امتیاز موضوع:
  • 2 رأی - میانگین امتیازات: 5
  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
فناوری سنجش از راه دور حرارتی و کاربرد آن
نویسنده پیام
#1
[تصویر:  english_channel.jpg]

چکیده
دستیابی به اطلاعات در کوتاه ترین زمان و با کم ترین هزینه از جمله عوامل مهم تاثیر گذار بر تصمیم گیری است. در سال های اخیراستفاده از روش های نوین، کم هزینه و سریع مانند فناوری سنجش از راه دور، بعلت توانایی در شناسایی پدیده ها همواره مورد توجه متخصین، مدیران و تصمیم گیران بوده است. اطلاعات به دست آمده از ناحیه مادون قرمز حرارتی، کمک زیادی به مطالعه پدیده های مختلف می کند تا آنجا که تغییرات جزئی درجه حرارت ممکن است در تشخیص برخی پدیده ها ویا درک شرایط محیط بسیار راهگشا باشد. در این مقاله سعی شده است تا پیرامون کاربردهای سنجش از دور مادون قرمز حرارتی در حوزه های مختلفی چون هواشناسی و بررسی کیفیت هوا ، کیفیت آب، نقشه های زمین شناسی، تجزیه و تحلیل جزیره حرارتی شهر، مطالعه آتشفشان ها، بررسی آلودگی های نفتی، پیش بینی احتمال وقوع زلزله وکاربردهای تصاویر حرارتی در حوزه سلامت، مطالبی ارائه شود که همه گویای کارامدی این فناوری در جامعه است.

مقدمه
سنجش از دور، علم، هنر و فن جمع آوری اطلاعات درباره یک شئ، ناحیه یا پدیده است که از راه تحلیل داده ها بوسیله ابزارهایی که در تماس مستقیم با شئ، ناحیه و یا پدیده مورد مطالعه نیستند، بدست می آید ودر حالت کلی به دو دسته سنجش از دور حرارتی و انعکاسی تقسیم بندی می گردد. سنجش از دور انعکاسی در اصل به بازتاب طیفی پدیده ها مربوط می شود و خورشید منبع اصلی انرژی آن است. تصاویر این نوع سنجش از دور تنها با وجود نور خورشید قابل تهیه است. اما در سنجش از دور مادون قرمز حرارتی، منبع انرژی خود پدیده ها و اشیاء هستندکه در طول روز توسط خورشید گرم شده اند. این شاخه از سنجش از دور، پیرامون پردازش و تفسیر داده ها و تصاویر بدست آمده در ناحیه مادون قرمز حرارتی TIR (Thermal Infrared Remote Sensing) طیف الکترو مغناطیس بحث می کند. در سنجش از دور حرارتی، تشعشع ساطع شده از سطح پدیده، اندازه گیری می شود.
امروزه بدلیل اهمیت سنجش از دور حرارتی در مطالعات محیطی، بسیاری از محققان، تحقیقات پایه در زمینه سنجش از دور حرارتی و توسعه فناوری سنجنده ها و کاربرد های جدید داده های حرارتی را ض روری می دانند از طرف دیگر دما بعنوان یک کمیت مهم ترمودینامیکی می تواند برای شناسایی ماده و انتقال حرارت استفاده ش ود .در حقیقت دما یک اندازه گیری کمی از درجه حرارت یک جسم است و گرما مقدار انرژی است که به دلیل اختلاف دما، بین یک جسم و جسم دیگری که با آن در تماس است، مبادله می شود. از اینرو با توجه به اینکه گرما عامل مهمی در سیستم های بیولوژیکی، فیزیکی و شیمیایی موجود درزمین و فضاست، بنابر این می توان مطرح نمود که شاخص حرارت می باید در کلیه مطالعات مرتبط با علوم زمین لحاظ شده و مورد بررسی قرار گیرد.
امروزه عوامل موثر بر روی درجه حرارت س طح زمین، توان تشعشعی و تابش های طیفی در حال مطالعه است، بطوری که حتی تاثیر ذرات معلق گردو غبار در مناطق خشک روی تغییرات درجه حرارت و دیگر شاخص ها توسط برخی از متخصصان بررسی شده است. به این ترتیب کارایی و دقت داده های مادون قرمز حرارتی و استفاده از آنها افزایش چشم گیری خواهد داشت. بطوری که مولفه های بیلان انرژی سطحی شهرها از راه مدل های اقلیمی و طیفی بررسی می شود.

 ۱- هواشناسی و کیفیت هوا

[تصویر:  GOES-2012image-Hawaii.jpg]

فناوری سنجش از دور ماهواره ای، با گسترش دانش هواشناسی توسعه یافته است. بطور معمول جریان هوا در اثر تغییرات دمای هوای سطح زمین بین مناطق استوایی و قطبین بوجود می آید. از این رو در سنجش از دور حرارتی، در مطالعات سیستم های هوا و ابر ها کاربرد زیادی دارد. پیشرفت علم سنجش از دور ، پیش بینی طوفان های عظیم را میسر ساخته و به دلیل پیش بینی واقعه در چند روز قبل از وقوع ، فرصت برای اقدامات لازم فراهم می شود. برای مثال تصاویر ماهواره GEOS برای پیش بینی طوفان بسیار مفید است زیرا با تصاویر مادون قرمز حرارتی )تصاویر حرارتی شبانه و روزانه(، می توان حرکت طوفان ها را رد گیری کرد. ماهواره های کنونی قابلیت تمرکز بر یک منطقه وهمچنین قدرت مانوردرفضا برای بهترین پوشش برای سطح زمین را دارا هستند. در حقیقت با استفاده از این داده های ماهواره ای می توان به اطلاعاتی نظیر موقعیت ابرها، نمودار دما و در نهایت پیش بینی وضعیت هوا برای روزهای آینده دست یافت.
مطالعات پزشکی اخیر نشان می دهد آلودگی ها تاثیرات زیان بخشی بر دستگاه تنفسی بویژه کودکان و افراد مسن دارند. بنابر این پایش مداوم داده های مربوط به آلودگی هوا اهمیت زیادی دارد. اگرچه دستگاه های اندازه گیری آلودگی در شهرهای بزرگ نصب شده اند اما این ایستگاه ها فقط به نقاط معینی از شهر محدود می شود و داده های آن ها پیوستگی مکانی ندارد بنابراین داده های مربوط به کیفیت هوای شهرها، برای همه مناطق دقیق نیستند.
از طرفی مطالعات متعدد نشان می دهد بین آلودگی های هوای شهرها، تغییرات دما، وجود لایه آلوده بر فراز شهرها و داده های ماهواره ای، رابطه معنی داری وجود دارد. از این موضوع می توان نتیجه گرفت که آلودگی می تواند نقش مهمی در الگو و تغییرات دما داشته باشد، که قابل مطالعه از طریق سنجش از دور حرارتی است. وجود لایه آلوده باعث کاهش شفافیت جو شده و کاهش انتقال جوی و کاهش تابش خورشیدی به زمین را به دنبال دارد. بنابراین کاهش تابش خورشیدی، سبب کاهش دمای سطح زمین می شود و در نتیجه تابش سطح زمین کم شده و مقادیر درجه روش نایی طیف حرارتی نیز کمتر شده و از طرف دیگر لایه آلوده تشعش عات را جذب کرده و مانع خروج آن از جو می ش ود. این اتفاق موجب کاهش دمای ظاهری در زمان افزایش آلودگی خواهد شد .بنابراین مطالعه تغییرات دمایی رخداده با توجه به پیوستگی مکانی داده های حرارتی حاصل از تصاویرماهواره ای می تواند تا حد زیادی وضعیت و کیفیت هوا را مشخص نماید.

۲- کیفیت آب

موارد مهم آلودگی که قابل مطالعه با سنجش از دورند عبارتند از :
  1. شوری
  2. فاضلاب های صنعتی
  3. مواد شیمیایی و صنعتی
  4. رسوبات و مواد معلق در آب ها
با استفاده از داده های ماهواره ای، علاوه بر امکان شناسایی منابع آلوده کننده، می توان به بررسی و مطالعه طغیان آب و آثار زیانبار آن پرداخت. از دیگر کاربردهای داده های سنجش از دور، مطالعه عمق آب یا ژرفاسنجی است، که این عمل توسط تصویر برداری در ناحیه طول موج طیف مرئی یا مادون قرمز امکان پذیر است.
در مطالعات مربوط به آب، علاوه بر کارائی طول موجهای مرئی و مادون قرمز، تصاویر تهیه شده در ناحیه حرارتی طیف الکترومغناطیس نیز کاربرد زیادی دارند، که از جمله کاربردهای آن تعیین دمای سطح دریا و مسائل مربوط به رطوبت خاک و گیاه است. مطالعه دمای سطح دریا به درک حوادث اقلیمی کمک می کند.

۳- زمین شناختی حرارتی

کاربرد تصاویر حرارتی در تهیه نقشه های زمین شناختی بر اساس این واقعیت بنا شده که سنگ های غیر متخلخل، گرما را بهتر از خاک های نرم انتقال می دهند. بنابراین سنگ های سخت غیر متخلخل در شب، گرمای کره زمین را به نسبت بیشتر از پوشش خاکی مناطق اطراف خود انتقال می دهند ، در نتیجه در محدوده هایی آنومالی گرمایی بوجود می آید که سنجنده ها می توانند آنها را آشکار کنند. از طرف دیگر سنگ های متخلخل، آنومالی حرارتی یکسانی در تصاویر برداشت شده هنگام شب از خود نشان نمی دهند و در واقع ممکن است بعد از بارندگی در آنها، آنومالی سرد ناشی از رطوبت تولید شود.

۴- تجزیه و تحلیل جزیره حرارتی شهر
جزیره حرارتی در شهرها معمولا ناشی از این موارد می باشند :
  1. ظرفیت گرمایی بالای مصالح ساختمانی
    صنایع، وسایل نقلیه و سیستم های گرمازای منازل، مقدار زیادی گرما را به شهر اضافه می کند.
    آلودگی هوا
    ساختمان های مرتفع و برج ها، مشکلاتی در تبادل گرما ایجاد می کنند.
    جزایر حرارتی شهری علاوه بر عوامل بالا از تخریب جنگل ها و تغییر پوشش سطح زمین به سطوح بدون تبخیر، مانند آسفالت و سنگفرش ناشی می شود.
اطلاعات حرارتی در موارد زیر می توانند استفاده شوند :
الف- مدل رابطه میان رشد شهر، تغییر پوشش زمین و گسترش جزیره حرارتی شهر در طول زمان
ب- مدل رابطه میان رشد شهر و تغییر پوشش سطح زمین و کیفیت هوا در طول زمان
ج- مدل تاثیرات کلی توسعه شهر روی ویژگی های بیلان انرژی سطح شهر

۵- آتشفشان
پوشش مکررمناطق مختلف زمین و دید یکپارچه جهانی ای که ماهواره مدار قطبی NOAA فراهم کرده است می تواند برای مطالعه بر روی آتشفشان ها حتی در مناطق دور افتاده نیز بسیار مناسب باشد. داده های چند طیفی ماهواره های مدار قطبی را می توان برای تعیین مورفولوژی و هاله های آتشفشانی عمودی و افقی، ردیابی ابر های غبار آلود، مطالعه فوران آتشفشان ها و محاسبه میزان صعود ذرات معلق در فضا، اس تفاده کرد . مطالعات سنجش از دور که در گذشته بر روی آتشفشان ها انجام ش ده، شاخص های متعددی را اندازه گیری کرده است.بنابر این به کمک سنجش از دور می توان پایش آتشفشان را بررسی کرد.

۶- آلودگی های نفتی
در گذشته محدودیت قدرت تفکیک مکانی ماهواره ها در شناسایی آلودگی های نفتی مشکل ساز بوده است، اما در شرایط فعلی امکان مشاهده و کنترل تراوش نفتی، با استفاده از داده های ماهواره ای وجود دارد. بطور مثال در مورد انفجار چاه نفت در خلیج مکزیک لکه های بزرگ نفتی که در نتیجه ریزش نفت ایجاد شده بود به خوبی در تصاویر حاصل از سنجنده های ماهواره های مختلفی مانند سنجنده های AVHRRو CZCS قابل مشاهده بودند. در این منطقه از داده های ماهواره ای برا ی شناسایی منشاء آلودگی نفتی ، استفاده های زیادی شد و معلوم گردید که ریزش نفت در ناحیه فوق زیاد بوده و اثرات
آن تا ماه ها ادامه داشته است. اگرچه قدرت تفکیک مکانی پایین، باعث محدودیت شناسایی این گونه آلودگی ها می شود، ولی نسل های جدید ماهواره ها این مشکل را حل کرده اند.

۷- پیش بینی زلزله
بطور کلی روش های پیش بینی زلزله در سه گروه زیر طبقه بندی می شوند:
  1. پیش بینی بلند مدت که در بازه زمانی چند ساله تا چند دهه در تغییرا ست.
    یش بینی کوتاه مدت که در بازه چند دقیقه تا چند هفته در تغییر است.
    پیش بینی میان مدت که از چند هفته تا چند سال در تغییر است.
تا کنون روش ها و پیش نشانگرهای متعددی در پیش بینی زلزله مورد بحث و بررسی قرار گرفته است مانند: آنومالی های حرارتی، فوران زمین گرمایی) یونان، ۲۰۰۱) تغییرات یونوسفری، هواشناسی، ابر زلزله، رطوبت هوا، تغییر دمای هوا، تغییر پارامترهای فیزیکی آب، تغییر غلظت گاز در آب، تغییر پارامترهای ژئوشیمیائی، تغییر هدایت الکتریکی آب، را می توان ذکر کرد اما در این میان آنومالی های حرارتی و ابر های زلزله مورد توجه بسیاری از محققین زلزله قرار گرفته است.
هر گونه تغییر در دمای سطح زمین حاصل شده از طریق فناوری سنجش از راه دور حرارتی، در نواحی ای که به لحاظ تکتونیکی فعال هستند می تواند نشانه ای برای وقوع زلزله باشد .
در همین راستا ساراف و همکارانش در سال ۲۰۰۷ در مورد سه زلزله مهم ایران شامل: بم ۲۵ دسامبر ۲۰۰۳ ، زرند ۲۲ فوریه ۲۰۰۵ و درب آس تانه ۳۱ مارث ۲۰۰۶ با استفاده از تصاویرAVHRR و ترا (Terra) ، آنومالی های دمایی را با هدف بررسی روند تغییرات دمای سطح زمین و ارتباط آن با زمان وقوع زلزله، بررسی کردند. در مطالعه فوق بررسی LST در یک دوره زمانی قبل از وقوع زلزله انجام شد که نتایج آن نشان داد که یک آنومالی حرارتی شدید قبل از تمامی این زلزله ها بوقوع پیوسته است.
این مطالعه نشان داد که شدت و گستردگی مکانی نواحی دارای آنومالی دمایی، بطور مستقیم با قدرت زلزله و بطور معکوس با عمق کانونی زلزله متناسب است.
البته این نکته حائز اهمیت است که آنومالی های حرارتی تنها بعنوان یک داده کمکی می تواند در مورد زلزله حائز اهمیت باشد و بوسیله آنها می توان تا حدودی احتمال وقوع زلزله را پیش بینی نمود.
 
۸- کاربرد سنجش از دور حرارتی در حوزه سلامت
یکی از کاربرد های سنجش از دور حرارتی و بررسی تغییرات دمایی در بحث سلامت و بیماری هاست. شکل ۱، تصویر سمت چپ، تصویر شدت تغییرات نسبی بیماری وبا و شیوع آن و تصویر سمت راست، تصویر ماهواره ای در طیف مادون قرمز حرارتی است که برای خلیج بنگال گرفته شده است. همانطور که نتایج این دو تصویر نشان می دهد، همبستگی بسیار زیادی بین شیوع بیماری وبا و دمای سطح آب SST (Sea Surface Temperature) وجود دارد؛ هرجا دما افزایش یافته تکثیر این بیماری هم بیشتر شده است. در حقیقت، گرما و تصویرماهواره ای مادون قرمز حرارتی باعث آشکار سازی میزان و پهنه تکثیر این بیماری گشته است.
 [تصویر:  01-w_thumb.jpg]
شکل ۱- کاربرد تصویر مادون قرمز حرارتی در بررسی گسترش بیماری وبا
 
بسیاری از مطالعات در خصوص طیف های حرارتی و ارتباط آن با از بیماری های واگیردار انجام شده است که در منابع علمی گزارش شده است.

نتیجه گیری
از آنجا که رفتارهای تابشی مواد، اطلاعات مهمی درباره ویژگی های آنها ارائه می کند و همچنین میزان انرژی تابش شده از هر ماده تابعی از دمای سطحی آن است، بنابراین مطالعه دمای سطح اجسام با استفاده از تصاویر سنجش از دور مادون قرمز حرارتی می تواند اطلاعات بسیار سودمندی از وضعیت پدیده ها ارائه کند که دستیابی به این مهم از طریق تصاویرماهواره ای با طول موج های پایین تر و غیر حرارتی می تواند در بسیاری از موارد امکان پذیر نباشد.
در حقیقت بررسی کاربردهای مختلف سنجش از دور حرارتی در زمینه های گوناگون، توانایی وکاربردهای این فناوری را بیش از پیش نمایان می سازد و می توان با استفاده از این فناوری بر بسیاری از مشکلات فائق شد.
بنابراین در صورتی که امکانات زیر ساختی آن فراهم گردد با توجه به توانایی های فراوان این فناوری در حوزه های مختلفی چون زلزله ، بیماری ها و بسیاری زمینه های دیگر، می تواند در حل بسیاری از مشکلات به عنوان ابزاری سودمند استفاده گردد.
امید است با فراهم شدن امکان تهیه تصاویر ماهواره ای در ناحیه طول موج های حرارتی ، با قدرت تفکیک طیفی و مکانی بالاتر، امکان مطالعه دقیق تر بسیاری از پدیده ها فراهم گردد و درنتیجه بتوان مطالعات دقیق تری بروی پدیده ها انجام داد و با اطمینان بیشتری از نتایج آن برای بسیاری از تصمیم های اجرایی در بخش های مختلف بهره مند شد.
 
پاسخ


موضوعات مرتبط با این موضوع...
موضوع نویسنده پاسخ بازدید آخرین ارسال
  فناوری سنجش از راه دور حرارتی و کاربرد آن hamed_savari 0 2,097 2013-12-10 23:31
آخرین ارسال: hamed_savari



کاربرانِ درحال بازدید از این موضوع: 1 مهمان