دانلود تصاویر پریسما PRISMA و آشنایی با کاربردهای آن

ماهواره های طیفی با وضوح بالا نحوه تعامل با محیط زیست و پدیده های محیطی را به کلی تغییر داده اند. درمورد PRISMA (ماهواره پیشتاز فراطیفی برای ماموریت های کاربردی)، سیستم پیشرفته مشاهده زمین، مجهز به ابزارهای الکترواپتیکی است که یک سنسور فراطیفی را با یک دوربین با وضوح متوسط، حساس به همه رنگ ها (پانکروماتیک) ادغام می کند. به این ترتیب، این ماهواره نه تنها قادر به تشخیص ویژگی های هندسی اجرام مشاهده شده می باشد، بلکه ترکیب شیمیایی-فیزیکی سطح زمین را تشخیص می دهد.

در واقع، هر ماده دارای امضای طیفی خاص خود است، یک اثر انگشت واقعی ترکیبی منحصر به فرد از رنگ‌ها که به عنوان نوارهای طیفی نامیده می‌شوند. تجهیزات الکترواپتیکی PRISMA قادر است این اثر انگشت یا همان امضای طیفی را از مدار خود در ارتفاع 615 کیلومتری با انجام یک مانیتورینگ پیشرفته که قادر به شناسایی یک شی یا ردیابی ویژگی های یک منطقه تحت مشاهده ست را تجزیه و تحلیل کند.

به طور خاص، چنین تجهیزاتی از یک طیف سنج تصویربرداری ساخته شده است که قادر به دریافت محصولات VNIR (مرئی و مادون قرمز نزدیک) و SWIR (مادون قرمز موج کوتاه) با وضوح فضایی 30 متر و یک دوربین پانکروماتیک با وضوح 5 متر است. PRISMA که سفر خود را در فضا در 22 مارس 2019 با یک حامل VEGA آغاز کرد، توسط آژانس فضایی ایتالیا و در زمینه مشاهده عوارض زمین پرتاب شده که تاکنون بر اساس رادارهای با دهانه مصنوعی یعنی مجموعه COSMO-SkyMed بوده است، را تکمیل می کند. این مجموعه، با یک حسگر نوری ابرطیفی نوآورانه، قادر به ارائه اطلاعات مفید و منحصر به فرد برای کاربردهای مختلف است.

PRISMA، که متعلق به آژانس فضایی ایتالیا می باشد، نشان دهنده برتری برگرفته از ظرفیت علمی و صنعتی این کشور برای مدیریت ماهواره ها است. این ماهواره توسط یک گروه موقت از شرکت ها به سرپرستی OBH ایتالیا، که مسئول ماموریت و مدیریت سه بخش اصلی (پیاده سازی، پرواز و پرتاب) بودند و لئوناردو، که ابزار دقیق الکترواپتیکی فراطیفی و همچنین ابزارهای مختلف مانند سنسورها و پنل های خورشیدی را ایجاد کرده است، ساخته شد. مرکز کنترل ماموریت توسط Telespazio (لئوناردو 67٪، تالس 33٪) در Fucino راه اندازی شد، در حالی که جمع آوری و پردازش داده ها در مرکز فضایی Mater انجام خواهد شد.

کاربران می توانند از طریق پورتال PRISMA اطلاعات را از آرشیو و یا با ثبت درخواست جدید دریافت کنند. بعد از ثبت نام و ورود به سایت داده های PRISMA می توان آنها را دانلود نمود و ماموریت PRISMA برای کمک به کاربران در دسترس است. برای تسهیل بهره برداری از داده های PRISMA، جعبه ابزار PRISMA v1.0 منتشر شده است که در رایانه های شخصی مبتنی بر ویندوز مایکروسافت امکان وارد کردن، مشاهده و تبدیل محصولات L1، L2B، L2C، L2D را به روشی بسیار ساده و فوری می دهد. محصول L1 تابش سطح زمین در بالای اتمسفر(Top of atmosphere Radiance)، محصول L2B تابش سطح زمین در پایین اتمسفر (Bottom of Atmosphere Radiance)، محصول L2C بازتاب سطح زمین در پایین اتمسفر(Bottom of atmosphere Reflectance) محصول L2D بازتاب ژئوکد شده سطح زمین در پایین اتمسفر(Bottom of atmosphere Reflectance)  می باشد.

جعبه ابزار PRISMA امکان انجام وظایف پردازش موازی انبوه تصاویر ماهواره ای را بر روی مجموعه داده های بزرگ (مانند تصاویر PRISMA)به طور استاندارد فراهم می کند. همچنین جعبه ابزار PRISMA از نمایش همزمان چندین تصویر پشتیبانی می کند و امکان انجام عملیات گرافیکی را فراهم می سازد. نسخه بعدی جعبه ابزار در سال 2024 منتشر می شود (ASI).

Level0 داده های خام ماهواره می باشد که در اختیار کاربران قرار نمی گیرد. Level1 داده‌های با تصحیح رادیومتری و کالیبره شده هستند. این محصول مواردی چون تابش طیفی بالای اتمسفر، ماسک ابری، ماسک نور خورشید، داده های کالیبراسیون را ارائه می دهد. Level 2B محصول ژئورفرنس شده بازتابش طیفی زمین می باشد که با تصحیح اتمسفری بر روی داده های Level1 به دست می آیند. این ماهواره شامل محصولاتی چون پراکنش Rayleigh، پراکنش آئروسل و جذب آب می باشد. Level 2C محصول ژئورفرنس شده بازتاب از سطح زمین می باشد این تصویر از تبدیل بازتابش (Radiance) Level 2B به بازتاب سطح زمین (Reflectance) ایجاد شده است. این مجموعه دارای محصول ویژگی های آئروسل در محدوده مادون قرمز، نقشه بخار آب در محدوده فراطیفی، ویژگی های ابر و بازتاب ژئورفرنس شده از سطح زمین در محدوده پانکروکاتیک و فراطیفی می باشد.Level 2D نسخه ژئوکد شده محصولات Level 2C می باشد که از تصحیح هندسی و مدل رقومی زمین بر روی آن تولید می شود.

داده های PRISMA یک مجموعه از تصاویر فراطیفی با وضوح متوسط می باشند. همانطور که گفته شد ابزار الکترواپتیکال با یک سنسور فراطیفی که در محدوده طیفی 0.4-2.5 میکرومتر و یک دوربین پانکروماتیک در محدوده طیفی 0.4-0.7 میکرومتر دارد ترکیب شده است. متوسط وضوح طیفی در کل مجموعه 10 نانومتر است که اجازه تولید بیش از 200 باند طیفی را می دهد. وضوح مکانی این ماهواره 30 متر در باندهای فرا طیفی می باشد به این معنا که یک سطح 30 در 30 کیلومتری را بر روی زمین نمایش می دهد.

ماهواره دارای وضوح مکانی 5 متر برای باند پانکروماتیک می باشد. به عبارت دیگر، ابزارهای روی پلتفرم شامل یک دوربین ابرطیفی است که می‌تواند تصاویر را در مجموعه‌ای از 239 باند طیفی بین 400 تا 2500 نانومتر، 66 باند در مادون قرمز نزدیک (VNIR) و 173 در طیف مادون قرمز موج کوتاه با وضوح طیفی کمتر از 12 نانومتر و وضوح فضایی 30 متر (SWIR) ثبت کند.

معرفی ماهواره PRISMA

سنسورهای فراطیفی، سطح زمین را با نمونه‌برداری همزمان از صدها نوار طیفی باریک به هم پیوسته با وضوح حداکثر 0.01 میکرومتر در طیف مرئی و مادون قرمز مشاهده می‌کنند. هر پیکسل در تصاویر ابرطیفی (Hyperspectral imagery) با یک بردار طیفی مطابقت دارد که ویژگی‌های پوشش زمین را منعکس می‌کند و امکان استخراج رفتار بازتابی پیکسل‌ها در تصویر را فراهم می‌کند. اطلاعات طیفی غنی به تشخیص بهتر ویژگی‌ها و اشیاء سطحی نسبت به سیستم‌های تصویربرداری چند طیفی سنتی کمک می‌کند. سنسورهای فراطیفی برای کاربردهای خاصی طراحی نشده‌اند و امروزه شاهد توسعه سریع فناوری پردازش تصویر فراطیفی و مأموریت‌های فراطیفی فضایی هستیم. به همین دلیل، داده های فراطیفی به طور فزاینده ای در چندین زمینه سنجش از دور مانند اکولوژی، اتمسفر،اقیانوس، کشاورزی و جنگلداری به کار برده شده اند.

هدف از این ماموریت ارزیابی این است که آیا سنسور PRISMA می تواند با موفقیت برای نظارت بر منابع طبیعی و ویژگی های جوی و برای ارزیابی کاربردهای جدید احتمالی برای مدیریت ریسک زیست محیطی و مشاهده زمین مورد استفاده قرار گیرد. سنسور جدید را می توان برای تعداد زیادی از برنامه های سنجش از راه دور استفاده کرد. طبقه بندی پوشش زمین و تشخیص هدف، برخی از رایج ترین کاربردهای سنجش از دور فراطیفی هستند و برای پشتیبانی از برنامه های پایش تنوع زیستی استفاده می شوند. فرض اساسی در این وظایف این است که مواد مختلف پوشش زمین دارای ویژگی های طیفی منحصر به فردی هستند. برای یک ماده “خالص”، این ویژگی های طیفی Endmembers نامیده می شوند. Endmembers را می توان در آزمایشگاه اندازه گیری کرد یا می توان از تصاویر سنجش از راه دور استخراج کرد. با این حال، هنگام کار با تصاویر واقعی، برآورده شدن فرض یکپارچگی طیفی دشوار است زیرا عوامل متعددی در یک دستگاه تصویربرداری نویز ایجاد می‌کنند.

 اگر با سنسورهای ماهواره‌ای چندطیفی سنتی مشاهده شود، انواع جنگل‌های مختلف بر اساس ترکیب گونه‌های درختی مختلف ممکن است دارای نشانه‌های طیفی مشابهی باشند. تصاویر فراطیفی، با بازنمایی پیوسته‌تر از رفتار طیفی آنها ممکن است جایگزین بهتری برای طبقه‌بندی آنها باشد. همان طور که گفته شد سنسور جدید ابرطیفی Precursore IperSpettrale della Missione Applicativa) PRISMA) که توسط آژانس فضایی ایتالیا ساخته شده است، قادر است تصاویر را در یک محدوده بین 400 تا 2500 نانومتر، با وضوح طیفی کمتر از 12 نانومتر  ثبت کند و برای تعداد زیادی از کاربردهای سنجش از راه دور، از جمله تشخیص انواع جنگل، استفاده شود.

در یک مطالعه، قابلیت‌های سنسور جدید PRISMA را در برابر تصاویر سنتینل 2 در تشخیص انواع جنگل‌های مختلف از طریق تجزیه و تحلیل قرار داده اند. سنسور فراطیفی PRISMA، در مقایسه با Sentinel-2 ، امکان تفکیک بهتر در همه انواع جنگل‌ها را فراهم می‌کند و عملکرد را افزایش می‌دهد.

PRISMA به طور متوسط 40% برای تمایز بین دو نوع دسته جنگلی (مخروط‌ی ها در مقابل پهن برگ) و 102% در تمایز بین پنج نوع جنگل بر اساس گروه‌های گونه‌های اصلی درختی نتایج بهتری به دست آورد.

کاربردهای اصلی ماهواره PRISMA

ماهواره PRISMA با قابلیت تصویربرداری ابرطیفی، ابزار قدرتمندی برای طیف گسترده‌ای از کاربردها در زمینه‌های مختلف فراهم می‌کند.

برخی از مهم‌ترین کاربردهای این ماهواره عبارتند از:

⛺ در حوزه کشاورزی:

• نظارت بر سلامت محصولات: با تجزیه و تحلیل دقیق طیف نوری منعکس شده از محصولات، می‌توان به اطلاعاتی درباره سلامت گیاهان، تشخیص بیماری‌ها، کمبود مواد مغذی و میزان تنش آبی دست یافت.
• برآورد عملکرد محصول: با استفاده از داده‌های PRISMA می‌توان برآورد دقیقی از عملکرد محصولات کشاورزی در مناطق مختلف انجام داد و برنامه‌ریزی بهتری برای تولید داشت.
• مدیریت آبیاری: با تحلیل میزان رطوبت خاک و گیاهان، می‌توان سیستم‌های آبیاری را بهینه کرده و مصرف آب را کاهش داد.

🍀در حوزه محیط زیست:

• نظارت بر آلودگی آب و خاک: با تشخیص تغییرات طیفی در آب و خاک، می‌توان به وجود آلودگی‌ها پی برد و منابع آلوده را شناسایی کرد.
• مطالعه تغییرات پوشش گیاهی: با تحلیل داده‌های طیفی، می‌توان تغییرات پوشش گیاهی در طول زمان را بررسی کرده و عوامل موثر بر این تغییرات را شناسایی کرد.
• پایش بلایای طبیعی: ماهواره PRISMA می‌تواند در تشخیص و ارزیابی خسارات ناشی از بلایای طبیعی مانند سیل، آتش‌سوزی و زمین‌لرزه مورد استفاده قرار گیرد.

⛏ در حوزه زمین‌شناسی و اکتشاف معادن:

• اکتشاف منابع معدنی: با تجزیه و تحلیل طیف نوری سنگ‌ها و کانی‌ها، می‌توان به وجود منابع معدنی در زیر سطح زمین پی برد.
• مطالعه فرآیندهای زمین‌شناسی: با استفاده از داده‌های PRISMA می‌توان فرآیندهایی مانند فرسایش خاک، تشکیل خاک و تغییرات زمین‌شناسی را مطالعه کرد.
• تهیه نقشه‌های زمین‌شناسی دقیق: با ترکیب داده‌های PRISMA با سایر داده‌های مکانی، می‌توان نقشه‌های زمین‌شناسی با دقت بالا تهیه کرد.

🌐 سایر کاربردها:

• برنامه‌ریزی شهری: در زمینه برنامه‌ریزی شهری، از داده‌های PRISMA برای ارزیابی تغییرات کاربری زمین، تحلیل تراکم جمعیت و شناسایی مناطق با پتانسیل توسعه استفاده می‌شود.
• باستان‌شناسی: با استفاده از داده‌های طیفی، می‌توان به آثار باستانی مدفون شده در زیر زمین پی برد و مناطق با پتانسیل باستان‌شناسی را شناسایی کرد.

روش دانلود تصاویر پریسما

• ایجاد حساب کاربری

برای دسترسی رایگان به داده های سنجش از دوری PRISMA و دانلود تصاویر پریسما، ابتدا باید در سایت https://prismauserregistration.asi.it/ ثبت نام کرد. با توجه به اینکه هنوز اکانتی ساخته نشده است ابتدا بر روی گزینه Register Now کلیک می کنیم.

برای ورود به سایت و دانلود تصاویر پریسما، نیاز به دانلود فایل در بخش Terms, Conditions  کلیک می کنیم. در این بخش نیاز است فایل شرایط را برای ثبت نام و ایجاد اکانت دانلود کنیم و سپس در گزینه Browse بعد از انجام تغییراتی در فایل، بارگذاری کنیم. توجه داشته باشید که دو تا سه روز بعد از بارگذاری رمز ورود به ایمیل شما ارسال می شود.

فایل را بر روی کامپیوتر خود دانلود و ذخیره کنید. سپس فایل را باز کرده و بعد از مطالعه شرایط، آیتم های خالی را پرکنید. توجه کنید که این کار را بر روی صفحه کروم یا فایرفاکس انجام ندهید و حتما بعد از دانلود فایل بر روی دسکتاپ آن را پر کنید و سپس بارگذاری انجام دهید.

 در فایل دانلود شده انواع کاربر ها تعریف شده است و شما با توجه به متناسب بودن عنوان یکی را انتخاب می کنید. این کاربری ها به دو دسته تک کاربر و یک گروه حداکثر شانزده نفری تقسیم می شوند. برای هرکدام از این دو حالت شما باید نوع کاربری را از دسته بندی های تعریف شده انتخاب کنید. سعی کنید عنوان Generic را انتخاب نکنید و یکی از عناوین مناسب را انتخاب کنید زیرا این عنوان کمترین امکانات را به کاربر ارائه می دهد. انواع دسته بندی های عنوان کاربری را در تصویر زیر می بینید.

در مورد وارد کردن نام کاربری زمانی که این فایل را ذخیره می کنیم دقت لازم زا به عمل آورید. فایل نهایی باید با ترتیب نام خانوادگی، آندرلاین و نام ذخیره شود. همان طور که در تصویر زیر مشخص شده است.

عملیات ثبت نام کاربر برای این است که کاربر اطلاعات داده های مورد استفاده خود و هدف از استفاده داده ها را روشن کند. همچنین فرم مربوط به پروژه خود را برای استفاده از این داده ها تکمیل نماید (Terms, Conditions and User Data).

فایل را با Adobe reader باز کنید و شروع به ادیت آن نمایید. مهمترین قسمت های این فایل که کاربر باید از آن اطلاع داشته باشد Article 4 و article 5 می باشد. به طور خلاصه کاربر می تواند از داده های PRISMA در همه موارد استفاده کند و حتی در موارد تجاری استفاده از این داده ها با ذکر منبع و رعایت کپی رایت مانعی ندارد. در فرم زیر نام پروژه، مدت آن به ماه، منطقه جغرافیایی، معرفی پروژه، موارد استفاده داده ها و نوع کاربری را تعریف کنید.

در ادامه اطلاعات شخصی کاربر درخواست می شود. پرکردن فیلدهایی که ستاره دار هستند اجباری می باشد. به ترتیب نام، نام خانوادگی، تاریخ تولد، آدرس، کدپستی، شهر، استان، کشور، پیش شماره و شماره تلفن، آدرس ایمیل که به آن دسترسی دارید، نام موسسه را وارد نمایید. در صورتی که این اکانت برای یک گروه طراحی شده است نام آنها را در سایر فیلدهای اختصاص داده شده وارد کنید.

فایل PDF را بعد از انجام ادیت های لازم با نام و نام خانوادگی به ترتیبی که در بالا اشاره شد ذخیره می کنیم و در سایت بارگذاری می کنیم. بر روی Browse کلیک کرده و فایل را ارسال کنید. تیک دوگزینه دیگر را بزنید تا اعلام کنید شرایط را پذیرفته اید. در نهایت بر روی SEND REQUEST کلیک کنید.

بعد از دریافت پیام سبز رنگ در تصویر زیر فایل درخواست شما ارسال شده است و تنها منتظر باشید تا ایمیل رمز و نام کاربری را دریافت کنید.

دانلود تصاویر PRISMA

بعد از ساخت اکانت برای دانلود تصاویر فراطیفی این ماهواره وارد سایت https://prisma.asi.it/ می شویم. داده های این ماهواره رایگان در دسترس هستند و اگر شما شاغل در یک موسسه باشید یا در حال مطالعه در یک دانشگاه یا حتی علاقه مند به کار با این داده ها باشید به احتمال زیاد می توانید یک اکانت در این سایت داشته باشید.

وارد سایت شده و در صفحه زیر در قسمت Mission نام ماهواره و در قسمت System عنوان Catalog را انتخاب کنید و گزینه Open را کلیک کنید. در صورتی که نیاز به اخذ داده جدید از یک منطقه دارید در این قسمت New acquisition را وارد کنید.

صفحه نمایش نقشه و آیکون های سایت به نمایش در می آید که به طور پیش فرض بر روی نقشه کشور ایتالیا باز می شود. به راحتی می توانید این نقشه را بزرگ، کوچک و جابه جا کنید تا منطقه مورد مطالعه را پیدا کنید. این کار را با دو روش انتخاب محدوده مورد مطالعه و تعین زمان UTC منطقه می توان انجام داد.

بعد از انتخاب منطقه مورد مطالعه با استفاده از نقشه و تعریف زمان اخذ تصاویر، سایت تصاویر مرتبط را به ما ارائه می کند. همانطور که در تصویر زیر مشاهده می کنید با کلیک بر روی آن می توانید تصویر رنگی آن را در سمت چپ مشاهده کنید.

تصویر مورد نظر را انتخاب کنید و Add to basket را انتخاب کنید.

پنجره ای باز می شود که پارامترهای پردازش تصویر را می توانید تغییر دهید. همان طور که در بخش معرفی ماهواره گفته شد این ماهواره دارای پردازش هایی در Level های L1، L2B، L2C، L2D می باشد. با توجه به پروژه، یکی از محصولات را انتخاب می کنیم. سایر موارد در این پنجره که در تصویر زیر مشاهده می کنید مقادیر استاندارد هستند و می توانید در صورت تمایل تغییر دهید.

وارد Basket view که در قسمت پایین سمت چپ قرار دارد شده و با کلیک روی آن سفارش داده را نهایی می کنیم. بعد از این، یک ایمیل برای شما ارسال خواهد شد که شامل نام کاربری، طول و عرض جغرافیایی مرکز تصویر، باقیمانده سهم شما از تصاویر و لینک دانلود تصویر می باشد. می توانید بر روی لینک دانلود کلیک کنید و از تصویر استفاده نمایید.

پسوند فایل های ماهواره PRISMA که در انتهای نام هر تصویر دانلود شده وجود دارد، he5. می باشد.

تصویر دانلود شده را در محیط Earth-Bit باز می کنیم. در پنجره سمت چپ محدوده تصویر و در پنجره سمت راست تصویر رنگی دانلود شده از ماهواره PRISMA نمایش داده می شود.

در این نرم افزار شما امکان ادیت و جابه جایی و زوم بر روی تصویر را دارید. همچنین امکان مشاهده باندهای این تصویر در منوی سمت راست وجود دارد همان طور که در تصویر زیر مشاهده می کنید.