ساعات برداشت تصاویر ماهواره‌ ای ایران

پیشگفتار در مورد ساعات برداشت ماهواره‌های سنجش از دور روی ایران

این مقاله به‌طور علمی ساعات برداشت تصاویر  (Overpass Times) سنجنده‌های اصلی سنجش از دور را روی کشور ایران بررسی می‌کند. ابتدا اصول مدارهای خورشیدآهنگ (Sun-synch orbit) و پارامترهای فیزیکی مؤثر توضیح داده شده است و سپس با استفاده از معادلات مداری مثال‌های عددی برای ماموریت‌های متداول (Landsat، Sentinel-2، MODIS، Planet) محاسبه شده است و در پایان تقویم‌ زمانی و توصیه‌های کاربردی برای برنامه‌ریزی برداشت داده های سنجنده ها ذکر شده است.

نوشته شده توسط واحد سنجش از دور – گروه ژئومتیکس شرکت زمین پی جویان نگار 

ایمیل گروه : geomatics@zpnegar.com

مدت زمان مطالعه: ۵ دقیقه

اصول مدارهای خورشیدآهنگ و تعریف Overpass Time

• سنجنده‌های خورشیدآهنگ (Sun-synchronous) طوری طراحی می‌شوند که زمان محلی خورشید (Local Solar Time) عبور از نقطهٔ مشخصی روی زمین تقریباً ثابت باشد (مثلاً حوالی 10:00 صبح به وقت محلی ایران). به طور کلی این خصوصیت برای تصاویر نوری که به نور خورشید وابسته‌اند اهمیت بسیاری دارد و علت آن  کنترل سایه و بازتاب می باشد.

• Overpass Time: زمان محلی که مرکز تصویر/خط زیرماهواره (nadir) از روی یک مختصات جغرافیایی عبور می‌کند. برای ماهواره‌های LEO (Low Earth Orbit) این زمان معمولاً صبح زود تا ظهر است (برای ماهواره‌های اپتیکی خورشیدآهنگ).

جهت آشنایی بیشتر با نحوه عضویت در سایت های مرتبط با ماموریت های متداول سنچنده های گوناگون و امکان دانلود رایگان داده های این سنجنده ها می توانید از محتوای کارگاه ذیل بهره ببرید: 

کارگاه آموزش عضویت و دانلود تصاویر ماهواره ای مخصوص اعضای ویژه

روش محاسبهٔ دورهٔ مداری

دوره مداری یک ماهواره عبارت است از مدت زمانی که ماهواره برای یک گردش کامل به دور زمین نیاز دارد. این دوره به‌طور مستقیم به ارتفاع ماهواره از سطح زمین بستگی دارد: هرچه ماهواره بالاتر باشد، مسیر دور زمین برای آن طولانی‌تر است و بنابراین زمان گردش افزایش می‌یابد.

عوامل مؤثر

• ارتفاع ماهواره: مهم‌ترین عامل؛ افزایش ارتفاع به معنی دوره مداری طولانی‌تر است.

• شکل و اندازه مدار: مدارهای نزدیک به دایره برای اغلب ماهواره‌های سنجشی متداول هستند و پارامترهایی مانند نیم‌محور بزرگ بر دوره تأثیر می‌گذارد.

• ثوابت فیزیکی زمین: جرم و شعاع مؤثر زمین در محاسبات نقش دارند و کافی است بدانیم این مقادیر ثابت‌اند و فقط ارتفاع تغییرپذیر است.

مثال عددی ۱ — ماهوارهٔ Landsat (ارتفاع حدود ۷۰۵ کیلومتر)

برای ماهواره Landsat که در ارتفاعی نزدیک به ۷۰۵ کیلومتر از سطح زمین قرار دارد، دوره مداری محاسبه شده تقریباً معادل ۹۸.۹ دقیقه است. به عبارت دیگر، این ماهواره در هر 24 ساعت حدود ۱۴.۸ مدار کامل به دور زمین می‌زند. این مقدار نشان‌دهنده یک ماهواره مدار نزدیک به زمین با بازه زمانی زیرِ دو ساعت برای هر مدار است.

مثال عددی ۲ — ماهوارهٔ Sentinel-2 (ارتفاع حدود ۷۸۶ کیلومتر)

ماهواره Sentinel-2 که در ارتفاعی کمی بالاتر، حدود ۷۸۶ کیلومتر پرواز می‌کند، دورهٔ مداری‌ای نزدیک به ۱۰۰.۶ دقیقه دارد. این مقدار به این معنی است که Sentinel-2 در هر شبانه‌روز تقریباً ۱۴.۳ بار زمین را دور می‌زند و دورهٔ آن نسبت به Landsat کمی طولانی‌تر است، چرا که ارتفاعش بیشتر است.

از آنجا که دوره مداری مستقیما با ارتفاع مرتبط است، مهندسان و برنامه‌ریزان ماموریت می‌توانند با دانستن ارتفاع ماهواره، به‌سرعت تخمینی از بازه زمانی بین عبورها (revisit) و تعداد مدارها در روز به‌دست آورند. برای کاربردهای سنجش از دور که نیاز به هماهنگی زمانی دارند (مثلاً تصویرگیری در یک ساعت محلی ثابت)، این اطلاعات پایه‌ای اهمیت زیادی دارد.

زمان‌های عبور سنجنده‌ های متداول بر روی ایران و یا ساعات برداشت ماهواره در ایران

ذکر این نکته دارای اهمیت است که ساعات به وقت محلی ایران، UTC+3:30 زمستان؛ UTC+4:30 تابستان می باشند و در این مقاله زمان‌های محلی عمومی آورده شده‌اند.

نکته علمی در مورد جدول فوق: علت تمرکز زمانی حوالی ۱۰ صبح برای ماهواره‌ های اپتیکی، سازگاری با شرایط نور خورشید (زاویهٔ خورشید نسبت به سطح و کنترل سایه) و جلوگیری از گرادیان حرارتی صبح زود یا عصر است.

برای مشاهده ساعات برداشت ماهواره در ایران و دیگر مناطق زمین و هچنین اطلاع از زمان عبوری سنجنده‌ها و دانلود داده‌ها به یکی از آدرس ها زیر مراجعه فرمایید:

CelesTrak | ESA Sentinel Hub

بازه‌های زمانی، پوشش تکراری (Revisit) و دقت زمانی

• Revisit time (زمان بازدید) دو نوع است: بازدید تکراری همان ماهواره (revisit of same sensor/track) و revisit مؤثر که شامل ماهواره‌های متعدد می‌شود (مثل Sentinel-2A+B).

مثال: Sentinel-2A+B → revisit مؤثر ≈ 5 روز در یک نقطه، PlanetScope → revisit روزانه (بخاطر تشکیل صورت فلکی از تعداد زیادی Dove)

• برای برنامه‌ریزی جمع‌آوری سری زمانی (time-series) در کارهای اکتشافی لازم است بین دقت مکانی (spatial resolution) و دقت زمانی (temporal resolution) تعادل برقرار کنید.

اثرات زاویهٔ ساعتی، فصل و شرایط ابری

• Local Solar Time ثابت در مدارهای خورشید آهنگ کمک می‌کند که تصاویر در زمان‌های مشابه نوری گرفته شوند؛ اما زمان محلی ثابت به معنی یکسان بودن شرایط سطحی نیست — فصل و زاویهٔ خورشید (sun elevation) همواره در حال تغییر است.

• ابر و شرایط جوی: در ایران، در فصل‌ های سرد یعنی پاییز و زمستان و در فصل بهار مسأله ابر و مه افزایش می یابد؛ برای کارهای اکتشافی بهتر است از تصاویر راداری (SAR) مثل Sentinel-1 در فصل‌هایی که ابر زیاد وجود دارد، استفاده شود.

کاربرد عملی برای اکتشاف معدنی و نظارت محیطی

• اکتشاف معدنی: استفاده از تصاویر چندطیفی (multispectral) در زمان ثابتی از روز (مثلاً ۱۰:۰۰ صبح) باعث ثبات در مقایسهٔ شاخص‌هایی مثل NDVI، شاخص‌های ژئوشیمیایی معکوس یا تغییرات بازتاب سطحی می‌شود.

• نظارت تغییرات سریع: برای پایش سیل، رانش زمین یا رویدادهای بلادرنگ، استفاده ترکیبی از Planet (بازدید روزانه) و Sentinel-1 (غیر وابسته به ابر) توصیه می‌شود.

• پردازش زمان-سری: برای تحلیل روندها از الگوریتم‌هایی مثل BFAST یا Time-series decomposition استفاده کنید و داده‌ها را بر اساس زمان محلی سنجنده همگام‌سازی کنید.

پرسش‌های متداول در مورد ساعات برداشت ماهواره در ایران (FAQ)

پرسش: آیا همهٔ تصاویر یک سنجنده دقیقاً در همان دقیقه از روز ثبت می‌شوند؟
پاسخ: خیر — Overpass Time معمولاً حوالی یک دقیقه/بازه مشخص است، ولی اختلاف‌های زمانی کوچک، انحراف مسیر (off-nadir tasking)، و تأخیر پردازش می‌تواند باعث تغییر شود.

پرسش: برای کار در مناطق ابری ایران چه سنجنده‌هایی مناسب‌اند؟
پاسخ: Sentinel-1 (SAR) بهترین گزینه برای نفوذ ابر است؛ همچنین ترکیب MODIS برای پوشش وسیع و Sentinel/Planet برای رزولوشن بالا مفید است.

پرسش: چگونه مطمئن شوم چه زمانی یک سنجنده خاص دقیقاً از روی مختصات من عبور می‌کند؟
ج: از سرویس‌های محاسبهٔ overpass (مثلاً APIهای اپراتورهای ماهواره‌ای یا سرویس‌های آنلاین مانند CelesTrak/Heavens-Above/Planet tasking) استفاده کنید که زمان عبور به‌صورت لحظه‌ای محاسبه می‌کنند.