گفت‌وگوی تفصیلی گسترش نیوز با مجری پروژه حوزه ماهواره مرکز تحقیقات مخابرات؛
سرمایه‌گذاری روی ماهواره‌ها؛ از پیش‌بینی سیل تا کشف انرژی
تاثیر ماهواره‌ها بر زندگی امروزه بشر بر کسی پوشیده نیست. ماهواره‌ها امروز نقش مهمی در ارتقای کیفیت زندگی انسان‌ها ایفا می‌کنند، که قابل‌انکار نیست. ماهواره‌ها به طور قابل‌توجهی به رفاه حال ما کمک می‌کنند و ما را قادر می‌کنند به اهداف خود در راه‌های جدید و نوآورانه دست یابیم.
گسترش‌نیوز: ماهواره‌ها از کنترل پرواز هواپیماها گرفته تا فعالیت‌های روزانه انسان‌ها مانند استفاده از اینترنت، گوشی‌های تلفن همراه و تلویزیون را امکان‌پذیر می‌کنند. یکی از مهم‌ترین کاربرد آنها در پیش‌بینی حوادث طبیعی و مدیریت بحران است.
با توجه به اینکه کشور ما یکی از کشورهای حادثه‌خیز جهان است و در فروردین امسال وقوع سیل تلفات قابل‌توجهی بر جا گذاشت، بر آن شدیم در گفت‌وگویی با پروین سجودی، مجری پروژه حوزه ماهواره مرکز تحقیقات مخابرات ضمن آشنایی بیشتر با عملکرد ماهواره‌ها، آگاهی یابیم این فناوری نو تا چه میزان می‌تواند نقش پیشگیرانه و موثری در بروز حوادث طبیعی ایفا کند. در بخش دوم این گفت‌وگو به ابعاد اقتصادی ماهواره‌ها بیشتر خواهیم پرداخت. بخش نخست این گفت‌وگو را در ادامه می‌خوانید.
به‌عنوان پرسش نخست از کاربرد ماهواره‌ها در مدیریت بحران بگویید.
سنجش از دور یا دورکاوی(Remote Sensing)، فناوری کسب اطلاعات کمی و کیفی از اشیاء از طریق تصویربرداری با استفاده از تجهیزات هوانوردی از جمله هواپیما، بالن یا تجهیزات فضایی مثل ماهواره است. البته در بیانی جامع‌تر، دورکاوی به معنای علم و هنر اکتساب اطلاعات اشیاء با ابزارهایی است که با استفاده از آنها، نیازی به تماس فیزیکی با اشیاء نباشد. تصویربرداری از جمله این ابزارهاست. البته این تصویربرداری فقط به‌صورت عکس و فیلم ویدئویی نیست، بلکه می‌تواند سنجش‌گرهای الکترومغناطیسی باشد. در اصطلاح علمی به این ابزارها «سنجنده» اطلاق می‌شود. هر وسیله‌ای که اشعه الکترومغناطیسی منعکس‌شده از پدیده‌های گوناگون یا سایر انرژی‌های ساطع‌شده (مثل مادون قرمز حرارتی) را جمع‌آوری کرده و به شکل مناسبی برای کسب اطلاعات از محیط پیرامونی ارائه کند، سنجنده اطلاق می‌شود.
ماهواره سنجش‌ازدور چیست؟
ماهواره‌های سنجشی شامل مجموعه‌ای از سنجنده‌ها برای تصویربرداری‌های گوناگون از محیط پیرامونی هستند که انواع انرژی‌های ساطع‌شده از اشیاء و محیط مورد سنجش را برای پردازش‌های هوشمند جذب می‌کنند. ارتفاع اغلب این ماهواره‌ها بیش از ۷۰۰ کیلومتر و کمتر از ۱۵۰۰ کیلومتر است. ارتفاع، تاثیر مهم و مستقیمی در دقت سنجش‌ها دارد، زیرا دقت مکانی با کاهش ارتفاع، افزایش می‌یابد. هر قدر ارتفاع کمتر باشد، دقت تصویربرداری (جذب اشعه‌ها و انرژی‌های ساطع شده از اشیاء) بیشتر می‌شود. البته موضوع مورد پردازش نیز در دقت مورد نیاز تاثیرگذار است. به‌طور مثال، سنجنده هواشناسی به دقت مکانی کمتری نیاز دارد.
مزیت استفاده از ماهواره‌های سنجشی در مقایسه با سایر منابع اطلاعاتی چیست؟
مزیت اصلی ماهواره‌های سنجشی نسبت به سایر منابع اطلاعاتی، ارسال اطلاعات در فواصل زمانی معین از منطقه زیر پوشش است. این ویژگی از گردش ماهواره‌ها دور کره زمین با تناوب زمانی مشخص ایجاد می‌شود. دریافت آسان داده‌ها، دسترسی سریع به نقاط دورافتاده و دقت بالای آنها از امتیازهای خاص این فناوری به‌شمار می‌رود. با کمک داده‌هایی که به‌وسیله سنجنده‌ها جمع‌آوری شده است، اطلاعات مربوط به نوع، میزان، موقعیت و شرایط منابع مورد سنجش، پردازش می‌شود و سپس نتیجه این پردازش با سایر اطلاعات به‌دست‌آمده از منابع دیگر، به‌صورت نقشه‌ها، جداول چاپی یا فایل‌های رایانه‌ای در یک سیستم اطلاعات جغرافیایی(GIS) ادغام می‌شود و برای بهره‌برداری در اختیار سازمان‌ها و نهادها قرار می‌گیرد.
سیستم جغرافیایی GIS چیست؟
سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) سازکاری برای ذخیره، مدیریت و تجزیه‌وتحلیل اطلاعات جغرافیایی فراهم می‌کند و برای کار هم‌زمان با اطلاعاتی که وابستگی مکانی (جغرافیایی) و توصیفی دارند، طراحی شده است. GIS به سیستمی اطلاق شود که امکان ثبت اطلاعات هر قسمت از نقشه و به اصطلاح لایه‌ها را به‌طور مجزا داشته باشد و بتوان پس از ثبت آنها به‌طور لایه به لایه اطلاعات را تکمیل، تفکیک و کنترل کرد. در چنین سیستمی می‌توان به‌دلخواه لایه‌های کاربردی خود را روی هم قرار داده و بسته به نیازهای هر منطقه یا کشور در بخش‌های گوناگون (مانند مطالعات زیست‌محیطی، برنامه‌ریزی شهری و شهرداری، خدمات ایمنی شهری، مدیریت حمل‌ونقل و ترافیک شهری، مدیریت ناوگان، مدیریت کاربری اراضی، خدمات بانکی، خدمات پستی، مطالعات جمعیتی و مدیریت تاسیسات شهری مثل برق، آب، گاز، و...) استفاده کرد.
ماهواره‌ها چگونه تصویربرداری می‌کنند؟
در ماهواره‌های سنجش از راه دور، جمع‌آوری اطلاعات با استفاده از تشعشعات الکترومغناطیسی انجام می‌شود. به این صورت که سنجنده‌های گوناگون میزان تشعشعات انرژی الکترومغناطیس شیء مورد نظر را ثبت می‌کنند. در برخی سنجنده‌ها، امواج الکترومغناطیس به‌وسیله سنجنده تابانده شده و انعکاس آن از شیء مورد پژوهش اندازه‌گیری و ثبت می‌شود. در برخی دیگر از انعکاس امواج الکترومغناطیس خورشید استفاده می‌شود.
امواج الکترومغناطیس پس از عبور از لایه‌های اتمسفر به اشیا و پدیده‌های روی زمین برخورد کرده و در انعکاس از اشیاء، تغییرات جدیدی در آن ایجاد می‌شود. بخشی از امواج به پدیده‌ها برخورد کرده و جذب آنها می‌شود. بخشی دیگر از شیء عبور کرده و بخشی نیز منعکس می‌شوند. بخش انعکاس یافته امواج که در فضا پراکنده شده است، به‌وسیله سنجنده‌ها دریافت، اندازه‌گیری و ثبت می‌شود. هر یک از سیستم‌های سنجنده به نواحی خاصی از طیف الکترومغناطیس حساس بوده و قسمتی از ویژگی‌های طیفی اجسام را ثبت می‌کنند. به‌عنوان‌مثال، دستگاه‌های عکسبرداری معمولی نسبت به انرژی نور مرئی و نزدیک به آن یعنی طول‌موج‌های ۳/۰ تا ۲/۱ میکرون حساسیت دارند. سنجنده‌های اسکن‌کننده مادون‌قرمز حرارتی به‌طور معمول به طول‌موج‌های بین ۱ تا ۲ میکرون و دستگاه‌های رادار به باندهایی با طول‌موج‌های خیلی بلندتر (میلی‌متر و متر) حساس هستند. ویژگی‌های انرژی‌های ایجادشده براساس شرایط و نوع مواد موجود در زمین بسیار متفاوت است و این بدان معناست که بعضی از اجسام در مقابل یک طول‌موج خاص دارای خاصیت انعکاسی بوده ولی در طول‌موج دیگری، دارای خاصیت جذب یا انتقال انرژی هستند. این تفاوت‌ها باعث شناسایی پدیده‌های گوناگون به‌وسیله سنجنده‌ها می‌شود.
کاربردهای تصاویر ماهواره‌های سنجش‌ازدور چیست؟
کاربرد تصاویر ارسالی از ماهواره‌های سنجش‌ازدور بسیار متنوع است. در ادامه به چند مورد که کاربری عمومی دارد، اشاره می‌کنیم.
بررسی طغیان‌های آبی
موارد دیگر استفاده از تصاویر ماهواره‌ای، مطالعه و بررسی طغیان آب و آثار آن بر مناطق سیل‌زده است. به‌طور معمول، هنگام طغیان آب رودخانه‌ها، بالا آمدن آب دریا و پیشروی آب در نواحی ساحلی و سرانجام پس از جاری شدن سیل، سطوح کوچک و بزرگی از نواحی مجاور دریا و رودخانه‌ها زیرآب می‌روند که با بررسی تصاویر تکراری ماهواره‌ای، می‌توان مناطق مورد طغیان را به‌راحتی تشخیص داده و نقشه اراضی خسارت‌دیده را ترسیم کرد.پس از پایان طغیان آب با مطالعه تصاویر تکراری، مدت لازم برای نفوذ آب در زمین، زهکشی طبیعی و تبخیر آب، تا اندازه زیادی می‌توان درباره جنس خاک و نفوذ‌پذیری آن قضاوت و تشکیل دشت‌های سیلابی را در مجاورت رودخانه‌ها مشاهده کرد. تحلیل‌هایی که در زمینه مدیریت بحران‌های آبی با استفاده از ماهواره‌های سنجشی و سیستم GIS انجام می‌شود، عبارتند از
- مکان‌یابی محل مناسب برای آب‌بند برای کاهش سرعت سیل؛
- مکان‌یابی محل مناسب برای ایجاد مسیرهای انحرافی آب برای ذخیره‌سازی در سفره‌های آبی زیرزمینی؛
- مکان‌یابی مناسب برای ایجاد سد و پیشگیری از خسارات آبی؛
- مکان‌یابی محل‌های مناسب برای ایجاد پل و زیرگذر آبی در شبکه راهی با اهمیت بالا؛
- تحلیل رفتار رودخانه در زمان‌های بارندگی؛
- تحلیل مکانی برای تولید نقشه‌های خطرناک مکان‌های زیرآب رفته در زمان بارندگی یا طغیان رودخانه؛
- تحلیل خسارت‌های ناشی از سیل با نقشه‌های کاربری و نقشه‌های آبی حاصل از داده‌های ماهواره‌ای؛
- پایش رفتار رودخانه‌ها، دریاچه‌ها، سدها و موارد مشابه دیگر؛
- پایش تغییرات آب و هوایی.
مطالعه بلایای طبیعی
امروزه برآورد میزان خسارت ناشی از بلایای طبیعی از قبیل سیل، زلزله، آتش‌فشان، توفان و... با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای بسیار متداول است. تعیین راهبرد مناسب برای جلوگیری و کاهش خسارت‌های بلایای طبیعی از جمله دیگر کاربردهای داده‌های ماهواره‌ای است. مدیریت بحران از طریق فناوری سنجش‌ازدور پیش از بحران شروع شده و تا پس از بحران ادامه دارد. به این معنی که از پیش از بحران، برآورد خطرپذیری و ریسک از طریق داده‌های ماهواره‌ای انجام می‌شود و می‌توان جامعه را از خطرات آگاه کرد. پس از آن در زمان وقوع بحران یا در فاصله کوتاهی پس از وقوع، پایش منطقه مورد نظر با ماهواره انجام می‌شود و می‌توان مسیرهای امن برای تخلیه و امدادرسانی و اسکان شناسایی کرد و درنهایت در آخرین مرحله، فناوری فضایی در بازسازی به کمک می‌آید. پس از آن نیز این چرخه به نقطه نخست و همان آگاهی‌سازی و خطرپذیری بازمی‌گردد. درحال‌حاضر با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای در سازمان فضایی ایران یک سامانه پایش ریسک بلایا وجود دارد که میزان خطرپذیری انواع بلایا ازجمله آتش‌سوزی، خشکسالی، گردوغبار، زلزله، سیل، برف و سایر پدیده‌های زیست‌محیطی را مورد ارزیابی قرار می‌دهد و این اطلاعات در اختیار سازمان‌های مرتبط برای هشدار در زمینه بحران قرار می‌گیرد. به‌عنوان مثال، سامانه پایش ریسک آتش‌سوزی در ۳ استان شمالی کشور شامل مازندران، گیلان و گلستان وجود دارد.
در پایش آتش‌سوزی تالاب هورالعظیم نیز از داده‌های ماهواره‌ای بهره گرفته شده است. تالاب هویزه یا هورالعظیم، بزرگ‌ترین تالاب استان خوزستان و یکی از بزرگ‌ترین تالاب‌های ایران است که یک‌سوم آن در ایران و مابقی در کشور عراق واقع شده است، به‌گونه‌ای که مساحت هورالعظیم در بخش عراق برابر ۶۶.۶۰۰ هکتار و در بخش ایران برابر با ۳۵.۳۰۰ هکتار برآورد شده است .
این تالاب در تابستان سال گذشته شاهد وقوع آتش‌سوزی‌های مکرر بود و با توجه به وجود سامانه ماهواره‌ای کشف و پایش آتش‌سوزی در سازمان فضایی ایران، آتش‌سوزی‌های هورالعظیم از ۲۰ خرداد سال گذشته به‌طور روزانه با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای با توان تفکیک مکانی ۲۵۰ متر و به‌صورت هر ۵ روز یک‌بار با تصاویر ماهواره‌ای با توان تفکیک مکانی ۱۰ متر مورد تحلیل و پردازش قرار گرفت.
بررسی‌های سازمان فضایی نشان داد در مدت ۲ ماه (از نیمه دوم خرداد تا نیمه دوم مرداد سال۱۳۹۷) بیش از ۴.۸۰۰ هکتار از اراضی تالاب واقع در بخش عراق به‌طور کامل، طعمه آتش‌سوزی و پوشش گیاهی آن دچار تخریب کامل شد، به‌طوری‌که این آتش‌سوزی از بخش غربی و مرکزی هورالعظیم آغاز و به مرور به مناطق شرقی تالاب و مرزهای ایران نزدیک شده است. از ۹ تیر، شدت آتش‌سوزی‌ها در منطقه به‌شدت افزایش یافت، ضمن آنکه از ۲۴تیر سال جاری در منتهی‌الیه جنوب‌شرقی منطقه و در مرز ایران نیز شاهد وقوع آتش‌سوزی‌های گسترده بودیم.
مطالعات کشاورزی و جنگلی
تشخیص و تمایز گونه‌های گیاهی گوناگون، محاسبه سطح زیرکشت محصولات کشاورزی، مطالعه مناطق آسیب‌دیده کشاورزی بر اثر کم‌آبی یا حمله آفت‌های گوناگون به آنها ازجمله مهم‌ترین کاربردهای داده‌های ماهواره‌ای است. تهیه نقشه جامع پوشش گیاهی هر منطقه، تهیه نقشه آبراهه‌ها و ارتباط آنها با مناطق مستعد کشت و برآورد میزان محصول زیرکشت از کاربردهای دیگر ماهواره‌های سنجشی است. افزون بر این، مطالعه میزان انهدام جنگل‌ها یا میزان پیشرفت جنگل از دیگر کاربردهای این تصاویر است. وزارت بازرگانی و کشاورزی کشور ایالات‌متحده امریکا از ابتدای پیدایش فناوری سنجش‌از راه دور، همه‌ساله محصولات کشاورزی کشور امریکا و تمام کشورهای جهان را با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای برآورد می‌کند تا اطلاعات مفید و لازم را برای برنامه‌ریزی بازار به‌دست آورد.
مطالعات منابع آب
مطالعه آب‌های سطحی منطقه و تهیه نقشه آبراهه‌ها، بررسی تغییر مسیر رودخانه‌ها براثر عوامل طبیعی یا مصنوعی، تخمین میزان آب سطحی هر منطقه از جمله جالب‌ترین کاربرد داده‌های ماهواره‌ای است. کشور ما از جمله کشورهایی است که با وجود داشتن منابع آب‌های سطحی در بسیاری مناطق، از مشکل کم‌آبی رنج می‌برد، بنابراین استفاده از فناوری‌های نوین و به‌دست آوردن اطلاعات دقیق می‌تواند راهگشای استفاده بهتر از منابع آب کشور باشد.
مطالعه تغییرات دوره‌ای
برخی از پدیده‌ها و عوارض سطح زمین طی زمان تغییر می‌کنند. علت این تغییرات می‌تواند عوامل طبیعی مانند سیل، آتش‌فشان، زلزله، تغییرات آب و هوایی، یا عوامل مصنوعی مانند دخالت انسان در محیط زیست باشد. به‌عنوان نمونه، تغییر سطح آب دریای خزر در یک دوره ۱۰ تا ۲۰ ساله، تغییر میزان سطح پوشش جنگل‌ها در شمال کشور، تغییر پوشش گیاهی نخل در جنوب کشور و میزان آسیب آنها در دوران جنگ را می‌توان با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای با دقت زیادی مطالعه کرد.
مطالعات زمین‌شناسی
با استفاده از داده‌های ماهواره‌ای می‌توان مرزهای بسیاری از ساختارهای زمین‌شناسی را از یکدیگر تفکیک کرد، گسل‌ها را مورد مطالعه قرار داد و نقشه‌های گوناگون زمین‌شناسی از جمله نقشه گسل‌ها و شکستگی‌ها، ساختارهای سنگی گوناگون، خاک‌شناسی و ظرفیت ذخیره‌های تبخیری سطحی را تهیه کرد.
تهیه نقشه گسل‌های استان خراسان شمالی ازسوی اداره ژئومتیکس با معاونت زمین‌شناسی انجام شده است. تهیه تصویر یکپارچه ماهواره‌ای استان، پردازش داده‌های ماهواره برای استخراج خطواره‌های ساختاری و تفکیک آنها براساس نقشه‌های موجود و نیز استخراج و یکپارچه‌سازی لایه گسل‌های استان از نقشه‌های پوششی ۱: ۲۵۰۰۰۰ و ۱: ۱۰۰۰۰۰ از شاخص‌ترین اقدام‌های انجام شده در این زمینه است.
بررسی آلودگی آب
هرگاه میزان ناخالصی آب در حدی باشد که مصارف آن به‌صورت آب شرب یا برای مقصدهای آبیاری و صنعتی ناممکن باشد، آب آلوده به‌شمار می‌آید. با توجه به میزان ناخالصی آب، اختلاف زمینه در تصاویر ماهواره‌ای حاصل می‌شود و از این ویژگی برای مطالعه آب استفاده می‌شود. برای مطالعه آلودگی آب، دو نوع عامل یا منبع آلودگی را می‌توان مورد توجه قرار داد. یکی منابع محدود در مناطق خاص مانند فاضلاب‌های صنعتی و دیگری منابع غیرمحدود مانند مازاد حاصل از فعالیت‌های کشاورزی و موادی که پس از بارندگی یا به‌وسیله جریان آب رودخانه‌ها حمل می‌شوند. تشخیص میزان آلودگی آب با استفاده از تصاویر ماهواره‌ای بسیار مشکل است، اما با بررسی و مطالعه تصاویر تکراری و تغییراتی که در زمینه سطوح آبی ظاهر می‌شود، می‌توان منابع آلودگی را شناسایی کرد. زمینه به‌نسبت روشنی که در تصاویر ماهواره‌ای نواحی نزدیک به ساحل دیده می‌شود، از ورود پساب‌های صنایع یا فعالیت‌های کشاورزی در مناطق نزدیک به دریا حکایت می‌کند. حال‌آنکه، در نواحی دور از ساحل که عمق بیشتری هم دارند، به‌طور معمول میزان آلودگی کمتر است و انعکاس نیافتن امواج این‌گونه آب‌ها، زمینه تیره‌ای را روی تصاویر موجب می‌شود و به‌راحتی از مناطق آلوده قابل‌تشخیص هستند.
مطالعات دریایی
از فناوری سنجش‌ازدور می‌توان در مطالعات دوره‌های پیشروی و پس‌روی کرانه دریا، مطالعات عمومی ویژگی‌ها و توده‌های آبی مثل نقشه دمای سطح و رنگ آب، نقشه تراکم میزان کلروفیل و پلانکتون و مطالعات مربوط به تاثیر سایر پدیده‌ها بر دریا، ازجمله وضعیت حرکت و تندی امواج دریا و... بهره گرفت.
اکتشاف نفت و گاز
در یک نگاه کلی، داده‌های ماهواره‌ای نقش کلیدی در اکتشافات نفت و گاز ایفا می‌کنند. مطالعات تحت‌الارضی مربوط به اکتشافات نفت و گاز و مدل‌سازی مخزن‌های هیدروکربنی شکافدار، همواره نیازمند نقشه‌های سطحی سنگ‌شناسی و ساختمانی از منطقه است. امروزه برای تهیه این نقشه‌ها، از تصاویر ماهواره‌ای با قدرت تفکیک مکانی و طیفی گوناگون استفاده می‌شود. شناسایی و استخراج خطواره‌ها که به کمک فناوری فضایی انجام می‌شود نیز یکی از اساسی‌ترین رهیافت‌ها در اکتشاف و استخراج منابع طبیعی مثل نفت و گاز به‌شمار می‌رود. علاوه بر این، می‌توان از تصاویر ماهواره‌ای در پایش انواع آلودگی ناشی از صنایع نفتی مانند آلودگی منابع آب، آلودگی ناشی از بحران‌های جنگی، آلودگی ناشی از حوادث دریایی، آلودگی هوا و همچنین در ردیابی تغییرات زمینی تاسیسات نفتی بهره گرفت. به‌طور مثال، می‌توان از پایش آلودگی خور موسی به فرآورده‌های نفتی اشاره کرد. خور موسی واقع در سواحل شمال‌غربی خلیج‌فارس یکی از معابر مهم ارتباطی ایران با دریا به شمار می‌رود. تصویر ماهواره‌ای EO-۱ ناسا نشان می‌دهد با تخلیه پساب تاسیسات پتروشیمی بندر امام و تخلیه آب توازن تانکرهای نفتی، خورموسی آلوده به مواد نفتی مانند قیر و فلزات سنگین در سطح بالا شده است. بررسی‌ها حاکی از تاثیر حجم آلاینده یادشده بر اکوسیستم منطقه دارد.
از دیگر کاربردهای داده‌های ماهواره‌ای می‌توان به مواردی مانند تهیه نقشه‌های بزرگ‌مقیاس شهری، بررسی گسترش شهر‌ها، بررسی آلودگی‌های محیط شهری، پیش‌بینی آب‌وهوا و تغییرات آن و نیز پیش‌بینی سیلاب، برف، تگرگ و توفان اشاره کرد.
ارسال نظر