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

1. ‫محاضرات في الستشعار من بعد:‬
‫مفاهيم أساسية‬
‫د. وسام الدين محمد‬

2. ‫ما هو الستشعار من بعد‬
‫تستخدم ألفاظ عدة للشارة إلى المصطلح النجليزي ‪ Remote Sensing‬منها “الستشعار من‬ ‫•‬
‫بعد” و”الستشعار عن بعد” و”التحسس النائى” والترجمة الولى هي الكثر شيوعً.‬
‫ا‬
‫جرى 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. ‫المفهوم العام للستشعار من بعد‬
‫تعتمد الفكرة الساسية لجمع وتفسير البيانات حول سطح الرض على تفاعل فيزيائي يحدث بين أشعة الشمس‬
‫الساقطة 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، وعلى‬
‫أساس إستقلل مصدر الطاقة عن المجس يتم تصنيف نظم الستشعار من بعد إلى فعالة ‪ Active‬وهي النظم‬
‫الت 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. ‫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. ‫الطول الموجي ‪Wavelength‬‬
‫يعتبر 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. ‫الطيف الكهرومغناطيسي ‪Electromagnetic Spectrum‬‬
‫يستخدم 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. ‫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. ‫طيف تحت الحمراء ‪Infrared Region‬‬
‫تشغل 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 ‪. 100µm‬‬
‫الشعاعات 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. ‫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. ‫الغلف الجوي ‪Atmosphere‬‬
‫الغلف 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 حوالي‬
‫12% 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. ‫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. ‫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 القصيرة‬
‫في 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. ‫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. ‫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. ‫نموذج لتفاعل الطاقة مع مواد سطح الرض - النبات‬
‫نتيج 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 يعني‬
‫إمتصاص كامل للطوال الموجية ولهذه يظهر‬
‫لون النبات أخضر زاهي.‬
‫ف ي أوقات الخري ف والشتاء تق ل كمية‬ ‫•‬
‫الكلورفيل، لذلك تقل الكمية الممتصة من اللون‬
‫الحم 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. ‫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؟‬
‫ا‬
‫بإعتبار 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. ‫اسئلة للمراجعة‬
‫الشكل 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. ‫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