Teledetecție

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Exemplu de satelit pentru teledetecție ( RapidEye )

Teledetecția, în engleză teledetecția, este disciplina tehnico-științifică sau știința aplicată cu scopuri de diagnostic și investigație care permite obținerea de informații , calitative și cantitative, asupra mediului și asupra obiectelor plasate la distanță de un senzor prin intermediul măsurilor radiații electromagnetice (emise, reflectate sau transmise) care interacționează cu suprafețele fizice de interes.

Folosește fotografii sau date numerice colectate de aeronave , sateliți , drone de tip UAV sau sonde spațiale pentru a caracteriza suprafața unei planete în parametrii săi de interes (în acest caz vorbim despre monitorizarea mediului) cu aplicații atât în ​​domeniul civil, cât și în cel militar . Prin urmare, aparține domeniului disciplinar mai larg al așa-numitului sector de „geoinformare” chiar dacă poate include sisteme și tehnici de teledetecție spațială. Observarea pământului din spațiu a călătorit și încă călătorește mână în mână cu dezvoltarea de sateliți artificiali (în mod specific, sateliți de teledetecție ), telecomunicații prin satelit și senzori de detecție.

Etimologie

Imagine obținută cu un radar cu deschidere sintetică (SAR) pe Valea Morții , colorată prin polarimetrie

Termenul „teledetecție” este alcătuit din combinația a două cuvinte: [1]

  • „tele” care din greacă înseamnă „de departe”;
  • „detectare”, care este un sinonim pentru observarea cantitativă sau calitativă.

În general, cu termenul „teledetecție”, vrem să exprimăm achiziția de informații asupra obiectelor plasate la o anumită distanță.

"Teledetecția este ansamblul tuturor metodelor de observare a pământului în care radiațiile electromagnetice constituie vehiculul pentru transportul informațiilor de la obiectul investigației la senzor"

( Dermanis, Biagi [1] )

Istorie

Istoria teledetecției poate fi rezumată în câțiva pași fundamentali: [1]

  • 1840 - Prima platformă utilizată a fost balonul cu o cameră la bord;
  • 1909 - O altă platformă care a fost folosită a fost porumbelul , la care au fost atașate camere cu lumină (70 de grame);
  • 1943 - Rachetele germane V2 au fost folosite ca platformă;
  • 1957 - Sonda spațială Sputnik este folosită ca platformă;
  • 1960 - Primii sateliți meteorologici sunt adaptați pentru a putea face fotografii în alb și negru și pentru a măsura parametrii atmosferici;
  • 1972 - Înainte de apariția lui Skylab , sosește Naveta Spațială , primul satelit pentru teledetecția pământului, Landsat ;
  • 1980 - Nașterea mai multor senzori specializați: Coaster Zone Color Scanner (CZCS), Mission Capacity Mapping Mission (HCMM) și Advanced Very High Resolution Radiometers (AVHRR);
  • 1999 - Lansarea Ikonos, primul satelit comercial de înaltă rezoluție;

De aici înainte, apar senzori radar (de asemenea, cu diafragmă sintetică ), sateliți pentru studii oceanice și o cursă pentru o rezoluție spațială mai mare.

Descriere

Un satelit de teledetecție hiperspectral: TacSat-3

Studiul unui fenomen sau a unei suprafețe efectuat cu tehnici de teledetecție implică trei faze distincte:

  1. achiziționarea de date prin împușcare la sol, aeronave, UAV sau satelit cu instrumente adecvate;
  2. prelucrarea datelor (direct pe satelit sau la sol după trimitere) cu crearea de imagini digitale;
  3. interpretarea și utilizarea datelor în analiza dorită.

În special, parametrii câmpului electromagnetic pot fi detectați, cum ar fi puterea electromagnetică asociată cu fluxul de radiații, amplitudinea câmpului electromagnetic , faza și polarizarea (a se vedea, de asemenea, cantități radiometrice ). Este posibil să se coreleze aceste informații de câmp cu diferiții parametri de mediu (și nu numai) de interes (de obicei prin detectarea și recunoașterea semnăturii spectrale a elementelor chimice sau a compușilor), obținându-se astfel informații utile pentru analiza dorită sub formă de date digitale. imagini prin prelucrarea datelor electromagnetice.

Beneficii

Avioane pilotate de la distanță pentru a colecta date

Potențialul și rezultatele oferite de această metodă sunt considerabile dacă luăm în considerare ușurința relativă de a obține informații de orice fel (în special parametrii de mediu), într-un timp scurt, la distanță, repetată în timp sau chiar în unele cazuri aproape continuu., Cu o acoperire spațială mare, cu o mai mare obiectivitate și precizie și, de asemenea, cu o rentabilitate globală mai mare comparativ cu metodele convenționale de detectare.

Prin urmare, reprezintă o adevărată revoluție în domeniul monitorizării mediului, de fapt o realitate deja stabilită de ceva timp și cu aplicații și difuzare din ce în ce mai mari. În multe situații este necesar, după analiza datelor înregistrate de la satelit sau aeronave, să existe date punctuale cu un grad ridicat de rezoluție pe teritoriu care să permită obținerea informațiilor care să fie încrucișate cu date la scară mai mare.

Pentru a obține aceste date, pot fi utilizate avioane pilotate de la distanță (APR, denumite în mod obișnuit drone), în special miniUAV-urile Esacopter care îndeplinesc funcția de senzori de proximitate: aceste sisteme pot fi de fapt utilizate pentru inspecții aeriene la altitudine mică (teledetecție de proximitate), prin montarea la bord a unor senzori de dimensiuni tot mai miniaturizate. Prin înregistrarea, în timpul misiunii de zbor, a traiectoriei urmate, aceeași cale poate fi repetată în timp, permițând o analiză multi-temporală a datelor din aceeași zonă analizată.

Instrumente

Semnătura fantomatică a cerului

Instrumentele utilizate pentru achiziție pot furniza măsurători unice ale strălucirii , cum ar fi radiometre sau spectroradiometre, sau seturi de măsurători ale strălucirii (imagini digitale), cum ar fi camere de luat vederi, camere cu imagini termice sau dispozitive de scanare. Aceste instrumente, numite senzori , pot fi montate pe sateliți orbitanți sau în aer. Din punct de vedere al spațiului senzorului acoperă, în general, o porțiune sau o zonă a suprafeței pământului, respectivul „câmp vizual” (câmp vizual) exprimat printr-un unghi de deschidere cu o amprentă W pe sol ( lățimea benzii ) în funcție de unghi și înălțimea și egal cu:

.

În general, senzorii pot fi:

În comparație cu utilizarea unei singure benzi spectrale extinse, utilizarea diferitelor benzi spectrale selectabile de achiziție permite identificarea mai bună a tipurilor de sol sau, în general, a substanței sau a elementului chimic de interes sau prin detectarea semnăturii spectrale caracteristice a acestora, discriminând-o de celelalte . În special, regiunea spectrului electromagnetic de interes în teledetecția terestră este de obicei cea a spectrului optic și infraroșu , la rândul său subdivizată, în timp ce în radioastronomie spectrul de interes include și surse de unde radio , microunde , raze ultraviolete , Razele X și razele gamma . Din acest punct de vedere, senzorii pot fi împărțiți în continuare în:

  • pancromatic :
    • ei folosesc întreaga bandă a spectrului vizibil ;
    • au o rezoluție spațială ridicată.
  • multispectral :
    • de obicei folosesc 3-7 benzi spectrale , unde benzile RGB sunt deseori prezente;
    • au tendința de a avea o rezoluție spațială redusă (> 1 metru);
  • hiperspectral : [2]
    • utilizează un număr mare de benzi spectrale (de obicei peste o sută);
    • lățimi de bandă în jur de 0,1-0,2 um;
    • rezoluție spațială redusă.

Parametrii de rezoluție

Dintr-un set de date dat, pot fi descrise patru lucruri principale:

  • rezoluția spațială sau ce dimensiune corespunde unui pixel din imaginea detectată de la distanță. De obicei, un pixel reprezintă o zonă pătrată, iar cu sateliții moderni este posibil să se atingă rezoluții de aproximativ 40 de centimetri; rezoluția spațială este mai mare la senzorii pancromatici decât la senzorii multispectral și hiperspectral.
  • rezoluția spectrală , care este lățimea benzilor spectrale în care este înregistrată imaginea. De obicei depinde de numărul de benzi spectrale ale senzorului. De exemplu, senzorul Landsat 7 are 7 benzi spectrale (senzor TM Tematic Mapper ), dintre care unele în spectrul infraroșu, altele în cel vizibil, cu o rezoluție generală între 0,07 și 2,1 µm. Un alt exemplu este senzorul Hyperion montat la bordul Earth Observing-1 , cu 220 benzi spectrale variind de la 0,4 la 2,5 µm, cu o rezoluție spectrală între 0,10 și 0,11 µm pe bandă;
  • rezoluția radiometrică , adică numărul de intensități de radiație diferite pe care senzorul este capabil să le distingă. De obicei, această valoare variază între 8 și 14 biți, care corespund la 256 și 16384 niveluri de gri pentru fiecare bandă. Acest parametru depinde, de asemenea, de zgomotul instrumentului și poate fi modificat într-un fel cu tehnicile de prelucrare a imaginilor prin teledetecție prin creșterea contrastului.
  • rezoluția timpului , care este timpul necesar pentru ca un satelit sau o aeronavă să zboare din nou peste un anumit punct. Această rezoluție poate fi mărită prin utilizarea constelațiilor de sateliți. Foarte util pentru discriminarea schimbărilor într-o anumită regiune.

În plus, un set de date trebuie de obicei corectat atât radiometric, cât și eliminarea prezenței perturbărilor în atmosferă:

Tehnici

Diferitele tehnici de teledetecție se disting, de asemenea, în funcție de partea spectrului electromagnetic utilizat sau de canalele spectrale: acestea variază de la spectrul vizibil și infraroșu la cel al microundelor . Tehnicile active de teledetecție utilizate pe scară largă și eficiente sunt, de exemplu , interferometria radar în gama de microunde folosind radar cu diafragmă sintetică (SAR), Lidar în domeniul vizibil-infraroșu (teledetecție optică) sau radiometria simplă pasivă; în cazul radioastronomiei vorbim de teledetecție spațială. În anumite privințe, și tehnicile de diagnostic care utilizează sonar, cum ar fi sunetul de ecou și SODAR, care nu utilizează unde electromagnetice, ci unde acustice, aparțin , de asemenea , de teledetecție.

Procesarea imaginii

Google Earth

De obicei, o parte vizibilă a achiziționării informațiilor de teledetecție constă în prelucrarea lor în imagini adecvate și analiza ulterioară.

Printre aceste operații se numără digitalizarea informațiilor electromagnetice obținute prin sondarea teritoriului de interes: imaginea obținută este reprezentată prin pixeli pe monitorul afișajului într-o grilă de rânduri Y și coloane X. Fiecare valoare electromagnetică detectată pentru fiecare pixel al teritoriul observat este digitalizat sau codificat în diferite niveluri de cuantificare discrete, dând viață numerelor adimensionale numite Numere digitale (DN) favorizând reprezentarea și cuantificarea acestora: cu cât nivelurile de cuantificare sunt mai mari, cu atât rezoluția cromatică a imaginii exprimată în scara de gri este mai fină și mai detaliată . Aceste valori DN sunt astfel proporționale cu cantitatea electromagnetică de interes. Mai mult, este în general posibil să se obțină distribuția de frecvență a DN-urilor imaginii sub forma unei histograme , atât la nivel global, cât și pentru profilurile arbitrare ale rândului Y și ale coloanei X, cu parametri statistici relativi de medie , varianță , deviație standard , mod , mediană .

Imaginile se pot referi la benzi spectrale individuale de observare sau la mai multe benzi cumulative până în cazul întregului spectru vizibil și infraroșu ( imagine pancromatică ). În alte cazuri, imaginile pot fi simple fotografii aeriene sau de la sateliți pe orbită foarte mică ( LEO la 500 km) și rezoluție foarte mare, ca în cazul Google Earth .

Pornind de la o fotografie în tonuri de gri, este posibilă obținerea unei imagini color asocierea culorilor fizice respective ( culoarea adevărată ) la benzile optice de scanare: imaginea astfel obținută este aproximativ cea care este cea mai apropiată de o imagine fotografică. rezoluție spectrală pe toate culorile pe care ochiul uman le are în schimb.

De asemenea, este posibil să se asocieze și alte culori care nu corespund cu cele reale ale benzilor de scanare ( culoare falsă ), utilizate adesea pentru a evidenția mai bine diferitele tipuri de suprafețe investigate, putând astfel crea hărți tematice .

Alternativ, este posibil să creați hărți tematice mai detaliate selectând manual porțiuni omogene de imagini ( câmp de antrenament ) reprezentând diferite clase de suprafețe (sol gol, gazon, lemn, mediu suburban și urban, infrastructuri), atribuindu-le o culoare adecvată , cu software-ul care extinde culoarea selectată la restul imaginii cu suprafețe de lumină egală setate.

Pentru detectarea și studiul fenologic al acoperișului vegetal, se folosesc așa-numitele hărți NDVI acolo unde un indice adecvat (NDVI de fapt) permite vizualizarea mai bună a informațiilor referitoare la acest tip de suprafață și a densității vegetației în raport cu orice faze ale creșterii anuale.

Mai mult, sunt posibile elaborări care să creeze hărți de strălucire diferențială (sau DN) între două imagini în momente de timp diferite de achiziție (de exemplu, după luni sau ani) utilizate, de exemplu, pentru a monitoriza întotdeauna starea fenologică în diferitele faze vegetative ale anului, creșterea vegetației, acoperirea agricolă sau urbană de-a lungul anilor sau variații anormale în contextul infrastructurii (de exemplu, monitorizarea fenomenelor de clădire neautorizată sau evaluarea impactului asupra mediului ).

Software de teledetecție

Există un număr mare de programe proprii și open source pentru manipularea datelor detectate de la distanță. Cele mai utilizate software proprietar sunt:

  • ERDAS
  • ESRI
  • ENVI [3]
  • PCI Geomatica [4]
  • SET SOCET

Cu toate acestea, dintre cele open source, se evidențiază următoarele:

Aplicații

Principalele aplicații ale teledetecției în domeniul mediului sunt:

Reviste

Notă

  1. ^ a b c http://users.unimi.it/br1/Telerilevamento.pdf
  2. ^ Teledetecția hiperspectrală, noile orizonturi ale teledetecției terestre - MeteoGiornale.it
  3. ^ Exelis | Soluții de informații vizuale> Acasă Arhivat 12 octombrie 2014 la Arhiva Internet .
  4. ^ PCI Geomatics - PCI Geomatics
  5. ^ Acasă | CUIB | Următorul set de instrumente ESA SAR

Bibliografie

  • PA Brivio, GM Lechi, E. Zilioli, Principiile și metodele de teledetecție , ed. 1, Universitatea UTET, 2006, ISBN 88-251-7293-1 .
  • Mario A. Gomarasca (1997, Ediția a II-a 2000): Introducere în teledetecție și GIS pentru gestionarea resurselor agricole și de mediu , Asociația italiană a edițiilor de teledetecție
  • Lasaponara, R. și Masini N. 2012: Teledetecție prin satelit - Un nou instrument pentru arheologie. Seria de teledetecție și procesare digitală a imaginilor, volumul 16, 364 pp., ISBN 978-90-481-8801-7
  • Marletto, V. (editat de), 2003: Teledetecție și mediu. Lucrările seminarului privind aplicațiile de mediu ale teledetecției prin satelit și aerian. Bologna, 23 noiembrie 2001. I Quaderni di Arpa, pp. 120.

Elemente conexe

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității Tezaur BNCF 4452 · LCCN (EN) sh00007607 · GND (DE) 4016796-3 · BNF (FR) cb119336434 (data) · NDL (EN, JA) 00.561.989
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Telerilevamento&oldid=120881091 ”