من تخطيط الطيران إلى تحليل البيانات

عملية خطوة بخطوة لجمع بيانات الطائرات بدون طيار المتقدمة في مشاريع البنية التحتية الكبيرة 

في المنشورات السابقة، ناقشنا كيف أصبحت الطائرات بدون طيار حاسمة لمراحل مختلفة في بناء مشاريع البنية التحتية الكبيرة. اليوم، أرغب في الدخول في الجانب التقني لأوضح لكم بالضبط كيف يمكنكم جمع البيانات ومعالجتها واستخلاص رؤى قيمة منها. مثل أي مشروع، يتطلب جمع بيانات الطائرات بدون طيار الكثير من التخطيط وسير عمل منظم، وستساعد هذه المقالة في وصف أحد هذه السير. سواء لم تستخدم الطائرات بدون طيار من قبل أو استخدمتها ولكنك لا تزال غير متأكد من كيفية عمل جانب جمع البيانات، فهذه المقالة لك.

التحضير قبل الطيران

قبل إجراء أي عملية طائرة بدون طيار، تحتاج إلى إجراء تحضير قبل الطيران. يتضمن ذلك ما يلي؛

تحديد أهداف المسح

تحتاج إلى الاجتماع مع أصحاب المصلحة وفهم نواياهم من المسح، وأنواع المخرجات التي يرغبون فيها، و GSD (المسافة الأرضية للعينات) للمسح، وأي معلومات أخرى مستعدون لتقديمها. قد تشمل المخرجات الأكثر شيوعًا لمشاريع البناء خرائط الكفاف، ونماذج الارتفاع الرقمية (DEMs)، ونماذج السطح الرقمية (DSMs)، وسحب النقاط، والنماذج ثلاثية الأبعاد، وخرائط LiDAR، وما إلى ذلك. قد تتطلب كل مرحلة من مراحل البناء مخرجات مختلفة.

اختيار المعدات

بمجرد تأكيد ما يريده العميل، يمكنك اختيار أفضل المعدات. يمكن أن يساعدك GSD أو الدقة في تحديد الحمولة التي ستستخدمها، بينما يمكن أن تساعدك مساحة المنطقة والموعد النهائي في تحديد نوع الطائرة بدون طيار التي ترغب في استخدامها. بالنسبة للطائرات بدون طيار متعددة الدوارات، تعد طائرات DJI بدون طيار مثل سلسلة DJI Matrice، وخاصة M300 RTK و M350 RTK، الأفضل لمشاريع البنية التحتية الكبيرة. بالنسبة للطائرات ذات الأجنحة الثابتة و VTOL، تحقق من Sensefly و Wingtra، على التوالي. 

تقييم الموقع والامتثال التنظيمي

سيكون من المفيد زيارة المنطقة محل الاهتمام لتقييم أي مخاطر متوقعة على عمليات الطائرات بدون طيار أو أي مخاطر قد تسببها عمليات الطائرات بدون طيار على المناطق المحيطة. أثناء تواجدك هناك، راقب التضاريس وقوة الرياح واتجاهها ودرجة الحرارة، حيث ستؤثر هذه العوامل على عمليات الطائرات بدون طيار. إذا كنت بحاجة إلى مزيد من الوقت لتطوير نمط، يمكنك سؤال السكان المحليين عن هذه المعلومات. تحتاج أيضًا إلى التأكد من أن المنطقة ليست ضمن منطقة حظر طيران وجمع أي تصاريح تحتاجها قبل بدء عمليات الطائرات بدون طيار.

تخطيط الطيران

بعد جمع جميع المعلومات الضرورية، حان الوقت لإنشاء خطط الطيران. يتضمن ذلك ما يلي؛

تحديد المنطقة محل الاهتمام

أفضل استخدام Google Earth Pro لتصور المنطقة محل الاهتمام وتحديد الحدود. بالنسبة لمشروع بنية تحتية كبير، من المحتمل أن يكون لدى العميل ملف KML أو shapefile للمنطقة محل الاهتمام.

اختيار يوم مناسب للطيران

بمجرد تحديد الحدود، يمكنك استخدام تطبيقات التنبؤ بالطقس مثل UAV Forecast و Windy لتحديد أفضل يوم للطيران. سيكون اليوم الجيد للطيران هو اليوم الذي يتميز بالكثير من أشعة الشمس، وعدد أقل من الغيوم، وعدد كافٍ من الأقمار الصناعية، ورياح ليست قوية جدًا.

تحديد معلمات الطيران

باستخدام المعلومات حول التضاريس والطقس و GSD الذي يريده العميل، يمكنك تعيين معلمات الطيران مثل الارتفاع وسرعة الطيران والتداخلات. سيقدم بعض العملاء النسبة المئوية للتداخل التي يريدونها، ولكن يمكنك تحديد واحدة إذا لم يفعلوا ذلك.

دمج نقاط التحكم الأرضية (GCPs)

لضمان الدقة، تحتاج إلى إنشاء نقاط تحكم أرضية (GCPs) ووضع علامات واضحة عليها بحيث تكون مرئية في صور الطائرة بدون طيار. بينما تتميز الطائرات بدون طيار بالدقة بشكل عام، بفضل أنظمة GPS و RTK أو PPK، إلا أنها قد لا توفر بيانات دقيقة بما يكفي لأعمال المسح. لتحسين هذه الدقة، تحتاج إلى إنشاء GCPs باستخدام أجهزة عالية الدقة واستخدامها لربط صور الطائرة بدون طيار جغرافيًا. تشمل أفضل الممارسات الأخرى لوضع GCPs ما يلي؛

–        وزعها في جميع أنحاء المنطقة محل الاهتمام. تجنب تجميعها أو تداخلها.

–        ضع بعض نقاط التحكم الأرضية (GCPs) على طول الحواف وبعضها الآخر في المناطق المرتفعة لضمان الدقة الشاملة.

–        ضع نقاط التحكم الأرضية (GCPs) على أسطح مستقرة.

–        توفير عدد كافٍ من نقاط التحكم الأرضية (GCPs) (5 – 10 على الأقل في 1 كيلومتر مربع).

جمع البيانات

فحوصات ما قبل الطيران

أعد قائمة مرجعية بجميع العناصر التي تحتاجها واستخدمها للتحضير لكل رحلة طيران. قبل الطيران، يجب عليك أيضًا فحص الطائرات بدون طيار والبطاريات والحمولات والملحقات الأخرى بحثًا عن أي تلف. تحقق مما إذا كان لديك ما يكفي من أجهزة التخزين، وإذا كنت ستكون في مكان لا توجد به طاقة، فتأكد من أن لديك ما يكفي من البطاريات أو محطة شحن.

إجراء رحلات تجريبية

قم بإجراء بعض الرحلات التجريبية للتأكد من أن الطائرات بدون طيار تعمل بشكل صحيح وتحديد ما إذا كانت بحاجة إلى معايرة. يمكنك أيضًا جمع بيانات عينة ومعالجتها في الموقع لقياس الدقة.

التقاط البيانات

بمجرد أن يصبح كل شيء جاهزًا، يمكنك البدء في تنفيذ خطط الطيران لجمع البيانات. أثناء المسح، راقب أداء الطائرات بدون طيار، وابحث عن التغيرات في الطقس ودرجة الحرارة والارتفاع وكيف تستجيب لها.

فحوصات ما بعد الطيران

راجع البيانات المجمعة وتأكد من أنها كافية. إذا استطعت، قم بمعالجتها في الموقع، وقيّم المخرجات، وتحقق من وجود أي فجوات. إذا جمعت عددًا كبيرًا جدًا من الصور، فقد يستغرق الأمر ساعات للمعالجة، ولكن برامج مثل Metashape و Pix4D لديها خيار معالجة منخفض الدقة سيتم إنجازه بسرعة، مما يوفر لمحة سريعة عن المنطقة المحددة على الخريطة. سترغب في تجنب الوصول إلى المكتب وإدراك وجود فجوات وعليك العودة إلى الميدان لملء تلك الفجوات.

معالجة البيانات وتحليلها

بيانات الطائرات بدون طيار خام، وتفتقر إلى الهيكل، وغير قابلة للاستخدام بمفردها. لاستخلاص شيء مفيد منها، تحتاج إلى معالجتها.

برامج المعالجة

عند التخطيط، تختار الطائرة بدون طيار والحمولة والبرنامج المناسبين لإنتاج المخرجات الملائمة للمشروع الحالي. تتضمن أفضل البرامج التي يمكنك استخدامها لمعالجة بيانات الطائرات بدون طيار ما يلي؛

–        Pix4D – الأفضل لإنشاء الصور الجوية المتعامدة (orthomosaics)، والشبكات ثلاثية الأبعاد (3D meshes)، وسحب النقاط (point clouds). يدعم التخصيص ولديه أيضًا مجموعة من المنصات السحابية التي تسرع معالجة البيانات.

–        DroneDeploy—هذا برنامج معالجة ممتاز آخر يحتوي على مجموعة كاملة من الأدوات لمعالجة بيانات الطائرات بدون طيار. يعتمد DroneDeploy على السحابة أيضًا، مما يسرع برنامج المعالجة ويسمح بالتعاون وإعداد التقارير شبه الفورية أثناء جمع البيانات وتحميلها للمعالجة.

–        AgiSoft Meta Shape – يعمل بشكل أفضل لإعادة بناء النماذج ثلاثية الأبعاد وهو رائع أيضًا لإنتاج سحب النقاط والصور الجوية المتعامدة (orthomosaics).

–        ArcGIS Drone2Map—إذا كنت ترغب في إجراء المزيد من التحليل، فإن Drone2Map خيار جيد. يتكامل مع أدوات Esri مثل ArcGIS، مما يتيح لك إنتاج خرائط تغطية الأراضي، ونماذج الارتفاع الرقمية (DEMs)، والخطوط الكنتورية.

–        DJI Terra—تم تصميم هذا البرنامج لطائرات DJI بدون طيار. يسمح لك بتخطيط وتنفيذ رحلات الطائرات بدون طيار بسرعة وتصور النتائج. إذا قمت بجمع بيانات LiDAR باستخدام طائرة DJI بدون طيار، فإن DJI Terra هو الخيار الأفضل لإعادة بنائها قبل استخدام أي برنامج آخر للتحليل.

–        LiDar360 – هذا برنامج آخر لمعالجة بيانات LiDAR.

–        GlobalMapper – هذا برنامج آخر يمكنك استخدامه لتحليل بيانات الطائرات بدون طيار. تتيح لك النسخة الاحترافية أيضًا معالجة بيانات LiDAR.

تقنيات المعالجة

لكل برنامج عملية خاصة به، ولكن المخرجات التي تحصل عليها متشابهة تقريبًا. لذا، دعنا نناقش ما يجب أن تهدف إلى إنتاجه من بيانات الطائرات بدون طيار.

–        إنشاء الصور الجوية المتعامدة (Orthomosaic generation) – يتضمن ذلك تجميع الصور لإنتاج خريطة ثنائية الأبعاد. يمكن بعد ذلك استخدام هذه الخريطة للتخطيط أو فحص الموقع أو لتحديث الخرائط الطبوغرافية.

–        نماذج الارتفاع الرقمية (Digital Elevation Models)—تساعد هذه النماذج في توفير معلومات حول التضاريس وارتفاع المنطقة محل الاهتمام، والتي يمكن أن تكون مفيدة في تصميم البناء والتخطيط الحضري.

–        إنشاء سحابة النقاط (Point Cloud Generation) – يتضمن ذلك تحويل الإحداثيات ثلاثية الأبعاد إلى سحب نقطية كثيفة تشكل شكل الكائنات على الأرض. تساعد هذه في القياسات والحسابات الحجمية.

–        النمذجة ثلاثية الأبعاد (3D Modelling)—يمكن للطائرات بدون طيار أن تساعد في إنتاج نماذج ثلاثية الأبعاد مفصلة، والتي يمكن استخدامها كتوائم رقمية أو دمجها في نمذجة معلومات البناء (BIM).

أفضل الممارسات

فيما يلي بعض الأشياء التي يمكنك القيام بها لتحقيق أقصى استفادة من بياناتك.

–        حسّن عملية رسم الخرائط الخاصة بك لضمان تداخلات كافية وللتأكد من تغطية جميع المناطق.

–        تحقق من صحة البيانات المجمعة وقم بإزالة أي فجوات أو صور مشوهة أو أي صور بها مشكلات، حيث ستؤثر هذه على المخرجات الإجمالية.

–        استثمر في الأجهزة والبرامج عالية الجودة لتبسيط عملية جمع البيانات ومعالجتها.

–        استغل الأتمتة لتحقيق السرعة والكفاءة.

–        بعد المعالجة والتحليل، قم بتكييف المخرجات لتلبية احتياجات أصحاب المصلحة. تعد برامج مثل ArcGIS و GlobalMapper و QGIS جيدة للتصور.

الخاتمة

يتطلب جمع بيانات الطائرات بدون طيار ومعالجتها لتحويلها إلى مخرجات قابلة للاستخدام الكثير من الجهد، ولكنني بذلت قصارى جهدي لتجميع كل ذلك في هذا المنشور. تحتاج إلى الاستثمار في الطائرة بدون طيار والبرامج والمهارات المناسبة. يمكن لأي شخص تشغيل البرامج، ولكن معرفة ما يجب فعله بالنتائج التي تحصل عليها أمر مهم، لذا إذا لم تكن مساحًا أو مهندسًا بنفسك، فتعاون مع هؤلاء المحترفين لضمان أن البيانات التي تجمعها ذات معنى وقابلة للتنفيذ.