دانلود پایان نامه آماده
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی جنگل تأثیرتغییرابعادپنجره فیلترهای پایین گذر در سنجش از دور بر صحت نقشه تراکم تاج پوشش جنگل بافرمت ورد وقابل ویرایش تعدادصفحات 90
-1 مقدمه
سنجش از دور علم، هنر و فن جمع‌آوری اطلاعات از پدیده¬ها و مناطق مختلف، بدون تماس مستقیم و فیزیکی با آن¬ها است. اساس این علم بر اندازه‌گیری و ثبت انرژی بازتابی حاصل از پدیده¬های مختلف سطح زمین و جو پیرامون آن از یک نقطه مناسب استوار می¬باشد (Mather، 2001). بنابراین در این زمینه تعیین مشخصات اشیاء و پدیده¬های مختلف از طریق تابش ساطع شده توسط هر پدیده صورت خواهدگرفت. در سنجش ازدور اشیاء و پدیده¬های مختلف از طریق اختلاف تابش منعکس شده از هم قابل تفکیک خواهندبود. ازاینرو به دلیل اختلاف پدیده¬های سطح زمین از نظر فعل و انفعالات تابشی امکان کسب اطلاعات موردنظر با استفاده از داده¬های سنجش از دور وجود دارد. سنجش از دور از نوعی انرژی تحت عنوان انرژی الکترومغناطیسی بهره می‌گیرد. قویترین منبع تولیدکنندة این انرژی، خورشید است. اساس علم سنجش از دور بر تجزیه و تحلیل و تفسیر انرژی الکترومغناطیس بازتابی از طریق پدیده و دریافتی توسط سنجنده شکل گرفته است. 1-2 فرایند کسب اطلاعات در سنجش ازدور، کسب و استخراج اطلاعات مختلف از اشیاء و پدیده¬ها با استفاده از تجزیه و تحلیل انرژی الکترومغناطیس دریافتی توسط سنجنده و متعاقباً آنالیز آن توسط کاربر صورت می¬گیرد. انرژی الکترومغناطیس بوسیله سنجنده¬های نصب شده برروی ماهواره¬ها، هواپیماها، وسایل طیف ¬سنجی میدانی و دیگر ساخت بشر از مسافت¬های مختلف قابل دریافت و ثبت است. پس از ثبت اطلاعات توسط سنجنده، این اطلاعات از طریق سیگنال¬های رادیویی به ایستگاه¬های زمینی مخابره می¬گردد. در نهایت مراکز دریافت اطلاعات زمینی پس از یکسری تصحیحات و آنالیزهای اولیه، داده¬ها را در اختیار کاربران علوم مختلف (زمین¬شناسی، منابع طبیعی، شهرسازی و...) قرار خواهند داد. کاربران علوم مختلف بسته به هدف تحقیق به استخراج اطلاعات نهایی از داده¬ها می¬پردازند. بر این اساس یک سیستم سنجش از دور از زیربخش¬های مختلفی تشکیل شده است (شکل 1-1). شکل 1-1 فرایند تهیه اطلاعات دورسنجی. 1.منبع انرژی (Energy source): اولین مورد ضروری در فرآیند تهیه اطلاعات در سنجش از دور وجود یک منبع انرژی قابل اعتماد جهت ارسال و هدایت انرژی الکترومغناطیس در طول موج¬های مختلف به سمت پدیده¬ها است. انرژی الکترومغناطیس گسیل یافته به سمت پدیده¬ها از طرق مختلف قابل تاًمین است. معروفترین منبع تاًمین کننده انرژی خورشید است. خورشید انرژی الکترومغناطیس را در طول موج¬های مختلف تولید و به اطراف گسیل می¬نماید. در پاره¬ای از سیستم¬های سنجش از دوری منبع انرژی از طریق خود سنجنده دریافت کننده اطلاعات قابل تاًمین خواهدبود. به عبارت دیگر همانند یک دوربین عکاسی دارای فلاش یا منبع نوری، امواج الکترومغناطیس را در طول موج¬های تعریف شده (بسته به هدف طراحی و ساخت سنجنده) به سمت پدیده هدف ارسال و انعکاسات حاصل از گسیل انرژی توسط اشیاء دریافت می¬گردد. 2. تشعشع و اتمسفر: انرژی الکترومغناطیس در هنگام گسیل از منبع انرژی به سمت پدیده¬های هدف در مسیر خود از اتمسفر عبور خواهدکرد. انرژی الکترومغناطیس در این مسیر ممکن است تحت تاثیر شرایط حاکم بر اتمسفر نظیر وجود ابر، گرد وغبار، ذرات معلق و یا گازهای موجود قرار گرفته و از مسیر خود خارج یا کلاً به پدیده هدف نرسد. بنابراین در برخورد انرژی الکترومغناطیس با ذرات معلق در جو دو حالت جذب (Absorption) و پخش (Scattering) برای انرژی قابل اتفاق است. اتمسفر بخشی از انرژی الکترومغناطیس را از خود عبور (Transmission) داده و بخشی دیگر را توسط مولکول¬های موجود در خود شامل: ازن، اکسیژن، دی اکسید¬کربن، ذرات معلق و بخار آب جذب و یا پخش می¬نماید. به طور فرضی در صورت عدم وجود مانع اتمسفر، مقدار انرژی ثبت شده توسط سنجنده تابعی از طول موج گسیل یافته به سمت اشیاء و پدیده¬ها و خصوصیات فیزیکی- شیمیایی پدیده هدف خواهد بود. ولی در عمل حضور اتمسفر شرایط این چرخه ساده فرضی را پیچیده و متحول می¬نماید. پخش اتمسفری در برخورد انرژی الکترومغناطیس با ذرات موجود در اتمسفر اتفاق می¬افتد. علاوه بر این وجود مولکول¬های بخار آب موجود درهوا که به صورت ابر ظاهر می¬گردند یکی از شدیدترین اثرات پخش اتمسفری را سبب می¬شوند. در این شرایط استفاده از سنجنده¬ها با توانایی ارسال طول موج¬های بلند (ماکروویو) که تحت تاًثیر پدیده¬های زودگذر جوی قرار نگرفته و قابلیت عبو از ابر را دارند قابل توصیه است. میزان اثر پخش اتمسفری روی انرژی گسیل یافته از منبع به عوامل متعددی نظیر: طول موج انرژی الکترومغناطیس، مقدار و غلظت ذرات معلق و عوامل متعددی دیگر بستگی دارد. پخش اتمسفری به دو دسته عمده انتخابی و غیرانتخابی تقسیم می¬گردد. پراکنش انتخابی تنها روی دسته خاصی از طول موج¬ها اثر دارد ولی غیرانتخابی وابستگی خاصی به طول موج نخواهدداشت. در کل با افزایش طول موج انرژی الکترومغناطیس پخش اتمسفری کاهش خواهد یافت. 3. واکنش انرژی الکترومغناطیس در برخورد با پدیده¬ها: صرفنظر از اثر پخش و جذب اتمسفر روی مقداری از انرژی الکترومغناطیس در مرحله دوم فرایند کسب اطلاعات (تشعشع و اتمسفر)، بخشی از انرژی الکترومغناطیس قابلیت انتقال از اتمسفر و برخورد با پدیده¬های هدف را دارد. قسمتی از انرژی الکترومغناطیس در برخورد با پدیده سطحی عبور، بخشی از آن به اطراف پخش و در نهایت قسمتی نیز با طول موج¬های مختلف گسیل یافته و پس از انتقال از اتمسفر و شرایط حاکم برآن به سنجنده می¬رسد. بنابراین در برخورد انرژی الکترومغناطیس با پدیده¬های سطحی سه حالت عبور، پخش و انعکاس اتفاق می-افتد. در اثر برخورد انرژی الکترومغناطیس با پدیده¬های سطحی، مولکول¬های موجود در این مواد شروع به ارتعاش نموده و بسته به میزان انرژی دریافتی از خود انرژی الکترومغناطیس در طول موج¬های¬ مختلف ساطع می¬نمایند. به طور کلی انعکاس از سطح پدیده¬های مختلف به دو حالت آینه¬ای (Specular reflection) و پراکنده (Diffuse reflection) است. به طور کلی رفتار انعکاسی پدیده¬های مختلف به سطح (همواری و ناهمواری)، طول موج انرژی الکترومغناطیس و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی پدیده موردنظر بستگی دارد. انعکاس آینه¬ای در برخورد انرژی الکترومغناطیس با سطوح هموار و صاف (مانند سطح آب¬ها) اتفاق می¬افتاد. در این حالت طول موج انعکاسی در یک جهت گسیل می¬نماید. حالت انعکاس پراکنده در برخورد انرژی الکترومغناطیس با سطوح ناهموار رخ می¬دهد. در این حالت جهت گسیل امواج پراکنده و فاقد نظم مشخصی است. 4. ثبت و ذخیره انرژی الکترومغناطیس توسط سنجنده: پدیده¬های مختلف در مواجه با انرژی الکترومغناطیس دریافتی با تغییر سطوح دمایی و جنبش مولکولی¬شان در طول موج¬های مختلف، انرژی از خود ساطع و به اطراف گسیل می¬نمایند. انرژی گسیل یافته با طول موج¬های مختلف مجدداً با مانع اتمسفر برخورد و یکی از سه حالت معمول (پخش، جذب و انتقال) رخ می¬دهد. انتقال طیف الکترومغناطیس به لایه¬های بالایی اتمسفر و در معرض دید سنجنده قرار گرفتن، سبب ثبت اطلاعات طیفی از پدیده¬های سطحی می¬شود. بنابراین خصوصیات یک پدیده با استفاده از انعکاس انرژی الکترومغناطیس ثبت شده روی سنجنده قابل درک است. بر این اساس سنجش از دور در واقع فن تعیین و درک پدیده¬های سطحی با استفاده از بازتاب طیفی است. 5. دریافت و انتقال: پس از دریافت و ثبت اطلاعات طیفی از پدیده¬های مختلف توسط سنجنده، این اطلاعات به ایستگاه زمینی به صورت الکتریکی (در سنجنده¬های جدید) مخابره و انتقال می¬یابد. در سنجنده¬های سنتی بر اساس فیلم (Based Film) انتقال اطلاعات به صورت غیرمستقیم ممکن نبود. سنجنده¬های فیلم مبنا همان دوربین¬های عکسبرداری با سیستم¬های آنالوگ بودند. این سنجنده¬ها روی سکوهای هوایی تعبیه و در ارتفاع پایین اقدام به ثبت اطلاعات از پوشش زمین می¬نمودند. از اینرو در فواصل زمانی مشخص تخلیه اطلاعات برداشتی صورت می¬گرفت. امروزه با روی کار آمدن سنجنده¬های رقومی با توانایی مخابره غیرمستقیم اطلاعات سیستم¬های فیلم مبنا منسوخ شده¬اند. 6. پردازش اولیه: در این مرحله نقش کاربر برجسته¬تراست. بسته به نیاز و سفارش کاربر نهایی (گام 7)، پردازش اولیه در سطوح مختلف رادیومتریک و هندسی روی داده¬های خام صورت می¬گیرد. بنابراین در این بخش اطلاعات تحت یکسری پردازش و تصحیحاتی قرار گرفته تا برای تجزیه و تحلیل و استخراج اطلاعات آماده باشند. 7. پردازش نهایی و استخراج اطلاعات: در این مرحله بسته به سطح تصحیحات انجام شده مرحله قبلی، تصحیحات هندسی و رادیومتریکی تکمیلی روی تصویر اعمال می¬گردد. در گام نهایی با استفاده از روش¬های بارزسازی، خوارزمیک¬های طبقه¬بندی، تهییه شبه تصاویر و شاخص¬های گیاهی و.... تصاویر تجزیه و تحلیل، اطلاعات مورد نیاز در زمینه¬های مختلف (منابع طبیعی، شهری، کشاورزی و....) از تصاویر استخراج می¬شود. 1-3 طیف الکترومغناطیس تابش الکترومغناطیسی(Electro-Magnetic Radiation) به علت اتمها و مولکول¬های موجود در مواد است. اتمها حاوی هسته‌هایی با بار مثبت بوده که توسط الکترون‌های اربیتالی در برگرفته شده¬اند که دارای تراز مجزای انرژی هستند. انتقال الکترون¬ها از ترازی به تراز دیگر باعث تابش اشعه¬هایی با طول موج¬های مجزا می¬شود. در نتیجه طیفی بنام طیف الکترومغناطیسی ایجاد می¬شود. این طیف (EMR) که از یک شیء بازتاب می‌یابد، منبع معمول داده¬های سنجش از دور است. در سنجش از دور، طبقه¬بندی امواج الکترومغناطیسی بر اساس موقعیت طول موج آنها در طیف الکترومغناطیس انجام می‌گیرد. متداول‌ترین واحدی که برای اندازه-گیری طول موج در طیف الکترومغناطیس مورد استفاده قرار می¬گیرد، میکرومتر است. یک میکرومتر معادل یک میلیونیم متر است. همچنین باید توجه داشت که بخش¬های طیف الکترومغناطیسی به کار رفته در سنجش از دور در امتداد یک طیف پیوسته قرار می¬گیرند که مقدار آنها نسبت به یکدیگر تا حد توان ده (به صورت پی در پی) تفاوت دارد. طیف الکترومغناطیسی محدوده وسیعی از طول موج¬ها شامل امواجی با طول موج بسیار کوتاه (اشعه گاما) تا بسیار بلند (امواج رادیویی) را شامل می‌شود. محدوده طول موج طیف الکترومغناطیس دارای محدوده‌ای با اسامی متفاوت از اشعه گاما، اشعهX، اشعه فرابنفش، نور مرئی، اشعه مادون قرمز تا امواج رادیویی (بترتیب از طول موجهای کوتاهتر به بلندتر) است. بخش مرئی نموداری بی نهایت کوچک است، زیرا حساسیت طیفی چشم انسان بین 4/0 میکرومتر تا 7/0 میکرومتر است. بطوریکه رنگ آبی تقریباً بین طول موج 4/0 میکرومتر تا 5/0 میکرومتر، رنگ سبز تقریباً بین طول موج 5/0 میکرومتر تا 6/0 میکرومتر و رنگ قرمز تقریباً بین طول موج 6/0میکرومتر تا 7/0 میکرومتر قرار گرفته است. محدوده طیف الکترومغناطیس قابل دید توسط چشم انسان (سیگنال‌ها از طریق گیرنده¬های چشم به مغز برده می‌شود و تفاوت بین آنها، حس تشخیص رنگ‌ها را به انسان می¬دهد). انرژی ماوراء بنفش به انتهای نور آبی بخش طیف مرئی متصل است. در انتهای نور قرمز محدوده طیف مرئی، سه نوع امواج مادون قرمز وجود دارد که عبارت هستند از: مادون قرمز نزدیک: از 7/0 میکرومتر تا 3/1میکرومتر مادون قرمز میانی: از 3/1 میکرومتر تا ۳ میکرومتر مادون قرمز حرارتی: بیش از ۳ میکرومتر در طول موج¬های بیشتر (۱ میلی متر تا ۱ متر)، بخش امواج کوتاه (میکروویو) طیف وجود دارد. اکثر سیستم¬های سنجش متداول در یک یا چندین بخش از قسمتهای مرئی، مادون قرمز یا میکروویو طیف الکترومغناطیس فعالیت می¬کنند. به عبارت دیگر هر یک از سیستم¬های سنجنده(Sensor) به نواحی خاصی از طیف الکترومغناطیس حساس بوده و قسمتی از خصوصیات طیفی اجسام را ثبت می¬کنند. به عنوان مثال دستگاه¬های عکسبرداری معمولی نسبت به انرژی نور مرئی و نزدیک به آن یعنی طول موج¬های 3/0 تا 2/1 میکرون حساسیت دارند؛ سنجنده¬های اسکن کننده مادون قرمز حرارتی عموماً به طول موجهای بین ۱ تا ۲ میکرون و دستگاههای رادار به باندهایی با طول موجهای خیلی بلندتر(میلی متر و متر) حساس هستند. ارتباط بین طول موج با انرژی و فرکانس: طول موج کوتاهتر، انرژی و فرکانس بیشتر و بالعکس. ارتباط بین طول موج با انرژی و فرکانس: بیشترین انرژی و فرکانس و امواج با طول موج کوتاه درمحدوده مرئی قرار دارد. داده¬های سنجش از دوری به صورت تصاویر، عکس، داده¬های ارتفاعی و نظایر آن به کاربران ارائه می¬گردند. 1-4 انرژی الکترومغناطیس سیستم¬های دورسنجی بر مبنای جمع¬آوری و کسب اطلاعات طیفی از پدیده¬های مختلف جهان فیزیکی شکل گرفته¬اند. این سیستم¬ها از نوعی انرژی تحت عنوان انرژی الکترومغناطیس (Electromagnetic Energy) جهت شناسایی و درک پدیده¬ها بهره می¬گیرند. انرژی الکترومغناطیس در طول موج¬های مختلف از پدیده موردنظر به سمت سنجنده گسیل یافته و در نهایت توسط سنجنده ثبت و اندازه¬گیری خواهدشد. پدیده¬های مختلف جهان فیزیکی (برای مثال: شهرها، مزارع، جنگل¬ها، اقیانوس¬ها و...) بر مبنای اختلاف در انعکاس انرژی الکترومغناطیس و رفتار طیفی روی تصاویر از یکدیگر قابل تفکیک خواهندبود. بر اساس تئوری موجی بودن: انرژی الکترومغناطیس موجی است، که به شکل سینوسی با استفاده از میدان-های الکتریکی و مغناطیسی با سرعت نور در فضا در حال حرکت است. بنابراین تعریف انرژی الکترومغناطیس از دو میدان الکتریکی (Electric field) و مغناطیسی (Magnetic field) تشکیل شده است. دو میدان مذکور بر یکدیگر و بر جهت پیشروی موج عمود و با سرعت نور (C) به طور ساده برابر ۱۰۸×3 متر بر ثانیه در حال حرکت هستند (شکل 1-2). شکل1-2 موج الکترومغناطیس. یک موج الکترومغناطیس بر مبنای دو مشخصه بسیار مهم تحت عنوان طول موج (wavelength) و بسامد (frequency) قابل شناسایی است. فرکانس و طول موج رابطه معکوسی با همدیگر دارند. به عبارت دیگر با افزایش فرکانس، طول موج الکترومغناطیس کاهش می¬یابد. موج دارای فرکانس بالاتر طول موج پایین¬تری داشته و برعکس موج کوتاهتر از فرکانس بالاتری برخوردار است (شکل 1-3). بنابراین طول موج (λ) و فرکانس (f) برای حرکت موج الکترومغناطیس با سرعت نور در فضا با همدیگر در حال تعادل است. (1-1) c=f×λ از این رو فرکانس یک موج با استفاده از تقسیم سرعت موج یا همان سرعت نور در خلا (c) بر طول موج (λ) قابل محاسبه است. f=c/λ به فاصله میان دو نقطه تکراری متوالی از موج الکترومغناطیس طول موج گویند. طول موج با λ مشخص و برحسب متربرثانیه قابل محاسبه است. فرکانس یا بسامد به اندازه‌گیری تعداد دفعاتی گفته می¬شود که یک رویداد تناوبی در واحد زمان اتفاق می‌افتد. برای محاسبه بسامد باید یک بازه زمانی را مشخص کرده، تعداد رخ دادن یک رویداد را در آن بازه زمانی شمرده و سپس این شماره را بر مدت آن بازه زمانی تقسیم کرد. راه دیگر محاسبه بسامد، اندازه‌گیری زمان میان دو رویداد پیاپی (تناوب) و سپس اندازه‌گیری بسامد به عنوان وارونه این زمان است. رابطه بسامد به این گونه‌است:
f=1/T
پایان نامه کارشناسی ارشد رشته مهندسی جنگل تأثیرتغییرابعادپنجره فیلترهای پایین گذر بر صحت نقشه تراکم پوشش جنگل