الطائرات بدون طيار وتقنية الليدار-تطبيقات متقدمة في علم الجيوماتكس وهندسة المعلومات

يساهم استخدام UAVs المجهزة بـ LiDAR في الوصول إلى مناطق يصعب على الإنسان أو الوسائل التقليدية بلوغها، مثل الغابات الكثيفة، والمناطق الجبلية، والمواقع الأثرية. كما تُستخدم هذه التقنية في إدارة الموارد الطبيعية، والهندسة المدنية، والتخطيط العمراني، وكذلك في رصد المخاطر الجيولوجية كالتصدعات والانهيارات الأرضية.

يتميز هذا النظام بالكفاءة العالية في جمع كميات كبيرة من البيانات خلال فترات قصيرة، مع دقة عالية في تحديد المواقع والارتفاعات. كما تسهل البرامج المرافقة تحليل هذه البيانات وتحويلها إلى خرائط رقمية ونماذج مكانية دقيقة، مما يسهم في تحسين عمليات التخطيط واتخاذ القرار في مشاريع البنية التحتية والبيئة والمسح الطبوغرافي.

1.تعريف الطائرات بدون طيار مع LiDAR

الطائرات بدون طيار (Unmanned Aerial Vehicles - UAVs) هي أنظمة طيران لا تحتاج إلى طيار بشري على متنها، بل تُدار إما بشكل ذاتي من خلال أنظمة ملاحية مبرمجة مسبقًا، أو يتم توجيهها عن بُعد باستخدام أجهزة تحكم أرضية. وتتميّز هذه المركبات بمرونتها العالية في تنفيذ مهام متعددة، خاصة في البيئات التي يصعب على الإنسان الوصول إليها أو التي تتطلب تكرارًا في عمليات المسح والمراقبة.

أما تقنية الليدار، وهي اختصار لـ Light Detection and Ranging، فهي تقنية استشعار عن بعد تعتمد على إرسال نبضات ليزرية نحو هدف معين، ثم قياس الزمن الذي تستغرقه هذه النبضات للانعكاس والعودة إلى المستشعر. ومن خلال تحليل هذا الزمن بدقة عالية، يمكن حساب المسافة بين المستشعر والهدف بدقة تصل إلى بضعة سنتيمترات، مما يسمح بإنتاج نماذج رقمية ثلاثية الأبعاد دقيقة للغاية لسطح الأرض أو أي كائن يتم مسحه.

عند دمج الطائرات المسيرة مع أنظمة الليدار، تتكوّن منصة مسح متقدمة ومتنقلة قادرة على جمع بيانات مكانية وجغرافية دقيقة من ارتفاعات منخفضة، مع مرونة أكبر وسرعة تنفيذ أعلى مقارنةً بالوسائل التقليدية كالمسح الأرضي أو الطائرات المأهولة. وتُستخدم هذه الأنظمة في مجموعة واسعة من التطبيقات تشمل رسم الخرائط الطبوغرافية، دراسة الغطاء النباتي، النمذجة ثلاثية الأبعاد للمدن، مراقبة التغيرات البيئية، إدارة الموارد الطبيعية، والبحث الأثري في المواقع الوعرة أو المغطاة بالغابات الكثيفة.

إن الجمع بين UAV وLiDAR أحدث ثورة في مجال الجيوماتكس وهندسة المعلومات، حيث أتاح حلولاً عالية الدقة بتكلفة أقل وزمن تنفيذ أسرع، مما يعزز من قدرة الباحثين والمهندسين على تحليل وفهم البيئات الطبيعية والعمرانية بطريقة أكثر فعالية.

2.التطور التاريخي

يمثل دمج تقنية الليدار مع الطائرات بدون طيار علامة بارزة في تطور كلا المجالين. يمكن تقسيم التطور التاريخي للطائرات بدون طيار المزودة بتقنية الليدار إلى عدة مراحل رئيسية:

1. التجريب المبكر (التسعينيات - العقد الأول من القرن الحادي والعشرين):

• يمكن إرجاع جذور الطائرات بدون طيار المجهزة بتقنية الليدار إلى التسعينيات عندما بدأت تكنولوجيا الطائرات بدون طيار تكتسب زخماً.

• بدأ الباحثون والباحثون الأوائل في تجربة أجهزة استشعار LiDAR على منصات الطائرات المسيرة ، وذلك للأغراض العسكرية والبحثية في المقام الأول.

• واجهت هذه المحاولات المبكرة تحديات تتعلق بحجم ووزن أجهزة استشعار LiDAR، فضلاً عن القدرات المحدودة للطائرات بدون طيار.

2. التطورات في التصغير (2000 - 2010):

• شهد العقد الأول من القرن الحادي والعشرين تطورات كبيرة في تصغير مستشعر LiDAR وتحسينات في تكنولوجيا الطائرات بدون طيار.

• أصبحت أجهزة استشعار الليدار أصغر حجمًا وأخف وزنًا متاحة، مما جعل من الممكن تركيبها على الطائرات المسيرة.

• بدأت التطبيقات التجارية في الظهور، مثل إدارة الغابات، ومسح الأراضي، وتفتيش البنية التحتية.

3. توسع السوق (2010 - الوقت الحاضر):

• شهد العقد الأول من القرن الحادي والعشرين فترة من النمو السريع للطائرات بدون طيار المجهزة بتقنية LiDAR. أصبح الوصول إلى التكنولوجيا أكثر سهولة، حيث تقدم العديد من الشركات حلولاً متكاملة. توسعت التطبيقات لتشمل الزراعة، و علم الآثار، والرصد البيئي، وإدارة الكوارث. تم إنشاء أطر تنظيمية لتنظيم استخدام الطائرات المسيرة في مختلف الصناعات.

3.المؤسسون والرواد: الطائرات بدون طيار وتقنية الليدار

في حين أن تطوير الطائرات بدون طيار وتقنية LiDAR تضمن التعاون بين العديد من الباحثين والمبتكرين، فقد لعب العديد من الأفراد والمنظمات الرئيسية أدوارًا محورية في تشكيل هذا المجال:

1. شركة فيلودين ليدار Velodyne Lidar, Inc. :

 أسسها ديفيد هول Dr. Michael R. James في عام 2007، وأصبحت شركة Velodyne Lidar, Inc. لاعباً بارزاً في تكنولوجيا LiDAR.

 ساهم تطوير "فيلودين" لأجهزة استشعار "ليدار" ذات الحالة الصلبة بشكل كبير في تصغير تقنية "ليدار" والقدرة على تحمل تكاليفها، مما أتاح تكاملها مع الطائرات بدون طيار.

2. د. مايكل ر. جيمس Dr. Michael R. James::

•دكتور. قدم جيمس، الأستاذ في جامعة كاليفورنيا، ريفرسايد، مساهمات كبيرة في تطوير الطائرات المسيرة المجهزة بتقنية الليدار.

 مهدت أبحاثه حول الليدار المستندة إلى الطائرات بدون طيار لتطبيقات الزراعة والغابات الدقيقة الطريق لاعتماد هذه التكنولوجيا على نطاق واسع.

3. الباحثون والمبتكرون:

• مختلف الباحثين أمثال د. راميش سيفانبيلاي Dr. Ramesh Sivanpillai ، د. أيمن حبيب  Dr. Ayman Habib ، و د. قدم يورج أرندت  Dr. Joerg Arndt  مساهمات كبيرة في تطوير أنظمة UAV-LiDAR.

• ركز عملهم على تحسين خوارزميات معالجة بيانات الليدار، وتحسين تكامل أجهزة الاستشعار، وتوسيع مجالات التطبيق.

4.الشركات الرائدة في مجال الطائرات بدون طيار وتقنية LiDAR 

وفي مجال الطائرات المسيرة المجهزة بتقنية LiDAR، برزت العديد من الشركات كقادة تقدم حلولاً متطورة لمختلف الصناعات. فيما يلي بعض الشركات البارزة في هذا المجال اعتبارًا من آخر تحديث لمعلوماتي في سبتمبر 2021:

1. شركة فيلودين ليدار:

 تعد "فيلودين ليدار" شركة رائدة في مجال تقنية "ليدار"، المعروفة بمساهماتها في تصغير أجهزة استشعار "ليدار" والقدرة على تحمل تكاليفها. تم استخدام مستشعرات LiDAR ذات الحالة الصلبة الخاصة بالشركة في تطبيقات الطائرات بدون طيار لرسم الخرائط والملاحة الذاتية والمزيد.

2. ريجل  RIEGL :

 تعتبر شركة RIEGL مزودًا راسخًا لأجهزة استشعار وأنظمة LiDAR، بما في ذلك حلول الطائرات المسيرة . تستخدم أنظمة UAV LiDAR الخاصة بهم على نطاق واسع لتطبيقات مثل الغابات والتعدين والمسح.

3. تيليدين أوبتيك:Teledyne Optech

 تقدم Teledyne Optech أنظمة الليدار مناسبة لتكامل الطائرات بدون طيار. إنها توفر حلول LiDAR بمجموعة من المواصفات، مما يجعلها قابلة للتكيف مع مشاريع المسح الجوي ورسم الخرائط المختلفة.

4. المسح الأصفر:YellowScan

 شركة YellowScan متخصصة في حلول LiDAR للطائرات بدون طيار وتوفر أنظمة متكاملة مصممة لتطبيقات مثل الزراعة والتعدين ومراقبة البيئة.

5. أنظمة فينيكس ليدار: Phoenix LiDAR Systems 

 تركز شركة Phoenix LiDAR Systems على تقنية الليدار للطائرات بدون طيار، حيث توفر أجهزة استشعار الليدار خفيفة الوزن وعالية الأداء للتطبيقات في مجالات الغابات والبناء وفحص البنية التحتية.

6. لايكا جيوسيستمز:Leica Geosystems

•توفر Leica Geosystems، وهي جزء من شركة Hexagon، أنظمة LiDAR مناسبة للطائرات بدون طيار، والتي تستخدم على نطاق واسع في تطبيقات مثل مسح الأراضي والبناء وتوثيق المواقع الأثرية.

7. تكنولوجيا هيساي:Hesai Technology

 تشتهر شركة Hesai Technology بأجهزة استشعار وأنظمة LiDAR، والتي تتضمن خيارات لتكامل الطائرات بدون طيار. تستخدم حلول LiDAR هذه في مجالات مثل المركبات ذاتية القيادة ورسم الخرائط الطبوغرافية.

8. دراجة بدون طيار:Velos UAV

•شركة Velos UAV متخصصة في توفير طائرات بدون طيار مجهزة بتقنية LiDAR ومصممة لمهام رسم الخرائط والمسح. أنها توفر حلول UAV-LiDAR كاملة لمختلف الصناعات.

9. المسح الأصفر:

 YellowScan هي شركة تركز على حلول الليدار للطائرات بدون طيار، حيث توفر أنظمة متكاملة مصممة لتطبيقات مثل الزراعة والتعدين ومراقبة البيئة.

10. ديلاير:

 تقدم شركة Delair طائرات بدون طيار ثابتة الجناحين مزودة بتقنية LiDAR لتطبيقات رسم الخرائط والمسح بعيدة المدى وعالية الدقة في قطاعات مثل التعدين والزراعة والغابات.

وقد قدمت هذه الشركات مساهمات كبيرة في تطوير تقنية LiDAR عند دمجها مع الطائرات المسيرة . ضع في اعتبارك أن الصناعة تتطور بسرعة، وربما ظهر لاعبون جدد منذ آخر تحديث لي. من الضروري البحث عن أحدث التطورات والعروض في هذا المجال عند التفكير في حلول UAV-LiDAR لمشاريع أو تطبيقات محددة.

خاتمة

في السنوات الأخيرة، شهد العالم قفزة نوعية في استخدام الطائرات بدون طيار وتقنية الليدار، خاصة في مجالات علم الجيوماتكس وهندسة المعلومات. هذه التقنية المزدوجة جمعت بين دقة جمع البيانات المكانية من الليدار (LiDAR) وقدرة الطائرات بدون طيار على الوصول إلى أماكن يصعب على الإنسان أو الأجهزة الأرضية بلوغها. من خلال الدمج بينهما، أصبح من الممكن إنتاج خرائط ثلاثية الأبعاد عالية الدقة، وتحليل التضاريس، ومراقبة التغيرات البيئية بشكل مستمر ودقيق.

تلعب الطائرات بدون طيار وتقنية الليدار دورًا محوريًا في المسح الجغرافي، إذ يمكن استخدامها لرسم خرائط المناطق الوعرة، والغابات الكثيفة، والمواقع الأثرية، مما يتيح للباحثين والمهندسين الحصول على بيانات ميدانية بسرعة وكفاءة عالية. كما أن هذه التقنية أصبحت أداة أساسية في مشاريع البنية التحتية، مثل تصميم الطرق والجسور، ورصد التغيرات في المباني والمنشآت.

في مجال إدارة الموارد الطبيعية، ساهمت الطائرات المسيرة وتقنية الليدار في مراقبة الغابات، حساب كثافة الأشجار، ورصد مناطق إزالة الغابات أو تدهورها. كما تلعب دورًا مهمًا في الدراسات الساحلية من خلال تحليل تغيرات الشواطئ، والتنبؤ بمناطق التآكل أو الفيضانات.

من الناحية التقنية، تعتمد الطائرات المسيرة وتقنية الليدار على أجهزة استشعار متطورة ترسل نبضات ليزرية باتجاه الأرض، وتقيس الوقت الذي تستغرقه هذه النبضات للعودة، مما ينتج عنه نموذج ارتفاعات دقيق للغاية. هذه البيانات يمكن دمجها مع نظم المعلومات الجغرافية (GIS) للحصول على تحليلات معمقة تدعم اتخاذ القرارات في التخطيط العمراني، الزراعة الدقيقة، وحتى في عمليات الإنقاذ والإغاثة بعد الكوارث الطبيعية.

بشكل عام، يمثل دمج الطائرات بدون طيار وتقنية الليدار ثورة في عالم جمع وتحليل البيانات المكانية، إذ يفتح آفاقًا جديدة للبحث العلمي، ويسهم في تحسين إدارة الموارد، وحماية البيئة، ودعم التنمية المستدامة. هذه التقنية ستظل في نمو مستمر مع تطور قدرات الطائرات وأجهزة الاستشعار، مما يعزز قيمتها في المستقبل.

اقرا المزيد مقالات تكميلية