تفسير الصور الجوية وصور الأقمار الصناعية

تمثل الصور الجوية العمودية أكثر من 95% من إجمالي الصور الجوية الملتقطة. ^{[ 2 ]} يوضح الشكل 2 مبادئ التقاط الصور العمودية. ^{[ 3 ] [ 4 ]} يتضمن ذلك محورين رئيسيين ينشآن من عدسة الكاميرا. ^{[ 3 ]} أحدهما هو المحور العمودي الذي يكون دائمًا بزاوية 90 درجة بالنسبة لمنطقة الدراسة. ^{[ 3 ]} والآخر هو محور الكاميرا الذي يتغير بتغير زاوية الكاميرا. ^{[ 3 ]} لالتقاط صورة جوية عمودية، يجب أن يكون كلا المحورين في نفس الوضع. ^{[ 3 ]} تُلتقط الصور العمودية بواسطة كاميرا موضوعة فوق الجسم المراد تصويره دون أي إمالة أو انحراف لمحور الكاميرا. ^{[ 5 ]} غالبًا ما تكون مساحات الصور الجوية العمودية متجانسة الحجم. ^{[ 4 ]}

تُلتقط الصور الجوية المائلة عندما تُضبط الكاميرات بزوايا محددة بالنسبة للأرض. ^{[ 5 ]} وهي تُعدّ إضافةً قيّمةً للصورة العمودية التقليدية. ^{[ 2 ]} إذ تسمح برؤية نسبة عالية نسبيًا من الغطاء النباتي وأوراق الأشجار. ^{[ 2 ]} ويمكن تصنيف الصور الجوية المائلة إلى نوعين.

مائلة سفلية

تُنتج الصور الجوية المائلة بزاوية منخفضة عندما يكون محور الكاميرا بزاوية تتراوح بين 15 و30 درجة عن المحور الرأسي ، كما هو موضح في الشكل 3. ^{[ 3 ]} لا يمكن رؤية الأفق، وهو الحد الفاصل بين الكوكب والغلاف الجوي من زاوية الرؤية ، ^{[ 6 ]} في الصور الجوية المائلة بزاوية منخفضة. ^{[ 5 ]} لا يمكن حساب المسافة بين نقطتين بدقة لأن الصورة المائلة بزاوية منخفضة لا تحتوي على مقياس. كما أن اتجاه الأجسام غير دقيق أيضًا. ^{[ 5 ]} يمكن استخدام الصور المائلة بزاوية منخفضة كمرجع قبل إجراء المسح الميداني لأنها توفر تفاصيل محدثة عن المواقع المحلية. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

مائلة عالية

تُنتج الصور الجوية المائلة بزاوية عالية عندما يكون محور الكاميرا بزاوية 60 درجة عن المحور الرأسي ، كما هو موضح في الشكل 4. ^{[ 3 ]} في هذه الحالة، يكون الأفق مرئيًا. ^{[ 5 ]} يلتقط هذا النوع من الصور منطقة واسعة نسبيًا. ^{[ 5 ]} وكما هو الحال في الصور المائلة بزاوية منخفضة، تكون المسافة بين نقطتين واتجاه الأجسام غير دقيقة. ^{[ 5 ]} تُستخدم الصور الجوية المائلة بزاوية عالية على نطاق واسع في المساعدة على التحقيقات الميدانية لأن خط الرؤية فيها أقرب إلى رؤية الإنسان. ^{[ 3 ]} ويمكن التعرف على المعالم والهياكل بسهولة. ^{[ 4 ]} ومع ذلك، فإن المناظر الطبيعية والمباني وسفوح التلال التي تحجبها المناطق الجبلية لا تكون مرئية. ^{[ 4 ]}

تُستخدم الصور الجوية بالأبيض والأسود بكثرة في رسم الخرائط، مثل الخرائط الطبوغرافية . ^{[ 5 ]} تُعدّ الخرائط الطبوغرافية وصفًا دقيقًا ومفصلاً لخصائص التضاريس الموجودة في المناطق أو الأقاليم. ^{[ 7 ]} تتميز الصور الجوية بالأبيض والأسود بقدرتها على إنتاج صور عالية الجودة حتى في ظروف جوية سيئة، مثل الضباب والرطوبة. ^{[ 2 ]}

تحافظ الصور الجوية الملونة على ألوان الأجسام الأصلية وتلتقطها عبر الطبقات المتعددة داخل الفيلم. ^{[ 8 ]} يمكن استخدام الصور الملونة لتمييز أنواع التربة والصخور والرواسب المختلفة الموجودة فوق طبقات الصخور، بالإضافة إلى بعض مصادر المياه الملوثة. ^{[ 5 ]} كما يمكن تحديد تدهور الأشجار الناتج عن الحشرات باستخدام الصور الجوية الملونة. ^{[ 5 ]} ويمكن أن تساعد في تحديد مواقع تخزين المواد في البيئة الطبيعية، مثل الأشجار والحيوانات البرية والنفط. ^{[ 4 ]}

تُلتقط الصور الجوية بالأشعة تحت الحمراء الملونة باستخدام أفلام ذات ألوان زائفة ، حيث تُحوّل هذه الأفلام الألوان الأصلية للمعالم المختلفة إلى ألوان زائفة. ^{[ 2 ] [ 5 ]} على سبيل المثال، تظهر المراعي والغابات الخضراء بلون أحمر. ^{[ 2 ]} بينما قد تظهر بعض الأجسام الاصطناعية المغطاة باللون الأخضر بلون أزرق. ^{[ 2 ]} تُعزى هذه الظاهرة إلى أن النباتات تعكس كمية أكبر من الأشعة تحت الحمراء مقارنةً بالأجسام الاصطناعية. ^{[ 2 ]} قد يُعطي الغطاء النباتي الكثيف لونًا أحمر أكثر كثافة من الغطاء النباتي المتناثر، مما يُساعد في تحديد صحة الأشجار. ^{[ 5 ]} كما يُعطي دليلًا على معدل نمو النباتات. ^{[ 5 ]} ويُفيد أيضًا في تحديد الحدود بين اليابسة والمحيطات أو البحيرات، لأن المحيط لا يعكس الأشعة تحت الحمراء. ^{[ 2 ]}

تُلتقط الصور الجوية عالية الارتفاع عندما تحلق الطائرة على ارتفاع يتراوح بين 10,000 و25,000 قدم. ^{[ 2 ]} وتكمن ميزة التصوير الجوي عالي الارتفاع في قدرته على تسجيل معلومات منطقة أوسع بصورة واحدة فقط. ^{[ 5 ]} مع ذلك، لا تُظهر الصور عالية الارتفاع تفاصيل دقيقة كتلك التي تُظهرها الصور منخفضة الارتفاع، نظرًا لصغر حجم بعض العناصر، كالمباني والطرق والبنية التحتية، في الصورة. ^{[ 5 ]}

تُلتقط الصور الجوية على ارتفاعات منخفضة عندما تحلق الطائرة على ارتفاع أقل من 10,000 قدم. ^{[ 2 ]} وتكون الأجسام في هذه الصور أكبر حجمًا وتحتوي على تفاصيل أكثر مقارنةً بتلك الموجودة في الصور الملتقطة على ارتفاعات عالية. ^{[ 5 ]} وبفضل هذه الميزة، يُجرى جمع دوري للصور الجوية على ارتفاعات منخفضة كل ستة أشهر منذ عام 1985. ^{[ 2 ]}

الصور الجوية واسعة النطاق هي تلك الملتقطة بمقياس يتراوح بين 1:500 و1:1000. ^{[ 9 ]} هذا النوع من الصور هو الأنسب للتحقيقات الميدانية المحلية . ^{[ 9 ]} تبدو الصورة كخريطة مكبّرة.

الصور الجوية ذات النطاق الصغير هي تلك التي يتم التقاطها بمقياس يتراوح بين 1:5000 و1:20000. ^{[ 9 ]} وهي أكثر ملاءمة للأبحاث على مستوى المقاطعات أو المناطق الواسعة . ^{[ 9 ]}

يُعدّ حجم الجسم من أبرز خصائصه وأهم عناصر تفسير الصور. وعادةً ما تُقاس أبعاده، كالطول والعرض والمحيط. ولإجراء ذلك بنجاح، لا بدّ من معرفة مقياس الصورة. فقياس حجم الجسم المجهول يُتيح للمُفسّر استبعاد الاحتمالات الأخرى. وقد ثبتت فائدة قياس حجم بعض الأجسام المعروفة للمقارنة مع الجسم المجهول. فعلى سبيل المثال، تُعتبر أبعاد ملاعب الرياضات الرئيسية، ككرة القدم وكرة القدم الأمريكية والبيسبول، معيارية عالميًا. فإذا كانت هذه الأجسام ظاهرة في الصورة، يُمكن تحديد حجم الجسم المجهول بمجرد مقارنتها بالجسم المجهول.

يوجد في العالم عدد لا حصر له من الأشياء الطبيعية والصناعية ذات الأشكال الفريدة. ومن الأمثلة على ذلك الشكل المثلثي للطائرات النفاثة الحديثة، وشكل المساكن العائلية التقليدية. لقد عدّل الإنسان المناظر الطبيعية بطرق مثيرة للاهتمام، مما أضفى شكلاً على العديد من الأشياء، لكن الطبيعة بدورها تُشكّل المناظر الطبيعية بطرقها الخاصة. وبشكل عام، فإنّ المعالم المستقيمة في البيئة هي من صنع الإنسان، بينما تُنتج الطبيعة أشكالاً أكثر دقة وجمالاً.

تُجمع جميع بيانات الاستشعار عن بُعد تقريبًا خلال ساعتين من الظهيرة الشمسية لتجنب الظلال الممتدة في الصورة. ذلك لأن الظلال قد تحجب أجسامًا أخرى كان من الممكن تحديدها لولاها. من جهة أخرى، يُعدّ الظل الذي يُلقيه الجسم مفتاحًا لتحديد هويته، إذ يُستخدم طول الظل لتقدير ارتفاع الجسم، وهو أمر بالغ الأهمية للتعرف عليه. على سبيل المثال، نصب واشنطن التذكاري في العاصمة واشنطن. عند النظر إليه من الأعلى، قد يصعب تمييز شكله، ولكن مع وجود الظل، تصبح هذه العملية أسهل بكثير. من الممارسات الجيدة توجيه الصور بحيث تسقط الظلال باتجاه المُشاهد. قد ينتج وهم بصري زائف إذا كان الظل مُوجهًا بعيدًا عن المُشاهد، حيث تبدو النقاط المنخفضة مرتفعة والنقاط المرتفعة منخفضة.

تعكس المواد الموجودة في العالم الحقيقي، كالنباتات والماء والتربة العارية، نسبًا متفاوتة من الطاقة في أجزاء الطيف الكهرومغناطيسي الأزرق والأخضر والأحمر والأشعة تحت الحمراء. يستطيع المفسر توثيق كمية الطاقة المنعكسة من كل منها عند أطوال موجية محددة لإنشاء بصمة طيفية . تساعد هذه البصمات في فهم سبب ظهور بعض الأجسام على النحو الذي تظهر به في الصور بالأبيض والأسود أو الملونة. تُعرف هذه التدرجات الرمادية باسم "الدرجة اللونية". كلما بدا الجسم أغمق، قلّ الضوء الذي يعكسه. غالبًا ما تُفضّل الصور الملونة لأن الإنسان، على عكس تدرجات الرمادي، يستطيع تمييز آلاف الألوان المختلفة. يُسهّل اللون عملية تفسير الصور.

يُعرَّف هذا بأنه "التوزيع والترتيب المميز لتكرارات الدرجة اللونية أو اللون في الصورة". ومن الصفات الشائعة لوصف الملمس: ناعم (متجانس، منتظم)، متوسط، وخشن (غير منتظم، غير منتظم). من المهم تذكر أن الملمس ناتج عن الحجم. ففي الصور الكبيرة، قد تبدو الأشياء ذات ملمس متوسط. ولكن كلما صغر الحجم، قد يبدو الملمس أكثر انتظامًا أو نعومة. ومن أمثلة الملمس: "نعومة" الطريق المعبد، أو "خشونة" غابة الصنوبر.

النمط هو الترتيب المكاني للأشياء في المشهد الطبيعي. قد تكون هذه الأشياء مرتبة عشوائيًا أو بشكل منهجي. وقد تكون طبيعية، كما هو الحال في نمط تصريف النهر، أو من صنع الإنسان، كما هو الحال في المربعات التي تشكلها أنظمة مسح الأراضي العامة في الولايات المتحدة . ومن الصفات الشائعة المستخدمة لوصف النمط: عشوائي، منهجي، دائري، بيضاوي، خطي، مستطيل، ومنحنٍ، على سبيل المثال لا الحصر.

يُعدّ الارتفاع والعمق، المعروفان أيضًا باسم "الارتفاع" و" قياس الأعماق "، من أهم العناصر التشخيصية في تفسير الصور. ذلك لأن أي جسم، كالمباني أو أعمدة الكهرباء، يرتفع فوق سطح الأرض، سيُظهر نوعًا من التضاريس الشعاعية. كما أن الأجسام التي تُظهر هذه التضاريس ستُلقي بظلال تُقدّم معلوماتٍ عن ارتفاعها. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك مباني المدن الكبرى.

تُسجّل الصورة الجوية بيانات ومعلومات مختلفة حول المنطقة المُغطاة وموقع الطائرة وحالتها. ^{[ 2 ]} تُقاس هذه التفاصيل وتُدوّن بواسطة لوحة البيانات التي تتضمن أجهزة وأدوات مختلفة لإجراء القياسات المحددة. ^{[ 2 ]} يوضح الشكل 8 الشكل العام للصورة الجوية العمودية.

هناك طريقتان أساسيتان للحصول على موقع دقيق على شكل إحداثيات. 1) المسح الميداني باستخدام تقنيات المسح التقليدية أو أجهزة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

٢) جمع بيانات الاستشعار عن بُعد للجسم، وتصحيح الصورة، ثم استخراج معلومات الإحداثيات المطلوبة. يستخدم معظم العلماء الذين يختارون الخيار الأول حاليًا أجهزة تحديد المواقع العالمية (GPS) منخفضة التكلفة نسبيًا في الميدان للحصول على الموقع المطلوب للجسم. أما في حالة اختيار الخيار الثاني، فإن معظم الطائرات المستخدمة لجمع بيانات الاستشعار عن بُعد مزودة بجهاز استقبال GPS.

يتميز الموقع بخصائص فيزيائية فريدة، قد تشمل الارتفاع والانحدار ونوع الغطاء السطحي (مثل العشب، والغابات، والمسطحات المائية، والتربة العارية). كما قد يتضمن الموقع خصائص اجتماعية واقتصادية، مثل قيمة الأرض أو قربها من المسطحات المائية. يشير مصطلح "الوضع" إلى كيفية تنظيم العناصر في الصورة وتحديد موقعها بالنسبة لبعضها البعض. ترتبط معظم محطات توليد الطاقة بموادها ومبانيها بطريقة يمكن التنبؤ بها إلى حد كبير. أما "الارتباط" فيشير إلى أنه عند العثور على نشاط معين في صورة، فإنك عادةً ما تصادف سمات أو أنشطة ذات صلة. نادرًا ما تُستخدم عناصر الموقع والوضع والارتباط بشكل منفصل عند تحليل صورة. ومن الأمثلة على ذلك مركز تجاري كبير، حيث يضم عادةً العديد من المباني الكبيرة ومواقف سيارات واسعة، ويقع عادةً بالقرب من طريق رئيسي أو تقاطع طرق.

يعني تداخل الصور الجوية أن حوالي 60% من المساحة المغطاة في كل صورة جوية تتداخل مع مساحة الصورة السابقة لها. ^{[ 2 ]} يمكن رصد كل جسم على طول مسار الطيران مرتين على الأقل. ^{[ 2 ]} الغرض من تداخل الصور الجوية هو توليد التضاريس ثلاثية الأبعاد أو ما يُعرف بالتضاريس عند استخدام المنظار المجسم للتفسير. ^{[ 2 ]} المنظار المجسم هو أداة تُستخدم لرؤية الصور الجوية ثلاثية الأبعاد المتداخلة. ^{[ 2 ]}

يُعدّ استيفاء متطلبات الصورتين المتداخلتين المختارتين أمرًا بسيطًا. يجب أن تقع النقاط الرئيسية (النقطة المركزية للصورة هندسيًا) في الصورتين في موقعين مختلفين على التضاريس. ^{[ 2 ]} ومن القيود الأخرى أن يكون مقياس الصورتين متطابقًا. ^{[ 2 ]} أما مسارات تحليق الطائرات ووقت التقاط الصور فلا يخضعان لأي قيود. ^{[ 2 ]}

يرتبط التوجيه الأمثل للصورة الجوية ارتباطًا وثيقًا بموقع الشمس وعنصر الظل. ^{[ 2 ]} في نصف الكرة الشمالي، يكون اتجاه الجنوب دائمًا هو موقع الشمس. ^{[ 2 ]} لذلك، تتشكل الظلال عادةً على الجانب الشمالي. ^{[ 2 ]} وهذا بدوره يؤثر على عنصر الظل في الصور الجوية. على سبيل المثال، إذا كانت الطائرة تحلق من الشمال إلى الجنوب، فإن ضوء الشمس يكون قادمًا من الشمال أيضًا، ويمكن ملاحظة الظلال التي تُظهر أشكال الأجسام بوضوح في الصور الجوية. ^{[ 2 ]} أما إذا كانت الطائرة تحلق من الجنوب إلى الشمال، فلن تكون الظلال واضحة. ^{[ 2 ]} ولتفسير الصور، يُفضل التقاط الصورة بحيث يمكن ملاحظة الظلال بوضوح ^{[ 2 ]} لأن الظلال تُبرز تضاريس الأرض. ^{[ 2 ]} كما يُساعد هذا التوجيه للصورة الجيولوجيين على ربط الصور ثلاثية الأبعاد بما يلاحظونه. ^{[ 2 ]}

التشوه والإزاحة هما ظاهرتان شائعتان يتم ملاحظتهما في الصور الجوية.

النزوح

ينتج الإزاحة عن تباين التضاريس ضمن منطقة مُغطاة. ^{[ 4 ]} يُعد مستوى الإسناد ، الذي يُشير إلى متوسط ​​مستوى سطح البحر، أساسيًا في ظاهرة الإزاحة. ^{[ 4 ]} بالنسبة لموقع يقع على ارتفاع أعلى من مستوى الإسناد، سيبتعد الموقع الأصلي عن النقطة المركزية للصورة. ^{[ 4 ]} أما بالنسبة لموقع يقع على ارتفاع أقل من مستوى الإسناد، فسيقترب الموقع الأصلي من النقطة المركزية للصورة. ^{[ 4 ]}