 میکرومتر)، سبز (5/0 الی 578/0 میکرومتر)، زرد (578/0 الی 592/0 میکرومتر)، نارنجی (592/0 الی 620/0 میکرومتر) و قرمز (620/0 الی 7/0 میکرومتر) . نوار مرئی تنها بخشی از طیفی است که می توانیم با مفهوم رنگ ها مرتبط کنیم. دو باند در ناحیه IR برای سنجش از دور مهم هستند : باندهای IR منعکس شده  (7/0 الی 3 میکرومتر) و باند IR حرارتی ( 3 الی 15 میکرومتر). انرژی IR حرارتی اساساً تابشی است که از سطح زمین به شکل گرما ساطع می شود.

برهم کنش تابش الکترومغناطیسی با ماده

خورشید مهمترین منبع طبیعی تابش الکترومغناطیسی برای سنجش از دور است. هنگامی که تابش الکترومغناطیسی خورشید به جسمی برخورد می کند ، ممکن است انرژی منتقل ، جذب ، بازتاب ، منعکس یا پراکنده شود. حسگرهای از راه دور ویژگی های زمین را عمدتا با تشخیص تشعشع الکترومغناطیسی منعکس شده یا ساطع شده از آنها مشاهده می کنند. اصل مهم زیربنای استفاده از داده‌های سنجش از دور این است که اشیاء مختلف یا مواد زمینی تابش الکترومغناطیسی را در نسبت‌های مختلف منعکس، جذب، انتقال یا ساطع می‌کنند و این تفاوت‌ها امکان شناسایی آنها را فراهم می‌کند.

قبل از اینکه تابش الکترومغناطیسی خورشید به سطح زمین برسد، باید در فاصله ای از جو حرکت کند ، جایی که با ذرات و گازها برهم کنش دارد. این تعامل با جو عمدتا از طریق مکانیسم های پراکندگی و جذب رخ می دهد. پراکندگی اتمسفر تابش را از مسیر خود منحرف می کند و می تواند محتوای اطلاعات داده های سنجش از دور را به شدت کاهش دهد تا جایی که تصویر کنتراست خود را از دست داده و تمایز اجسام دشوار می شود. جذب اتمسفر باعث می شود مولکول های موجود در جو ، انرژی را در طول موج های مختلف جذب کنند. ازن ، دی اکسید کربن و بخار آب سه ترکیب اصلی جوی هستند که تابش الکترومغناطیسی را جذب می کنند. سنجش از دور در مناطقی از طیف که به شدت تحت تأثیر پراکندگی و/یا جذب جو قرار دارند ، مشکل است. ما فقط از مناطق طیفی استفاده می کنیم که نسبتاً و نه کاملاً تحت تأثیر جذب و پراکندگی برای دستیابی به داده های سنجش از دور قرار ندارند. این مناطق طیفی پنجره های جوی نامیده می شوند. که در شکل 6-2، درصد تابش الکترومغناطیسی ورودی از طریق جو در برابر طول موج رسم می شود. پنجره های جوی آن مناطق طیفی هستند که در آنها انتقال تابش از جو زیاد است.

تابش الکترومغناطیسی که جذب یا پراکنده در جو نباشد می تواند به سطح زمین برسد و با آب، خاک، پوشش گیاهی و دیگر ویژگی های زمین تعامل داشته باشد. هنگامی که تابش الکترومغناطیسی روی سطح زمین رخ می دهد ، با ویژگی های سطح به یک یا چند مورد از سه طریق جذب، انتقال و بازتاب تعامل می کند. داده های سنجش از دور عمدتا اندازه گیری تابش منعکس شده از اهداف است. ویژگیهای بازتاب ویژگیهای زمین بستگی به طول موج انرژی حادثه و مواد و شرایط این ویژگیها دارد. ممکن است با اندازه گیری بخشی از تابش ورودی منعکس شده ، که به آن بازتاب طیفی گفته می شود ، کمیابی شود.

بازتاب طیفی یک جسم خاص زمین معمولاً با طول موج متفاوت است. نمودار بازتاب طیفی یک جسم به عنوان تابعی از طول موج، منحنی بازتاب طیفی نامیده می شود. شکل 6-3 سه منحنی بازتاب طیفی را نشان می‌دهد که به ترتیب پاسخ‌های طیفی معمولی پوشش گیاهی، خاک و آب شفاف را روی نوارهای مرئی و نزدیک مادون قرمز نشان می‌دهد. این نشان می دهد که پوشش گیاهی سالم تشعشعات را در نوارهای قرمز و آبی به شدت جذب می کند ، اما تابش سبز را در نوار قابل مشاهده منعکس می کند.

چرا پوشش گیاهی سالم در چشم انسان سبز به نظر می رسد؟ وقتی از منطقه مرئی به ناحیه IR نزدیک 7/0 میکرومتر حرکت می کنیم، بازتاب طیفی پوشش گیاهی سالم به شدت افزایش می یابد. اگر چشمان ما نسبت به IR نزدیک حساس بود، درختان در این طول موج برای ما بسیار روشن به نظر می رسند. شکل 6-3 همچنین نشان می دهد که منحنی های طیفی آب زلال، خاک و پوشش گیاهی اشکال متفاوتی دارند. این نشان می دهد که این ویژگی ها را می توان به صورت طیفی از هم جدا کرد، و بنابراین می توان آنها را در تصاویر سنجش از دور برخی نوارها متمایز کرد. به عنوان مثال، آب و پوشش گیاهی ممکن است تا حدودی به طور مشابه در ناحیه مرئی منعکس شوند، اما تقریباً همیشه در باند IR نزدیک قابل تفکیک هستند، بنابراین یک تصویر IR نزدیک می تواند به طور موثر برای تشخیص آب و پوشش گیاهی استفاده شود. تفاوتهای طیفی بین اجسام یا ویژگیهای مختلف ممکن است در نتیجه تفاوت آنها در خواص بیوفیزیکی، ترکیب شیمیایی و هندسه سطح (مانند زبری) باشد. پاسخ طیفی حتی برای همان نوع ویژگی می تواند متغیر باشد و همچنین می تواند با زمان و موقعیت جغرافیایی متفاوت باشد.

علاوه بر این انرژی الکترومغناطیسی جذب شده توسط ویژگی های زمین، سرانجام دوباره در قالب گرما به عنوان انرژی IR حرارتی ساطع شده آزاد می شود. آنها همراه با انرژی زمین گرمایی ساطع شده از داخل زمین ، منبع تابش الکترومغناطیسی برای سنجش از دور IR حرارتی را تشکیل می دهند.

انواع داده های سنجش از دور

پنجره های جوی نشان داده شده در شکل 6-2 توسط سیستم های سنجش از راه دور مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. به طور کلی ، پنجره های جوی که نوارهای ماوراء بنفش، قابل مشاهده و نزدیک IR را می پوشانند، برای عکاسی هوایی استفاده می شوند. نوارهای متعددی از منطقه مادون قرمز قابل مشاهده تا حرارتی توسط سیستم های سنجش از دور چند طیفی و فراطیفی استفاده می شود. دو پنجره اتمسفر در منطقه IR حرارتی، مناطق طول موج 3تا 5 میکرومتر و 8 الی 14 میکرومتر، برای سنجش از راه دور IR حرارتی استفاده می شود، و رادار و سیستم های سنجش از راه دور مایکروویو غیرفعال از طریق پنجره ای در منطقه 1mm-1m عمل می کنند. سیستم های مختلف سنجش از دور انواع مختلفی از داده های سنجش از دور را تولید می کنند. رایج ترین انواع داده های سنجش از دور عبارتند از عکس های هوایی، تصاویر چند طیفی و فراطیفی، تصاویر IR حرارتی، تصاویر راداری و ابرهای نقطه لیدار.

شکل 6-3 ویژگیهای بازتاب طیفی معمولی پوشش گیاهی، خاکها و آب زلال

عکس‌های هوایی

عکس های هوایی با استفاده از دوربین های سوار بر هواپیما ثبت می شوند. دوربین ها حسگرهای نوری هستند که از لنزها برای تشکیل تصویر در سطح کانونی استفاده می کنند. آنها معمولاً برای تشخیص تشعشع الکترومغناطیسی در مناطق ماوراء بنفش (3/0 تا 4/0 میکرومتر)، قابل مشاهده (4/0 تا 7/0 میکرومتر) و نزدیک (7/0 تا 9/0 میکرومتر) IR طراحی شده اند. عکسها یا تصاویری که از دوربینها (با استفاده از فیلمهای عکاسی یا سنسورهای دیجیتال) که به کل نوار قابل مشاهده حساس هستند، panchromatic نامیده می شوند. آنها تصاویری سیاه و سفید هستند که نشان دهنده شدت تابش الکترومغناطیسی قابل مشاهده در لحظه قرار گرفتن در معرض نور هستند. دوربین هایی که به نور آبی ، سبز و قرمز حساس هستند عکس های هوایی رنگی واقعی یا معمولی تولید می کنند که در آنها رنگ اشیا به همان صورتی که در محیط طبیعی می بینیم به نظر می رسد (برای مثال، درخت سبز به نظر می رسد). داده های گرفته شده توسط دوربین هایی که رنگ سبز ، قرمز و قسمت عکاسی اشعه مادون قرمز نزدیک را می توان برای تولید رنگ های نادرست یا رنگ مادون قرمز استفاده کرد ، که در آن اجسام با بازتاب IR نزدیک زیاد قرمز ، موارد با بازتاب قرمز زیاد سبز و سبز دیده می شوند. آنهایی که بازتاب سبز بالایی دارند آبی به نظر می رسند. تصاویر مادون قرمز رنگی به طور گسترده برای تجزیه و تحلیل پوشش گیاهی و نقشه برداری استفاده می شود.

دو نوع عکس هوایی وجود دارد: عکس مورب یا عمودی. عکسهای مورب هوایی با دوربین اشاره به طرف هواپیما گرفته می شوند ، اما معمولاً برای نقشه برداری یا جمع آوری داده های مکانی استفاده نمی شوند زیرا اعوجاج در مقیاس از پیش زمینه تا پس زمینه، اندازه گیری فاصله، مساحت و ارتفاع را پیچیده می کند. عکس‌های عمودی در حالی گرفته می‌شوند که دوربین مستقیماً به سمت زمین است. هنگام به دست آوردن عکس های عمودی هوایی، هواپیما به طور معمول در یک سری خطوط پرواز از پیش تعریف شده پرواز می کند و با محدود کردن اعوجاج هندسی ، دنباله ای سریع از عکس ها را ثبت می کند. سیستم‌های دوربین اغلب با سیستم‌های ناوبری در هواپیما مرتبط می‌شوند تا مختصات جغرافیایی دقیق را بتوان بلافاصله به هر عکس اختصاص داد.

عکسهای هوایی زمانی مفیدترند که جزئیات مکانی مهمتر از اطلاعات طیفی باشد. به طور سنتی، عکس های هوایی بصری تفسیر می شوند و این نتایج سپس در GIS دیجیتالی می شوند. عکسهای هوایی دیجیتال اکنون می توانند مستقیماً در GIS پردازش شوند که از جزئیات طیفی موجود در عکسها برای افزایش و استخراج ویژگی ها استفاده کامل می کند.

تصاویر چند طیفی و فراطیفی

تصاویر چند طیفی شامل داده های تصویری است که به صورت انتخابی در تعدادی از نوارهای طیفی به دست آمده است. اگرچه عکاسی هوایی مادون قرمز رنگی و رنگی را می توان به عنوان داده های چند طیفی سه بانده در نظر گرفت ، اما تصاویر چند طیفی معمولاً به عنوان داده های تصویری که توسط اسکنرهای چند طیفی در بسیاری از نوارهای طیفی بیشتر و در طیف وسیع تری از طیف الکترومغناطیسی گرفته شده است، نامیده می شوند. یک اسکنر چند طیفی یک سیستم اسکن است که از مجموعه ای از آشکارسازهای الکترونیکی استفاده می کند که هر یک به یک باند طیفی خاص حساس هستند. آشکارسازهای الکترونیکی انرژی منعکس شده یا ساطع شده از پدیده های مورد علاقه برای هر نوار طیفی را تشخیص داده و اندازه گیری می کنند. انرژی شناسایی شده به عنوان یک سیگنال الکتریکی ثبت شده و سپس به مقدار دیجیتال تبدیل می شود. اسکنرهای چند طیفی تصاویر دیجیتالی تولید می کنند.

تصویر دیجیتال در واقع مجموعه ای از داده های رستری است. هر سلول در رستر عنصر تصویر به نام پیکسل است. هر پیکسل دارای مقدار روشنایی است که به آن شماره دیجیتال (DN) نیز گفته می شود.

مقدار DN یک پیکسل نشان دهنده انرژی شناسایی و اندازه گیری شده در یک باند طول موج معین است که به یک عدد دیجیتالی 8 بیتی یا 10 بیتی یا بیتی بالاتر تبدیل می شود. یک عدد دیجیتال 8 بیتی از 0 تا 255 (یعنی 28 – 1) متغیر است. مقدار انرژی شناسایی‌شده مقیاس‌بندی و کمیت می‌شود تا در این محدوده از مقادیر قرار گیرد، که به آن وضوح رادیومتری یا وضوح بیت می‌گویند. یک عدد دیجیتال 10 بیتی از 0 تا 1023 متغیر است. برای نمایش بصری تصویر ، مقادیر DN مقیاس های خاکستری را نشان می دهد. بنابراین هرچه پیکسل انرژی منعکس شده یا ساطع شده را بیشتر ثبت کند، پیکسل درخشان تر در تصویر است. اندازه پیکسل وضوح مکانی تصویر است. تصاویر چند طیفی دیجیتال از چندین تصویر دیجیتال از یک منطقه از سطح زمین، اما برای نوارهای گسسته و باریک طیف الکترومغناطیسی تشکیل شده است (شکل 6-4). به توانایی سنسور برای تعیین فواصل طول موج خوب، تفکیک طیفی می گویند. هرچه وضوح طیفی ظریف تر باشد، محدوده طول موج برای یک باند خاص باریک تر است.

بسیاری از سیستم های سنجش از دور چند طیفی دیجیتال وجود دارد (جنسن، 2007، لیئسند و همکاران، 2008)  (رادیومتر با وضوح بسیار بالا پیشرفته) و لندست دو سیستم سنجش از راه دور چندطیفی هستند که نقش مهمی در کاربری زمین و مشخصه سازی پوشش زمین ایفا کرده اند. سیستم های AVHRR بر روی شانزده ماهواره که توسط اداره ملی اقیانوسیه و جوی (NOAA) از سال 1978 نگهداری می شوند مستقر شده اند. این رادیومتر روبشی از شش آشکارساز استفاده می کند که انرژی الکترومغناطیسی را در نوارهای قرمز ، نزدیک IR و حرارتی اندازه گیری می کند، همانطور که در تصویر جدول 6-1 نشان داده شده است. وضوح مکانی در نادر (مستقیم زیر ماهواره) حدود 1 کیلومتر است. حسگرهای AVHRR دو بار در روز تصاویر چندطیفی از کل کره زمین را به دست می آورند. تصاویر AVHRR به طور گسترده برای مطالعات وسیعی از پوشش گیاهی، رطوبت خاک، پوشش برف و یخ، ابر و دمای سطح استفاده می شود. شاخص گیاهی تفاوت نرمال شده (NDVI) محاسبه شده از مقادیر بازتاب در نوارهای قرمز و نزدیک IR به طور گسترده با داده های AVHRR برای نظارت بر پوشش گیاهی در سطح جهانی، منطقه ای یا ملی استفاده شده است. NDVI یک تبدیل ساده بر اساس نسبت زیر است :

در اینجا  و به ترتیب مقادیر بازتاب (روشنایی) در نوار مادون قرمز نزدیک و قرمز هستند. از  1- تا 1 متغیر است. مقدار مثبت نزدیک به 1 نشان دهنده پوشش گیاهی سبز و مقدار منفی نشان دهنده سطح بدون پوشش است. داده های NDVI محاسبه شده از داده های AVHRR جمع آوری شده در چندین تاریخ نیز می تواند برای ارائه خلاصه اطلاعات فصلی ترکیب شود.

مجموعه ماهواره های لندست برای پاسخگویی به نیازهای مدیران منابع و دانشمندان زمین در زمینه پوشش جهانی تصاویر چند طیفی با وضوح بالا توسعه یافته است. این برنامه توسط اداره ملی هوانوردی و مکانی (ناسا) و سازمان زمین شناسی ایالات متحده اداره می شود. از سال 1972، هشت ماهواره لندست به فضا پرتاب شد.

سه ماهواره اول لندست از دو سیستم حسگر استفاده کردند: پرتو برگشتی Vidicon (RBV) و اسکنر چند طیفی (MSS). لندست 4، 5 (و 6) علاوه بر MSS، یک سیستم حسگر جدید به نام Thematic Mapper(TM) را حمل می کرد. لندست 7 تنها دارای یک سیستم حسگر به نام Enhanced Thematic Mapper (ETM+) است. لندست 8 که در فوریه 2013 راه اندازی شد، دارای دو سنسور است : تصویرگر زمین عملیاتی (OLI) و سنسور حرارتی مادون قرمز (TIRS). سیستم RBV مشابه دوربین های دیجیتال امروزی است و پس از لندست 3 متوقف شد. سنسور MSS یکی از نسل های قدیمی سنسورهای چند طیفی است. این تابش الکترومغناطیسی را از سطح زمین در چهار نوار طیفی با وضوح مکانی تقریبا 80 متر، از سبز قابل مشاهده تا طول موجهای نزدیک به IR، حس می کند. سنسور TM چندین بهبود نسبت به سنسور MSS از جمله وضوح مکانی بالاتر، نوارهای طیفی ظریف تر و هفت در مقابل چهار باند طیفی ارائه می دهد. وضوح مکانی TM برای همه به جز نوار IR حرارتی 30 متر است که 120 متر است. ETM+ قابلیت‌های TM را تکرار می‌کند، اما یک نوار پانکروماتیک  ( 52/0 الی 9/0 میکرومتر) با وضوح مکانی 15 متر اضافه می‌کند و وضوح مکانی باند IR حرارتی را به 60 متر افزایش می‌دهد. جدول 6-2 ویژگی های باند TM و ETM+ و برخی برنامه های کاربردی مفید را تشریح می کند. شکل 6-4 هفت باند از تصاویر TM را از یک منطقه کوهستانی ارائه می دهد.

جدول 6-1 ویژگی های AVHRR

جدول 6-2 ویژگی های TM و ETM+

سنسور OLI شبیه به سنسور ETM+ است، اما با افزودن دو باند طیفی دیگر، حسگرهای لندست قبلی را بهبود می بخشد : یک نوار مرئی آبی عمیق (باند 1) که برای بررسی منابع آب و منطقه ساحلی طراحی شده است و یک باند مادون قرمز جدید (باند 9) برای تشخیص ابر سیروس این داده ها را با وضوح 30 متر در هشت باند طیفی موج کوتاه و در یک باند پانکروماتیک با وضوح 15 متر جمع آوری می کند. ابزار TIRS داده ها را در دو باند IR حرارتی با وضوح 100 متر برای طول موجی که توسط یک باند در سنسورهای قبلی TM و ETM+ پوشانده شده است، جمع آوری می کند. جدول 6-3 ویژگی های آنها را فهرست می کند. علاوه بر این، داده‌های OLI و TIRS در یک محدوده دینامیکی 12 بیتی کوانتیزه می‌شوند و به عنوان تصاویر 16 بیتی (مقیاس شده به 65536 سطح خاکستری، در مقایسه با تنها 256 سطح خاکستری در تصاویر 8 بیتی قبلی) ارائه می شود که توصیف بهتر وضعیت و شرایط پوشش زمین را امکان پذیر می کند.

جدول 6-3 ویژگی های OLI و TIRS

ماهواره های لندست هر شانزده روز از کل زمین تصویربرداری می کنند. تصاویر چند طیفی ارائه شده توسط لندست به طور گسترده و گسترده برای مطالعات تغییرات جهانی ، نظارت و ارزیابی کاربری زمین و پوشش و نقشه برداری مساحت وسیع مورد استفاده قرار گرفته است. طول عمر طولانی برنامه لندست همچنین آرشیو وسیعی از داده های منابع زمین را فراهم کرده است که نظارت طولانی مدت ، سوابق تاریخی و تحقیقات را تسهیل می کند. کادر 6-1 نمونه ای از کاربرد تصاویر لندست برای ارزیابی تاثیر زلزله بر روی زیستگاه های بزرگ پاندا در چین را ارائه می دهد.

برای تعیین کمیت تأثیر زمین لرزه، تیم تحقیقاتی زیستگاه پانداهای غول پیکر را بر اساس نقشه های پوشش زمین و DEM با اعمال معیارهای زیر شناسایی کردند : (1) در WNHSGPS، (2) با پوشش زمین جنگلی که زیر آن بامبو رشد می کند. (3) ارتفاع بین 1200 تا 3800 متر ؛ و (4) با شیب کمتر از 45 درجه. نقشه شیب از DEM با استفاده از ArcGIS گرفته شد (فصل 7 تجزیه و تحلیل زمین را ببینید) نقشه های پوشش زمین، DEM و نقشه شیب از طریق جبر نقشه با ArcGIS پوشانده شد تا نقشه زیستگاه های مناسب برای پانداهای غول پیکر قبل و بعد از زلزله تهیه شود. چهار معیار منظر برای زیستگاه های شناسایی شده با استفاده از نرم افزار FRAGSTATS محاسبه شد : تعداد تکه ها (NP)، تراکم تکه (PD)، شاخص شکل منظره (LSI) و شاخص تقسیم منظر (LDI) (به مطالعه موردی 9 فصل 10 برای اطلاعات بیشتر در مورد معیارهای منظره مراجعه کنید). مقایسه ای از متریک های منظره قبل و بعد از زلزله نشان داد که زلزله به طور کلی پیچیدگی زیستگاه های شناسایی شده را افزایش داده است. NP و PD همه حدود 20 درصد افزایش یافته اند که نشان دهنده افزایش ناهمگونی منظره است. 57/4 درصد LSI و 3/51  درصد LDI افزایش یافت که نشان می دهد بی نظمی شکل و تکه تکه شدن زیستگاه ها افزایش یافته است.

مقدار مناطق پوشش گیاهی آسیب دیده نیز محاسبه شد. حدود 57/18کیلومتر مربع از سطح پوشش گیاهی در اثر زلزله در زیستگاه پانداهای شناسایی شده آسیب دید. این تنها 76/1درصد از پوشش گیاهی زیستگاه ها را تشکیل می دهد. بنابراین زلزله ونچوان آسیب جدی به زیستگاه پانداهای غول پیکر وارد نکرد. در واقع بیشتر شاخه های بامبو پس از زلزله برگ های خود را در زیستگاه ها حفظ کردند. این مطالعه به این نتیجه رسید که زلزله عامل اصلی تأثیرگذار بر رفاه پانداهای غول پیکر در این منطقه نیست. منبع: یو و همکاران (2011).

در حالی که سنجش از دور چند طیفی داده ها را در چندین باند طیفی جمع آوری می کند، سیستم های سنجش از دور فراطیفی تصاویر را در صدها نوار طیفی بسیار باریک و مجاور در سراسر قسمتهای مرئی و مادون قرمز طیف الکترومغناطیسی به دست می آورند. از آنها می توان برای تشخیص بسیاری از ویژگی های سطحی که با استفاده از سیستم های سنجش از دور پهن باند مانند لندست ETM+ و OLI قابل تشخیص نیستند استفاده کرد. نمونه هایی از سیستم های سنجش از دور فراطیفی شامل AVIRIS (طیف سنج تصویربرداری مرئی/ مادون قرمز پیشرفته،http://aviris.jpl.nasa.gov/) ،HyMap (Cocks و همکاران 1998) و MODIS (طیف سنجی تصویربرداری با وضوح متوسط ​​،http://modis.gsfc.nasa.gov/).

بسیاری از منابع داده های سنجش از دور ماهواره ای چندطیفی و فراطیفی در دسترس هستند و در اکثر کتاب های درسی سنجش از دور استاندارد پوشش داده شده اند. یک منبع مهم و مفید USGS Global Visualization Viewer (GloVis) است که یک ابزار جستجو و سفارش آنلاین برای داده های ماهواره ای منتخب از جمله لندست 8 OLI و TIRS ، لندست 7 ETM+، لندست 4/5 TM ، لندست 1–5 MSS است. MODIS GloVis همچنین به کاربران اجازه می دهد تا محدوده پوشش ابری و محدودیت های تاریخ را در جستجوی داده ها مشخص کنند و دسترسی به فراداده ها را نیز فراهم می کند. کادر 6-2 نحوه بدست آوردن و بارگیری داده های تصویری لندست 7 ETM+ و لندست 8 OLI و TIRS از GloVis و نحوه ترکیب داده های لندست در یک تصویر چند باند را نشان می دهد.