fjernmåling – Store norske leksikon

Satellittbilde over Barentshavet og Svalbard. På bildet ser ein havis og bygeskyer over ope hav. Dette er eit døme på fjernmåling med ein passiv sensor.

Satellittbilde med sjøis og bygeskyer

Av Meteorologisk institutt/Meteorologisk institutt.

Lisens: CC BY SA 3.0

Fjernmåling er eit uttrykk brukt om innsamling av informasjon der ein ikkje er i fysisk kontakt med objektet eller miljøet ein måler. Fjernmåling er ofte nytta om innsamling av data ved bruk av kamera eller radarsystem frå fly, droner eller satellittar. Utforsking av verdsrommet med teleskop er også fjernmåling. Ein brukar fjernmåling til jordobservasjon med jordobservasjonssatellittar for å overvake og lære meir om miljøet på jorda.

Faktaboks

Etymologi: engelsk remote sensing

Oftast får ein informasjon om objektet ein ynskjer å undersøkje ved å studere ulike delar av det elektromagnetiske spekteret, men fjernmåling kan også gjerast ved hjelp av ulike akustiske bølgjer; slik som å «avlytte» jordskorpa på jakt etter jordskjelv eller ved å bruke ein sonar til å kartlegge havbotnen.

Innanfor jordobservasjon kan ein bruke fjernmåling til å kartlegge ei mengd miljøparametrar, slik som forureining i luft, vatn og hav, bølgjehøgde og temperatur på havoverflata, ulike ressursar i jordskorpa, slik som mineral, jordsmonn og vegetasjon eller innhaldet av vatn i jord og snø.

Prinsipp og verkemåte

Ein skil ofte mellom aktive og passive fjernmålemetodar.

For aktiv fjernmåling treng ein eit instrument som er samansett av to ting: ei kjelde som sender ut eit signal, samt ein sensor som registrerer reflektert energi frå objektet ein undersøkjer.

Ein passiv sensor vil registrere energi som anten kjem frå eigenstrålinga frå eit objekt, eller reflektert energi frå andre kjelder. Eit døme er at sola lyser opp jorda slik at eit kamera kan ta bilete av ei opplyst jord. Sjå døme i figur.

Aktive system

Biletet viser fjernmåling for å kartlegge sjøbotn ved hjelp av multistråle-ekkolodd. Dette er ein spesialvariant av sonaren som kan brukast til nøyaktig sjøkartlegging. Ein vifte av fleire hundre lydstrålar teigner ein profil av sjøbotn under fartøyet.

Multistråle-ekkolodd

Av Norvald Kjerstad.

Lisens: CC BY SA 3.0

Ein radar er eit døme på ein aktiv sensor. Det finst mange ulike radarsystem, som har ulike eigenskapar og utformingar ut frå kva dei skal brukast til. Ein kan måle avstanden til eit objekt ved hjelp av radar (eller laser). I slike tilfelle måler ein tida mellom utsendt og motteke signal, og ein kan dermed rekne ut avstanden når ein kjenner lysfarten. På denne måten kan ein til dømes måle høgda til eit objekt frå ein satellitt ved hjelp av eit altimeter.

Radarsystem kan også vere avbildande, slik at ein etter prosessering av data kan bygge opp eit bilete av fysiske strukturar. Dette vert kalla syntetisk apertureradar (SAR). Slike instrument vert gjerne montert i fly og satellittar.

Under havet fungerer ein sonar på tilsvarande måte. Ei lydkjelde sender ut eit lydsignal som ulike objekt i havet (fisk, skip, havbotn med meir) reflekterer tilbake. Då kan ein anten måle havdjupa og finne fisk (som med eit ekkolodd i ein fiskebåt) eller gjere finmaska målingar som kartlegg havbotnen i detalj (batymetri). Det finst også avbildande sonarar som fungerer tilsvarande SAR.

Passive metodar

Instrumentet Along Track Scanning Radiometer (ATSR) på ESA-satellitten ERS er ein termisk sensor som kan kartlegge overflatetemperaturen til havet, og dermed bidra til å lage datasett som strekkjer seg over lang tid.

Måling av havoverflatetemperatur

Av ESA.

Lisens: Avgrensa gjenbruk

Eit vanleg kamera er eit døme på eit passivt system som registrerer reflektert (sol)lys frå eit objekt. Slike kamera er gjerne karakterisert med ei romleg oppløysing og ei spektral oppløysing (sjå figur og les meir om hyperspektralt kamera). Dette avgjer kor «små» strukturar ein kan sjå, anten fysiske strukturar eller eigenskapane til strukturane, avleia av spektrale data.

Viss eit kamera kan registrere meir enn dei tre mest vanlege primærfargane (raud, grøn, blå) kallar vi det ein multispektral sensor (3–10 kanalar) eller eit hyperspektralt kamera (titals til hundretals kanalar). Slike sensorar deler opp spekteret i små band (kanalar). Ved å sjå på fordelinga av energien sensoren registrerer i dei ulike delane av spekteret, ofte kalla spektralkurver, kan ein seie noko om eigenskapane til det ein ser på. Vatn, jord eller skog har ulike spektralkurver eller spektralsignaturar. Kjenner ein igjen desse signaturane i data frå sensoren, kan ein kartlegge og klassifisere det ein ser på.

Med ein termisk sensor fangar ein opp «eigenprodusert» utstråla energi (ikkje reflektert) frå eit objekt.

Informasjon i ulike delar av spekteret

Elektromagnetisk stråling med ulike bølgjelengder/frekvenser vil vekselverke med eit objekt på ulike måtar. Det vil seie at objektet ein observerar vil påverke reflektert eller utsendt stråling avhengig av bølgjelengda.

Forenkla kan ein seie at for aktive sensorar må bølgjelengda vere tilpassa storleiken på det ein vil studere. Om vi til dømes ynskjer å leite etter kjemikaliar i lufta, kan vi bruke laserkjelder som har så korte bølgjelengder at ein ved bruk av molekylære resonansfenomen kan avdekke samansetning av molekylet ein vil studere. Då kan ein nytte synlig lys eller infrarøde bølgjer. Om vi er på jakt etter å kartlegge form og storleik på eit objekt, kan vi bruke radiobølgjer (radar) med bølgjelengder frå millimeter til meter, tilpassa størrelsen til det vi vil sjå på.

Passive sensorar kan registrere termisk (IR) stråling for å finne temperaturen til eit objekt, eller ein kan sjå på større delar av det optiske spekteret for å finne samansetninga av atmosfæra på planetar eller stjerner ved å sjå etter absorpsjonslinjer. Multispektrale og hyperspektrale kamera kan nyttast til å klassifisere mellom anna skog og anna vegetasjon og også avleie informasjon om helsa til vegetasjonen. (Sjå vegetasjonsindeks).

Fjernmåling i og frå verdsrommet

Oljesøl utanfor kysten av Spania i november 2002, observert med SAR-instrumentet ombord i Envisat.

Oljesøl observert med SAR frå Envisat

Av ESA.

Lisens: ESA

Satellittar i verdsrommet vert utstyrt med ulike sensorar bestemt ut frå kva ein ynskjer å overvake. På grunn av at atmosfæra ikkje er gjennomsiktig over heile det elektromagnetiske spekteret (sjå optisk vindu), må ein velje ut dei delane av spekteret der eit signal klarer å nå ut til sensoren. Til dømes er atmosfæra meir gjennomsiktig i den synlege delen av spekteret enn for varmestråling (IR) og ultrafiolett stråling (UV). Det same gjeld for lågare frekvensar (lengre bølgjelengder). Det er ikkje alle delar av radiospekteret som eignar seg like godt til bruk som ein radar. Dei delane av atmosfæra som er gjennomsiktig, kallar vi atmosfæriske vindauge. Sjå hovudartikkel om jordobservasjon.

Den tilsvarande problemstillinga finst også for til dømes astronomi. Dei atmosfæriske vindauga avgrensar kva for delar av det elektromagnetiske spekteret vi kan nytte for å kartlegge universet med teleskop på jordoverflata. Difor vert somme teleskop flytta ut i verdsrommet (sjå romteleskop), slik at ein kan undersøke dei delane av spekteret atmosfæra ikkje slepp gjennom. Dette har også ein anna fordel. Eit elektromagnetisk signal som beveger seg gjennom eit medium slik som gass i atmosfæra vert også påverka på andre måtar. Lys og radiobølgjer vert absorberte, reflekterte og spreidde på ulike måtar. Avhengig av type og styrke på signalet ein studerer kan dette ha ein stor innverknad. Desse problemstillingane slepp ein også unna med teleskop plassert i verdsrommet. Romteleskopa Hubble og James Webb er gode døme.

Historie

Omgrepet fjernmåling vart først teke i bruk i samband med satellittprosjekt i USA i midten av 1960-åra. Fjernmåling vert framleis i hovudsak assosiert med jordobservasjonssatellitar og meteorologiske satellittar, sjølv om det fysikalske prinsippet er uavhengig av kva plattform ein sensor er montert på.

Eigentleg har fjernmåling vore brukt som måleteknikk i eit stort omfang frå starten av radiovitskapen. I 1920-åra nytta dei britiske fysikarane Oliver Heaviside og Edward Victor Appleton radiobølgjer til å studere samansetninga av ionosfæra. Seinare på 1950- og 1960-talet nytta ein særleg radiobølgjer til å studere verdsrommet, slik som planetar, Sola og Månen, og ein studerte dei lågare områda av atmosfæra på jorda ved hjelp av radiometeorologiske metodar. Frå 1970- og 1980-åra og utover har ein vore særleg oppteken av å lære meir om tilstanden til vårt eige miljø, slik som ressurskartlegging, forureining, vêr og klima.

Les meir i Store norske leksikon

Kommentarar

Kommentarar til artikkelen blir synleg for alle. Ikkje skriv inn sensitive opplysningar, for eksempel helseopplysningar. Fagansvarleg eller redaktør svarar når dei kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logga inn for å kommentere.

Fagansvarleg for Jordobservasjon

Roger Birkeland

Forskar, NTNU – Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet