پاورپوینت عکسهای هوایی و تصاویر ماهواره ای و کاربرد آنها در مطالعات شهری

عکسهای هوایی و تصاویر ماهواره ای و کاربرد آنها در مطالعات شهری
بسم الله الرحمن الرحیم

مقدمه
افزایش سریع جمعیت و توسعه و گسترش مراکز جمعیتی اعم از شهرها و روستاها امروزه به گونه ای است که امر برنامه ریزی را بطور جدی می طلبد.

به منظور ساماندهی به فضاهای زیست محیطی نیاز به اطلاعات اساسی در زمینه های طبیعی و انسانی در تمامی نواحی جغرافیایی محسوس است. این اطلاعات همیشه باید در اختیار باشند تا بتوان به موقع از آنها استفاده نمود، تصاویری که از زمین و کلیه عوارض آن توسط ماهواره و دوربین عکسبرداری گرفته می شوند از منابع باارزش علمی محسوب می شوند.که در اختیار پژوهشگران قرار گیرند و امر برنامه ریزی را تسریع می بخشند . از اینرو شناخت تکنولوژی ابزاری که بتوانند وضع موجود را شناسایی کرده و نشان دهند بسیار ضروری است.

در حال حاضر سنجش از دور توسط ماهواره ها که منجر به تهیه تصاویر ماهواره ای می شود و همچنین عکسبرداری هوایی توسط هواپیما که منجر به تهیه عکس هوایی می شود انجام می گردد.

تعریف فتوگرامتری (یا تهیه و استخراج اطلاعات از عکسهای هوایی) از نظر مفهوم علمی
علم ، هنر و تکنیک بدست آوردن اطلاعات قابل اعتماد درباره عوارض فیزیکی و محیط از طریق ثبت، اندازه گیری و تفسیر بر روی عکس و یا سایر مدارکی که با استفاده از انرژی الکترومغناطیسی تابشی ثبت شده باشند. ( تعریف ASPRS )
فتوگرامتری را از این جهت علم گویند که روابط و اصول آن براساس علوم ریاضی و فیزیک می باشد
از آن جهت فتوگرامتری را هنر گویند که هنر عکاسی و عکسبرداری در آن نهفته شده است
از آ‎ن جهت تکنیک گویند که از دستگاهها و سیستم های پیشرفته برای تبدیل عکس به نقشه استفاده می کند. به عبارت ساده تر هدف از فتوگرامتری تهیه هر نوع نقشه و استخراج اطلاعات از روی هر نوع عکس می باشد.

تعریف دیگری از فتوگرامتری
علم، هنر و تکنولوژی بدست آوردن اطلاعات کمی و کیفی از روی عکس یا تصویر را فتوگرامتری گویند.
اطلاعات کمی یعنی اندازه گیری دقیق نقاط از طریق عکس یا سایرمنابع اطلاعاتی که تعیین فواصل، زوایا، مساحت، حجم و ارتفاع، اندازه و شکل عوارض را میسر می سازد
اطلاعات کیفی بطور کلی شناسایی و تشخیص عوارض و قضاوت درباره اهمیت آنها از طریق تجزیه و تحلیل میباشد.

تاریخچه فتوگرامتری
اولین عکس هوایی شناخته شده در جهان در سال 1858 میلادی توسط یک عکاس پاریسی توسط بالن گرفته شد.
هواپیما که در 1903 میلادی اختراع گردید, به عنوان سکویی برای دوربین به کار گرفته شد تا اینکه در سال 1909 میلادی, فیلمبرداری که Wilbur Wright را در پرواز همراهی می کرد اولین تصاویر متحرک هوایی را تهیه کرد.
در طی جنگ جهانی اول به منظور عملیات شناسایی نظامی, عکسبرداری با هواپیما توجه زیادی را به خود جلب نمود.
بزرگترین انگیزه برای تبدیل عکس به نقشه در طی جنگ جهانی دوم به وقوع پیوست.

اختراع عکس و عکاسی
اختراع هواپیما
بوجود آمدن کامپیوتر
نسل اول
فتوگرامتری آنالوق
فتوگرامتری تحلیلی
فتوگرامتری رقومی
1850
1900
1950
2000

پیشرفت تولید عکسهای هوایی در ایران
اولین پروژه عکسبرداری هوایی ایران از 1955 شروع گردیده و اولین عکس هوایی تهران به مقیاس 1:10000 دارای تاریخی معادل 22 اردیبهشت 1335 (12 مه 1956 ) می باشد.
عکسبرداری هوایی سرتاسری ایران تا کنون سه سری بوده که یکی به مقیاس 1:55000 به وسیله شرکتهای خارجی از ایران برداشته شده و حدوداًٌ سه سال یعنی از 1955تا 1957 (1334 – 1336) به طول انجامید.
سری دوم با مقیاس 1:20000 در سال 1343
سری سوم در سال 1370 شروع شده و هدف از آن تهیه نقشه های 1:25000 سراسری می باشد.

تهیه و استفاده از عکسهای هوایی در ایران
سازمان جغرافیایی ارتش و سازمان نقشه برداری کشور ، دو مرجع رسمی و اجرایی تهیه عکسهای هوایی هستند.
ازعکسهای هوایی به مقیاس 1:55000 که اصطلاحاً آن را عکسهای هوایی 1:50000 نیز گویند، به عنوان مدرک زیربنایی مطالعات اکثر طرحهای جدید و عمرانی, استفاده می شود.
سازمانها و موسساتی که از عکسهای هوایی در ایران استفاده می نمایند، امروزه زیاد بوده و از جمله شرکت نفت، سازمان زمین شناسی، موسسه خاک شناسی و حاصلخیزی خاک، سازمان جنگلها و مراتع کشور، سازمانهای اکتشاف معادن ، وزارت مسکن و شهرسازی و بسیاری دیگر از ارگانها می باشند.

دلیل استفاده از فتوگرامتری
استفاده از این روش در تهیه نقشه های مسطحاتی و توپوگرافی در مقیاسهای کوچک اقتصادی است
در این روش جمع آوری داده ها سریع انجام می پذیرد
مطالعه و بررسی فاجعه های زیست محیطی مانند طوفان و سیل که کسب اطلاعات بصورت زمینی امکان پذیر نیست ، این روش بهترین روش است.
فتوگرامتری (برد کوتاه) در پزشکی کاربردهای فراوان دارد مانند بررسی تومورهای مغزی و ساخت قطعات صنعتی مانند خودرو
بررسی معادن ، آب های سطحی و …

دلیل استفاده از فتوگرامتری
اندازه گیری و مطالعه سطوح دریاها و اقیانوسها
بررسی و مطالعه اختلاط نفت و آب
حوادث رانندگی
بازسازی سازه ها و مدلها
برنامه ریزی شهری
ترافیک و بررسی اشیاء متحرک
در طراحی بزرگراهها ، راه آهن ، پل ، خطوط لوله و انتقال نیرو ، کانال کشی و پروژه های بازسازی مناطق شهری بکار گرفته می شود.
مشخص کردن حد و مرز زمینها

رابطه فتوگرامتری و سنجش از دور و GIS

اخذ داده
دوربین
عکس
اسکنر
سنسور
تصویر رقومی
روشهای مبتنی بر فتوگرامتری
ترمیم
تولیدات فتوگرامتری
فرایند تهیه عکس نقشه
اندازه گیری با کامپراتور
دستگاه تبدیل
تبدیل تحلیلی
تحلیل رقومی
تولیدات عکسی
عکس نقشه
نقاط ، DEM ها ، سطوح و پروفیلها
نقشه ها :
توپوگرافی
نقشه های موضوعی خاص

عکس نقشه یا اورتوفتو Orthophoto

انواع فتوگرامتری براساس موارد کاربرد عکس
فتوگرامتری متریک :اندازه گیری دقیق نقاط از طریق عکس و یا سایر منابع اطلاعاتی است که تعیین فواصل، زوایا، مساحت، ارتفاع، اندازه و شکل عوارض را میسر می سازد.
فتوگرامتری تفسیری: شناسایی و تشخیص عوارض و قضاوت درباره اهمیت آنها از طریق تجزیه و تحلیل سیستماتیک است و این تکنیک در تفسیر عکسهای هوایی و تصاویر ماهواره در شاخه سنجش از دور کاربرد فراوانی دارد.

انواع فتوگرامتری براساس فاصله دوربین عکسبرداری تا شی
فتوگرامتری برد کوتاه
فتوگرامتری زمینی
فتوگرامتری هوایی
فتوگرامتری فضایی

فتوگرامتری زمینی
تهیه عکسهای زمینی از طریق فتوگرامتری زمینی انجام می پذیرد. عکسهای زمینی بوسیله دوربینهای زمینی مانند فتو تئودولیت (ترکیبی از دوربین عکسبرداری زمینی و زاویه یاب یک ثانیه ای)تهیه می شوند.
عکسهای زمینی نقش بسیار مهمی در معماری و ترمیم ساختمان ، حفظ بناهای تاریخی ، فعالیتهای باستان شناسی ، برآورد خسارت های وارده به ساختمانهای قدیمی ، احیاء بافت فرسوده و تاریخی شهری و موارد دیگر دارند.

فتوگرامتری زمینی

BC4 BALLISTIC PLATE CAMERA
فتوگرامتری فضایی

TERRESTRIAL PHOTOGRAPHIC STEREOPAIR
فتوگرامتری برد کوتاه

فتوگرامتری و Laser scanning

فتوگرامتری هوایی
AERIAL PHOTOGRAPHY
عکسبرداری قائم : محور دوربین تزدیک به قائم است.
عکسبرداری مایل : محور دوربین دارای زاویه نسبت به محور قائم است ، بعبارتی دارای تیلت می باشد. این نوع عکسبرداری بر دو نوع است.
مایل
خیلی مایل

Aerial
Vertical
Oblique
Truly Vertical
Tilted
(1deg< angle < 3deg)
High oblique
(includes horizon)
Aerial Photogrammetry
Low oblique
(does not include horizon)

عکس هوایی عبارت است از ثبت آنی(فوری) جزئیات سطح زمین(عوارض زمین) توسط دوربین عکسبرداری که در کف هواپیما استقرار یافته است. ثبت این جزئیات بیشتر به فاصله کانونی عدسی ، ارتفاع پرواز هواپیما در زمان عکسبرداری، مدت زمان باز بودن دریچه دوربین ، فیلم و فیلتر بستگی دارد.
هر عکس هوایی یک تصویر پرسپکتیو است که از نظر هندسی به نوع دوربینی که توسط آن گرفته شده است بستگی دارد.
عکس های هوایی می توانند قائم، مایل و یا خیلی مایل باشند.

تعریف عکس هوایی

عکس هوایی قائم به عکسی گفته می شود که در ارتفاع معینی بالاتر از سطح زمین بوسیله دوربینی که در هواپیما تعبیه شده است و محور نوری آن در لحظه عکسبرداری کاملا عمود (یا نزدیک به عمود) بر سطح زمین بوده است برداشته می شود. چنانچه این شرط برقرار باشد در آن صورت صفحه فیلم با سطح مبنا موازی بوده و عکس حاصل کاملا قائم می شود. ولی بدلیل حرکتهای جزئی هواپیما ایجاد چنین شرایطی مشکل است.

عکس هوایی قائم
VERTICAL PHOTO

عکس هوایی مایل
LOW OBLIQUE
عکس هوایی مایل محور نوری دوربین در لحظه عکسبرداری نسبت به امتداد قائم عمدا زاویه دار اختیار می شود.

عکس هوایی خیلی مایل
HIGH OBLIQUE
چنانچه در عکس هوایی افق ملاحظه شود عکس را خیلی مایل می نامند.

افق

افق
فیلم
محور نوری
فیلم
عدسی
محور نوری
فیلم
عدسی
محور نوری
قائم
عدسی
مایل
خیلی مایل

پوشش عکس های هوایی قائم پشت سر هم یک تصویر
استریوسکوپیک میسازد

دلیل استفاده از فتوگرامتری
استفاده از تصاویر برای کسب اطلاعات و جزئیات 2 بعدی یا 3 بعدی

عکس زمینی عکس هوایی

51
Aspen or
birch forests
Black spruce forests

1937
1955
1968
1990
پایش تغییر کاربری اراضی

پایش تغییرات محیطی و عوامل زیست محیطی

موزاییک نمودن عکسها

3D photogrammetric model

روشهای مختلف تشکیل مدل سه بعدی

فتوگرامتری تفسیری
در سالهای اولیه از عکسهای هوایی صرفا به منظور تهیه نقشه استفاده می شد، اما بتدریج کاربردهای دیگری نیز پیدا کرد که مهمترین آنها تفسیر عکس است. چون عکسهای هوایی حاوی اطلاعات زیادی از زمین هستند به کمک آنها می توان بدون تماس با زمین و مشاهده از نزدیک ، به شناخت نسبتا جامعی از منطقه مورد مطالعه دست یافت.
وقتی به یک عکس نگاه می کنیم تنها وضع ظاهری و سطحی اشیاء و عوارض موجود در آنرا می بینیم، لذا فقط موقعیت نسبی آنها در ذهن ما نقش می بندد در حالی که دانستن پاره ای اطلاعات دیگر نیز برای ما لازم است.

فتوگرامتری تفسیری
مثلا معمولا با دیدن تصویری از یک ساختمان کوچک نمی توانیم نوع آن ساختمان را تشخیص بدهیم که آیا یک منبع آب است یا ترانسفورماتور یا ایستگاه پمپاژ آب یا یک پست تقویت کننده مخابراتی بلکه مفسر می داند که با درنظرگرفتن معیارها و شاخص های ویژه می تواند نوع ساختمان را تشخیص دهد
مفسر می داند که مثلا ساختمانی که در حاشیه یک جاده یا گوشه یک کارخانه است قاعدتا باید ترانسفورماتور باشد یا اگر ساختمان در فواصل نسبتا مساوی در حاشیه جاده قرار دارد باید متعلق به تقویت کننده تلفن باشد و اگر در عمق یک دره ، نزدیک جریان آب واقع است باید ایستگاه پمپاژ آب باشد. پس تشخیص نوع ساختمان نیاز به داشتن اطلاعات قبلی مفسر و آشنایی او به محل وجود عوارض دارد.

شهر جایی است که مرکز کلیه فعالیت های اقتصادی ، اجتماعی ، فرهنگی و سیاسی است و اغلب ساکنین آن از طریق اشتغال در فعالیت های صنعتی و یا خدماتی امرار معاش می کنند ، گرچه قسمت عمده شهرها را مناطق مسکونی تشکیل می دهد ، اما بخش های دیگری چون خدمات و فضای سبز نیز در آنها دیده می شود . مناطق داخل شهر را از نظر نقش به بخش های مسکونی ، صنعتی ، خدماتی ، فضای سبز و نظایر آن تقسیم می کنند . تمامی این عارضه های شهری و به عبارتی عارضه های مربوط به انسان با استفاده از معیارهای مخصوص خود در روی عکس های هوایی شناسایی می شوند و اطلاعات بسیار زیادی درباره موقعیت و اندازه هر کدام از پدیده های شهری استخراج می گردد که به امر برنامه ریزی شهری کمک شایانی می نماید .
برنامه ریزی شهری و عکسهای هوایی

کاربرد دیگر عکس های هوایی در امور شهری مربوط به آمد و شد شهری و تشخیص و تعیین شبکه های ارتباطی متراکم و پرترافیک است که دست اندرکاران امور راهنمایی و رانندگی را در انجام وظایفشان یاری می دهد .

در جامعه شناسی و جمعیت شناسی نیز عکس ها کمک موثری در بررسی تراکم و پراکندگی جمعیت و ساختمان های مسکونی می نمایند و بدین ترتیب در برنامه ریزی مسائل جمعیتی و جامعه شناسی شهرها استعانت از عکس های هوایی به پیشبرد کار خواهد افزود .

برای تهیه طرح های جامع شهری و مطالعه شهر باید از کلیه اسناد و مدارک ، نقشه ها و بخصوص عکس های هوایی استفاده کرد . زیرا عکس های هوایی تصویر کاملی از تمام عوارض ظاهری شهر را نشان می دهد . از خصوصیات عکس هوایی بویژه در مقیاس بزرگ ، آن است که بافت شهر را می توان مورد تجزیه و تحلیل قرار داد . همچنین با مطالعه عکس هوایی قدیمی تر می توان نحوه گسترش و تحول تدریجی شهر را مورد بررسی قرار داد و یا به عبارت دیگر از گذشته شهرها اطلاعات دقیقی به دست آورد . برای مثال هسته اصلی و اولیه شهر ، توسعه شهر و شبکه های ارتباطی قدیمی را می توان از روی عکس های هوایی مشخص کرد . هسته اولیه شهر را از روی عدم تجانس ساختمان ها و بافت قسمت های مختلف آن می توان شناخت ، همچنین مراحل مختلف توسعه شهر را می توان با توجه به سبک ساختمان ها مشاهده نمود

با مطالعه عکس های هوایی می توان جاذبه ای در توسعه شهر از جمله نقش رودخانه ها و وضع آبهای جاری و همچنین جنس خاک و تشکیلات زمین شناسی و ناهمواری های طبیعی را مورد بررسی قرار داد.
با مقایسه عکس های هوایی که در زمان های مختلف گرفته شده است می توان نتیجه گرفت که چگونه و طی چه مراحلی ازدیاد جمعیت موجب انفجار شهر و گسترش آن خواهد شد .
با مطالعه عکس های هوایی می توان مناطق شهری را از یکدیگر تفکیک کرد ، مثلاْ حدود مناطق مسکونی را می توان دقیقاْ ترسیم و مشخصات آن ها را مانند مجتمع های مسکونی و منازل انفرادی تعیین کرد .

همچنین فضاهای سبز و فضاهای خالی از ساختمان ها را نیز می توان از یکدیگر تشخیص داد و محدوده آن ها را از سایر مناطق جدا کرد و پس از محاسبه سطح این اراضی میزان درصد آن ها را به دست آورد .عکس های هوایی اطلاعات مهمی از عمر ساختمان ها را در اختیار ما قرار می دهند . برای این منظور باید به سبک ساختمان ها و وضعیت پراکندگی آن ها و در صورت تشخیص به نوع مصالح ساختمانی و به نوع جنس بام ساختمان ها توجه داشت . اطلاعات دیگری نظیر تراکم ساختمانها ، ارتفاع و حجم و سطح زیربنا در دید استریوسکپی قابل تشخیص است . گاهی تعداد طبقات بناها را در تصاویر حاشیه عکس می توان مشاهده کرد .

به طور کلی برای تشخیص ساختمان ها و تاسیسات مختلف می توان از شاخص های مستقیم مانند شکل ( مثل کلیساهایی که دارای نقشه ای به شکل صلیب می باشند ، یا بازارهای سرپوشیده که دارای گنبدهای متعدد و ردیفی هستند ) و شاخص های غیرمستقیم مانند رابطه بناها و تاسیسات ، ابعاد و تناسب ساختمان ها و طرز قرار گرفتن قسمت های مختلف ساختمان ها نسبت به یکدیگر استفاده کرد ( مثل تاسیسات صنعتی و کارخانجات دارای توقفگاه وسایط نقلیه ، منبع آب و حوض ، مخازن مختلف ، ساختمان اداری ، آزمایشگاه و کارگاه ) . اهمیت تعداد کارکنان و کارگران از روی اندازه سطح زیربنای کارگاه ها و پارکینگ ها تا حدودی مشخص می شود.

یکی دیگر از موارد استفاده عکس های هوایی در مطالعات شهری ، تهیه عکس از نقاط گرم سطح زمین با استفاده از امواج مادون قرمز است . این عمل را ترموگرافی می نامند . برای تهیه این عکس ها باید از طول موج های مناسب ( 3 تا 6 میکرون ) و ارتفاع پرواز 200 تا 350 متر استفاده کرد . این گونه عکس ها نقاط گرم را با رنگ روشن و نقاط سرد را با رنگ تیره نشان می دهند ، این نوع عکس برداری بویژه برای مطالعات شهری بهتر است در شب انجام گیرد . ساختمان های مسکونی بخصوص در فصول سرد که حرارت منتشر می کنند در روی عکس روشن و خانه های غیر مسکونی به علت سردتر بودن ، تیره رنگ هستند .بدین وسیله می توان خانه های مسکونی را از خانه های خالی تشخیص داد .