• چهارشنبه ۲۲ آبان ۱۳۹۸
  • |

آمار سایت

  • تمام بازديد‌ها: 1606477 بازدید
  • بازديد 24 ساعت قبل: 2655 بازدید
  • مهمانان حاضر در زیرپورتال: 34 کاربر
  • کاربران حاضر در زیرپورتال:0 کاربر

ورود به سایت

طیف سنجی و کاربردهای آن

با وجود پتانسیل بالای فناوری سنجش از دور و داده های ماهواره ای در زمینه های مختلف، بایستی توجه نمود که استفاده صحیح و عملی از این داده ها در مطالعات علوم زمین و سایر موارد مستلزم تفسیر درست این اطلاعات جهت شناسایی و استخراج پارامترهای فیزیکی پدیده های مورد مطالعه است. به عبارت دیگر باید قبل از استفاده عملی از این داده ها برای تفسیر صحیح و اصولی، اقدام به شناسایی پدیده های مختلف مرتبط با موضوع مورد مطالعه و استخراج پارامترهای فیزیکی آن گردد. برای ایجاد شرایط لازم جهت تفسیر صحیح داده های سنجش از دور، لازم است تا ضمن بازسازی روند تصویربرداری توسط سنجنده های مختلف، واقعیت فیزیکی عوارض موجود در این تصاویر نیز مشخص گردد. این امر با بررسی رفتار طیفی عوارض زمینی و جمع آوری اطلاعات آموزشی از مناطق مورد مطالعه محقق می شود. به عبارت دیگر، مدل سازی مورد نیاز جهت تبدیل داده های خام ارائه شده از سنجنده ها به پارامترهای فیزیکی و معنی دار از عوارض مورد تصویربرداری، نیاز به انجام آزمایش های محیطی با هدف طیف سنجی و رادیومتری دارد. اطلاعات حاصل از این آزمایش ها برای رفتار سنجی ماهواره و تعمیم به سایر تصاویر مورد استناد قرار می گیرند. بر این اساس می توان چنین نتیجه گرفت که فناوری سنجش از دور به عنوان مهم ترین روش جمع آوری و اخذ اطلاعات از پدیده-های سطح زمین مطرح می شود و برای تفسیر صحیح اطلاعات خروجی از آن نیازمند یکسری بررسی های طیف سنجی و رادیومتری می باشد. طیف سنجی یکی از روش های مورد استفاده برای دریافت اطلاعات از یک ماده با استفاده از بررسی برهم کنش نور و ماده مورد نظر می باشد. طیف سنجی، به فرایند تعیین شاخص‌های طیفی بازتاب شده و یا تابش شده از سطح اجسام اطلاق می‌گردد.

از لحاظ تاریخی طیف سنجی به شاخه ای از علم برمی گردد که نور مرئی برای مطالعات نظری در ساختار ماده و آنالیزهای کیفی و کمی استفاده می شد؛ گرچه اخیراً به عنوان یک روش جدید نه فقط برای نور مرئی بلکه بسیاری از اشکال تابش های الکترومغناطیسی به کاربرده می شود .در منابع مختلف از اصطلاحات متفاوتی برای عبارت طیف سنجی استفاده شده است. اسپکتروسکوپی و یا اسپکتروسکوپی بازتابشی روش های آزمایشگاهی وسیعی را شامل می شود که به بررسی برهمکنش نور با مواد مختلف می پردازد. به عبارت دقیق تر در این حوزه، برهمکنش فتون های الکترومغناطیس با اتم ها و مولکول های مواد مختلف بررسی می شود. کاربرد اصلی اسپکتروسکوپی شناسایی گونه های مختلف اتمی و مولکولی و همچنین بررسی ساختارهای مولکولی مواد می باشد. اسپکتروسکوپی تنها شامل یک سری اندازه گیری های آزمایشگاهی بوده که توسط اسپکتروسکوپ و یا اسپکترومتر انجام می پذیرد.

اسپکتروفتومتری در شیمی، زیست شیمی و زیست شناسی به روشی اتلاق می شود که برای سنجش و مطالعه طیف الکترومغناطیسی به کار می رود. در این روش با استفاده از میزان اندازه جذب نور نمونه ها، غلظت آنها را تعیین می کند. این روش در ابتدا به نام فتومتری و تنها در یک طول موج خاص مورد استفاده قرار می گرفت و سپس در طول موج های مختلف استفاده و به آن اسپکتروفتومتری گفته شد. بر خلاف اسپکتروسکوپی، تنها محدوده فرابنفش، مرئی و فروسرخ نزدیک را شامل می شود. این شیوه در دستگاهی با نام اسپکتروفوتومتر مورد استفاده قرارمی گیرد.
عبارتی که بیشتر در سنجش از دور رایج می باشد، رادیومتری و یا اسپکترورادیومتری می باشد. تفاوت اصلی بین اسپکترورادیومتری و اسپکتروسکوپی در منبع نور مورد استفاده می باشد. به این ترتیب که در حالت اسپکترورادیومتری منبع نور کنترل نشده بوده و علاوه بر اینکه در طول زمان تغییر می کند، می تواند راستایی  و یا نیم کره ای  باشد. رادیومترها تنها می توانند در یکسری طول موج های محدود کار کنند، در حالیکه با قرار گرفتن یک منشور به شکل توری پراش در رادیومترها تابش ورودی می توانست توسط آنها به آشکارسازهای مختلف رفته و به این ترتیب اسپکترورادیومترهای حاصل می توانند در یک محدوده وسیع طول موجی فعالیت داشته باشند. به همین دلیل در اندازه گیری های مربوط به اسپکترورادیومتری می بایست میزان نور ورودی و همینطور بازتاب شده اندازه گیری شود. اگرچه استاندارد گفته شده در بالا در اکثر مقالات مربوط به طیف سنجی رعایت شده است، اما برخی منابع ممکن است از چنین استانداری پیروی نکرده باشند. برای مثال، گرچه اصطلاح اسپکتروسکوپی با توجه به معنی گفته شده آن در بالا بیشتر در حوزه شیمی مواد به کارمی رود، اما گاهاً در حوزه سنجش از دور از اصطلاح اسپکتروسکوپی میدانی  نیز استفاده شده است.

در سنجش از دور از طیف سنجی در اندازه گیری مستقیم میزان دقیق بازتابش پدیده ها، تبدیل مقدار اندازه گیری شده پیکسل های تصویری به بازتابش )کالیبراسیون تصویر(، تعیین صحت اندازه گیری های انجام شده توسط سنجنده های هوایی و فضایی، درک بهتر نحوه برهم کنش موج الکترومغناطیس با پدیده های زمینی، برای بهبود دقت کمی کشف اهداف زمینی، فراهم آوردن داده ها برای مدل های انتقال تابشی و ایجاد کتابخانه های طیفی استفاده می شود.
از کاربردهای طیف سنجی در زمینه های مختلف می توان به موارد زیر اشاره نمود:

1.    شناسایی پدیده ها از طریق تفسیر طیفی
در مواد معدنی غیرآلی مانند مواد معدنی، ترکیبات شیمیایی و ساختار کریستال، شکل منحنی طیفی و حضور و موقعیت باندهای جذبی را تعیین می کند.
 
تصویر 1: طیف نمونه تصویری و طیف تطابق یافته از کتابخانه طیفی USGS
منحنی های بازتابش طیفی مرتبط با گیاهان سبز سالم نیز یک شکل معین و مخصوص دارد که به کمک ویژگی های گیاهی مختلف تحت تاثیر قرار می گیرد. بازتابش به شدت در مرز بین قرمز و فروسرخ نزدیک (در حدود 11 تا 51 درصد) افزایش می یابد که به آن لبه قرمز نیز می گویند.
 
تصویر 2: طیف بازتابی انواع مختلف گیاهان سبز در مقایسه با منحنی برگ های خشک زرد شده

2.    کاربرد کتابخانه طیفی در مطالعات کشاورزی
تعیین ویژگی های کانی شناسی، توصیف مواد مغذی، ارزیابی ویژگی های فیزیکی خاک، ارزیابی باروری خاک، تحلیل بافت گیاه به منظور ارزیابی پارامترهایی نظیر وضعیت آب و سطح مواد مغذی آن،  بررسی ویژگی های زیست شیمیایی گیاه نظیر کلروفیل، زانتوفیل (و سایر رنگدانه ها)، لیگنین، سلولز و محتوای نیتزوژن، تحلیل سریع ویژگی های دانه های مغذی محصولات کشاورزی، مدلسازی فتوسنتز گیاهان از جمله کاربردهای طیف سنجی در مطالعات کشاورزی می باشد.
 
تصویر 3: اندازه گیری طیف خاک به صورت آزمایشگاهی
 
تصویر 4: اندازه گیری طیف محصولات کشاورزی به روش میدانی

3.    کاربرد کتابخانه طیفی در مطالعات ویژگی های برف و یخ
یکی از نخستین کاربردهای مشاهدات طیفی با قدرت تفکیک بالا، مطالعه مشخصات ژئوفیزیکی برف و یخ به عنوان راهی برای درک بهتر تعادل تابشی جو زمین بود. مطالعات جاری بازتاب طیفی راستایی نیم کره ای و بازتاب طیفی زاویه ای نیز وجود همبستگی میان بازتاب برف و ویژگی های دانه برف نظیر شکل و اندازه، شاخص شکنندگی، محتوای آب مایع، دمای برف و سایر ویژگی های فیزیکی آن را به اثبات رسانیده است. از جمله کاربردهای آن نیز می توان به آب و هواشناسی، پایش بهمن، مدیریت منابع آب و مطالعات زیست شناسی جانداران زیر یخ اشاره نمود.
 
تصویر 5: طیف سنجی برف و جمع آوری فراداده های مورد نیاز

4.    کاربرد کتابخانه طیفی در مطالعات بوم شناسی
بوم شناسی یک علم میان رشته ای است که به مطالعه برهم کنش جانداران یک پهنه جغرافیایی با یکدیگر و با محیط پیرامون آنها می پردازد. پژوهشگران برای مدلسازی دقیق انتقال فوتون درون تاج پوشش گیاه نیازمند اندازه گیری موثر پارامترهای نوری برگ هستند. همچنین پژوهشگران می توانند با استفاده از ویژگی های نوری برگ به تعیین کمی ویژگی های زیست شیمیایی برگ و یافتن شاخص های تنش ها و بیماری های فیزیولوژیکی گیاه مبادرت ورزند. به عنوان چند کاربرد دیگر بوم شناسی طبیعی می توان از نقشه برداری اجتماعات گیاهی، ارزیابی وضعیت زیست بوم، نقشه برداری از نوع و میزان محصولات، زمانبندی برداشت محصول، مطالعه رنگدانه گیاه و اندازه گیری بازتابندگی تاج پوشش گیاه نام برد. شناخت کامل زیست بوم نقشی کلیدی در نگهداری و حفاظت از جنگل ها، دریاچه ها، تپه های مرجانی و سایر زیست گاه های دریایی و حیات وحش در برابر تاثیرات بلند مدت توسعه شهرها توسط انسان ها و حتی بلای طبیعی نظیر آتش سوزی در جنگل ها ایفا می کند.
 
تصویر 6: مطالعه ویژگی های زیست شیمیایی برگ گیاهان با استفاده از طیف سنجی

5.    کاربرد کتابخانه طیفی در مطالعات جو
بسیاری از تحقیقات تعادل انرژی آب و هوا و سطح زمین نیازمند پایش مولفه های مستقیم، پرداکنده و مطلق چگالی تابش طیفی خورشید در ارتباط با جو و سطح زمین است. طیف سنجی میدانی مرئی و فروسرخ نزدیک مبنای بسیاری از مطالعات مرتبط با جو است که از جمله می توان به جمع آوری واقعیت زمین و اندازه گیری های هوابرد، و همچنین کالیبراسیون سنجنده ها پیش و پس از قرارگیری در مدار به روش های میدان جایگزین اشاره نمود.
 
تصویر 7: پایش مولفه های مستقیم، پراکنده و مطلق چگالی تابش طیفی خورشید

6.    کاربرد کتابخانه طیفی در زمین شناسی و اکتشاف معادن
سنجش از دور یک روش موثر و متداول در زمینه اکتشاف معدن و زمینه شناسی است، و توانمندی خود را در جمع آوری اطلاعات از مناطق غیرقابل دسترس با موفقیت به اثبات رسانده است. تصاویر هوایی اخذ شده توسط سنجنده های چندطیفی و فراطیفی در کاربردهای متنوعی از قبیل نقشه برداری زمین شناسی و ریخت ششناسی زمین به کار بسته شده است. تصاویر ماهواره ای تصحیح شده براساس داده های واقعیت زمینی نیز برای ارزیابی تغییرات ناشی از حوادث طبیعی نظیر فوران آتشفشان ها، سیل ها و زلزله ها و آشکارسازی تغییرات جزئی ترکیبات معدنی مورد استفاده قرار گرفته است. در این نوع مطالعات، اغلب از طیف بازتابی پدیده ها که به روش طیف سنجی میدانی جمع آوری شده اند، به عنوان واقعیت زمینی استفاده می شود.
 
 
تصویر 8: جمع آوری اطلاعات طیفی برای کاربردهای زمین شناسی

7.    کاربرد کتابخانه طیفی در مطالعات منابع آب
طیف سنجی با قدرت تفکیک طیفی بالا از پیکره های آبی موجب شناخت هر چه بهتر و بیشتر ماهیت ویژگی های جذبی و عبوری پیکره های آبی، بوم شناسی فیتوپلانگتون ها، شکوفایی جلبک ها (نظیر کشند سرخ خلیج فارس) و لایه شناسی جریان های گرم اقیانوسی می شود . محققین با مطالعه تابش بازتابی از سطح آب، می توانند بدون نیاز به طیف سنجی در داخل آب به گمانه زنی و استدلال در مورد تابشی خروجی از آب بپردازند. طیف سنجی های میدانی افزون بر تفسیر و اعتبارسنجی تصاویر سنجش از دوری، در سایر کاربردهای مستقیم نظیر تعیین محدودیت میدان دید در زیر آب، مدلسازی شکوفایی پلانکتون ها، پایش رسوبات نامناسب و توسعه مدل های آب و هوایی نیز می تواند مورد استفاده قرار گیرد.
 
تصویر 9: طیف سنجی به منظور مطالعه منابع آب

8.    کاربرد کتابخانه طیفی در کالیبراسیون رادیومتریک سنجنده
به عنوان برخی از کاربردهای خاص تابش سنجی طیفی می توان به کالیبراسیون سیستم های شبیه ساز خورشید و سایر منابع آزمون شار خورشید و کالیبراسیون رادیومتریکی سنجنده های تصویربرداری قبل و بعد از قرار گرفتن در مدار اشاره نمود.

 
 
تصویر 10: عملیات طیف سنجی میدانی در سایت کالیبراسیون رادیومتریک

کلیدواژه ها: طیف سنجی | کالیبراسیون | سیستم های شبیه ساز خورشید | کالیبراسیون رادیومتریکی | سنجش از دور |



CAPTCHA
دفعات مشاهده: 725 بار   |   دفعات چاپ: 30 بار   |   دفعات ارسال به دیگران: 0 بار   |   0 نظر