plus
reset
minus
plus
minus
تاریخ انتشارشنبه ۱۸ ارديبهشت ۱۴۰۰ ساعت ۲۱:۲۳
کد مطلب : ۳۸۶۵

برآورد رطوبت حجمی خاک با استفاده از روش بازتاب‌سنجی سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی

مهندس غلامرضا کریم‌زاده، اداره کل زمین سنجی و نقشه برداری زمینی
بازتاب سنجی تداخلی GNSS را می توان به عنوان یکی دیگر از روش های سنجش از دور برای پایش رطوبت خاک به صورت پیوسته و البته در مقیاس محلی در نظر گرفت که در وضعیت های مختلف جوی مانند شرایط بارانی و مه آلود و در شرایط متفاوت نور و روشنایی مانند روز و شب قابل اجرا است.
برآورد رطوبت حجمی خاک با استفاده از روش بازتاب‌سنجی سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی
plusresetminus
برآورد رطوبت حجمی خاک با استفاده از روش بازتاب‌سنجی سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی

در عصر حاضر، سرانه اراضی قابل کشت به دلیل افزایش سریع جمعیت رو به کاهش بوده و به علاوه، کمبود و گرانی آب شیرین نیز به صورت چالشی جدی درآمده است. به همین دلیل، متخصصان کشاورزی باید از فناوری‌ها و راه حل‌های ابتکاری برای بهبود بهره‌وری، صرفه‌جویی در هزینه‌های اولیه و بهینه‌سازی منابع محیطی (به ویژه آب) استفاده نمایند.
رطوبت خاک جزء اساسی از چرخه هیدرولوژیکی و یک کمیّت اصلی مشاهداتی برای بهینه‌سازی مدیریت آبیاری (در کشاورزی) است. علاوه بر این‌، پایش رطوبت خاک یکی از اهداف اصلی مأموریت‌های ماهواره‌‌های سنجش از دور مانند (SMOS) Soil Moisture and Ocean Salinity، Soil Moisture Active Passive (SMAP)، و Sentinel-1 است. مأموریت‌های ماهواره‌ای یادشده به منظور تهیه نقشه‌های جهانی رطوبت خاک تعریف شده‌اند. 
در سال‌های اخیر، برای به دست آوردن اطلاعات مستمر و نیز در مقیاس خیلی محلی در مورد رطوبت خاک، بازتاب‌سنجی سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی (GNSS) به عنوان راه حلی ممکن مطرح و به طور آزمایشی اجرا گردیده است. علت امکان‌پذیری راه حل مطرح‌شده این است‌ که ماهواره‌های GNSS سیگنال‌های باند L (فرکانس مایکروویو) را منتقل می‌کنند، در نتیجه سیگنال GNSS که توسط سطوح مجاور منعکس و توسط آنتن ثبت می‌شود اطلاعاتی در مورد محیط اطراف آنتن را در بر دارد (در مقیاس حدود 1000 متر مربع). بنا بر این، از سیگنال سیستم تعیین موقعیت جهانی بازتابیده (یا منعکس‌شده) از زمین که توسط یک گیرندۀ با کیفیت ژئودتیک GNSS‌ اندازه‌گیری می‌شود، می‌توان برای درک تغییرات زمانی رطوبت خاک نزدیک سطح زمین استفاده کرد. در این تکنیک‌، که با عنوان بازتاب‌سنجی تداخلی GNSS یا به اختصار GNSS-IR شناخته می‌شود، تغییرات در الگوی تداخل سیگنال‌های مستقیم و بازتابیده تجزیه و تحلیل می‌گردد (نگاره 1). این تغییرات که در داده‌های نسبت سیگنال به نویز (SNR) ثبت می‌شوند، به صورت نمودارهای تداخل در می‌آیند. نوسانات زمانی نمودارهای تداخل، مبین تغییرات میزان رطوبت حجمی خاک (VSM) Volumetric Soil Moisture در نزدیکی سطح زمین (در عمق حدود 5 تا 7 سانتی‌متری) است.
البته بررسی‌ها نشان می‌دهد که با انجام مشاهدات چند منظومه‌ای GNSS‌، آثار بازتابشی همگن‌تری را می‌توان در اطراف آنتن به دست آورد. از این‌رو، استفاده از راه حل بازتاب‌سنجی تداخلی GNSS‌ به جای بازتاب‌سنجی GPS‌، موجب افزایش دقت و کیفیت نتایج خواهد شد.
 
نگاره 1) بازتاب‌سنجی تداخلی سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی GNSS‌، در این‌جا Ho ارتفاع آنتن و θ زاویه ارتفاع ماهواره است.
 
تا کنون چندین مطالعه در زمینۀ برآورد رطوبت حجمی خاک با استفاده از روش بازتاب‌سنجی سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی انجام شده است. یک مطالعه موردی که در جولای 2020 توسط اتحادیه اروپائی علوم زمین منتشر شد، مربوط به بازتاب‌سنجی تداخلی GNSS در مرکز آزمایشات Cajamar در والنسیای اسپانیا بود. این مطالعه، به منظور پایش رطوبت خاک طی مدت 66 روز از 3 دسامبر 2018 تا 6 فوریه 2019 انجام شد. در این بررسی، مشاهدات GNSS با استفاده از راه حل ادغام منظومه‌های ماهواره‌ایGPS ، GLONASS و GALILEO انجام پذیرفت و هم زمان با مشاهدات GNSS، نمونه‌برداری محلی از خاک‌ در عمق 5 سانتی‌متری به منظور تعیین رطوبت خاک و ایجاد مجموعه داده مرجع نیز انجام گردید. سرانجام، با مقایسه داده‌های بازتاب‌سنجی ماهواره‌ای با مجموعه داده‌های مرجع معلوم شد که روش بازتاب‌‌سنجی تداخلی سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی در تخمین تغییرات رطوبت خاک و برآورد رشد گیاهان مجاور سایت،‌ از پتانسیل بالائی برخوردار است. 
طی مطالعه‌ دیگری که نتایج آن در سال جاری میلادی در نشریه Journal of Surveying Engineering (شماره 3 دوره 147) منتشر گردید، تغییرات رطوبت حجمی خاک و رشد و نمو گندم در مزرعه‌ای واقع در پکن‌ (چین) با استفاده از داده‌های نسبت سیگنال به نویز (SNR) سیستم ماهواره‌ای بیدو BDS B1 / B2 / B3 و همچنین سیستم تعیین موقعیت جهانی GPS L1 / L2 بازیابی ‌و از طریق مقایسه با مشاهدات میدانی و محلی ارزیابی شد. در این بررسی نیز معلوم گردید که فناوری بازتاب‌سنجی تداخلی GNSS از توانایی و پتانسیل مطلوب برای پایش رطوبت حجمی خاک و نیز رشد گیاهان در زمین‌های کشاورزی برخوردار است. 
با توجه به نتایج بررسی‌های مذکور، بازتاب‌سنجی تداخلی GNSS را می‌توان به عنوان یکی دیگر از روش‌های سنجش از دور برای پایش رطوبت خاک به صورت پیوسته و البته در مقیاس محلی در نظر گرفت که در وضعیت‌های مختلف جوی مانند شرایط بارانی و مه آلود و در شرایط متفاوت نور و روشنایی مانند روز و شب قابل اجرا است. 

منابع اصلی:

https://ascelibrary.org/doi/10.1061/%28ASCE%29SU.1943-5428.0000355

https://hess.copernicus.org/articles/24/3573/2020
https://www.ncc.gov.ir/vdcd.90s2yt0jka26y.html
ncc.gov.ir/vdcd.90s2yt0jka26y.html
ارسال نظر
نام شما
آدرس ايميل شما
کد امنيتی