عکس هوایی و عکس برداری هوایی: از تاریخچه تا کاربردها

مقدمه

عکس های هوایی به عنوان یکی از ابزارهای کلیدی در بسیاری از حوزه ها نظیر نقشه برداری، فتوگرامتری، کشاورزی، حفاظت از محیط زیست، برنامه ریزی شهری و ارزیابی منابع طبیعی شناخته می شوند. این تصاویر از طریق هواپیماها، پهپادها و ماهواره ها به دست می آیند و می توانند اطلاعات دقیق و به روز در مورد ویژگی های سطح زمین فراهم کنند. استفاده از عکس های هوایی در برنامه ریزی و مدیریت منابع طبیعی تأثیر چشم گیری در افزایش کارآمدی تصمیم گیری ها دارد و نقش مهمی در بهبود این فرآیند ایفا می کند. علاوه بر این، این نوع تصویربرداری در مطالعات محیط زیستی، شبیه سازی تغییرات اقلیمی و نظارت بر تغییرات اکولوژیکی کاربرد وسیعی دارد.

در گذشته، عکس های هوایی معمولاً توسط هواپیماهای تخصصی گرفته می شدند؛ اما با پیشرفت فناوری های جدید، پهپادها و ماهواره ها به عنوان جایگزین این روش ها معرفی شده اند و این تحول باعث افزایش دقت و کارایی در جمع آوری داده ها شده است. به طور کلی، این تصاویر به پژوهشگران و کارشناسان این امکان را می دهند که از زاویه ای نو و با دقت بیشتر به بررسی و تحلیل مسائل زمین شناسی، کشاورزی و زیست محیطی بپردازند.

تاریخچه عکس هوایی

بالون ها

بادبادک ها

موشک ها

هواپیماها

پهپادها

نقش عکس های هوایی در جنگ جهانی اول

در جنگ جهانی اول، برای نخستین بار از هواپیما به طور گسترده برای جمع آوری اطلاعات نظامی استفاده شد. پیش از آن، شناسایی زمینی و استفاده از بالن های دیده بانی رایج بود، اما با پیشرفت فناوری هوایی، عکس برداری از آسمان تحولی عظیم در شناسایی دشمن ایجاد کرد.

کاربردها:

• شناسایی موقعیت های دشمن، مانند سنگرها، استحکامات و مسیرهای تدارکاتی
• نقشه برداری از جبهه ها برای برنامه ریزی عملیات نظامی دقیق تر
• پیش بینی حملات دشمن از طریق تحلیل تحرکات در تصاویر گرفته شده

نقش عکس های هوایی در جنگ جهانی دوم

در جنگ جهانی دوم، عکس برداری هوایی به سطوح کاملاً پیشرفته تری رسید. هواپیماهای شناسایی تخصصی با دوربین های بسیار قدرتمند طراحی شدند که قادر بودند از ارتفاع بالا، بدون شناسایی توسط دشمن، تصاویر دقیق تری تهیه کنند.

• پیشرفت ها و کاربردها:
• نقشه برداری برای بمباران های دقیق (مانند بمباران کارخانه ها و پل های دشمن)
• کشف و تحلیل تأسیسات محرمانه مانند پایگاه های موشکی و اردوگاه ها
• ردیابی حرکت نیروهای دشمن در زمان واقعی

مشخصات عکس هوایی

در واقع، هر عکس هوایی به همراه مجموعه‌ای از داده‌ها ارائه می‌شود که برای تحلیل، مکان‌یابی دقیق، و پردازش‌های فتوگرامتری اهمیت زیادی دارند. در ادامه توضیح هر مورد را به زبان ساده می‌خوانید:

1- شماره نوار پروازی: نوار پروازی به مسیری گفته می‌شود که هواپیما در طول پرواز برای گرفتن مجموعه‌ای از عکس‌ها طی می‌کند. هر نوار یک شماره اختصاصی دارد تا بتوان عکس‌ها را در موقعیت مکانی مناسب دسته‌بندی کرد.

2- شماره عکس: به هر عکس یک شماره منحصر به‌فرد اختصاص داده می‌شود که نشان می‌دهد آن عکس در چه ترتیبی و در کدام بخش از نوار پروازی گرفته شده است.

3- سال عکسبرداری: تاریخی که عکس گرفته شده است. این مورد برای تحلیل‌های زمانی و بررسی تغییرات محیطی (مثلاً در تحلیل‌های سری زمانی) اهمیت دارد.

4- شماره طرح عکسبرداری: کد یا شماره‌ای که مربوط به یک پروژه خاص عکسبرداری است. معمولاً در پروژه‌های سازمانی یا دولتی هر مأموریت هوایی با یک کد طرح مشخص می‌شود.

5- اطلاعات فاصله کانونی دوربین: اصله کانونی لنز دوربین که در محاسبات فتوگرامتری (مثل مقیاس تصویر، دقت مکانی و …) بسیار حیاتی است.

6- ارتفاع سنج: ابزاری که ارتفاع پرواز هواپیما را نسبت به سطح دریا یا زمین اندازه‌گیری می‌کند. ارتفاع دقیق تأثیر مستقیمی بر مقیاس و دقت عکس دارد.

7- ساعت عکسبرداری: زمان دقیق ثبت عکس. این داده برای تطبیق عکس با سایر داده‌ها (مانند نور خورشید، سایه، یا شرایط جوی) مفید است.

8- تراز کروی: ابزاری برای کنترل این که دوربین هنگام عکس‌برداری دقیقاً در وضعیت افقی قرار داشته یا نه. عدم تراز بودن می‌تواند موجب اعوجاج در تصویر شود.

تاریخچه عکس برداری هوایی در ایران

• سال ۱۹۳۵ (۱۳۱۴ شمسی): اولین پرواز برای تهیه عکس های هوایی در ایران توسط اریک اشمیت با هدف مطالعات باستان شناسی انجام شد.
• سال ۱۹۵۵ تا ۱۹۵۷ (۱۳۳۴ تا ۱۳۳۶ شمسی): اولین سری عکس های هوایی سراسری ایران با مقیاس ۱:۵۵۰۰۰ توسط یک شرکت آمریکایی تهیه شد.
• سال ۱۹۶۴ تا ۱۹۷۴ (۱۳۴۳ تا ۱۳۵۳ شمسی): سری دوم عکس های هوایی با مقیاس ۱:۲۰۰۰۰ تهیه گردید که به دلیل نزدیکی به اصلاحات ارضی، اهمیت ویژه ای داشت.
• سال ۱۹۹۱ تا ۲۰۰۵ (۱۳۷۰ تا ۱۳۸۴ شمسی): سری سوم عکس های هوایی با مقیاس های ۱:۴۰۰۰۰ و ۱:۷۰۰۰۰ تهیه شد.

دسته بندی های عکس برداری هوایی

چندین نوع مختلف از تصاویر هوایی وجود دارد که در سه دسته ی اصلی جای می گیرند. انتخاب نوع خاصی از عکس برداری هوایی معمولاً بر اساس موضوع و هدف تصویر صورت می گیرد.

محور دوربین

بر اساس جهت گیری محور دوربین، سه نوع تصویر هوایی وجود دارد:

• تصاویر عمودی (Vertical Photographs): در این نوع، محور دوربین در موقعیتی عمودی قرار دارد. نتیجه ی آن تصویری با نمایی از بالا به پایین است که در آن پستی وبلندی زمین (relief) بسیار کم یا اصلاً قابل مشاهده نیست و ناحیه ی تحت پوشش نیز محدودتر است. متخصصان معمولاً از این نوع عکس ها مانند نقشه استفاده می کنند.
• تصاویر مایل کم (Low Oblique Photographs): برخلاف تصاویر عمودی، برای گرفتن تصاویر مایل کم، محور دوربین بیش از ۳ درجه کج می شود، اما به گونه ای که افق — یعنی محل تلاقی آسمان و زمین — در تصویر دیده نمی شود.
• تصاویر مایل زیاد (High Oblique Photographs): در این حالت، محور دوربین با زاویه ای بیشتر — حدود ۶۰ درجه — کج می شود که باعث پوشش ناحیه ای وسیع تر شده و افق در تصویر قابل مشاهده است. برخلاف تصاویر عمودی، این میزان کجی باعث نمایش قابل توجهی از پستی وبلندی ها (relief) می شود که به شناسایی بهتر ویژگی های طبیعی یا ساخت بشر کمک می کند.

انتخاب نوع تصویر

انتخاب بین استفاده از تصاویر عمودی یا مایل، تا حدی به شرایط پرواز بستگی دارد. در شرایط ناپایدار و متلاطم جوی، گرفتن عکس های عمودی دشوار است، و به همین دلیل بسیاری از عکاسان در این شرایط از دوربین با محور مایل استفاده می کنند.

تفاوت بین عکس های هوایی مایل کم و مایل زیاد چیست؟

تفاوت اصلی این دو نوع تصویر در زاویه ی کجی محور دوربین است:

• در عکس های عمودی، زاویه کج شدن دوربین ۳ درجه یا کمتر است.
• اگر کجی دوربین به اندازه ای باشد که افق در تصویر دیده شود (حدود ۶۰ درجه از حالت عمودی یا بیشتر)، تصویر «مایل زیاد» است.
• اگر افق در تصویر دیده نشود (حدود ۳۰ درجه از حالت عمودی)، تصویر «مایل کم» محسوب می شود.

مقیاس تصویر

دو نوع مختلف از عکس های هوایی بر اساس مقیاس وجود دارد:

• تصاویر هوایی مقیاس بزرگ (Large Scale Aerial Photographs):
  هنگامی که هواپیما در ارتفاع پایین تری پرواز می کند، دوربین مساحت کمتری از زمین را ثبت می کند، اما اشیاء در ابعاد بزرگ تری دیده می شوند. این به این معناست که نسبت فاصله عکس به مساحت زمین دارای مقدار بالاتری است. به همین دلیل است که کارشناسان عکس های گرفته شده از ارتفاعات پایین را عکس های مقیاس بزرگ می نامند. عکس های مقیاس بزرگ برای نقشه برداری از ویژگی های زمین و اندازه گیری اشیاء مفیدتر هستند.
• تصاویر هوایی مقیاس کوچک (Small Scale Aerial Photographs):
  وقتی هواپیما در ارتفاع بالاتری پرواز می کند، ناحیه ی وسیع تری می تواند در یک تصویر پوشش داده شود، اما نسبت اندازه اشیاء در تصویر نسبت به ابعاد زمین، عملاً کوچک تر است. به همین دلیل است که این نوع تصاویر هوایی را عکس های مقیاس کوچک می نامند. عکس های مقیاس کوچک برای مطالعه نواحی وسیع تر که ویژگی های آن ها نیازی به نقشه برداری یا اندازه گیری دقیق ندارند، مفید هستند.

باز هم، انتخاب تصاویر مقیاس بزرگ یا کوچک بستگی به هدف از عکاسی و موضوع دارد.

تفاوت بین عکاسی هوایی مقیاس بزرگ و کوچک چیست؟

• عکس های هوایی مقیاس بزرگ (مثلاً ۱:۲۵٬۰۰۰) نواحی کوچک تری را با جزئیات بیشتر پوشش می دهند. این تصاویر معمولاً از ارتفاعات پایین تری گرفته می شوند، به طوری که ویژگی های زمین در آن ها بزرگ تر و دقیق تر دیده می شوند. با این حال، مساحت کمتری از زمین نسبت به عکس های مقیاس کوچک پوشش داده می شود.
• عکس های هوایی مقیاس کوچک (مثلاً ۱:۵۰٬۰۰۰) نواحی وسیع تری را از ارتفاعات بالاتر پوشش می دهند، اما این مناطق جزئیات کمتری دارند. مساحت زمین پوشش داده شده در این تصاویر بیشتر از عکس های مقیاس بزرگ است.

انواع عکس برداری هوایی

عکس برداری هوایی سنتی

• انجام شده توسط هواپیماها یا هلیکوپترها با دوربین های حرفه ای.
• کاربرد: نقشه برداری، شناسایی نظامی، پایش محیط زیست.

عکس برداری هوایی ماهواره ای

• انجام شده توسط ماهواره ها که از مدارهای مختلف زمین تصاویر می گیرند.
• کاربرد: نظارت بر محیط زیست، نقشه برداری جهانی، شبیه سازی های اقلیمی.

عکس برداری هوایی با پهپاد (UAV)

• استفاده از پهپادها برای گرفتن تصاویر از ارتفاعات پایین تر و با دقت بالا.
• کاربرد: کشاورزی دقیق، بررسی زیرساخت ها، نظارت بر جنگل ها و منابع طبیعی.

عکس برداری هوایی با استفاده از لیزر (LiDAR)

• استفاده از لیزر برای اندازه گیری فاصله ها و ایجاد نقشه های سه بعدی دقیق.
• کاربرد: ایجاد نقشه های دقیق از سطح زمین، شبیه سازی های زمین شناسی و ساختاری، مدیریت منابع طبیعی.

کاربردهای عکس برداری هوایی

عکس برداری هوایی در زمینه های مختلف کاربردهای گسترده ای دارد:

نقشه برداری، اندازه گیری و GIS

عکاسی هوایی نقش حیاتی در نقشه برداری، اندازه گیری ها و سیستم های اطلاعات جغرافیایی (GIS) دارد. این روش امکان تولید نقشه های دقیق، مدل های سه بعدی از زمین و داده های جغرافیایی را فراهم می آورد که در برنامه ریزی شهری، توسعه زیرساخت ها و مدیریت بلایای طبیعی مفید است.

ارزیابی محیط زیست و حفاظت

تصاویر هوایی در نظارت بر استفاده از اراضی، سلامت اکوسیستم ها و شناسایی مناطق مناسب برای تلاش های حفاظتی کمک می کند. این تصاویر به پیگیری تغییرات در جنگل ها، تالاب ها و دیگر زیستگاه های طبیعی کمک می کنند و برنامه ریزی مؤثر در زمینه حفاظت و مدیریت منابع را امکان پذیر می سازند.

برنامه ریزی شهری و املاک و مستغلات

عکس های هوایی نمای جامعی از شهرها و مناطق شهری فراهم می آورد و به ساخت زیرساخت ها، ارزیابی املاک و برنامه ریزی شهری کمک می کند. عکاسی هوایی توسط معماران، برنامه ریزان شهری و توسعه دهندگان برای ارزیابی طرح های شهری، شناسایی مکان های مناسب و اتخاذ تصمیمات هوشمندانه مورد استفاده قرار می گیرد.

باستان شناسی و حفظ میراث فرهنگی

عکاسی هوایی به باستان شناسان کمک می کند تا سایت های باستانی، خرابه های پیش از تاریخ و ساختمان های تاریخی که ممکن است از روی زمین قابل مشاهده نباشند یا پوشیده باشند را شناسایی و نقشه برداری کنند. این کار در حفظ، تفسیر و مستند سازی میراث فرهنگی مؤثر است.

کشاورزی و نظارت بر محصول

عکاسی هوایی اطلاعات مفیدی برای نظارت بر محصولات کشاورزی و کشاورزی دقیق فراهم می آورد. این روش به ارزیابی سلامت محصولات، شناسایی آلودگی های حشراتی و بهینه سازی استفاده از کود و آبیاری کمک می کند که به بهبود بازده محصول و کاهش تأثیرات منفی زیست محیطی کمک می کند.

نظارت نظامی و امنیتی

در حوزه نظامی، عکس های هوایی برای شناسایی تحرکات دشمن، نقشه برداری از موقعیت های استراتژیک و برنامه ریزی عملیات نظامی استفاده می شوند. این تصاویر می توانند اطلاعات دقیقی از ترکیب نیروی دشمن و موقعیت های احتمالی حمله فراهم کنند.

پایش و مدیریت منابع طبیعی

برای مدیریت منابع طبیعی مانند جنگل ها، معدن ها و آب های زیرزمینی، عکس های هوایی ابزار مناسبی برای نظارت و ارزیابی تغییرات هستند. این تصاویر می توانند کمک کنند تا میزان برداشت منابع به طور دقیق تر ارزیابی شده و سیاست های حفظ محیط زیست بهتری تدوین شود.

شباهت ها و تفاوت های عکسبرداری هوایی با ماهواره ای

1- روش و ابزار:
• در عکاسی هوایی سنتی، تصاویر از طریق هواپیماها یا پهپادها (UAVs) که در ارتفاعات مختلف به پرواز درمی‌آیند، ثبت می‌شوند.
• در عکاسی ماهواره‌ای، تصاویر از طریق ماهواره‌ها که در مدارهای خاصی در اطراف زمین قرار دارند گرفته می‌شوند.

2- ارتفاع و دامنه پوشش:
• عکاسی هوایی معمولاً از ارتفاعات پایین‌تر انجام می‌شود و برای تصاویر با جزئیات دقیق‌تر، به ویژه برای مناطق خاص و کوچک‌تر، کاربرد دارد.
• عکاسی ماهواره‌ای معمولاً از ارتفاعات بسیار بالا (فضا) انجام می‌شود و به همین دلیل می‌تواند مناطق وسیع‌تری را پوشش دهد.

3- دقت و کاربردها:
• عکاسی ماهواره‌ای معمولاً برای پایش جهانی، نقشه‌برداری جغرافیایی، بررسی‌های اقلیمی و مانیتورینگ محیط‌زیستی کاربرد دارد.
• عکاسی هوایی به ویژه برای نقشه‌برداری دقیق‌تر از مناطق خاص، پایش زیرساخت‌ها و تحلیل‌های محلی استفاده می‌شود.
در نتیجه عکاسی ماهواره‌ای نوعی از عکس برداری هوایی است که از ماهواره‌ها برای گرفتن تصاویر استفاده می‌کند و عمدتاً برای کاربردهای جهانی و مقیاس بزرگ‌تر به کار می‌رود. بنابراین، این دو تکنیک به هم مرتبط هستند اما به لحاظ ابزار و دامنه کاربرد، تفاوت‌های قابل توجهی دارند.

در نتیجه، عکاسی ماهواره ای نوعی از عکسبرداری هوایی است که از ماهواره ها برای گرفتن تصاویر استفاده می کند و عمدتاً برای کاربردهای جهانی و مقیاس بزرگ تر به کار می رود. بنابراین، این دو تکنیک به هم مرتبط هستند اما به لحاظ ابزار و دامنه کاربرد، تفاوت های قابل توجهی دارند.

نتیجه گیری

عکس برداری هوایی به عنوان یک ابزار کارآمد در تحلیل و مدیریت منابع طبیعی و شهری، نقشه برداری و نظارت بر محیط زیست نقش مهمی ایفا می کند. با پیشرفت های اخیر در فناوری های پهپاد، ماهواره و سنجش از دور، این روش ها روز به روز دقیق تر و کاربردی تر شده اند. این تکنیک ها به پژوهشگران و متخصصان این امکان را می دهند که داده های به روز و دقیقی از ویژگی های سطح زمین بدست آورند و تصمیم گیری های بهتری در حوزه های مختلف اتخاذ کنند.

ترکیب این فناوری ها با هوش مصنوعی و پردازش داده های بزرگ می تواند به طور چشمگیری کیفیت تحلیل ها را بهبود بخشد و در حل چالش های جهانی مانند تغییرات اقلیمی، بحران های زیست محیطی و مدیریت منابع به طور مؤثر عمل کند. در نهایت، این پیشرفت ها به ساخت آینده ای پایدارتر و هوشمندتر برای زمین و منابع آن کمک خواهند کرد.

منابع

1- مقاله The History of Aerial Photography

2- مقاله Types of Aerial Photography and Its Applications

3- مقاله Principles & Applications of Aerial Photography

4- مقاله Strengths and limitations of Photogrammetry

5- سایت ناسا