التصوير الجوي

تصوير جوي

Arial photography -

التصوير الجوي

أيهم الشــبل

التصوير الجوي aerial photography هو التقاط صورٍ لسطح الأرضِ من الجو بجهاز تصويرٍ محمولٍ على طائرةٍ أو حوامةٍ أو أي مركب طائرٍ آخر.

تُسجِّل الصورُ الجويةُ المعالمَ الجغرافيَّةَ المختلفةَ والمعالمَ العمرانيَّةَ والصناعيَّةَ والطرق والخطوط الحديديَّة وغيرها. ويتوسـَّع استخدامُ التصويرِ الجوي يوماً بعد يوم‘ وتتطور أدواتُه باستمرار.

يقدِّم التصوير الجوي نظرةً شاملةً من الجوِّ غير متاحةٍ من على سطح الأرض. وتتمتَّعُ الصور الجوية الحديثة بقدرة تَمييز مكاني (تباين) spatial resolution أعلى من قدرة العين البشرية المجردة. ولهذه التقانة ميزات أخرى، أهمّها:

- إمكان الحصول على منظورٍ ثلاثي الأبعاد لسطحِ المنطقةِ المصورة.

- إمكان قياس الأبعاد أفقياً وشاقولياً.

- إمكان توثيق الوضع آنياً في لحظة زمنية محددة (تجميد الزمن)، كما في حالة مراقبة الفيضانات أو البراكين أو غيرها من الظواهر الديناميكية.

- إمكان التقاط الأشعة الكهرطيسية ضمن مجال واسع من أطوال الموجات (من 0.3 إلى 0.9 مكرومتر) أي خارج مجال الرؤيا بالعين المجردة (المحدودة بالمجال من 0.4 إلى 0.7 مكرومتر). وهذا يسمح بدراسة بعض الظواهر التي لا يمكن التقاطها بالأشعة المرئية.

- انخفاض التكلفة، بل هي أقل من كلفة إعداد الخرائط بالطريقة التقليدية.

لمحة تاريخية موجزة

كان أول من التقط صوراً جوية هو المصور الفرنسي "كاسبار-فيليكس تورناشون" Gaspard-Félix Tournachon المعروف بـاسم "نادار" "Nadar"؛ إذ قام عام 1868 بالتقاط صور قرب مدينة باريس من على متن منطاد. ولكن التطور الكبير في مجال التصوير الجوي يرجع إلى الحرب العالمية الأولى، حيث كانت الحاجة ماسة إلى استطلاع تحركات العدو ومواقعه وتحصيناته، وشُـكِّلت لهذه الغاية وحدات جوية متخصصة بالتصوير الجوي، دُرّبت كوادرها في مدارس متخصصة. وقد شهدت هذه المرحلة تنوعاً كبيراً في كاميرات التصوير الجوي التي غدت بديلاً عصرياً أكثر فاعلية من المراقبة بالمنطاد. ويبين الشكل (1) جانباً من التدريب في إحدى تلك المدارس. ويُلاحظ أن المصور يستخدم مصوِّرة (كاميرا) محمولة، ويصور بشكل مائل من فتحة جانبية في الطائرة.

الشكل (1) درس عملي على التصوير في إحدى مدارس التصوير الجوي.

وتضاءل الاهتمام بهذه التقانة مع انتهاء الحرب العالمية الأولى، ثم تجدد إبان الحرب العالمية الثانية، واستمر إلى اليوم بفضل توسع تطبيقاتها العسكرية والمدنية. ويستخدم التصوير الجوي على نطاق واسع في مسح الأراضي وتقييم مواردها الطبيعية وصناعة الخرائط وغيرها.

المفاهيم الأساسية للتصوير الجوي

البعد المحرقي focal length: المسافة بين المركز البصري لعدسة الكاميرا والمستوي المحرقي حيث الفيلم، ويُضبط هذا البعد في أثناء معايرة الكاميرا.

مقياس التصوير scale: النسبة بين بعد نقطتين على الصورة إلى بعدهما الحقيقي على الأرض. فمثلاً إذا كان طول الطريق 1 كم وصورته بطول 4 سم يكون مقياس الصورة:

ومن جهة ثانية يساوي مقياس الصورة الجوية (العمودية) نسبة البعد المحرقي (الكاميرا الوحيدة العدسة) إلى ارتفاع الطائرة عن سطح الأرض لتشابه المثلثين A وB كما هو ظاهر في الشكل (2).

الشكل (2) مقياس الصورة الجوية العمودية.

ويكتب المقياس على الصور الجوية بأشكال متعددة:

1- معادلة (1mm = 25m).

2- كسـر عمودي، أو نسبة؛ وهي الغالبة ( 1/25.000 أو 1:25000).

ويلاحظ أن مصطلح "مقياس كبير" يعني أن الصورة تغطي مساحة أصغر بتفاصيل أكبر (مثل: 1/25000)، في حين يعني مصطلح "مقياس صغير" أن الصورة تغطي مساحة أكبر والأشكال عليها صغيرة (قليلة التفاصيل) (مثل: 1/50000). وفي حالة التصوير المائل أو عند وجود تضاريس ارتفاعها ملموس قياساً لارتفاع الطيران فإن المقياس لا يكون ثابتاً على كامل الصورة.

وتجري عملية التصوير عادةً بتحليق الطائرة على ارتفاع ثابت عن سطح الأرض ذهاباً وإياباً فوق المنطقة المراد تصويرها وفق مسارات متوازية ومتجاورة، وتُلتقط الصور متتابعة بحيث تتراكب فيما بينها ليسهل تجميعها وتشكيل صورة مستمرة للمنطقة عند وصلها.

التراكب overlap: هو المقدار الذي يظهر على صورة جوية من صورة جوية لمنطقة أخرى مجاورة، ويعبر عنه على شكل نسبة. فمثلاً يبين الشكل (3) عملية تصوير جوي تتراكب فيها الصور طولياً (وفق اتجاه تحليق الطائرة) بمقدار 60%، وتتراكب جانبياً (بين مساري تصوير متجاورين) بمقدار 30%. ويساعد التراكب على تصحيح ميل المحور الضوئي للكاميرا والتشوهات الأخرى في الصورة.

الشكل (3) تراكب الصور الجوية.

معدّات التصوير الجوي

تقسم معدّات التصوير الجوي عادةً إلى:

1- أجهزة التصوير القابلة للرفع: وغالباً ما تكون قابلة للرفع من الطائرة. وتشمل الكاميرا وملحقاتها (مقياس شدة الضوء، المنظار الملاحي، المرشحات).

ومن الأنواع الأساسية للكاميرات المستخدمة:

أ- كاميرات رسم الخرائط (أحادية العدسة): تستخدم فيها غالباً أفلام بعرض 230 مم، ويجري التقاط الصور بفتح الغالق (المصراع) وإغلاقه shutter. وتعطي هذه الكاميرات صوراً دقيقة الأبعاد.

ب- كاميرات المسح الشريطي: تلتقط الصور في هذه الكاميرات من خلال شق عرضي، وينسحب (يلف) الفيلم فيه على نحو مستمر وبسرعة تتناسب طرداً مع سرعة تحليق الطائرة وعكساً مع الارتفاع. وتستخدم هذه التقانة للتصوير من المركبات الطائرة العالية السرعة.

ج- الكاميرات المتعددة الأطياف: تصور بوساطتها مناطق متعددة من الطيف، ويستخدم فيها نوع خاص من الأفلام، تسمح بإظهار تباين الأجسام على الصورة بوضوح أكبر. وتستخدم عادة في تصوير الغابات والأراضي الزراعية.

د- الكاميرات الرقمية: تطورت الكاميرات الرقمية حديثاً مدعومةً بتطبيقات المعالجة الرقمية؛ لتقوم بجميع المهمات التي كانت تؤديها بقية أنواع الكاميرات. ومن هذه التطبيقات الرقمية: تصحيح التشوه distortion removal، وربط (وصل) الصور المتجاورة stitching، وكشف التغيرات الطارئة change-detection. وقد شاع استخدام الكاميرات الرقمية على نطاق واسع وفي مختلف التطبيقات، ومنها التطبيقات البرمجية التجارية والخدمات المباشرة على الشابكة (الإنترنت).

وللكاميرات الرقمية الحديثة مواصفات مميزة، ومنها على سبيل المثال الكاميرا الرقمية Vexcel Ultracam-X التي تتمتع بالمواصفات التالية:

- دقة الصورة x 9,420 14,430 بكسل pixel، وقياس الواحدة منها 7.2 مكرومتر.

- قرص صلب بسعة 1.7 تيرابايت قادر على تخزين 4000 صورة في الطلعة الجوية الواحدة.

- زمن فتح الغالق 1/1000-1/30 ثانية.

- القدرة على التصوير متعدد الأطياف.

2 - معدات التصوير الثابتة: وهي التجهيزات التي تبقى مثبتة في الطائرة، خلافاً للكاميرا وملحقاتها، وتشمل عادةً:

- منصة حمل الكاميرا المستقرة وقطع تثبيت الكاميرا.

- آليات فتح أغطية فتحات التصوير وإغلاقها.

- التوصيلات الكهربائية وعلب التغذية الكهربائية للكاميرات والمعدات الملحقة بها.

- الأغطية الانسيابية المخصصة لحماية معدات التصوير البارزة خارج جسم الطائرة من تأثير جريان الهواء.

ويبين الشكل (4) إحدى الكاميرات المستخدمة في رسم الخرائط مع ملحقاتها.

الشكل (4) الكاميرا (Carl Zeiss RMK) مع وحدة الضبط الأفقية، والتعريض الضوئي والمنظار الملاحي.

طائرات التصوير الجوي

تستخدم للتصوير الجوي عادةً طائرات خفيفة أو حوامات، وقد توسع حاليّاً استخدام المركبات الجوية والحوامات المسيرة الصغيرة. ومنها الحوامات الرباعية Quadrocopter (الشكل 5) التي تتطور باستمرار؛ إلا أنها ما تزال إلى اليوم محدودة السرعة والارتفاعات وكتلة الحمل المفيدة.

الشكل (5) حوامة رباعية مسيّرة.

إن الحصول على صور عالية الدقة للتطبيقات الطوبوغرافية غالباً ما يكون باستخدام الطائرات المأهولة التي يقودها طيار، ويرافقه ملاح ومشغل لتجهيزات التصوير عادةً.

والطائرات المأهولة المستخدمة في مهمات التصوير الجوي نوعان:

1 - طائرات متخصصة بالتصوير الجوي ومصممة أصلاً لهذه الغاية.

2 - طائرات خفيفة متعددة المهام عُدلت لتنفيذ مهمات التصوير الجوي.

ومن أشهر طائرات التصوير الجوي المتخصصة: الطائرة أنطونوف An-30 الروسية الصنع، والطائرة أوبزرفر P68 Observer الإيطالية الصنع.

وتعد الطائرة An-30 فريدة من نوعها من حيث سعتها، فهي تتسع لطاقم من سبعة أشخاص، ومزودة بخمس فتحات شفافة للتصوير وغرفة مظلمة لتظهير الأفلام (الشكل 6). وقد أنتج منها 115 طائرة ما بين عامي 1971 و 1980، صُوِّرت مساحات شاسعة باستخدامها. بيد أن معدل استهلاكها المرتفع للوقود (نحو 1 طن في الساعة) جعل استخدامها ينحصر في المدة الأخيرة في بعض التطبيقات الخاصة. وتستخدمها اليوم روسيا وأوكرانيا وكازاخستان وبلغاريا في إطار اتفاقية السماء المفتوحة Treaty on Open Skies الرامية إلى الحد من التسلح، والتي تخول الدول الأعضاء تنفيذ طلعات تصويرية فوق سماء كلٍّ منها وتصوير المواقع العسكرية.

الشكل (6) الطائرة An-30.

أما الطائرة P68 Observer فهي من إنتاج شركة فولكان أيرVulcan air (الشكل 7)، وهي طائرة خفيفة حديثة مجهزة بنوافذ أمامية واسعة وفتحة في الأرضية أبعادها 46 × 63 سم قابلة للفتح يدوياً في أثناء التحليق، وتصلح لتركيب كاميرات رقمية حديثة وماسحات ليزرية وتجهيزات مراقبة وتصوير فيديو. وتتسع هذه الطائرة لطيارين اثنين، ومشغل لتجهيزات التصوير، ويبين (الشكل 8) منظراً داخلياً لها.

الشكل (7) الطائرة P68 Observer.

الشكل (8) منظر داخلي، مشغل لتجهيزات التصوير.

المتطلبات الأساسية من طائرات التصوير الجوي:

1- يجب أن تتمتع الطائرة بدرجة عالية من الاستقرار الطولي والعرضي والتحكم بالاتجاه.

2- أن تكون اقتصادية في استهلاك الوقود.

3- ألا تقل مدة التحليق القصوى عن ست ساعات.

4- أن تتوافر على متنها تجهيزات ملاحية دقيقة.

5- أن توفر الرؤية الجيدة للملاح والطيار، وأن تتوافر فيها كذلك فتحات تركيب وتشغيل أجهزة التصوير.

أنواع التصوير الجوي

1- من حيث نوع الفيلم (الصورة)

- أفلام الأسود والأبيض: ظل التصوير بالأسود والأبيض شائعاً زمناً طويلاً، وما يزال مستخدماً إلى اليوم، وجرى التقاط أعداد هائلة من هذه الصور وأرشفتها لمختلف المناطق في العالم.

- التصوير الملون: وهو الأكثر استخداماً، وتطبيقاته متعددة ومختلفة.

- التصوير بالأشعة تحت الحمراء: وهو يساعد على دراسة بعض الظواهر المتعلقة بحالة الغطاء النباتي، ولا تظهر الأشياء في هذا النوع من التصوير بألوانها المعتادة، ولكنها تبدو مختلفة، فيظهر الغطاء النباتي السليم- مثلاً- باللون الأحمر الفاقع، لكونه يعكس الأشعة تحت الحمراء عكساً جيداً.

2- من حيث زاوية ميل محور الكاميرا

أ- التصوير العمودي: يكون المحور البصري للكاميرا شاقولياً أو قريباً قدر الإمكان من الشاقول (بميل لا يتجاوز 3 درجات)، ويستخدم في التطبيقات العسكرية ورسم الخرائط (الكارتوغرافيا).

ب- التصوير المائل: وهو نوعان: تصوير مائل بزوايا كبيرة، وتصوير مائل بزوايا صغيرة. ففي حالة الزوايا الكبيرة يكون ميل محور الكاميرا كافياً ليظهر الأفق في الصورة. يبين الشكل (9) صورة جوية مائلة لجزء من مدينة دمشق.

الشكل (9) صورة جوية مائلة لجزء من مدينة دمشق.

ج- التصوير البانورامي: تمسح مجموعة العدسة في أثناء التصوير المشهد وفق محور متعامد مع منحى الطيران؛ بحيث يجري التقاط صورة عريضة تمتد من أفق الجانب الأيمن إلى أفق الجانب الأيسر.

معالجة الصور الجوية وقراءتها

ليس كل ما يظهر في الصورة الجوية يمكن قراءته وتعرفه بسهولة، فمظهر الأشياء من الأعلى والمقياس الذي تظهر به غير مألوفين للعين. ويُطلق مصطلح قراءة الصور الجوية photo interpretation على دراسة الصورة الجوية، واستقصاء المعلومات منها، وتعرف مختلف المعالم الطبيعية. ولدى قراءة الصور الجوية قراءة صحيحة تصبح مصدراً ممتازاً لدراسة الظواهر المختلفة وجمع المعلومات أو أخذ القياسات، وهذا ما يُعرف بعلم قياس الصورة الجوية photogrammetry.

وثمة مجموعة من العوامل التي تميز المعالم الظاهرة في الصورة، وتساعد على تعرفها وتمييزها، وأهم هذه العوامل:

- الشكل: يساعد الشكل الذي تبدو عليه الأجسام من الأعلى على تعرفها، وغالباً ما تظهر المنشآت والنشاطات البشرية بأشكال هندسية منتظمة كالأبنية والملاعب.

- الحجم أو القياس: يساعد قياس المناظر ومقارنتها بعضها ببعض -أحياناً- على تمييز الأشياء، مثل تمييز طريق سريع من طريق فرعي اعتماداً على أبعاده.

- التكرار: إن توضع الأجسام على شكل صفوف متكررة أو موزعة بانتظام يساعد كثيراً على تعرّفها.

- اللون والتباين (شدة السطوع): تساعد الألوان (التباين اللوني في صور الأسود والأبيض) على تعرف المعالم، حيث يبدو الرمل فاتح التظليل، وتبدو المسطحات المائية معتمة عادة، كما يمكن تمييز بعض أنواع الشجر انطلاقاً من ألوان أوراقها في فصل معّين من السنة.

- نسيج الصورة (النقش): إن تبدل المواصفات الفيزيائية للمناطق المصورة من حيث مظهرها في الصورة يوحي إلى ما هي عليه في الواقع، حيث يظهر التصوير بأطوال الموجات المرئية سطح المياه الراكدة أملسَ، في حين تبدو الغابات خشنة النسيج (الشكل 10).

الشكل (10) تمييز المعالم الطبيعية من خلال مظهر خشونة السطوح في الصورة.

- الظلال: تدل أطوال ظلال الأبنية والأجسام العالية كالأبراج وغيرها على مقدار ارتفاعها بالاستناد إلى توقيت التقاط الصورة (الشكل 11).

الشكل (11) استخدام الظلال لتمييز ارتفاع المباني.

أما التطبيقات المتعلقة برسم الخرائط الدقيقة أو التي تتعلق بأخذ القياسات من الصور الجوية؛ فتتطلب معالجة خاصة بهدف إلغاء التشوهات التي تتعرض لها.

تطبيقات التصوير الجوي

يعدّ التصوير الجوي من تقانات "الاستشعار من بعد" ومن أكثرها اقتصاديةً ومرونة، وكذلك للتصوير الجوي تطبيقات أخرى واسعة. فبعد أن كان الهدف منه في بداية الأمر تحقيق أغراض عسكرية، وأغراض الاستطلاع والتجسس والتخطيط للمعارك أصبحت تطبيقاته واسعة في المجالات المدنية، ولا سيما رسم الخرائط الطبوغرافية ومجالات كثيرة أخرى، منها:

1- الزراعة والثروة الحراجية: دراسة أنواع المحاصيل الزراعية وأمراض النباتات.

2- الجيولوجيا: تعرف أنواع الصخور، ودراسة تغيرات سطح الأرض مثل انزلاق التربة والتصحر.

3- دراسة الموارد المائية كالأنهار والسدود والبحيرات والتغيرات التي تطرأ عليها.

4- تخطيط المدن ودراسة الحركة العمرانية وشبكات توزيع الكهرباء ومياه الشرب.

5- دراسة الأحوال البيئية والثروة الحيوانية، حيث يمكن تقدير عدد الحيوانات البرية في منطقة معينة وأصنافها ودراسة التلوث؛ إضافة إلى الفوائد الكبرى التي تقدمها الصور الجوية لعلم الخرائط ومنظومات المعلومات الجغرافية، وبعض التطبيقات الثانوية مثل الدعاية والسـياحة والتوثيق التاريخي.

التطورات الحديثة في التصوير الجوي

طغى في العصر الحالي استخدام الطائرات المسيَّرة drones وهو نوع من الحوامات الرباعية على استخدام الطائرات المأهولة في التصوير الجوي والمراقبة بسبب الفرق الكبير في كلفة تشغيل الثانية وصيانتها وضجيجها؛ الأمر الذي سمح لها بالتحليق على ارتفاعات منخفضة نسبياً، مقارنةً بالثانية، وقد تطوَّرت الطائرات المسيَّرة كثيراً، وأصبحت تسلك مسارات محددة مسبّقاً وعلى ارتفاعات مختلفة بحسب التضاريس والمهمة الموكلة إليها، وتقوم الطائرات المسيرة أيضاً بتحريك الكاميرا الملحقة بها بحسب برنامج موضوع مسبقاً، لتغطي مساحات ومناطق مستهدفة وبزوايا مختلفة. وتقوم بتسجيلها على ذاكرة داخلية بسعة عالية (100 تيرابايت) و/أو إرسالها إلى المشغِّل أو إلى محطة أخرى في الوقت الحقيقي بعد معالجتها بواسطة برمجيات خاصة متقدِّمة. وأصبح هناك برمجيات تساعد على قراءة الصور وفهرستها. وازدادت دقة الصور الملتقطة في الليل ووضوحها نتيجة استخدام كاميرات ليلية متطورة.

التصنيف : التقانات الصناعية

النوع : التقانات الصناعية

المجلد: المجلد الثامن

رقم الصفحة ضمن المجلد : 0

آخر أخبار الهيئة :

البحوث الأكثر قراءة

اصدارات الموسوعة العربية

أسماء الباحثين

هل تعلم ؟؟

• - هل تعلم أن الأبلق نوع من الفنون الهندسية التي ارتبطت بالعمارة الإسلامية في بلاد الشام ومصر خاصة، حيث يحرص المعمار على بناء مداميكه وخاصة في الواجهات

• - هل تعلم أن الإبل تستطيع البقاء على قيد الحياة حتى لو فقدت 40% من ماء جسمها ويعود ذلك لقدرتها على تغيير درجة حرارة جسمها تبعاً لتغير درجة حرارة الجو،

• - هل تعلم أن أبقراط كتب في الطب أربعة مؤلفات هي: الحكم، الأدلة، تنظيم التغذية، ورسالته في جروح الرأس. ويعود له الفضل بأنه حرر الطب من الدين والفلسفة.

• - هل تعلم أن المرجان إفراز حيواني يتكون في البحر ويتركب من مادة كربونات الكلسيوم، وهو أحمر أو شديد الحمرة وهو أجود أنواعه، ويمتاز بكبر الحجم ويسمى الش

• هل تعلم أن الأبسيد كلمة فرنسية اللفظ تم اعتمادها مصطلحاً أثرياً يستخدم في العمارة عموماً وفي العمارة الدينية الخاصة بالكنائس خصوصاً، وفي الإنكليزية أب

• - هل تعلم أن أبجر Abgar اسم معروف جيداً يعود إلى عدد من الملوك الذين حكموا مدينة إديسا (الرها) من أبجر الأول وحتى التاسع، وهم ينتسبون إلى أسرة أوسروين

• - هل تعلم أن الأبجدية الكنعانية تتألف من /22/ علامة كتابية sign تكتب منفصلة غير متصلة، وتعتمد المبدأ الأكوروفوني، حيث تقتصر القيمة الصوتية للعلامة الك

شراء النسخة الورقية