|
| الاستشعار عن بعد وتطبيقاته |
الاستشعار عن بعد "Remote sensing"هو العلم والتكنولوجيا الذي يمكن بواسطته تحديد وقياس وتحليل خصائص أشياء أو منطقة أو ظاهرة معينة دون اتصال مباشر بها من أجل اتخاذ قرارات مفيدة.
تشمل تطبيقات الاستشعار عن بعد رسم خرائط استخدام الأراضي ، والتنبؤ بالطقس ، والدراسة البيئية ، ودراسة المخاطر الطبيعية ، واستكشاف الموارد وغير ذلك. وفي مقالنا هذا سنتعرف أكثر علي الاستشعار عن بعد واستخداماته وتاريخه و أهميته في حياة الإنسان.
الاستشعار عن بعد
يستطيع الإنسان تحقيق الاستقرار الاجتماعي والتنمية المستدامة، والحفاظ على البيئة من خلال امتلاك المعلومات الصحيحة في الوقت المناسب والمكان المناسب، فكيف يمكن الحصول على تلـك المعلومات؟ هذا ما استطاعت أنظمة الاستشعار عن بعد من توفيره للإنسان. ويقصد بالاستشعار عن بعد:الحصول على المعلومات المتعلقة بأهدافٍ، أو ظواهر موجودة على سطح الأرض، دون أن يكون هناك تواصل مادي مباشر معها.
فالاستشعار عن بعد هو عملية الكشف عن الخصائص الفيزيائية لمنطقة ما ومراقبتها عن طريق قياس إشعاعها المنعكس والمنبعث على مسافة (عادةً من القمر الصناعي أو الطائرة). تقوم الكاميرات الخاصة بجمع صور الاستشعار عن بعد ، والتي تساعد الباحثين على "استشعار" الأشياء حول الأرض.
ويتم ذلك بواسطة أدوات التكنولوجيا الحديثة للحصول على هذه المعلومات من خلال الطاقة المشعة، أو المنعكسة عن الهدف، وهذه الطاقة قد تكون على شكل إشعاع ضوئي مرئي، أو إشعاع حراري غير مرئي، أو على شكل طاقة صوتية، أو غير ذلك من أشكال الطاقة القابلة للانتشار، ويتم تسجيل هذه المعلومات بطرقي مختلفة للاستفادة منها.
من الأمثلة البسيطة على عملية الاستشعار عن بعد الكاميرا التقليدية، حيث يتم تجميع الأشعة المنعكسة عن الجسم بواسطة عدسة، لتسقط على فيلم حساس، يقوم بتسجيل صورة للجسم الهدف.
تاريخ الاستشعار عن بعد
يُعد علم الاستشعار عن بعد علماً متعدد المجالات، من حيث أهدافه، وعلاقته مع العلـوم الأخرى، مثل علوم الاتصالات، والتصوير، وعلوم الفضاء، والأقمار الصناعية، وعلوم الحاسوب، وتحليل البيانات، حيث تتكامل جميع هذه الفروع في منظومة واحدة، يطلق عليها نظام الاستشعار عن بعد، وقد ارتبط هذا العلم ارتباطاً وثيقا ببعض الأحداث المهمة، مثل اكتشاف التصوير، واستخدام المناطيد والطائرات في التصوير الجوي، ثم اكتشاف التصوير الملون، واستخدام الأشعة تحت الحمراء، والرادار الذي يعمل بالأمواج الميكروية، ثم بدأت مرحلة مراقبة الفضاء باستخدام الأقمار الصناعية، والجدول التالي يبين أهم التطورات التاريخية لعلم الاستشعار عن بعد.تتألف أقدم ممارسات الاستشعار عن بعد الحديث من صور بدائية لسطح الأرض مأخوذة من بالونات مقيدة لغرض رسم الخرائط الطبوغرافية في أربعينيات القرن التاسع عشر. تم تطوير التصوير الجوي المنهجي باستخدام الطائرات المعدلة لأغراض المراقبة والاستطلاع العسكري خلال الحرب العالمية الأولى وخلال الحرب الباردة.
مع ظهور برنامج الفضاء في الستينيات ، قدمت الأجهزة الخاصة برصد الأرض والأقمار الصناعية الخاصة بالطقس مثل Nimbus و Landsat قياسات عالمية لمختلف البيانات للأغراض العسكرية والمدنية والبحثية. تم إنشاء IKONOS ، وهو أول قمر صناعي تجاري تم إنشاؤه لجمع صور عالية الدقة للغاية ، من قبل شركة Lockheed Martin ، وتم إطلاقه في عام 1999 ، وتم إيقاف تشغيله في عام 2015.
مكونات نظام الاستشعار عن بعد Components of Remote Sensing
إذا أردت استكشاف منطقة ليلاً، فإنك تستخدم مصدراً ضوئياً توجهه إلى الهدف المراد استكشافه، فتنعكس أشعة المصدر الضوئي عن الهدف إلى العين التي تكون صورة واضحة لهذا الهدف، أما في النهار فإنك لا تحتاج إلى مصدر ضوئي؛ لأن ضوء الشمس المنعكس عن الهدف يكون كافياً لرؤية الهدف.وإذا أردت أن تصل جهاز هاتفك النقال بشبكة (الإنترنت)، فإنك تقوم بتشغيل زر البحث عن الشبكات الموجود في الهاتف، حتى تستقبل الإشارة التي تبثها الشبكة الخاصة بك، وكذلك تفعل إذا أردت استقبال ملفات من زميلك عبر تقنية (البلوتوث).
في الأمثلة السابقة قمت باستخدام أنظمة مصغرة للاستشعار عن بعد، وجميعها كانت تتضمّن عناصر أساسية حتى تتم عملية الاستشعار، ويمكن أن نلخص أهم مكونات ومراحل عملية الاستشعار عن بعد، كما يأتي .
مصدر الطاقة
ويقوم بإشعاع الأمواج الكهرومغناطيسية التي تتفاعل مع الهدف المراد دراسته، حيث يتم تسجيل الأشعة المنعكسة، أو المنبعثة من الهدف، وتعد الشمس المصدر الرئيس للطاقة، وتسمى أجهزة الاستشعار التي تعتمد على طاقة الشمس المستشعرات السلبية "Passive Sensors"أما تلك التي تقوم بتوليد الطاقة وإرسالها إلى الهدف، ثم تقوم بتسجيل الأشعة المرتدة عنها كما فتسمى المستشعرات الإيجابية"Active Sensors".
الوسط الفاصل
ويفصل بين مصدر الطاقة والهدف، وهو غالبا الغلاف الجوي وأثناء مرور الإشعاع الكهرومغناطيسي خلاله تحدث له عمليات فيزيائية مثل الانعكاس، والتشتت، والامتصاص، والانكسار.الهدف
ويقصد به المادة المدروسة نفسها، إذ لا يمكن أن تتم عملية الاستشعار عن بعد دون وجود مادة تكون هدفاً للدراسة، مثل الحقول الزراعية، والتكوينات الجيولوجية، والمسطحات المائية، والمنشئات العمرانية وغيرها، ويعتمد تفاعل الأشعة النافـذة من الغـلافالجوي مع الهدف على الخصائص الفيزيائية والكيميائية للهدف، وعلى خصائص الإشعاع الكهرومغناطيسيّ نفسه.
المستشعر أو المجس (Sensor)
ويقوم بتسجيل الطاقة الكهرومغناطيسية المنعكسة، أو المنبعثة من الهدف (المستشعرات السلبية)، أو يقوم بإرسال الإشعاع الكهرومغناطيسي نحو الهدف، ثم تسجل الإشعاعات المرتدة عنه (المستشعرات الإيجابية).محطات الرصد والاستقبال
والتي تعمل على :- استقبال البيانات ومعالجتها: حيث تفرز تلك البيانات، وتسجل على شكل رقمي في محطات الرصد.
- التفسير والتحليل: ويتم في هذه المرحلة تفسير وتحليل البيانات بشكل بصري، أو إلكتروني، للحصول على المعلومات حول الهدف.
- التطبيق: وهي المرحلة النهائية في عملية الاستشعار عن بعد، ويتم فيها الاستفادة العملية من المعلومات المتعلقة بالهدف، مثل التنبؤ بحالة الطقس
تطبيقات الاستشعار عن بعد
تعدّ تقنية الاستشعار عن بعد من التقنيات التي يستفاد منها في العديد من المجالات التطبيقية، كأنظمة تحديد المواقع في الملاحة البرية والبحرية والجوية، وفي البحث عن الثروات الطبيعية، والتنبؤ بالكوارث الطبيعية، والاتصالات، والتنبؤ بحالة الطقس وغير ذلك.وفيما يأتي اهم هذه المجالات
نظام تحديد المواقع العالمي GPS: Global Positioning System
إذا أردت أن تسافر إلى مدينة ما في أي دولة من دول العالم، وقبل أن تبدأ السفر فأنت تلجا إلى هاتفك، لتشغل أحد برامج تطبيقات الخرائط الجغرافية، مثل جوجل إيرث (Earth Google)، وتقوم بالبحث عن هذه المدينة والتجول فيها افتراضياً، وتحاول استكشاف المنطقة التي سوف تزورها، وقد تبحث عن الفندق المناسب الذي سوف تقيم فيه، وكذلك بعد وصولك إلى تلك المدينة قد تستخدم إحدى التطبيقات الخاصة بالملاحة المثبتة على هاتفك الذكي المزود بنظام (GPS)، بعد تشغيل هذه الخاصية لمساعدتك في التنقل في هذه المدينة.مجال الأرصاد الجوية
تستطيع الأقمار الصناعية مراقبة مساحة واسعة من سطح الكرة الأرضية والغلاف الجوي الـذي يغطيها، وتستطيع أن تعطي معلومات دقيقة عن بعض الظواهر الجوية، مثل تشكلات السحب، وحركتها، ودرجة حرارتها، وحركة الأعاصير ومتابعتها، والحد من آثارها الكارثية، ورصد المتغيّرات المناخية، مثل درجة حرارة سطح الأرض، والمسطحات المائية، والجبـال الجليدية، وإمكانية تحديـدكميات الأمطار المتوقع هطولها، وحركة المنخفضات الجوية، والجبهات الهوائيّة.
وقد تم إنشاء نظام عالمي متكامل من المحطات الأرضية، والسفن البحرية لمراقبة الجو على المستوى العالمي، وتسهم فيه جميع الدول، وتشرف عليه منظمة الأرصاد العالمية.
مجال الحفاظ على البيئة وتحديد مصادر التلوث
يمكن الاستفادة من تقنيات الاستشعار عن بعد في الحفاظ على البيئة، حيث تسهل دراسة تلوث المياه، والجو، وسطح الأرض من خلال صور الأقمار الصناعية، وذلك باستخدام الصور الفضائية بعد معالجتها بالحاسوب، فتحليل الصور الفضائية أظهر إمكانية جيدة لمراقبة، ورسم خرائط تلوث المياه والهواء والتربة، ومن الأمثلة على ذلك:تحديـد أماكن التسرب النفطي
إن أنواعاً من تقنيات الاستشعار عن بعد قد أثبتت قدرتها على أداء هذه المهام، فاللون المضيء الفاتح للتسربات النفطية قابل للكشف بواسطة أجهزة الاستشعار عن بعد.مراقبة تطبيق قوانين التلوث
بالإمكان توظيف أجهزة قياس الإشعاع الموجودة على متن الأقمار الصناعية، لمراقبة تطبيق قوانين التلوث المحلية، فبعض أجهزة الاستشعار عن بعد فعالة ليلاً بشكل خاص، وكذلك في الأجواء الغائمة، وأوقات الضباب، وهي الأوقات المفضلة، والمستغلة من أصحاب السفن لتصريف نفاياتهم إلى البحر.تحديـد نقاط الاشتعال فـي الغابـات ومدى انتشار النار
إن لأجهزة المسح الطيفـي الحراري الواقع في مجال الأشعة تحت الحمراء القدرة على تعيين الحرائق الصغيرة، ونقاط الاشتعال في الغابات، حيث إن قابلية اختراق الدخـان والضباب بواسطة هذه الأشعة مكنت من التوصل إلى تعيين النقاط الساخنة، وبالتالي التوصلإلى تصوير محيط الحريق الفعلي.
رصد الكوارث الطبيعية
تستطيع صور الاستشعار عن بعد إعطاء المعلومات الدقيقة والسريعة عن مثل هذه الكوارث قبل حدوثها، أو خلالها، أو بعد حدوثها بوقت قصير، كالفيضانات والأعاصير، وحرائق الغابات، والانـدفـاعات البركانية، أما بصدد الزلازل فقد استطاعت صور فضائية كشف مناطق النشاط المسبب للهزّات الأرضية ، بحيث يمكن اتخاذ الإجراءات الوقائية المضادة بالسرعة الممكنة.مجال التربة
يتأثر انعكاس الأشعة الكهرومغناطيسية عن التربة بعوامل عدة، مثل: محتوى التربة المائي، ومكونات التربة، ووجود أكاسيد الحديد، إلى جانب محتوى المواد العضوية فيها، ويرجع تغير لون التربة إلى أصلها، فالتربة العضوية تكون داكنة اللون، أما التربة المعدنية فتكون فاتحة اللون. وتستخدم وسائل الاستشعار عن بعد في:- تصنيف التربة إلى أنواعها، ودراستها.
- مراقبة التربة، واتخاذ الإجراءات الوقائية اللازمة لمنع جفاف التربة.
التطبيقات العسكرية
أدى التطور والتقدم الهائل الذي حدث في العقدين الماضيين في مجال علوم وتقنية الفضاء إلى زيادة الوسائل الفضائية وبالذات الأقمار الصناعية الخاصة بتصوير سطح الأرض من الفضاء (الاستشعار عن بعد)، هذا الأمر سهل للمخطط والمحلل العسكري والمدني مهام اتخاذ القرارات الصعبة ومكن الطيار والملاح من تخطيط المهام الجوية ومشاهدة طبيعة الأرض كما تبدو من غرفة القيادة وكذلك مشاهدة الأهداف وأنسب طرق الاقتراب منها، كما مكن من تحليل طبيعة الأرض ومعرفة صلاحيتها لعبور القوات والمعدات العسكرية المختلفة .الاتصالات
للاستشعار عن بعد أثر كبير في الاتصالات، وهناك أقمار متخصصة للاتصال، وأجهزة اتصال مختلفة تعتمد على الاستشعار عن بعد. ومعظم هذه الأجهزة تكون لاسلكية، أي تعتمد على الموجات الكهرومغناطيسية في ارسال واستقبال المعلومات، ويحتاج ذلك إلى وجود محطات، وأبراج اتصالات، لتقوية الموجات الكهرومغناطيسية.أسئلة شائعة
ما هي فوائد الاستشعار عن بعد؟
- يجعل الاستشعار عن بعد من الممكن جمع البيانات من المناطق الخطرة أو التي يتعذر الوصول إليها.
- يحل محل جمع البيانات البطيء والمكلف على الأرض ، مما يوفر تغطية سريعة ومتكررة لمناطق كبيرة للغاية للتطبيقات اليومية ، بدءًا من التنبؤات الجوية إلى التقارير المتعلقة بالكوارث الطبيعية أو تغير المناخ.
- يعد الاستشعار عن بعد أيضًا طريقة غير معيقة ، مما يسمح للمستخدمين بجمع البيانات وإجراء معالجة البيانات وتحليل نظم المعلومات الجغرافية خارج الموقع دون إزعاج المنطقة أو الكائن المستهدف.
- إن مراقبة الفيضانات وحرائق الغابات ، وإزالة الغابات ، والدببة القطبية ، والتركيزات الكيميائية ، والزلازل هي مجرد حالات قليلة يوفر فيها الاستشعار عن بعد الجغرافي المكاني منظورًا عالميًا ورؤى قابلة للتنفيذ والتي كان من المستحيل تحقيقها لولا ذلك.
- تراقب وكالة ناسا الأرض والأجسام الكوكبية الأخرى عبر أجهزة الاستشعار عن بعد الموجودة على الأقمار الصناعية والطائرات التي تكتشف وتسجل الطاقة المنعكسة أو المنبعثة.
- تتيح المستشعرات عن بُعد ، التي توفر منظورًا عالميًا وثروة من البيانات حول أنظمة الأرض ، اتخاذ قرارات مستنيرة بالبيانات استنادًا إلى الحالة الحالية والمستقبلية لكوكبنا.
ما هي أنواع أنظمة الاستشعار عن بعد ؟
- نظام الاستشعار عن بعد المرئي "Visual Remote Sensing System" مثل النظام البصري البشري
- الاستشعار البصري عن بعد Optical Remote Sensing
- الاستشعار عن بعد بالأشعة تحت الحمراء Infrared Remote Sensing
- الاستشعار عن بعد بالميكروويف Microwave Remote Sensing
- رادار الاستشعار عن بعد Radar Remote Sensing
- الاستشعار عن بعد عبر الأقمار الصناعية Satellite Remote Sensing
- الاستشعار عن بعد المحمول جوا Airborne Remote Sensing
- الاستشعار عن بعد الصوتي وشبه الصوتي Acoustic and near-acoustic remote sensing
كتاب الثقافة العلمية (المناهج التعليمية الفلسطينية).
كتاب الاستشعار عن بعد (المناهج التعليمية السعودية).
What is Remote Sensing
Remote sensing