تضافرت أنظمة الاستشعار عن بعد وأنظمة المعلومات الجغرافية والنمذجة لإنتاج انفجار افتراضي للنمو في التحقيقات والتطبيقات البيئية المكانية والزمانية بشكل واضح. من بين جميع البيانات المستشعرة عن بعد ، لعبت تلك التي حصلت عليها أجهزة استشعار لاندسات الدور الأكثر أهمية في القياس المكاني والزماني. تعتمد البيئة الأرضية الحديثة على الاستشعار عن بعد لنمذجة الدورات الجيوكيميائية الحيوية ولتمييز الغطاء الأرضي والسمات الفيزيائية الحيوية للنباتات وهيكل الغابات والتجزئة فيما يتعلق بالتنوع البيولوجي. نظرًا لسجل بيانات لاندسات الذي يزيد عن 30 عامًا ، فإن رسم خرائط الأرض والغطاء النباتي أصبح أمرًا شائعًا واستخدام الأسطح المشتقة في النماذج البيئية. في هذه السلسلة من المقالات ، سوف نلخص لكم هذا الكم الهائل من الأعمال ، وسوف نعمل علي تسليط الضوء على الدور الفريد لـ Landsat.
دور لاندسات في التطبيقات البيئية للاستشعار عن بعد
لقد شهد نظام علم البيئة نموًا وتنوعًا هائلين على مدار القرن الماضي. كانت هذه التطورات مدفوعة بمجموعة متنوعة من التطورات الاجتماعية والسياسية والبيئية والتكنولوجية التي عززت نظرية جديدة بالإضافة إلى تطبيقات جديدة. أدى القلق العام بشأن حالة البيئة ، التي كانت تتزايد على مدى العقود التي سبقت الستينيات ، إلى عمل اجتماعي سياسي تاريخي. ربما كان قانون الهواء النظيف لعام 1963 ، والذي تم تعديله لاحقًا في عامي 1970 و 1990 ، أهم إجراء تشريعي أولي. حدث تشريعي رئيسي آخر كان قانون الأنواع المهددة بالانقراض لعام 1973. أدت البيئة الناشئة إلى إنشاء حدث سنوي يُعرف باسم يوم الأرض ، تم الاحتفال به لأول مرة في عام 1970 ويستمر حتى اليوم.
فيما يتعلق بالتكنولوجيا ، تم وضع الأسس في الستينيات والسبعينيات من القرن الماضي لما أصبح معروفًا على نطاق واسع باسم نظم المعلومات الجغرافية (GIS). أدت الحوسبة الإلكترونية ، التي أحدثت ثورة في تطوير المعالجات الدقيقة في أوائل السبعينيات ، إلى إدخال الحوسبة إلى عالم البحوث البيئية ، والتي مكّنت في النهاية نظم المعلومات الجغرافية من انتشار النمذجة البيئية.
في المقدمة النظرية في ذلك الوقت كان التطور والتقدير لما كان سيصبح بحلول التسعينيات المفهوم السائد في علم البيئة: المقياس. فيما يتعلق بالتقدم في تطبيقات نظرية القياس المكاني (وإلى حد أقل الزماني) ، ربما لم يكن هناك حافز أكبر من الاستشعار عن بعد. كان برنامج لاندسات في صميم التطورات في مجال الاستشعار عن بعد.
إطلاق القمر الصناعي سبوتنيك
كان إطلاق القمر الصناعي سبوتنيك عام 1957 إيذانا ببدء عصر الفضاء. في عام 1962 ، أصبح جون جلين أول إنسان يدور حول الأرض. خلال برامج الجوزاء وأبولو المأهولة من عام 1965 إلى عام 1972 ، تم التقاط العديد من الصور للأرض من الفضاء ، وولد نظام يعرف باسم الاستشعار عن بعد. مع إطلاق أول قمر صناعي لاندسات في عام 1972 ، تمكن العلماء فجأة من رؤية التأثيرات البشرية الملموسة على نظام الأرض بأكمله على أساس منتظم. بحكم الضرورة ، ركزت القياسات الميدانية والتجارب (واستمرت في التركيز) بشكل أساسي على قطع الأراضي التي تصل مساحتها إلى عدة أمتار مربعة (م 2). مكّن الاستشعار عن بعد العلماء من الإشارة مكانيًا إلى مؤامراتهم إلى صور تظهر الغطاء الأرضي وسياق الشكل الأرضي لبياناتهم. نظرًا لأن بيانات لاندسات رقمية ، فيمكن استخدامها مع مجموعات بيانات مواضيعية أخرى في مخططات نمذجة رسم الخرائط باستخدام نظم المعلومات الجغرافية. وقد أتاح ذلك للنماذج البيئية الصريحة مكانيًا التوسع من التطبيقات المحلية إلى التطبيقات الإقليمية.
مزايا القمر الصناعي لاندسات
بالنسبة لتطبيقات المراقبة الإقليمية التي تعتمد على مجموعات البيانات الزمنية ، يتمتع القمر الصناعي لاندسات بالعديد من المزايا:
- أكثر من 30 عامًا من تصوير الأرض ، فإنه يوفر أطول سلسلة زمنية لبيانات الاستشعار عن بعد التي تم جمعها بشكل منهجي.
- يسهل حجم الحبيبات (أو الدقة المكانية) للبيانات توصيف الغطاء الأرضي وتغير الغطاء المرتبط بحجم إدارة الأرض.
- يكتسب مخطط Landsat Thematic Mapper (TM) والمخطط الموضوعي المحسن الإضافي (ETM +) قياسات طيفية في جميع الأجزاء الرئيسية من الطيف الكهرومغناطيسي الشمسي (المرئي ، بالقرب من الأشعة تحت الحمراء [NIR] ، والأشعة تحت الحمراء ذات الموجات القصيرة [SWIR]) ، مما يوفر لاندسات TM و ETM + مزايا مهمة مقارنة بأنظمة الاستشعار الأقل قدرة.
- في السنوات الأخيرة ، أصبحت بيانات لاندسات أكثر تكلفة ، وكذلك أجهزة الكمبيوتر اللازمة لمعالجة هذه البيانات .
لمحة تاريخية عن برنامج لاندسات
ربما يكون تقليد اتخاذ الأرض المرتفعة للحصول على منظور أفضل للمناظر الطبيعية والنظم البيئية قديمًا قدم فضول الإنسان. اتخذت التكنولوجيا لدعم مثل هذه الجهود خطوة كبيرة إلى الأمام في منتصف القرن التاسع عشر ، عندما تم رفع الكاميرات لأول مرة في بالونات الهواء الساخن لتسجيل الاختلافات المكانية على سطح الأرض بشكل أفضل. في نهاية الحرب العالمية الثانية ، اجتمع الفهم العلمي والعديد من التقنيات الناشئة معًا لإنتاج نوع المراصد النظامية العالمية لمراقبة الأرض المتوفرة اليوم. كان لاندسات هو أول نظام للمركبات الفضائية تم نشره لإجراء المراقبة الأرضية ، ولا يزال المرصد البارز لرصد ديناميات الأرض الإقليمية.
الأساس العلمي لـ Landsat
نشأ الأساس العلمي لـ Landsat من فهم أن النباتات النشطة ضوئيًا تنتج طيف انعكاس شمسي فريد من نوعه ، مع انعكاس منخفض في الأطوال الموجية المرئية وانعكاس عالٍ في أطوال موجات NIR. هناك تقارير مبكرة عن استخدام التصوير الفوتوغرافي بالأشعة تحت الحمراء (NIR) في علم البيئة ، ولكن فقط خلال الحرب العالمية الثانية وبعدها بوقت قصير بدأت أنظمة الاستشعار عن بعد في الاستفادة الكاملة من إمكانات القياسات متعددة الأطياف في البحوث الأرضية.
طيف الانعكاس النباتي الفريد
كان طيف الانعكاس النباتي الفريد بمثابة أساس للتصوير الفوتوغرافي بالأشعة تحت الحمراء الملونة (CIR) ، والذي استخدمه الجيش للكشف عن التمويه. بدأ استخدام مثل هذا التصوير في عمليات الاستحواذ على ارتفاعات عالية من طائرات التجسس الأمريكية U-2 ، لأنه من خلال تجنب الأطوال الموجية القصيرة (الزرقاء) المرئية ، كانت الصور أقل تلوثًا بالضباب ، مما يعطي رؤية أوضح للأرض. من هذه الارتفاعات العالية (حوالي 18 كيلومترًا [كم]). تم تحقيق نجاح كبير مماثل من الفضاء في برنامج Apollo / Gemini. أثبتت هذه الصور قيمتها في تقييمات الغطاء الأرضي ، والمسوحات الزراعية ، وقوائم جرد الغابات. وبالتالي ، تم اعتبار نهج CIR الأمثل لأنظمة التصوير غير المأهولة والمحمولة في الفضاء.
المكونات التقنية لمفهوم لاندسات
تتكون المكونات التقنية لمفهوم لاندسات من مركبات فضائية تدور حول الأرض ، وأجهزة استشعار إلكترونية ، وأجهزة كمبيوتر إلكترونية. ظهرت كل هذه المكونات في المقام الأول بعد الحرب العالمية الثانية. في أواخر الخمسينيات من القرن الماضي ، وجدت الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي في معركة حرب باردة لتحقيق الأسبقية في هذه المناطق. مثلت الجهود المبذولة لتدوير كاميرات التليفزيون لجمع معلومات الطقس نجاحًا أمريكيًا في هذا الاتجاه. بحلول أوائل الستينيات ، بدأ الجيش الأمريكي في رفع السرية عن هذه التقنيات وتشجيع علماء الحكومة والجامعات على استكشاف قيمتها للاستخدامات المدنية بشكل كامل. فرق البحث في المؤسسات ، بما في ذلك جامعة ميشيغان ، وجامعة كاليفورنيا - بيركلي ، وجامعة بوردو ، ومختبر أبحاث وزارة الزراعة الأمريكية (USDA) في ويسلاكو.
إطلاق أول مرصد
بحلول منتصف الستينيات من القرن الماضي ، شجعت الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء (ناسا) ، بشكل أساسي من خلال برنامج أبولو ، وزارة الداخلية الأمريكية ووزارة الزراعة الأمريكية على النظر في قيمة مهمة مراقبة الأرض المخصصة. اهتم رئيس هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية (USGS) في ذلك الوقت ، ويليام تي. في النهاية ، مُنحت وكالة ناسا زمام المبادرة في تطوير ساتل تكنولوجيا موارد الأرض (ERTS ، الذي أعيدت تسميته لاحقًا Landsat).
تم إطلاق أول مرصد في عام 1972. أعطيت USGS مسؤولية الأرشفة لالتقاط وتوزيع هذه البيانات في مركز بيانات نظام مراقبة موارد الأرض الجديد في سيوكس فولز ، داكوتا الجنوبية. من عام 1972 حتى الآن ، تم إطلاق سبع سواتل لاندسات - إطلاق واحد كل 3 سنوات تقريبًا من خلال Landsat 5 ، الذي تم إطلاقه في عام 1984 ، تلاه إطلاق آخران في التسعينيات. تم إطلاق القمر الصناعي لاندسات 6 بعد حوالي 9 سنوات من إطلاق القمر الصناعي لاندسات 5 في عام 1993 ، لكنه فشل في الوصول إلى المدار. ومن المثير للاهتمام أن هذا هو القمر الصناعي الوحيد في السلسلة الذي لم يتضمن إشراف ناسا. تم إطلاق Landsat 7 في عام 1999 ، بعد 6 سنوات من Landsat 6.
المراجع:
- Birth GS McVey GR . 1968. Measuring the color of growing turf with a reflectance spectrophotometer. Agronomy Journal. 60: 640-643.
- Blair BO Baumgardner MF . 1977. Detection of the green and brown wave in hardwood canopy covers using multidate, multispectral data from Landsat-1. Agronomy Journal. 69: 808-811.
- Cairns M Haggerty P Alvarez R De Jong B Olmsted I . 2000. Tropical Mexico's recent land-use change: A region's contribution to the global carbon cycle. Ecological Applications. 10: 1426-1441.
- Chou J Weger RC Ligtenberg JM Kuo KS Welch R Breeden P . 1994. Segmentation of polar scenes using multi-spectral texture measures and morphological filtering. International Journal of Remote Sensing. 15: 1019-1036.
اكتب موضوعًا تريد منا مناقشته في المدونة ، أو اكتب تعليقًا إذا كان لديك أي أسئلة