االستشعار عن بعدالمحاضرة الثانية و الثالثة

:من إعداد

د. حسن بن محسن خرمي

المفاهيم األساسية:(REMOTE SENSING). ما هو االستشعار عن بعد1

»دراسة الظواهر الطبيعية و البشرية على سطح االرض من دون مالمستها«

»العلم الذي يهتم بتفسير و تحليل بيانات الصور الجوية و صور األقمار الصناعية«

»تطوير و تحسين جمع البيانات الهداف موجودة على سطح األرض بإستخدام مجسات أو

مستشعرات من دون مالمستها«

المفاهيم األساسية:. المفهوم العام لالستشعار عن بعد:2

( ما بين PHYSICAL INTERACTIONأ. التفاعل الفيزيائي )األشعة الساقطة على مظاهر سطح األرض و هذه المظاهر

ذاتها. و هناك سبعة عناصر أساسية لتوضيح هذا التفاعل:(ENERGY SOURCE. مصدر الطاقة )1 & RADIATION. االشعاع و الغالف الجوي )2

ATMOSPHERE) INTERACTION WITH. التفاعل مع مادة سطح االرض )3

EARTH OBJECTS)(SENSOR. المجس )4

تكملة:. النقل و المعالجة5. التفسير و التحليل6. االستخدام7

مصدر ننتاالطاقة

الجوي الغالف و االشعاع

سطح مادة مع التفاعلاألرض

المجس

المعالجة و النقل

التحليل و التفسيراالستخدام و

ELECTROMAGNETIC). االشعاع الكهرومغناطيسي 3RADIATION)

النشاء االشعاع الكهرومغناطيسي نحتاج إلى:(: يتغير في ELECTRONIC FIELDأ. حقل كهربائي )الشدة و االتجاه.

(: يتغير في MAGNETIC FIELDب. حقل مغناطيسي )الشدة في اتجاه عمودي على اتجاه تغير الحقل

الكهربائي.و بهذا ينشأ الحقل الكهرومعناطيسي كموجة تنتشر في

االتجاه العمودي على المستوى الذي يضم الحقل الكهربائي و الحقل المغناطيسي.

الحقل المغناطيسي

الكهربائي الحقل

الكهرومغناطيسي

. الطول الموجي4ما يميز االشعاع الكهرومغناطيسي هو الطول الموجي

(WAVELENGTH الذي يرمز له بالرمز )Λ.و يسمى المدا 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

و ( متر 6- 10)و الميكرومتر (متر 9-10)النانو متر (.متر 2-10)السنتيمتر

ج. من خصائص االشعاع الكهرومغتاطيسي تردده و هو عدد الموجات الكاملة التي ينتجها المصدر في الثانية الواحدة.

و يسمى نيو.Vد. يرمز للتردد بالرمز

يرتبط الطول الموجي و التردد ببعض من خالل عالقة بسيطة هي

C= V Λسرعة الضوء

ELECTROMAGNETIC. الطيف الكهرومغناطيسي )5SPECTRUM)

يستخدم هذه اللفظ لالشارة على التصنيف الذي وضعه المتخصصين لجميع انواع االشعاعات الكهرومغناطيسية.

أ. يبدأ الطيف الكهرومغناطيسي من االشعاعات ذات الطول الموجي القصير و ينتهي عند االشعاعات ذات االطوال

الموجية الكبيره.. االشعة 2. اشعة جاما 1مثال لالطوال الموجية القصيرة:

السينية.. اشعة الراديو و الرادار.1مثال لالطوال الموجية الكبيرة:

ب. قسم الطيق الكهرومغناطيسي الى أربعة مناطق رئيسية:

مناطق الطيف الكهرومغناطيسي: ULTRAVIOLET REGION. الفوق بنفسجية 1 VISIBLE REGION. المنظور )المرئي( 2INFRARED REGION. تحت الحمراء 3MICROWAVE REGION. الميكرويف 4

VISIBLE REGION. الطيف المنظور أو المرئي 6هي تلك المنطقة من الطيف التي يمكن تمييز

اشعاعتها بالين المجردة أو االت التصوير العادية.أ. يمكن تقسيم منطقة الطيف المرئي إلى مناطق أصغر توازي االلوان التي يمكن للعين البشرية أن

تميزها ، و هذه المناطق هي: 0.446 وحتى 0.4 . اللون البنفسجي: من1

ميكرومتر ميكرومتر0.5وحتى0.446. اللون االزرق: من 2 ميكرومتر0.578 وحتى 0.5. اللون االخضر : من 3

ميكرومتر0.592 وحتى 0.578: من . اللون االصفر 4 ميكرومتر0.62 وحتى0.92. اللون البرتقالي : من 5 ميكرومتر0.7 وحتى 0.62. اللون االحمر: من 6

وقد وجد ان االلوان االزرق واالخضر واالحمر هي االلوان االساسيه الحقيقيه اما ماهو دونها فهو تراكيب

مختلفة النسب من هذه األلوان.

INFRARED. منطقة الطيف تحت الحمراء 7REGION

أ. تشغل هذه المنطقة ما بين الطول الموجي ميكرومتر.100 و حتى 0.7

ب. تقسم هذه المنطقة إلى منطقتين فرعيتين: REFLECTED* تحت الحمراء المنعكسة

INFRARED ميكرومتر.3 و حتى 0.7 مابين THERMAL* تحت الحمراء الحرارية

INRARED ميكرومتر.100 و حتى 3 مابين -- تحت الحمراء المنعكسة تكون االشعاعات

منعكسة عن مادة سطح االرض و صادرة عن مصدر الطاقة )مثال الشمس(.

-- تحت الحمراء الحرارية تكون االشعاعات صادرة عن أي مادة تزيد درجة حرارتها عن

الصفر

تغطي األشعة تحت الحمراء منطقة واسعة من الطيف الكهرومغناطيسي ككل وتقسم إلى ثالثة

مناطق وهي على النحو التالي: NEARاألشعة تحت الحمراء القريبة

INFRARED وهي األقرب إلى األشعة المرئية وبالتحديد اللون األحمر.

FAR INFRAREDاألشعة تحت الحمراء البعيد وهي التي تكون األقرب إلى أشعة المايكروويف.

MEDاألشعة تحت الحمراء الوسطى INFRARED وهي التي تقع بين المنطقتين

السابقتين.يجب التأكيد على نقطة هامة وهي أن األشعة تحت الحمراء القريبة ال تعد ساخنة وال يمكن

الشعور بها وهي التي تستخدم في أجهزة الرموتكنترول للتحكم باألجهزة عن بعد

MICROWAVE. منطقة طيف الميكرويف 8REGION

و MM 1* تشغل منطقة الميكرويف ما بين .M 1حتى

*تماثل موجات الميكرويف القصيرة موجات تحت الحمراء الحرارية.

* تماثل موجات الميكرويف الطويلة موجات الراديو.

* أنظمة االستشعار عن بعد العاملة في نطاق � ما تكون من النوع طيف الميكرويف غالبا

الفعال.* لها أهمية في البلدان التي تكثر فيها السحب و

يصبح من الصعب االعتماد على االنظمة التي تعمل في الطيف المرئي و تحت الحمراء.

* مردودها اليعتمد على التركيب الفيزيائي و الكيميائي لمادة سطح االرض )يعتمد على

شكلها(.

* تستخدم في طهو الطعام كما تستخدم في االتصاالت ونقل المعلومات وأجهزة االستشعار عن

بعد وأجهزة الرادار.أشعة الراديو:

أمواج الراديو هي التي لها اكبر طول موجي في الطيف الكهرومغناطيسي وتستخدم في نقل

األصوات و إشارة التلفزيون والتلفون..تستخدم أمواج الراديو لنقل معلومات عن دقات

القلب المريض من بيته إلى المستشفى. وكذلك من سيارة اإلسعاف إلى المستشفى التي سينتقل إليها

المريض. فيمكن الطبيب من إعطاء تعليماته لممرضين لتقديم اإلسعافات األولية وإسعافه.

تستخدم أمواج الراديو في المجاالت الصناعية في االتصال بين المؤسسة وموظفيها وتمكنهم من تبادل

المعلومات من مواقع عملهم. كذلك تستخدم في أجهزة الرموت كنترول للتحكم في األجهزة عن بعد.

يقوم العلماء الفلك باستخدام تلسكوبات خاصة اللتقاط أمواج الراديو من الفضاء الخارجي. حيث أن

أمواج الراديو يمكن التقاطها بواسطة اريال ANTENNA.المثبتة على التلسكوب

ATMOSPHEREالغالف الجوي كم. و 1200* هو قشرة كروية سمكها نحو

يتكون من خليط من الغازات المختلفة أهمها % و 21االكسجين و تبلغ نسبته حوالي

% و نسبة ضئيلة من ثاني أكسيد 78النيتروجين الكربونو بخار الماء و غازات أخرى خاملة.

* ينقسم إلى خمسة أقسام:. TROPOSPHERE 2. التروبوسفير 1

STRATOSPHEREالستراتوسفير . MESOSPHERE 4. الميزوسفير 3

IONOSPHEREااليونوسفير EXOSPHERE. االكسوسفير 5

تفاعل االشعاع الكهرومغناطيسي مع الغالف الجوي:

* يمكن رصد نوعين من التفاعالت:SCATTERING- التبعثر

ABSORPTION- االمتصاص التبعثر: هو تشتت االشعاع الكهرومغناطيسي

المار عبر الغالف الجوي نتيجة إصتدامه بجزئيات الغالف الجوي:

- هناك ثالثة أنواع من التبعثر و هي: RAYLEIGH SCATTERINGتبعثر رايلي

التبعثر الال إنتقائي MIE SCATTERING NONتبعثر ماي

SELECTIVE SCATTERING

RAYLEIGH SCATTERINGتبعثر رايلي يحدث عند تشتت اإلشعاع الكهرومغناطيسي -

الساقط بفعل جزئيات صغيرة الحجم مقارنة بالطول الموجي لإلشعاع الساقط.

يحدث هذا النوع من التشتت في الطبقات -العليا من الغالف الجوي.

يعتبر هذا النوع من التشتت مسئول عن اللون -األزرق للسماء حيث تتشتت اإلشعاعات

الزرقاء القصيرة في الطبقات لتضفي لون أزرق على القية السماوية ، أما في البحر في

وقت الفجر والغروب فيكون التشتت كامل للون األزرق وتصل األرض األلوان الحمراء

والبرتقالية.

MIE SCATTERINGتبعثر ماي •يحدث عند تشتت اإلشعاع الكهرومغناطيسي -

الساقط بفعل جزئيات مقارنة في الحجم للطول الموجي لإلشعاع الساقط.

يحدث في الطبقات الدنيا من الغالف الجوي.- NON SELECTIVE التبعثر الالإنتقائي •

SCATTERING يحدث عند تشتت اإلشعاع الكهرومغناطيسي -

الساقط بفعل جزئيات أكبر حجما من طول الموجي لإلشعاع الساقط.

يؤثر على كل األطوال الموجية.- يسبب عدم وضوح الرؤية وغيومها.-

ABSORPTIONاإلمتصاص اإلمتصاص عملية يحدث فيها إمتصاص لطاقة •

اإلشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة جزئيات الغالف الجوي.

األوزون وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء هي •أهم مركبات الغالف الجوي التي تمتص

اإلشعاعات الكهرومغناطيسية.هناك مناطق من الطيف الكهرومغناطيسي •

التي ال يحدث فيها إمتصاص بواسطة الغالف الجوي ومن ثم فإن إشعاعات هذه المناطق

هي التي يمكنها العبور من الغالف الكهرومغناطيسي ، ولذلك فإن هذه المناطق هي المستخدمة في عمليات اإلستعشار من

بعد.

يطلق على هذه المناطق اسم النوافذ الجوية •ATMOSPHERIC WINDOWS

تفاعل الطاقة الكهرومغناطيسيه مع مادة سطح األرض

عند سقوط اإلشعاع الكهرومغناطيسي على •مادة سطح األرض فإنه يتفاعل معها بثالثة

، ABSORPTIONطرق هي : اإلمتصاص ، واإلنعكاس TRANSMISSIONالمرور

REFLECTION .بيانات اإلستشعار من بعد هي تسجل اإلشعاع •

الكهرومغناطيسي المنعكس عن سطح األرض .لكل مادة في الكون نمط مميز من •

االشعاعات المنعكسة يطلق عليه اسم .SPECTRAL SIGNATUREالبصمة الطيفية

تستخدم البصمة الطيفية لتمييز مختلف مواد •سطح األرض عن بعضها البعض.

نموذج لتفاعل الطاقة مع مواد سطح األرض – النبات

نتيجة لوجود الكورفيل في النباتات فإن •النباتات تمتص األطوال الموجية الحمراء

والزرقاء ، ويرتد عنها الطول الموجي األخضر ومن ثم تظهر خضراء للعين.

في أوقات الصيف والربيع تكون كمية •الكلورفيل اقصى مايكون ، مما يعني

إمتصاص كامل لألطوال الموجية ولهذه يظهر لون النبات أخضر زاهي.

في أوقات الخريف والشتاء تقل كمية •الكورفيل ، لذلك تقل الكمية الممتصة من

اللون االحمر وتبدأ في اإلنعكاس ، لذلك تظهر النباتات باللون األصفر )األحمر و األخضر(.

أسئلة للمراجعة هل يمكن أن تعتمد عمليات اإلستشعار من •

بعد على شي آخر غير اإلشعاع الكرومغناطيسي ؟

العنصر الرئيسي في عمليات اإلستشعار من •بعد هو مصدر الطاقة. أذكر مصدر شائع

للطاقة الكهرمغناطيسية مبينا كيف يمكن لإلنسان أن يشعر بها بدون إستخدام آالت؟

متر 8^10*3بإعتبار أن سرعة الضوء هي •/ثانية، فما هو الطول الموجي إلشعاع

جيجا هرتز؟500000كهرومغناطيسي تردده فسر لماذا يتفادى مصمموا مجسات •

اإلستشعار من بعد تصميمها بحيث تسجل اإلشعاع الكهرومغناطيسي في منطقة فوق

البنفسجية.

ماهي الظروف الجوية المناسبة للقيام •بعمليات تسجيل اإلشعاع الكهرومغناطيسي؟

عند التطلع في الليالي التي ال يكونالقمر •مكتمال فيها يظهر جزء منه نتيجة إلنعكاس

آشعة الشمس عليه ، ومع ذلك يمكن للراصد أن يالحظ بقية القمر الغير مضاء

ظاهرا ،فماهو مصدر الضوء الذي أظهر هذا الجزء في رأيك؟.

الشكل التالي يبين اإلستجابة الطيفية لنوعين •من األشجار أحداها األشجار النفضية

DECIDUOUS و االخر الصنوببريةCONIFEROUS ماهي أفضل منطقة في ،

الطيف الكهرومغناطيسي يمكن التفرقة بين هذين النعين فيها بإستخدام بيانات مسجلة

بواسطة مجس االستشعار من بعد .هنا صوره•

مراجع لإلطالع -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