Lecture 6 - Spatial Data Inputs

• الجزء ده بيتكلم عن مصادر إدخال البيانات المكانية (Spatial Data Inputs) في الـ GIS.
• أهم المحاور: تصنيف البيانات الجغرافية, الطرق الرئيسية لجمع البيانات (Photogrammetry, Remote Sensing, GPS), وآليات كل طريقة بالتفصيل.

البيانات بتيجي من مصادر كتير:

• خرائط موجودة (Maps) — خرائط ورقية بتتمسح ورقمية.
• بيانات أقمار صناعية (Satellite Data) — صور من الفضاء.
• بيانات رقمية (Digital Data) — ملفات رقمية جاهزة.
• بيانات جدولية (Tabular Data) — جداول إكسل وقواعد بيانات.
• أفكار ومعلومات (Soft Ideas) — معرفة وخبرات.

Reality → Features → Objects → Entities → Attributes

كل ظاهرة في الواقع بيتكتبها الـ GIS كـ Feature (نقطة، خط، مضلع) وبعدها بيتمثّل كـ Object فيه Attributes.

Photogrammetry is the technology of obtaining reliable 3-D information about physical objects through processes of measuring, and interpreting photographic images.

• ا Binocular Vision: كل عين بتشوف الصورة من زاوية مختلفة، والدماغ بيدمجهم في صورة ثلاثية الأبعاد.
• أهم شرط عشان الطريقة دي تنجح (قاعدة التداخل - Overlap): الطيارة مستحيل تصور كل حتة مرة واحدة وتمشي، لازم الصور "تركب على بعضها" عشان نضمن إن كل مبنى اتصور من زاويتين مختلفتين (عشان نعمل فكرة العينين اللي شرحناها فوق).
  • التداخل الأمامي (Overlap): الطيارة وهي ماشية لقدام، الصورة الجديدة لازم تغطي من 60% لـ 80% من مساحة الصورة اللي لسه متصورة قبلها. (الصورتين دول مع بعض بنسميهم Stereo Pair).
  • التداخل الجانبي (Sidelap): لما الطيارة تلف وترجع في خط موازي عشان تصور الشارع اللي جنبه، الخط الجديد بيتداخل مع الخط القديم بنسبة 20% لـ 30%.

• تفاصيل عالية (High Resolution) — صور أوضح من الصور الأقمار الصناعية القديمة.
• تكاليف معقولة لمساحات صغيرة ومتوسطة.
• مرنة — ممكن تصوير في أي وقت حسب الطقس.

• محتاجة طقس صافي (Clear Weather) — الغيوم والضباب بيأثروا على جودة الصور.
• معالجة بطيئة — الصور الجوية بتحتاج معالجة كتير.
• تكلفة عالية لمساحات كبيرة.

RS Process The process of acquiring information about the Earth's surface without being in contact with it — by sensing and recording reflected or emitted energy and processing, analyzing, and applying that information.

• فيه 3 تفاعلات بتحصل في الـ Passive RS:
  • ا Extinction: الطاقة بتتمتص أو تتبعثر من الحزمة.
  • ا Emission: الطاقة بتتسرَّب من الجسم (الغلاف الجوي).
  • ا Scattering: الطاقة الطبيعية بتتتبعثر نحو القمر الصناعي.

• في الـ Active RS فيه تفاعل واحد بيحصل
  • الـ Backscattering: الإشعاع الاصطناعي بيتبعثر رجوعًا نحو القمر الصناعي من سطح الأرض.

1. ا Energy Source / Illumination (A) — مصدر الطاقة (الشمس).
2. ا Radiation and the Atmosphere (B) — مرور الإشعاع عبر الغلاف الجوي.
3. ا Interaction with the Target (C) — تفاعل الطاقة مع السطح.
4. ا Recording of Energy by the Sensor (D) — تسجيل الطاقة بالحساس (القمر الصناعي).
5. ا Transmission, Reception, and Processing (E) — نقل البيانات ومعالجتها.
6. ا Interpretation and Analysis (F) — تفسير وتحليل البيانات.
7. ا Application (G) — التطبيق (خرائط، تقارير).

-لما الأشعة أو الطاقة (Incident Energy - I) بتسيب الغلاف الجوي وتخبط في سطح الأرض بيحصلها حاجة من تلاتة (أو ميكس بينهم):

• الامتصاص (Absorption - A): الهدف بيمتص الطاقة دي. (زي الأسفلت لما يمتص حرارة الشمس ويسخن).
• النفاذية (Transmission - T): الأشعة بتخترق الهدف وتعدي الناحية التانية. (زي لما الضوء بيعدي جوه الماية أو إزاز الشباك).
• الانعكاس (Reflection - R): الأشعة بتخبط في الهدف و"ترتد" وتنعكس تاني لفوق. (وده أهم واحد بالنسبة لنا، لأن ده اللي القمر الصناعي بيلقطه عشان يصور الهدف).
• النسب بتاعت كل تفاعل بتعتمد على الطول الموجي (Wavelength) و نوع المادة (Material) و حالة السطح (Condition).

• مجاني (Free)
• دقيق (Precise)
• موثوق (Reliable)
• يشتغل في كل الظروف الجوية (All Weather)
• في أي وقت وأي مكان (Anytime & Anywhere) — مع ملاحظة إن "Almost!" على الشريحة
• لا نهائي المستخدمين (Unlimited User Capacity)

• Garmin Handheld — مستقبل يدوي للمستخدمين العاديين.
• Trimble GeoCE — جهاز ميداني للمحترفين.
• HiPer Pro — جهاس مسحي دقيق على Tripod.

• ا Good PDOP: ألما الأقمار تكون متوزعة وبعيدة عن بعض في السماء، التقاطع بتاعهم بيكون دقيق جداً .

• ا Poor PDOP: لو الأقمار كلها متجمعة في حتة واحدة في السماء (فوق دماغك مثلاً)، التقاطع بيكون واسع والدقة بتقل جداً.

• ا PDOP = Position Dilution of Precision — كل ما القيمة اقل، كل ما الدقة أعلى.

• ا Earth's Atmosphere — الغلاف الجوي بيأثر على سرعة الإشارة.
• ا Solid Structures — المباني بتسبب Multipath.
• ا Metal — العربيات والهياكل المعدنية بترتد الإشارة.
• ا Electro-magnetic Fields — الأسلاك الكهربائية بتسبب تداخل.

• إشارات الراديو بتسافر بسرعة الضوء في الفضاء، لكن الغلاف الجوي بيبطئهم.
• الإشارات منخفضة التردد بتتأثر أكتر.
• المستقبل بيفرق بين وقت وصول الترددات العالية والمنخفضة وبيحسب تصحيح.

• ا DGPS Site بيبقي في موقع معروف تمامًا (True Coordinates = x+0, y+0).
• القمر الصناعي بيبث إشارة فيها خطأ (Error).
• المستقبل العادي بيحسب موقعه مع الخطأ: x+30, y+60.
• الـ DGPS Site بيحسب الخطأ ويبعت تصحيح (Correction): x-5, y+3.
• المستقبل بيستخدم التصحيح: x+25, y+63 → أدق بكتير.

Real-Time DGPS: التصحيح بيحصل في الوقت الفعلي (Real-Time) على السفن، العربيات، والمروحيات.

• ا GPS (USA) — النظام الحالي.
• ا GLONASS (Russia) — نظام روسي.
• ا GALILEO (Europe) — نظام أوروبي.

الأنظمة دي بتشتغل مع بعض وبتعلي الدقة والتوفر.

• مصادر البيانات: Primary (جمع أولي) و Secondary (جمع ثانوي) × Raster/Vector.
• الفوتوجرامترية (Photogrammetry): بتستخدم صور جوية مع Overlap 60% و Sidelap 30% + Stereoscopy لإنشاء إحداثيات.
• الاستشعار عن بُعد (Remote Sensing): علم الحصول على معلومات بدون لمس مباشر — Passive (شمس) و Active (LIDAR/RADAR).
• عناصر الـ RS السبعة: Energy Source → Atmosphere → Target Interaction → Sensor Recording → Transmission → Interpretation → Application.
• تفاعلات الإشعاع: Absorption, Transmission, Reflection — بت depend على الطول الموجي والمادة.
• ا GPS: نظام ملاحة فضائي بـ 3 شرائح (Space, Control, User) — 24 قمر على ارتفاع 11,000 nautical mile.
• التثليث (Trilateration): 4 أقمار على الأقل لحساب الموقع في 3 أبعاد + الوقت.
• أخطاء GPS: Geometry, Orbits, Multipath, Atmosphere, Clock.
• ا PDOP: كل ما أكتر انتشار الأقمار، كل ما الدقة أعلى.
• ا DGPS: محطة على موقع معروف بتبعت تصحيحات للمستقبلات → دقة أعلى.
• أنظمة مستقبلية: GPS (USA), GLONASS (Russia), GALILEO (Europe).