Fjernmåling

Fjernmåling er den teknisk -vitenskapelige disiplinen eller anvendt vitenskap med diagnostiske-undersøkende formål som gjør det mulig å oppnå kvalitativ og kvantitativ informasjon om miljøet og om objekter plassert i avstand fra en sensor ved hjelp av elektromagnetiske strålingsmålinger ( utsendt, reflektert eller overført) som samhandler med de fysiske overflatene av interesse.

Den bruker bilder eller numeriske data oppdaget av fly , satellitter , UAV - type droner eller romsonder for å karakterisere overflaten til en planet i dens parametere av interesse (i dette tilfellet snakker vi om miljøovervåking) med applikasjoner i både sivile og militære felt . Den tilhører derfor det bredere fagfeltet i den såkalte "geoinformasjonssektoren", selv om den kan inkludere romlige fjernmålingssystemer og -teknikker. Observasjonen av jorden fra verdensrommet har reist og går fortsatt hånd i hånd med utviklingen av kunstige satellitter (spesifikt fjernmålingssatellitter ), satellittelekommunikasjon og deteksjonssensorer .

Etymologi

Begrepet "fjernmåling" består av kombinasjonen av to ord: [1]

Generelt, med begrepet "fjernmåling", ønsker vi å uttrykke innhenting av informasjon om objekter plassert i en viss avstand.

"Fjernmåling er settet av alle jordobservasjonsmetoder der elektromagnetisk stråling utgjør kjøretøyet for å transportere informasjon fra undersøkelsesobjektet til sensoren"

( Dermanis, Biagi [1] )

Historie

Historien om fjernmåling kan oppsummeres i noen grunnleggende trinn: [1]

Herfra dukker radarsensorer opp (også med syntetisk blenderåpning ), satellitter for havstudier og et kappløp for større romlig oppløsning.

Beskrivelse

Studiet av et fenomen eller en overflate utført med fjernmålingsteknikker involverer tre distinkte faser:

  1. datainnsamling ved bakke-, fly-, UAV- eller satellittskyting med passende verktøy;
  2. databehandling (direkte på satellitt eller på bakken etter sending) med opprettelse av digitale bilder;
  3. tolkning og bruk av data i ønsket analyse.

Spesielt kan de elektromagnetiske feltparametrene detekteres som elektromagnetisk kraft assosiert med strålingsfluksen, amplitude til det elektromagnetiske feltet , fase og polarisering (se også radiometriske størrelser ). Det er mulig å korrelere denne feltinformasjonen til de ulike miljøparametrene (og ikke bare) av interesse (typisk ved å detektere og gjenkjenne den spektrale signaturen til de kjemiske elementene eller forbindelsene), og dermed oppnå nyttig informasjon for ønsket analyse i form av digital bilder gjennom elektromagnetisk databehandling.

Fordeler

Potensialet og resultatene som tilbys av denne metoden er betydelige hvis vi vurderer den relative lettheten det er å skaffe informasjon av noe slag (spesielt miljøparametere), på kort tid, på avstand, gjentatt over tid eller til og med i noen tilfeller nesten kontinuerlig. en stor romlig dekning, med større objektivitet og presisjon og også med en større totaløkonomi enn konvensjonelle deteksjonsmetoder.

Det representerer derfor en reell revolusjon innen miljøovervåking, faktisk en realitet som allerede er etablert i en tid og med stadig større bruksområder og spredning. I mange situasjoner er det nødvendig, etter å ha analysert dataene registrert av satellitt eller fly, å ha punktlige data med høy oppløsningsgrad på territoriet som gjør det mulig å innhente informasjon som kan krysses med data i større skala.

For å skaffe disse dataene kan fjernstyrte fly (APR, ofte kalt droner) brukes, spesielt Esacopter miniUAVs som utfører funksjonen til nærhetssensorer: disse systemene kan faktisk brukes til luftundersøkelser i lav høyde (nærhetsfjernmåling ), ved å montere sensorer av stadig mer miniatyriserte dimensjoner om bord. Ved å registrere, under flyoppdraget, banen som følges, kan den samme banen gjentas over tid, noe som tillater en multi-temporal analyse av dataene fra det samme området under analyse.

Verktøy

Verktøyene som brukes til innhenting kan gi enkeltmålinger av utstråling , for eksempel radiometre eller spektroradiometre, eller sett med utstrålingsmålinger (digitale bilder), for eksempel kameraer, termiske bildekameraer eller skanneenheter. Disse instrumentene, kalt sensorer , kan monteres på satellitter i bane eller i luften. Fra et romlig synspunkt dekker sensoren generelt en del eller et område av jordens overflate kalt et "synsfelt" uttrykt ved en åpningsvinkel med en skårbredde , en funksjon av vinkelen og høyden er lik:

.

Generelt kan sensorene være:

Sammenlignet med bruken av et enkelt utvidet spektralbånd, gjør bruken av forskjellige valgbare spektralbånd det mulig å identifisere jordtypene eller generelt stoffet eller det kjemiske elementet av interesse eller ved å oppdage deres karakteristiske spektralsignatur ved å skille den fra de andre ... Spesielt er det elektromagnetiske spektrumområdet av interesse i terrestrisk fjernmåling typisk det for det optiske og infrarøde spekteret , i sin tur ytterligere delt inn, mens i radioastronomi inkluderer spekteret av interesse også kilder til radiobølger , mikrobølger , ultrafiolett , røntgenstråler og gammastråler . Fra dette synspunktet kan sensorene deles videre inn i:

Oppløsningsparametere

Av et gitt datasett kan fire hovedting beskrives:

I tillegg må et datasett vanligvis korrigeres både radiometrisk og eliminere tilstedeværelsen av forstyrrelser i atmosfæren:

Teknikker

De forskjellige fjernmålingsteknikkene skilles også ut i henhold til den delen av det elektromagnetiske spekteret som brukes eller spektralkanalene: de spenner fra det synlige og infrarøde spekteret til det for mikrobølger . Aktive fjernmålingsteknikker som er mye brukt og effektive er for eksempel radarinterferometri i mikrobølgeområdet ved bruk av syntetisk aperturradar ( SAR), Lidar i det synlig-infrarøde området (optisk fjernmåling) eller enkel passiv radiometri ; i tilfelle av radioastronomi snakker vi om romfjernmåling. På noen måter hører også diagnoseteknikkene ved bruk av ekkolodd som ekkolodd og SODAR , som ikke bruker elektromagnetiske bølger, men akustiske bølger , til fjernmåling .

Bildebehandling

Vanligvis består en iøynefallende del av innhentingen av fjernmålingsinformasjon i å behandle dem til passende bilder og påfølgende analyse.

Blant disse operasjonene er digitalisering av den elektromagnetiske informasjonen som er hentet fra peilingen av det aktuelle territoriet: bildet som er oppnådd er representert gjennom piksler på skjermen i et rutenett med Y-rader og X-kolonner. Hver elektromagnetisk verdi oppdaget for hver piksel i det observerte territoriet er digitalisert eller kodet i forskjellige diskrete kvantiseringsnivåer som gir liv til dimensjonsløse tall kalt Digital Numbers (DN) som favoriserer representasjonen og kvantifiseringen av dem: jo høyere kvantiseringsnivåene er, jo finere og mer detaljert er den kromatiske oppløsningen til bildet uttrykt i gråskala . Disse DN-verdiene er dermed proporsjonale med den elektromagnetiske mengden av interesse. Det er også generelt mulig å oppnå frekvensfordelingen til bilde-DN-ene i form av et histogram , både globalt og for vilkårlige profiler av rad Y og kolonne X, med relative statistiske parametere for gjennomsnitt , varians , standardavvik , modus , median .

Bildene kan referere til enkeltspektrale observasjonsbånd eller til flere kumulative bånd opp til tilfellet med hele det synlige og infrarøde spekteret ( pankromatisk bilde ). I andre tilfeller kan bildene være enkle flybilder eller fra satellitter i svært lav bane ( LEO ved 500 km) og svært høy oppløsning som i tilfellet med Google Earth .

Med utgangspunkt i et gråtonebilde er det mulig å få et fargebilde ved å assosiere de respektive fysiske fargene ( sann farge ) til de skannede optiske båndene: bildet som oppnås på denne måten er omtrent det som er nærmest et fotografisk bilde. spektral oppløsning på alle farger som det menneskelige øyet har i stedet.

Det er også mulig å assosiere andre farger som ikke samsvarer med de virkelige av skanningsbåndene ( falsk farge ), ofte brukt for å bedre fremheve de forskjellige typene overflater som er undersøkt, og dermed kunne lage tematiske kart .

Alternativt er det mulig å lage mer detaljerte tematiske kart ved manuelt å velge homogene deler av bilder ( treningsfelt ) som representerer forskjellige klasser av overflater (bar jord, plen, skog, forstads- og bymiljø, infrastruktur), og tildele dem en passende farge , med programvaren som utvider den valgte fargen til resten av bildet med flater med lik utstråling satt.

For påvisningen og den fenologiske studien av vegetasjonsdekket brukes de såkalte NDVI - kartene der en passende indeks (faktisk NDVI) gjør det mulig å bedre visualisere informasjonen knyttet til denne type overflate og vegetasjonstettheten i forhold til noen faser av årlig vekst.

Videre er utdypinger mulige som lager kart over differensiell utstråling (eller DN) mellom to bilder i forskjellige tidspunkter for opptak (for eksempel i en avstand på måneder eller år) brukt for å alltid overvåke den fenologiske tilstanden i de forskjellige vegetative fasene av året, vekst av vegetasjon, landbruks- eller bydekke gjennom årene eller unormale variasjoner i infrastrukturkonteksten (for eksempel overvåking av uautoriserte bygninger eller miljøkonsekvensvurderinger ).

Fjernmålingsprogramvare

Et stort antall proprietære og åpen kildekode -programmer finnes for manipulering av fjernregistrerte data . De mest brukte proprietære programvarene er:

Blant åpen kildekode skiller imidlertid følgende seg ut:

Applikasjoner

De viktigste bruksområdene for fjernmåling på miljøområdet er:

Magasiner

Merknader

  1. ^ a b c http://users.unimi.it/br1/Telerilevamento.pdf
  2. ^ Hyperspektral fjernmåling, de nye horisontene for terrestrisk fjernmåling - MeteoGiornale.it
  3. ^ Exelis | Visuelle informasjonsløsninger> Hjem Arkivert 12. oktober 2014 på Internet Archive .
  4. ^ PCI Geomatics - PCI Geomatics
  5. ^ Hjem | NEST | Neste ESA SAR Toolbox

Bibliografi

Relaterte elementer

Andre prosjekter

Eksterne lenker