Remote Sensing: ..types, techniques, and its organs
هناك تعريفات عديدة للاستشعار عن بعد كما لاحظتم، وفيما يلي عرض لأهم أربعة من هذه التعريفات:
1. يقصد بالاستشعار عن بعد مجموع العمليات، التي تسمح بالحصول على معلومات عن شئ ما، دون أن يكون هناك اتصال مباشر بينه وبين جهاز التقاط هذه المعلومات.
2. الاستشعار عن بعد هو ذلك العلم، الذي يستخدم خواص الموجات الكهرومغناطيسية المنعكسة، أو المنبعثة من الأشياء الأرضية، أو من الجو، أو من مياه البحر والمحيطات في التعرف عليها.
3. يمكن النظر إلى الاستشعار عن بعد على أنه: مجموعة الوسائل، من طائرات، أو أقمار صناعية، أو بالونات، وأجهزة التقاط البيانات، ومحطات الاستقبال، ومجموعة برامج معالجة البيانات المستقبلة، التي تسمح بفهم المواد والظواهر من طريق خواصها الطيفية.
4. الاستشعار عن بعد: هو علم يمكن من الحصول على بيانات الانعكاس والسلوك الطيفي للأشياء، التي يمكن أن تتحول إلى معلومات من خلال عمليات المعالجة والاستقراء.
إذن فعبارة "الاستشعار عن بعد" تستعمل لتعني مجموعة المعطيات، التي نحصل عليها من مسافة معينة؛ ناتجة عن تفاعل طاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي مع المادة، أو المظهر الذي ندرسه، والمقيس بإحدى وسائل أجهزة الاستشعار عن بعد.
إن هذه التعريفات أعلاه- وإن كانت شمولية - فإنها على درجة كبيرة من التعقيد أحياناً، فما تتضمنه دراسة المواد والثروات الأرضية، التي ليست على بعد كبير من الأجهزة، يجعل استعمال عبارة "عن بعدREMOTELY " موضعاً للتساؤل أحياناً من البعض. كما يعتقد البعض أن الوسائط الأخرى المخالفة للطاقة الإشعاعية، كالصوت مثلاً، يجب أن تكون مشمولة بهذه التعريفات.
ثانياً: أنواع الاستشعار عن بعد
1. الاستشعار عن بعد السلبي Passive Remote Sensing: وتكون البيانات المستقبلة فيه هي الانبعاث الطيفي من الأجسام، (اُنظر شكل التقاط الانبعاثات الطيفية).
2. الاستشعار عن بعد الإيجابي Active Remote Sensing: وتكون البيانات المستقبلة فيه انعكاسات طيفية، حيث تقوم المنصات الحاملة لأجهزة الاستشعار بإرسال الموجات الكهرومغناطيسية إلى الأهداف المراد دراستها، فترتطم بها، وتنعكس لتستقبلها المستشعرات Sensors، التي تقوم بإرسالها إلى محطات الاستقبال الأرضية Ground Reception Stations.
تعتمد تقنيات الاستشعار عن بعد على حمل أنواع متعددة من اللواقط او المستشعرات Sensors، لتسجيل الظواهر المراد دراستها وقياسها، بناء على مفهوم: أن كل جسم يشع ويعكس مدى من الطاقة الكهرومغناطيسية، تكون غالباً في مجموعات متميزة، تسمى "بصمات طيفية" Spectral Signature، توضح معلومات عن خاصية معينة للجسم لذا نستطيع الاستعانة بذلك لإعادة تصنيف مايصلنا من بيانات...
وعموماً، فإنه يمكن للإشعاع أن يبث من خلال الجسم، أو يمتص بواسطة الجسم، أو يشتت بواسطة الجسم، أو قد ينعكس الإشعاع، ويعني بذلك عودة الإشعاع دون تغيير، أي يكون الجسم في هذه الحالة مثل المرآة.
ويحدد اختيار أحد هذه التفاعلات السابقة طول الموجة لكل مادة، التي تعتمد أساساً على خصائص سطحها وجزيئات بنيتها، وهذه هي قواعد القياس بواسطة الاستشعار عن بعد. وجدير بالذكر أن للغلاف الجوي للأرض بعض المميزات الخاصة به، والمؤثرة في اختيار النطاقات الضوئية في الاستشعار.
وتختلف دقة كل جهاز استشعاري عن الآخر بدرجة التفريق Resolution، التي يحققها في رصد الأهداف، ويعتمد ذلك على خواص كل مادة بالنسبة لعكس الأشعة الساقطة عليها، أو امتصاص هذه الأشعة، جزئيا أو كلياً.
1. جمع المعلومات بواسطة المستشعرات، وبثها إلى محطات الاستقبال الأرضية.
2. خضوع هذه المعلومات لمعالجة أولية وتصحيحات، ثم معالجة نهائية.
3. تفسير هذه المعطيات بعد تحويلها إلى صور.
4. استخدام الصور في رسم البيانات الدقيقة والخرائط، التي تخدم المجالات المختلفة.
أجهزة الاستشعار عن بعد أجهزة ميكانيكية أو إلكترونية، فيمكن أن تكون آلة التصوير العادية أكثر الأشكال المألوفة لأجهزة الاستشعار عن بعد، إذ إنها مثل العين تماماً، تستخدم الضوء المنعكس من الجسم، والمار خلال عدسات مختلفة، إلى سطح حساس للضوء لتشكيل الصورة، وكما تستعمل آلة التصوير لتسجيل الأحداث، التي نرغب في تذكرها، فإنه يمكننا استخدام آلة التصوير هذه للحصول على معلومات مناسبة، لموضوع معين، نهتم بدراسته.
وبالرغم من أن بعض أجهزة الاستشعار عن بعد قادرة على إعطاء معلومات/بيانات مستمرة في وقت تشغيلها نفسه، فإن أكثر أجهزة الاستشعار عن بعد تقوم بخزن المعطيات، بشكل أو بآخر. وكذلك فإن كمية المعطيات القابلة للاستخدام في الصورة الثابتة أكبر منها في اللقطات المتغيرة باستمرار، والمرئية على جهاز عرض ما.
فأجهزة الاستشعار عن بعد إذن هي: الأجهزة، التي تجمع المعطيات، بشكل قابل للتخزين عادة من أجسام أو مشاهد معينة من مسافة ما منها، وبعض هذه الأجهزة، كآلات التصوير، تستعمل طاقة الضوء المرئي ، بينما يستعمل بعضها الآخر أنماطا أخرى من الطاقة، فهناك أجهزة استشعار عن بعد أقل شيوعاً من آلات التصوير، كأجهزة الرادار وأجهزة التصوير بالأشعة السينية X- Rays.
فباستعمال الأشعة السينية مثلاً، يمكن أن تكون المسافة أكبر بقليل من سماكة طبقة من الجلد أو النسيج، أما الاختلاف الأكثر أهمية فهو طبيعة الأشعة المستعملة في كل نظام. فبالنسبة للرادار وللأشعة السينية يكون اختلاف طول موجة الإشعاعات المستخدمة هو السبب الذي يعطي كلاً من النظامين ميزاته لمهمات علمية معينة.
1. المنصات الحاملة لأجهزة الاستشعار عن بعد REMOTE SENSING TERMINALS
الغرض الأساسي من المنصات، التي تحمل أجهزة الاستشعار عن بعد، هو: وضع هذه الأجهزة على ارتفاع معين من سطح الأرض. وتستخدم 1- البالونات و2- الطائرات في الاستشعار الجوي للحصول على صور جوية ذات مقاييس كبيرة ومتوسطة، من 2000:1 حتى 8000:1، طبقاً لارتفاع البالون أو الطائرة، الذي يراوح بين 3000 و7000 متر، والبالونات قد تكون موجهة، أو غير موجهة، حيث يتوقف مسارها على الرياح.
والنوع الثالث والسائد اليوم من المنصات هو: المركبات الفضائية SPACE SATELLITES، وهذا النوع من المنصات باهظ التكاليف، ويتطلب تكنولوجيا رفيعة المستوى. وهذه المركبات نوعان: متحركة في مساراتOrbits حول الكرة الأرضية، وثابتة Geostationary، وهي التي تتميز بتواجدها الدائم، في موضع ثابت بالنسبة للأرض، وبذا توفر ملاحظة دائمة ومستمرة لجزء ما من الكرة الأرضية.
2. أجهزة التقاط البيانات
أجهزة التقاط البيانات هي التي تستقبل الأشعة المنبعثة والمنعكسة، على أطوال موجية معينة، ثم تحولها إلى أشعة، ترسل إلى محطات استقبال أرضية. وتنقسم أجهزة التقاط بيانات الاستشعار عن بعد إلى الأنواع الرئيسية الآتية:
أ. أجهزة التصوير، (اُنظر شكل أسلوب التصوير الضوئي).
ب. الرادار، وهو جهاز التقاط الاستشعار الموجب، حيث يتولى بث الأشعة، والتقاطها، وإرسالها إلى محطات الاستقبال الأرضية.
ج. وعادة ما تزود الأقمار بتلسكوبات ضخمة، تزيد من دقة التقاط الأشعة. والأقمار الفرنسية "سبوت" SPOT مزودة باثنين من هذه التلسكوبات، التي يزن كل منها 250 كجم، ويبلغ طوله مترين ونصف المتر، وبعد التقاط الصور بواسطة النظام البصري، يسقط الضوء على أجهزة الإحساس الضوئية، التي يتكون كل منها من 1000 خلية، تحول الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية.
3. الأجهزة المستخدمة في دراسة البحار والمحيطات
وبعض أجهزة الاستشعار التي تحملها الأقمار الصناعية سلبية، مثل أجهزة قياس الإشعاع "الراديوميتر" Radiometer، وتتولى الكشف عن انبعاث الأشعة الطبيعية من البحر، أو ما يعكسه البحر من ضوء الشمس.
وهناك أجهزة استشعار أخرى إيجابية، تبعث موجاتها الرادارية خلال فتحة رادار اصطناعية Synthetic Aperature Radar: SAR، فتتولد صورة يوافق بريقها كمية الطاقة المنعكسة من سطح البحر في شكل موجات دقيقة. ويتحكم في توليد الصورة أحوال سطح البحر، ومدى اضطرابه، والحركة بوجه عام. والصور، التي يحصل عليها بالرادار، يمكنها أن تكشف التفاصيل عن بعض الخصائص، مثل الحركات النموذجية الداخلية، أو طبوغرافيا القاع، إلى عمق عدة أمتار.
أ. جهاز قياس الارتفاع
وجهاز قياس الارتفاع Altimeter يعمل عمل رادار قد تكون له أهمية خاصة لقياس مستوى سطح البحر، ومن ثم درجة انحداره في حدود بضعة سنتيمترات من الدقة. ومعنى هذا، أنه بفضل قياس الارتفاعات، يمكن الكشف عن تنوع تيارات المحيط، على أساس إجمالي، كما يمكن قياس حجم الدوامات المحيطة، على مساحات شاسعة مضطربة، مثل دوامات بحار الجنوب.
وتسجيل وقت بث الموجة الرادارية في رحلتها من القمر الصناعي إلى البحر ووقت استقبالها، ودراسة شكل هذه الموجة عند رجوعها تعطي الأدلة على حالة اضطراب البحر. وعلى ذلك، فإن هذا الجهاز يتيح وسيلة لمراقبة ارتفاع الأمواج في كل الأوقات، وهو متغير له أهميته في الملاحة.
ب. مقياس التشتت
ومقياس التشتت Disperometer رادار يغطى مساحة أكثر اتساعاً. فالشدة المتوسطة للموجات الرادارية، هي مقياس لاضطراب البحر نتيجة لهبوب الرياح. ومن ثم، فإن طريقة الكشف هذه، تتيح وسيلة لقياس الريح، على سطح البحر في مساحات شاسعة، لا تعبرها السفن العادية، أو سفن الأرصاد الجوية. ويمكن تحسين التنبؤات الجوية بإدماج مثل هذه المعلومات بنماذج للتنبؤات الجوية.
وعلى الرغم من المشكلات، التي تسببها السحب، التي تغطي الجو، فإن أجهزة الاستشعار، التي تقيس الإشعاعات تحت الحمراء المنبعثة من البحر، تعطى صوراً لدرجة حرارة سطح البحر. ويستخدم علماء المحيطات هذه المعلومات لرصد الدوامات العنيفة في المحيط، أو الحدود بين الكتل المائية، التي تختلف درجات حرارتها.
وفي البحار قليلة العمق، تفيد درجة الحرارة في الاستدلال على تدفقات المياه الخارجية من مصاب الأنهار، أو تمييز كتل المياه، التي لا يبدو أنها تتبدد في عرض البحر، ومن ثم، يمكن أن تدل على وجود أسراب السمك.
5. أجهزة تحليل البيانات ومعالجتها وتتكون أجهزة تحليل ومعالجة البيانات من:
أ. حاسب آلي ذو ذاكرة كبيرة، لدرجة تمكنه من تخزين أكثر من صورة ودراستها. وعند معالجة البيانات الرقمية للصور الفضائية، يمكن الاستعانة بأي من مستويات نظم الحاسب الآلي التالية:
(1) الحاسب الشخصي Personal Computer
(2) محطة العمل Work Station
(3) الشبكة الرئيسية Main Frame
وتختلف هذه المستويات أساساً في عدد التعليمات أو الأوامر، التي تقوم بمعالجتها في الثانية الواحدة، ويتيح كل من محطة العمل والشبكة الرئيسية عدداً من الشاشات ولوحة المفاتيح، مما يسمح لأكثر من شخص بالعمل في الوقت نفسه.
ب. الراسمة او الناسخة الكبيرة Plotter، وهي تستخدم لطبع الخرائط الناتجة من تقسيم البيانات الرقمية، التي تعرف بخرائط الانبعاث الطيفي المتعدد، المرسومة بالحاسب، (اُنظر صورة الانبعاثات الطيفية).
ج. الناسخة الصغيرة، وهي مخصصة لطبع الأرقام، أو أي إحصائيات تجري على البيانات الرقمية، وكذلك تستخدم لطبع خرائط على ورق.
د. جهاز دراسة البيانات الرقمية وتحليلها، التي تحمل على أقراص، وهي تعمل مستقلة عن الحاسب الآلي.
5. الأجهزة المعاونة في فهم السلوك الطيفي
وهذه الأجهزة تساعد على فهم السلوك الطيفي للمواد والأشياء، وتشمل هذه الأجهزة ما يلي:
أ. جهاز قياس الانعكاسات أو الانبعاثات، ويعرف بالراديومتر Radiometer. وأجهزة الراديومتر من حيث طريقة وضعها على الأرض نوعان، أحدهما يثبت على الأرض بواسطة حامل أحادي الأرجل، أو ثلاثي الأرجل، على ارتفاع حوالي 1.5 متر عن سطح الأرض، والنوع الآخر من هذه الأجهزة يمكن حمله باليد.
وفي كلا النوعين يتم التقاط بيانات الانعكاس من مساحة أرضية تتراوح من 1 إلى 1.5 متر مربع، طبقاً لمدى ارتفاع القياس. وعند إجراء أي قياسات راديومترية ينبغي الأخذ في الحسبان تاريخ إجراء الدراسة، ساعة أو زمن التقاط البيانات، والظروف المناخية، وكذا زاوية أخذ بيانات الانعكاس أو التقاطها، وضرورة إجراء معايرة للجهاز Calibration قبل استخدامه.
ب. جهاز فحص الأشعة المجسمة تحت الحمراء سبكترومتر Spectrometer والفكرة الأساسية في هذا الجهاز هي وجود مصدر ضوئي يصدر أشعة ضوئية على العينة المراد قياس انعكاساتها.
ج. جهاز إسبكترومتر الأشعة تحت الحمراء Infrared Intelligent Spectrometer (IRIS): ويعمل هذا الجهاز على رسم منحنى الانبعاث الطيفي خلال المدى الطيفي من 300 إلى 3000 نانومتر ، وكذلك تسجيل البيانات الرقمية لهذا المنحنى بصفة مستمرة، كما يمكن استخدامه في الدراسات الحقلية والمعملية معاً، وبهذا فانه يجمع بين خصائص جهاز الراديومتر، من حيث الاستخدام الحقلي، وخصائص جهاز الإسبكترومتر من حيث القياس المستمر للانبعاثات خلال إجمالي المدى الطيفي.
6. أجهزة تحديد الموقع GPS
وتستخدم هذه الأجهزة في تحديد الإحداثيات لمناطق الفحص والدراسة الميدانية، التي حُددت بناء على دراسة الصور ومعالجتها.
ومن هذه الأجهزة جهاز تحديد الموقع كونيا Global Positioning System: GPS، الذي يتصل بعدد حوالي 12 قمراً صناعياً، خاصة بتحديد الإحداثيات. وتتحقق القراءة الصحيحة بتوفر الاتصال بين الجهاز وأربعة أقمار صناعية على الأقل، وتختلف دقة الجهاز باختلاف نوعه.
والجدير بالذكر أنه عند التعامل مع الاستشعار عن بعد؛ فإن خط الصفر للإحداثيات الطولية هو خط جرينتش، وأما خط الصفر للإحداثيات العرضية فهو خط الاستواء، ووحدة قياس المسافة هي المتر.
سادساً: الاستشعار عن بعد باستخدام الموجات المتناهية القصر
تعتمد فكرة الاستشعار عن بعد باستخدام الموجات المتناهية القصر Microwaves، أو ما يسمى "الاستشعار الراداري"، على إرسال موجات كهرومغناطيسية في نطاقات معينة، (اُنظر جدول نطاق الترددات الرادارية)، إلى الهدف المراد دراسته، ثم استقبال الموجات المنعكسة منه.
ونتيجة دور الرادار في إرسال هذه الموجات وعدم اعتماده على انبعاثات كهرومغناطيسية ذاتية من الجسم، كما هو الحال في الاستشعار السالب، فيعرف هذا النوع باسم "الاستشعار الموجب".
والرادار يلتقط الصور الجانبية، أو القطاعية. فالجهاز ذو النافذة التخليقية "سار" Synthetic Aperture Radar: SAR، (اُنظر صورة هوائي الرادار سار)، يرسل نبضات تجاه المنطقة المستهدفة، تم يتلقى الطاقة المنعكسة. ويعكس السطح الخشن طاقة إشعاعية أكثر من السطوح الناعمة، فسطوح الجبال، وتدفق الصخور المصهورة، على سبيل المثال، تبدو مصادر لامعة في صور الرادار.
وبقياس الزمن الذي تستغرقه الإشارات لقطع المسافة من الرادار إلى الهدف والعودة، يمكن قياس الارتفاعات النسبية للتضاريس المختلفة. وتسجل الإشارات الرادارية المنعكسة على فيلم بأسلوب هولوغرافي Holographic، يتم بعدها تحويلها باستخدام أشعة الليزر إلى صور تعطي إحساساً بالتجسيم، أي التصوير ثلاثي الأبعاد، (اُنظر صورة نموذج ثلاثي الأبعاد لسفينة).
1. رادار القمر "سيسات"
أول رادار تصويري مدني، وضع في مدار حول الأرض، كان على متن قمر صناعي للمحيطات سمي "سيسات " Seasat، أطلق عام 1978م. وعلى الرغم من أنه قد عمل لمدة تقل عن أربعة شهور بسبب خلل أصابه، فقد أكد المسح، الذي أجراه، أن لسطح المحيط خطوطاً محددة تماماً، كالأرض، وهناك مناطق تعلو مناطق أخرى، بما يزيد على 250 متراً.
وهذه الارتفاعات والانخفاضات نتيجة للفروق في الجاذبية الناتجة عن التوزيع غير المتساوي لكتلة الأرض داخلها. ولدى تلقى هذه المعلومات من القمر "سيسات"، رسم علماء مختبر الدفع النفاث، بمعهد التكنولوجيا في "باسادين" بكاليفورنيا، صورة لقيعان البحار في العالم، من المنتظر أن تستخدم دليلاً لاكتشافات مستقبلية، وأن تثير تفكيراً جديداً حول جيولوجية هذا الكوكب.
2. النظام الراداري للمكوك "كولومبيا"
كان مكوك الفضاء "كولومبيا" قد حمل في رحلته الثانية في نوفمبر 1981م، نظاماً رادارياً مصمماً لمسح الأرض. وقد تم تركيب الصور الناتجة فوق صور "لاندسات"؛ لتركيز الأضواء على الطبيعة المتكاملة للتقنيات، من خلال مزج صور الرادار الشديدة الوضوح لسطح الأرض، والرؤية المتعددة الأطياف لكيمياء السطوح، التي يقدمها "لاندسات"، كما هو الحال في أنواع الصخور والغطاء الخضري. وبدت الصور المركبة الناتجة، التي تعطي ألواناً غير حقيقية، مذهلة بقدر ما تحتوي من معلومات.
ولكن أكثر الاكتشافات، التي نتجت من التحليل، هي مشاهدات الرادار الفضائي، تحت رمال الصحاري. ففي المناطق المتناهية الجفاف، تبين أن إشارات الرادار قد اخترقت مترين أو ثلاثة أمتار من الرمال، وفي بعض الحالات خمسة أمتار تقريباً، وكثيراً ما اصطدمت بالقاعدة الصخرية.
وعندما عبر القمر سماء السودان وجنوب مصر، التقط الرادار صوراً، كشفت عن آثار مدفونة لأنهار؛ كانت ذات يوم تتدفق هناك، وحفرت لنفسها أودية، بلغ عرضها عرض النيل الحالي.
وعقبها حفر الجيولوجيون الثقوب في الصحراء، وأكدوا وجود شبكة من أحواض الصرف القديمة، ووجدوا مواقع مدفونة لمستوطنات بشرية عندما كانت الصحراء أقل جفافاً. وبالإبلاغ عن هذه الاكتشافات استنتج هناك العديد من الطرق، التي تستخدم الاستشعار عن بعد في مجال البحار والمحيطات؛ منها:
(1) التصوير الجوي: ويستخدم لدراسة تلوث مياه البحار والمحيطات، وتحديد مواقع بقع فضلات الزيت الملقاة من السفن عابرة البحار والمحيطات، ورسم حدود الشواطئ للبحار والمحيطات، وتحديد أشكالها.
(2) التصوير في مجالات ضوئية متعددة: ويستخدم في تحديد مواقع النباتات المائية وتوزيعها، ورسم الخرائط لأعماق المياه، ودراسة التيارات الحرارية وحركة المياه المصاحبة لها، وتحديد مواقع المخلفات الصناعية، وانتشارها على امتداد الشواطئ، ودراسة توزيع المواد العالقة بالمياه والمواد المترسبة في البحيرات، ودراسة توزيع الكلوروفيل ومناطق تركيزه.
(3) المسح الحراري: ويستخدم في التعرف على نظم التيارات الحرارية وانتشارها في الماء، وفي دراسة نوعية المياه وخصائصها الطبيعية، وتحديد أماكن بقع الزيوت الطافية على سطح الماء.
(4) المسح الراداري: ويستخدم في قياس الخصائص السطحية لمياه البحار والمحيطات، ودراسة أحوال الأمواج البحرية، وتحديد أماكن بقع الزيت ومناطق تعكر المياه، والمواد العالقة قرب السطح، ودراسة بعض الخواص الطبيعية للمياه ونوعيتها.
تحمل الأقمار الصناعية المخصصة لدراسة البحار والمحيطات أجهزة علمية لقياس ورصد وتصوير العناصر التالية:
(1) سرعة الرياح.
(3) رسم التضاريس السطحية للمحيط.
(3) قياس درجة حرارة السطح.
(4) قياس الموجات السطحية والعميقة للمحيط.
(5) تحديد التيارات الرئيسية في المحيط.
(6) رصد الدوامات المحيطية.
(7) رصد وقياس حركة الثلج.
(8) رصد ومتابعة البقع الزيتية.
(9) رصد ومتابعة الثروة السمكية والحياة البحرية.
الخبراء أن إمكانات وجود المياه الجوفية القريبة من السطح، كافية لإثارة الاهتمام في صفوف العلماء، الذين يملكون الآن وسيلة لاستكشاف الصحارى على هذا الكوكب.
3. القمر الراداري "رادار-1"
القمر الصناعي الراداري الأمريكي " رادار-1" Radar-1، هو القمر الأول الذي يطلق للاستخدامات العسكرية والمدنية في الوقت نفسه. وسيؤمن صوراً رادارية، لها درجة وضوح، تصل دقتها إلى متر واحد.
ويعتمد هذا القمر على تقنية الرادار ذي النافذة التخليقية "سار" Synthetic Aperture Radar (SAR)، الذي يسمح بالتقاط الصور، أثناء النهار أو الليل، وفي كل الظروف المناخية، على عكس الصور البصرية في الأقمار الصناعية التصويرية التقليدية، (اُنظر صورة جوية بالرادار السار).
وتعود موافقة الدوائر العسكرية الأمريكية، على منح الترخيص، بإطلاق قمر صناعي راداري مدني، إلى الرغبة في توفير أموال ميزانية وزارة الدفاع، مع التطلع إلى الاستفادة من التطورات التكنولوجية، التي تتحقق في القطاع الخاص. بيد أن القمر الصناعي الراداري "رادار - 1" يخضع لرقابة الدولة، إذ إنه ينبغي على الشركة المستثمرة الحصول على إذن خاص من الحكومة الأمريكية، قبل بيع أي صورة رادارية، بدرجة وضوح تصل إلى خمسة أمتار أو أقل، إلى عميل مدني.
وأهم مميزات استخدام الرادار في الاستشعار عن بعد هي:
أ. مرونة بيانات الرادار
صممت أجهزة الرادار المستخدمة في أغراض الاستشعار عن بعد بحيث يمكن التحكم في ميل الحزمة الرادارية على المحور العمودي على مستوى الأرض، بحيث تراوح هذه الزاوية بين صفر و60 درجة. وقد أدى ذلك إلى إمكانية المتابعة اليومية للظواهر الطبيعية، وعرفت هذه الميزة بالتعدد الزمني للتغطية، أو المتابعة لظاهرة ما، في أوقات نشاط تغييرات عالية، من خلال دراسات اكتشاف التغييرات.
والمساحة التي يغطيها المنظر الراداري تتراوح بين 50 × 50 كم، في حالة حزمة الأشعة الدقيقة، و500×500كم، عند استخدام الحزمة الرادارية للرادار ذى النافذة التخليقية Synthetic Aperture Radar: (SAR). وتراوح درجة التفريق بين 8 م و100م.
وبطبيعة الحال ساعد ذلك على اتساع مجالات تطبيقات البيانات الرادارية وتعددها في اكتشاف البترول، والغاز والمعادن، وتقدير التأثيرات البيئية، وإظهار الكوارث الطبيعية ومتابعتها، وإظهار المحاصيل ومتابعتها، وعمل الخرائط الأرضية، وإدارة السواحل، وإظهار استخدامات الأراضي ومتابعتها.
ب. قدرة الرادار على اختراق السحب
يتميز الاستشعار الراداري بالقدرة على اختراق السحب، والضباب، والأمطار، والأتربة، والظلام. وهذا يؤدي إلى الالتقاط المستمر للصور الرادارية بالنهار والليل، على حد السواء، وتزداد أهمية هذه القدرة الاختراقية بالمناطق الاستوائية، والساحلية، والقطبية. وهذا الأمر لا يتوافر بالنسبة لأقمار الاستشعار الفضائي السالب.
ج. استمرار الحصول على البيانات الرادارية، والمتابعة شبه اللحظية للظواهر الديناميكية
وتكرار مرور القمر الصناعي، الحامل لأجهزة الرادار، فوق موقع ما بالكرة الأرضية، يفيد في الحصول على عدة صور كل يوم؛ ما يتيح المتابعة، شبه اللحظية. وفي الظروف العادية تختلف فترة ما بين الزيارات الرادارية باختلاف نوع الحزمة الرادارية، وبالتالي تختلف درجة التفريق، أيضاً.
وتتوقف الفترة بين الزيارات المتكررة للموضع نفسه، بالإضافة إلى نوع الحزمة الرادارية، على خطوط العرض والطول لهذا الموقع، حيث تزداد هذه الفترة في اتجاه خط الاستواء، وتقل الفترة الزمنية عند خطوط العرض الأخرى لقصر المسافة بينها، وبالتالي يزداد عدد المسارات الممكن تكرارها يومياً.
د. إمكانية رؤية الموقع نفسه من اتجاهين مختلفين
يتيح الرادار الإمكانية لرؤية نفس الموقع من اتجاهين مختلفين، وبالتالي الحصول على صورتين لمنطقة ما، من اتجاهين متقابلين، الأمر الذي يساعد على الحصول على أكبر قدر من المعلومات.
هـ. القدرة الاندماجية للبيانات الرادارية مع بيانات أخرى
وهذه القدرة تظهر مزيداً من المعلومات الأرضية، فعند دمج البيانات الرادارية بالقياسات الجيوفيزيائية Geophysical Measurements تتوافر معلومات عن سطح الأرض، وما تحت سطح الأرض.
و. تعدد درجة التفريق
أدى تعدد درجة التفريق للبيانات الرادارية، واختلافها من 8 متر إلى 100 متر، إلى تعدد مقياس رسم الخرائط الناتجة بما يتناسب مع الغرض من الدراسة. فعلى سبيل المثال، يمكن استخدام بيانات الحزمة الرادارية الدقيقة أو القياسية لعمل الخرائط التفصيلية، بينما تستعمل بيانات الحزمة الرادارية (SAR) لإعداد خرائط على مستوى المناطق Regional Mapping.
تحليل صور الاستشعار عن بعد remote sensing imageries analysis يمثل تحليل صور الاستشعار عن بعد remote sensing imageries analysis ،إحدى الصعوبات الفنية في مجال الاستشعار عن بعد عند التعامل مع مخرجات أنظمة الاستشعار عن بعد، إذ إن حجم المعلومات والبيانات، التي يتم جمعها وتسجيلها على تلك المخرجات (المرئيات الفضائية الرقمية) هائل جداً، بحيث يستحيل تقريبا التعامل معه بشكل يدوي او تقليدي، ومن هنا كان لابد من تطوير برامج وتطبيقات حاسوبية تستطيع التعامل مع هذه المرئيات الفضائية- الضوئيةpassiveوالرادارية active، وتحويلها إلى معلومات وبيانات مفهومة ومفيدة بحسب التطبيقات المستهدفة، ويتطلب ذلك تحليل الصور الجوية والفضائية وتفسيرها آلياً، وهو ما يدخل في مجال علم "الذكاء الاصطناعي" ( Artificial Intelligence - AI).
وفيما يلي وبايجاز ابرز تلك المراحل وما يميزها:
أولاً: صور أقمار التجسس "أبوللو"
حملت المركبة الفضائية "أبوللو ـ 9"، التي أطلقت 1969م، مجموعة من الكاميرات، التقطت صوراً للأرض، بعدة أطوال موجبة، في وقت واحد، وأظهرت هذه الصور أن هذه التقنية، التي عُرفت باسم "التصوير متعدد الأطياف" (Multispectral Imaging) يمكن استخدامها في عدة تطبيقات مفيدة، كالتمييز بين الغطاء النباتي السليم والمصاب بالآفات، وفي عمل الخرائط الدقيقة، ومراقبة التلوث والتصحر، وغير ذلك.
ثانياً: تطور تقنيات التصوير
قد أدت الصور الفضائية دوراً مهماً في عمليات التجسس أثناء حقبة الحرب الباردة، ونتيجة لذلك حدث؛ تطور كبير في تقنيات التصوير، وكيفية التعامل مع الصور الفضائية. فقد بدأ التصوير باستخدام الفيلم، الذي كان يعاد إلى الأرض لتحميضه، ثم تكبر الصور.
وتلا ذلك التصوير باستخدام الدوائر الإلكترونية الحساسة، حيث تبث المعلومات على هيئة أرقام، يتم تجميعها آليا، باستخدام أجهزة الحاسب المتطورة، ثم طورت بعد ذلك تقنية جمع المعلومات في الأطياف المتعددة، والتي تسمح بالرؤية الليلية، أو بقراءة الاختلاف في الحرارة بين جسم وآخر، وكذلك التصوير الراداري، الذي يخترق السحب.
ثالثاً: صور مكوك الفضاء "إنديفور"
قد ذكرت وكالة الطيران والفضاء الأمريكية "ناسا" NASA أن الصور، التي رسمها مكوك الفضاء "إنديفر"، تُعد أفضل من تلك الصور الموجودة حالياً للأرض، وأن كان معظمها سيبقى سرياً، وسيكون استخدامها قاصراً على أجهزة الدفاع والاستخبارات الأمريكية.
وكان الرواد الستة على متن المكوك قد مدّوا صارية، في الفضاء بنجاح، وهي المرة الأولى التي تقام فيها بنية في محيط منعدم الجاذبية. وشكل مد الصارية، الذي انتهى بعد ست ساعات على وضع المكوك في مداره، أحد أهم مراحل هذه المهمة، التي تهدف إلى التقاط صورة طوبوغرافية، ثلاثية الأبعاد، للأرض بفضل جهاز مسح راداري شديد التطور.
وقد سمحت الصارية –المنصة- بالتقاط صورتين للأرض في الوقت نفسه، وذلك باستخدام تقنية تعرف بتقنية "تداخل حزم موجات الرادار". فالصورة الأولى تمت بواسطة هوائيات الرادار في المكوك، والأخرى بواسطة الهوائي المثبت في طرف الصارية.
وأمضى طاقم المكوك أياماً في الفضاء، يبثون خلالها إشارات رادارية إلى المدن، والحقول، والجبال، والغابات، وكل شىء تقريباً يدخل في تشكيل سطح الأرض فيما بين القطبين. ولدى ارتداد الإشارات إلى الفضاء، قامت الهوائيات المركبة على صارية المكوك بتجميعها للحصول على صور تماثل الأفلام السينمائية، أو الصور ثلاثية الأبعاد، لتكوين أفضل صورة طبوغرافية للأرض، أمكن الحصول عليها حتى الآن.
رابعاً: الحصول على الصور
من المعروف أن عملية التصوير تنتج صوراً للملامح من خلال تسجيل انعكاس الضوء المرئي للعين عنها، ولكن مجسات الأقمار الصناعية الماسحة لا "ترى" فقط الضوء المرئي، ولكنها "تحس" بالإشعاع في منطقة الطيف الكهرومغناطيسي، الذي يقع وراء اللون الأحمر، وبالتالي وراء الإدراك المحدود للعين، وهو ما يسمى "المنطقة القريبة من دون الحمراء". ومن هنا كانت قدرة القمر الصناعي على "الرؤية" المتعددة الأطياف، والإمكانية غير العادية على إعطاء المعلومات.
وحيث إن الأشياء المختلفة، كالحيوان والنبات، والمعادن، تعكس ضوء الشمس بطرق مختلفة، فإن كلاً منها يقال: إن له "بصمة طيفية"، فالحجر الرملي يعكس الضوء في المنطقة دون الحمراء بشكل يختلف عن عكس الطفلة، والتربة المبتلة تختلف عن الجافة.
كما تختلف الانعكاسات في الذرة عنها في القمح، وهكذا. ومثل هذه البصمات تصبح قابلة للتمييز عقب التحليل الدقيق للمعلومات المصورة، ويعالجها الحاسب الآلي على الأرض. وفي هذه المعالجة، يصبح ما هو خفي بالضرورة مرئياً من خلال استعمال ألوان "كاذبة" تعطي هذه الصور مظهراً غير مألوف.
خامساً: الأساليب الحديثة لالتقاط الصور ومعالجتها
وفي تجربة للأسلوب الجديد في النظر إلى الأرض عن بعد، أبرز نظام التصوير بالرادار، الذي تحمله الأقمار الصناعية، مقاطع كبيرة من الأرض، محققاً نتائج باهرة. وهكذا أدت التكنولوجيات الحديثة، والمعالجة الإلكترونية للبيانات إلى تغيير ثورى في علم التصوير الفضائي وفنه. وقد شارك في إحداث هذه الثورة الأقمار الصناعية وأجهزة الحاسب الآلي، التي جعلت الصور الجديدة أكثر قدرة على فهم العالم. وربما أكثر قدرة على إدارته، فالصور تسعى إلى تبسيط العالم إلى مقاييس تسمح للإنسان بفهمه.
ودرجة التفريق Resolution لأنظمة التصوير في الأقمار الحديثة تستطيع أن تلاحظ تغيرات أدق في شدة الضوء المنعكس عن سطح الأرض. بمعنى إن كل مستشعر يستجيب للتغير في شدة الإضاءة، ويختزن النتائج في صورة رقمية، وكل رقم يمثل عنصراً من عناصر الصورة، ويتم تجميع عناصر الصورة من خلال معالجة الحاسب لتكوين الصور.
سادساً: راسمات الصور الموضوعية thematic mappers scanners
تستخدم الأقمار الصناعية الحديثة "راسمات الصور الموضوعية". فإضافة إلى قدرتها التحليلية وحساسيتها الفائقة للتباينات الضوئية، فإن هذه المستشعرات تستطع أن "ترى" أكثر، لأنها تقيس الضوء المنعكس في ستة أطوال موجبة ؛ أربعة منها في المنطقة دون الحمراء، وكذلك قناة حرارية لالتقاط درجات حرارة السطوح.
ويراد للصور أن تخدم غرضاً محدداً، أو أن توضح موضوعاً معيناً، قد يكون التربة أو توزيع الغطاء الخضري، أو التدفق الجليدي،أو الغطاء الثلجي، أو الصدوع الجيولوجية، أو أنماط استخدام الأرض. وكل هذه تمثل أدوات صناعة رسم الصور بواسطة القمر الصناعي.
وقد تطورت تكنولوجيا الحصول على صور الاستشعار عن بعد، من حيث الوضوح والدقة. وتعددت وسائل التصوير، ومنها:
1. التصوير التليفزيوني
ويتم بواسطة كمرتين، تكون الزاوية بين عدستيهما صغيرة؛ ما يزيد من مجال الرؤية للعدستين، وأثناء تحليق القمر يقع في مجال رؤيتهما شريط من سطح الأرض، يبلغ عرضه ألف كم أو أكثر، وتسجل الصورة الناتجة
على شريط مغناطيسي، ثم تنتقل إلى الأرض، عندما يمر القمر فوق أحد مراكز استقبال المعلومات، وتستطيع الكاميرا تصوير الأماكن المكشوفة فقط، بينما يعوق عملها الظلام والسحاب.
2. التصوير بالأشعة تحت الحمراء
تقوم أجهزة الأشعة تحت الحمراء بقياس الإشعاع الحراري المنبعث من سطح الأرض، وعن طريق الحصول على البصمة الحرارية لمنطقة ما يمكن تحديد نوع المكونات الصغرى للصورة، (اُنظر جدول العلاقة بين درجة حرارة الجسم ونوع الأشعة تحت الحمراء التي يشعها)،ويلعب الحاسب دورا كبيرا في تحديد شكل الصورة، (اُنظر صورة كميات المياه في الجو).
3. التصوير الضوئي
تم هذا التصوير باستخدام كاميرات ضوئية، ذات عدسات قوية، للحصول على تفاصيل دقيقة، ويتم هذا التصوير نهاراً، وفي الظروف الجوية الجيدة، وهذا هو أفضل أسلوب للحصول على معلومات مؤكدة وصورة ثلاثية الأبعاد.
4. التصوير باستخدام الأشعة السينية
هو أسلوب مستحدث للاستشعار عن بعد، ويستلزم أنواعا ضخمة من الكاميرات. وهذه الأشعة تستطيع اختراق المواقع بدرجات مختلفة لتحديد ما بداخلها، ويستخدم هذا الأسلوب في محطات الفضاء أو الأقمار الصناعية الضخمة التي تزن أكثر من طن.
سابعاً: مكونات الصورة في مرئية الاستشعار عن بعد
تركب صورة مرئية الاستشعار عن بعد من مساحات صغيرة متساوية، تدعى عناصر الصورة، "بكسل" Pixels، تكون مرئية في خطوط وأعمدة منتظمة. ونتخيل أن الصورة تتكون من كم هائل من هذه العناصر، كل منها يمثل مساحة أرضية، تختلف من قمر لآخر، فهي 57 × 79م في الجيل الأول من أقمار "لاندساتLandsat " الأمريكية، و10 × 10م أو 20 × 20م في حالة القمر الفرنسي "سبوتSpot ".
من هذه المساحة تصدر انبعاثات أو انعكاسات كهرومغناطيسية، تلتقطها أجهزة القمر، التي ترسلها إلى محطات الاستقبال الأرضية. ويتوقف عدد البيانات الرقمية لأي عنصر على عدد القنوات، التي تمثل الأطوال الموجبة، التي تستقبل عليها الانبعاثات أو الانعكاسات الطيفية.
ثامناً: معالجة الصور
يشير مفهوم معالجة الصورة إلى استخدام الحاسب الآلي لمعالجة بياناتها، المخزنة في هيئة رقمية. وتستهدف هذه المعالجات في مجملها زيادة إيضاح الصورة عن طريق زيادة التناقض Contrast أو تقسيمها إلى مجاميع، أو بغير ذلك من الطرق، ويعبر عنها بألوان مختلفة، وذلك للوصول إلى أكبر قدر من المعلومات عن الأشياء موضوع الدراسة.
تعد المعالجة الرقمية للصور من أهم التقنيات المستخدمة في مجال الاستشعار عن بعد، وقد ساعد في تطبيق هذه التقنية إمكان الحصول على المعطيات بشكل رقمي، ولأطوال موجبة متعددة من جهة، ومن جهة أخرى التطور الكبير الذي تشهده أجهزة الحاسبات الآلية، من حيث سرعة معالجتها للبيانات، والإمكانية الكبيرة على تخزينها. ومن المزايا الأساسية لتقنية المعالجة الرقمية تنوعها، وإمكان تكرارها، ومحافظتها على دقة المعطيات الأصلية.
وترتبط الصور بالحاسب بعلاقتين أساسيتين هما: معالجة الصور، وتجميع الصور بواسطة الحاسب الآلي Computer Graphics. وتتم معالجة الصور بالحاسب الآلي في ثلاث مراحل أساسية:
1. إدخال الصورة المطلوب معالجتها إلى ذاكرة الحاسب.
2. معالجة الصورة.
3. إخراج الصورة بعد معالجتها في عدة أنواع من المخرجات
تاسعاً: معالجة الصور بالحاسب Computer image processing
وبذلك، فإن معالجة الصورة بالحاسب تشبه، من حيث المبدأ، والمراحل، معالجة المعلومات بالحاسب. بل هي في الواقع معالجة للمعلومات المرئية بالحاسب. والصور، كمعلومات مرئية، لا تتكون من وحدات منفصلة، كالأحرف والأرقام، التي يمكن إدخالها للحاسب عادة عن طريق وحدات الإدخال المتعارف عليها، مثل لوحة المفاتيح، بل إن أي صورة تمثل فيضاً من المعلومات المستمرة والممتدة في إطارها.
ومن جهة أخرى، فإن الحاسب يمكنه فقط التعامل مع البيانات المنفصلة، كالأحرف والأرقام، وفي تعامله مع هذه البيانات يقوم بتحويل كل بيان إلى رقم ثنائيBinary. ولهذا يطلق على معالجة الصور باستخدام الحاسب "المعالجة الرقمية للصور" Digital Image Processing.
عاشراً: عملية إدخال الصور
وتشتمل مرحلة إدخال الصورة لذاكرة الحاسب أساساً على عملية تحويل فيض المعلومات المستمرة، في داخل إطار الصورة، إلى معلومات رقمية متتابعة، هذه المرحلة يطلق عليها اسم "المسح والترقيم"، حيث تقسم الصورة إلى عناصر صغيرة تسمى Pixel. وفي المعالجة الرقمية للصور تقسم الصورة إلى عناصر متساوية الأحجام، وهنا يمكن تخيل أن الصورة مكونة من مربعات صغيرة.
وتمثل عملية المسح والترقيم إعطاء قيم لشدة الاستضاءة لكل عنصر من هذه العناصر. ويُوصف كل عنصر بقيمة تشير إلى شدة إضاءته. ففي حالة الصور الرمادية يمكن أن يوصف العنصر الأسود بالقيمة صفر، تم تزيد القيمة بزيادة شدة إضاءة العنصر. وإذا خصص لكل عنصر حرف واحد Byte لتمثيل شدة الإضاءة، فإنه يمكن تمثيل العناصر شديدة الاستضاءة البيضاء برقم أكبر من الصفر، وأن تمثل درجات اللون الرمادي بأرقام بين الصفر ورقم اللون الأبيض.
حادي عشر: مزج الصور
وعلى الرغم من إمكانية استخدام الصور المفردة للنطاقات الضيقة والمصححة في عمليات التفسير، إلا أن إمكانية المزج بين صور النطاقات المختلفة تعد أكثر ملائمة للمحلل أو المفسر البصري في تحديد المعطيات الخاصة، وذلك حسب هدف الدراسة المراد تحقيقه. وتنتج الصور الملونة من طريق مزج ثلاثة أطوال موجبة مختلفة، من خلال إسقاطها عبر منابع ضوئية للألوان الأزرق والأخضر والأحمر، حيث تفيد الصور الملونة في إمكانية التمييز الأفضل.
ويمكن تقسيم الصور إلى ثلاث مجموعات:
1. تشتمل المجموعة الأولى على الصور الرمادية، التي يمكن أن تراوح قيمة أي عنصر من عناصرها من قيمة السواد إلى القيمة المناظرة للون الأبيض. ويتكون جهاز إدخال الصور الرمادية للحاسب، عادة، من كاميرا فيديو متبوعة بمحول إشارات مستمرة، يحول الإشارات من كاميرا الفيديو إلى مصفوفة من الأرقام، يمكن إدخالها للذاكرة، التي يطلق عليها "ذاكرة الصورة". وإظهار الصور الرمادية العادية بشدة إضاءة وتفاصيل تحليلية مقبولة، يحتاج في العادة إلى 256× 256 عنصراً للصورة. وعلى ذلك فحجم الذاكرة المطلوب لتخزين صورة رمادية متوسطة هو 34 كيلوبايت K. Byte.
2. أما المجموعة الثانية من الصور فيمكن توصيفها للحاسب بمجموعة من الإحداثيات والأشكال الهندسية البسيطة، مثل الخطوط المستقيمة وأقواس الدوائر. وتمثل، عادة، هذه الصور أشكالاً هندسية كخرائط المدن، والحقول، وأشكال المباني، والدوائر الكهربية، وغيرها.
3. وتوصف المجموعة الثالثة من الصور على أنها ثنائية: أبيض وأسود. وعلى الرغم من أن هذه الصور الثنائية يمكن تمثيلها في حجم ذاكرة صغيرة، إذا مثل كل عنصر برقم ثنائي، وبالتالي يمكن أن تمثل كل 8 عناصر في مكان حرف واحد. وهذه الطريقة لا تستخدم، عادة، وذلك لأن أجهزة الحاسب لا تتيح عادة التعامل مع رقم ثنائي واحد بطريقة مباشرة. وعلى ذلك، فإن كل عنصر من هذه العناصر، إما أن تخزن قيمته في مكان حرف، وإما أن يلزم بناء دوائر خاصة بإدخال هذه الصور الثنائية.
ثاني عشر: جهاز ماسح الصور
ويسمى هذا الجهاز Scanner، ويحدد ثمنه قدرته، التي توصف بسرعة مسح وثيقة واحدة، وكذلك بقدرته التحليلية. فالماسح المتوسط يقوم بمسح الوثيقة 8 × 12 بوصة في زمن أقل من الدقيقة، وبقدرة تحليلية تصل إلى 255 عنصراً في البوصة الطولية. أي أن الوثيقة التي أبعادها 8 × 12 بوصة ترفع على أنها ما يقرب من 4 ملايين عنصر.
وعند إمكانية تجميع كل 8 عناصر في مكان حرف واحد، يكون حجم الذاكرة المطلوبة نصف مليون حرف. من هذا يتضح أن الاحتياجات لأحجام ذاكرة كبيرة، في مجال المعالجة العددية للصور، هو من الأمور المطروقة.
ثالث عشر: أهداف المعالجة الرقمية للصور
وترتبط أساليب المعالجة الرقمية للصور بالهدف من هذه المعالجة، وتتمثل هذه الأهداف في:
1. تحسين الصور أو تعديلها؛ لإظهارها وإظهار المعلومات ذات الأهمية الخاصة بطريقة أفضل.
2. عمل قياسات على الصور، والقيام بعملية التلاؤم بين عناصر الصورة.
3. تعرّف أجزاء من الصورة.
والمعالجة هنا تقوم على أساس معرفة مبدئية بمكونات الصورة، ويكون الهدف، عادة، عمليات تصنيف للصورة من طريق بيانات عناصرها، لمعرفة محتوياتها.
رابع عشر: أساليب المعالجة الرقمية للصور
وتتم المعالجة الرقمية للصور بإحدى الأساليب الثلاثة الآتية:
1. أسلوب معالجة النقطة، وفيه يعالج كل عنصر من عناصر الصورة على حدة، ودون اعتبار للعناصر الأخرى.
2. أسلوب معالجة المساحة، ويستخدم للحصول على حدود أوضح لأجزاء الصورة.
3. أسلوب معالجة الإطار، وهنا تكون المعالجة لصورتين متتابعتين على الأقل، لإظهار الفروق بينهما. ويستخدم هذا الأسلوب في عمليات المراقبة لتعرّف الأجزاء المتحركة. ولذلك، ومع اعتبار كمية البيانات الخاصة بكل صورة، يتضح الاحتياج الدائم لوسيلة معالجة أسرع.
خامس عشر: مميزات صور الاستشعار الحديثة
تتميز الصور الحديثة للاستشعار عن بعد بأنها بيانات ذات نوعية عالية المستوى لأنها، تمتلك الخواص التالية:
1. ارتفاع درجة التفريق المكاني Spatial resolution، حيث انتقلت من 57 × 79م في جيل الأقمار MSS إلى 30 × 30م في جيل الأقمار TM، و20 × 20م أو 10 × 10م في حالة القمر الفرنسي "سبوت SPOT"، ثم جاءت طفرة الجيل الثالث ليقدم دقة إيضاحية عالية للصورة الفضائية، وذلك بتصغير المساحة الأرضية، التي تمثل النقطة الأساسية Pixel، حيث بلغت هذه المساحة 3 × 3 أمتار في الأقمار Early Birds ثم 1 × 1 متر، و4 × 4 أمتار في الأقمار Quick Birds... أو حتى نصف متر : 50 سم، في GeoEye...(أقمار تجارية..فكيف هو الحال في أقمار ذات الاستعمالات الإستراتيجية الخاصة بتلك الدول؟.
2. ارتفاع درجة الدقة الطيفية Spectral Resolution، ويقصد به ضيق المدى الطيفي، أو قصر الطول الموجي، الذي يتم خلاله التقاط الموجات الكهرومغناطيسية المنبعثة من الأجسام الأرضية، حيث يتباين المدى الموجي من 90 إلى 110 نانومترات في القمر الفرنسي "سبوت"، ويتراوح هذا المدى في الجيل الثاني TM بين 70 نانومتراً في القمر TM-1 و250 نانومتراً بالنسبة للقمر TM-6. ثم جاء الجيل الثالث لينقلنا إلى مدى طيفي ونوعية فضائية وطيفية وتعدد طيفي آخر، وذلك عند استخدام أجهزة الاسبكترومتر، والتي تعرف باسم CASI، والتي تعتمد على ديناميكية المدى الطيفي للقنوات Spectral Band Range، وديناميكية درجة التفريق.
3. تعدد القنوات، أو الأطوال الموجبة، التي يتم عليها التقاط انبعاثات الأجسام الأرضية، فبنظرة إلى بيانات صور القمر "سبوت"، نجد أنها تلتقط فقط على ثلاث موجات، بينما يعطي الجيل الأول من أقمار "لاندسات" بياناته على أربع قنوات، وقد زادت إلى سبع قنوات، في بيانات الجيل الثاني TM، وجاء الجيل الثالث، من بيانات الاستشعار السالب، ليقفز بعدد القنوات إلى 545 قناة.
First: the definition of remote sensing
There are many definitions of remote sensing, with the following presentation of the four most important of these definitions:
1. Means of remote sensing total number of operations, which allow to obtain information about something, without there being direct contact between him and the capture device this information.
2. Remote sensing is the science, which uses the properties of electromagnetic waves reflected or emitted from things terrestrial, or from the air, or sea water has been identified.
3. Can be considered remote sensing that: the set of means, from aircraft or satellites, or balloons, and data capture devices, and receiving stations, and a data receiving-processing programs, which allow the understanding of materials and phenomena through the spectral properties.
4. Remote Sensing: the science can be obtained on the reflection data and spectral behavior of things, which can be transformed into information through the processing and extrapolation.
So the expression "remote sensing" is used to mean data set, we get from a certain distance; the result of the interaction energy of electromagnetic radiation with matter, or appearance which we teach, and the measured one of the means of remote sensing instruments.
These tariffs - albeit inclusive - it is a high degree of complexity, sometimes, what is included in the study of land and wealth, which is not far away from the devices, making use of the word "after" subject to question at times. Some believe that the other media that are contrary to energy radiation, real-time audio, for example, must be covered by this tariff.
Secondly: the types of remote sensing
Can be classified as remote sensing, according to the type of data receiving to:
1. Remote sensing positive Active Remote Sensing: The data receiving the spectral reflections, where the platform carrying the sensor sends electromagnetic waves to the targets to be studied, Fterttm, and reflected to be picked up sensors Sensors, that you send to ground receiving stations Ground Reception Stations.
2. Remote sensing negative Passive Remote Sensing: The data are receiving the emission spectroscopy of objects, (see the form of taking spectral emission).
Third: remote sensing techniques
Based remote sensing techniques to carry multiple types of sensors Sensors, to record the phenomena to be studied and measured, based on the concept; that every object radiates and reflects the range of electromagnetic energy, often in distinct groups, called "spectral signatures" Spectral Signature, describes information about specific property of the body.
In general, it is possible to transmit radiation through the body, or absorbed by the body, or by distracting the body, or may be reflected radiation, which means that the return of radiation without change, which is the body in this case is like a mirror.
And determine the selection of one of these interactions the former wavelength for each substance, which depend mainly on the properties of its surface and molecules, and these are the rules of measurement by remote sensing. It should be noted that the Earth's atmosphere some features of its own, and influential bands in the selection of the optical sensor.
The accuracy of each device is different from the other A_i_ari degree of differentiation [1] Resolution, it achieves in the monitoring of goals, depending on the properties for each article to reflect the light beam it, or the absorption of these rays, in part or in full.
IV: The mechanism of remote sensing
Is a mechanism of remote sensing through four stages:
1. Collection of information by sensors, and left to ground receiving stations.
2. This information is subject to initial treatment and corrections, and then address the final.
3. The interpretation of these data converted to images.
4. Use of images in the design of accurate data and maps, which serve different areas.
Fifth: remote sensing instruments
Remote sensing devices, mechanical or electronic, they can be regular camera most common forms of remote sensing instruments, such as the eyes as it completely, use light reflected from the body, passing through different lenses, the light-sensitive surface to form a picture, and is also used machine photography to record events, we want to remember, we can use this camera to get the appropriate information, to a particular subject, we are studying.
Although some of the remote sensing instruments capable of giving information / data continues to run the same time, the most remote sensing instruments are storing data, in one way or another. Also, the amount of data usable in the image is greater than in the constantly changing images, and video on a display device is.
Digestive remote sensing devices, therefore, is that data collected, is usually subject to storage of objects or scenes from a certain distance of them, and some of these devices, photo agencies, energy use visible light [2], while others use other types of energy, There are sensors on the less common of the cameras, as organs radar and X-ray X-Rays.
Fbastamal X-ray, for example, can be a distance slightly larger than the thickness of the layer of the skin or tissue, and the most important difference is the nature of the radiation used in each system. For radar, X-ray is different wavelength of radiation used is the reason which gives advantages both of the two systems for specific scientific missions.
1. Platforms carrying remote sensing instruments
The primary purpose of platforms, carrying remote sensing instruments, is to put these devices on a certain height from the ground. Used balloons and aircraft in remote airspace for aerial photographs of large scale and medium, from 2000:1 to 8000:1, according to a high balloon or aircraft, which ranges between 3000 and 7000 meters, and balloons may be addressed or not addressed, depending on the track wind.
The third type of platforms is the spacecraft, and this type of platforms is expensive, and requires high-technology level. These compounds were of two types: moving in paths Orbits around the globe, fixed Geostationary, which characterized her with a permanent, fixed position in relation to the Earth, thus providing a permanent and continuous observation of the portion of the globe.
2. Mobile data capture
Data capture devices that receive the radiation emitted and reflected, for certain wavelengths, then converts it to radiation, are sent to ground receiving stations. Divided capture devices of remote sensing data to the following main types:
A. Imaging devices (see the form of a method of photography)
B. Radar, remote capture device is positive, where it is broadcast ray, captured, and sent to ground receiving stations.
C. Usually provide satellite Ptlscobat huge increase the accuracy of the capture radiation. The French satellite "SPOT" SPOT with two of these telescopes, which each weighing 250 kg, with a length of two and a half meter, and after taking pictures by the visual system, drop the light on the optical sensors, which are each composed of 1000 pixels, turning lights into electrical signals.
3. Devices used in the study of oceans and seas
And some sensors carried by satellites negative, such as measuring radiation "Alradiomitr" Radiometer, and detected by the emission of natural radiation from the sea, or as reflected in the sea of sunlight.
There are other sensors are positive, send radar waves through a hole radar synthetic Synthetic Aperature Radar: SAR, Vttold agree tarnished image the amount of energy reflected from the surface of the sea in the form of a microwave. Controls the generation of photo sea level conditions, and the extent of disturbance, and the movement in general. Images, obtained by the radar, can reveal details of some properties, such as movements typical of the Interior, or the topography of the bottom, to a depth of several meters.
A. A device to measure the rise
And the altimeter Radar Altimeter doing the action may be particularly important to measure the sea level, and then the degree of decline within a few centimeters of accuracy. This means that, thanks to altimetry can reveal the diversity of ocean currents, on a gross basis, and can measure the size of swirls around, vast areas of unrest, such as the swirling seas of the South.
And recording the time of broadcast of radar wave in its journey from the satellite to the sea and the time received, and study the form of this wave when she comes back give evidence of the turmoil the sea. Therefore, this device provides a means to monitor the high waves at all times, which is an important variable in navigation.
B. Scatterometer
The scatterometer Disperometer radar covers an area more broadly. Valhdp medium-wave radar, is a measure of the disorder as a result of the sea wind. Thus, this detection method, provide a means for measuring the wind on the sea surface in large areas, not only crossed regular ships, or ships of Meteorology. And weather forecasts can be improved by incorporating such information to weather forecast models.
Despite the problems, caused by clouds, which covers the air, the sensors, which measure the infrared radiation emitted from the sea, given the images of sea surface temperature. Oceanographers and uses this information to monitor the violent eddies in the ocean, or the border between water masses, which have different temperatures.
In shallow seas, according to the temperature in the detection of water flows from foreign estuaries, or discrimination water masses, which does not seem to dissipate in the open sea and, therefore, could be indicative of the presence of swarms of fish.
There are many methods, which use remote sensing in the seas and oceans; including:
(1) aerial photography: It is used to study the pollution of seas and oceans, and location of waste-oil spills from ships passing incumbent seas and oceans, beaches and the demarcation of the seas and oceans, and determine its forms.
(2) imaging in the areas of multi-optical: used to locate plants and distribution, and mapping of water depths, the study of currents and thermal movement of water associated with them, and to identify sites of industrial wastes, and spread along the beaches, and study the distribution of water and suspended sediments in lakes, and study the distribution of chlorophyll and areas of focus.
(3) of the thermal survey: is used to identify the current systems and thermal spread in the water, In a study of water quality and natural characteristics, the location of patches of oil floating on the surface of the water.
(4) scanning radar: used to measure the surface properties of sea water and the ocean, and study the conditions of sea waves, the location of oil spills and areas of sour water, suspended matter near the surface, and study some physical properties of water and its quality.
Carrying satellites for the study of sea and ocean scientific instruments for measuring, monitoring and photographing the following elements:
(1) wind speed.
(3) contouring the surface of the ocean.
(3) measure the temperature of the surface.
(4) measurement of surface wave and deep ocean.
(5) determine the main currents in the ocean.
(6) monitoring of ocean eddies.
(7) monitor and measure the movement of ice.
(8) monitoring and follow-up oil spills.
(9) Monitoring and follow-up fish and marine life.
4. Mobile data analysis and processing
Bodies of the analysis and processing of data from:
A. Computer memory ever, so much so being able to store more pictures and study it. When digital data processing of images of space, you can use any of the levels of computer systems the following:
(1) Personal Computer Personal Computer
(2) Workstation Work Station
(3) the main network Main Frame
These levels differ mainly in the number of instructions or orders, which are processed per second, allowing both the workstation and the primary network number of the screens and keyboard, allowing more than one person working at the same time.
B. Copier large Plotter, and are used for the printing of maps resulting from the division of digital data, known as multi-spectral emission maps, set computer (see the picture of the spectral emission).
C. Copier small, and are designed for the printing of numbers, statistics or any place on the digital data, as well as used for the printing of maps on paper.
D. A study and analysis of digital data, which holds the discs, which operates independently of the computer.
5. Assistive devices to understand the spectral behavior
These devices help to understand the spectral behavior of materials and objects, and these devices include the following:
A. Device to measure the impacts or emissions, and know Balradiomtr Radiometer. Alradiomtr devices and the way they put it on the ground are two types, one set on the ground by means of a single-feet, or three feet, at an altitude of about 1.5 meters above the ground, and the other type of these devices can be carried by hand.
In both types are captured reflection data from the floor area ranging from 1 to 1.5 square meters, according to how high the measurement. On any radiometric measurements should be taken into account the date of the study, an hour or time data capture, and climatic conditions, as well as taking angle reflection data or captured, and the need for calibration Calibration of the device before using it.
B. Scanner-dimensional infrared ray Spectrometer Sbactromitr The basic idea in this device is the presence of a light source light beams issued on the sample to be measured implications.
C. My Isbactromitr Infrared Infrared Intelligent Spectrometer (IRIS): This device works on the emission spectral curve through the spectral range from 300 to 3000 nm [3], as well as recording digital data for this curve continuously, and can be used in field studies and laboratory together, Thus, it combines the properties of a Alradiomtr, in terms of field-use, and characteristics of a Alisbactromitr in terms of continuous measurement of emissions over the total spectral range.
6. Mobile GPS Positioning
These devices are used to determine the coordinates for the areas of screening and the field study, which identified based on the study and manage their photos. These devices include a location Konya Global Positioning System: GPS, which connects with about 12 satellites, including the determination of the coordinates. And verify the correct reading of the availability of communication between the device and the four satellites, at least, and vary depending on the accuracy of the device type.
It is worth mentioning that when dealing with remote sensing; the zero line of the longitudinal coordinates of the line is GMT, or the zero line of the coordinates of the spin-off is the equator, the distance measurement unit is the meter.
VI: remote sensing using microwave
The idea that remote sensing using microwave Microwaves, or the so-called "Remote Radar" to the transmission of electromagnetic waves in certain ranges (see the table of the frequency band radar), the target to be studied, and then receive the waves reflected from it.
As a result, the role of radar in the transmission of this wave and its non-self-electromagnetic emissions from the body, as is the case in remote negative, this type is defined as "remote positive".
The radar is picking up profiles, or sectoral. The equipment is in force synthetic "went" Synthetic Aperture Radar: SAR, (see the picture of the radar antenna SAR), it sends impulses to the target area, has been reflected energy. Rough surface reflects radiant energy over soft surfaces, Vstouh the mountains, and the flow of molten rock, for example, appear bright sources in the radar images.
By measuring the time it takes signals to travel the distance from the radar to the target and return, can be measured by the relative heights of different terrain. And recorded radar signals reflected on the holographic film in a manner [4] Holographic, are then converted using a laser beam to images give a sense of Baltjsim, ie, three-dimensional imaging, (see picture three-dimensional model of a ship.)
1. Radar moon "of policies"
The first civilian imaging radar was placed in orbit around the Earth, was on board the satellite ocean-called "policies for" Seasat, launched in 1978. Although he has served for less than four months because of an injury bug, he stressed the survey, conducted by that of the ocean surface lines are quite specific, such as land, and there are areas above the other regions, including more than 250 meters.
These rises and falls as a result of differences in gravity resulting from the uneven distribution of mass within the Earth. Upon receipt of this information from the Moon "of policies", drawing scientists Jet Propulsion Laboratory, Institute of Technology in the "Bacdin" California, the image of the seabed in the world, is expected to be used as a guide to future discoveries, and give rise to new thinking about the geology of the planet.
2. The radar system of the shuttle "Columbia"
Space shuttle "Columbia" was carried in his second trip in November 1981, radar system designed to clear the land. Have been installed over the resulting image pictures "Landsat"; to highlight the integrated nature of the techniques, by mixing high-resolution radar images of Earth, and multi-spectral vision of the chemistry of surfaces, provided by the "Landsat", as is the case in the types of rocks and vegetation. The resulting composite image appeared, which gives the colors are not true, amazing as it contains the information.
But more discoveries, which resulted from the analysis, is the Space Radar Views, under the sands of deserts. In areas of micro-drought, show that the radar signals penetrated two meters to three meters of sand, and in some cases, about five meters, and often hit the rocky base.
When the moon across the sky Sudan and southern Egypt, pick up the radar images, revealed the effects of buried rivers; once flowed there, and dug for itself valleys, the view the view the Nile now.
Geologists and was followed by drilling holes in the desert, and confirmed the existence of a network of drainage basins old, and found sites of buried human settlements when the Sahara was less arid. And reporting on these findings the experts concluded that the potential presence of groundwater near the surface, enough to generate interest among scientists, who now have a way to explore the deserts on the planet.
3. Satellite radar, "Radar-1"
Satellite radar, "U.S. radar -1" Radar-1, is the first satellite, called for military use and civil at the same time. The radar will provide images, have a degree of clarity, resolution up to one meter.
This is based on satellite radar technology with a window of synthetic "went" Synthetic Aperture Radar (SAR), which allows to take pictures during the day or night, in any weather conditions, unlike the visual images in the traditional satellite imaging, (see the picture of good air radar ).
And return the consent of the American military circles, to grant the license, has launched a civilian satellite, radar, the desire to provide funds budget of the Ministry of Defense, with the aim to take advantage of the technological developments achieved in the private sector. However, satellite radar "radar - 1" subject to state control, as it should be invested on the company to obtain special permission from the U.S. government before selling any photo radar, at a resolution of up to five meters or less, to a client civilians.
The main advantages of using radar remote sensing are:
A. The flexibility of radar data
Designed devices used in radar remote sensing purposes so that you can control the inclination of the radar beam on the vertical axis at ground level, so this angle ranged between zero and 60 degrees. This has led to the possibility of daily monitoring of natural phenomena, and I knew this feature multi-time coverage, or follow-up of the phenomenon that, in times of high activity changes, through studies detect changes.
The area covered by the radar scene, ranging from 50 × 50 km, in the case of micro-beam, and 500 × 500 km, when you use the radar beam of the radar window ever synthetic Synthetic Aperture Radar: (SAR). And the degree of differentiation ranged between 8 m and 100 m.
And of course, helped to expand the application fields of radar data and multiplicity of the discovery of oil, gas and minerals, and environmental impact assessment, and show the natural disasters and follow-up, and show the crop and follow-up, and the work of ground mapping and coastal management, and demonstrate the uses of land and follow-up.
B. The ability of radar to penetrate clouds
radar sensor is characterized by the ability to penetrate clouds, fog, rain, dust, and darkness. This leads to capture continuous images of the radar during the day and night, both in, and the importance of this ability Penetrometer in the tropics, coastal and Arctic. This is not available for Satellite Remote Sensing negative.
C. Continued access to radar data, and follow-up semi-real-time dynamic of the phenomena
and the frequent passage of the satellite carrier for the radar, above the site of the globe, serve to obtain several images every day; allowing follow-up, almost instantaneous. Under normal circumstances, vary the period between visits depending on the type of radar the radar beam, and therefore vary the degree of differentiation, as well.
and stop between repeated visits to the subject itself, in addition to the type of the radar beam on the lines of latitude and longitude for this site, where this period is increased in the direction of the equator, and less time at other latitudes of the short distance between them, and thus increase the number of tracks that can be repeated daily.
D. The possibility of seeing the same site from two different
radar provides the potential to see the same site from different directions, thus getting the pictures of an area, from two opposite sides, which helps to get as much information as possible.
E. The ability of the fusion of radar data with other data
This ability show greater geo-information, when the integration of radar data of geophysical measurements [5] Geophysical Measurements information is available on the surface of the earth, and under the earth's surface.
And. Multi-degree of differentiation
The multitude of the degree of differentiation of the radar data, and different from 8 meters to 100 meters, the multi-scale mapping resulting commensurate with the purpose of the study. For example, data can be used radar beam minute or standard of the work of the detailed maps, while the use of the radar beam data (SAR) for the preparation of maps at the district level Regional Mapping.
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق