راهنمای انتخاب تصویر ماهواره ای مناسب

تفکیک مکانی یک تصویر ماهواره ای به اندازه یک پیکسل در سطح زمین اشاره می کند.

یک پیکسل کوچکترین نقطه سازنده یک تصویر است و نشاندهنده میزان جزئیات آن شکل است. به عنوان مثال تصاویر لندست دارای تفکیک مکانی ۳۰ متری هستند به این مفهوم که هر پیکسل ۳۰ متر در ۳۰ متر از سطح زمین را اشغال می کند. این یک تصویر با وضوح متوسط است، که می‌تواند یک منطقه شهری را به تنهایی پوشش دهد، اما سطح جزییات به اندازه کافی خوب نیست تا اشیایی مثل خانه‌ها یا ماشین‌ها را تشخیص دهد.

از طرفی تقسیم بندی رایجی که تحت عناوین کم و متوسط و دقیق وجود دارد موقتی است زیرا فناوری تصویر برداری همواره در حال پیشرفت است. آنچه که در دهه ۱۹۸۰ با وضوح بالا درنظر گرفته می شد به عنوان مثال داده های سری لندست با قدرت تفکیک مکانی ۶۰ متر، با استاندارهای امروزی وضوح پایین شمرده می شود.

بهترین وضوح در حال حاضر ۳۰ سانتی متر است که در دسته ماهواره های تجاری قرار می گیرد.

به طور کلی تصاویر ماهواره ای به صورت زیر طبقه بندی می شوند:

1. وضوح پایین: بیش از ۶۰ متر مثل مادیس

2. وضوح متوسط: ۱۰ تا ۳۰ متر مثل لندست و سنتینل

3. وضوح بسیار بالا: ۵ متر تا ۳۰  سانتی متر مثل وردویو و اسپات

برای نشان دادن تفاوت بین داده‌های تصویر ماهواره‌ای، به این دو تصویر ماهواره‌ای از ونیز نگاه کنید:

تصویر سمت راست یک تصویر با رزولوشن بالای ۵۰ سانتیمتری از ماهواره Pleiades (ایرباس) است. این تصویر اجازه می‌دهد که ساختمان‌ها، قایق‌های کوچک و خیابان‌های باریک را ببیند و متاسفانه، شما باید برای تهیه آن هزینه کنید.

در سمت چپ، یک تصویر ۱۰ متر به ازای هر پیکسل از Sentinel – ۲ وجود دارد که نمای بسیار بهتری را فراهم می‌کند، اما درست مانند هر منبع باز از اطلاعات ماهواره‌ای، رایگان است.

گزینه سوم برای کار با داده های تصویر ماهواره ای وجود دارد: نقشه های ماهواره ای (گوگل و بینگ)

نقشه های گوگل و نقشه های بینگ رایگان وجود دارد که به جای یک تصویر ماهواره ای جداگانه از یک منطقه کوچک، یک نقشه با وضوح بالا از کل جهان ارائه می دهند.

نیازی نیست هزینه وضوح خوب را بپردازید یا تصاویر رایگان را یک به یک از پایگاه داده ماهواره بارگیری کنید. اما آیا واقعاً می توانید اطلاعاتی مفید از Google Maps به جز یک نمای نزدیک از موقعیت مکانی در یک زمانی که مشخص نیست دریافت کنید؟

برای کمک به شما در درک اینکه کدام یک از این گزینه ها می تواند نیازهای شما را تأمین کند، اجازه دهید همه نکات مثبت و منفی هر یک از موارد نوشته شده در بالا را بررسی کنیم.

---

بررسی تصاویر ماهواره ای با وضوح متوسط و وضوح پایین

تعداد زیادی از تصاویر ماهواره ای منبع باز با پوشش جهانی در دسترس است که امروز بدون پرداخت هزینه قابل استفاده اند.

داده های Sentinel ESA و داده های Landsat ناسا دو منبع بسیار پرکاربرد از مشاهدات زمین در طول ۴۰ سال هستند و باندهای طیفی آن ها کاربردهای زیادی در زمینه های مختلفی که فکرش را نمی کنید دارد: از تجزیه و تحلیل محصولات زراعی گرفته تا آتش سوزی و نظارت بر یخچال های طبیعی

فواید داده های ماهواره ای با وضوح متوسط و پایین:

• عموما رایگان هستند
• هر فریم آن ها بخش وسیعی از زمین را پوشش می دهد
• باندهای طیفی زیاد دارند که اطلاعات زیادی را شامل می شوند (عموما تعداد باندهای زیادی دارند)
• دوره های بازگشت و تصویربرداری مجدد از یک منطقه (تفکیک زمانی) کوتاه تر است و گاهی به صورت روزانه می باشد که برای پایش های محیط زیستی عالی است

مهم‌ترین چیز در مورد داده‌های با وضوح پایین و متوسط، باندهای طیفی موجود در هر تصویر است. ترکیب‌های مختلفی از این باندها و شاخص‌های طیفی محاسبه‌شده براساس آن‌ها به ما اجازه می‌دهد تا اطلاعات “پنهان” در مورد اشیا یا ویژگی‌هایی که ممکن است دیده نشوند را آشکار کنیم.
باندهای طیفی تصاویر ماهواره‌ای رایگان به‌ طور گسترده‌ای برای پیش‌پردازش تصاویر (تصحیح اتمسفری، فیوژن) و پردازش تصویر (کاربری اراضی، طبقه‌بندی پوشش زمین) استفاده می‌شوند. این طیف وسیع از فرصت‌های تحلیلی ارائه‌شده توسط یک تصویر چندطیفی، اغلب تفکیک مکانی پایین آن را جبران می کند.

در واقع درست است که تفکیک مکانی آن پایین است اما در عوض تعداد باندهای آن زیاد بوده و همچنین تفکیک زمانی پایینی دارد.

نقاط ضعف:

اگرچه داده های ماهواره ای با وضوح پایین و با وضوح متوسط مطمئناً مزایای زیادی دارند، همه این مزایا نمی توانند کیفیت نسبتا پایین این تصاویر را جبران کنند.

با استفاده از این تصاویر، فقط ویژگی های کلی مانند پل ها، آبراهه ها و الگوهای خیابان قابل شناسایی است.

بهترین وضوح از داده های ماهواره ای Sentinel حاصل می شود: ۱۰ تا ۲۰ متر در هر پیکسل، که برای نظارت بر رشد محصول یا بررسی جنگل زدایی، کاملاً کافی است.

---

بررسی تصاویر ماهواره ای با وضوح بالا

فواید:

بهترین چیز در مورد داده های ماهواره ای با وضوح بالای تجاری این است که اشیاء کوچک مانند خانه های شخصی یا اتومبیل ها به راحتی قابل شناسایی هستند. چنین سطحی از جزئیات با دقت بالایی در مطالعات شهری، نقشه برداری دقیق، نظارت بر معدن های روباز و زباله، مدل سازی سه بعدی شهر و موارد دیگر امکان پذیر است.

• ماموریت محور
  ماهواره‌های تجاری مدرن قادرند اطلاعات را مطابق با درخواست‌های مشتریان جمع‌آوری کنند. به این معنی که برخلاف ماموریت‌های ماهواره‌ای دولتی که ماهواره‌ها آن‌ها مسیرهای سازگار را دنبال می‌کنند، ماهواره‌های تجاری می‌توانند در یک زمان خاص یک مکان خاص را ثبت کنند. این روش دسترسی داده‌های ماهواره‌ای را تضمین می‌کند که در غیر این صورت ممکن است به دلیل تغییر مسیر ماهواره، گم شود .
  این توانایی باعث سرعت عمل و کاهش اثرات بلا یا فاجعه شده است: هر زمان که یک فاجعه طبیعی و یا غیرطبیعی رخ می‌دهد، ماهواره‌ های با قدرت تفکیک بالا اولین تصاویری هستند که دیدی دقیق از مناطق آسیب‌دیده از زمین ارائه می‌کنند.

معایب:

• هزینه بالا

ماهواره های تجاری پیشرفته ترین سنسورهای فناوری را حمل می کنند، که به سرمایه گذاری های زیادی نیاز دارند. به همین دلیل داده های ماهواره های با وضوح بالا ارزان نیستند.

• پوشش منطقه کوچک هر فریم تصویر

به طور کلی، هرچه وضوح بهتر باشد، مساحت زمین کمتر در یک فریم تصویر دیده می شود. به همین دلیل داده های ماهواره ای با وضوح بالا برای نظارت یا تجزیه و تحلیل در مقیاس کوچک مناسب تر هستند. حداقل ۴ تصویر از ماهواره های Pleiades-1 ، Kompsat-3 یا SuperView-1 باید باشد تا در کنار هم مساحتی به اندازه شهر لندن را داشته باشد.

یک تصویر واحد Landsat 8 به نوبه خود می تواند قلمرو مساوی با ۲۵ شهر لندن را تصرف کند.

• در دسترس بودن کمتر

با داشتن داده های ماهواره ای، همیشه این خطر وجود دارد که بخاطر وجود ابر، تصویری کم استفاده شود. اما ماهواره های با وضوح متوسط، که از مسیر تصویربرداری برنامه ریزی شده پیروی می کنند و در فواصل منظم از مناطق مورد بررسی، مجدد تصویر می گیرند، شانس بهتری برای یافتن تصویر مناسب برای شما فراهم می کنند.

ماهواره های تجاری بعضی مواقع توسط مشتریان وظیفه شان مشخص می شود و به این ترتیب که به جای مناطقی که مستقیماً در مسیر خود است، مناطق خاصی را تصویربرداری می کند. این بدان معنی است که شما می توانید منتظر تصویری باشید که در حالت مرسوم و عادی هیچ وقت تصویربرداری نمی شود.

این فقدان به روزرسانی منظم تصویر و زمان پرتاب ماهواره ها (بیشتر از سال ۲۰۱۰) باعث می شود داده های ماهواره ای با وضوح بالا برای تجزیه و تحلیل های سری زمانی، در مقایسه با تصاویر رایگان مناسب نباشد.

---

بررسی تصاویر ماهواره ای گوگل و بینگ

از فواید این تصاویر می توان به رایگان بودن آنها اشاره داشت.

همچنین این تصاویر با زوم کردن در منطقه موردنظر، تصویری با جزئیات خیلی زیادی را در اختیار ما قرار می دهند.

از معایب آنها:

با Google Maps ، هرگز نمی توانید بدانید که در کدام روز یا ماه هستید. تنها اطلاعات موجود سالی است که این قسمت از Google Maps به روز شد. قطعاً برای انجام یک تحلیل معتبر از یک شی یا رویداد ، دیدن تغییرات و پیشرفت کافی نیست. به عنوان مثال یک کشاورز می خواهد بررسی کند که آیا محصولات زراعی از سیل جان سالم به در برده اند: Google Maps این اطلاعات را ارائه نمی دهد زیرا احتمالاً تا چند ماه بعد یا بیشتر به روز نمی شود.

از Google Maps نمی توان برای تجزیه و تحلیل های پیچیده تر سنجش از دور استفاده کرد. برش از نقشه ماهواره ای ساده است اما شامل باندهای مختلف طیفی از داده های ماهواره ای با وضوح پایین، متوسط یا با وضوح بالا نیست.

به طور خلاصه، اولین کاری که شما باید انجام دهید این است که بفهمید دقیقاً برای داده های ماهواره ای به چه چیزی نیاز دارید. اگر کنجکاو هستید که ببینید برج ایفل یا حیاط خلوت همسایه شما چگونه از فضا به نظر می رسد ، نقشه های Google را انتخاب کنید و دنیای موجود را با جزئیات کامل کشف کنید.

در واقع نصاویر گوگل و بینگ کاربرد دیداری داشته و برای تجزیه و تحلیل مناسب نیستند

---

حرف آخر (نتیجه گیری)

با توجه به متن بالا و مشاهدات  و تجربیات اینجانب انتخاب تصویر ماهواره ای مناسب در درجه اول به هدف شما بستگی دارد.

یعنی چه؟

فرض کنید می خواهید مطالعات جنگل به کمک سنجش از دور انجام دهید.

اگر هدف شما بررسی جنگل زدایی باشد و یا نیاز به بررسی مساحت جنگل دارید تصاویری همانند سنتینل و لندست نیاز شما را برطرف می کنند. اما اگر هدف بررسی نوع گونه های درختی است، باید علاوه بر اطلاعات طیفی، از شکل تاج پوشش و هندسه درخت نیز استفاده کرد تا به طور دقیقی با استفاده از طبقه بندی های شی گرا نوع گونه را تشخیص داد.

در این مطالعه دیگر تصاویر لندست و سنتینل مناسب کار شما نیست. بلکه باید از تصاویری استفاده کنید که دقت مکانی بالا داشته و بتواند تک درختان را به خوبی نشان دهد.

پس با توجه به نوع مطالعه و دقت کار و هدف آن می تواند تصمیم گیری برای انتخاب تصویر متفاوت باشد

---

چند پیشنهاد خوب:

اگر میخواهید کار با تصاویر تفکیک مکانی پایین مثل مادیس را یاد بگیرید:

• راهنمای تهیه نقشه و برآورد تغییرات کاربری اراضی با کمک تصاویر مودیس در ENVI
• پکیج آموزشی سنجنده مادیس در نرم افزار ENVI – شامل ۳ ساعت آموزش

اگر میخواهید کار با تصاویر تفکیک مکانی متوسط مثل لندست و سنتنیل را یاد بگیرید:

• آموزش ویدئویی فارسی کار با تصاویر ماهواره ای Sentinel2
• بسته پردازش تصاویر ماهواره ای سری لندست در ENVI

اگر میخواهید کار با تصاویر تفکیک مکانی بالا را یاد بگیرید:

• پیش پردازش و پردازش تصاویر ژئوآی – Geoeye

---