الاستشعار عن بعد المحاضرة الثانية و الثالثة

1. الاستشعار عن بعدالمحاضرة الثانية و الثالثة من إعداد: د. حسن بن محسن خرمي

2. المفاهيم الأساسية:1. ما هو الاستشعار عن بعد(Remote sensing)«دراسة الظواهر الطبيعية و البشرية على سطح الارض من دون ملامستها»«العلم الذي يهتم بتفسير و تحليل بيانات الصور الجوية و صور الأقمار الصناعية»«تطوير و تحسين جمع البيانات لاهداف موجودة على سطح الأرض بإستخدام مجسات أو مستشعرات من دون ملامستها»

3. المفاهيم الأساسية:2. المفهوم العام للاستشعار عن بعد:أ. التفاعل الفيزيائي (Physical Interaction) ما بين الأشعة الساقطة على مظاهر سطح الأرض و هذه المظاهر ذاتها. و هناك سبعة عناصر أساسية لتوضيح هذا التفاعل:1. مصدر الطاقة (Energy source)2. الاشعاع و الغلاف الجوي (Radiation & Atmosphere)3. التفاعل مع مادة سطح الارض (Interaction with Earth objects)4. المجس (sensor)

4. تكملة:5. النقل و المعالجة6. التفسير و التحليل7. الاستخدام ننتامصدر الطاقة المجس النقل و المعالجة الاشعاع و الغلاف الجوي التفسير و التحليل و الاستخدام التفاعل مع مادة سطح الأرض

5. 3. الاشعاع الكهرومغناطيسي (Electromagnetic Radiation)لانشاء الاشعاع الكهرومغناطيسي نحتاج إلى:أ. حقل كهربائي (Electronic Field): يتغير في الشدة و الاتجاه. ب. حقل مغناطيسي (Magnetic Field ): يتغير في الشدة في اتجاه عمودي على اتجاه تغير الحقل الكهربائي.و بهذا ينشأ الحقل الكهرومعناطيسي كموجة تنتشر في الاتجاه العمودي على المستوى الذي يضم الحقل الكهربائي و الحقل المغناطيسي.

6. الحقل الكهربائي الكهرومغناطيسي الحقل المغناطيسي

7. 4. الطول الموجيما يميز الاشعاع الكهرومغناطيسي هو الطول الموجي (Wavelength) الذي يرمز له بالرمز λ و يسمى لامدا.أ. الطول الموجي: المسافة الفاصلة ما بين نقطتتين متتاليتين لهما الطور على الموجة الواحده.ب. و حدة قياس الطول الموجي هي المتر و كسوره مثل النانو متر (10-9 متر)و الميكرومتر(10- 6 متر) و السنتيمتر (10-2 متر).ج. من خصائص الاشعاع الكهرومغتاطيسي تردده و هو عدد الموجات الكاملة التي ينتجها المصدر في الثانية الواحدة.د. يرمز للتردد بالرمز V و يسمى نيو.

8. يرتبط الطول الموجي و التردد ببعض من خلال علاقة بسيطة هيC=Vλ سرعة الضوء

9. 5. الطيف الكهرومغناطيسي (Electromagnetic spectrum)يستخدم هذه اللفظ للاشارة على التصنيف الذي وضعه المتخصصين لجميع انواع الاشعاعات الكهرومغناطيسية.أ. يبدأ الطيف الكهرومغناطيسي من الاشعاعات ذات الطول الموجي القصير و ينتهي عند الاشعاعات ذات الاطوال الموجية الكبيره.مثال للاطوال الموجية القصيرة: 1. اشعة جاما 2. الاشعة السينية.مثال للاطوال الموجية الكبيرة: 1. اشعة الراديو و الرادار.ب. قسم الطيق الكهرومغناطيسي الى أربعة مناطق رئيسية:

10. مناطق الطيف الكهرومغناطيسي:1. الفوق بنفسجية Ultraviolet Region2. المنظور (المرئي) Visible region 3. تحت الحمراء infrared region4. الميكرويف microwave region

11. 6. الطيف المنظور أو المرئي Visible regionهي تلك المنطقة من الطيف التي يمكن تمييز اشعاعتها بالين المجردة أو الات التصوير العادية.أ. يمكن تقسيم منطقة الطيف المرئي إلى مناطق أصغر توازي الالوان التي يمكن للعين البشرية أن تميزها ، و هذه المناطق هي:1. اللون البنفسجي: من 0.4 وحتى 0.446 ميكرومتر2. اللون الازرق: من 0.446وحتى0.5 ميكرومتر3. اللون الاخضر : من 0.5 وحتى 0.578 ميكرومتر

12. 4. اللون الاصفر : من 0.578 وحتى 0.592 ميكرومتر5. اللون البرتقالي : من 0.92 وحتى0.62 ميكرومتر6. اللون الاحمر: من 0.62وحتى 0.7 ميكرومتروقد وجد ان الالوان الازرق والاخضر والاحمر هي الالوان الاساسيه الحقيقيه اما ماهو دونها فهو تراكيب مختلفة النسب من هذه الألوان.

13. 7. منطقة الطيف تحت الحمراء Infrared region أ. تشغل هذه المنطقة ما بين الطول الموجي 0.7 و حتى 100 ميكرومتر.ب. تقسم هذه المنطقة إلى منطقتين فرعيتين:* تحت الحمراء المنعكسة reflected infraredمابين 0.7 و حتى 3 ميكرومتر.* تحت الحمراء الحرارية thermal inrared مابين 3 و حتى 100 ميكرومتر.-- تحت الحمراء المنعكسة تكون الاشعاعات منعكسة عن مادة سطح الارض و صادرة عن مصدر الطاقة (مثال الشمس).-- تحت الحمراء الحرارية تكون الاشعاعات صادرة عن أي مادة تزيد درجة حرارتها عن الصفر

15. تغطي الأشعة تحت الحمراء منطقة واسعة من الطيف الكهرومغناطيسي ككل وتقسم إلى ثلاثة مناطق وهي على النحو التالي: الأشعة تحت الحمراء القريبة Near infrared وهي الأقرب إلى الأشعة المرئية وبالتحديد اللون الأحمر. الأشعة تحت الحمراء البعيد Far infrared وهي التي تكون الأقرب إلى أشعة المايكروويف. الأشعة تحت الحمراء الوسطى Med infrared وهي التي تقع بين المنطقتين السابقتين.يجب التأكيد على نقطة هامة وهي أن الأشعة تحت الحمراء القريبة لا تعد ساخنة ولا يمكن الشعور بها وهي التي تستخدم في أجهزة الرموتكنترول للتحكم بالأجهزة عن بعد

16. 8. منطقة طيف الميكرويف Microwave region* تشغل منطقة الميكرويف ما بين 1 mm و حتى 1 m.*تماثل موجات الميكرويف القصيرة موجات تحت الحمراء الحرارية.* تماثل موجات الميكرويف الطويلة موجات الراديو.* أنظمة الاستشعار عن بعد العاملة في نطاق طيف الميكرويف غالباً ما تكون من النوع الفعال.* لها أهمية في البلدان التي تكثر فيها السحب و يصبح من الصعب الاعتماد على الانظمة التي تعمل في الطيف المرئي و تحت الحمراء.* مردودها لايعتمد على التركيب الفيزيائي و الكيميائي لمادة سطح الارض (يعتمد على شكلها).

17. * تستخدم في طهو الطعام كما تستخدم في الاتصالات ونقل المعلومات وأجهزة الاستشعار عن بعد وأجهزة الرادار.أشعة الراديو:أمواج الراديو هي التي لها اكبر طول موجي في الطيف الكهرومغناطيسي وتستخدم في نقل الأصوات و إشارة التلفزيون والتلفون..تستخدم أمواج الراديو لنقل معلومات عن دقات القلب المريض من بيته إلى المستشفى. وكذلك من سيارة الإسعاف إلى المستشفى التي سينتقل إليها المريض. فيمكن الطبيب من إعطاء تعليماته لممرضين لتقديم الإسعافات الأولية وإسعافه.تستخدم أمواج الراديو في المجالات الصناعية في الاتصال بين المؤسسة وموظفيها وتمكنهم من تبادل المعلومات من مواقع عملهم. كذلك تستخدم في أجهزة الرموت كنترول للتحكم في الأجهزة عن بعد.يقوم العلماء الفلك باستخدام تلسكوبات خاصة لالتقاط أمواج الراديو من الفضاء الخارجي. حيث أن أمواج الراديو يمكن التقاطها بواسطة اريال antenna المثبتة على التلسكوب.

18. الغلاف الجوي Atmosphere* هو قشرة كروية سمكها نحو 1200 كم. و يتكون من خليط من الغازات المختلفة أهمها الاكسجين و تبلغ نسبته حوالي 21% و النيتروجين 78% و نسبة ضئيلة من ثاني أكسيد الكربونو بخار الماء و غازات أخرى خاملة.* ينقسم إلى خمسة أقسام:1. التروبوسفير Troposphere 2. الستراتوسفير stratosphere3. الميزوسفير mesosphere 4. الايونوسفير Ionosphere5. الاكسوسفير Exosphere

20. تفاعل الاشعاع الكهرومغناطيسي مع الغلاف الجوي:* يمكن رصد نوعين من التفاعلات:- التبعثر scattering-الامتصاص absorption التبعثر: هو تشتت الاشعاع الكهرومغناطيسي المار عبر الغلاف الجوي نتيجة إصتدامه بجزئيات الغلاف الجوي:- هناك ثلاثة أنواع من التبعثر و هي:تبعثر رايلي Rayleigh scattering التبعثر اللا إنتقائيتبعثر ماي mie scattering non selective scattering

21. تبعثر رايلي rayleigh scattering يحدث عند تشتت الإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط بفعل جزئيات صغيرة الحجم مقارنة بالطول الموجي للإشعاع الساقط. يحدث هذا النوع من التشتت في الطبقات العليا من الغلاف الجوي. يعتبر هذا النوع من التشتت مسئول عن اللون الأزرق للسماء حيث تتشتت الإشعاعات الزرقاء القصيرة في الطبقات لتضفي لون أزرق على القية السماوية ، أما في البحر في وقت الفجر والغروب فيكون التشتت كامل للون الأزرق وتصل الأرض الألوان الحمراء والبرتقالية.

23. تبعثر ماي mie scattering يحدث عند تشتت الإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط بفعل جزئيات مقارنة في الحجم للطول الموجي للإشعاع الساقط. يحدث في الطبقات الدنيا من الغلاف الجوي. التبعثر اللاإنتقائي non selective scattering يحدث عندتشتت الإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط بفعل جزئيات أكبر حجما من طول الموجي للإشعاع الساقط. يؤثر على كل الأطوال الموجية. يسبب عدم وضوح الرؤية وغيومها.

25. الإمتصاص absorption الإمتصاص عملية يحدث فيها إمتصاص لطاقة الإشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة جزئيات الغلاف الجوي. الأوزون وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء هي أهم مركبات الغلاف الجوي التي تمتص الإشعاعات الكهرومغناطيسية. هناك مناطق من الطيف الكهرومغناطيسي التي لا يحدث فيها إمتصاص بواسطة الغلاف الجوي ومن ثم فإن إشعاعات هذه المناطق هي التي يمكنها العبور من الغلاف الكهرومغناطيسي ، ولذلك فإن هذه المناطق هي المستخدمة في عمليات الإستعشار من بعد.

26. يطلق على هذه المناطق اسم النوافذ الجوية atmospheric windows

27. تفاعل الطاقة الكهرومغناطيسيه مع مادة سطح الأرض عند سقوط الإشعاع الكهرومغناطيسي على مادة سطح الأرض فإنه يتفاعل معها بثلاثة طرق هي : الإمتصاص absorption ، المرور transmission ، والإنعكاس reflection. بيانات الإستشعار من بعد هي تسجل الإشعاع الكهرومغناطيسي المنعكس عن سطح الأرض . لكل مادة في الكون نمط مميز من الاشعاعات المنعكسة يطلق عليه اسم البصمة الطيفية spectral signature . تستخدم البصمة الطيفية لتمييز مختلف مواد سطح الأرض عن بعضها البعض.

28. نموذج لتفاعل الطاقة مع مواد سطح الأرض – النبات نتيجة لوجود الكورفيل في النباتات فإن النباتات تمتص الأطوال الموجية الحمراء والزرقاء ، ويرتد عنها الطول الموجي الأخضر ومن ثم تظهر خضراء للعين. في أوقات الصيف والربيع تكون كمية الكلورفيل اقصى مايكون ، مما يعني إمتصاص كامل للأطوال الموجية ولهذه يظهر لون النبات أخضر زاهي. في أوقات الخريف والشتاء تقل كمية الكورفيل ، لذلك تقل الكمية الممتصة من اللون الاحمر وتبدأ في الإنعكاس ، لذلك تظهر النباتات باللون الأصفر (الأحمر و الأخضر).

29. أسئلة للمراجعة هل يمكن أن تعتمد عمليات الإستشعار من بعد على شي آخر غير الإشعاع الكرومغناطيسي ؟ العنصر الرئيسي في عمليات الإستشعار من بعد هو مصدر الطاقة. أذكر مصدر شائع للطاقة الكهرمغناطيسية مبينا كيف يمكن للإنسان أن يشعر بها بدون إستخدام آلات؟ بإعتبار أن سرعة الضوء هي 3*10^8 متر /ثانية، فما هو الطول الموجي لإشعاع كهرومغناطيسي تردده 500000 جيجا هرتز؟ فسر لماذا يتفادى مصمموا مجسات الإستشعار من بعد تصميمها بحيث تسجل الإشعاع الكهرومغناطيسي في منطقة فوق البنفسجية.

30. ماهي الظروف الجوية المناسبة للقيام بعمليات تسجيل الإشعاع الكهرومغناطيسي؟ عند التطلع في الليالي التي لا يكونالقمر مكتملا فيها يظهر جزء منه نتيجة لإنعكاس آشعة الشمس عليه ، ومع ذلك يمكن للراصد أن يلاحظ بقية القمر الغير مضاء ظاهرا ،فماهو مصدر الضوء الذي أظهر هذا الجزء في رأيك؟. الشكل التالي يبين الإستجابة الطيفية لنوعين من الأشجار أحداها الأشجار النفضية deciduousو الاخر الصنوببرية coniferous ، ماهي أفضل منطقة في الطيف الكهرومغناطيسي يمكن التفرقة بين هذين النعين فيها بإستخدام بيانات مسجلة بواسطة مجس الاستشعار من بعد . هنا صوره

31. مراجع للإطلاع - Ccrs,2004,”funndamentals of remote sensig” chapter i: indtroduction - Lillesand & 2000, “remote sensing and image interpretation”, chapter 1: concepts and foundations of remote sensing. -Jensen, 2000. “remote sensing of the environment”, Chapter 2 : electromagnetic radiation principals