Uzaktan algılama , doğal veya suni nesnelerin özelliklerine mesafeyi belirlemek için kullanılan tekniklerin dizi radyasyon yaydıkları veya yansıtır. Uzaktan algılama teknikleri, tüm süreci içerir: gözlemlenecek nesneler tarafından yayılan veya yansıtılan radyasyon enerjisinin yakalanması ve kaydedilmesi, elde edilen verilerin işlenmesi ve son olarak nihai verilerin analiz edilmesi. Bu işlem , genellikle mobil bir platformda bulunan bir sensör ( kamera , lazer , radar , sonar , lidar , sismograf , gravimetre , vb.) kullanır: uçak, uydu , balon, gemi (sonar), .... Modern uzaktan algılama normalde dijital işlemeye dayanır, ancak dijital olmayan yöntemleri de kolayca kullanabilir. X-ışınlarından radyo dalgalarına, ultraviyole, görünür ışık ve kızılötesine kadar elektromanyetik spektrumun çoğu kullanılabilir. Spektrumun her bölümü nesne hakkında bilgi sağlayabilir: şekil, sıcaklık, kimyasal, moleküler ve mineraloji bileşimi, mesafe vb.
Uzaktan algılama tekniği, fotoğrafçılığın icadı ve havacılığın yükselişiyle ortaya çıktı, ancak özellikle 1970'lerde Dünya gözlem uydularının ve dijital sensörlerin gelişimi sayesinde daha da gelişti. Uzaktan algılamanın hem bilimsel hem de operasyonel birçok uygulaması vardır: meteoroloji, askeri keşif, tarım ve ormancılık kaynaklarının yönetimi, haritacılık, afet yönetimi, iklim çalışması, atmosferik süreçlerin modellenmesi vb.
Uzaktan algılama alanında astronotik , bilgi ve yüzeyi ve atmosfer özelliklerini belirlemek için kullanılan teknikler organıdır Dünya ya da başka bir gezegen a gelen ölçümler ile, uzay aracından ikinci belli bir mesafede hareket. İngilizce'de karşılık gelen terim , uzaydan uzaktan algılamadır .
Uzaktan algılama, esas olarak incelenen nesneler tarafından yayılan veya yansıtılan elektromanyetik radyasyonun ölçümünden yararlanan bir toplama yöntemidir .
Elektromanyetik radyasyon ışık hızında enerji ve hareket taşıyan bir dalgadır. Bir elektrik alan ve bir manyetik alandan oluşur. Elektrik alanı büyüklük olarak değişir ve radyasyonun yayılma yönüne dik olarak yönlendirilir. Manyetik alan, elektrik alana dik olarak yönlendirilir. Elektromanyetik radyasyonun temel özelliği , dalganın ardışık iki tepe noktası arasındaki mesafe olan dalga boyudur (λ). Metreden türetilen birimlerle ifade edilir ( nanometre : 10 -6 m. - mikron : 10 -6 m., Milimetre : 10 -3 m. - vb.). Frekans (ν = c λ birim zamandaki salınım sayısını ölçer. ν = cx λ formülü ile hesaplanır (c = ışık hızı ile ).
Elektromanyetik radyasyonu dalga boyuna göre sınıflandırırız: elektromanyetik spektrum , kısa dalga boylarından ( gama ışınları , x-ışınları ) ultraviyole , görünür ışık ve kızılötesi yoluyla dalga boylarına ( mikrodalga ve radyo dalgaları ) kadar değişir . Elektromanyetik dalganın taşıdığı enerji miktarı dalga boyu ile azalır. Elektromanyetik spektrumun çoğu uzaktan algılama için kullanılabilir. Daha özel olarak (dalga boyunu artırarak) kullanırız:
Uzaktan algılama için kullanılan alet, kızılötesi , görünür ışık , mikrodalgalar , ultraviyole , x-ışınları veya radyo dalgalarında bulunabilen kesin bir frekans alanını gözlemler . Bu, incelenen nesnelerin (yüzey, bitkiler, evler, su veya hava kütleleri) bileşenlerine ve durumlarına bağlı olarak farklı dalga boylarında ve yoğunluklarda radyasyon yayması veya yansıtması gerçeğiyle mümkün olmaktadır. Bazı uzaktan algılama cihazları da benzer şekilde ses dalgalarını kullanırken, diğerleri manyetik veya yerçekimi alanlarındaki değişimleri ölçer.
Uzaktan algılama sürecinden yararlanılan elektromanyetik radyasyon aşağıdaki kaynaklardan gelebilir:
Uzaktan algılama için kullanılan alet genellikle bir uçağa veya alçak yörüngede hareket eden bir uyduya kurulur. Kaynak radyasyon (güneş radyasyonu) cisme ulaşmadan önce Dünya atmosferinden geçti ve tekrar alete geri dönmek için içinden geçti. Atmosferi oluşturan partiküller ve gazlar, engelleyerek ( optik absorpsiyon ) veya radyasyonu kısmen saptırarak (difüzyon) etkileşir .
Optik absorpsiyon moleküllerinin bazı dalga boylarında enerji absorbe nedeniyle oluşur: ozon ultraviyole absorbe, karbondioksit (sera etkisine katkıda bulunur) ve su buharı Kısa dalga boylarında uzun dalga boylarında ve mikrodalga fırın içinde daha kızılötesi absorbe termal kızıl ötesi büyük bir kısmını emer . Absorpsiyonun etkisi, yüksekliğe (az ya da çok kalın atmosferik tabaka) ve su buharı miktarına bağlı olarak değişir. Açık bir gökyüzünde ve yüksek irtifada büyük ölçüde azalır. Absorpsiyon fenomeni, uzaktan algılama için kullanılan dalga boyları üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.
Saçılmanın etkisi dalga boyuna, partiküllerin ve moleküllerin yoğunluğuna ve atmosferik tabakanın kalınlığına bağlıdır. Yaygınlaştırmada üç süreç rol oynayabilir:
Atmosferden geçen elektromanyetik radyasyon, gözlemlenen nesne ile etkileşime girecektir. Onun tarafından emilebilir, nesneden geçebilir veya onun tarafından yansıtılabilir. Uzaktan algılama işlemi tarafından yararlanılabilen yansıyan radyasyondur. Üç mod, belirli bir dalga boyu için değişen oranlarda birleştirilebilir. Bu etkileşim radyasyonun dalga boyuna, yüzeyin doğasına ve dokusuna bağlıdır. İki tür yansıma vardır: aynasal yansıma (radyasyon ayna durumundakiyle aynı yönde yansıtılır) ve dağınık yansıma (radyasyon her yöne yansıtılır). Çoğu nesne bu iki yansıma türünü birleştirir. Yansıma modu, gelen radyasyonun dalga boyuna göre yüzeyin pürüzlülüğünün büyüklüğüne bağlıdır. Dalga boyu pürüzlülükten daha küçükse, dağınık yansıma baskındır (örneğin bir kumsalda dağınık yansıma baskındır, çünkü kum tanelerinin çapı birkaç yüz mikron iken görünür ışığın uzunluğu bir metreden azdır. mikron).
Not: Astronomi uzaktan algılama olarak düşünülebilir (en uç noktaya kadar), uzaktan algılama terimi genellikle karasal gözlemler için ayrılmıştır.
Sensörler arasında, gözlemlenen nesne tarafından yayılan radyasyonu analiz eden pasif sensörler (tipik olarak optik kamera) ile yaydıkları radyasyonun yansımasını analiz eden aktif sensörler (tipik olarak radar) arasında bir ayrım yapılır.
Optik sensörlerOptik sensörler, gözlemlenen nesneden elektromanyetik enerjiyi ölçen pasif sistemlerdir. Bu enerji, yansıyan (görünürden orta kızılötesine kadar değişen radyasyon) veya gözlemlenen nesne tarafından yayılan (termal veya uzak kızılötesi) Güneş enerjisi olabilir. Enstrüman uzamsal boyutu tercih edebilir: o zaman bir görüntüleme radyometresi (bizim kameramız) veya spektral boyuttur ve daha sonra bir spektroradyometredir. Cihaz hem uzamsal hem de spektral boyutları yakalayabilir ve daha sonra bir spektrogörüntüleyicidir.
Optik sensörler farklı toplama teknikleri kullanabilir:
Günümüzde uzaktan algılama, optik alanda bir metreden daha az uzamsal çözünürlükle tüm gezegeni tüm elektromanyetik spektrumda gözlemlemeyi mümkün kılmaktadır. Aynı bölge yakın aralıklarla gözlemlenebilir. Uzaktan algılamanın sınırlamalarından biri, esas olarak toprak yüzeyi hakkında bilgi sağlamasıdır. Uygulandıkları alana göre kullanımları ayırt edebiliriz: denizcilik, karasal, atmosferik.
Orman envanterleri (ağaçları saymak, biyokütleyi veya ağaçların stres ve sağlık durumunu değerlendirmek ) giderek artan bir şekilde hava ve hatta uydu görüntülerini ( kızılötesi dahil ) kullanmaktadır. Hassasiyet, özellikle kozalaklı ağaçlar için artıyor ve ılıman geniş yapraklı orman için daha az. Tropikal ormanlar için türlerin tanımlanması güvenilir değildir (karakteristik çiçeklenme veya alışkanlık olan özel durumlar hariç).
TarımBu alandaki uygulamalar, uzaysal çözünürlüğe ve mevcut spektral bantların sayısına bağlıdır. Bu uygulamalar şunlardır:
Uzaktan algılama, nüfus artışı, ekonomik kalkınma ve iklim değişikliğinin neden olduğu değişikliklerle başa çıkmak için kullanılan arazi kullanım haritaları ve arazi örtüsü sağlar. Bu değişikliklerin sağlık, ekonomi ve çevre üzerinde yansımaları vardır. Farklı kapsam türlerini temsil etmek için bir standart yoktur. Örneğin GCL2000 (BİTKİ CİHAZI), CORINE (SPOT / Landat cihazı) veya GLOB-COVER (MERİS cihazı) vardır.
haritalamaSon sensörlerin uzamsal çözünürlüğü, haritalar üretmeyi veya coğrafi bilgi sistemlerini (GIS) beslemeyi mümkün kılar. Kartlar genellikle çiftleri kullanılarak üretilen topoğrafik stereografik üç boyutlu görüntüyü yeniden oluşturmak için hava fotoğrafları.
Dijital arazi modelleri, bir uçak , uydu veya uzay mekiğinden hedefin bir dizi ölçümünü kaydetme yöntemi olan interferometri ( sentetik açıklıklı radar kullanılarak ) ile üretilebilir . Bu ölçümlerden elde edilen verilerin kombinasyonu , bir santimetre ölçeğinde arazi örtüsü , kabartma veya hareket hakkında bilgi içeren ayrıntılı bir harita sağlar . Veriler genellikle birkaç kilometre genişliğindeki bantları kapsar.
Dünya yüzey sıcaklığı Doğal afetlerDeprem bulunan posteriori karşılaştırarak sismogramlarının farklı yerlerde kaydedilen; kaydın göreceli yoğunluğu ve zamansal kesinliği, titreme alanındaki bilgilerin kalitesini koşullandırır.
Çölleşmeyle (LCD) mücadelenin bir parçası olarak , uzaktan algılama, risk alanlarının izlenmesini ve uzun vadeli gözetimini, çölleşme faktörlerinin tanımlanmasını ve yerel makamlar tarafından yeterli çevresel yönetim önlemlerinin alınmasına yardımcı olmayı kolaylaştırır. bu önlemlerin etkisi.
Askeri uygulamalarAtmosfer, farklı özelliklere sahip birkaç katmandan oluşan bir gaz karışımıdır. Troposferde büyük ölçekli hava sirkülasyonunu sağlayarak iklimde büyük bir rol oynar, ısıyı Dünya'ya dağıtan bir süreç. Elektromanyetik radyasyon atmosferden geçtiğinde mevcut parçacıklar tarafından emilir veya yayılır. Ek olarak, atmosfer termal kızılötesi radyasyon yayar.
Atmosferik gözlemlerle ilgili ana uygulamalar şunlardır: • Hava tahminleri. Çökelme ile tespit edilebilir radar . • Atmosferik gazların konsantrasyonlarının ve özelliklerinin analizi • Afet önleme (fırtınalar, rüzgarlar vb.) • Yenilenebilir enerjiler (rüzgar, güneş) • Hava kalitesi: kirlilik, aerosoller, sisler, vb. • Sera gazlarının ölçülmesi • İklim değişikliği
Sensörler tarafından toplanan veriler, eyleme geçirilebilir bilgilerin son kullanıcılara iletilebilmesi için işlenmelidir. Bunlar, özellikleri kullanılan sensörlere bağlı olan karmaşık ve ağır işlemlerdir (veri miktarları). Ancak, her zaman aynı adımları buluruz:
Uzaktan algılamanın gelişimi, fotoğrafçılığın icadı ve havacılığın gelişimi ile bağlantılıdır . 1860 yılında fotoğrafçı Nadar tarafından bir balondan çekilen Paris fotoğrafı, onun başlangıcını işaret ediyor. Paris kuşatması sırasında, düşmanın askeri sistemi hakkında bilgi edinmek için tutsak balonlardan resimler çekildi . Yaklaşık bir yüzyıl boyunca, uzaktan algılama, esas olarak, uçaklardaki kameralar kullanılarak haritacılık ve askeri keşif faaliyetleri için kullanıldı . Yapay uydular (ilk 1957 Spournik-1 başlatılan) tamamen çok kısa sürede tüm gezegen üzerinde toplamak verilere mümkün kılıyor oyuna değiştirin. 1960 yılında yörüngeye oturtulan Tiros-1 , bu amaca adanmış ilk deneysel uydudur. Teknik olarak, bu makineler ya dijitalleştirilmesi ya da Dünya'ya geri gönderilmesi gereken gümüş film kameraları ya da düşük kaliteli görüntü sağlayan analog sensörler ( vidicon katot ışın tüpü ) kullanmaya devam ediyor . Bu cihazların yerini 1970'lerin başında katı hal fotoelektrik dedektörleri aldı.Her şeyden önce, bir görüntüyü kaydetmek için çift tarama gerektiren temel bir dedektördü (tek piksel ). Bu sensör türü , Amerikan uzay ajansı NASA tarafından geliştirilen ilk operasyonel sivil Dünya gözlem uydusu olan Landsat -1 (1972) tarafından kullanılmaktadır . Görüntünün bütün bir çizgisini yakalayan hizalı dedektör dizileri (pushbroom tekniği) ilk kez 1986 yılında yörüngeye yerleştirilen Fransız uydusu Spot 1 tarafından kullanılmaktadır . Bu, uzaktan algılama ile elde edilen görüntülerin pazarlamasını başlatmaktadır. Tek geçişte görüntü yakalamayı mümkün kılan dedektör dizilerinden oluşan sensörler 1980'lerin sonunda ortaya çıktı.O zamandan beri kapasiteleri (piksel sayısı) ve hassasiyetleri (piksel sayısı) gelişmeye devam etti. Uzaktan algılamanın ilk büyük sivil uygulaması olan eşgüdümlü bir jeostatik meteorolojik uydu ağı, 1974 ve 1978 yılları arasında Dünya Meteoroloji Örgütü'nün himayesinde kuruldu. 1978'de NASA Seasat uydusu , okyanuslar üzerinde ölçüm yapmak için kullanılan sentetik bir açıklıklı radarı ilk kez taşıdı . 1982 yılında fırlatılan Landsat-4 uydusu, yüksek uzaysal çözünürlüklü görüntüler sağlayan ilk uydudur. 1999 yılında fırlatılan IKONOS uydusu , çok yüksek uzamsal çözünürlüklü görüntüler (1 metreden daha az) sağlayan ilk uydudur .
Montpellier'de , uzaktan algılama ve coğrafi bilgi konusunda uygulamalı bir araştırma merkezi oluşturmak için çok disiplinli araştırma ekiplerini ve araştırma enstitülerini bir araya getiren bir uzaktan algılama evi bulunmaktadır .