الوضع الحالي لتطور تقنية الاستشعار عن بعد فائقة الطيف وآفاقها في بلدي

تقنية الاستشعار عن بعد فائقة الطيف  

الاستشعار عن بُعد فائق الطيف هو تقنية تستخدم نطاقًا ضيقًا ومتصلًا من القنوات الطيفية لتصوير معالم الأرض بشكل متواصل. وقد طُوّرت هذه التقنية بالاعتماد على التصوير والتحليل الطيفي. وبالمقارنة مع أجهزة قياس الإشعاع الأرضية، يُجري الاستشعار عن بُعد فائق الطيف قياسات طيفية على مساحة مكانية متصلة، بدلًا من نقطة واحدة، مما يسمح بالحصول على معلومات الصورة والطيف للهدف في آنٍ واحد. وبالمقارنة مع الاستشعار عن بُعد التقليدي، توفر أجهزة قياس الطيف التصويرية فائقة الدقة نطاق تصوير ضيقًا جدًا لكل بكسل، محققةً دقة تصل إلى النانومتر، مع عشرات أو حتى مئات القنوات الطيفية، والتي غالبًا ما تكون متصلة بشكل متواصل.

بالمقارنة مع الاستشعار عن بُعد التقليدي، يُمكن للاستشعار عن بُعد فائق الطيف الحصول على معلومات مكانية طيفية أكثر، مما يُتيح نطاقًا أوسع من التطبيقات في رصد الأرض والمسوحات البيئية. ويتجلى ذلك بشكل رئيسي في الجوانب التالية: تحسين القدرة على تمييز وتحديد معالم الأرض بشكل كبير، وزيادة عدد قنوات التصوير بشكل ملحوظ، وإمكانية تحويل الاستشعار عن بُعد من التحليل النوعي إلى التحليل الكمي أو شبه الكمي.

الوضع الحالي لتطوير تكنولوجيا الاستشعار عن بعد فائق الطيف في بلدي

بدأت تقنية الاستشعار عن بعد فائقة الطيف في بلدي متأخرة نسبياً، ولكن مدفوعة بالاحتياجات الاجتماعية والاقتصادية المتزايدة والملحة للبلاد، فقد اكتسب كل من الاستشعار عن بعد المحمول جواً والفضائي فرصاً تنموية غير مسبوقة وتطور بسرعة.

25/3/2002

في 25 مارس 2002، حملت المركبة الفضائية شنتشو-3 مطياف تصوير متوسط ​​الدقة تم تطويره بشكل مستقل من قبل بلدي، مما جعل الصين ثاني دولة ترسل حمولة طيفية فائقة إلى الفضاء، بعد أن حملت الولايات المتحدة مطياف تصوير على قمرها الصناعي تيرا في نظام مراقبة الأرض.

24/10/2007

في 24 أكتوبر 2007، أُطلق القمر الصناعي تشانغ إي-1 لاستكشاف القمر، ووُضع معه مطياف التصوير في مدار قمري كحمولة رئيسية. وكان هذا أول مطياف تصوير فضائي تداخلي في بلادي يعتمد على تحويل فورييه.

2008.9.6

أُطلق القمر الصناعي HJ-1A بنجاح في 6 سبتمبر 2008 من مركز تاييوان لإطلاق الأقمار الصناعية، بالتزامن مع إطلاق القمر الصناعي HJ-1B في عملية "صاروخ واحد، قمران صناعيان". يحمل القمر الصناعي جهاز تصوير طيفي فائق، ويُستخدم على نطاق واسع في رصد الغلاف الجوي، ومراقبة التغيرات الحضرية، والتطبيقات البحرية.

29/9/2011

أُطلقت المركبة الفضائية المستهدفة "تيانغونغ-1" في 29 سبتمبر 2011، حاملةً جهاز تصوير طيفي فائق طُوّر محلياً في بلادي. وباستخدام البيانات الطيفية من "تيانغونغ-1"، أُجريت أبحاث تطبيقية هامة في مجالات مثل الموارد الأرضية، وعلم المحيطات، والغابات، والرصد البيئي الحضري، والرصد الهيدرولوجي والإيكولوجي، مما أسفر عن عدد من النتائج التطبيقية القيّمة.

2018.5

في مايو 2018، أُطلق القمر الصناعي "غاوفين-5" بنجاح. وهو أول قمر صناعي للمراقبة الشاملة فائقة الطيف في بلادنا، ويُعدّ حاليًا القمر الصناعي الأكثر تطورًا في مجال الكشف فائق الطيف، كما أنه القمر الصناعي الذي يحمل أكبر حمولة، ويتمتع بأعلى دقة طيفية، ويواجه أكبر صعوبات التطوير في مشروع "غاوفين" الوطني. يعمل القمر الصناعي في مدار ثابت بالنسبة للأرض، ويُستخدم للحصول على عينات بيانات الاستشعار عن بُعد فائقة الطيف من نطاقات الأشعة فوق البنفسجية إلى الأشعة تحت الحمراء ذات الموجات الطويلة.

2019.9

في سبتمبر 2019، أُطلقت بنجاح الأقمار الصناعية الخمسة التابعة لمجموعة "تشوهاي-1" 03 إلى مداراتها المحددة مسبقًا بواسطة صاروخ حامل من طراز "لونغ مارش-11" من مركز جيوتشوان لإطلاق الأقمار الصناعية. تضم المجموعة 03 أربعة أقمار صناعية فائقة الطيف وقمرًا صناعيًا واحدًا للفيديو بدقة 0.9 متر. وسيتم إطلاق ستة أقمار صناعية فائقة الطيف أخرى لاحقًا، لتشكيل كوكبة من عشرة أقمار صناعية فائقة الطيف. تساهم هذه الكوكبة في تقصير دورة إعادة المسح، وتحسين كفاءة الرصد الديناميكي، وتمكين الاستجابة السريعة في مراقبة بيئة سطح الأرض.

2021.9

في تمام الساعة 11:01 صباحًا من يوم 7 سبتمبر 2021، نجح مركز إطلاق الأقمار الصناعية في تاييوان ببلادي في إطلاق القمر الصناعي "غاوفين-5 أو2" إلى الفضاء باستخدام صاروخ "لونغ مارش-4 سي". يحمل القمر الصناعي سبعة أجهزة استشعار عن بُعد. وبمجرد تشغيله، سيُستخدم في الحد من التلوث على المستوى الوطني، ومراقبة جودة البيئة، وتكوين الغلاف الجوي، ورصد تغير المناخ، كما سيُجري تجارب تطبيقية لرصد الملوثات، وجودة الهواء المحيط على المستوى الإقليمي، وتكوين الغلاف الجوي، وتغير المناخ باستخدام تقنية الاستشعار عن بُعد فائقة الطيف.

حالياً، نجحت الصين في إنشاء وتطوير نظامها الخاص للاستشعار عن بعد المحمول جواً والفضائي لمراقبة الأرض، والذي يستخدم على نطاق واسع في مجالات الموارد والبيئة، ويلعب دوراً مهماً في مسح وإدارة موارد الأراضي والنباتات والمياه، ومسح الموارد الجيولوجية والمعدنية، ورصد الكوارث.

آفاق تكنولوجيا الأقمار الصناعية فائقة الطيف  

تم توسيع نطاق الكشف بشكل أكبر.":"تم تحسين الدقة الزمنية/المكانية/الطيفية بشكل أكبر

في مراحلها الأولى، كان الهدف الرئيسي لتطوير تقنية الاستشعار عن بعد فائقة الطيف هو تحسين الدقة الطيفية لتلبية احتياجات الاستشعار الكمي عالي الدقة. ومع التقدم في تقنية أجهزة الكشف واسعة النطاق وعالية الدقة، ومع استمرار تحسين الدقة الطيفية، بدأت هذه التقنية بالتطور نحو دقة مكانية أعلى.

توجد حاليًا أنظمة أقمار صناعية متعددة للاستشعار عن بُعد فائقة الطيف على مستوى العالم، تغطي نطاقات الكشف من الضوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء الحرارية، بدقة طيفية تصل إلى مستوى النانومتر، وعدد نطاقات يصل إلى المئات. يُحسّن هذا بشكل كبير القدرة على الحصول على معلومات الاستشعار عن بُعد، مما يُتيح تحليلًا دقيقًا للمكونات الكيميائية الصلبة والسائلة لسطح الأرض. ولمزيد من دراسة المكونات الغازية وخصائص الغلاف الجوي، أصبح الطلب على دقة طيفية أعلى اتجاهًا لا مفر منه في تطوير الاستشعار عن بُعد فائق الطيف.

من ناحية أخرى، من أجل إجراء عمليات رصد الاستشعار عن بعد بدقة وسرعة أكبر، والحصول على بيانات استشعار عن بعد موثوقة وفي الوقت المناسب، تتضح بشكل متزايد الخصائص الجديدة لتقنية الاستشعار عن بعد فائقة الطيف - الدقة المكانية العالية، والدقة الطيفية العالية، والدقة الزمنية العالية - مما يُمكّنها من التكيف مع مجالات تطبيق جديدة مثل التنبؤات الجوية طويلة المدى، والمراقبة الزراعية الدقيقة، والمسوحات الكمية للموارد البرية والبحرية، وتحليل بيئة ساحة المعركة في الوقت الفعلي.

يتم باستمرار اقتراح مبادئ وحلول جديدة.":"وقد تم إثراء أنواع تقنيات الاستشعار عن بعد فائقة الطيف بشكل أكبر.

مع تطور تكنولوجيا المعلومات، وتكنولوجيا التصوير، وتكنولوجيا المعالجة البصرية، تظهر باستمرار تقنيات وحلول جديدة للاستشعار عن بُعد فائق الطيف. وتتطور عناصرها الطيفية الأساسية من الأنواع التشتتية والتداخلية التقليدية إلى مناهج أكثر تنوعًا. وقد ظهرت حاليًا العديد من المخططات الطيفية، بما في ذلك نوع المرشح الدوار، ونوع المرشح المُعدَّل صوتيًا بصريًا، ونوع المرشح المُعدَّل بالبلورات السائلة، ونوع التصوير المقطعي المحوسب.

شهدت تقنية التصوير الطيفي الفوري تطورًا سريعًا في السنوات الأخيرة. فهي قادرة على الحصول على بيانات طيفية ثلاثية الأبعاد كاملة خلال فترة تعريض واحدة، مما يبشر بإمكانية الكشف الفوري. يُعد التصوير الطيفي بفتحة مشفرة تقنيةً حديثةً في مجال التصوير الطيفي الفوري، حيث تُطبّق نظرية الاستشعار المضغوط على أجهزة قياس الطيف التصويرية. وتستخدم هذه التقنية أنماطًا مشفرة لتعديل المعلومات المكانية لجميع الأطوال الموجية، وتسجل خريطة شدة للمعلومات المكانية والطيفية للهدف، ممزوجةً ومشفرةً على كاشف مصفوفة مساحية، ثم تستخلص المعلومات المكانية والطيفية من خريطة الشدة باستخدام خوارزمية إعادة بناء متعددة المقاييس. أما التصوير الطيفي ثلاثي الأبعاد، فيستخدم عنصر تجزئة للصورة يتكون من مرايا شريطية طويلة متعددة بزوايا ميل مختلفة، لتقسيم صورة الهدف إلى صور بزوايا مختلفة. تُنقل هذه الصور بعد ذلك إلى مصفوفة عدسات عبر موشور تشتيت، ما يُتيح الحصول على أطياف تشتيتية للصور بزوايا مختلفة على كاشف مصفوفة مساحية كبيرة. وتُعد هذه التقنية أيضًا من تقنيات التصوير الطيفي الفوري.

الاستحواذ المتكامل على معلومات متعددة الأبعاد تشمل الصور والأطياف والاستقطاب

تُتيح تقنية الاستشعار عن بُعد فائقة الطيف إمكانية الحصول على معلومات طيفية وصورية متكاملة للأهداف، ما يُلبي احتياجات الكشف عن التركيب الكيميائي والخصائص المورفولوجية للأجسام الأرضية. مع ذلك، في بعض سيناريوهات التطبيق الأخرى، مثل رصد خصائص سطح الأهداف، وتحديد الأهداف المخفية وتتبعها، والكشف عن الهباء الجوي، لا سيما بالنسبة للأهداف البعيدة المصنوعة من نفس المواد (مثل الأقمار الصناعية والصواريخ)، تفقد تقنية التصوير الطيفي قدرتها على الكشف. في هذه الحالات، يُمكن أن يلعب الكشف عن معلومات الاستقطاب دورًا حاسمًا.

تتمتع معلومات الاستقطاب بقدرة كبيرة على تحديد ملامح الزوايا وخشونة سطح الهدف، ويمكنها أن تصف بشكل أفضل خصائص التشتت والانعكاس للمادة. إن إدخال معلومات الاستقطاب في تقنية الاستشعار عن بعد الطيفية الفائقة يتيح الحصول المتكامل على معلومات متعددة الأبعاد مثل الصور والأطياف والاستقطاب، مما يوفر تقنيات وأساليب كشف أكثر علمية ودقة وشمولية للكشف عن الأهداف وتحديدها وتأكيدها.في عملية الكشف عن الأهداف وإدراكها، توفر الصور والأطياف وحالات الاستقطاب لنفس الهدف معلومات متعددة المتغيرات تكميلية، مما يساعد على تحليل خصائصه الفيزيائية والكيميائية الغنية، وبالتالي تحقيق فهم أكثر شمولية ودقة وعلمية له. ولها تطبيقات مهمة في سبر الغلاف الجوي، ومراقبة جودة المياه، وتحديد الأهداف، والاستطلاع العسكري. ويُعد إجراء البحوث حول الاستحواذ المتكامل على معلومات الصور والأطياف وحالات الاستقطاب متعددة المتغيرات، وتطبيق تقنية الاستشعار عن بُعد الطيفي الفائق الاستقطابي، اتجاهًا مهمًا حاليًا لتطوير هذه التقنية.

إن عصر الاستشعار عن بعد فائق الطيف الذكي والبيانات الضخمة قادم.

تُدار أقمار الاستشعار عن بُعد فائقة الطيف الحالية بشكل أساسي من الأرض. تُخزَّن كميات هائلة من بيانات الاستشعار عن بُعد فائقة الطيف وتُضغط على متنها قبل إرسالها إلى محطات الاستقبال الأرضية. وفي النهاية، تُنتج معالجة البيانات الأرضية منتجات الاستشعار عن بُعد. علاوة على ذلك، فإن معايير القمر الصناعي ثابتة ولا يمكن تعديلها بمرونة. مع ظهور عصر "الذكاء الاصطناعي"، أصبح دمج الشبكات العصبية والتعلم الآلي وغيرها من التقنيات مع الاستشعار عن بُعد فائق الطيف لبناء أنظمة أقمار صناعية "ذكية" للاستشعار عن بُعد فائقة الطيف - قادرة على المعايرة التلقائية وتحسين معايير حمولة التصوير فائق الطيف على متنها، والمعالجة الآنية للبيانات على متنها، وإنتاج المنتجات - هو التوجه المستقبلي. ستمتلك أقمار الاستشعار عن بُعد فائقة الطيف "الذكية" قدرات ذكية على إدراك المعلومات وقدرات تعديل تكيفية، مما يُمكّنها من توليد بيانات عالية الجودة في الوقت الفعلي وفقًا لاحتياجات المستخدم.

وفي الوقت نفسه، مع ازدياد دقة أجهزة الاستشعار عن بعد للتصوير الطيفي الفائق وازدياد أبعاد المعلومات المكتسبة، فإن كمية بيانات الاستشعار عن بعد المكتسبة تنمو بشكل هائل، مما يُظهر خصائص "البيانات الضخمة" الهامة. كيفية استخراج المعلومات من بيانات الاستشعار عن بعد فائقة الطيف بشكل فعال، وتحسين ضغط البيانات وكفاءة نقل البيانات، هي قضايا مهمة يجب معالجتها في مستقبل الاستشعار عن بعد فائق الطيف.

تصغير وتخفيف وزن حمولات الاستشعار عن بعد فائقة الطيف

مع تطور تقنيات الاستشعار عن بُعد باستخدام الطائرات المسيّرة الصغيرة وتقنية الأقمار الصناعية النانوية/الميكروية، يتطور الاستشعار الطيفي الفائق أيضًا نحو خفض التكلفة، وزيادة المرونة، والتكامل، وتحسين الأداء في الوقت الفعلي. حاليًا، تتمتع تقنية الاستشعار الطيفي الفائق خفيفة الوزن، والمُعتمدة على الطائرات المسيّرة الصغيرة، بإمكانيات تطبيقية هائلة وقيمة كبيرة في مجالات مثل رصد الآفات والأمراض الزراعية والحرجية، والفرز البصري للشحنات الكبيرة، والمراقبة الأمنية، والبحث عن الأهداف، والإغاثة في حالات الكوارث. في الوقت نفسه، توفر الأقمار الصناعية النانوية/الميكروية مزايا مثل انخفاض التكلفة، والمرونة العالية، وانخفاض استهلاك الطاقة، وقصر دورات التطوير، مما يُمكّنها من تنفيذ مهام استكشاف فضائي أكثر تعقيدًا.

إن الجمع بين الاستشعار عن بعد فائق الطيف وتكنولوجيا الأقمار الصناعية الصغيرة/النانوية سيعزز التطوير المبتكر للهياكل المتكاملة متعددة الوظائف وحمولات استكشاف الفضاء الشاملة.سيلعب هذا دورًا هامًا في تعزيز التطوير الخفيف والمتكامل والمنهجي للاستشعار عن بعد الطيفي الفائق في المستقبل، مما يتيح ربط الشبكات الفضائية والكشف في الوقت الحقيقي في جميع الأحوال الجوية.

شهدت السنوات الأخيرة تطوراً ملحوظاً في تقنية الاستشعار عن بُعد فائق الطيف، حيث تم تطبيق العديد من المبادئ والخطط والتقنيات الجديدة. وقد أصبح تصميم أجهزة الاستشعار عن بُعد التصويرية فائقة الطيف أكثر منطقية وبساطة، كما تعززت قدراتها على جمع المعلومات من مصادر متعددة بشكل كبير. وتتطور هذه الأجهزة تدريجياً نحو مجال رؤية أوسع، وإنتاجية أعلى، وحجم أصغر، وعرض ثابت، ودقة أعلى. بالتزامن مع نضوج تقنية الاستشعار عن بُعد فائقة الطيف، ستنخفض تكلفتها بشكل ملحوظ، وسيُمثل تسويق منتجات بيانات الاستشعار عن بُعد فائقة الطيف اتجاهاً هاماً للتطوير المستقبلي.

(بعض محتوى هذه المقالة مأخوذ من الإنترنت. في حال وجود أي انتهاك، يرجى الاتصال بنا لحذفه.)