Teledetecției este setul de tehnici utilizate pentru a determina distanța la proprietățile obiectelor naturale sau artificiale din radiația ele emit sau reflectă. Tehnicile de teledetecție includ întregul proces: captarea și înregistrarea energiei radiației emise sau reflectate de obiectele care urmează să fie observate, procesarea datelor rezultate și analizarea în final a datelor finale. Acest proces folosește un senzor ( cameră , laser , radar , sonar , lidar , seismograf , gravimetru etc.) care este în general la bordul unei platforme mobile: avion, satelit , balon, navă (sonar), .... Teledetecție modernă se bazează în mod normal pe procesarea digitală, dar poate folosi la fel de ușor metode non-digitale. O mare parte din spectrul electromagnetic de la raze X la unde radio, ultraviolete, lumină vizibilă și infraroșu poate fi utilizat. Fiecare parte a spectrului poate furniza informații despre obiect: formă, temperatură, compoziție chimică, moleculară și mineralogică, distanță etc.
Tehnica de teledetecție a apărut odată cu invenția fotografiei și apariția aviației, dar s-a dezvoltat mai ales în anii 1970 datorită dezvoltării sateliților de observare a Pământului și a senzorilor digitali. Teledetecția are multiple aplicații, atât științifice, cât și operaționale: meteorologie, recunoaștere militară, gestionarea resurselor agricole și forestiere, cartografie, gestionarea dezastrelor, studiul climatului, modelarea proceselor atmosferice etc.
Teledetectarea în domeniul astronauticii , este corpul de cunoștințe și tehnici utilizate pentru a determina caracteristicile suprafeței și atmosfera Pământului sau o altă planetă , prin măsurători de la o navă se deplasează la o distanță adecvată față de acesta din urmă. Termenul corespunzător în engleză este teledetecția din spațiu .
Teledetecția este o metodă de achiziție care exploatează în principal măsurarea radiației electromagnetice emise sau reflectate de obiectele studiate.
Radiația electromagnetică este un val care transporta energia se misca si care , la viteza luminii. Este compus dintr-un câmp electric și un câmp magnetic. Câmpul electric variază în mărime și este orientat perpendicular pe direcția de propagare a radiației. Câmpul magnetic este orientat perpendicular pe câmpul electric. Principala proprietate a radiației electromagnetice este lungimea de undă (λ), care este distanța dintre două vârfuri succesive ale undei. Este exprimat în unități derivate de la contor ( nanometru : 10 -6 m. - micron : 10 -6 m., Milimetru : 10 -3 m. - etc.). Frecvența (ν = c λ măsoară numărul de oscilații pe unitate de timp. Se calculează cu formula ν = cx λ (cu c = viteza luminii ).
Clasificăm radiația electromagnetică în funcție de lungimea de undă a acesteia: spectrul electromagnetic variază de la lungimi de undă scurte ( raze gamma , raze X ) la lungimi de undă (unde cu microunde și unde radio ) prin ultraviolete , lumina vizibilă și infraroșu . Cantitatea de energie transportată de unda electromagnetică scade odată cu lungimea de undă. O mare parte din spectrul electromagnetic poate fi utilizat pentru teledetecție. Folosim mai ales (prin creșterea lungimii de undă):
Instrumentul utilizat pentru teledetecție observă un domeniu de frecvență precis care poate fi localizat în infraroșu , lumină vizibilă , microunde , ultraviolete , raze X sau unde radio . Acest lucru este posibil prin faptul că obiectele studiate (suprafață, plante, case, corpuri de apă sau mase de aer) emit sau reflectă radiații la diferite lungimi de undă și intensități în funcție de componentele și starea lor. Unele instrumente de teledetecție folosesc, de asemenea, unde sonore într-un mod similar, în timp ce altele măsoară variațiile câmpurilor magnetice sau gravitaționale.
Radiația electromagnetică exploatată de procesul de teledetecție poate proveni din următoarele surse:
Instrumentul utilizat pentru teledetecție este, în general, instalat la bordul unei aeronave sau al unui satelit care călătorește pe o orbită joasă. Radiația sursă (radiația solară) a trecut prin atmosfera Pământului înainte de a ajunge la obiect și a trecut din nou prin el pentru a reveni la instrument. Particulele și gazele care alcătuiesc atmosfera interacționează prin blocare ( absorbție optică ) sau prin devierea parțială a radiației (difuzie).
Absorbția optică apare deoarece moleculele absorb energia de anumite lungimi de unda: ozon absoarbe ultraviolete, dioxidul de carbon absoarbe o mare parte din infraroșu termic (care contribuie la efectul de seră) și vapori de apă absoarbe o mare parte din infraroșu lungimi de undă lungi și cuptoare cu microunde în lungimi de undă scurte . Impactul absorbției variază în funcție de altitudine (stratul atmosferic mai mult sau mai puțin gros) și de cantitatea de vapori de apă. Pe un cer senin și la mare altitudine este foarte redus. Fenomenul de absorbție are un impact semnificativ asupra lungimilor de undă utilizate pentru teledetecție.
Efectul împrăștierii depinde de lungimea de undă, densitatea particulelor și moleculelor și grosimea stratului atmosferic. Trei procese pot juca un rol în diseminare:
Radiația electromagnetică care a trecut prin atmosferă va interacționa cu obiectul observat. Poate fi absorbit de acesta, poate trece prin obiect sau poate fi reflectat de acesta. Radiația reflectată poate fi exploatată prin procesul de teledetecție. Cele trei moduri pot fi combinate în proporții variabile pentru o lungime de undă dată. Această interacțiune depinde de lungimea de undă a radiației, de natura suprafeței și de textura acesteia. Există două tipuri de reflecție: reflexia speculară (radiația se reflectă în aceeași direcție ca în cazul unei oglinzi) și reflexia difuză (radiația se reflectă în toate direcțiile). Majoritatea obiectelor combină aceste două tipuri de reflecție. Modul de reflecție depinde de magnitudinea rugozității suprafeței în raport cu lungimea de undă a radiației incidente. Dacă lungimea de undă este mai mică decât rugozitatea, domină reflexia difuză (de exemplu pe o plajă domină reflexia difuză deoarece granulele de nisip au un diametru de ordinul a câteva sute de microni în timp ce lungimea luminii vizibile este mai mică de o micron).
Notă: În timp ce astronomia ar putea fi considerată a fi teledetecție (dusă la extrem), termenul de teledetecție este în general rezervat observațiilor terestre.
Dintre senzori, se face distincția între senzorii pasivi (de obicei camera optică) care analizează radiația emisă de obiectul observat și senzorii activi (de obicei radar) care analizează reflexia radiației pe care o emit.
Senzori opticiSenzorii optici sunt sisteme pasive care măsoară energia electromagnetică din obiectul observat. Această energie poate fi aceea a Soarelui care a fost reflectată (radiație variind de la vizibil la infraroșu mediu) sau cea emisă de obiectul observat (termic sau infraroșu îndepărtat). Instrumentul poate favoriza dimensiunea spațială: este apoi un radiometru imagistic (camera noastră) sau dimensiunea spectrală și este apoi un spectroradiometru. Instrumentul poate capta atât dimensiuni spațiale, cât și spectrale și este apoi un spectroimager.
Senzorii optici pot utiliza diferite tehnici de achiziție:
În zilele noastre, teledetecția face posibilă observarea întregii planete în întregul spectru electromagnetic cu o rezoluție spațială mai mică de un metru în domeniul optic. Aceeași regiune poate fi observată la intervale apropiate. Una dintre limitările teledetecției este că oferă informații în principal pe suprafața solului. Putem distinge utilizările în funcție de domeniul la care se aplică: maritim, terestru, atmosferic.
Inventarele forestiere (numărarea arborilor, evaluarea biomasei sau a stării de stres și sănătate a arborilor) utilizează din ce în ce mai mult imagini aeriene și chiar satelitare (inclusiv infraroșu ). Precizia crește, în special pentru conifere și mai puțin pentru pădurea temperată cu frunze late. Identificarea speciilor nu este fiabilă pentru pădurile tropicale (cu excepția cazurilor speciale cu înflorire sau obicei obișnuit).
AgriculturăAplicațiile din această zonă depind de rezoluția spațială și de numărul de benzi spectrale disponibile. Aceste aplicații sunt:
Teledetecția oferă hărți de utilizare a terenului și acoperire a terenurilor, care sunt utilizate pentru a face față schimbărilor induse de creșterea populației, dezvoltarea economică și schimbările climatice. Aceste schimbări au repercusiuni asupra sănătății, economiei și mediului. Nu există un standard pentru reprezentarea diferitelor tipuri de acoperire. Există, de exemplu, GCL2000 (instrument VEGETATION), CORINE (instrument SPOT / Landat) sau GLOB-COVER (instrument MERIS).
CartografiereRezoluția spațială a senzorilor recenți face posibilă producerea hărților sau alimentarea sistemelor de informații geografice (GIS). Cele Cardurile topografice sunt adesea produse folosind perechi stereografice fotografii aeriene pentru a recrea o imagine tridimensională.
Modelele digitale de teren pot fi produse prin interferometrie (folosind radar cu diafragmă sintetică ), o metodă de înregistrare a unei serii de măsurători ale țintei dintr-un avion , satelit sau navetă spațială . Combinația de date din aceste măsurători oferă o hartă detaliată care conține informații despre acoperirea terenului , relief sau mișcare pe o scară de centimetri. Datele acoperă în general benzi de câțiva kilometri lățime.
Temperatura suprafeței Pământului Dezastre naturaleCele cutremurele sunt situate posteriori , prin compararea seismograme înregistrate în diferite locuri; intensitatea relativă și precizia temporală a înregistrării condiționează calitatea informațiilor de pe locul tremurului.
Ca parte a luptei împotriva deșertificării (LCD), teledetecția facilitează monitorizarea și supravegherea pe termen lung a zonelor de risc, definirea factorilor de deșertificare și asistența în luarea măsurilor adecvate de gestionare a mediului de către autoritățile locale. impactul acestor măsuri.
Aplicații militareAtmosfera este un amestec de gaze alcătuit din mai multe straturi cu caracteristici diferite. Acesta joacă un rol important în climă asigurând circulația pe scară largă a aerului în troposferă, un proces care distribuie căldura în jurul Pământului. Când radiația electromagnetică trece prin atmosferă este absorbită sau difuzată de particulele prezente. În plus, atmosfera emite radiații infraroșii termice.
Principalele aplicații asociate observațiilor atmosferice sunt: • Prognoza meteo. Precipitarea poate fi detectată prin radar . • Analiza concentrațiilor și caracteristicilor gazelor atmosferice • Prevenirea dezastrelor (furtuni, vânturi etc.) • Energii regenerabile (eoliene, solare) • Calitatea aerului: poluare, aerosoli, ceați etc. • Măsurarea gazelor cu efect de seră • Schimbările climatice
Datele colectate de senzori trebuie prelucrate astfel încât informațiile care pot fi comunicate să poată fi comunicate utilizatorilor finali. Acestea sunt prelucrări complexe și grele (cantități de date) ale căror caracteristici depind de senzorii utilizați. Cu toate acestea, găsim întotdeauna aceiași pași:
Dezvoltarea teledetecției este legată de invenția fotografiei și dezvoltarea aeronauticii . Fotografia Parisului făcută dintr-un balon în 1860 de fotograful Nadar marchează începuturile sale. În timpul asediului de la Paris, au fost făcute fotografii din baloane captive pentru a obține informații despre sistemul militar al adversarului. Timp de aproape un secol, teledetecția a fost utilizată în principal pentru cartografie și activități de recunoaștere militară folosind camere de la bordul avioanelor . De sateliți artificiali (lansat pentru prima dată în 1957 Spournik-1) schimba complet jocul, făcând posibilă colectarea datelor din pe întreaga planetă într - un timp foarte scurt. Tiros-1 , pus pe orbită în 1960, este primul satelit experimental dedicat acestui obiectiv. Din punct de vedere tehnic, aceste mașini continuă să folosească fie camere cu film argintiu care trebuie să fie digitalizate sau trimise înapoi pe Pământ, fie senzori analogici ( tub de raze catodice vidicon) care oferă imagini de calitate scăzută. Aceste dispozitive au fost înlocuite cu detectoare fotoelectrice în stare solidă la începutul anilor 1970. Era în primul rând un detector elementar (un singur pixel ) care necesita o scanare dublă pentru a înregistra o imagine. Acest tip de senzor este utilizat de Landsat -1 (1972), primul satelit civil operațional de observare a Pământului dezvoltat de agenția spațială americană, NASA . Matrice de detectoare aliniate, care captează o întreagă linie a imaginii (tehnica pushbroom) sunt utilizate pentru prima dată de satelitul francez Spot 1 plasat pe orbită în 1986. Aceasta inaugurează comercializarea imaginilor obținute prin teledetecție spațială. Senzorii compuși din tablouri de detectoare care permit captarea unei imagini într-o singură trecere au apărut la sfârșitul anilor 1980. De atunci, capacitatea (numărul de pixeli) și sensibilitatea (numărul de pixeli) au continuat să se îmbunătățească. O rețea coordonată de sateliți meteorologici geostaționari, prima aplicație civilă majoră de teledetecție, a fost înființată între 1974 și 1978 sub auspiciile Organizației Meteorologice Mondiale. În 1978, satelitul NASA Seasat transporta pentru prima dată un radar cu diafragmă sintetică, care este utilizat pentru măsurarea oceanelor. Satelitul Landsat-4, lansat în 1982, este primul care oferă imagini cu rezoluție spațială ridicată. Satelitul IKONOS lansat în 1999 este primul care oferă imagini cu rezoluție spațială foarte mare (mai puțin de 1 metru).
Există o casă de teledetecție în Montpellier , care reunește echipe de cercetare multidisciplinare și institute de cercetare pentru a forma un centru de cercetare aplicată în teledetecție și informații geografice.