Nuotolinis aptikimas

Nuotolinis aptikimas, nuotolinis stebėjimas – metodika, naudojama informacijai apie nutolusį objektą ar reiškinį gauti, naudojant įrašų technologijas arba realaus laiko sensorinę techniką, neturinčią fizinio kontakto/tiesioginio ryšio su tiriamu objektu (kaip kad orlaiviai, kosminiai laivai, palydovai, bujos, laivai). Nors terminu dažniausiai apibūdinamos orlaivių ir kosminių aparatų sensorinės vaizdo technologijos Žemės, meteorologiniams stebėjimams, iš esmės nuotolinio aptikimo pavyzdžiams priklauso ir vandenynuose, atmosferoje esančios meteorologinės platformos, nėštumo stebėjimas naudojant ultragarsą, magnetinio rezonanso tomografija (MRI), pozitronų emisijos tomografija (PET) ir kt.

Nuotolinio aptikimo pagalba įmanoma surinkti informacijos iš pavojingų ar nepasiekiamų planetos vietų, taip pat naudinga kur kitu atveju tyrimai ir informacijos rinkimas, atliekami žmogaus, pernelyg brangūs ar atimantys daug laiko. Nuotolinio aptikimo pritaikymo pavyzdžiai: Amazonės baseino miškų nykimo stebėjimas, klimato kaitos poveikio Arkties ir Antarktidos ledynams stebėjimas, vandenynų ir pakrančių gylio matavimas; Šaltojo karo metu nuotolinio aptikimo technologijos buvo naudojamos reikiamai karinei informacijai surinkti.

Matavimams svarbios charakterisitikos

Nuotoliniams tyrimams ypač svarbios dvi elektromagnetinio spinduliavimo charakteristikos:

1. bangos ilgis ir dažnis   

2. energija arba momentas 

Bangos ilgis (wavelength) yra vieno bangos ciklo ilgis. Jis gali būti matuojamas kaip atstumas tarp viena po kitos einančių bangų viršūnių. Bangos ilgis paprastai žymimas graikiška raide lambda (λ). Bangų ilgiai matuojami metrais (m) arba tam tikra metro dalimi, pavyzdžiui, nanometrais (nm, 10^(-9) metro), mikrometrais (m, 10^(-6) metro) arba centimetrais (cm, 10^(-2) metro).

Pasyvieji ir aktyvieji jutikliai

Daugelyje nuotolinių tyrimų sistemų Saulė veikia kaip natūralus elektromagnetinės (EM) energijos šaltinis. Pagal bendruosius EM spinduliuotės ir terpių dėsnius Saulės energija gali būti atspindėta (regimaisiais bangų ilgiais), absorbuota ir pakartotinai išspinduliuota (šiluminio infraraudonojo ilgio bangomis). Nuotolinių tyrimų sistemos matuoja energiją, kuri gaunama natūraliai, arba tiekiama paties jutiklio. Pirmosios sistemos vadinamos pasyviosiomis, antros – aktyviosiomis.

Pasyvieji jutikliai gali būti naudojami fiksuoti tik natūraliai sklindančią energiją. Visai atspindėtai energijai tai gali būti naudojama tik tuo metu, kai Saulė apšviečia Žemę. Naktį atspindėtosios Saulės energijos nėra. Natūraliai skleidžiama energija (pavyzdžiui, šiluminė infraraudonoji) gali būti fiksuojama dieną ar naktį, jei tik energijos kiekis pakankamai didelis, kad galėtų būti registruojamas. Kita vertus, aktyvieji jutikliai apšvietimui turi savą energijos šaltinį. Jutiklis skleidžia spindulius, nukreiptus į tyrinėjamą objektą. Nuo objekto atsispindėjusį spinduliavimą jutiklis fiksuoja ir matuoja. Tarp aktyviųjų jutiklių pranašumų yra galimybų atlikti matavimus bet kuriuo metu, nepriklausomai nuo paros ar metų laiko. Aktyvieji jutikliai gali būti naudojami tirti tokio ilgio bangas, kurių Saulė tiekia nepakankamai, pavyzdžiui, mikrobangas. Kad tinkamai apšviestų objektus, aktyviosios sistemos turi generuoti pakankamai daug energijos. Aktyviųjų jutiklių pavyzdžiai yra LiDAR (lazerinės sistemos) ir SAR (sintezuotosios apertūros radarų sistemos).  

Nuotolinių tyrimų jutikliai

Šiuolaikinės nuotolinių tyrimų sistemos gali būti įrengtos antžeminėse platformose (automobiliuose), lėktuvuose arba palydovuose. Visos šios platformos būna specialiai suprojektuotos ir pagamintos gabenti tokius dažniausiai pasitaikančių tipų jutiklius:

• juostinės fotokameros (kadrinės),

• skaitmeninės kameros (kadrinės, skenuojančios),

• daugiaspektrės skaitmeninės kameros (kadrinės, skenuojančios),

• radarai (skenuojantys).

Skenavimo būdai

Daugiaspektrių vaizdų duomenims gauti naudojami du pagrindiniai skenavimo režimai arba metodai: skenavimas skersai kelio ir skenavimas išilgai kelio.

Skersiniai skeneriai skenuoja Žemę eile juostų. Juostos nukreiptos skersai jutiklio platformos judėjimo krypties  (t. y. skersai skenuojamo ruožo). Skenuojant skersai kelio kiekviena eilutė skenuojama nuo vienos jutiklio pusės iki kitos naudojant sukamąjį skenavimo veidrodį. Platformai judant pirmyn virš Žemės, iš eilės einančios skleistinės eilutės suformuoja dvimatį Žemės paviršiaus vaizdą. Gaunamas atspindėtasis arba skleidžiamas spinduliavimas išskaidomas į keletą spektrinių dedamųjų, kurios fiksuojamos atskirai. UV, regimasis, artimas infraraudonasis ir šiluminis spinduliavimas išskirstomas pagal bangų ilgių komponentus. Vidinių detektorių, kurių kiekvienas jautrus tam tikram bangos ilgio diapazonui, blokas fiksuoja ir matuoja kiekvieno spektrinio diapazono energiją, elektriniai signalai paverčiami skaitmeniniais duomenimis ir įrašomi tolesniam kompiuteriniam apdorojimui.

Skenavimo išilgai kelio skeneriai taip pat išnaudoja platformos judėjimą, kad registruotų iš eilės einančias skleistinės eilutes ir suformuotų dvimatį statmeną skrydžio krypčiai vaizdą. Tačiau vietoje skenavimo veidrodžio jiems naudojamas linijinis detektorių masyvas, esantis objektyvų sistema formuojamo vaizdo židinio plokštumoje, kuri „stumiama“ skrydžio kelio kryptimi (t. y. išilgai kelio). Šios sistemos dar vadinamos „šluojančiaisiais skeneriais“ (push-broom scanners), nes detektorių masyvo judėjimas panašus į grindimis stumiamo šepečio šerelio judėjimą. Kiekvienam spektriniam diapazonui arba kanalui išmatuoti reikalingas atskiras linijinis masyvas. Visą kiekvieno linijinio masyvo detektorių fiksuota energija registruojama elektroniniu ir įrašoma skaitmeniniu būdu kiekvienai skleistinės eilutei.  

Aplinkos tyrimuose panaudojami palydovai ir jutikliai

• Žemės paviršiaus stebėjimas (Landsat, SPOT, IRS, JERS, Ikonos, QuickBird ir kt.).
• Meteorologinis stebėjimas (NOAA AVHRR, METEOSAT, GOES ir kt.).
• Jūrų stebėjimas (Nimbus, MOS, SeaWiFs ir kt.)  

Meteorologiniai palydovai, davikliai

Vienas pirmųjų civilių (kariškiai distancinius metodus pradėjo naudoti kiek anksčiau kitais tikslais) distancinių metodų taikymų buvo orų stebėjimas ir prognozavimas. pradedant nuo pirmo orų palydovo TIROS-1, į orbitą Jungtinių Amerikos valstyju paleisto 1960 m.. Keletas kitų palydovų paleisti į orbitą per sekančius penkerius metus. Tiksliau palydovai buvo siunčiami į artimą-poliarinei oribitą. Jie suteikė pasikartojančia informaciją apie globalius orus. 1966 m. NASA į orbitą paleido geostacionarų palydovą ATS-1, kuris suteikė (kas puse valandos) žemės pusrutulių paviršiaus ir debesuotumo nuotraukas.

Pirmą kartą, orų sistemų išsivystimas ir judėjimas gali būti rutiniškai stebimas. Šiai dienai, keletas šalių naudoja orų ar meteorologinius palydovus, tam, kad galėtu stebėti orų sąlygas aplink visą žemės rutulį. Nors ši palydovinė informacija padengia visą žemės rutulį, bet (palyginus su sistemomis, kurios stebi žemės paviršių ar reljefą), pastebima, kad orų palydovų informacijos erdvinė rezoliucija yra gan grubi.

Dabartyje iš palydovų gaunama informacija, suteikia dažnus Žemės paviršiaus stebėjimus, atmosferos drėgnumo parametrus ir debesų padengtumo informaciją, kuri leidžia, beveik tęstinai stebėti globalių orų sąlygas, ir taip pat – modeliuoti orų prognozes.  

Šaltiniai

• dr. Gennady Gienko. (2007) „Geografinių informacinių sistemų pagrindai“. Mokomoji knyga. 5 skyrius. Nuoroda: https://www.geoportal.lt/geoportal/documents/11958/13305/GII-01_mokomoji_knyga.pdf/bfd136c9-8647-42be-bbe0-692b3ba9a192
• A Canada Centre for Remote Sensing Remote Sensing Tutorial. „Fundamentals of remote sensing“. Nuoroda: http://sesremo.eu/downloads/teaching-material/gis-course_itc/ebooks/Fundamentals%20of%20Remote%20Sensing.pdf^{[neveikianti nuoroda]}