Intorductin to Remote Sensing - مقدمة في الاستشعار عن بعد

8,025 views

Published on

Short intro about the principals of remote sensing for the new arrivals. مقدمة مبسطة عن أساسيات الاستشعار عن بعد للمبتدئين

Published in: Education
  • بشرى للباحثين وللمهتمين بتقنيات الإستشعار عن بعد ومعالجة صور الأقمار الصناعية يقدم معهد الإدريسي برنامج تدريبي في 2 أكتوبر 2016 / الموافق 1 محرم 1438 في مدينة الرياض وسيقدمه المدرب ؛سعادة الدكتور صالح الشمري فرصتك الآن لتطوير مهاراتك وتوثيقها بشهادة معتمدة في أهم البرامج التدريبية في مجال الجيوماتيكس بادر بحجز مقعدك الآن فالمقاعد محدودة : للتسجيل وللاستفسار : ٠٥٠٥٧٤٠٧٤٧
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • عمل رائع بارك الله فيك أخي
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • رائع جدا ومفيد شكرا لحضرتك ونرجو تقديم المزيد
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • بارك الله فيك يا دكتور
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here
  • بارك الله فيك يا دكتور
       Reply 
    Are you sure you want to  Yes  No
    Your message goes here

Intorductin to Remote Sensing - مقدمة في الاستشعار عن بعد

  1. 1. ‫محاضرات في الستشعار من بعد:‬ ‫مفاهيم أساسية‬‫د. وسام الدين محمد‬
  2. 2. ‫ما هو الستشعار من بعد‬‫تستخدم ألفاظ عدة للشارة إلى المصطلح النجليزي ‪ Remote Sensing‬منها “الستشعار من‬ ‫•‬ ‫بعد” و”الستشعار عن بعد” و”التحسس النائى” والترجمة الولى هي الكثر شيوعً.‬ ‫ا‬‫جرى إس تخدام اللف ظ ‪ Remote Sensing‬لول مرة ف ي خمس ينات القرن العشري ن بواسطة‬ ‫•‬‫أخصائية رسم الخرائط البحرية إيفيلين بروت ‪ Evelyn Pruitt‬لدى مكتب أبحاث السطول‬ ‫بالوليات المتحدة ‪.(U.S. Office of Naval Research (ONR‬‬ ‫يستخدم المصطلح الستشعار من بعد للشارة إلى:‬ ‫•‬‫– العل م الذي يهت م بمس ائل إس تخدام تقنيات التص وير الجوي أ و الفضائ ي ف ي مجال رسم‬ ‫وتحديث الخرائط.‬ ‫– العلم الذي يهتم بالتفسير الصور الجوية والفضائية.‬ ‫– العلم الذي يهتم:‬‫• طرق جمع البيانات عن الكائنات أو الظواهر على سطح الرض أو سطح الرض‬ ‫نفسه بإستخدام مجسات ‪ Sensors‬بعيدة عن هذا السطح.‬ ‫• طرق تحليل وتفسير هذه البيانات.‬ ‫• تطوير وتحسين أساليب جمع البيانات وكذلك تفسيرها.‬ ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 2 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  3. 3. ‫المفهوم العام للستشعار من بعد‬‫تعتمد الفكرة الساسية لجمع وتفسير البيانات حول سطح الرض على تفاعل فيزيائي يحدث بين أشعة الشمس‬‫الساقطة على مظاهر سطح الرض وهذه المظاهر ذاتها. وهذه العملية يمكن توضيحها من خلل نظام من‬ ‫سبعة عناصر.‬‫• مصدر طاقة )‪ :(A‬يستلزم وجود مصدر طاقة ينتج إشعاع كهرومغناطيسي كعنصر رئيسي في النظام، وعلى‬‫أساس إستقلل مصدر الطاقة عن المجس يتم تصنيف نظم الستشعار من بعد إلى فعالة ‪ Active‬وهي النظم‬‫الت ي تمتل ك مص در خاص للطاق ة مث ل الرادار، وإل ى غي ر فعال ة ‪ Passive‬وه ي النظ م الت ي تعتم د على‬ ‫الشمس أي أي مصدر خارجي للطاقة الكهرومغناطيسية.‬‫• الشعاع والغلف الجوي )‪ :(B‬يتفاعل الشعاع الكهرومغناطيسي في رحلته من المصدر إلى سطح الرض‬ ‫والعكس مع الغلف الجوي مما يؤثر على الشعاع عند تفاعله مع سطح الرض وإلتقاطه بواسطه المجس.‬ ‫التفاع ل م ع مادة س طح الرض )‪ :(C‬يختل ف تفاعل‬ ‫•‬ ‫الشعاع م ع مادة س طح الرض بإختلف التركيب‬ ‫الكيميائي والفيزيائي والظروف المحيطة لهذه المادة.‬ ‫المج س )‪ :(D‬حي ث يت م تسجيل الشعاع‬ ‫•‬ ‫الكهرومغناطيسي المرتد عن سطح الرض.‬ ‫النق ل والمعالج ة )‪ :(E‬حي ث يت م نق ل قيم الشعاع‬ ‫•‬ ‫المرت د ع ن مادة س طح الرض ومس جلة بواسطة‬ ‫المجس إلى محطات الستقبال الرضي.‬ ‫التفس ير والتحلي ل )‪ :(F‬حي ث يت م بواسطة أشخاص‬ ‫•‬ ‫متخصصين وبرمجيات حاسوبية متخصصة.‬ ‫الستخدام )‪.(G‬‬ ‫•‬ ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 3 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  4. 4. ‫الشعاع الكهرومغناطسيسي ‪Electromagnetic Radiation‬‬ ‫في حالة وجود:‬ ‫•‬ ‫– حق ل كهربي ‪(Electrical Field (E‬‬ ‫يتغير في الشدة في إتجاه.‬ ‫– حقل مغناطيسي ‪(Magnetic Field (M‬‬ ‫يتغير في الشدة في إتجاه عمودي على إتجاه‬ ‫تغير الحقل الكهربي.‬ ‫ينشأ الشعاع الكهرومغناطيسي كموجة تنتشر في‬ ‫•‬ ‫التجاه العمودي )‪ (C‬عل ى المس توى الذي يضم‬ ‫الحقل الكهربي والحقل المغناطيسي.‬ ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 4 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  5. 5. ‫الطول الموجي ‪Wavelength‬‬‫يعتبر أهم ما يميز الشعاع الكهرومغناطيسي هو‬ ‫•‬‫الطول الموج ي ‪ Wavelength‬الذي يرم ز له‬ ‫بالرمز ز )ويسمى لمدا(.‬‫يعرف الطول الموج ي بأن ه المس افة الفاص لة بين‬ ‫•‬‫نقطتين متتاليتين لهما نفس الطور ‪ Phase‬على‬ ‫الموجة الواحدة.‬‫وحدة قياس الطول الموج ي ه ي المت ر وكسوره‬ ‫•‬‫-6‬ ‫مثل النانومتر )01 -9 متر( و الميكرومتر )01‬ ‫متر( والسم )01-2 منر(.‬‫م ن خص ائص الشعاع الكهرومغناطيسي تردده‬ ‫•‬‫‪ Frequency‬وه و عدد الموجات الكامل ة التي‬ ‫ينتجها المصدر في الثانية الواحدة.‬ ‫يرمز للتردد بالرمز ز )ويسمى نيو(.‬ ‫•‬‫يرتب ط الطول الموج ي والتردد ببع ض من خلل‬ ‫•‬ ‫علقة بسيطة هي:‬ ‫‪C=νλ‬‬ ‫حيث ‪ C‬هو سرعة الضوء.‬ ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 5 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  6. 6. ‫الطيف الكهرومغناطيسي ‪Electromagnetic Spectrum‬‬‫يستخدم المتخصصين اللفظ “الطيف الكهرومغناطيسي ‪ “Electromagnetic Spectrum‬للشارة‬ ‫•‬ ‫على التصنيف الذين وضعوه لجميع أنواع الشعاعات الكهرومغناطيسية.‬‫يبدأ الطي ف الكهرومغناطيس ي م ن الشعاعات ذات الطول الموج ي القص ير مث ل آشع ة جام ا والشعة‬ ‫•‬ ‫السينية وينتهي عند الشعاعات ذات الطوال الموجية الكبيرة مثل آشعة الراديو والرادار.‬ ‫جرت العادة على تقسيم الطيف الكهرومغناطيسي إلى مناطق أهمها:‬ ‫•‬ ‫– منطقة طيف فوق البنفسجية ‪.Ultraviolet Region‬‬ ‫– منطقة الطيف المنظور ‪.Visible Region‬‬ ‫– منطقة طيف تحت الحمراء ‪.Infrared Region‬‬ ‫– منطقة طيف الميكرويف ‪.Microwave Region‬‬ ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 6 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  7. 7. ‫الطيف المنظور ‪Visible Region‬‬ ‫ه ي تل ك المنطق ة م ن الطي ف الت ي يمك ن تمييز‬ ‫•‬ ‫إشعاعاته ا بالعي ن المجردة أ و آلت التصوير‬ ‫العادية.‬ ‫يمك ن تقس يم هذه المنطق ة إل ى مناط ق أصغر‬ ‫•‬ ‫توازي اللوان الت ي يمك ن للعي ن البشرية ان‬ ‫تميزها، وهذه المناطق هي:‬ ‫اللون البنفسجي: من 4.0 وحتى ‪. 0.446µm‬‬ ‫–‬ ‫اللون الزرق: من 644.0 وحتى‪. 0.5µm‬‬ ‫–‬ ‫اللون الخضر: من 5.0 وحتى ‪. 0.578µm‬‬ ‫–‬ ‫اللون صصالصصصفر : من ص875.0 وحتى ص295.0‬ ‫–‬ ‫‪.µm‬‬ ‫اللون صصالصصبرتقالي : من ص295.0 وحتى ص26.0‬ ‫–‬ ‫‪.µm‬‬ ‫اللون الحمر: من 26.0 وحتى ‪. 0.7µm‬‬ ‫–‬ ‫وق د وج د أ ن اللوان الزرق والخضروالحمر‬ ‫•‬ ‫هي اللوان الساسية الحقيقية أما ماهو دونها فهو‬ ‫تراكيب مختلفة النسب من هذه اللوان.‬‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 7 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  8. 8. ‫طيف تحت الحمراء ‪Infrared Region‬‬‫تشغل منطقة طيف تحت الحمراء ما بين الطول‬ ‫•‬ ‫الموجي 7.0 وحتى ‪. 100µm‬‬ ‫يتم تقسيم هذه المنطقة إلى منطقتين فرعيتين:‬ ‫•‬ ‫– تح ت الحمراء المنعكسة ‪Reflected‬‬ ‫‪ Infrared‬ما بين 7.0 وحتى ‪. 3µm‬‬ ‫– تح ت الحمراء الحرارية ‪Thermal‬‬ ‫‪ Infrared‬ما بين 3 وحتى ‪. 100µm‬‬‫الشعاعات الص ادرة ف ي منطق ة تحت الحمراء‬ ‫•‬‫المنعكس ة تكون منعكس ة ع ن مادة سطح الرض‬ ‫وصادرة عن مصدر الطاقة.‬‫الشعاعات الص ادرة ف ي منطق ة تحت الحمراء‬ ‫•‬‫الحرارية تكون صادرة عن أي مادة تزيد درجة‬ ‫حرارتها عن الصفر المطلق.‬ ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 8 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  9. 9. ‫طيف الميكرويف ‪Microwave Region‬‬ ‫تشغل منطقة الميكرويف ما بين ‪ 1 mm‬وحتى 1‬ ‫•‬ ‫‪.m‬‬ ‫تماثل موجات الميكرويف القصيرة موجات تحت‬ ‫•‬ ‫الحمراء الحرارية.‬ ‫تماث ل موجات الميكروي ف الطويلة موجات‬ ‫•‬ ‫الراديو.‬ ‫أنظمة الستشعار من بعد العاملة في نطاق طيف‬ ‫•‬ ‫الميكرويف غالبً ما تكون من النوع الفعال.‬ ‫ا‬ ‫أنظمة الستشعار من بعد العاملة في نطاق طيف‬ ‫•‬ ‫الميكرويف لها أهمية خاصة في البلدان الشمالية‬ ‫مثل كندا حيث تكثر السحب ويصبح من الصعب‬ ‫العتماد عل ى أنظم ة الس تشعار م ن بع د التي‬ ‫تعم ل ف ي منطقت ي الطي ف المنظور وتحت‬ ‫الحمراء.‬ ‫تختل ف آشع ة الميكروي ف ع ن الطيف المنظور‬ ‫•‬ ‫وتحت الحمراء حيث أن مردودها ل يعتمد على‬ ‫التركي ب الفيزيائ ي والكيميائ ي لمادة سطح‬ ‫الرض بقدر ما يعتمد على شكلها.‬‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 9 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  10. 10. ‫الغلف الجوي ‪Atmosphere‬‬‫الغلف الجوي ه و قشرة كروي ة س مكها نحو‬ ‫•‬ ‫0021 كم.‬‫يتكون الغلف الجوي م ن خلي ط من الغازات‬ ‫•‬‫المختلف ة أهمه ا الكس يجين وتبل غ نس بته حوالي‬‫12% والنيتروجي ن وتبل غ نس بته حوالي 87%‬‫ونس ب ضئيل ة م ن ثان ي أكسيد الكربون وبخار‬ ‫الماء وغازات أخرى خاملة.‬‫يقس م الغلف الجوي إل ى خمس ة أقس ام تمث ل كل‬ ‫•‬ ‫منها قشرة تحيط بالرض، هذه القسام هي:‬ ‫– التروبوسفير ‪.Troposphere‬‬ ‫– الستراتوسفير ‪.Stratosphere‬‬ ‫– الميزوسفير ‪.Mesosphere‬‬ ‫– اليونوسفير ‪.Ionosphere‬‬ ‫– الكسوسفير ‪.Exosphere‬‬ ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 01 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  11. 11. ‫تفاعل الشعاع الكهرومغناطيسي مع الغلف الجوي‬ ‫يمكن رصد نوعين رئيسيين من التفاعلت بين الشعاع الكهرومغناطيسي والغلف الجوي هي:‬ ‫•‬ ‫– التبعثر ‪.Scattering‬‬ ‫– المتصاص ‪.Absorption‬‬ ‫التبعثر ‪Scattering‬‬‫• التبعثر هو تشتت الشعاع الكهرومغناطيسي المار عبر الغلف الجوي نتيجة إصطتدامه بجزيئات‬ ‫الغلف الجوي.‬ ‫• يوجت ثلثة أنواع مختلفة من التبعثر هي:‬ ‫– تبعثر رايلي ‪.Rayleigh Scattering‬‬ ‫– تبعثر ماي ‪.Mie Scattering‬‬ ‫– التعثر الل إنتقائي ‪.Non Selective Scattering‬‬ ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 11 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  12. 12. ‫أنواع التبعثر‬ ‫تبعثر رايلي ‪:Rayleigh scattering‬‬ ‫•‬ ‫– يحدث عن د تشت ت الشعاع الكهرومغناطيس ي الس اقط بفع ل جزيئات ص غيرة الحج م مقارنة بالطول‬ ‫الموجي للشعاع الساقط.‬ ‫– يحدث هذا النوع من التشتت في الطبقات العليا من الغلف الجوي.‬‫– يعتبر هذا النوع من التشتت مسئول عن اللون الزرق للسماء حيث تتشتت الشعاعات الزرقاء القصيرة‬‫في الطبقات العليا لتضفي لون أزرق على القبة السماوية، أما في وقت الفجر والغروب فيكون التشتت‬ ‫كامل للون الزرق وتصل الرض اللوان الحمراء والبرتقالية.‬ ‫تبعثر ماي ‪:Mie Scattering‬‬ ‫•‬‫– يحدث عند تشتت الشعاع الكهرومغناطيسي الساقط بفعل جزيئات مقاربة في الحجم للطول الموجي‬ ‫للشعاع الساقط.‬ ‫– يحدث في الطبقات الدنيا من الغلف الجوي.‬ ‫التبعثر اللإنتقائي ‪:Non Selective Scattering‬‬ ‫•‬ ‫– يحدث عن د تشت ت الشعاع الكهرومغناطيس ي الس اقط بفع ل جزيئات أك بر حجمً م ن طول الموجي‬ ‫ا‬ ‫للشعاع الساقط.‬ ‫– يؤثر على كل الطوال الموجية.‬ ‫– يسبب عدم وضوح الرؤية وغيومها.‬ ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 21 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  13. 13. ‫المتصاص ‪Absorption‬‬ ‫المتصاص عملية يحدث فيها إمتصاص لطاقة الشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة جزيئات الغلف الجوي.‬ ‫•‬‫الوزون وثان ي أكس يد الكربون وبخار الماء ه ي أه م مركبات الغلف الجوي الت ي تمتص الشعاعات‬ ‫•‬ ‫الكهرومغناطيسية.‬‫هناك مناطق من الطيف الكهرومغناطيسي التي ل يحدث فيها إمتصاص بواسطة الغلف الجوي ومن ثم فإن‬ ‫•‬‫إشعاعات هذه المناطق هي التي يمكنها العبور من الغلف الكهرومغناطيسي، ولذلك فإن هذه المناطق هي‬ ‫المستخدمة في عمليات الستشعار من بعد.‬ ‫يطلق على هذه المناطق أسم النوافذ الجوية ‪.Atmospheric Windows‬‬ ‫•‬ ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 31 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  14. 14. ‫تفاعل الطاقة الكهرومغناطيسية مع مادة سطح الرض‬ ‫عن د سقوط الشعاع الكهرومغناطيسي‬ ‫•‬ ‫عل ى مادة س طح الرض فإن ه يتفاعل‬ ‫معه ا بثلث ة طرق ه ي: المتصاص‬ ‫المرور‬ ‫‪،Absorption‬‬ ‫والنعكاس‬ ‫‪،Transmission‬‬ ‫‪.Reflection‬‬ ‫بيانات الستشعار من بعد هي تسجيل‬ ‫•‬ ‫الشعاع الكهرومغناطيس ي المنعكس‬ ‫عن سطح الرض.‬ ‫لك ل مادة ف ي الكون نم ط ممي ز من‬ ‫•‬ ‫الشعاعات المنعكس ة يطل ق علي ه أسم‬ ‫البص مة الطيفية ‪Spectral‬‬ ‫‪.Signature‬‬ ‫تستخدم البصمة الطيفية لتمييز مختلف‬ ‫•‬ ‫مواد س طح الرض ع ن بعضها‬ ‫البعض.‬‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 41 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  15. 15. ‫نموذج لتفاعل الطاقة مع مواد سطح الرض - النبات‬‫نتيج ة لوجود الكلورفي ل ف ي النباتات فإن‬ ‫•‬ ‫النباتات تمت ص الطوال الموجية الحمراء‬ ‫والزرقاء، ويرت د عنه ا الطول الموجي‬ ‫الخضر ومن ثم تظهر خضراء للعين.‬ ‫ف ي أوقات الص يف والربي ع تكون كمية‬ ‫•‬ ‫الكلورفي ل أقص ى م ا يكون، مم ا يعني‬‫إمتصاص كامل للطوال الموجية ولهذه يظهر‬ ‫لون النبات أخضر زاهي.‬ ‫ف ي أوقات الخري ف والشتاء تق ل كمية‬ ‫•‬‫الكلورفيل، لذلك تقل الكمية الممتصة من اللون‬‫الحم ر وتبدأ ف ي النعكاس، لذل ك تظهر‬ ‫النباتات باللون الصفر )الحمر والخضر(.‬ ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 51 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  16. 16. ‫اسئلة للمراجعة‬ ‫هل يمكن أن تعتمد عمليات الستشعار من بعد على شئ آخر غير الشعاع الكهرومغناطيسي؟‬ ‫•‬‫العنص ر الرئيس ي ف ي عمليات الس تشعار م ن بع د ه و مص در الطاقة. أذك ر مص در شائ ع للطاقة‬ ‫•‬ ‫الكهرومغناطيسية مبينً كيف يمكن للنسان أن يشعر بها بدون إستخدام آلت؟‬ ‫ا‬‫بإعتبار أ ن س رعة الضوء ه ي 8 3*01مت ر/ثاني ة، فم ا ه و الطول الموج ي لشعاع كهرومغناطيسي تردده‬ ‫•‬ ‫000005 جيجا هرتز؟‬‫فسر لماذا يتفادى مصمموا مجسات الستشعار من بعد تصميمها بحيث تسجل الشعاع الكهرومغناطيسي في‬ ‫•‬ ‫منطقة فوق البنفسجية.‬ ‫ما هي الظروف الجوية المناسبة للقيام بعمليات تسجيل الشعاع الكهرومغناطيسي؟‬ ‫•‬‫عند التطلع للقمر في الليالي التي ل يكون مكتم ً فيها يظهر جزء منه نتيجة لنعكاس آشعة الشمس عليه،‬ ‫ل‬ ‫•‬‫ومع ذلك يمكن للراصد أن يلحظ بقية القمر الغير مضاء ظاهرً، فما هو مصدر الضوء الذي أظهر هذا‬ ‫ا‬ ‫الجزء في رأيك؟.‬ ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 61 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  17. 17. ‫اسئلة للمراجعة‬‫الشكل التالي ي بين الستجابة الطيفي ة لنوعين من الشجار أحدها الشجار النفضي ة ‪ deciduous‬والخر‬ ‫•‬‫الصنوبرية ‪ ،coniferous‬ما هي أفضل منطقة في الطيف الكهرومغناطيسي يمكن التفرقة بين هذين النعين‬ ‫فيها بإستخدام بيانات مسجلة بواسطة مجس الستشعار من بعد.‬ ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 71 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬
  18. 18. ‫مراجع للطلع‬• CCRS, 2004, “Fundamentals of Remote Sensing”, Chapter I: Introduction• Lillesand & Kiefer, 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. ‫الصفحة الولى – الصفحة السابقة – صفحة رقم 81 - الصفحة اللحقة – الصفحة الخيرة‬

×