سنجش از دور
امیررضا قندیان؛ نیکروز مستوفی؛ عباس مجیدی زاده؛ حمید مطیعیان
چکیده
پیشینه و اهداف: امروزه، توسعه شهرنشینی و افزایش جمعیت شهری، بیش از گذشته باعث گرمشدن هوا و ایجاد جزایر حرارتی شهری شده است. جزایر حرارتی شهری، پدیدهای ناشی از آثار شهرنشینی است که به واسطه آن، درجه حرارت در محیط شهری از مناطق حومهای بالاتر میرود. این پدیده، به سبب افزایش دما جوی و محیطی میتواند صدمات جبران ناپذیری از قبیل ...
بیشتر
پیشینه و اهداف: امروزه، توسعه شهرنشینی و افزایش جمعیت شهری، بیش از گذشته باعث گرمشدن هوا و ایجاد جزایر حرارتی شهری شده است. جزایر حرارتی شهری، پدیدهای ناشی از آثار شهرنشینی است که به واسطه آن، درجه حرارت در محیط شهری از مناطق حومهای بالاتر میرود. این پدیده، به سبب افزایش دما جوی و محیطی میتواند صدمات جبران ناپذیری از قبیل آلودگیهای زیستی، انتشار گازهای گلخانهای، بیماریهای ناشی از گرما و تأثیر در کیفیت آب را برای جوامع و محیط زیست به بار آورد. این پژوهش، بهمنظور کاهش دما و تلاش برای از بینبردن پدیده جزیره حرارتی، رویکرد مؤثر و کارآمدی را بهکمک علم سنجش از دور و الگوریتمهای بهینهسازی براساس جایگزینی پوشش بامهای یک منطقه با پوششهای با جذب گرمای کمتر پیشنهاد میکند. در این پژوهش، سعی بر آن است تا اثر جزیره حرارتی شهری را بر مبنای الگوریتمها و پارامترهای آماری تأثیرگذار بر دمای محیط که در تحقیقات گذشته کمتر مورد مطالعه قرار گرفتهاند، کاهش دهیم. همچنین، استفاده از روش بهینهسازی هوشمند در این زمینه میتواند باعث نوآوری و ایجاد نتایج بهتر و دقیقتری شود. مسیر جدیدی که این مطالعه بررسی میکند، تغییر پوشش سقف یک منطقه با پوششهای کاربردی دیگر است که باعث کاهش دمای هوا در آن منطقه میشود. پوششهایی که جهت جایگزینی پوشش بامها برای تعدیل و خنکسازی دمای منطقه مورد مطالعه در نظر گرفته شدند، دو نوع پوشش خاک و گیاهی میباشند.روشها: رویکرد پیشنهادی این پژوهش، استفاده از دو الگوریتم بهینهسازی ژنتیک و ازدحام ذرات است و پارامترهایی که تابع هدف این دو الگوریتم را تشکیل میدهند، دو پارامتر انحراف معیار دما و میانگین هزینه مالی تغییر پوشش سقف هر قطعه ساختمانی است. مجموعه داده تحقیق، تصاویر ماهوارهای لندست 8 از محله اندیشه شهر تهران است. در این تحقیق، از تصاویر ماهوارهای برای اهدافی همچون تهیه تصاویر رنگی، نگاشت شاخصهای گیاهی و غیرگیاهی منطقه مورد مطالعه، محاسبه دمای سطح زمین و جزایر حرارتی شهری استفاده شده است.یافتهها: نتایج بهدست آمده بیانگر این موضوع میباشد که هر دو الگوریتم بهینهسازی عملکرد خوبی را ارائه داده و پارامترهای مسأله را بهبود بخشیدهاند، اما الگوریتم بهینهسازی ژنتیک، نتیجه بهتری را در زمان و تکرار کمتری کسب کرده است. در مقایسه این دو الگوریتم، الگوریتم بهینهسازی ژنتیک انحراف معیار را 19 درصد کاهش داد و مقدار آن را به 42/0 رساند. از سوی دیگر، الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات در مدت زمانی طولانیتر، انحراف معیار را 14 درصد کاهش داد و مقدار آن را به 44/0 رساند.نتیجهگیری: الگوریتم ژنتیک در بهینهسازی پوشش بام ساختمانها، نتایج بسیار خوبی را با هزینه کل 4678 و انحراف معیار 4177/0 کسب کرد. با تعداد 12100 بار ارزیابی تابع هدف به سرعت همگرا شد و هر دو پارامتر تابع هزینه را به میزان قابل توجهی کاهش داد (الگوریتم ژنتیک تا حد ممکن به بهترین جواب رسیده است). الگوریتم بهینهسازی ازدحام ذرات نیز با کسب هزینه کل 4965، انحراف معیار 4430/0 و با تعداد 20100 بار ارزیابی تابع هدف نتوانست جوابی بهخوبی الگوریتم ژنتیک برسد. در خصوص مقایسه بین این دو الگوریتم، ژنتیک با کمتر از 3000 بار ارزیابی تابع هدف، توانست بهینهترین جوابی را که الگوریتم ازدحام ذرات در 20100 بار ارزیابی به آن رسیده، تجربه کند. استفاده از الگوریتمهای فراابتکاری در بهینهسازی مسائل عملی، که امروزه در صنایع متنوع به دفعات با آنها مواجه می شویم، میتواند بسیار کارآمد باشد. نتایج این الگوریتمها، با وجود اختلافات در خروجیها بسیار مناسب و رسیدن به چنین جوابهایی برای مسائل مختلف بدون استفاده از اینگونه الگوریتمها غیرممکن خواهد بود. به عنوان کارهای آتی براساس آنچه که در این پژوهش حاصل شده، پیشنهاد میشود از سایر الگوریتمهای بهینهسازی و یا حتی الگوریتمهای قدرتمند مدلسازی همچون شبکههای عصبی مصنوعی استفاده شود. همچنین، میتوان تغییر پوشش بام ساختمانها و استفاده از پوشش های جدیدتر را در تعدیل دما با اتخاذ پارامترهای جدید از تابع هزینه در الگوریتمهای بهینهسازی و یادگیری عمیق مورد بررسی قرار داد.
فناوری ماهواره
مهدی نصیری سروی؛ هادی مهدی پور
چکیده
پیشینه و اهداف: سنجش از دور شامل جمعآوری اطلاعات در مورد ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و زیستی اهداف روی سطح زمین است. در دههی اخیر، تاسوارهها (CubeSats) از ابزارهای آموزشی محض به سکوهای استاندارد و ارزانقیمت برای نمایش فناوری و قرارگیری محمولههای علمی- تحقیقاتی در مدار زمین تبدیل شدهاند. تاسواره، به نوعی از ماهوارههای ...
بیشتر
پیشینه و اهداف: سنجش از دور شامل جمعآوری اطلاعات در مورد ویژگیهای فیزیکی، شیمیایی و زیستی اهداف روی سطح زمین است. در دههی اخیر، تاسوارهها (CubeSats) از ابزارهای آموزشی محض به سکوهای استاندارد و ارزانقیمت برای نمایش فناوری و قرارگیری محمولههای علمی- تحقیقاتی در مدار زمین تبدیل شدهاند. تاسواره، به نوعی از ماهوارههای کوچک متشکل از واحدهای مکعب شکل در ابعاد ۱۰×۱۰×۱۰ سانتیمتر مکعب و وزنی در حدود 3/1 کیلوگرم گفته میشود. استفاده از فناوری نانو برای کوچکسازی قطعات الکترونیکی با کیفیت فضایی، کاهش هزینه و زمان برای توسعهی فناوریهای مرتبط با ساخت محموله و باس ماهواره و امکان قرارگیری منظومهای از ماهوارههای تاسواره در مدار تنها با یک پرتاب، ازجمله مزایایی است که شرکتها و سازمآنهای فضایی را نسبت به طراحی و ساخت اینگونه ماهواره ترغیب نموده است.روشها: در این مطالعه، به مرور مشخصات فنی، تواناییها، کاربردها و محدودیتهای تاسواره برای مأموریتهای مشاهدات زمین پرداخته میشود تا با ارزیابی این مأموریتها بتوان چشمانداز روشنی برای آیندهی کاربریهای سنجش از دوردر کشور، متصور شد. در ابتدا، گزارشی از توسعه و مأموریتهای جدید تاسوارههای سازمآنهای فضایی، دانشگاهها و شرکتهای خصوصی ارائه میگردد. پس از مروری جامع با دید سامانه بر توانمندی باس تاسواره و محدودیتهای بالقوه و اثرات آن بر روی مأموریتهای مشاهدات زمین، به کاربردهای تاسواره پرداخته میشود. درنهایت، این نتایج با الزامات فنی مأموریتهای مشاهدات زمین مقایسه شده و توانمندی ماهوارههای تاسواره برای انجام این مأموریتها ارزیابی میشود. بر این اساس، امکان انجام چندین مأموریت مشاهدات زمین توسط ماهوارههای تاسواره شناسایی شده که بهصورت بالقوه با توانمندیهای این نوع ماهواره سازگار میباشند.یافتهها: منظومههای تاسواره، حجم زیادی از تصاویر ماهوارهای را به زمین ارسال میکنند که خود موجب شکلگیری کلان دادهی سنجش از دوری شده و بنابراین نیازمند بهکارگیری هوش مصنوعی برای محاسبه، پردازش و ذخیرهی کلان دادهها است. قیمت پایین، ابعاد کوچک، چرخهی تولید و توسعه در زمان کوتاه و کاهش زمان دید مجدد، یکی از مهمترین مزایای تاسوارهها است که پایش مخاطرات طبیعی و نظارت مستمر بر محیط زیست را میسر کرده است. علاوه بر معماری ساده و کاهش هزینههای توسعه و پرتاب تاسوارهها، نیاز به سرمایهگذاری کمتر نیز، امکان مشارکت شرکتهای خصوصی و دانشگاهها در مأموریتهای فضایی را فراهم نموده است. در کنار نقاط قوت منظومهی تاسوارههای مشاهدات زمین، میتوان به توان تفکیک رادیومتریک پایین، کاهش نسبت سیگنال به نویز و درنتیجه کاهش کیفیت تصویر در مدارات غیرخورشید آهنگ، تفکیکپذیری طیفی پایین و وابستگی به تصاویر ماهوارههای بزرگ و تصاویر پهپادی، به عنوان نقاط ضعف کنونی آنها اشاره کرد.نتیجهگیری: پایش بههنگام سوانح طبیعی، آتشسوزی جنگلها و طغیان رودخانهها از جمله کاربردهای اصلی تاسوارهها میباشد که به دلیل توان تفکیک زمانی بالای منظومههای تاسواره، این امکان فراهم شده است. همچنین، پایش بیابانزایی، پایش خشکسالی، پایش تغییرات اقلیمی و بررسی اثرات آن بر کاهش یخچالهای طبیعی، ردیابی فعالیتهای بشر و تأثیرات زیستمحیطی و اقتصادی آن، بررسی آلودگی نوری شهرها، گسترش شهرها، تخمین قیمت مسکن و پایش حاشیهنشینی در شهرهای بزرگ، از دیگر کاربردهای منظومههای تاسواره میباشد. در حال حاضر، از تصاویر این منظومهها بهعنوان مکمل تصاویر ماهوارههای بزرگ برای بهبود توان تفکیک زمانی و رؤیت مناطق خاص در یک محدودهی زمانی خاص از شبانهروز استفاده میشود.
