الاستشعار عن بعد (مقـدمــة)

مفهوم الاستشعار عن بعد

الاستشعار عن بعد هو علم جمع وتحليل المعلومات حول سطح الأرض والظواهر المحيطة دون التلامس المباشر معها. يتم ذلك باستخدام موجات كهرومغناطيسية يتم بثها واستقبالها عن طريق الأقمار الصناعية والطائرات وغيرها من الوسائل، مما يتيح الحصول على بيانات مرئية وبيئية شاملة عن مساحات واسعة من الأرض. ويعتمد الاستشعار عن بعد على قياس الإشعاعات المنبعثة أو المنعكسة من الأجسام المستهدفة، ويشمل مجالات متعددة تتراوح بين التحليل البيئي، ورصد الموارد الطبيعية، ومراقبة الأنشطة البشرية على مستوى العالم.

 

أنواع الاستشعار عن بعد

يعتمد الاستشعار عن بعد على تكنولوجيا متقدمة تشمل استخدام أجهزة الاستشعار التي تقيس ترددات الإشعاع الكهرومغناطيسي، ويتم تقسيم هذا الإشعاع إلى أطياف مثل الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والموجات الميكروية. ويُصنّف الاستشعار عن بعد عمومًا إلى نوعين رئيسيين، هما:

الاستشعار عن بعد السلبي

يعتمد الاستشعار السلبي على أجهزة تستقبل الإشعاعات المنبعثة أو المنعكسة من سطح الأرض. يعد الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية من أنواع الإشعاع المستخدمة في هذا النوع. ومن الأمثلة على هذا النوع الأقمار الصناعية مثل القمر الصناعي Landsat، الذي يجمع صوراً طبوغرافية متعددة الأطياف تُظهر تفاصيل دقيقة حول سطح الأرض.

الاستشعار عن بعد النشط

يختلف الاستشعار النشط بأنه يستخدم أجهزة تولد إشعاعات كهرومغناطيسية ترسلها نحو الهدف، ثم تستقبل الإشارات المرتدة. يستخدم هذا النوع تقنيات مثل الرادار والليدار (LiDAR)، حيث يقوم الرادار باستخدام الموجات الميكروية لتحديد المسافات والتضاريس، بينما يستخدم الليدار أشعة الليزر لالتقاط بيانات دقيقة عن تضاريس الأرض وارتفاعاتها. ويستخدم في الأقمار الصناعية الرادارية مثل Sentinel-1 وRADARSAT، حيث تُستخدم لدراسة سطح الأرض ليلاً ونهارًا وبغض النظر عن الظروف الجوية.

 

تقنيات الاستشعار عن بعد

الأقمار الصناعية

تُستخدم الأقمار الصناعية على نطاق واسع في جمع بيانات الاستشعار عن بعد، فهي تدور حول الأرض وتلتقط صورًا متعددة الأطياف بدقة عالية وتغطي مساحات شاسعة. من الأمثلة على الأقمار الصناعية Sentinel-2 وTerra، اللذان يوفران صورًا طبوغرافية وسطحية دقيقة.

الطائرات بدون طيار (Drones)

تُعد الطائرات بدون طيار حلاً مرنًا لجمع بيانات الاستشعار عن بعد على نطاقات صغيرة نسبيًا، مثل الدراسات البيئية أو الزراعية. يمكن تجهيزها بكاميرات متعددة الأطياف أو ليزر لالتقاط بيانات طوبوغرافية ونباتية مفصلة.

الأنظمة المحمولة

تستخدم بعض الأنظمة المحمولة بواسطة أفراد أو مركبات، وتكون مناسبة للتطبيقات التي تتطلب جمع بيانات قريبة أو مفصلة، مثل الدراسات الجيولوجية أو قياس أعماق البحار باستخدام أجهزة سونار محمولة.

 

تطبيقات الاستشعار عن بعد

يلعب الاستشعار عن بعد دورًا حيويًا في مجالات متعددة، منها:

الزراعة:

تقييم حالة المحاصيل: من خلال الصور متعددة الأطياف، يمكن مراقبة صحة النباتات، ومستوى الكلوروفيل، مما يسمح بتقييم جودة المحاصيل والكشف المبكر عن الأمراض النباتية.

إدارة الموارد المائية: يمكن تتبع مستوى الرطوبة في التربة ومعرفة الاحتياجات المائية للمحاصيل بدقة، مما يسهم في تحسين استدامة الموارد المائية.

التغيرات المناخية:

رصد الظواهر المناخية: يساهم الاستشعار عن بعد في مراقبة التغيرات المناخية من خلال تتبع البيانات المتعلقة بذوبان الجليد، ارتفاع منسوب البحار، وحرائق الغابات.

دراسة الغلاف الجوي: يتم تحليل طبقات الغلاف الجوي لمراقبة مستوى التلوث البيئي وتركيزات الغازات الدفيئة.

التخطيط العمراني والتنمية الحضرية

تحليل التمدد العمراني: يمكن استخدام بيانات الأقمار الصناعية لمراقبة نمو المدن وتوسع المناطق الحضرية بمرور الوقت، مما يساعد في التخطيط المستقبلي وتوفير البنية التحتية.

إدارة النفايات: يتيح تحليل الصور الجوية مراقبة مواقع التخلص من النفايات وتحديد مناطق جديدة لإدارة المخلفات.

إدارة الكوارث

الاستجابة للكوارث الطبيعية: عند وقوع كوارث مثل الزلازل، الفيضانات، وحرائق الغابات، يتم استخدام الاستشعار عن بعد لتحديد المناطق المتأثرة بسرعة وتوجيه فرق الإغاثة.

التنبؤ بالكوارث: يمكن باستخدام بيانات الأقمار الصناعية وأجهزة الرادار التنبؤ بحدوث كوارث، مثل توقع الفيضانات في المناطق الساحلية أو تقدير خطر الانهيارات الأرضية.

إدارة الموارد الطبيعية

استكشاف الموارد المعدنية: تساعد أجهزة الليدار والرادار في دراسة تكوينات الصخور وتحليل تركيب سطح الأرض، مما يسهم في استكشاف الموارد المعدنية والنفطية.

حفظ التنوع البيولوجي: يتم تتبع الأنظمة البيئية مثل الغابات والمراعي لتقييم حالتها والتدخل للحفاظ على التنوع البيولوجي.

 

أدوات التحليل في الاستشعار عن بعد

تستخدم برامج التحليل المختلفة لتفسير البيانات الملتقطة من أجهزة الاستشعار عن بعد، ومنها:

تحليل الطيف

يساعد تحليل الطيف المتعدد في تصنيف البيانات الطيفية وفصل المكونات البيئية المختلفة، مثل تحديد الأراضي الزراعية والغابات والمسطحات المائية من خلال خصائصها الطيفية.

نماذج الارتفاع الرقمية  (DEM)

تستخدم نماذج الارتفاع الرقمية للحصول على تفاصيل دقيقة للتضاريس والارتفاعات، وتعتبر هذه النماذج مفيدة في التخطيط العمراني، ودراسة الموارد المائية، ومراقبة الجبال والمناطق الجليدية.

التحليل الزمني

يساعد التحليل الزمني على مراقبة التغيرات البيئية بمرور الوقت، مثل نمو الغابات أو تقلصها، وحركة الأنهار، وتوسع المدن.

التحليل الطيفي للنباتات

يتيح هذا التحليل تحديد نوعية النباتات وصحتها بناءً على انعكاساتها الطيفية، مما يساعد في الكشف عن الأمراض النباتية ومستويات الإجهاد النباتي المتعلقة بنقص الماء أو المغذيات.

 

تحديات الاستشعار عن بعد

رغم أهمية الاستشعار عن بعد إلا أن هناك تحديات ملحوظة تواجه الاستشعار عن بعد، منها:

التكلفة العالية: تعد تكلفة إطلاق وصيانة الأقمار الصناعية وأجهزة الاستشعار باهظة، مما يشكل تحديًا للدول ذات الموارد المحدودة.

دقة البيانات: تختلف دقة البيانات الملتقطة بناءً على نوع القمر الصناعي وارتفاعه، ويؤثر ذلك على دقة التحليل النهائي.

الظروف الجوية: قد تؤدي الأحوال الجوية، مثل الغيوم أو الضباب، إلى تقليل جودة البيانات الملتقطة من أجهزة الاستشعار، مما يؤثر على دقة التحليلات.

التقنيات المتقدمة: يتطلب تحليل البيانات الضخمة المتأتية من الاستشعار عن بعد تقنيات متقدمة وموارد حاسوبية قوية، مما قد يكون تحديًا أمام بعض المستخدمين.

 

المستقبل والتطويرات في الاستشعار عن بعد

من المتوقع أن تزداد دقة البيانات وجودتها مع تطور تقنيات الاستشعار عن بعد وتحديث الأقمار الصناعية. يترافق هذا التطور مع استخدام الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة في تحليل البيانات بشكل أسرع وأكثر كفاءة، مما يسهم في توسيع تطبيقات الاستشعار عن بعد في مجالات أوسع مثل إدارة الكوارث الذكية، الأمن الغذائي، وإدارة الموارد الطبيعية.

الخلاصة

يمثل الاستشعار عن بعد أداة علمية وتقنية متعددة الاستخدامات، حيث يتيح مراقبة الأرض وتحليل مواردها الطبيعية والتغيرات البيئية بدقة عالية. ومع التطور المستمر في هذا المجال، يُتوقع أن يكون للاستشعار عن بعد دورٌ أكبر في مساعدة المجتمعات على اتخاذ قرارات مستدامة وتوجيه السياسات البيئية والزراعية والعمرانية بطرق فعالة ومبنية على البيانات.