زینت انسان د رسه چیز است:علم ،محبت،آزادی-افلاطون ***درزندگی همه چیزعادلانه نیست،بهتراست بااین حقیقت کناربیایید-بیل گیتس
تاريخ : 2012/1/29 | 22:45 | نویسنده : مرتضی غلام پور

اصول عملكرد لايدار هيدروگرافي:

سنجش از دور به وسيله ليزر را ليدار گويند و تكنيك اندازه گيري عمق آبهاي ساحلي و نواحي كم عمق و ترسيم نقشه هاي كف و ناهمواريها را بوسيله اسكن با پالسهاي ليزري، ليدار هيدروگرافي گويند. به طور کلي 6 سيستم کاربردی (Airborne LiDAR Hydrography) ALH ) وجود دارد و يکی از پيشرفته ترين و قابل اعتمادترين آنها (Scanning Hydrographic Operational Airborne Survey SHOAS است.

استفاده از ALH، از اواسط سال 1960 با بوجود آمدن ليزر و كاربرد آن در پيدا كردن زير دريائيها آغاز شد. در سال 1970 اولين سيستمهاي ليدار هوايي توسط آمريكا تست شده و همچنين NASA، كانادا و استراليا نيز تستهايي در زمينه ليدار انجام دادند.

اصول عملكرد لايدار هيدروگرافي:

پايه اصلی سيستم ALH بر اين است که سنسور LiDAR دو طول موج ليزر را به سوی سطح آب می فرستد، همانطوری که در شکل 1 (a)ملاحظه می­فرمائيد. عمق آب ممکن است از اختلاف زمان بازگشت ليزر انعکاسی از سطح آب و کف دريا محاسبه گردد. در اکثر سيستم­ها، يک کانال مادون قرمز برای تشخيص سطح استفاده می­شود در حالی که برای تشخيص کف از کانال آبی- سبز استفاده می­شود، شکل 1 (b).

شکل1: (a) اصول عملکرد ALH , (b) هندسه نفوذ نور

پرتوهای ليزر يا به صورت قوس يا به صورت مستقيم در جهت عمود بر مسير پرواز در يک نوار با عرضی در حدود نصف ارتفاع، اسکن می­شوند.

در اثر انتشار يك پالس كوتاه ليزري در محيط، پخش و جذب روي آن رخ داده كه انرژي باز پراكنش پس از مدتي بعد از ارسال پالس اصلي در گيرنده دريافت شده و آناليز تغييرات آن، اطلاعات بسيار ارزشمندي را مي دهد. شكل 2 موج خاصي از ليدار را كه از سطح و كف منعكس شده نشان مي دهد. انعكاسات سطحي در پيك اول و انعكاسات از كف در شكل 2 نشان داده شده است.

اختلاف زمان انعكاسات از سطح و كف پس از تصحيحات زاويه حضيض براي محاسبه عمق به كار مي رود. آشكارش اشياء غوطه ور در آب مشكل بوده زيرا انعكاسات شديد سطحي مانع آشكار شدن آنها مي شود. اما اگر شي ء غوطه ور در برابر نور ليزر شفاف نباشد و انعكاس از آبهاي زير آن بوجود نيايد در شكل موج گرفته شده جاهايي سياه شده و جسم قابل شناسايي مي شود.

شكل 2: موج انرژي بازگشتي ليدار

مزاياي استفاده از لايدار هيدروگرافي:

استفاده از ليزر به وسيله هواپيما انجام شده در نتيجه سرعت داده برداري بسيار بالاست همچنين در نواحي ساحلي و كم عمق نمي توان از سونارها استفاده كرد در حالي كه ليدار براي اين مناطق بسيار كاراست، در نواحي كه خطر غرق شدن كشتي يا به گل نشستن آن وجود دارد ليدار به خوبي جواب مي دهد. استفاده از ليدار در آبهاي عميق و تيره امكان پذير نبوده كه در اين نواحي سونارها قدرت مانور بيشتري داشته همچنين در آشكارش اجسام سخت كمتر از يك متر مربع استفاده از سونارها بر ليدار ارجحيت دارد.

ترسيم نقشه و كف نگاري از سطح آب در ابعاد وسيع، بوسيله ليدار قابل انجام است. اطلاعات جمع آوري شده از كف نگاري در مدل سازي طوفانهاي دريايي و مدلسازي شن و ماسه هاي كف نيز به كار مي رود. آزمايشات انجام شده بوسيله ليدارهاي مختلف نشان مي دهد كه بسته به نوع پروژه و مكان انجام آن ، ارزش استفاده از ALH نسبت به تكنيكهاي سوناري 1 به 5 يا 1 به 2 مي باشد. در شكل 3 مقايسه اي بين عملكرد ليدار و سونار در مناطق كم عمق نشان داده شده است. استفاده از كف نگاري ليدار براي آشكارش كف با دقت متوسط به كار مي رود، در حالي كه از سونارهاي باند باريك براي عكسهاي با دقت بالا استفاده مي شود.

سيستمهاي ليدار براي آبهاي كم عمق بسيار مفيد هستند. در حالي كه سونارهاي چند بيم براي اعماق بيشتر كارايي بهتري دارند. عمق، شفافيت آب، اطمينان و محدوديتهاي آبي براي يك منطقه مورد نظر شرايطي هستند كه ارجحيت را به استفاده از ليدار هوايي يا سيستمهاي سوناري مي دهند. ليدار هوايي يك وسيله جايگزين سونار نيست، بلكه ابزار جديدي بوده كه ارزش سرمايه گذاري بيشتر براي رشد و توسعه را در كنار سونار و براي توسعه آن دارد.

شكل 3: مقايسه بين عملكرد لايدار و سونار چند بيم در آبهاي كم عمق

محدوديتهاي استفاده از لايدار هيدروگرافي:

يكي از مهمترين محدوديتها براي سيستم ALH، شفافيت آب بوده كه مشخص كننده عمق ماكزيمم است. عمق ماكزيمم قابل اندازه گيري بوسيله سيستم هاي ليزري بستگي به انرژي پالس ليزر، پهناي باند گيرنده اپتيكي، روزنه، ميدان ديد، بازده سيستم اپتيكي، ميزان نويز الكترونيكي، ارتفاع پرواز، شفافيت آب و بازتاب پذيري كف دارد.

یکی از سیستم های جدید گردآوری اطلاعات توپوگرافی و اصول روش های تهیه نقشه استفاده از سیستم های لیدار است که هرچند مدت زیادی از پیدایش و استفاده از این تکنولوژی نمی گذرد ولی به سرعت جای خود را در بین روش های گردآوری اطلاعات در رشته نقشه برداری باز نموده است

اساس کار سیستم های لیدار اندازه گیری فاصله به کمک شعاع لیزر است که با داشتن موقعیت نقطه تابش شعاع لیزر و هم چندین المان های توجیه خارجی ابزار اندازه گیری – مشابه وضعیت توجیه خارجی در سیستم های عکس برداری هوایی – امکان محاسبه مختصات نقطه اندازه گیری شده وجود خواهد داشت.

نمونه هایی از خروجی یک سیستم لیدار

هر چند می توان به روش های رایج فتوگرامتری نیز به همین اطلاعات رسید ولی به دلیل برخی از محدودیت های که در روش فتوگرامتری وجود دارد استفاده ازاین روش خصوصا در نواحی که تهیه مدل رقومی زمین از اهمیت بیشتر برخوردار است و عوارض پلانیمتری با اختلاف ارتفاع زیاد در آن کم است می تواند روش به مراتب سریع تر و کم هزینه تری باشد چرا که در روش فتوگرامتری برای رسیدن به مختصات هر نقطه نیاز به اخذ حداقل دو تصویر با شرایط هندسی خاص است در خالی که در روش لیدار مختصات هر نقطه صرفا به کمک یک اندازه گیری قابل محاسبه است .

در ثانی در روش فتوگرامتری برای رسیدن به حالت بهینه هزینه و دقت باید ابزار اندازه گیری در سیستم پرنده ای نصب شود که امکان پرواز در ارتفاع مورد انتظار را داشته باشد و در همچنین توانایی حفظ پایداری سیستم برای اخذ تصاویر قائم را داشته باشد به صورتی که المان های دوران فی و امگا و کاپا ی تصویر کوچک باشند. در حالی که در سیستم های لیدار هرچند نمی توان گفت این پارامتر ها حذف شده اند ولی به مراتب کم اهمیت تر از روش فتوگرامتری می باشند لذا دامنه انتخاب وسیله پرنده و همچنین محدودیت های پروازی خصوصا در نواحی کوهستانی شدید با ارتفاع پرواز پایین که در روش فتوگرامتری باعث بروز محدودیت های زیادی می کند در روش مبتنی بر سیستم های لیدار این محدودیت ها به مراتب کمتر است.

حال چند صباحی است که با افزایش دامنه برد و قابلیت های نفوذ شعاع لیزر و همچنین مدل سازی اختلاف بین باز تاب شعاع لیزر از سطح آب و بازتاب کف دریا ، امکان استفاده از همین تکنولوژی در عمق یابی و تهیه نقشه های هیدروگرافی نیز بوجود آمده است و سیستم های تجاری آن نیز در دسترس جامعه نقشه برداری قرار گرفته است بگونه ای که حتی برخی از شرکت های نقشه برداری حوزه خلیج فارس نیز امکان ارائه خدمات در این زمینه را دارا می باشند - امیدواریم جامعه نقشه برداری کشور نیز در این زمینه هر چه زودتر فعال گردند

در انتها لازم به ذکر است که هنوز قابلیت نفوذ شعاع لیزر در این سیستم های آنقدر بالا نیست که در تمامی موارد قابل استفاده باشند و صرفا برای نقشه برداری نواحی کم عمق و نزدیک به ساحل یا رودخانه ها می توان از آنها استفاده کرد

نمونه ای از خروجی یک سیستم لایدار

http://forsys.cfr.washington.edu/JFSP06/images/lidar_schematic.jpg

لايدار (Light Detection and Ranging) يك تکنیک قدرتمند در سنجش از راه دور لیزری می‌باشد.لیدار مشابه اصول رادار کار می‌کند که بعضی اوقات نیز رادار لیزری نامیده می‌شود. اختلاف اصلی بین لیدار و رادار در واقع نوع طول موج‌های تابشی مورد استفاده‌است. رادار طول موجهایی در ناحیه رادیویی را استفاده می‌کند در حالی که لیدار طول موجهای لیزری را بکار می‌برد. لايدار جهت جمع آوري اطلاعات توپوگرافي استفاده مي شود . اين تكنولوژي توسط سازمان بين المللي دريايي و فضايي(NOAA) و دانشمندان NASA جهت بررسي تغييرات توپوگرافي در امتداد خط ساحلي درياها، توليد و مورد استفاده قرار گرفته است . اين اطلاعات با استفاده از ليزر هايي كه قابليت حمل بر روي هواپيما دارند جمع آوري مي شوند . اين ليزر ها قادرند در هر ثانيه 2000 تا 5000 پالس را براي ضبط اندازه گيري هاي ارتفاعي ارسال نمايند.و دقت عمودي در حدود 15 سانتي متر (6 اينچ) نيز دارند . پس از آنكه خطوط مبنا مشخص شد مي توان پرواز را انجام داد و اطلاعات مربوط به تغييرات خطوط ساحلي را به دست آورد .

چگونه اطلاعات لايدار جمع آوري مي شوند ؟

جهت انجام پروژه South Carolina ، سنسور (حسگر) هاي ليدار ،‌همانطور كه در شكل زير نيز مي بينيم ، بر روي هواپيماي سازمان NOAA سوار شد . پس از آغاز پرواز هواپيما با سرعتي درحدود 60 متر بر ثانيه بر فراز ساحل عبور نمود . در طي پرواز ليدار تعدادي اشعه ليزر با فركانس بالا به سوي سطح زمين ارسال مي نمايد . حسگرهاي ليدار زمان بين ارسال اشعه ليزر به سطح زمين و بازگشت آن به هواپيما را ضبط مي كنند .

دستگاه حسگر ليدار محكم به هواپيما بسته مي شود . به طوري كه كاملا بدون حركت باقي بماند . آينه اسكن نیز در زير دستگاه فرستنده نصب شده است . يك آينه ي با زاويه 45 درجه پالس هاي ليزر را به داخل يك آينه متحرك منعكس مي كند ،‌كه اين اشعه ها را به زمين هدايت مي كند . ليزر منعكس شده از زمين به داخل يك تلسكوپ Cassegrainian كوچك هدايت مي شوند. آينه ي متحرك يك الگوي مخروطي از اشعه های لیزر از زير هواپيما با زاويه ي راس 30 درجه توليد مي كتد . بدين طريق اطلاعات توپوگرافي بر روي نوار حدودا300 متري (در حدود 1000 فوت ) در پهنا و در ارتفاع حدودا 600 متري هواپيما از سطح زمين جمع آوري مي شود .

http://www.csc.noaa.gov/products/sccoasts/html/images/scanswth.gif

در شکل زیر یک تصویر انیمیشنی از فرایندی که لیدار انجام می دهد مشاهده می کنیم

http://www.csc.noaa.gov/products/sccoasts/html/images/atm_anim.gif

دستگاه دقيق ليدار فقط مي تواند اطلاعات ارتفاعي را جمع آوري نمايد . جهت دسترسي به اطلاعات كامل و سه بعدي از منطقه ي اسكن شده مي بايست موقعيت نقاط نيز شناخته شوند . به همين منظور يك جي پي اس با دقت بالا بر بالاي بدنه هواپيما سوار شده است . همزمان كه حسگر هاي ليدار اطلاعات ارتفاعي را ضبط مي كنند ، حسگر هاي جي پي اس نيز موقعيت نقاط را برداشت و ضبط مي كنند . پس از اتمام پرواز اطلاعات به وسيله ي يكسري از نرم افزار هاي مخصوص به داخل كامپيوتر منتقل و يا به اصطلاح دانلود مي گردد . محصول نهايي كار ، نقاطي هستند كه از نظر طولي ،‌عرضي و ارتفاعي (x,y,z) داراي دقت بالا و صحت زيادي مي باشند . اين اطلاعات مكاني و يا به اصطلاح همين (x,y,z) ها ، به ما اين امكان را مي دهد تا يك مدل ارتفاعي رقومي (DEM) از سطح زمين داشته باشيم . مجموعه ي اطلاعات جمع آوري شده توسط ليدار يك منطقه شامل آب هاي كم ارتفاع تا خشكي و تلماسه ها و شن ها را پوشش مي دهد . پرواز ها جهت بیشینه کردن تعداد ارتفاع نقاط جمع آوری شده در کمترین میزان جزر و مد برای وسیعترین منطقه ی ممکن برنامه ریزی می شوند . مسير پرواز هواپيما هميشه موازي خط ساحلي است .4 مسیر جهت پرواز در بالای هر بخش ساحل در نظر گرفته شده است . در دو تا از این مسیر ها که پرواز روی آن انجام می شود مرکز مسیر در بالای محل اتصال شن و آب است و در دوتای دیگر مرکز مسیر در بالای جایی که شن پیشرفت کرده قرار دارد .

مدت زمان پرواز ها عموما 4 ساعت خواهد بود . شرايط آب و هوايي بايد دقيقا كنترل شود . پرواز ها زمانهايي كه هوا باراني يا مه آلود است و يا ميزان بخار آب در منطقه زياد است انجام نمي شود ؛ زيرا بخار آب مي تواند سبب پراكندگي اشعه ليزر در فضا شود و اطلاعات را غلط برداشت نمايد . همچنين در مواقعي كه باد به شدت در حال وزيدن است نيز نمي توان عمل پرواز و برداشت نقاط را انجام داد چون پالس هاي برگشتي از زمين به سمت ليزر به درستي ضبط نمي شوند .

تفسير نقشه هاي هیدروگرافی لايدار:

در سنجش از دور ، عکس های رنگی مجازی مثل نقشه های ارتفاعي ليدار رايج است . و نقش موثري را در داده هاي بصري ايفا مي كنند. اصطلاح رنگ مجازی به اين نكته بر مي گردد كه در حقيقت اين تصاوير عكس آنالوگ نيستند ، بلكه اينها تصاوير ديجيتال هستند . كه در هر كدام از اين تصاوير پيكسل ها نماينده ي اطلاعات مكاني نقاط هستند كه بر طبق ارزش آنها رنگ بندي شده اند . هدف از اين بخش اين است كه به كاربر كمك شود تا بتواند رنگ مجازی تصاوير را بهتر تفسير نمايد .

نقشه هاي تهيه شده توسط ليدار بر اساس اندازه گيري هاي ارتفاعي از سطح زمين هستند . و به نوعي مي توان گفت از روش هاي نقشه برداري هوايي به دست آمده اند . فرمت فايل هايي كه جهت ضبط و ذخيره ي داده هاي ليدار استفاده مي شوند شبيه به فايل هاي متني است و در واقع همان"x,y,z" مي باشد ، كه x معادل طول يا طول جغرافيايي ، y معادل عرض يا عرض جغرافيايي و z معادل ارتفاع است . استفاده از اطلاعات ارتفاعي ليدار ممكن است در تهيه نقشه هاي توپوگرافي تفصيلي مفيد باشد .

در سه تصويري كه در زير نمايش داده شده است ،‌ يك راهنما در گوشه پايين سمت راست وجود دارد كه يك سري اعداد از 3- متر تا 5+ روي آن نوشته شده است . اين اعداد به رابطه ي بين رنگ هاي روي راهنماي نقشه و ارتفاع مجسم شده روي نقشه اشاره دارد . به عنوان مثال در نقشه ساحل Huntington ، رنگ آبي پررنگ نشان می دهد که خشکی تقریبا هم سطح آب دریاست و یا به عبارتی ارتفاع آن صفر است . رنگ فیروزه ای (آبی روشن) نیز مکان هایی را که ارتفاع آنها در حدود یک متر و یا به عبارتی 3 فوت بالای سطح دریاست (به عنوان مثال اسکله ها) بیان می کند .

http://www.csc.noaa.gov/products/sccoasts/html/images/elevexam.gif

اطلاعاتی که لیدار به ما می دهد در صورتی که با یک سری اطلاعات اضافی که از عکسبرداری هوایی به دست آمده ضمیمه شود ، قابل فهم تر خواهد بود . در مثال زیر یک نقشه ی ارتفاعی لیدار با یک عکس اورتوفتو (نقشه عکسی )مقایسه شده است . این منطقه ی کوچک در جزیره ی Kiawah مجموعه ای از ویژگی های جذاب را برای ما فراهم می کند .مقایسه ی اورتوفتو با اطلاعات به دست آمده از لیدار تشخیص ویژگی هایی مثل خانه ها ، معابر ، بوته زار ها و تالاب های آب را برای برای ما راحت تر می کند .

http://www.csc.noaa.gov/products/sccoasts/html/images/orthlida.gif

فن آوری هوابرد LiDAR برای نقشه برداری hydrographic به دلیل نرخ بالای آن از پوشش منطقه توأم با تراکم بالا مکانی داده ها ، سریع ، پاسخ ها و توانایی شناسایی و جذاب است ، و اثربخشی هزینه. سرویس ملی اقیانوس (Nós) در طراحی ، اجرا ، مشارکت داشته است ، و تست از سیستم از جمله در رابطه با ناسا ، نیروی دریایی ایالات متحده ، و ایالات متحده آمریکا نیروی نظامی مهندسان ارتش (USACE) از سال 1975. مباحث مورد علاقه دو موجود هستند 1) احتمال شناسایی از اجسام کوچک در انتهای دریا را به صورت تابعی از اندازه آنها ، و 2) کاهش موثر از داده های بسیار بزرگ را به مجموعه های زیر مجموعه های hydrographically نماینده ولی بسیار کوچکتر است. نتایج برای هر دو از این در اینجا گزارش می شوند.

با استفاده از فناوری ALB LiDAR برای اندازه گیری عمق آب است. لیزر فرستنده / گیرنده (فرستنده و گیرنده) نصب شده در هواپیما را انتقال پالس لیزر که در سفر به هوا رابط آب ، که در آن بخشی از این انرژی بازتاب بازگشت به گیرنده (Guenther و همکاران ، 1996). propagates انرژی باقی مانده را از طریق ستون آب و بازتاب کف دریا شدن. اندازه گیری عمق آب می آید را مستقیما از گذشت زمان بین بازگشت و بازگشت سطح پایین ، و هر صدایی مناسب است را برای امواج سطحی و نوسانات سطح آب (شکل 2) اصلاح شده. در کاربرد عملی از این فناوری ، انرژی لیزر است از دست رفته به علت شکست ، پراکندگی ، جذب و در سطح آب ، کف دریا ، و به عنوان نبض سفر را از طریق ستون آب. ترکیبی از این عوارض را محدود به قدرت بازگشت به پایین و در نتیجه محدودیت های حداکثر عمق قابل ردیابی. وضوح اپتیکال آب و نوع دو پایین هستند ترین عوامل محدود کننده برای تشخیص عمق. به طور معمول ، bathymetry LiDAR برابر از طریق عمق برای جمع آوری ، سه بار Secchi سایت 's(قابل مشاهده) عمق.

عمق رنگ برای تعیین الگوریتم USACE اسکن Hydrographic عملیاتی هوابرد Lidar نظر سنجی (SHOALS) نوشته شده اند در درجه اول سیستم در زمان دقیق بازگشت انتهای تمام متمرکز شده است. سوال به انسداد چه اندازه کوچک بوجود آمده و یا "هدف" از قبیل سنگ و یا سر از جزایر مرجانی قادر به تبعیض قائل می شوید و یا شناسایی در حضور پایین اغلب بازگشت خیلی شدیدتر شده. مقصد احتمالات برای تشخیص پارامترهای SHOALS معمولی ، بر اساس مدل هندسی که شامل نتایج مونت کارلو شبیه سازی ، شده اند
برای محاسبه ارتفاع های مختلف از هدف ، هدف مناطق سطح ، عمق آب ، موسسات خیریه و آب ، برای هوا زاویه سمت القدم بروز صفر و بیست درجه می باشد. نتایج مربوط به اشیاء ، با ارتفاع پایین خاموش بین 0.5 متر و 2.0 متر و سطح هستند از مناطق 1 m2 تا 25 m2 ارائه شده. اثر چگالی شبکه اکتشاف تغییرات جوی در تشخیص مورد بحث احتمالات ، و تعصبات عمق پتانسیل اندازه گیری برای شناسایی اشیاء submerged هستند ذکر شده است. پردازش نظرسنجی LiDAR هوابرد شامل مجموعه های داده بسیار بزرگ که دارای ویژگی های مورد علاقه hydrographic که spatially oversampled. از آنجا که پردازش داده های جغرافیایی بسته های فوق العاده می تواند خفه حجم داده ها بزرگ باشد ، آن را بسیار مفید است به پیش روند داده ها را انتخاب کنید زیر مجموعه های بسیار کوچک که حاوی همه اطلاعات لازم. راه حل های معمول برای کاهش مشکل از داده ها مستلزم مدل های بزرگ منطقه که هستند ، خودشان ، computationally فشرده و نیاز به منابع کامپیوتر مهم است. رویکرد جدید است که حرکت خطی را از طریق هر یک از راه باریک است و حجم کلی داده نمی شود ، توسعه داده شده است به منظور کاهش حجم داده ها از بررسی های تعیین شده توسط عامل در حدود ده نفر باشد. روش اجرا می شود کارآمد در پایان کامپیوتر های کم بازده و نتایج آن را حفظ hydrographically ویژگی های مهم و شامل حمایت از soundings در مناطق همپوشانی بین swathsاست.

انرژی مادون قرمز سفر به سطح آب ، انرژی سبز و آبی است سفر را از طریق ستون آب است.

توسعه فوق العاده ای در زمینه سنجش از دور تا به محل در دهه های گذشته گرفته شده است. هیچ عرصه ای یکی از سنجش از راه دور به عنوان تاثیر زیادی برای مطالعات زیست محیطی به عنوان طیف سنجی تصویربرداری (Lewinsky ، 1994) بود. اسپکترومتر یا سنسورهای تصویربرداری hyper spectral ، با اشاره به شخصیت multispectral از مجموعه دادهها ، جمع آوری تصاویر یک صحنه را فراهم کند و امکان دسترسی به دهها چند به صدها کانال بسیار باریک طیفی تقریبا بطور همزمان.
اسپکترومتر هستند سنسورهای تصویربرداری انفعالی است که اندازه گیری انعکاس نور خورشید از اشیا بر روی سطح زمین (شکل4 ) همه اشیاء را منحصر به فرد پوان طیفی که می تواند در طول موج و یا گروههای موسیقی ، نامرئی به چشم انسان ، ثبت نام کنید. سنسورهای تصویربرداری Hyper spectral عامل در سراسر طول موج اجازه می دهد صدها نفر از این جهان پنهان می شود نشان داد.

اپتیک ساحلی

ارتفاع سنجی لایدار و کاربردهای و هیدروگرافی :

امروزه با وجود روش ارتفاع سنجي ماهواره اي امكان تعيين سطح متوسط دريا و تعيين ژئوئيد در درياها با دقت بالا به وجود آمده است. سابقه روش ارتفاع سنجي ماهواره اي براي تعيين سطح متوسط دريا و ژئوئيد، به سه دهه قبل باز مي گردد. امروز با پيشرفتهايي كه در اين زمينه صورت گرفته است، مي توان ارتفاع پاي ماهواره تا سطح دريا، ارتفاع سطح دريا نسبت به بيضوي رفرانس جهاني و ارتفاع سطح دريا نسبت به سطح متوسط دريا را با دقت بسيار خوبي تعيين كرد. در حال حاضر اين روش به خاطر ارائه داده هاي دقيق ارتفاع سطح دريا، كاربردهاي زيادي در رشته هاي مختلف داشته و داراي مزاياي ذيل نيز است:

1- متراكم و يكنواخت بودن توزيع داده ها در سطح دريا

2- دقت و صحت بالا

روش ارتفاع سنجي ماهواره اي براي استفاده متخصصان ژئودزي در تعيين سطح دريا و تعيين توپوگرافي سطح دريا، اقيانوس شناسان در مطالعه ديناميك اقيانوسها و ژئوفيزيكدانها در شناخت ساختارهاي كف اقيانوس ها و فعاليت هاي تكتونيكي زير دريايي مورد توجه و علاقه است.

كاربردهاي اين روش در بسياري از رشته ها از جمله اقيانوس شناسي، اقليم شناسي، هواشناسي، مديريت منابع زميني، ژئودزي، ژئوديناميك مشهود است. به عنوان نمونه هايي از كاربردهاي جهاني ارتفاع سنجي ماهواره اي مي توان به موارد ذيل اشاره نمود:

- جريانات دريايي، تغييرات سطح درياها و پديده هاي النينو و لانينا

- تعيين تغييرات ناشي از آب لرزه

- تعيين سطح متوسط درياها و تعيين توپوگرافي سطح دريا

- تغييرات جهاني آب و هوا و تجزيه و تحليلهاي زيست محيطي

- نمايش سطح درياچه هاي بزرگ و نمايش حجم قله هاي يخي

- تعيين ژئوئيد دريايي

- مطالعات ژئوديناميكي درياها

- تحقيقات اقيانوس شناسي

- اكتشاف منابع طبيعي دريايي

مي توان مأموريتهاي ارتفاع سنجي ماهواره ها را به چهار دوره تقسيم نمود:

1- دوره آزمايشي: شامل ماهواره هاي (2,3,4) Skylab از سال 1973 تا سال 1975

2- دوره بهره برداريهاي اوليه: شامل ماهواره هاي Geos-3 ، Seasat1 و Geosat تا سال 1991

3- دوره بهره برداريهاي دقيق: شامل ماهواره هاي T/P, ERS-1 و ERS-2 تا سال 1998

4- دوره ماهواره جديد: مأموريتهاي دوره هاي قبل به صورت سلسله وار با ماهواره هاي GFO، Janson-1، Envisat دنبال مي شود كه پرتاب همه اين ماهواره تاكنون با موفقيت انجام شده است.

http://i40.tinypic.com/212a93.jpg

شکل ۱: تصویر ماهواره توپکس پوزایدون

اصول هندسي لایدار ،رسوب سنجی:

يكي از روشهاي سنجش از دور، ارتفاع سنجي به معناي تعيين ارتفاع يك سطح نسبت به سطحي ثابت است، كلمه آلتيمتر از دو بخش تشكيل شده است: Altus به معناي ارتفاع و ‌Matrons به معناي اندازه گيري. پس آلتيمتر وسيله اي است كه عمل ارتفاع سنجي را انجام مي دهد. ارتفاع سنج يك دستگاه مشاهده كننده نادير (‌پاي شاقولي) است كه بر روي سكوهاي گوناگوني قرار مي گيرد.

از طريق آنتن ماهواره ارتفاع سنجي، ميكروموج به صورت امواج مخروطي شكل، به صورت پالس به طرف زمين فرستاده شده و سطح زمين را به شكل يك دايره پوشش مي دهد كه به آن فوت پرينت گفته مي شود. سپس بلافاصله ميكروموج از سطح زمين منعكس شده و به طرف ماهواره بر مي گردد (شكل 2). زمان رفت و برگشت موج، توسط ساعت ماهواره اندازه گيري مي شود. در نتيجه مي توان ارتفاع پاي ماهواره را از سطح دريا (برد ماهواره) محاسبه نمود.

http://i39.tinypic.com/2qdx0mf.jpg

شکل ۲: اصول اساسی اندازه گیری ارتفاع سنجی ماهواره ها

اصول فيزيكي ارتفاع سنجي لایدار نسبت به سایر مالتی بیم ها :

در ارتفاع سنجها از امواج ميكروموج (قسمت امواج راديويي طيف تابش الكترومغناطيس) استفاده مي شود. انواع ميكروموجها به امواج با طول موجهاي ميليمتري (EHF)، سانتي متري (SHF) و دسي متري (UHF) تقسيم مي شوند. اين امواج نسبت به امواج با طول موجهاي كوتاه، بيشتر خاصيت موجي از خود نشان مي دهند تا خاصيت ذره اي و خطي.

مشاهدات ارتفاع سنجي لایدار برای انتقال رسوب:

مشاهده برد ارتفاع سنج، فقط يكي از اندازه گيري هاي ماهواره ارتفاع سنج است كه خود پارامتر بسيار مهمي براي تعيين ديگر پارامترهاي سطح درياست. اين اندازه گيري، نقش بسيار مهمي در تعيين ارتفاع سطح دريا، توپوگرافي سطح دريا و آنامولي سطح دريا دارد. اختلاف بين برد اندازه گيري شده و ارتفاع ماهواره از سطح بيضوي رفرانس، ارتفاع سطح دريا را نسبت به بيضوي رفرانس مشخص مي كند. رابطه كميت برد و ارتفاع ماهواره با صرف نظر كردن از خطاهاي برد ماهواره به صورت ذيل است:

H Sea Surface = satellite - Range Altimeter

اگر ارتفاع ژئوئيد را از ارتفاع به دست آمده از فرمول 2 كم كنيم، ارتفاع سطح لحظه اي دريا نسبت به ژئوئيد به دست مي آيد. اين ارتفاع ، توپوگرافي سطح دريا نام دارد. اين سومين داده اي است كه ماهواره هاي ارتفاع سنج ارائه مي دهند. به اين ترتيب مي توان نوشت:

TSea Surface = HSea Surface – Ngeoid = hSatellite – RangeAltimeter - Ngeoid

معمولاً توپوگرافي سطح دريا را از اختلاف بين سطح متوسط دريا (MSS) و ژئوئيد تعيين مي كنند و آن را توپوگرافي متوسط سطح دريا مي نامند. رابطه تعيين اين توپوگرافي عبارتست از:

SST = MSS - Ngeoid

http://i41.tinypic.com/2e4j2mr.jpg

شکل ۳: سطوح در دریا و مشاهدات ماهواره ای

روي برد اندازه گيري شده، تصحيحات جوي مثل تصحيح يونوسفر و تصحيح تروپسفر، تصحيح باياس وضع دريا و باياسهاي ارتفاع سنج اعمال مي شوند. براي تعيين ارتفاع ماهواره نسبت به سطح بيضوي رفرانس، تعيين دقيق موقعيت ماهواره در مدار آن ضروري است.

هوابرد LiDAR آبنگاری (ALH) برای اولین بار در اواسط دهه 1960 ، و سیستم نمونه ، مانند ایالات متحده 'هوابرد اقیانوس شناسی LiDAR ، لارسن 500 کانادا ، استرالیا WRELADS و فلاش سوئدی ، در میدان فرستاد شد تصور 1980. با این حال ، تا اوایل سال 1990 که فن آوری آمدند از سن و سیستم عملیاتی نشده بود ، از جمله نیروی دریایی سلطنتی استرالیا لیزر هوابرد عمق عمق (LADS) میدان فرستاد شدند ، ایالات متحده نیروی نظامی مهندسان ارتش 'اسکن Hydrographic عملیاتی هوابرد LiDAR نظر سنجی (SHOALS) ، و Hawkeyes دریایی مدیریت سوئدی است. این سیستم ها به واجد شرایط خاصی برای نمودار دریایی و بندر و بندر نقشه برداری برای دولت های متبوع خود را توسعه داده بودند.

اگرچه این سیستم ها ALH عملیاتی که در حال حاضر بالغ و از صنعت در دسترس هستند ، از آن شده است دولت های ملی ، یعنی استرالیا ، سوئد و ایالات متحده ، که رانده می باشند. با بیش از 8 سال تجربه در زمینه های عملیاتی و هزاران ساعت سیستم ، این همان دولت های ملی در حال حاضر مجددا ارزیابی نیازهای آنها و تدوین الزامات جدیدی که فراتر از قابلیت های سیستم های ALH اول بروید. با این حال ، صنعت خواهد بود کاملا با این چالش به قابلیت های مورد نیاز برای جمع آوری داده های جدید ، هزینه واحد ، سیستم محدودیت های اندازه ، و توانایی ادغام با سنسورهای مکمل. این مقاله ، فراهم می کند جامع و چند کشور مشاهده از آنچه آموخته شده است در خصوص ALH با مشاهده مستقیم به جایی که تکنولوژی و سیستم باید در 5 تا 10 سال باشد تا واجد شرایط پیش بینی. این الزامات شامل ، ولی نه محدود به ، نمودار دریایی ، بندر و بندر نقشه برداری ، مدیریت مناطق ساحلی ، و نظامی سریع ارزیابی زیست محیطی برای توصیف صفات ذات است .

هوابرد hydrographic بررسی سیستم های عامل در جهان امروز هستند محصولات استرالیایی ، سوئدی ، و ایالات متحده آمریکا برنامه های دولت ، هر یک از ملزومات توسعه در نظر سنجی های مختلف و بر اساس اهداف برنامه. هر یک از برنامه سفر راه مختلف و هر یک از موفقیت های مختلف را تجربه و شکست ، بلکه به عنوان نویسنده نشستم و همکاری در این مقاله ، آن را عجیب و مشخص شد که سهم همه ما همان چشم انداز دقیق برای آینده است.

کاربرد لایدار در جریان سنجی دریایی :

جاذبه ALH نهفته در توانایی آن برای تقویت کردن قابلیت های متعارف در نظر سنجی مقرون به صرفه روش ؛ عامل ظرف نسبتا روشن ، در مناطق کم عمق آب ، که در میان اکثر زمینه های پر هزینه ، خطرناک و زمان مصرفی مورد نیاز برای عملیات های کشتی و قایق می شود. به طور خلاصه ، راه اندازی نظر سنجی از وابستگی خود را در یک کشتی مادر یا پایه عامل محلی رنج می برند ، میزان پوشش آرام و آسیب پذیری به آسیب grounding ؛ ALH کرده است پتانسیل برای غلبه بر تمام این معایبی.

مزایای بالقوه هستند ALH قابل توجه خود ادامه خواهد داد و برای باز کردن فرصت های جدید در زمینه های متفاوت به عنوان مدیریت های منطقه ای و حمایت از رسوب .

روند توسعه ALH در حال حاضر به سوی ، کوچک تر ، ارزان تر و بیشتر سیستم های اتوماتیک است که بالقوه می شود غلاف سوار شده و یا حتی در وسایل نقلیه بدون سرنشین بگیرد هوابرد (UAV) پرواز. در نتیجه ، سیستم های آینده به احتمال زیاد به ارزان تر می شود به اجرا و ارائه درجه و حتی بیشتری از انعطاف پذیری دارد .

در حالی که Multibeam اکو Sounders (MBES) که انقلابی در نظرسنجی ها در حد متوسط و عمیق آب ، آنها را از تعدادی از اشکالاتی در مناطق بسیار کم عمق رنج می برد. اغلب به طور قابل ملاحظه است اثر ماشین چمن زنی خود را تا حد زیادی در آبهای خیلی کم عمق کاهش یافته ، در حالی که ALH عرض نوار ثابت باقی مانده است ، صرف نظر از عمق.

به طور معمول از یک راه باریک از 110m با 4m x 4m نقطه تراکم ؛ این به معنای آن است که قادر به مجموعه های جمع آوری داده های انبوه در آبهای کم عمق که از سیستم های مرسوم آکوستیک را چند بار دیگر به جمع آوری کند.

مثال خوبی از جزئیات که در آب کم عمق قابل حصول است. این اطلاعات شامل مساحت تقریبی 1000 mx 2000 متر و نشان می دهد که دو مجموعه از sand waves متقاطع است که در عمق 6.5M عمومی در طی یک نظرسنجی اخیر در باهاما پیدا شده است. مقیاس عمودی شده است اغراق آمیز به برجسته کردن این ساختار ، اما از بالاترین sand waves تنها 1.1M بالا در حالی که عرض آنها متفاوت بوده و از 15 -- 50 متر است.

LiDAR هوابرد دارای یک ابزار به طور کامل عملیاتی برای نقشه برداری hydrographic در سال های اخیر تبدیل شده. در حال حاضر چهار عمق سنجی لیزر هوابرد (ALB) سیستم عامل ها در سراسر جهان وجود دارد. یک سیستم که ایالات متحده ، نیروی نظامی مهندسان ارتش اسکن Hydrographic عملیاتی هوابرد LiDAR نظر سنجی (SHOALS) را همزمان اندازه گیری عمق آب و توپوگرافی سطح مجاور. تصاویر هوابرد hyper spectral از فشرده هوابرد Spectrographic Imager (CASI) ثابت شده است را به یک ابزار ارزشمند برای اندازه گیری و تجزیه و تحلیل ساحلی. وضوح طیفی CASI از گروههای موسیقی برای هر 288 پیکسل را اجازه می دهد تا فضایی برای استخراج مقدار گسترده ای از اطلاعات از قبیل شفافیت آب ، درجه حرارت آب ، نوع پایین ، عمق سنجی ، و نیز کیفیت آب (کلروفیل ، کربن آلی محلول ، و مواد معدنی به حالت تعلیق) ، انواع خاک و گونه های گیاهی. به منظور ALB برای دستیابی به توانایی جامع hydrographic ، سنسورهای اضافی می باید یکپارچه شده است. با ترکیبی از SHOALS و CASI خواهد بود گام قابل توجهی در توانایی انجام کامل بررسی hydrographic برای ALB. نظرسنجی ها با استفاده از این ترکیب از دو سنسور اطلاعات مربوط به ارزش برای سازمان های مختلف ارائه می کنند. ایالات متحده نیروی نظامی مهندسان ارتش نیازهای اطلاعاتی که در رسوب نظارت بر حمل و نقل و مدیریت منطقه ای رسوب کمک. نیروی دریایی اقیانوس شناسی دفتر (NAVOCEANO) با استفاده از سیستم ALB برای جمع آوری اطلاعات در مورد hydrographic منطقه ساحلی برای war fighter. با اضافه کردن قابلیت hyper spectral ، NAVOCEANO ممکن است قادر به افزایش توانایی خود را به سرعت ارائه یک تصویر کامل تر محیط زیست است.

نرم افزاری برای تملیک و پردازش کمعمق آب Multibeam سونار و دیجیتال ساید اسکن سونار داده ها ساحل نظر سنجی ادامه دارد به منظور توسعه تکنیک های اجرایی مورد نیاز برای جلسه ما را به انجام کامل از پایین به پرسشنامه های تحت پوشش مناطق حساس ناوبری و تعیین کم عمق و موقعیت جغرافیایی گسسته انسداد یا نواحی کم عمق شدن. ساحل نظر سنجی Multibeam گروه کاری در حال توسعه شده است و روشهایی برای اکتساب و پردازش از عمق سنجی multibeam ، با تصاویر آن ، و سمت towed اسکن سونار (SSS) مجسمه سازی ، از سال 1994. در این تکنیکها در عمومی سیستم "حداقل" هستند مانند راه اندازی مبتنی بر سیستم مبتنی بر multibeam و می توان به راحتی به سیستم عامل بزرگتر و سنسورهای اضافی فلس دار. بطور کلی ، تهیه سخت افزار و نرم افزار مورد استفاده توسط ساحل نظر سنجی محصولات تجاری هستند که قادر به گرفتن ورودی از انواع سنسور و نوشتن داده ها در نرم افزار پردازش - پشتیبانی از فرمت های. تنوع و گوناگونی سیستم های multibeam به ساحل توسط سازمان تامین می شود را ملزم به مرحله اکتساب عمل بطور مستقل از پردازش فاز. ساحل سازمان همچنین باید به توانایی پردازش اطلاعات را از نهادهای دولتی دیگر داشته باشد.

دفتر ساحل نظر سنجی کرده است در طراحی و توسعه تکنولوژی از سال ALH 1970s مشارکت داشته است. ساحل نظر سنجی در طراحی و توسعه ارتش آمریکا از مهندس اسکن Hydrographic عملیاتی هوابرد Lidar نظر سنجی (SHOALS) درگیر شد و نظام همچنان به طور فعال در داده های درگیر تضمین کیفیت ، ارتقا سیستم ، توسعه و الگوریتم های پیشرفته. در سال 1995 ، نظر سنجی در ساحل گزارش مقایسه نتایج یک نظرسنجی در آزمون SHOALS با کسانی که از انعکاس سنج صدا سنتی NOAA و سمت اسکن سونار در بررسی این روش ها به تمپا ، فلوریدا (رایلی ، 1995). از آن زمان ، نظر سنجی تا به ساحل SHOALS پروژه ها در این روش ها به Gaviota و الوود ، کالیفرنیا در سال 1996 ، حمایت و رویکرد به میامی و اورگلیدز بندر فلوریدا در سال 1997. این مطالعات نشان داده اند که عمق NOAA
Hydrographic سفارش سازمان بین المللی استاندارد 1 برای عمق و دقت و موقعیت. در واقع ، عمق سنجی SHOALS از بررسی های کالیفرنیا است در حال حاضر برای درخواست به نمودار NOAA وارد می شود. در عین حال ، با این حال ، تجربه نشان داده است که تشخیص عملیاتی navigationally کوچک با استفاده از ویژگی های قابل توجه SHOALS ، و با هر فرمت ALH ، باید به دقت دقیق. ساحل نظر سنجی تا به انجام آنالیز ریاضی را بر اساس سیستم SHOALS به مدل احتمال تشخیص انسداد در قسمت دریا با ALH (Guenther و همکاران ، 1996). برای تشخیص احتمال تغییرات در چگالی صدایی ، عمق ، تمیزی آب modeled بود ، و اندازه هدف. دو دسته از تشخیص بودند تعریف شده است. "نوع - 1" تشخیص زمانی اتفاق می افتد بازگشت از هر دو هدف و به انتهای دریا می تواند به صورت جداگانه discerned و اندازه گیری در پردازش خودکار شکل موج. "نوع 2" تشخیص زمانی رخ می دهد ، اگر چه هدف از پایین ، عمق مشخص از پردازش خودکار شکل موج دقت (نه بیش از 10 سانتی متر عمیق تر) به طور جداگانه نشان نمی discerned دست کم عمق از هدف باشد. بدون تشخیص زمانی اتفاق می افتد هدف است روشن نیست ، و یا وقتی که موج از هدف روشن و یا تا حدی روشن کند برگردانده نمی شوند هر کدام از معیارهای بالا کلیک کنید. نتایج زیر کلید نتیجهگیری میکنند و خلاصه به طور مستقیم (اما انتخابی و تا حدودی فشرده) از کاغذ Guenther و همکاران : هدف احتمال تشخیص در تعیین منطقه تشخیص "بنا شده است" در داخل سلول مربع نمونه به نمایندگی از لیزر ضربه متوسط فاصله. از آنجا که همه نقاط در داخل مربع بطور یکسان موقعیت به احتمال زیاد برای این مرکز از دیسک مقصد ، هدف احتمال تشخیص منطقه تشخیص تقسیم بر مساحت سلول است. در درون سلول نماینده ، یک مربع 4m x 4m ، هدف شناسایی منطقه به عنوان منطقه ای که در داخل مربع تعریف شده است که در آن موفق و یا نوع 1 نوع 2 تشخیص زمانی اتفاق می افتد ، از جمله در آزمون ضریب انقراض مقصد ، هنگامی که مرکز دیسک مورد نظر را در یک منطقه است. مناطق هدف برای تشخیص موارد متفاوت است دستی با حرکت مرکز به مقصد نقاط مختلف در داخل سلول نمونه برداری و بررسی شکل موج حاصل برای نوع 1 و نوع 2 detections بیش از نه معیار انقراض مشخص می شود. از آنجا که هدف شناسایی مناطق به سلول های مجاور روی هم افتادن ، شناسایی کل منطقه در یک سلول صنفی شناسایی مناطق است که از سلول و سلول های اطراف آن می باشد.


برچسب‌ها: خوندنی ومتن با ارزش