تقنية الليدار LiDAR واستخداماتها الجغرافية قياس سطح الأرض وتحليل الظواهر المكانية
أهلا بمتابعي الجغرافي العربي ، الموقع المتخصص في الجغرافيا ونظم المعلومات الجغرافية والاستشعار عن بعد.
شهدت تقنيات جمع البيانات الجغرافية خلال العقود الأخيرة تطورًا كبيرًا غيّر كثيرًا من الطرق التقليدية المستخدمة في قياس سطح الأرض ودراسة الظواهر الطبيعية والبشرية. ولم تعد المعلومات المكانية تعتمد فقط على الخرائط التقليدية أو الرفع المساحي الميداني أو الصور الجوية، بل أصبح من الممكن الحصول على كميات هائلة من البيانات الدقيقة عن سطح الأرض من خلال تقنيات الاستشعار الحديثة.
ومن بين هذه التقنيات تبرز تقنية الليدار LiDAR باعتبارها واحدة من أهم تقنيات جمع البيانات ثلاثية الأبعاد، لما توفره من قدرة على قياس الارتفاعات وتفاصيل سطح الأرض بدقة عالية، وإنتاج نماذج رقمية يمكن توظيفها في العديد من الدراسات الجغرافية والمساحية والبيئية والعمرانية.
وقد أصبحت بيانات الليدار ذات أهمية خاصة في مجال نظم المعلومات الجغرافية GIS، لأنها لا تقدم مجرد صورة للمكان، وإنما توفر مجموعة ضخمة من النقاط ذات الإحداثيات والارتفاعات، يمكن تحليلها وإعادة تنظيمها واستخدامها في إنتاج نماذج رقمية لسطح الأرض.
ما تقنية الليدار LiDAR؟
كلمة LiDAR هي اختصار لعبارة:
Light Detection and Ranging
وتعني الكشف وتحديد المدى باستخدام الضوء.
وتقوم فكرة التقنية على إرسال نبضات ضوئية، غالبًا في نطاق الأشعة تحت الحمراء، نحو سطح الأرض أو الأجسام الموجودة عليه، ثم قياس الزمن الذي تستغرقه النبضة في الوصول إلى الهدف والعودة مرة أخرى إلى جهاز الاستقبال.
وبمعرفة سرعة الضوء والزمن المستغرق في رحلة النبضة يمكن حساب المسافة بين جهاز الليدار والهدف.
وعند تكرار العملية آلاف أو ملايين المرات، تتكون مجموعة ضخمة من القياسات التي يمكن تحويلها إلى نقاط ثلاثية الأبعاد تمثل سطح الأرض والعناصر الموجودة فوقه.
وهنا تكمن إحدى أهم خصائص الليدار؛ فهو لا يكتفي بتسجيل موقع الظاهرة، وإنما يتيح الحصول على معلومات دقيقة عن ارتفاعها وشكلها الهندسي.
كيف تعمل تقنية الليدار؟
يمكن تبسيط طريقة عمل الليدار في مجموعة من المراحل المتتابعة.
في البداية يقوم الجهاز بإرسال نبضة ضوئية باتجاه سطح الأرض أو الهدف المراد قياسه.
تتحرك النبضة بسرعة كبيرة حتى تصل إلى السطح أو الجسم الموجود أمامها، ثم ينعكس جزء من الطاقة باتجاه جهاز الاستقبال.
يقيس الجهاز الزمن بين إرسال النبضة واستقبال انعكاسها، ومن خلال هذه المعلومة يمكن تحديد المسافة.
وفي الوقت نفسه يتم تسجيل الموقع الجغرافي للجهاز واتجاه النبضة، ومن خلال دمج هذه المعلومات يمكن تحديد الإحداثيات ثلاثية الأبعاد للنقطة المقاسة.
وعندما تتكرر هذه العملية بصورة متتابعة وسريعة جدًا، ينتج ما يعرف باسم سحابة النقاط Point Cloud.
ويمكن تخيل سحابة النقاط على أنها ملايين النقاط الصغيرة التي تمثل الأشياء الموجودة في المشهد؛ الأشجار، والمباني، والأرض، والطرق، والمنشآت وغيرها.
ما المقصود بسحابة النقاط Point Cloud؟
تعد سحابة النقاط من أهم مخرجات الليدار.
وهي عبارة عن مجموعة ضخمة من النقاط ثلاثية الأبعاد، تحتوي كل نقطة منها عادةً على إحداثياتها المكانية، إضافة إلى الارتفاع، وقد تتضمن بيانات أخرى مثل شدة الانعكاس أو معلومات مرتبطة بالنبضة المرتدة.
وعند عرض هذه النقاط باستخدام برامج متخصصة تظهر البيئة في صورة ثلاثية الأبعاد.
وهنا يستطيع الباحث الانتقال من مجرد قراءة الخريطة ثنائية الأبعاد إلى دراسة المشهد المكاني في ثلاثة أبعاد.
فبدلًا من تمثيل مبنى على الخريطة بمضلع فقط، يمكن معرفة ارتفاعه وشكله وحجمه التقريبي.
وبدلًا من تمثيل التضاريس بخطوط كنتور فقط، يمكن إنشاء نموذج رقمي متكامل لسطح الأرض.
ما الفرق بين الليدار والتصوير الجوي؟
قد يبدو الليدار قريبًا من التصوير الجوي، خصوصًا عندما يتم استخدام الطائرات في جمع البيانات، لكن هناك اختلافًا أساسيًا بين التقنيتين.
التصوير الجوي يعتمد على تسجيل الضوء المنعكس عن سطح الأرض في صورة، بينما يعتمد الليدار على إرسال نبضات ضوئية وقياس زمن عودتها.
وبالتالي فإن الصورة الجوية تقدم معلومات غنية عن اللون والملمس والمظهر البصري للظواهر، في حين يتميز الليدار بقدرته على تقديم معلومات دقيقة عن الارتفاع والبنية ثلاثية الأبعاد.
ولهذا لا يعني استخدام الليدار الاستغناء عن الصور الجوية أو صور الأقمار الصناعية؛ ففي كثير من التطبيقات تكون الاستفادة الأكبر من دمج مصادر البيانات المختلفة.
فقد يستخدم الباحث الصورة الجوية لمعرفة نوع الغطاء الأرضي، بينما يستخدم بيانات الليدار لمعرفة ارتفاع الأشجار أو المباني وشكل سطح الأرض.
أنواع الليدار
يمكن تصنيف تقنيات الليدار وفق المنصة التي تحمل جهاز القياس.
1. الليدار الجوي Airborne LiDAR
يتم تركيب الجهاز على طائرة أو طائرة مروحية، وقد يستخدم في مسح مساحات واسعة من سطح الأرض.
ويعد من أهم الأنواع المستخدمة في الدراسات الجغرافية والإقليمية، خاصة عند الحاجة إلى إنشاء نماذج ارتفاعات دقيقة لمساحات كبيرة.
ومن تطبيقاته دراسة التضاريس، والغابات، والمناطق الساحلية، وشبكات الأنهار، والمناطق العمرانية.
2. الليدار المحمول جوًا بواسطة الطائرات المسيرة
مع انتشار الطائرات المسيرة أصبحت إمكانية استخدام الليدار في المساحات الصغيرة والمتوسطة أكثر سهولة.
ويمكن للطائرة المسيرة حمل جهاز ليدار خفيف الوزن، ثم الطيران فوق المنطقة المستهدفة وجمع عدد كبير من النقاط.
ويتميز هذا الأسلوب بإمكانية الحصول على بيانات عالية التفاصيل في مناطق يصعب أو يستغرق وقتًا طويلًا مسحها بالطرق التقليدية.
ولهذا أصبح مفيدًا في المواقع الأثرية، والمناطق العمرانية، والمحاجر، ومواقع الإنشاء، ومجاري الأودية وغيرها.
3. الليدار الأرضي Terrestrial LiDAR
يتم تثبيت الجهاز على الأرض أو على منصة مساحية، ويستخدم للحصول على بيانات ثلاثية الأبعاد شديدة التفصيل للأجسام والمواقع القريبة.
ويستخدم في المسح الهندسي والمعماري، وتوثيق المباني والمنشآت، ودراسة المنحدرات والواجهات الصخرية، وتوثيق المواقع الأثرية.
4. الليدار المحمول على المركبات Mobile LiDAR
في هذا النوع يتم تركيب جهاز الليدار على سيارة أو مركبة متحركة.
وأثناء تحرك المركبة يقوم الجهاز بجمع نقاط ثلاثية الأبعاد للطرق والمباني والأرصفة والأشجار والعناصر المحيطة بالطريق.
ويعد هذا النوع مفيدًا جدًا في تطبيقات النقل والمدن الذكية وإدارة الطرق.
الليدار ونظم المعلومات الجغرافية
توجد علاقة قوية بين الليدار ونظم المعلومات الجغرافية.
فبيانات الليدار في حد ذاتها عبارة عن بيانات مكانية، ولكن القيمة الحقيقية تظهر عندما يتم تنظيمها وتحليلها داخل بيئة نظم المعلومات الجغرافية.
ويمكن استخدام بيانات الليدار لإنتاج مجموعة من الطبقات والنماذج الجغرافية، مثل:
- نموذج الارتفاع الرقمي DEM.
- نموذج سطح الأرض DSM.
- نموذج التضاريس DTM.
- خطوط الكنتور.
- خرائط الانحدار.
- خرائط اتجاهات الانحدار.
- نماذج ثلاثية الأبعاد.
- شبكات تصريف المياه.
- نماذج الرؤية Visibility.
- خرائط ارتفاع المباني.
- خرائط الغطاء النباتي والارتفاعات.
وبذلك يتحول الليدار من مجرد تقنية لجمع البيانات إلى مصدر مهم لبناء قاعدة بيانات مكانية متقدمة.
الفرق بين DEM وDSM وDTM
من أكثر الموضوعات المرتبطة ببيانات الليدار أهمية بالنسبة لطلاب الجغرافيا ونظم المعلومات الجغرافية التمييز بين نماذج الارتفاع المختلفة.
نموذج الارتفاع الرقمي DEM
يستخدم المصطلح بصورة عامة للإشارة إلى تمثيل رقمي للارتفاعات، وقد تختلف دلالته التفصيلية من برنامج إلى آخر أو من مشروع إلى آخر.
نموذج سطح الأرض DSM
يمثل الارتفاعات كما تظهر على السطح، بما في ذلك العناصر الموجودة فوق سطح الأرض، مثل المباني والأشجار والمنشآت.
فعندما تمر نبضة ليدار على سطح مبنى، يمكن أن تسجل ارتفاع سطح المبنى ضمن النموذج.
نموذج التضاريس DTM
يركز على شكل سطح الأرض نفسه، بعد معالجة العناصر الموجودة فوق الأرض واستبعادها أو فصلها.
وهذا النموذج مهم جدًا في الدراسات التضاريسية والهيدرولوجية وتحليل الانحدارات ومسارات الجريان.
استخدام الليدار في رسم التضاريس
من أبرز الاستخدامات الجغرافية لليدار إنتاج نماذج شديدة الدقة للتضاريس.
فبدلًا من الاعتماد فقط على خطوط الكنتور التقليدية، يستطيع الباحث إنشاء نموذج رقمي متصل لسطح الأرض.
ومن هذا النموذج يمكن استخراج الارتفاعات والانحدارات واتجاهاتها، وتحليل الأحواض ومجاري التصريف، ودراسة أشكال سطح الأرض.
وتبرز أهمية ذلك في المناطق التي تتميز بتعقيد تضاريسي كبير، مثل المناطق الجبلية والأودية والمناطق ذات المنحدرات الحادة.
كما يمكن استخدام بيانات الليدار في اكتشاف تفاصيل تضاريسية قد لا تكون واضحة في الصور الجوية التقليدية.
الليدار ودراسة الأودية وشبكات التصريف
تعد الدراسات الهيدرولوجية من المجالات التي تستفيد بصورة كبيرة من نماذج الارتفاع عالية الدقة.
فعندما يتوافر نموذج دقيق لسطح الأرض يمكن تحديد اتجاهات الانحدار ومسارات الجريان المحتملة، واستخراج شبكة التصريف والأحواض المائية.
ويمكن استخدام هذه المعلومات في دراسة أخطار السيول، وتحديد المناطق المنخفضة، وتحليل مسارات المياه، وتقدير المناطق التي قد تتعرض لتجمع المياه.
كما يمكن مقارنة النماذج التضاريسية مع بيانات الأمطار والخرائط الجيولوجية واستخدامها في بناء نماذج مكانية أكثر شمولًا للمخاطر الطبيعية.
الليدار ودراسة الفيضانات والسيول
تحتاج نمذجة الفيضانات والسيول إلى بيانات دقيقة عن ارتفاع سطح الأرض.
وأي خطأ في نموذج الارتفاع يمكن أن يؤثر في نتائج تحديد اتجاهات حركة المياه والمناطق المحتمل تعرضها للغمر.
وهنا يوفر الليدار ميزة مهمة تتمثل في إنتاج نماذج ارتفاع عالية الدقة يمكن استخدامها كأساس للنمذجة الهيدرولوجية.
ويمكن من خلال دمج بيانات الليدار مع بيانات الأمطار وشبكات التصريف واستخدامات الأرض أن يتم بناء نماذج مكانية تساعد في تحديد المناطق الأكثر تعرضًا لمخاطر السيول والفيضانات.
وهذا يجعل الليدار أداة مهمة في الجغرافيا التطبيقية وإدارة الكوارث.
الليدار في الدراسات العمرانية
تعد المدن من أكثر البيئات التي يمكن أن تحقق استفادة كبيرة من بيانات الليدار.
فمن خلال المسح الليداري يمكن الحصول على ارتفاعات المباني وأشكالها وأبعادها المكانية، ومن ثم بناء نماذج ثلاثية الأبعاد للكتلة العمرانية.
ويمكن استخدام هذه البيانات في دراسة:
كثافة المباني، وارتفاعاتها، وأنماط توزيعها، والفراغات العمرانية، والظلال، والرؤية، وشبكات الطرق، وتخطيط الخدمات.
كما يمكن الاستفادة من النماذج ثلاثية الأبعاد في تقييم المشروعات العمرانية ودراسة تأثير المباني الجديدة على المشهد الحضري.
الليدار والمدن الذكية
مع الاتجاه نحو المدن الذكية أصبح امتلاك قاعدة بيانات مكانية ثلاثية الأبعاد عنصرًا مهمًا في التخطيط الحضري.
ويمكن استخدام بيانات الليدار في إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للمدينة يضم المباني والطرق والأشجار والمنشآت المختلفة.
وعند ربط هذا النموذج بقاعدة بيانات GIS يمكن الانتقال من الخريطة التقليدية إلى ما يمكن وصفه بأنه نموذج مكاني رقمي للمدينة.
ويمكن تحديث هذا النموذج بصورة دورية لمتابعة التغيرات العمرانية.
الليدار ودراسة الغطاء النباتي والغابات
يستخدم الليدار أيضًا في دراسة الغطاء النباتي، خصوصًا في المناطق التي توجد بها أشجار وغابات.
ويرجع ذلك إلى أن نبضات الليدار يمكن أن تسجل انعكاسات متعددة عندما تمر من خلال الفروع والأوراق وتصل إلى سطح الأرض.
وبتحليل هذه البيانات يمكن تقدير ارتفاع الأشجار، وبنية الغطاء النباتي، وكثافته، والتمييز بين بعض مستويات الغطاء النباتي وسطح الأرض.
وتوفر هذه المعلومات أساسًا مهمًا لدراسات الغابات والموارد الطبيعية والتغير البيئي.
كما يمكن دمج بيانات الليدار مع الصور متعددة الأطياف أو الصور الجوية للوصول إلى فهم أكثر تفصيلًا للغطاء النباتي.
الليدار في الزراعة الدقيقة
بدأت تقنيات جمع البيانات ثلاثية الأبعاد تدخل كذلك في تطبيقات الزراعة الحديثة.
فبيانات الليدار يمكن أن تساعد في قياس ارتفاع النباتات، وتحليل بنية الحقول، ودراسة التضاريس الدقيقة، وتحديد اتجاهات الانحدار.
وعند دمجها مع بيانات الأقمار الصناعية ونظم تحديد المواقع وقواعد البيانات الزراعية يمكن تطوير نماذج مكانية تدعم الإدارة الدقيقة للمزارع.
ولا يعني ذلك أن الليدار يحل محل تقنيات الاستشعار عن بعد الأخرى، وإنما يعمل معها ضمن منظومة متكاملة لجمع وتحليل البيانات الزراعية.
الليدار في المسح الأثري
من التطبيقات اللافتة لليدار استخدامه في الكشف عن بعض التفاصيل الأثرية والتضاريسية.
وفي المناطق التي يغطيها الغطاء النباتي الكثيف قد تساعد إزالة تأثير الغطاء النباتي من بعض منتجات الليدار في إظهار أشكال سطحية يصعب ملاحظتها من الصور الجوية التقليدية.
وقد يستخدم الباحثون هذه البيانات للكشف عن آثار طرق قديمة أو مصاطب أو مبانٍ أو تغيرات في شكل سطح الأرض مرتبطة بالنشاط البشري القديم.
ويظل تفسير هذه الظواهر بحاجة إلى العمل الميداني والدراسات الأثرية المتخصصة، لأن ظهور شكل معين في بيانات الليدار لا يعني بالضرورة أنه أثر تاريخي.
الليدار في دراسة السواحل
يمكن استخدام الليدار في المناطق الساحلية لإنتاج نماذج دقيقة للارتفاعات، ودراسة شكل الشاطئ والكثبان الرملية والمناطق المنخفضة.
كما يمكن تكرار المسح في أوقات مختلفة ومقارنة النماذج الناتجة بهدف دراسة التغير في شكل الساحل.
وتصبح هذه البيانات أكثر أهمية عند دمجها مع صور الأقمار الصناعية والبيانات البحرية والمناخية.
وبذلك يمكن استخدام الليدار في دراسة التعرية الساحلية والتغيرات المورفولوجية ومخاطر ارتفاع مستوى سطح البحر في المناطق المنخفضة.
الليدار في إدارة الطرق والنقل
تحتاج شبكات الطرق الحديثة إلى بيانات مكانية دقيقة ومحدثة.
ومن خلال الليدار المحمول على المركبات يمكن الحصول على سحابة نقاط كثيفة للطرق والعناصر الموجودة حولها.
ويمكن استخدام هذه البيانات في توثيق حالة الطريق، وقياس أبعاده، ورصد بعض عناصر البنية الأساسية، وإنتاج نماذج ثلاثية الأبعاد للطرق والمنشآت المحيطة بها.
كما يمكن استخدامها في تحديث قواعد البيانات المكانية الخاصة بشبكات النقل.
الليدار في إدارة خطوط الكهرباء والمرافق
من التطبيقات العملية المهمة لليدار مسح خطوط الكهرباء وشبكات المرافق.
فعند استخدام الليدار من الطائرات أو المركبات يمكن جمع معلومات دقيقة عن الأشجار والمنشآت القريبة من خطوط الكهرباء.
ويمكن تحليل المسافات بين عناصر البنية الأساسية والعوائق المحيطة بها، الأمر الذي يساعد في أعمال المتابعة والصيانة وإدارة المخاطر.
الليدار في التوثيق ثلاثي الأبعاد
لا تقتصر أهمية الليدار على قياس التضاريس، بل يمكن استخدامه في توثيق المباني والمنشآت والمواقع التاريخية.
فعند مسح مبنى أثري مثلًا يمكن الحصول على سحابة نقاط تمثل تفاصيله الهندسية، ثم تحويلها إلى نموذج ثلاثي الأبعاد.
وهذا النموذج يمكن الاحتفاظ به كوثيقة رقمية يمكن الرجوع إليها عند دراسة المبنى أو متابعة حالته أو تنفيذ أعمال الترميم.
ومن هنا أصبح الليدار إحدى الأدوات المهمة في مجال الحفاظ الرقمي على التراث.
الليدار والطائرات المسيرة
ساهم انتشار الطائرات المسيرة في توسيع استخدامات الليدار.
ففي الماضي كانت بعض عمليات المسح الجوي تحتاج إلى طائرات مأهولة ومعدات مكلفة وإجراءات تشغيلية معقدة، بينما أصبحت بعض المساحات الصغيرة والمتوسطة قابلة للمسح باستخدام طائرات مسيرة مجهزة بمستشعرات مناسبة.
وتتمثل أهمية ذلك في إمكانية تنفيذ عمليات مسح متكررة لمنطقة واحدة، الأمر الذي يفيد في مراقبة التغيرات الزمنية.
فعلى سبيل المثال يمكن مسح موقع إنشائي في مراحل مختلفة، أو متابعة تغير مجرى وادٍ، أو قياس تغيرات في موقع تعدين أو محجر.
العلاقة بين الليدار والاستشعار عن بعد
ينتمي الليدار إلى عائلة تقنيات الاستشعار عن بعد، لكنه يختلف عن كثير من المستشعرات التي تعتمد على الطاقة الطبيعية المنعكسة من سطح الأرض.
فالليدار من التقنيات النشطة Active Remote Sensing، لأنه يرسل طاقة إلى الهدف ثم يقيس الإشارة المرتدة.
وهذه الخاصية تمنحه قدرة كبيرة على جمع معلومات عن المسافة والارتفاع.
أما بعض أنظمة التصوير والاستشعار الأخرى فتعمل من خلال تسجيل الطاقة المنعكسة أو المنبعثة من الأجسام.
ولهذا فإن المقارنة بين الليدار والصور الفضائية لا ينبغي أن تقوم على فكرة أن إحدى التقنيتين تلغي الأخرى، وإنما على معرفة السؤال الجغرافي الذي يريد الباحث الإجابة عنه، ثم اختيار البيانات المناسبة له.
دمج بيانات الليدار مع صور الأقمار الصناعية
من أفضل الاستخدامات الحديثة دمج بيانات الليدار مع مصادر أخرى للبيانات الجغرافية.
فقد توفر صورة القمر الصناعي معلومات عن الغطاء الأرضي والخصائص الطيفية، بينما توفر بيانات الليدار معلومات دقيقة عن الارتفاع والبنية ثلاثية الأبعاد.
وعند دمج المصدرين داخل نظم المعلومات الجغرافية يمكن الحصول على قاعدة بيانات أكثر ثراءً.
فعلى سبيل المثال، يمكن الجمع بين:
الارتفاع + الغطاء الأرضي + المباني + الطرق + الغطاء النباتي + الخصائص الطيفية.
وهذا النوع من التكامل أصبح من السمات الأساسية في الدراسات الجغرافية الحديثة.
أهم مميزات تقنية الليدار
تتمتع تقنية الليدار بمجموعة من المزايا التي جعلتها تحظى بهذا الاهتمام في المجالات الجغرافية والمساحية.
ومن أهم هذه المزايا:
- الحصول على بيانات ثلاثية الأبعاد بدلًا من الاكتفاء بالبيانات ثنائية الأبعاد.
- الدقة العالية في قياس الارتفاعات والمسافات.
- إمكانية جمع كميات ضخمة من البيانات خلال فترة زمنية قصيرة نسبيًا.
- إمكانية إنتاج نماذج رقمية دقيقة لسطح الأرض.
- القدرة على فصل بعض العناصر الموجودة فوق سطح الأرض عن التضاريس عند معالجة البيانات.
- إمكانية استخدامه في المناطق التي يصعب إجراء الرفع الميداني فيها.
- إمكانية تكرار المسح ومقارنة البيانات لدراسة التغيرات الزمنية.
- إمكانية دمجه مع GIS والصور الجوية وصور الأقمار الصناعية.
ما عيوب الليدار؟
رغم الإمكانات الكبيرة لهذه التقنية، فإن استخدامها لا يخلو من بعض التحديات.
فأجهزة الليدار والعمليات المرتبطة بها قد تكون مكلفة، خاصة عند تنفيذ مشروعات واسعة النطاق.
كما أن الحصول على بيانات الليدار لا يمثل نهاية عملية التحليل؛ إذ تنتج عمليات المسح كميات ضخمة من البيانات تحتاج إلى أجهزة وبرامج وقدرات تخزين ومعالجة مناسبة.
كما أن طبيعة السطح والغطاء النباتي والظروف الجوية يمكن أن تؤثر في جودة البيانات، وتحتاج النتائج إلى عمليات تصنيف وتنقية ومعالجة قبل استخدامها في بعض التطبيقات.
ومن المهم أيضًا أن يدرك الباحث أن ارتفاع دقة البيانات لا يعني بالضرورة أن النتيجة النهائية ستكون صحيحة دون معالجة علمية جيدة؛ فاختيار طريقة التصنيف ونقاط التحكم وجودة المعالجة تؤثر جميعها في المنتج النهائي.
التحدي الأكبر: معالجة سحابة النقاط
قد تبدو سحابة النقاط عند رؤيتها للمرة الأولى مجرد مجموعة هائلة من النقاط، لكن التعامل معها يحتاج إلى منهجية دقيقة.
يبدأ العمل عادةً بتنظيف البيانات وفحص النقاط غير المرغوبة، ثم تصنيفها إلى فئات مختلفة، مثل:
- الأرض.
- المباني.
- الأشجار والنباتات.
- الطرق.
- المنشآت.
- عناصر أخرى.
وبعد التصنيف يمكن استخراج المنتجات المطلوبة وفق الهدف من الدراسة.
ولهذا فإن القيمة العلمية لبيانات الليدار لا ترتبط فقط بجمع النقاط، وإنما بقدرة الباحث على إدارة البيانات وتصنيفها وتحليلها مكانيًا.
الليدار ودور الجغرافي
قد يعتقد البعض أن الليدار تقنية مساحية وهندسية أكثر منها جغرافية، لكن هذا التصور غير دقيق.
فالبيانات التي ينتجها الليدار ذات طبيعة مكانية، والجغرافي يمتلك أدوات ومناهج تسمح له بتحليل توزيع الظواهر وعلاقاتها المكانية.
فعندما نحصل على ارتفاعات المباني مثلًا، لا يكون السؤال فقط: ما ارتفاع كل مبنى؟
بل يمكن أن يصبح السؤال:
أين تتركز المباني المرتفعة؟ وما علاقتها بشبكة الطرق؟ وهل ترتبط بمراكز النشاط التجاري؟ وكيف تغير توزيعها خلال فترة زمنية معينة؟
وهنا يتحول الليدار من أداة قياس إلى مصدر لأسئلة جغرافية وتحليلات مكانية.
الليدار ومستقبل الجغرافيا الرقمية
تتجه الجغرافيا بصورة متزايدة نحو الاعتماد على البيانات عالية الدقة والنماذج ثلاثية الأبعاد.
ومع تطور تقنيات الحوسبة والتخزين والذكاء الاصطناعي أصبحت معالجة ملايين أو مليارات النقاط أكثر قابلية للتنفيذ.
ومن المتوقع أن يزداد الاعتماد على الليدار في إنشاء التوأم الرقمي للمدن والمواقع والمنشآت، وفي مراقبة التغيرات البيئية والعمرانية، وفي تطوير نماذج أكثر دقة للمخاطر الطبيعية.
كما يمكن أن يؤدي دمج الليدار مع الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي إلى تحسين عمليات تصنيف سحابة النقاط والتعرف الآلي على المباني والأشجار والطرق والعناصر المختلفة.
وهذا يفتح أمام الجغرافيين مجالًا جديدًا يجمع بين التحليل المكاني والبيانات ثلاثية الأبعاد والذكاء الاصطناعي.
مستقبل استخدام الليدار في مصر
تمثل طبيعة مصر الجغرافية مجالًا واسعًا لتطبيقات الليدار.
فالمناطق العمرانية المتوسعة، والمناطق الصحراوية، والسواحل، ومجاري الأودية، والمناطق الأثرية، وشبكات الطرق، ومشروعات التنمية الجديدة، كلها يمكن أن تستفيد من البيانات ثلاثية الأبعاد.
وفي مشروعات التخطيط العمراني يمكن استخدام الليدار في بناء نماذج ثلاثية الأبعاد للمناطق المستهدفة.
وفي المناطق الساحلية يمكن استخدامه في دراسة التضاريس والمخاطر المرتبطة بالتغيرات الساحلية.
أما في المناطق الصحراوية فيمكن أن يساعد في دراسة أشكال سطح الأرض ومسارات الأودية والمراوح الفيضية والمناطق المنخفضة.
كما يمكن الاستفادة منه في التوثيق الرقمي للمواقع الأثرية والتراثية، وفي متابعة المشروعات الهندسية الكبرى.
خلاصة
لم تعد تقنية الليدار مجرد وسيلة حديثة لقياس الارتفاعات، وإنما أصبحت واحدة من أهم مصادر البيانات الجغرافية ثلاثية الأبعاد.
وتنبع أهميتها من قدرتها على تحويل سطح الأرض والعناصر الموجودة عليه إلى بيانات مكانية يمكن قياسها وتحليلها وإعادة تمثيلها داخل نظم المعلومات الجغرافية.
ومن خلال سحابة النقاط يمكن إنتاج نماذج رقمية دقيقة للتضاريس، ودراسة المدن والمباني والغابات والسواحل والطرق والأودية، وتحليل مخاطر السيول والفيضانات، وتوثيق المواقع الأثرية والمنشآت.
وتزداد قيمة الليدار عندما يتم دمجه مع الصور الجوية وصور الأقمار الصناعية وبيانات GPS وقواعد البيانات الجغرافية؛ لأن كل مصدر من هذه المصادر يقدم جانبًا مختلفًا من المعلومات.
ولذلك يمكن القول إن مستقبل الليدار لا يكمن في استخدامه منفردًا، وإنما في تكامله مع منظومة التقنيات الجيومكانية الحديثة.
وبالنسبة للجغرافي، فإن أهمية هذه التقنية تتجاوز الجانب التقني؛ فهي تمنحه فرصة جديدة لفهم المكان في ثلاثة أبعاد، وتحليل تغيراته عبر الزمن، وربط التضاريس والعمران والبيئة والنشاط البشري داخل نموذج مكاني واحد.
وهكذا أصبح الليدار LiDAR أحد الأدوات التي تعكس التحول الذي تشهده الجغرافيا المعاصرة، من دراسة المكان بالطرق التقليدية إلى بناء نماذج رقمية دقيقة قادرة على وصف المكان وتحليله والتنبؤ بالتغيرات التي قد تطرأ عليه.
كلمات مفتاحية
الليدار، تقنية LiDAR، الاستشعار عن بعد، نظم المعلومات الجغرافية، GIS، سحابة النقاط، Point Cloud، النماذج الرقمية للارتفاعات، DEM، DSM، DTM، المسح الجوي، المسح ثلاثي الأبعاد، الطائرات المسيرة، الجغرافيا الرقمية، التحليل المكاني، الخرائط الرقمية.
نتمنى أن يكون المقال مفيدا في الدراسات الجغرافية والتعلم - الجغرافي العربي