الاستشعار عن بعد

الاستشعار عن بعد
هناك تعاريف عدّة لمصطلح الاستشعار عن بعد، جميعها تدور حول مفهوم أساسي، وهو جمع المعلومات والبيانات من مسافة (بعد). ومن هذه التعاريف تعريف جيمس كامبل (James Campbell) الذي يعرف علم الاستشعار عن بعد على أنه علم استخلاص المعلومات والبيانات عن سطح الأرض والمسطحات المائية باستخدام صورة ملتقطة من أعلى، بواسطة تسجيل الأشعة الكهرومغناطيسية المنعكسة أو المنبعثة من سطح الأرض.و تنبأ عدد غير قليل من العلماء بضرورة استخدام الصور الجوية الرقمية والمرئية الفضائية، وذلك لما يليه من أحداث ستزود البشرية بأداة لدراسة أشكال سطح الأرض، واحتمالات الملاحظات الجوية. وقد ارتبط ذلك بالتطور التكنولوجي في تسجيل البيانات ونظم معالجتها، ووسائل النقل الجوي. وقد بدأت التطبيقات في أول الأمر بصورة محدودة، بالملاحظة البصرية فقط، وأصبحت المنصات الجوية ذات أهمية كبيرة، حينما اكتشفت معالجات الصور الضوئية، على أساس وجود مركبات كيميائية معينة ذات حساسية للضوء.

فعلم الاستشعار عن بعد يهتم بمعرفة ماهية الأجسام دون تماس فيزيائي أو كيميائي مباشر مع هذه الأجسام ومن أهم وأكثر تطبيقاته في الوقت الحالي هو الصور الفضائية التي يتم التقاطها عن طريق

السواتل ( الاقمار الاصطناعية ) أو الصور الجوية "باستخدام الطائرات يتم معالجة هذه الصور باستخدام برامج معالجة خاصة لأهداف متعددة منها :

لمحة تاريخية عن الأستشعار عن بعد

تعريف علم الاستشعار عن بعد:هناك تعاريف عدة لعلم الاستشعار عن بعد، وجميعها تدور حول مفهوم أساسي، وهو جمع المعلومات والبيانات من مسافة(بعد). وتعريف الاستشعار عن بعد هو علم استخلاص المعلومات والبيانات عن سطح الأرض والمسطحات المائية باستخدام صورة ملتقطه من أعلى، بواسطة تسجيل الاشعة الكهرومغناطيسية المنعكسة أو المنبعثة من سطح الأرض. هو تقنية الحصول على البيانات الأرضية والجوية دون الاتصال المباشر بين جهاز الالتقاط والجسم أو الظاهرة تحت البحث. وهو فن وعلم الحصول على المعلومة من بعد علم الاستشعار عن بعد يعنى بالأجهزة والنظريات لفهم الجسم أو الظاهرة المراد استكشافها أو استبيانها وفن الاستشعار عن بعد يكمن في التطور واستخدام التقنية لتحليل وتفسير الظواهر للحصول على معلومات مفيدة. وعلم الاستشعار عن بعد يعتمد على استنتاج المعلومة عن جسم ما أو ظاهرة ما بتحليل الطاقة التي تصل إلى ومن هذا الجسم أو الظاهرة فالطاقة الكهرومغناطيسية هي من أهم مجالات ومكونات نظام الاستشعار عن بعد عندما تصدر هذه الطاقة من الشمس وتسقط على جسم ما فهي تتفاعل معه اما ان تمتص أو تنتقل أو تنعكس أو ان تنبعث. الطاقة المنعكسة والمنبعثة هي التي تستخدم لاستكشاف أو استبيان الجسم وهي التي تستقبلها أجهزة الاستشعار عن بعد.


الطائرة لوكهيد TR-1 للاستشعار عن بعد


الحدثالسنهاكتشاف الاشعه تحت الحمراء بواسطة السير وليام هيرشل1800بداية ظهور الصور الفوتوغرافيه (الضوئيه)1839التقاط صور فوتوغرافيه من المناطيد1860 - 1850التقاط صور فوتوغرافيه من الطائرات1909الحرب العالمية الأولى: الاهتمام بالاستكشاف الجوي1914-1918التطورات والتطبيقات البدائية للصور الجوية ،وبداية ظهور علم المساحات التصويرية1920-1930الكساد الاقتصادي العالمي أدى إلى ظهور مشكلات بيئيه دفعت الحكومات لاستغلال تقنيه التصوير الجوي لمعالجه هذه المشكلات1929-1939الحرب العالمية الثانية: تخللتها استخدامات لنطاقات الأشعة الغير مرئية لإغراض التجسس والتخطيط العسكري ،بالإضافة إلى تدريب مكثف للكوادر البشرية لمعالجه الصور وتحليلها1939-1945الحرب الباردة: أبحاث عسكريه مكثفه وتطورات سريعة في حقل الاستشعار عن بعد1950-1960دراسة كوليل Colwell)) لأحد الآفات الزراعية باستخدام صور جوية تبين انعكاسات الاشعة تحت الحمراء لسطح الأرض.1956بداية استخدام مصطلح "الاستشعار عن بعد". وإطلاق أول قمر صناعي للأرصاد الجوية1960-1970إطلاق أول قمر صناعي من سلسله أقمار لاندسات Landsat)) لدراسة سطح الأرض1972تطورات سريعة في معالجه الصور الرقمية1970-1980إطلاق القمر الصناعي الفرني سبوت لمراقبه سطح الأرض1986تصميم المستشعرات ذات النطاقات الاشعاعية الكثيرة Hyperspectral Sensors))1980Sظهور انظمه الاستشعار عن بعد العالمية

الأشعة الكهرومغناطيسية

يمكن تعريف الأشعة الكهرومغناطيسية بأنها طاقة ذات موجات مختلفة الأطوال تسير بسرعة الضوء (3×1010 سم/ث).وتحدث الأشعة الكهرومغناطيسية على شكل موجات بأطوال مختلفة يتناقص ترددها بزيادة طول الموجه.وتصنف موجات الاشعاع الكهرومغناطيسي حسب أطوالها إلى نطاقات Bands ابتداء من الأشعة القصيرة جدا إلى الموجات الطويلة مثل موجات الراديو والتلفــزيون.والنطاق هو جزء محدد من الطيف الكهرومغناطيسي قد يكون واسعا أو يكون ضيقا. تجب ملاحظة أن وحدة قياس أطوال موجات الأشعة المرئية والأشعة تحت الحمراء غالبا تكون الميكرومتر MICROMETER وأحيانا النانومتر NANOMETER حيث أن 1مم == 1000 ميكرومتر و1 ميكرومتر == 1000 نانومتر.

الصور الجوية

اعتمادا على زاوية ميل المحور الضوئي لآلة التصوير عن الخط العمودي يوجد نوعان من الصور الجوية هما:
1) الصور الجوية العمودية (الرأسية): Vertical Air Photographs
وهي الصور التي تؤخذ عندنا يكون المحور الضوئي لآلة التصوير رأسيا قدر الإمكان على سطح الأرض. ولايمكن أن تكون الصورة الجوية عمودية تماما.وإذا وجدت كذلك فإنها مجرد صدفة.لذلك فإن أية صورة يقل ميل محورها عن (3) درجات تعتبر عمودية. والصور الجوية العمودية هي التي يمكن استخدامها في أعمال إنتاج الخرائط.
2) الصور الجوية المائلة: Oblique Air Photographs
هي الصور التي تلتقط عندما يكون المحور الضوئي لآلة التصوير مائلا ،وتستخدم عادة في تفسير الصور لأنها تغطي مساحة أرضية أكبر من مثيلاتها العمودية (عند ثبات أبعاد الصورة وارتفاع الطيران والبعد البؤري لعدسة الكاميرا) ويمكن منها ملاحظة بعض التفاصيل التي قد لا تظهر على الصور الجوية العمودية كالعربات تحت الأشجار مثلا. ولا تستخدم هذه الصور التي يزيد ميلها عن (3) درجات في إنتاج الخرائط. وتقسم الصور الجوية المائلة إلى نوعين هما : أ‌) الصور الجوية ذات الميل الكبير. ب‌) الصور الجوية ذات الميل القليل.
أ‌) الصور الجوية ذات الميل الكبير: هي الصور التي تلتقط عندما يكون المحور الضوئي لآلة التصوير مائلا كثيرا عن الوضع العمودي بحيث تتضمن الصورة الجوية جزءا من الأفق.
ب‌) الصور الجوية ذات الميل القليل : هي الصور التي تلتقط عندما يكون المحور الضوئي لآلة التصوير مائلا عن العمودي أكثر من (3) درجات ولكن لايظهر الأفق على الصورة الجوية.

العلامات الموضحة على الصور الجوية


يظهر على الصور الجوية، التي يمكن استخدامها في أعمال المسح الجوي، مجموعة من العلامات. وهذه العلامات ضرورية لتعيين الصورة نفسها من جهة، كما إنها أساسية لاستنتاج المقياس ولتفسير الصورة من جهة أخرى. ومن هذه العلامات ما يأتي :
1) رقم الصورة Photo Number : يسهل معرفة موقع الصورة بالنسبة للصور المجاورة.
2) رقم خط الطيران Flight Line Number : يستدل منه على موقع الصورة بالنسبة لخطوط الطيران.
3) رقم آلة التصوير Camera Number: وهو ضروريا لمعرفة نوع تشويه العدسات وتعيير آلة التصوير عند التثليث الجوي.
4) تاريخ التصوير Data Of Exposure: ويظهر عادة على الصورة الأولى من كل خط طيران.
5) وقت التصوير Time Of Exposure: يظهر وقت التقاط الصورة بالساعة والدقيقة والثانية، لتسهيل عملية تحليل الظلال ومعرفة الفترة الزمنية بين كل لقطة وأخرى لتحديد سرعة الطائرة.
6) ارتفاع الطيران Flying Height: ويستخدم ارتفاع الطيران مع البعد البؤري للعدسة لاستنتاج مقياس الصورة.
7) البعد البؤري لعدسة التصويرFocal Length: ويستخدم مع ارتفاع الطيران لحساب مقياس الصورة.
فقاعة التسوية Bubble: وهي ضرورية لتحديد ميل الطائرة أثناء التقاط الصورة، رغم أنها ليست دقيقة حيث تقيس لأقرب نصف درجة.
9) علامات إطار الصورة Fiducial Marks: تظهر إما في أركان أو في جوانب الصور الجوية، وتستعمل لتعيين موقع النقطة الأساسية للصورة.
Principal Point) (10) جهة التصوير أو المؤسسة: حيث يظهر مختصر اسم المؤسسة التي قامت بعملية التصوير

أهمية الصور الجوية الرقمية

1- معرفة سطح الأرض وما احدث عليها وتأثير التعرية عليها من قص الغابات وتقطيع الجبال.
2- التعرف على الاستكشافات والمواقع الأثرية.
3- معرفة الأراضي الزراعية والمراعي الكبيرة كالغابات وكذلك معرفة الأراضي الزراعية المراد توزيعها علي المواطن.
4- الكوارث الطبيعية ودراستها وتلافيها مستقبلاً.
5- زحف الرمال وكيف وضع المصدات.
6- في المزارع الكبيرة النموذجية يساعد في عملية تنظيمها ومعرفة ما تم زرعه وما تبقي فيها.
7- التعرف على اتجاه جريان الماء وأين يمكن أن يستقر.
8- مسح منطقة ما لعمل الخرائط العسكرية.
9- أثناء الحرب، يتم تحديد انتشار العدو وتحركاته وتقدم عمل إنشاءاته الهندسية أو تجميع المعلومات الدقيقة عن هدف محدد قبل مهاجمته.
10- سهولة نقل الحدث إلى موقع القرار.
11- متابعة المواكب الرسمية.
12- المطاردة البرية والبحرية.
13- القدرة على التصوير الليلي.
14- البحث في البر والبحر بواسطة المسح الحراري.
15- يستخدم في الطائرات التي تطير بدون طيار.

أهمية المرئية الفضائية

1- مسح مساحات واسعة، بسرعة، وبشكل اقتصادي.
2- إمكانية إنشاء نظم للمراقبة والمتابعة الدورية.
3- الكشف عن التغيرات البيئية البطيئة، والتدريجية، وكذلك الضخمة والمفاجئة. 4- تجاوز الحدود السياسية والعوائق الجغرافية، مما يتيح التعامل مع العالم بوصفه وحدة بيئية وجغرافية ممتدة.
5- عدم تأثر النظام بالتقلبات الجوية، نظراً لعدم اعتماده على محطات رصد مأهولة، والقدرة على اختراق الغلاف الجوي.
6- إمكانية تطبيق التقنية على المناطق المناخية غير المواتية، كالمنطقة القطبية والصحراء الكبرى.
7- إمكانية تطبيق تقنيات الحاسبات مباشرة على المعلومات المستخرجة؛ ما يتيح تطوير الاستفادة من هذه المعلومات، وإمكان التعامل مع كميات هائلة من البيانات، حيث إن الأقمار الصناعية توفر بيانات رقمية، إضافة إلى الصور، التي تتيح إجراء التحليلات والدراسات الكمية. دورية المعلومات، التي تعني إمكان الحصول على النوع نفسه من المعلومات لمنطقة معينة، على فترات زمنية مختلفة، وهذا يمكن من إجراء الدراسات الديناميكية، التي تتصل بدراسة تطور ظاهرة أو خاصية ما. وتتوافر دورية المعلومات نتيجة الزيارات المتكررة للأقمار.

المرئيات الفضائية

منذ زمن ليس ببعيد كانت الأقمار الاصطناعية تعتبر من الإنجازات العلمية التي يحيطها هالة كبيرة من السرية والغموض حيث انحصر استخدامها في بادئ الأمر على الأغراض العسكرية فقط مثل أعمال الملاحة البحرية والمراقبة الجوية وعمليات التجسس، أما الآن فقد أصبحت تمثل جزءا ضروريا من حياتنا اليومية وتعددت استخداماتها لتشمل مجالات عديدة مثل الاستعانة بها للتنبؤ بالأحوال الجوية والاستقبال التلفزيوني الفضائي فضلا عن الاتصالات الهاتفية التي تتم بين الملايين من الناس بمختلف دول العالم. يتم تحميل القمر الاصطناعي على صاروخ معد خصيصا لهذه الأغراض حيث يقوم الصاروخ باختراق الغلاف الجوي للكرة الأرضية بسرعة خارقة متجها نحو المدار الفضائي المحدد له بواسطة أجهزة تحكم تقوم بتوجيه الصاروخ يمينا أو شمالا، شرقا أو غربا، وعندما تصل سرعة الصاروخ إلى 120ميل/ساعة (أي ما يعادل 193 كيلومتر/ساعة) تقوم الأجهزة الملاحية بالصاروخ بتعديل الوضع ليصبح رأسيا وعندها يتم تثبيت القمر الاصطناعي في المدار المحدد له.

عيوب الصورة الجوية الرقمية والمرئية الفضائية

الصور الجوية:
1. حالة الطقس غير المناسبة والغيوم والرياح الشديدة وتكون الغبار يظهر في الصورة.
2. الوقت المناسب هو الظهيرة وزوال الظل وتجنب وقت الشروق والغروب وبالتالي لا يمكن التصور في جميع الأوقات.
3. تحرك الطائرة نحو اليمين والشمال أثناء الالتقاط. يؤدي إلى اهتزاز الصورة.
4. عدم اختيار الارتفاع المناسب لالتقاط الصور وضياع الأهداف المرادة.
الفضائية المرئية:
1. قلة وضوح الظواهر الأرضية التي تلتقطها هذه الأقمار بسبب بعد مدارها. 2. دوران الكرة الأرضية.
3. وجود الرذاذ أو الغبار على عدسات المستشعر.
4. التشوهات الإشعاعية التي تظهر على المرئيات.
5. التشوهات الهندسية التي تظهر على المرئية الفضائية.

الآلات المستخدمة في التقاط الصور الجوية والمرئيات الفضائية.

الصورة الجوية: إن أداة الالتقاط للصورة الجوية عبارة عن كاميرا تصوير عادية تشمل على عدسة تقوم بجمع الضوء المنعكس نحوها لإسقاطه على الفيلم الحساس للضوء كما أن الصورة المنتجة بواسطته هي صورة فوتوغرافية تسمى بالصورة الجوية Aerial Photo المرئية الفضائية: تكون أداة الالتقاط للصورة الفضائية عبارة عن لاقط حساس للطاقة الكهرومغناطيسية وتكون الصورة المنتجة عبارة عن سجل رقمي للطاقة المسجلة ويطلق عليها صورة أو منظر image فضائي. ويمكن استخدام أجهزة أخرى في تقنية التصوير الجوي والمرئية الفضائية وهي:
1. الأجهزة المادية للحاسوب.
2. وسيلة اتصال لاسلكية.
3. برامج خاصة تؤدي وظيفة البرمجيات في منظومة المعلومات الجغرافية ولكن باتصال دائم مع العارض المكاني