Remote Sensing الاستشعار عن بعد د. أحمد غلاب محمد قسم الأراضي والمياه جامعة أسيوط

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE Remote Sensing الاستشعار عن بعد د. أحمد غلاب محمد قسم الأراضي والمياه جامعة أسيوط

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE التطور التاريخي لاستخدامات التصوير الجوي: رغم ان الكاميرا المصممة بواسطة Niepce تعود الي عام 1822 الا ان اول صور تسجلها المراجع المختلفة ترجع الي عام 1839 بواسطة كل من Daguerre and Niepce كما يرجع استخدام التصوير الفوتوغرافي في اعمال التخريط الي عام 1840 بواسطة مدير مرصد باريس. أطلق اول بالون فوق مدينة باريس عام 1858 لالتقاط أول صورة جوية لباريس ومع تقدم تقنيات التصوير والأفلام عام 1860 تم تصميم الكاميرات الصغيرة التي حملتها الطيور وتمكن بها Julius Neubronner من الحصول علي براءة اختراع عام 1903 . تطور استخدام الطائرات الورقية Kites في بداية القرن التاسع عشر حيث تمكن الباحث الامريكي Lawrence في 18 ابريل 1906 من تطوير طائرة ورقية لحمل كاميرا تصوير يصل وزنها الي حوالي 1000 رطل لتصوير مدينة سان فرانسيسكو في اعقاب زلزال وحرائق مدمرة.

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE أول تصوير جوي كان لمدينة Centocelli بايطاليا عام 1909 بواسطة Wilbur Wright وضح قرب نهاية الحرب العالمية الأولي أهمية التصوير الجوي في مجال الأستطلاع وجمع المعلومات فكانت التطبيقات المختلفة لاستخدام الصور الجوية من نوع Panchromatic ( وحيدة المدي الطيفي) في الفترة من 1918 الي 1940 حيث استخدمها الجيولوجيين والمؤسسات الحكومية والشركات كأداه استكشافية. استخدم العلماء الألمان الصور الجوية في دراسة الغطاء النباتي والغابات كما كان اول استخدام في مجال الموارد المعدنية بواسطة الهولنديين للتنقيب عن البترول في اندونيسيا بواسطة شركة شل. سجل العلماء بالمملكة المتحدة استخدامهم للصور الجوية في مجال دراسة الأثار والتاريخ. قدمت الحرب العالمية الثانية الفرصة لتطوير أجهزة التصوير (الكاميرات ) والعدسات وحوامل الكاميرات وتقنيات الحصر.

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE الأستشعار عن بعد Remote Sensing اصبح اصطلاح الاستشعار عن بعد Remote sensing مألوفا لمسامع فئة كبيرة من الناس فقد استخدم الاصطلاح الحديث منذ عام 1960 للدلالة علي ظاهرة قديمة هي جمع المعلومات عن الاشياء والظواهر المدروسة وفحصها دون التلامس العضوي معها. وتستخدم لذلك اجهزة كثيرة منها البسيط ومنها المعقد فألات التصوير وأجهزة الرادار والمواسح هي أمثلة لأجهزة الاستشعار عن البعد. ورغم عدم التلامس العضوي بين المستشعر Sensor والهدف الا انه من الممكن رصد بعض الخواص الطبيعية للأهداف الارضية من خلال أنعكاسات الموجات الكهرومغناطيسية.

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE الاستشعار عن بعد Remote Sensing Remote sensing is the collection of the data about an object without touching it. الاستشعار عن بعد هو العلم الذي يتم عن طريقه التعرف علي الأهداف وجمع بيانات عنها دون الملامسة الفيزيائية.

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE الأستشعار عن بعد Remote Sensing كما يمكن تعريفة بأنه ذلك العلم الذي يستخدم خواص الموجات الكهرومغناطيسية المنعكسة أو المنبعثة من الاشياء الأرضية أو من الجو أو من البحار والمحيطات في التعرف عليها وذلك من خلال أجهزة لألتقاط هذه الموجات بواسطة الأقمار الصناعية والطائرات والبالونات.

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE الاستشعار عن بعد Remote Sensing الاستشعار عن بعد ليس وسيلة مستقلة بذاتها بل لابد من ربطها بالحقائق الارضية من خلال الدراسات الميدانية والتحاليل المعملية ايضا أضاف استخدام نظم المعلومات الجغرافية (GIS) امكانية انشاء قواعد البيانات المصححة جغرافيا ومعالجتها رقميا و تطوير النماذج الرياضية لتخطيط استخدام الموارد الارضية وتحديد التغيرات المتوقعة بها

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE الأستشعار عن بعد Remote Sensing Remote sensing is the noncontact recording of information from the ultraviolet, visabile, infrared, and microwave region of the electromagnetic spectrum by means of instruments such as camera, scanners, lasers, linear arrays, and / or area arrays located on platforms such as nearfield, aircraft, or spacecraft, and the analysis of acquired information by means of visual, digital image processing and model simulations.

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE الأستشعار عن بعد Remote Sensing تنقسم طرق الاستشعار عن بعد تبعا لوسائل عمل أجهزة الألتقاط الي نوعين هما : الأستشعار الفضائي وفيه تحمل أجهزة الألتقاط علي اسطح الأقمار الصناغية التي تطير علي ارتفاعات عالية جدا. والنوع الثاني الأستشعار الجوي وفيه توضع أجهزة الألتقاط علي الطائرات التي تطير علي ارتفاعات منخفضة نسبيا. ومن ناحية أخري يمكن تصنيف الأستشعار عن بعد تبعا لنوع البيانات المستقبلة الي : الأستشعار الموجب Active Remote Sensing وتكون البيانات المستقبلة فيه عبارة عن انعكاسات طيفية حيث تقوم الأقمار الصناعية بأرسال الموجات الكهرومغناطيسية الي سطح الأرض فتصتدم بها وتنعكس ليستقبلها الرادار الذي يقوم بأرسالها الي الي محطات الأستقبال الأرضية.

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE الاستشعار عن بعد Remote Sensing يساهم استخدام اشعة الرادار في الاستشعار عن بعد الايجابي Active remote sensing في اختراق السطح مما يمكن من رصد الموارد الارضية تحت السطحية كما يؤدي استخدام هذه التقنية ايضا الي جانب استخدامات اشعة الليزر الي رصد البعد الثالث للحصول علي النموذج ثلاثي الابعاد Digital Elevation Model(DEM)بما له من اهمية بالغة في انتاج خرائط الموارد الارضية

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE الأستشعار عن بعد Remote Sensing الأستشعار السالب تكون البيانات المستقبلة فيه عبارة عن الأنبعاث الطيفي من سطح الأرض والأجسام التي عليها وتعرف هذه الأنعكاسات أو الأنبعاثات بالبيانات الرقمية (DN) ولادراك المقصود بالبيانات الرقمية نتخيل أن الصورة تتكون من كم هائل من النقاط الأساسية (بكسل) كل منها تمثل مساحة أرضية تختلف من قمر لأخر فهي مثلا 57x79 متر في في الجيل الأول من الأقمار الصناعية الأمريكية أو 30x30 متر في لاندسات (TM ) وهذه المساحات الأرضية تصدر منها البيانات أو انعكاسات كهرومغناطيسية تلتقطها أجهزة القمر الصناعي التي ترسل متوسطات بياناتها الرقمية الي محطات الاستقبال الأرضية.

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE Remote Sensingالاستشعار عن بعد Remote Sensing are all methods to generate information based on electromagnetic radiation emitted (or reflected) from an object الحصول علي معلومات عن هدف معين بناء علي استخدام الاشعة الالكترومغناطيسية المشعة او المنعكسةمنه Which use recording devices mounted on planes, satellites, spaceships and similar flying (or swimming) devices حيث تستخدم اجهزة قياس توضع علي الطائرات او الاقمار الصناعية او أي مركبات طائرة او عائمة Which are used to watch the surface of the earth with all its objects, the sea and its surface as well as the atmosphere وتستخدم لرؤية سطح الارض بكل مافية والبحار وسطوحها و الجو

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE الفكرة الأساسية للأستشعار من البعد : يعتمد الاستشعار من البعد اساسا علي أن كل الأجسام في درجة حرارة أعلي من الصفر المطلق237o ) ( تنبعث منها موجات كهرومغناطيسية. الشمس التي تصل درجة حرارتها الي 6000 o K ينبعث منها الموجات الكهرومغناطيسية بنفس الأسلوب وتعتبر أهم مصدر للأشعة الكهرومغناطيسية في الاستشعار من البعد حيث ان الجزء الهام من أشعتها يمتص بواسطة الغلاف الجوي المحيط بالأرض قبل اصتدامه بها وتقوم السحب والغيوم والأدخنة وقطرات الماء والغازات المختلفة بتشتيت وادمصاص وعكس معظم الطاقة الشمسية في الفضاء. ورغم ضعف النوافذ الطيفية التي تصل الي الأرض فأن الأستشعار من البعد يعتمد أساسا عليها. يتطابق المدي الطيفي الذي يمكن للعين البشرية استشعاره مع احدي النوافذ الشمسية المشار اليها وهي نافذة الأشعة المرئية.

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE التطور التاريخي لاستخدام التصوير الفضائي: يرجع استخدام التصوير الفضائي لعام1946 حيث أستخدم الصاروخ V2 rockets التي أطلقت من منطقة الرمال االبيضاء White Sand بالولايات المتحدة متزامنا مع أبحاث الفضاء التي نشط فيها الأتحاد السوفيتي بأطلاق المركبة الفضائية Sputnik I 1957 وتبعتها مركبة الفضاء الأمريكية Vanguard TV3 والتي فشلت في الأستقراربمدارها واتبعت بالأطلاق الناجح للمركبة الفضائية Explorer في 31 يناير 1958. بدأت المراقبة المنتظمة للأرض من الفضاء في أول أبريل 1960 بأطلاق الأتحاد السوفيتي لأول مركبة فضاء مناخية Tiros-I والتي كانت تتميز سلسلتها بقدرة تفريقية منخفضة. كان اول الأقمار الصناعية الأمريكية للمراقبة الاستكشافية هو كورونا CORONA حيث كان برنامجه رد فعل للبرنامج السوفيتي Sputnik وكان مصمما لالتقاط صور لبلدان الكتلة السوفيتية وكانت صور القمر كورونا مجسمة بقدرة تفريقية مبدئية 8 متر تحسنت فيما بعد لتكون 2 متر- بدا البرنامج في 12- 8 – 1960 وخرج من الخدمة 31 – 5 – 1972 وسمح ببيعها منذ عام 1995.

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE في عام 1961 توفرت الصور الفضائية المأخوذة من مركبة الفضاء MA-4 Mercuryفي انتاج سلسلة من الخرائط الجيولوجية تغطي الأف الأميال المربعة من مواقع صحراوية كان من المتعسر الوصول اليها استعملت الأفمار الصناعية COSMOS عام 1984 اصلا في برنامج عسكري سوفيتي – يدور القمر الصناعي في مدار علي ارتفاع منخفض يصل الي 190- 270 كم فوق سطح الأرض وسجلت البيانات علي أفلام وحيدة المدي الطيفي Panchromatic طور القمر الصناعي TK-350 الذي يتراوح مجاله الطيفي من 0.49 الي 0.59 ميكروميتروقدرته التفريقية الي 10*10 متر لجمع المعلومات الدقيقة عن سطح الأرض ومن ثم امكانية عمل النموذج ثلاثي الأبعاد قدم المستشعر الفضائي الروسي KVR-1000 حتي وقت قريب صور فضائية بأعلي قدرة تفريقية (2- 3 متر) تغطي المجال الطيفي من 0.49 الي 0.59 ميكروميتروكانت مثالية لتطبيقات الدراسات البيئية واستخدامات الأراضي

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE The seven elements of remote sensing process : 1- مصدر الطاقةEnergy source or illumination (A) الاستشعار عن بعد يحتاج الي مصدر يبعث بالطاقة عن طريق الاشعاع فيكون بمثابة مركز لارسال الموجات والاشعة الحرارية للهدف موضع الدراسة 2- وسط مرور الطاقة Radiation and Atmosphere (B) وهو الغلاف الجوي الذي يمر من خلاله الموجات فيمتص جزء كبير منهاخلال اغلفة الغازحول الارض وهي غالبية ويمرر بعضها وهي الاشعة المرئية وجزء من ال IR

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE 3- Interaction with the Target (C) الهدف Target هو الارض وما عليها من معالم (ماء- نبات- تربة-مباني ) فبمجرد أن تأخذ الموجات طريقها الي الهدف خلال الغلاف الجوي فأنها تتفاعل وتتمثل معه بثلاث طرق اما امتصاص او انعكاس او تشتيت وهذا يتوقف علي طبيعة الجسم الذي تصتدم به الموجات وخصائصه وطريقة تفاعله مع هذه الموجات 4-Recording of Energy by the Sensor (D) يقوم ال Sensor باستقبال الاشعة المنعكسة من تفاعل الموجات بالهدف وتسجيلها لذلك لابد من اختيار الجهاز المناسب للصفة المراد قياسها والطول الموجي للاشعة المنعكسة

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE 5-Transmission, Reception, and Processing (E) الاشعة المنعكسة الملتقطة بواسطة الاجهزة الحساسة (Sensor)يتم ارسالها الي محطات الاستقبال ويتحول شدة كل شعاع منعكس الي شدة مغناطيسية ثم كهربية فتتحدد الكثافة الضوئية لكل Pixel وبالتالي تتكون الصورة التليفزيونية في نفس الوقت ويمكن تحويلها اليImage (hard copy and/or digital) 6-Interpretation and Analysis (F) الصورة المتحصل عليها يمكن ادخالها الكمبيوتر والتعامل معها بكافة الوسائل لاستخلاص المعلومات عن الهدف موضع الدراسة 7-Application (G) يمكن التحكم في البيانات وتحليلها واستخلاص كثير من المعلومات الاضافية والمساعدة في حل مشاكل معينة

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE تقوم كافة الأجسام المعرضة للأشعة الشمسية علي الأرض بعكس أو أعادة أنبعاث الأشعة الطيفية الساقطة عليها بنسب تختلف بأختلاف طبيعة الأجسام الأرضية وطول الموجات الطيفية ويطلق علي هذه الحقيقة بالبصمة الطيفية للأهداف الأرضية والظواهر Spectral Signature

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE الأستشعار عن بعد Remote Sensing يقدم الاستشعار من البعد مميزات عديدة في مجالات حصر وصيانة الأراضي حيث تقدم المرشحات الطيفية المتعددة Multi- spectral space images للبيانات الفضائية امكانية رصد البصمة الطيفية لأنواع الأراضي المختلفة والأستخدامات القائمة عليها. كما تقدم النظرة الشاملة Synoptic view المعلومات البيئية للمناطق المحيطة بمنطقة دراسة معينة مما يسمح برصد التأثير المتبادل للظروف البيئية ايضا تساهم طبيعة التعداد الزمني Multi temporality للبيانات الفضائية بتتبع التغير الحادث في الظروف الارضية خلال فترات زمنية مختلفة.

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE الخواص الطيفية للتربة : تختلف الخواص الطيفية للتربة عن مثيلتها للغطاء النباتي والماء توصلت الدراسات الخاصة بتأثير المحتوي المعدني للتربة علي انعكاس الموجات الكهرومغناطيسية الب تحديد البصمات الطيفية للصخور والتربة من خلال مرشحات طيفية مختلفة وبمضاهاة انعكاسات التربة محل الدراسة بمنحنيات قياسية تمكن الباحث (Lyon, 1965) ووكالة الفضاء الأمريكية (NASA, 1987) من التعرف علي علي المعادن السائدة ويوضح الجدول والشكل التاليين انعكاسات المعادن المختلفة للحبيبات التي يقل قطرها عن 0.001 مم لاحظ زيادة انعكاس الأطياف المختلفة من معدن الكوارتز وانخفاضها من معدن البيوتيت

جدول رقم ( ) انعكاسات الموجات الطيفية من حبيبات المعادن المختلفة التي يقل قطرها عن 0.001 مم

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE شكل رقم ( ) منحنيات انعكاس الموجات الطيفية للمعادن المختلفة

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE Spectral Reflectance Curves of Selected Materials

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE شكل رقم ( ) البصمة الطيفية للأهداف المختلفة

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE Radiation that is not absorbed or scattered in the atmosphere can reach and interact with the Earth's surface. There are three (3) forms of interaction that can take place when energy strikes, or is incident (I) upon the surface. These are absorption (A); transmission (T); and reflection (R) The total incident energy will interact with the surface in one or more of these three ways. The proportions of each will depend on the wavelength of the energy and the material

A. Ghallab 2006-2007 GIS and RS in Water Resources Engineering GIS and RS in WRE Changes in the Spectral Reflectance Curves of Oak leaves

Remote Sensing الاستشعار عن بعد د. أحمد غلاب محمد قسم الأراضي والمياه جامعة أسيوط