الاستشعار عن بُعد Remote Sensing

الاستشعار عن بُعد

Remote Sensing

عندما نقول الاستشعار عن بُعد ، فإننا نقصد بالاستشعار هو رؤية ما لا يرى ، والاستشعار لا يتم باللمس وإنما باستخدام أجهزة لا تلمس الأجسام المراد الحصول على معلومات عنها .

ويعرف الاستشعار عن بُعد : ((علم وفن يهدف إلى الحصول على معلومات عن جسم أو منطقة أو ظاهرة ، من خلال تحليل معطيات يتم اكتسابها بجهاز لا يلمس ذلك الجسم أو تلك المنطقة أو الظاهرة محل الدراسة . )) [1]

التصوير : إحدى وسائل الاستشعار عن بُعد عن طريق الطائرات مثلاً ، كذلك صور الأقمار الصناعية تعد وسيلة من وسائل الاستشعار عن بُعد .

يختلف التصوير لأخذ معلومات تفصيلية (الاستشعار عن بُعد) عن التصوير الفوتوجرافي العادي ، ويمكن تحديد أول تصوير يختص بعلم الاستشعار عن بُعد في سنة 1960م عندما تمكن العلماء من أخذ بعض الصور تختص بمناطق من سطح الأرض .

مراحل تطور الاستشعار عن بُعد :

1900 م : التصوير بواسطة المنطاد والحمام الزاجل والطائرات الورقية .

1909م : تم أخذ أول صورة من طائرة فوق سونتوسيللي في إيطاليا .

1919 – 1945م : في الحربين العالمتين .

1957 م : اطلاق أول قمر روسي sputnik 1

1961 م : رحلة يوري غاغا رين (أول إنسان يحلق في الفضاء)

1969 م : الوصول إلى القمر 11 ابولو

1972 م : اطلاق القمر الأمريكي landsat1

1986 م : اطلاق القمر الفرنسي spot

1988م : اطلاق القمر الهني irs

1995 م : اطلاق القمر الأوروبي ers1 ، والياباني jers والمحطة العالمية iss

والتطور شمل : عدد الألوان ، الصور الرقمية ، الدقة

العين : من المعروف أن العين البشرية تستطيع إبصار الأشياء حينما يكون هناك ضوء كاف ، على النقيض من ذلك فإن الرؤية تنعدم حينما يسود الظلام ، كما أن المعروف علميا أن الأشعة المنبعثة من الضوء حال سقوطها على الأجسام تمتص هذه الأجسام جزءً من هذه الأشعة وتعكس جزءً آخر منها . والجزء المنعكس هو ما يصل إلى عين الإنسان فيتحقق الإبصار .

إن العين عندما تبصر الأشياء كالشجرة مثلا فإنها لا تميزها كجسم واحدٍ متجانسٍ تماماً وإنما ((تستطيع تمييز تفاصيل هذا الجسم؛ فيمكنها رؤية الجذع والأوراق والغصون والثمار لأن كل جزء من هذه الأجزاء أو التفاصيل يعكس قدراً مختلفاً من الأشعة عن الجزء الآخر ، والتفاوت في مقدار الأشعة يعبر عنه علمياً باختلاف الطول الموجي للأشعة، وبالتالي يمكن وصف عين الإنسان بأنها جهاز يستطيع استقبال الموجات الضوئية والتمييز بينها حسب أطوالها .)) [2]

الأطوال الموجية للأشعة

الموجات الضوئية التي تستقبلها عين الإنسان كي تبصر الأشياء من حولها يتراوح طولها الموجي بين (0.4 ميكرون وبين 0.76 ميكرون) وتسمى هذه الأطوال الموجية أو المدى بــ "المجال المرئي" ، إن التدرج لتلك الموجات الطولية هي التي تعطي الإحساس بالألوان المختلفة بحسب طول تلك الموجة .

فالأجسام التي تعكس أشعة طولها من 0.4 ميكرون تظهر باللون البنفسجي ، أما الأجسام التي تعكس أشعة طولها حوالي 0.46 ميكرون تظهر باللون الأزرق ، والأخضر 0.53 ميكرون ، والأصفر 0.58 ميكرون ، والبرتقالي 0.61 ميكرون ، والأحمر 0.76 ميكرون . وهكذا بقية الألوان الأخرى لها أطوال موجية مختلفة لا يخرج عن المجال المرئي .

إن الصور المُلتقطة عبر الكاميرا (ملونة أو غير ملونة) = الصور الفوتوجرافية العادية ليست إلا انعكاسات للموجات الضوئية من الأجسام ((في حدود المجال المرئي)) [3]

يُطرح سؤال آخر حول الأشعة المرئية والتي تتواجد في أرجاء هذا الكون الفسيح ، هل كل تلك الأشعة الموجودة في الكون مرئية فقط أم توجد أشعة غير مرئية ؟

الإجابة العلمية تؤكد وجود أشعة خارج إطار الإدراك البصري للعين البشرية بسبب قصر الأشعر المرئية أو طولها ، أي هي أقصر من 0.4 ميكرون و أطول من 0.76 ميكرون ، والرؤية هنا لا تتعلق بالضوء أو الظلام ، فقد تكون هذه الأشعة موجودة في مكان مضيء ولكن لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة .

تقسيمات الأشعة حسب الطول الموجي

يطلق على جميع الأشعة الموجودة في كوننا الواسع اسم "الطيف الكهرومغناطيسي The electromagnetic spectrum

إن الأشعة القصيرة (ذات الطول المتناهي في القصر) يطلق عليها اسم "الأشعة الكونية" ثم تليها الأشعة المعروفة باسم أشعة جاما ثم الحمراء ثم الموجات الدقيقة (الميكروويف) ومن بعدها موجات الراديو ثم التلفزيون .

قياس الأطوال الموجية

تقاس أغلب الأشعة ذات الأطوال الموجية القصيرة للغاية بوحدات مخصصة لها حسب التالي :

أ‌- الميكرون : وهو يساوي 1/1000 من الملليمتر .

ب‌- الملي ميكرون أو النانومتر : وهو يساوي 1/1000 ميكرون أو 1/1000000 ملليمتر .

ت‌- الانجستروم : وهو يساوي 1/10 نانومتر أو 1/10000 ميكرون أو 1/10 مليون ملليمتر .

أما الأشعة الطويلة فتقاس بالمقاييس الطولية العادية كالمتر والكيلومتر ((علما بأن طول أي موجة عبارة عن المسافة الفاصلة بين قمتين متتاليتين)) [4]

يجب معرفة أن كل الأشعة التي تسير بشكل موجي ما هي إلا طاقة تيسير بشكل متناسق وبسرعة ثابتة تساوي سرعة الضوء . أيضا يجب معرفة أن طول أي موجة له علاقة مباشرة بكمية الطاقة ، وهذه العلاقة في الواقع العلمي هي علاقة عكسية بين الطول والموجة .

· (كلما ازداد طول الموجة كلما انخفض محتواها من الطاقة)

· (كلما قصر دول الموجة كلما زاد محتواها من الطاقة )

وبسبب هذه المعادلة العكسية فإن قياس الإشعاع الطولي المنبعث عن سطح الأرض صعب جداً لانخفاض الطاقة . وهذا ما يجعل أجهزة الاستشعار عن بُعد تحاول التقاط الأشعة المنبعثة من سطح الأرض عن طريق المسح أو أخذ مساحات واسعة من سطح الأرض في آن واحد بغية الحصول على كمية كافية من الطاقة يمكن أن تُحس وتسجل .

ولدرجات الحرارة أيضا دور مهم في ازدياد كمية الطاقة حيث كلما ارتفعت درجة الحرارة كلما ازدادت كمية الطاقة المشعة عنها .

وتوجد خصائص أخرى أو عوامل مختلفة تميز بين الأشعة وتفرق بين أنواعها ، فهناك أشعة ذات طول موجي تخترق الأجسام الصُلبة ومنها لا يتمكن من ذلك الاختراق ، ومنها ما يتأثر بالشوائب والغبار والسحب الجوية في حين أن بعض الأشعة لا يتأثر بتلك العوامل الطبيعية .

استخدامات الأشعة المختلفة

من خلال معرفتنا لأنواع الأشعة واستخداماتها يمكننا التعرف عن أهمية علم الاستشعار عن بُعد وبماذا يفيد وماذا يستطيع أن يرصد ؟

أشعة جاما Gamma rays

هي أشعة لها القدرة على اختراق الأجسام الصلبة مثل الصخور والخرسانة المسلحة ، لذلك هي مهمة في استخدامات الكشف عن أي شقوق أو تغيرات قد تنشأ داخل الأجسام الصلبة مثل السدود الخرسانية والركامية ، ((كما تستخدم في تصوير تداخلات الصخور في بعضها حتى لو كانت غير ظاهرة مثل بعض العروق النارية المتداخلة في حقول الحجر الجيري والصخور الرسوبية، بالإضافة إلى أنه بواسطة أشعة جاما يمكن البحث عن المياه الجوفية الثروات الموجودة في باطن الأرض ومعرفة كمياتها . )) [5]

الأشعة تحت الحمراء Infrared

((الأشعة تحت الحمراء هي بداية الأشعة ذات الطول الموجي الأكبر من الأشعة المرئية، وهي محور تقنية الاستشعار عن بُعد وعموده الفقري)) [6]

لماذا كل تلك الأهمية للأشعة تحت الحمراء ؟

بسبب الاستفادة الكبيرة التي يمكن الحصول عليها من خاصية عكس الأجسام للأشعة تحت الحمراء ، حيث تستطيع تلك الأشعة التفريق بين الأجسام المتشابهة تماماً من حيث اللون والشكل والأحجام رغم اختلاف طبيعة مواد تلك الأجسام . بالإضافة إلى الخاصية المهمة للأشعة تحت الحمراء وهي امكانية استخدامها في الظلام لأنها لا تحتاج إلى ضوء مرئي .

لذلك فإن تلك الأشعة يمكن أن تستخدم في مجالات واسعة مثل التجسس والاستطلاع العسكري وكذلك معرفة الإصابات التي تحدث في المزروعات على اعتبار كمية الأشعة تحت الحمراء المنعكسة من أوراق النباتات والتي تختلف كميتها بحسب حالة النبات الصحية .

أما المياه فإن الدراسات الهيدرولوجية تستفيد من الأشعة تحت الحمراء حيث تظهر الترع ومجاري الماء في الصور قاتمة اللون لأنها تكون أكثر برودة مما حولها ، وتقوم بإظهار الأراضي الجافة فاتحة اللون، أما الأراضي المروية فتظهرها بدرجة متوسطة بينهما ، ويمكن معرفة مستوى الماء الجوفي للتربة ، وهذه هي بعض فوائد تلك الأشعة التي يمكن أن يستفيد منها دارسو الاستشعار عن بُعد .

أشعة الميكروويف والراديو والرادار

لأشعة الميكروويف والراديو والرادار أهمية كبيرة في أجهزة الاستشعار عن بُعد ، فالرادار مثلا يفيد له القدرة على تصوير المناطق المتسعة ومن مسافات بعيدة ، بسبب اختراق تلك الأشعة طبقات الجو بما فيها من سحب وضباب وشوائب ، وفي المهمات العسكرية يمكن تحديد مواقع الجزر في البحار أما من ناحية الملاحة البحرية وسلامتها فإن الرادار له القدرة على تعيين مواقع السواحل والشواطئ والجبال والمنشآت الثابتة لتكون أداة بيد الملاحة . ويستفاد من الرادار في تحدي الارتفاع الحقيقي عن سطح الأرض دون الرجوع إلى مستوى سطح البحر أو قراءة الضغط الجوي والقيام بعمليات المسح الجوي ورصد الرياح العليا وتحديد المناطق التي تتجمع فيها السحب والعواصف ، إلى جانب إمكانية التمييز بين التكوينات السطحية المختلفة التي تكون القشرة الأرضية على اعتبار أن كل تكوين من التكوينات السطحية تعكس أشعة الرادار بطريقة تختلف عن الأخرى .

أشعة الليزر

أشعة الليزر هي أشعة صناعية ويمكن الاستفادة منها في أجهزة الاستشعار عن بُعد مثل القياسات الفلكية مواقع النجوم والأٌقمار الصناعية وسفن الفضاء وصناعة الأسلحة ......

مراحل ومكونات أسلوب الاستشعار عن بُعد

((تطورت تقنية الاستشعار عن بُعد تطورا هائلاً – وما زالت – في كافة مكوناتها ومراحلها ، وربما كان آخر حدث مهم هو إطلاق القمر الصناعي الأمريكي إيكونوس عام 1999م ، الذي استطاع اتخاذ صوراً للأرض بدقة ميز مكاني وبدقة تصل إلى 0.5×0.5 متر . ويعد هذا تطوراً هائلا في علم الخرائط المساحية والتفصيلية وله مردود إيجابيا كبيراً في هذا المجال .)) [7]

مراحل الاستشعار عن بُعد تنحصر في معطيين :

الأول : الحصول على المعطيات

الثاني : تحليل المعطيات

فالحصول على المعطيات يتمثل في عدة نقاط :

1- هل المعطى (مصدر الطاقة) طبيعي أو بشري يفضل أن يغطي أغلب الطيف الإشعاعي .

2- انتشار الطاقة عبر الغلاف الجوي وتفاعلها معه بالتبعثر أو الامتصاص

3- تفاعل الطاقة مع معالم سطح الأرض حيث يمتص جزء منها وينفذ جزء ثان وينعكس جزء ثالث .

4- انعكاس الطاقة من سطح الأرض بالإضافة إلى الطاقة الذاتية المنبعثة منه عبر الغلاف الجوي وتفاعلها معه مرة أخرى .

5- وصول الطاقة المنعكسة إلى أجهزة الاستشعار المحمولة في الجو والفضاء وتسجيلها على شكل رقمي أو تصويري .

6- بث المعطيات إلى المحطات الأرضية .

أو يمكن إعادة ترتيبها بهذه الصورة :

1-      مصدر الطاقة : كضوء الشمس أو من إنتاج ذاتي كالرادار .

2-      التفاعل مع سطح الأرض : كمية الإشعاع المنعكس أو المنبعث .

3-      أجهزة الاستشعار عن بُعد : الكاميرات والأجهزة المتعددة النطاقات .

4-      حاملات أجهزة الاستشعار عن بُعد : الطائرات والأقمار الصناعية .

5-      محطات الاستقبال : تحويل الإشعاع إلى صور . [1]

[1] الاستشعار عن بعد ، الدكتور محمد سعيد ، 6

أما تحليل المعطيات ينتج عنه دراسة وتحليل المعطيات باستخدام أجهزة مختلفة للرؤية والتفسير سواء اعتمادا على الإنسان أو الكمبيوتر والمطابقة مع نقط التحقق الأرضي .

تجميع النتائج على شكل خرائط وصور وجداول ومعلومات رقمية وغير رقيمة وملفات كمبيوتر، يمكن دمجها مع مجموعة أخرى من المعلومات المكانية المتنوعة لتؤلف معا ما يعرف بنظام المعلومات الجغرافية GIS . )) [8]