کاربرد تصاویر ماهواره ای پریسما در زمین شناسی

مدت زمان مطالعه: ۵ دقیقه

نوشته شده توسط: زمین پی جویان نگار

تاریخ انتشار: ۱۴۰۲/۱۲/۲۱

تصاویر ماهواره ای پریسما 

تصویربرداری ابرطیفی (فراطیفی) یک تکنیک قدرتمند می باشد که امکان ضبط و تجزیه و تحلیل طیف گسترده ای را جهت مطالعات طیفی فراهم می نماید. برخلاف روش‌های تصویربرداری قدیمی که تنها تعداد محدودی طیف رنگی را ثبت می نمودند، سنسورهای تصویربرداری ابرطیفی، طیف های دقیقی را برای هر پیکسل در یک تصویر دریافت می نمایند. این ویژگی به این معناست که به جای دریافت طیف های ساده رنگی توسط سنسورها مانند قرمز، سبز و آبی، سنسورهای ابرطیفی می‌توانند صدها و یا حتی هزاران باند طیفی را ثبت کنند و اطلاعات زیادی در مورد ترکیب شیمیایی، خواص فیزیکی و سایر ویژگی‌های اجسامی که در برابر این سنسورها قرار گرفته اند را ارائه دهند.

مزیت اصلی تصویربرداری ابرطیفی (فراطیفی) در تجزیه و تحلیل حجم وسیعی از داده ها می باشد. با تجزیه نور به اجزای طیفی مجزا، سنسورهای ابرطیفی می‌توانند اطلاعاتی را که برای چشم انسان نامرئی است، ثبت کنند. این قابلیت، تشخیص و شناسایی طول طیف‌های الکترومغناطیسی را فراهم می کند که با افزایش دقت سنسورها، دقت در تحقیقات علمی، نظارت بر محیط‌زیست، زمین شناسی و فعالیت های معدنی ارتقا می یابد. در حال حاضر یکی از ماهواره هایی که به سنسور تصویربرداری ابرطیفی مجهز می باشد، ماهواره پریسما (PRISMA) است. در این مقاله اطلاعاتی درباره پروژه پریسما، متعلق به آژانس فضایی ایتالیا (Italian Space Agency)  آورده شده است.

ماموریت و اهداف ماهواره پریسما 

ماهواره ابرطیفی پریسما (PRISMA – Precursore IperSpettrale della Missione Applicativa) سفر خود به فضا را در ۲۲ مارس ۲۰۱۹ (دوم فروردین ۱۳۹۸) از پایگاه کورو (Kourou) و با پرتاب کننده VEGA آغاز کرد. کنترل ماموریت پریسما در مرکز فضایی فوچینو (Fucino Space Centre) صورت گرفته است (Telespazio – Leonardo 67٪، Thales 33٪). این ماهواره مجهز به یک حسگر (سنجنده) الکترواپتیکی ابرطیفی (فراطیفی) می‌باشد که هدف آن مشخص کردن پتانسیل تصویربرداری ابرطیفی (فراطیفی) برای پایش محیط، مدیریت منابع و سایر کاربردها است. پریسما با ارائه داده های با کیفیت فراطیفی، دانشمندان و محققان زمین شناسی و معدنی را قادر می سازد تا از سطح زمین و فعل و انفعالات پیچیده آن اطلاعات ارزشمندی به دست آورند. مشخصات کلی ماهواره پریسما در زیر آورده شده است:

• کاربرد: مشاهده زمین
• کارفرما: آژانس فضایی ایتالیا
• پیمانکاران: Carlo Gavazzi Space SpA
• تجهیزات: سنجنده ابرطیفی / دوربین پانکروماتیک
• پیشرانه: رانشگرهای هیدرازینی
• تامین نیرو: سلول های خورشیدی / باتری

ویژگی ها و قابلیت های کلیدی پریسما

ماهواره پریسما، حامل یک سنسور ابرطیفی (فراطیفی) می باشد که زنجیره ای از ۲۵۰ باند طیفی در محدوده ۴۰۰ تا ۲۵۰۰ نانومتر را با وضوح ۳۰ متر  در بر می گیرد. عرض فواصل نمونه برداری طیفی بیش از ۱۲ نانومتر می باشد که از این ۲۵۰ باند طیفی، ۱۷۳ باند در بخش مادون قرمز موج کوتاه (SWIR) و در محدوده ۹۲۰ – ۲۵۰۰ نانومتر و ۶۶ باند در بخش مادون قرمز نزدیک (VNIR) و در محدوده ۴۰۰-۱۰۱۰ نانومتر قرار دارند. علاوه بر سنجنده ابرطیفی، ماهواره پریسما به یک دوربین پانکروماتیک مجهز می باشد که یک باند واحد در محدوده طول موج ۴۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر با وضوح ۵ متر را ثبت می نماید. ماهواره پریسما (PRISMA) به فناوری تصویربرداری پیشرفته مجهز  می باشد تا داده های ابرطیفی را با دقت استثنایی ضبط و پردازش نماید. در این بخش برخی از ویژگی ها و قابلیت های کلیدی آن آورده شده است:

• وضوح طیفی بالا: پریسما قادر به تهیه داده های فراطیفی با سطح تفکیک طیفی بالا می باشد که امکان شناسایی، تجزیه و تحلیل طیف های مختلف را فراهم می کند و این وضوح طیفی بالا، دانشمندان و محققان را قادر می سازد تا پدیده های مختلف را با دقت زیادی شناسایی کنند.
• محدوده طیف گسترده: سنجنده پریسما می تواند داده های ابرطیفی را در دامنه گسترده ای از طیف الکترومغناطیسی (از مناطق مرئی گرفته تا مناطق مادون قرمز نزدیک و موج کوتاه) ثبت کند و این قابلیت امکان شناسایی، تجزیه و تحلیل طیف متنوعی از پدیده ها را فراهم می نماید.
• پردازش، تجزیه و تحلیل داده ها: مرکز پردازش تصاویر ماهواره ای پریسما مجهز به الگوریتم های پیچیده پردازش، تجزیه و تحلیل داده ها می باشد که سبب استخراج اطلاعات ارزشمندی از داده های ابرطیفی میشود. از الگوریتم های مورد استفاده در مرکز تحلیل تصاویر ماهواره ای پریسما می توان برای شناسایی و طبقه بندی پدیده‌های مختلف زمین شناسی، زیست محیطی و کشاورزی استفاده کرد.
• ادغام داده ها: تصاویر ماهواره ای پریسما به عنوان یک داده ابرطیفی می تواند با انواع دیگر داده های سنجش از راه دور، مانند داده های چند طیفی و راداری، ادغام شود تا اطلاعات ارزشمندی از سطح زمین بدست آورد.
• دسترسی به داده ها: دسترسی آسان به داده های ابرطیفی پریسما (تصاویر ماهواره ای پریسما) به زمین شناسان و مهندسین معدن این اجازه را می دهد تا داده ها را برای نیازهای زمین شناسی و معدنی خود به راحتی دانلود نمایند و بر اساس اهداف پروژه های سنجش از دور خود این تصاویر را تجزیه و تحلیل کنند. آژانس فضایی ایتالیا دسترسی به داده های پریسما را صرفا جهت مقاصد علمی و پژوهشی و همچنین تبادل دانش برای مهندسین معدن و زمین شناسان و دیگر فعالان سنجش از دور ممکن ساخته است.

در تصویر بالا تفاوت دو تصویر ماهواره ای چند طیفی Landsat 9 و ابرطیفی  PRISMA را می توانید مشاهده نمایید. تصویر سمت چپ متعلق به لندست ۹ بوده و تصویر سمت راست مربوط به پریسما می باشد.

کاربرد تصاویر ماهواره ای پریسما  

 برخی از کاربردهای کلیدی داده های پریسما در زیر آورده شده است:

• پایش محیطی: از داده های پریسما می توان برای پایش و ارزیابی سلامت اکوسیستم ها، شناسایی آلاینده های زیست محیطی، پایش تغییرات سطحی زمین و کاربری زمین و مطالعه تأثیر فعالیت های انسانی بر محیط زیست مورد استفاده قرار داد. داده های ابرطیفی دانشمندان و دوستداران محیط زیست را قادر می سازد تا تصمیمات آگاهانه ای اتخاذ کنند و اقدامات موثری برای حفظ محیط زیست انجام دهند.
• کشاورزی: تصاویر ماهواره ای پریسما به عنوان یک داده ابرطیفی جهت نظارت بر سلامت محصولات کشاورزی، تشخیص کمبود مواد مغذی، شناسایی آفات، بهینه سازی روش های آبیاری و کود دهی استفاده می‌شوند. آنالیز تصاویر ماهواره ای پریسما به کشاورزان در بهبود عملکرد محصول و تضمین شیوه‌های کشاورزی پایدار کمک می نماید.
• زمین شناسی و معدن: از تصاویر ماهواره ای پریسما می توان برای نقشه برداری و توصیف سازندهای زمین شناسی، شناسایی ذخایر معدنی و تشخیص تغییرات در سنگ ها و کانی ها استفاده کرد. با تجزیه و تحلیل طیف های گوناگون در تصاویر ماهواره ای پریسما به عنوان یک داده فراطیفی می‌توان اطلاعات ارزشمندی در مورد ترکیب، ساختار و ذخایر بالقوه معدنی و زمین شناسی ارائه نمود و به اکتشاف و مدیریت منابع معدنی کمک به سزایی می نماید.

“شرکت زمین پی جویان نگار به عنوان یک شرکت هوشمند اکتشاف مواد معدنی و زمین شناسی، آنالیز های سنجش از دور خود را در پروژه های پی جویی و اکتشاف مواد معدنی بر روی تصاویر ماهواره ای پریسما انجام می دهد. این شرکت تمامی مطالعات مربوط به سنجش از دور را با بالاترین کیفیت و به صورت هوشمند برای کارفرمایان خود ارائه می نماید.”  جهت کسب اطلاعات بیشتر کلیک نمایید….

• برنامه ریزی شهری و توسعه زیرساخت: از تصاویر ماهواره ای پریسما می توان جهت ارزیابی دمای، نظارت بر گسترش شهری، شناسایی و نظارت بر تغییرات در زیرساخت ها و تجزیه و تحلیل کیفیت محیط های شهری استفاده نمود. داده‌های ابرطیفی مانند تصاویر ماهواره ای پریسما می‌توانند به برنامه‌ریزان شهری و سیاست‌گذاران در تصمیم‌گیری آگاهانه در مورد کاربری زمین، توسعه زیرساخت‌ها و مدیریت زیست‌محیطی کمک نمایند.
• جنگلداری و حفاظت از تنوع زیستی: از تصاویر ماهواره ای پریسما جهت نظارت بر سلامت جنگل، شناسایی و نقشه برداری گونه های درختی، ارزیابی تأثیر اختلالاتی مانند آتش سوزی و شیوع حشرات و مطالعه الگوهای تنوع زیستی استفاده می گردد. با تجزیه و تحلیل باندهای گوناگون تصاویر ماهواره ای پریسما انواع مختلف پوشش گیاهی، ترکیب و اهمیت اکولوژیکی آن‌ها ارائه می شود. این اطلاعات استخراج شده از داده فراطیفی پریسما سبب حفاظت و مدیریت جنگل‌ها و تنوع زیستی می گردد.
• پایش کیفیت آب: تصاویر ماهواره ای پریسما را می توان برای نظارت بر کیفیت آب، شناسایی و نقشه شکوفه های جلبکی، شناسایی آلاینده ها و ارزیابی سلامت اکوسیستم های آبی استفاده کرد. با تجزیه و تحلیل طیف های گوناگون تصاویر پریسما، اطلاعات ارزشمندی در مورد غلظت، توزیع و اثرات بالقوه زیست‌محیطی ارائه میگردد و به مدیریت و حفاظت از منابع آب کمک می نماید.

کاربرد داده های ابرطیفی (فراطیفی) PRISMA

تصاویر ماهواره پریسما و کاربردهای آن در زمین شناسی و فعالیت های معدنی

ماهواره پریسما در اکتشاف ذخایر بالقوه معدنی، فعالیت های زمین شناسی و معدنی انقلابی نوین ایجاد کرده است، پریسما با قابلیت‌های تصویربرداری و فناوری پیشرفته، چشم‌انداز منحصر به ‌فردی را برای کارشناسان سنجش از دور زمین شناختی، مهندسین معدن و زمین شناسان ارائه میدهد. این ماهواره پیشرفته مجهز به حسگرهای چند طیفی و فراطیفی می باشد که  داده های دقیق را در طیف گسترده ای از طول موج ها ثبت می نمایند.

فناوری سنجش از دور ابزاری است که برای بیش از چهار دهه، کاربردهای آن در زمین‌شناسی به خوبی اثبات شده است. هدف اصلی سنجش از دور، شناسایی و اندازه‌گیری پدیده های سطح زمین، با استفاده از طیف‌های بازتابی کالیبره‌شده به‌عنوان تصاویری در صدها نوار طیفی پیوسته است که معمولاً این طیف ها از طیف مادون قرمز نزدیک و مرئی (VNIR؛ 400 تا 1300) به نواحی مادون قرمز موج کوتاه (SWIR؛ 1300 تا 2600 نانومتر) می باشند و از آنجایی که ماهواره پریسما دارای، 173 باند در محدوده ۹۲۰-۲۵۰۰ نانومتر در بخش مادون قرمز موج کوتاه (SWIR) و ۶۶ باند در محدوده ۴۰۰-۱۰۱۰ نانومتر در بخش مادون قرمز نزدیک (VNIR) می باشد، برای مطالعات زمین شناسی، اکتشاف مواد معدنی و فعالیت های معدنی بسیار کاربردی است.

بعضی از کانی های تشکیل دهنده سنگ ها و دگرسانی ها، جذب طیفی مشخصی را در محدوده‌های طول موج (VNIR,SWIR) نشان می‌دهند و این محدوده‌های طول موج برای کاربردهای سنجش طیفی زمین‌شناسی مناسب می‌باشند. اغلب کارشناسان سنجش از دور، زمین شناسان و مهندسین معدن جهت انجام آنالیز های سنجش از دور از نرم‌افزار های سنجش از دور استفاده می نمایند که این نرم افزارها دارای محدودیت هایی می باشند. شرکت زمین پی جویان نگار جهت انجام آنالیز های سنجش از دور در پروژه های پی جویی و اکتشافی خود علاوه بر استفاده از نرم افزارهای رایج سنجش از دور مانند ENVI از روش های هوشمند هوش مصنوعی محور، جهت آنالیز تصاویر ماهواره ای استفاده می نماید. همچنین این شرکت برای اجرای مطالعات سنجش از دور به جای استفاده از کتابخانه طیفی سازمان زمین شناسی آمریکا که به عنوان یک کتابخانه طیفی متداول برای کارشناسان سنجش از دور، زمین شناسان و مهندسین معدن می‌باشد، از کتابخانه طیف محلی (نمونه های محلی که توسط شرکت زمین پی جویان نگار برداشت شده و آنالیز گردیده اند)، استفاده می نماید تا مطالعات سنجش از دور خود را با بالاترین کیفیت و نتیجه مطلوب  اجرا نماید.

در نهایت از مهمترین کاربردهای ماهواره پریسما میتوان به نقشه برداری و پایش ویژگی های زمین شناسی و شناسایی ذخایر معدنی بالقوه اشاره کرد که با تجزیه و تحلیل اطلاعات طیفی دریافت شده توسط سنسور ابرطیفی، زمین شناسان و مهندسین معدن می توانند حضور دگرسانی های مرتبط با مواد معدنی مختلف را شناسایی کنند که این اطلاعات جهت دستیابی به منابع معدنی اقتصادی بسیار مهم می باشند.

نتیجه گیری و چشم انداز ماهواره پریسما در زمین شناسی و فعالیت های معدنی

ماهواره پریسما بدون شک انقلابی در زمینه زمین شناسی و معدن ایجاد کرده و قابلیت ها و کاربردهای تصویربرداری پیشرفته آن فرصت های جدیدی را جهت شناسایی ذخایر معدنی ارزشمند فراهم ساخته است. با ارائه تصاویر و داده های طیفی با وضوح بالا، فناوری ماهواره پریسما رویکردی مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست برای اکتشاف و ارزیابی منابع ارائه می دهد و پیشرفت های مداوم در فناوری حسگر و تکنیک های تجزیه و تحلیل داده ها، دقت و وضوح داده های ثبت شده را بیشتر افزایش می دهد که سبب نقشه برداری دقیق تر و جامع تری در اکتشافات معدنی و مطالعات زمین شناسی می شود. تصاویر ماهواره ای پریسما بدلیل تعداد باندهای طیفی بیشتر مطمئنا سبب افزایش دقت در شناسایی دگرسانی های موجود بر روی سطح زمین می گردند و می توان به عنوان یکی از تصاویر اصلی همانند تصاویر لندست ۹ و یا استر از تصاویر ماهواره ای پریسما جهت مطالعات زمین شناسی و اکتشاف مواد معدنی استفاده نمود.