भौगोलिक तकनीकें II: सुदूर संवेदन — विद्युत-चुंबकीय स्पेक्ट्रम, संवेदक, मंच और विभेदन, चित्र निर्वचन, फ़ोटोग्रामिति, अंकीय चित्र प्रक्रमण और बिग डेटा — और GPS

सुदूर संवेदन वस्तुओं के बारे में बिना संपर्क के, उनके द्वारा परावर्तित या उत्सर्जित विद्युत-चुंबकीय विकिरण (EMR) को दर्ज करके, सूचना प्राप्त करना है। EMR प्रकाश की गति से चलता है, c = λν (तरंगदैर्ध्य × आवृत्ति)। स्पेक्ट्रम के प्रयुक्त भाग हैं दृश्य पट्टी, 0.4–0.7 µm (नीला 0.4–0.5, हरा 0.5–0.6, लाल 0.6–0.7), निकट अवरक्त (0.7–1.3 µm), लघु-तरंग अवरक्त (1.3–3 µm), तापीय अवरक्त (लगभग 3–14 µm, 8–14 µm पर एक मुख्य खिड़की के साथ), और सूक्ष्म-तरंगें (लगभग 1 मिमी से 1 मी), जो बादलों को पार करती हैं। वायुमंडल कुछ तरंगदैर्ध्यों को अवशोषित करता है और अन्य को वायुमंडलीय खिड़कियों से पार होने देता है, और लघु तरंगदैर्ध्यों को सर्वाधिक प्रकीर्णित करता है — λ⁻⁴ के अनुपाती रैले प्रकीर्णन के कारण ही आकाश नीला है और नीली पट्टियाँ धुँधली होती हैं।

हर सतह का एक स्पेक्ट्रमी हस्ताक्षर होता है। स्वस्थ वनस्पति लाल प्रकाश को प्रबलता से अवशोषित करती है (क्लोरोफ़िल) और निकट-अवरक्त को प्रबलता से परावर्तित करती है (पत्तियों की आंतरिक संरचना); जल निकट-अवरक्त को अवशोषित करता है और गहरा दिखता है; मृदा की परावर्तकता तरंगदैर्ध्य के साथ क्रमशः बढ़ती है। इस विषमता का प्रयोग सामान्यीकृत अंतर वनस्पति सूचकांक में होता है, NDVI = (NIR − Red) ÷ (NIR + Red), जिसका परास −1 से +1 है: सघन हरी वनस्पति ऊँचे धनात्मक मान देती है, नग्न मृदा शून्य के निकट मान, और जल ऋणात्मक मान। NIR परावर्तकता 0.6 और लाल 0.2 के साथ NDVI = 0.4 ÷ 0.8 = 0.5। संवेदक निष्क्रिय होते हैं — परावर्तित सूर्यप्रकाश या उत्सर्जित ऊष्मा दर्ज करते — या सक्रिय, अपनी ऊर्जा स्वयं देते: रडार (सिंथेटिक अपर्चर रडार, SAR सहित) और लिडार। स्कैनर व्हिस्कब्रूम (अनुप्रस्थ-पथ, दर्पण से झाड़ू की तरह, जैसे आरंभिक लैंडसैट पर) या पुशब्रूम (पथ-अनुदिश, संसूचकों की रैखिक पंक्ति के साथ, जैसे SPOT और भारतीय LISS संवेदकों पर) होते हैं।

मंच भू-आधारित उपकरणों से विमानों और ड्रोनों (UAV) होते हुए उपग्रहों तक फैले हैं। भूस्थिर उपग्रह विषुवत से लगभग 35,786 किमी ऊपर दिन में एक बार परिक्रमा करते हैं, अतः वे एक ही गोलार्ध को निरंतर देखते हैं — मौसम (INSAT और GOES) हेतु आदर्श, मोटे विभेदन पर। सूर्य-तुल्यकालिक, निकट-ध्रुवीय उपग्रह लगभग 600–900 किमी पर परिक्रमा करते हैं और हर अक्षांश को उसी स्थानीय सौर समय पर पार करते हैं, जिससे चित्रों की तुलना हेतु सुसंगत प्रदीप्ति मिलती है — लैंडसैट (लगभग 705 किमी) और IRS शृंखला की कक्षा।

वायु-फ़ोटो और उपग्रह चित्रों का दृश्य निर्वचन तत्वों के एक मानक समूह पर टिका है: आभा या रंग (सापेक्ष चमक), गठन (आभा-परिवर्तन की आवृत्ति — चिकनी घास-भूमि बनाम खुरदरा वन), प्रतिरूप (स्थानिक व्यवस्था — नियोजित नगर की जाली, बाग़ की नियमित पंक्तियाँ), आकृति, आकार, छाया (जो ऊँचाई और परिच्छेदिका प्रकट करती है), स्थल (स्थलाकृतिक स्थिति) और साहचर्य (साथ मिलने वाली वस्तुएँ — शीतलन मीनारों, रेल साइडिंग और कोयला-यार्ड सहित एक ताप-विद्युत केंद्र)। मानक छद्म रंग संयोजन में निकट-अवरक्त पट्टी लाल में, लाल पट्टी हरे में और हरी पट्टी नीले में दिखाई जाती है, अतः स्वस्थ वनस्पति चमकीली लाल, जल गहरा नीला या काला, और नगरीय क्षेत्र नीलाभ धूसर दिखते हैं।

फ़ोटोग्रामिति फ़ोटोग्राफ़ों से विश्वसनीय मापन करने का विज्ञान है। ऊर्ध्वाधर फ़ोटोग्राफ़ की मापनी S = f ÷ (H − h) है, कैमरे की फ़ोकस-दूरी को भू-भाग से उड़ान-ऊँचाई से भाग: f = 152 मिमी और भूमि से 3,040 मी ऊँचाई के साथ S = 0.152 ÷ 3,040 = 1 ÷ 20,000, अर्थात् 1:20,000 की मापनी। उड़ान-रेखा के साथ क्रमिक फ़ोटोग्राफ़ लगभग 60 प्रतिशत (अग्र अतिव्यापन) और आसन्न पट्टियाँ 20–30 प्रतिशत (पार्श्व अतिव्यापन) अतिव्याप्त होती हैं, ताकि हर बिंदु दो फ़ोटोग्राफ़ों में दिखे और उसे तीन आयामों में त्रिविम रूप से देखा जा सके; ऊँचाइयाँ लंबन से मापी जाती हैं, और ऊँची वस्तुएँ उच्चावच विस्थापन दिखाती हैं, फ़ोटोग्राफ़ के प्रधान बिंदु से अरीय रूप से दूर झुकती हुई। वायव फ़ोटोग्राफ़ कैमरा-अक्ष के झुकाव से वर्गीकृत होते हैं — ऊर्ध्वाधर (ऊर्ध्वाधर से लगभग 3° के भीतर, मानचित्रण का आधार), निम्न तिर्यक (क्षितिज दिखाई नहीं देता) और उच्च तिर्यक (क्षितिज दिखाई देता है) — और फ़िल्म से: पैनक्रोमैटिक श्वेत-श्याम, श्वेत-श्याम अवरक्त, प्राकृतिक रंग और रंगीन अवरक्त (छद्म रंग)।

अंकीय चित्र प्रक्रमण की चार अवस्थाएँ हैं। पूर्व-प्रक्रमण कच्चे आँकड़ों का सुधार करता है: संवेदक दोषों और वायुमंडलीय प्रभावों हेतु विकिरणमितीय सुधार (उदाहरण के लिए अंधकार-वस्तु घटाव), और भू-नियंत्रण बिंदुओं और पुनर्प्रतिचयन (निकटतम पड़ोसी, द्विरैखिक या घनीय संवलन) का प्रयोग करते हुए ज्यामितीय सुधार। संवर्धन दृश्य निर्वचनीयता सुधारता है: विषमता विस्तारण (रैखिक, या आयतचित्र समीकरण), स्थानिक निस्यंदन (निम्न-पारक निस्यंदक चिकना करते हैं, उच्च-पारक किनारों को तीक्ष्ण), NDVI जैसे पट्टी-अनुपात और प्रमुख घटक। वर्गीकरण पिक्सेलों को वर्गों में रखता है: अपर्यवेक्षित वर्गीकरण एक कलनविधि को प्राकृतिक गुच्छ खोजने देता है (ISODATA, k-माध्य) जिन्हें विश्लेषक बाद में नाम देता है; पर्यवेक्षित वर्गीकरण ज्ञात आवरण के प्रशिक्षण स्थलों से आरंभ होता है और एक निर्णय-नियम प्रयुक्त करता है — समांतर षट्फलक, न्यूनतम दूरी या, सबसे सामान्य रूप से, अधिकतम संभाविता। सटीकता आकलन परिणाम की संदर्भ आँकड़ों से त्रुटि (भ्रम) आव्यूह में तुलना करता है, समग्र सटीकता और कैपा गुणांक बताते हुए। वस्तु-आधारित विश्लेषण और यंत्र-अधिगम वर्गीकारक (रैंडम फ़ॉरेस्ट, गहन तंत्रिका जाल) नई विधियाँ हैं, और तिथियों की तुलना परिवर्तन संसूचन देती है।

सुदूर-संवेदन प्रौद्योगिकी में विकास में सम्मिलित हैं अतिस्पेक्ट्रमी चित्रण (भारत का HySIS, 2018), बादलों के पार और रात में देखने वाला सिंथेटिक अपर्चर रडार (RISAT-1, 2012; यूरोप का सेंटिनल-1; और NISAR, 2025 में प्रक्षेपित नासा–इसरो SAR मिशन), विस्तृत उन्नयन और वन-संरचना हेतु लिडार, आधे मीटर से कम का अति-उच्च-विभेदन व्यावसायिक चित्रण, पृथ्वी का दैनिक चित्रण करने वाले छोटे उपग्रहों के समूह, और ड्रोन। परिणाम बिग डेटा है: पेटाबाइटों चित्र जिन्हें डाउनलोड करने के बजाय क्लाउड में प्रक्रमित किया जाता है — गूगल अर्थ इंजन (2010) — जो खुले आँकड़ा नीतियों (2008 से निःशुल्क लैंडसैट संग्रह और 2014 से कोपर्निकस सेंटिनल) और, भारत में, 2021 के उदारीकृत भू-स्थानिक दिशानिर्देशों तथा 2022 की राष्ट्रीय भू-स्थानिक नीति से संभव हुआ। भारत में प्राकृतिक संसाधन प्रबंधन में अनुप्रयोग पहले भारतीय सुदूर संवेदन उपग्रह, IRS-1A, 1988 से राष्ट्रीय सुदूर संवेदन केंद्र (हैदराबाद) द्वारा समन्वित हैं: फ़सल-क्षेत्रफल और उत्पादन पूर्वानुमान (महालनोबिस राष्ट्रीय फ़सल पूर्वानुमान केंद्र का FASAL कार्यक्रम), भारतीय वन सर्वेक्षण का द्विवार्षिक वन-आवरण आकलन, बंजर भूमि और भूमि-निम्नीकरण एटलस, भूजल संभावना मानचित्र, जलग्रहण नियोजन, बाढ़ और सूखा निगरानी, और महासागरीय रंग व समुद्र-सतह तापमान से व्युत्पन्न INCOIS की संभावित मत्स्यन क्षेत्र सलाहें; भुवन भू-पोर्टल इसका अधिकांश भाग सार्वजनिक रूप से उपलब्ध कराता है।

अभिग्राही हर उपग्रह के संकेत का यात्रा-समय मापता है, छद्म-दूरी पाने हेतु उसे प्रकाश की गति से गुणा करता है, और त्रिपार्श्वीयन (ट्राइलैटरेशन) से अपनी स्थिति निर्धारित करता है। यदि अभिग्राही की घड़ी पूर्ण होती तो तीन दूरियाँ किसी बिंदु को तीन आयामों में स्थित कर देतीं; चूँकि ऐसा नहीं है, घड़ी-त्रुटि हल करने हेतु एक चौथा उपग्रह चाहिए, अतः त्रि-आयामी स्थिति हेतु कम-से-कम चार उपग्रह आवश्यक हैं। सटीकता उपग्रह घड़ी और कक्षा त्रुटियों, आयनमंडलीय और क्षोभमंडलीय विलंब, इमारतों से बहुपथ परावर्तन, और उपग्रह-ज्यामिति, जो परिशुद्धता तनुकरण (DOP) के रूप में व्यक्त होती है, से सीमित होती है; संयुक्त राज्य ने चयनात्मक उपलब्धता कहलाने वाले जान-बूझकर अवनयन को मई 2000 में बंद कर दिया। सटीकता विभेदी GPS और उपग्रह-आधारित संवर्धन से सुधारी जाती है — भारत का गगन (GPS सहायित GEO संवर्धित नौसंचालन, इसरो और भारतीय विमानपत्तन प्राधिकरण द्वारा) प्रदेश पर विमानन की सेवा करता है। GPS अनेक वैश्विक नौसंचालन उपग्रह तंत्रों में से एक है, रूस के ग्लोनास, यूरोप के गैलीलियो और चीन के बेइदोउ के साथ; भारत अपना क्षेत्रीय तंत्र, नाविक (NavIC) (भारतीय क्षेत्रीय नौसंचालन उपग्रह तंत्र), संचालित करता है। अनुप्रयोगों में सर्वेक्षण और मानचित्रण, नौसंचालन, परिशुद्ध कृषि, आपदा प्रबंधन, वाहन-बेड़ा अनुवर्तन, सरकारी योजनाओं के अंतर्गत परिसंपत्तियों का भू-टैगिंग, विद्युत ग्रिडों और दूरसंचार हेतु समय-समकालन, और पर्पटी संचलन का मापन सम्मिलित हैं।