التصوير المساحي مقابل LiDAR للمسح الجوي

في عالم المسح، توجد عدة تقنيات لجمع البيانات. تعتمد التكنولوجيا التي تستخدمها بشكل كبير على الغرض الذي ستستخدم البيانات من أجله. فيما يتعلق بالمسح الجوي، تبرز تقنيتان كالأكثر استخدامًا وغالبًا الأكثر فعالية: التصوير المساحي (photogrammetry) و LiDAR.

لذا، لنفترض أن لديك مشروع مسح جوي باستخدام طائرة بدون طيار قادمًا وتتساءل أي من هذه التقنيات هو الأفضل للاستخدام. لقد وصلت إلى المكان الصحيح حيث سنقوم بتحليل ما تفعله كل طريقة وما هي أفضل استخداماتها.

ما هو التصوير المساحي (Photogrammetry)؟

يشير التصوير المساحي (Photogrammetry) إلى نشاط التقاط عدة صور من زوايا مختلفة وبتداخلات متفاوتة، ثم استخدام برامج متخصصة لإنشاء خرائط ثنائية الأبعاد، وصور أورثوموزاييك، ونماذج ثلاثية الأبعاد، ونماذج الارتفاع الرقمية (DEMs)، من بين مخرجات أخرى. لقد تم ممارسة التصوير المساحي لفترة طويلة باستخدام الطائرات المأهولة، ولكن اختراع أنظمة الطائرات بدون طيار (UAS) جعلها أكثر سهولة للصناعات التي لم تكن تستطيع تحمل تكلفتها من قبل.

ما هو LiDAR؟

LiDAR هو اختصار لـ Light Detection and Ranging (اكتشاف الضوء وتحديد المدى)، وهي تقنية تعتمد على أشعة الليزر لقياس المسافات. يتم توصيل حمولة LiDAR بنظام طائرة، وتقوم المرايا المتذبذبة بإرسال أشعة الليزر إلى الجسم الذي يحتاج إلى التقاطه على فترات محددة.

يقوم هذا النظام بعد ذلك بقياس المسافة التي يقطعها الشعاع بمجرد انعكاسه من الجسم. يولد LiDAR سحبًا نقطية تشكل الشكل الدقيق للجسم الملتقط. ومع ذلك، لا يعمل LiDAR بمفرده. لكي يكون فعالاً، يجب أن تكون أنظمة GPS أو GNSS موجودة، بالإضافة إلى وحدة قياس بالقصور الذاتي (IMU).

التصوير المساحي مقابل LiDAR: ما هي الاختلافات؟

الآن بعد أن عرفنا كيف تعمل كلتا التقنيتين، دعنا نقارنهما بناءً على العوامل التي يجب مراعاتها عند اختيار طريقة المسح الجوي.

الدقة

بشكل عام، بيانات LiDAR أكثر دقة من التصوير المساحي، وينبع الاختلاف من كيفية جمع البيانات. بالنسبة للتصوير المساحي، نعتمد على الكاميرات لالتقاط الصور. ومع ذلك، من الممكن جمع بيانات غير دقيقة في الظروف الغائمة، أو الإضاءة السيئة، أو المناطق ذات الغطاء النباتي الكثيف جدًا. 

تؤثر الحمولة المستخدمة أيضًا على دقة البيانات المجمعة. ستكون الحمولات الاحترافية ذات المصاريع الميكانيكية، مثل تلك الموجودة في DJI Mavic 3 Enterprise، نقطة انطلاق ممتازة إذا كنت تريد بيانات تصوير مساحي دقيقة. بينما يمكنك استخدام أنظمة PPK و RTK لتحسين دقة بيانات التصوير المساحي، فإن العوامل المذكورة سابقًا لا تزال سارية.

من ناحية أخرى، نظرًا لأن LiDAR يعتمد على إرسال النبضات، فإن البيانات التي تحصل عليها منه تميل إلى أن تكون أكثر دقة. هذا لأن هذه النبضات ستمر عبر السحب وحتى الغطاء النباتي الكثيف. ومع ذلك، لا تمر هذه النبضات عبر الأجسام الصلبة، لذا إذا لم يتمكن الضوء من المرور، فلن تكون أنظمة LiDAR فعالة.

التغطية

تعتمد مساحة الأرض التي يمكن لأي من هذين النظامين تغطيتها على المنصة التي تستخدمها. في بعض الحالات، يمكن للتصوير المساحي تغطية مساحة أكبر، خاصة عند استخدام طائرات بدون طيار ثابتة الجناحين، أو VTOL، أو eVTOL التي يمكنها الطيران على ارتفاعات أعلى ولفترات أطول. يمكنك تغطية مساحة أكبر باستخدام LiDAR عند الطيران على ارتفاعات أعلى نظرًا لأن LiDAR يتمتع أحيانًا بمجال رؤية أوسع، ولكن قد يؤثر ذلك على جودة البيانات المجمعة.

للحصول على أعلى دقة لبيانات LiDAR، يُنصح بالطيران ببطء وعلى ارتفاعات منخفضة، لتغطية مساحة أقل في كل مرة. بالإضافة إلى ذلك، يجب عليك أيضًا مراعاة المنطقة التي تحلق فيها. في أوروبا، على سبيل المثال، أقصى ارتفاع يمكنك الطيران فيه في الفئة المفتوحة هو 120 مترًا، وسيتطلب الطيران على ارتفاع أعلى ترخيصًا أو موافقة خاصة.

لتغطية مساحة أكبر لكلتا التقنيتين، يمكنك استخدام عدة طائرات بدون طيار مع تخطيط أسطول مناسب حتى لا تتصادم مع بعضها البعض. في المستقبل، قد تصبح أسراب الطائرات بدون طيار هي القاعدة حيث يمكنك التحكم في عدة طائرات بدون طيار للمسح أو أي نشاط آخر من مركز واحد.

سهولة الاستخدام

يتمتع التصوير المساحي بتجربة مستخدم أكثر سلاسة. طالما أن لديك المستشعر الصحيح وتتبع الخطوات المناسبة في إعداد وجمع البيانات، فإن برامج مثل Agisoft أو Pix4D أو DroneDeploy ستقوم بمعالجة البيانات لك وتقدم لك مخرجات قابلة للاستخدام. من ناحية أخرى، فإن LiDAR أكثر تعقيدًا ويتطلب المزيد من الخبرة للتعامل معه.

المخرجات

يمكن أن تساعد المخرجات التي تحصل عليها أيضًا في تحديد التقنية التي يجب استخدامها. باستخدام التصوير المساحي، يمكنك الحصول على صور أورثوموزاييك واضحة ونماذج ثلاثية الأبعاد، مما يجعلها مثالية لعرض الميزات الخارجية مثل المباني أو المناطق المتضررة من الكوارث. يخرج LiDAR سحبًا نقطية كثيفة تظهر الكائنات الملتقطة. بينما يمكنك تلوينها لفهمها بشكل أفضل، قد تكون النتيجة ذات دقة أقل من تلك الناتجة عن التصوير المساحي. ومع ذلك، فإن هذه السحب النقطية جيدة جدًا في تصوير التضاريس أو إظهار السطح الفعلي للكائن.

سرعة المعالجة

تستغرق معالجة بيانات التصوير المساحي أحيانًا وقتًا طويلاً، خاصة عند المعالجة على جهاز كمبيوتر مكتبي. تستغرق معالجة 100 فدان (40.5 هكتار) باستخدام جهاز كمبيوتر بذاكرة وصول عشوائي (RAM) 8 جيجابايت وذاكرة قراءة فقط (ROM) 1 تيرابايت أسبوعًا لإكمالها. نفس المعالجة باستخدام ذاكرة وصول عشوائي (RAM) 64 جيجابايت، استغرقت بضع ساعات فقط. تحتاج إلى قوة معالجة عالية للحصول على المخرجات في بضع ساعات. من ناحية أخرى، فإن LiDAR أسرع حيث يمكنك الحصول على السحابة النقطية ثلاثية الأبعاد بمجرد هبوط الطائرة بدون طيار للمشاريع الصغيرة، على الرغم من أن المشاريع الكبيرة قد تستغرق بعض الوقت للمعالجة.

التكلفة

بينما أصبح من الممكن صنع حمولات أصغر لاستخدامها على الطائرات بدون طيار، إلا أن هذه الأنظمة لا تزال باهظة الثمن. إذا كنت تبحث عن طريقة أرخص لجمع البيانات، فإن التصوير المساحي أرخص نسبيًا من LiDAR. طالما أن الطائرة بدون طيار التي لديك تحتوي على كاميرا، فمن الممكن استخدامها للتصوير المساحي. ومع ذلك، يتطلب العمل الاحترافي مستشعرات عالية الجودة ليست رخيصة ولكنها لا تزال ميسورة التكلفة أكثر من LiDAR.

التطبيقات

بناءً على كيفية عملهما ونقاط قوتهما وضعفهما، فيما يلي أفضل التطبيقات لكل منهما؛

–        التصوير المساحي – يعمل التصوير المساحي بشكل أفضل لإنشاء صور أورثوموزاييك ثنائية الأبعاد، ونماذج الارتفاع الرقمية (DEMs)، ونماذج ثلاثية الأبعاد للمناطق ذات الغطاء النباتي القليل أو المعدوم أو أي شيء قد يحجب الكاميرا. ستكون هذه التقنية مثالية إذا كنت ترغب في تصور مشروع معماري أو مراقبة تغير الغطاء النباتي.

–        LiDAR – نظرًا لقدرته على اختراق الغطاء النباتي، يعمل LiDAR بشكل أفضل لإدارة الغابات، ورسم خرائط الغطاء النباتي، ورسم خرائط التضاريس، ورسم خرائط البنية التحتية، وفحص الأصول مثل الطرق، وأبراج الاتصالات الخلوية، وممرات المرافق.

التقدم التكنولوجي

منذ أن تمكن الإنسان من التحليق في السماء بالطائرات، كانت الصناعات المختلفة تفكر في كيفية مساعدة أنظمة الطائرات لها. إحدى هذه الصناعات هي صناعة المسح.

بالانتقال سريعًا إلى إدخال الطائرات بدون طيار، تمكن المهندسون من جعل حمولات التصوير المساحي و LiDAR صغيرة بما يكفي لتناسب الطائرات بدون طيار. التكنولوجيا التي كانت تستخدم في السابق في الجيش فقط أصبحت الآن متاحة للمستخدمين من الشركات والمستهلكين. إن التطورات التكنولوجية الإضافية، مثل الذكاء الاصطناعي (AI) وشبكات الجيل الخامس (5G)، تجعل من الممكن أتمتة سير عمل المسح والمعالجة، مما يقلل الوقت مع تعزيز الدقة.

من خلال التعلم الآلي، من الممكن تدريب نموذج لاكتشاف كائنات معينة على الخريطة أو في بث مباشر، مثل المباني أو الأشخاص أو الحيوانات. يعمل هذا بشكل جيد للمراقبة، والزراعة الدقيقة، والرصد، واكتشاف التغيرات في التضاريس، أو إنشاء عرض رقمي أكثر وضوحًا للبيانات الناتجة عن عملية المسح الجوي.

تتيح لك خدمات مثل One3D.ai جمع الصور وتحميلها إلى السحابة للمعالجة في الوقت الفعلي، وهو ما يكون أكثر كفاءة مع شبكات الجيل الخامس (5G). بالإضافة إلى جمع البيانات، يستخدم LiDAR أيضًا في أنظمة الطائرات بدون طيار (UAS) لاكتشاف وتجنب العوائق، ويعمل بشكل أفضل من الأنظمة القائمة على الأشعة تحت الحمراء.

أفكار ختامية

وهكذا، لديك كل المعلومات. يتمتع كل من التصوير المساحي و LiDAR بمزاياهما وعيوبهما. يجب أن يعتمد اختيارك على المشروع، والمنطقة التي ستقوم بمسحها، والمخرجات المطلوبة، وميزانيتك. إذا أمكن، يمكنك الجمع بينهما لأنهما يقدمان رؤى فريدة.