وقد اعتمد التخطيط والتنمية الحضريان تقليدياً على خرائط 2D، والخطوط الورقية، والمسح اليدوي للأراضي، التي تستغرق وقتاً طويلاً، وتواجه الأخطاء، وتزداد عدم ملاءمة تعقيد المدن الحديثة، وقد أدى ظهور تكنولوجيا المسح 3D إلى تغيير هذه المشهد بصورة أساسية، حيث يتيح الحصول على بيانات رقمية دقيقة عالية الاستبانة عن البيئات المادية، ويتيح المسح المغناطيسي 3D لكل نماذج صيانة حضرية أكثر دقة.

Understanding 3D Scanning Technology

والمسح ٣ دال هو عملية تجمع البيانات عن شكل وأبعاد وظهور أجسام أو بيئات في العالم الحقيقي، وتنتج أجهزة متخصصة شكلاً من أشكال الطاقة )مثل ضوء الليزر أو الضوء المهيكل( وتقيس الأفكار لتوليد مجموعة كثيفة من النقاط في الفضاء الثلاثي الأبعاد المعروف بسحابة نقطة، ثم يتم تجهيز هذه النقطة وتحويلها إلى نموذج مشرق أو صلب يمكن استيراده إلى برامجيات، وتحليلات متحركة.

LiDAR (Light Detection and Ranging)

(لي دي آر) هي واحدة من أكثر التكنولوجيات شيوعاً وقوة لمسح 3D المستخدمة في التخطيط الحضري، وهي تعمل عن طريق وضع نبضات ليزرية سريعة نحو هدف وقياس الوقت الذي يستغرقه كل نبض للعودة، وتنتج البيانات الناتجة عن ذلك قياسات دقيقة للمسافات، يتم تجميعها في سحابة نقطة، ويمكن تركيبها على ثلاث مرات لمسح الأرض، على أساس نماذج الطائرات أو الطائرات المسيّرة للمسح الجوي، وحتى على نماذج متنقلة

مقياس التصوير

وتستخدم الصور الفوتوغرافية تداخل صور من 2D ملتقطة من زوايا متعددة لإعادة بناء 3D هندسية، وتحدد المقاييس نقاط مشتركة عبر الصور وتحسب مواقعها النسبية، وتخلق سحابة كثيفة مماثلة لـ " ليدار " ، وقد تكون القياسات الضوئية أكثر سهولة وأكثر فعالية من حيث التكلفة من المقاييس المقياسية، إذ يمكن أن تُجرى بواسطة كاميرات أو طائرات بدون طيار، غير أن تضيف إليها ظروف أكثر حساسة.

مسحة لازر (الطوابق الأرضية والمتنقلة)

ويشتمل مسح الليزر الأرضي على أدوات ثابتة تلتقط صورة كاملة من 360 درجة من مشهد من نقطة واحدة من نقاط الترميز، وهو مثالي لتوثيق واجهات البناء وأثاث الشوارع والداخليات، ويسهم المسح بالليزر المتحرك من ناحية أخرى في مسح الجبال على مركبات تجتاز شوارع المدن، ويجمع البيانات عن طريق خطوط العرض الرقمية، بينما يتكون ذلك من ممرات ذات كفاءة عالية.

التطبيقات في التخطيط والتنمية الحضريين

إن تطبيقات المسح 3D في التخطيط الحضري تتجاوز كثيرا الوثائق البسيطة، وهنا توجد المجالات الرئيسية التي تحدث فيها النماذج الدقيقة فرقا ملموسا:

تحليل الموقع ورسم الخرائط

ويعد التحليل الدقيق للمواقع أساس أي مشروع حضري. ويقدم المسح 3D نماذج تفصيلية للارتقاء، بما في ذلك السمات الفرعية مثل أنماط الصرف، والهياكل القائمة، والنباتات، والمرافق الجوفية (عندما يقترن بالرادار باستخدام شبكة الأرض) ويمكن للمخططين أن يبالغوا في التصميمات المقترحة على الأرض المسحوبة للتحقق من النزاعات مع الهياكل الأساسية القائمة، وتقييم حجم الاختراقات الأرضية، وتحديد القيود البيئية.

الاتصال برؤية أصحاب المصلحة

أحد أكبر التحديات في التخطيط الحضري هو إيصال المقترحات المعقدة إلى مختلف أصحاب المصلحة - مسؤولي المدينة، والمستثمرين، والجماعات المحلية، وعامة الجمهور، نموذج 3D مستمد من المسح يوفر تجربة غير ملائمة وملموسة، مع وجود تكامل واقعي معزز، يمكن لأصحاب المصلحة أن يمروا من خلال تطوير مقترح، ومعرفة كيف يلائم هذا النهج في حركة المرور السماوية الحالية، وفهم تأثيره على خطوط العرض، والظلال

المحاكاة والتحليل

عندما تعتمد المحاكاة الحضرية على بيانات غير دقيقة أو غير كاملة، فإن نتائجها مضللة.

حفظ الوثائق التاريخية

ويؤدي المسح 3D دورا حيويا في توثيق المقاطعات التاريخية ومباني التراث، ويمكن أن تفوت قياسات اليد التقليدية والصور تفاصيل حرجة، وينشئ المسح سجلا رقميا دقيقا يمكن استخدامه لإعادة الترميم ورصد التغيرات الهيكلية بمرور الوقت، وإنشاء معارض تعليمية، وحتى إذا ما تغير هيكل ما أو تدمر لاحقا، فإن النموذج الرقمي يمثل محفوظات دائمة، وقد استخدمت المدن مثل بوسطن وباريس مسحا للمستقبل في إعداد وثائق شاملة عن بنيتها التاريخية.

فوائد استخدام المسح 3D في التنمية الحضرية

ويتيح اعتماد المسح 3D مزايا قابلة للقياس عبر دورة حياة المشاريع الحضرية:

السرعة والكفاءة

وتتطلب أساليب المسح التقليدية أن تقضي الأفرقة أياما أو أسابيع في الموقع مع تدابير الشريط، ومجموع المحطات، وأجهزة استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع، ويمكن لرحلة واحدة من طراز ليدار على مجموعة من المدن أن تلتقط نفس البيانات في دقائق، ويمكن لنظم رسم الخرائط المتنقلة أن تغطي أميال الطريق في تمريرة واحدة، وهذه السرعة تقلل كثيرا من جداول المشاريع، مما يتيح للمخططين الانتقال من جمع البيانات إلى تحليل وتصميم أسرع، كما أن مدخرات تكاليف العمل كبيرة، ويحسن الوقت المستغرقه في إجراء الدراسات الاستقصائية.

Accuracy and Detail

وفي حين أن الدراسات الاستقصائية التقليدية لها حدود دقيقة، فإن المسح ٣ دال يحقق بصورة روتينية درجة المليمتر، ويمكن أن تتجاوز الكثافة النقطتين مئات النقاط لكل متر مربع، مما يستوعب كل حافة نافذة، وعبوة نفاثة، وشقوق الرصيف، وهذه البيانات الغنية تلغي التخمين وإعادة العمل، وعندما يتعين على المتعاقد التحقق من الظروف القائمة على البناء ضد رسمات التصميم - وهو مصدر مشترك لأوامر التغيير المضبة.

التعاون وتبادل البيانات

نماذج الـ 3D التي تم صنعها من المسح هي أصول رقمية يمكن تقاسمها فوراً عبر الفرق، محفوظات ومهندسين ومخططين ومديري بناء يمكنهم الوصول إلى نفس مجموعة البيانات الحديثة بغض النظر عن موقعهم، ومنابر مُزدوجة مثل نظام أوتدسك 360 واسري أركيس تسمح بدمج سحابات بلا هوادة مع نماذج معلومات البناء ونظم المعلومات الجغرافية.

القيمة الطويلة الأجل والتعزيز المستقبلي

فحالما يتم جمع بيانات المسح ٣ دال لا تصبح بالية بعد مشروع واحد، ويمكن إعادة استخدامها في التخطيط الرئيسي، وصيانة الهياكل الأساسية، والاستجابة للكوارث، وحتى في التطبيقات السياحية، وعلى سبيل المثال، فإن نسخة افتراضية دينامية للمدينة محدثة بواسطة بيانات الاستشعار يمكن أن تستند إلى أساس المسح الأولي، فمع تغير المدينة، يمكن أن تُدرج مساحات إضافية في شكل سجل حي يدعم صنع القرار منذ عقود.

التحديات والنظر في المسألة

ورغم الفوائد العديدة التي حققها، فإن إدماج المسح 3D في تدفقات عمل التخطيط الحضري ليس بدون عقبات، ففهم هذه التحديات يساعد المنظمات على إعداد المخاطر والتخفيف منها.

تكلفة المعدات والبرمجيات

ويمكن أن تكلف الماسحات الضوئية الأرضية العالية الارتفاع 000 50 دولار إلى 000 150 دولار، كما أن نظم الخرائط المتنقلة أكثر تكلفة، وفي حين أن قياس التصوير المتحرك أرخص، فإن برامج التجهيز والحواسيب القوية اللازمة لمعالجة الغيوم الكبيرة لا تزال تمثل استثمارا كبيرا، وقد تجد البلديات الصغيرة والمطورون الخاصون صعوبة في تبرير النفقات الأولية، ومع نضج التكنولوجيا، فإن البدائل آخذة في الانخفاض، والاستئجار أو النماذج الناشئة عن الخدمات.

تجهيز البيانات وتخزينها

ويمكن أن يولد مسح وحيد لقائمة المدينة جيغابايت من بيانات السحب الخام، وبالنسبة لمدينة بأكملها، التي تتطور بسرعة إلى التراب، كما أن معالجة هذه الضوضاء التي تفرز البيانات، وتسجيل الأشعة المتداخلة، وتصنيف النقاط (مثلاً، الأرض ضد البناء ضد النباتات)، وتحميل البيانات ذات الصلة القوية، وتضيف إليها البيانات ذات الصلة.

المهارات والتدريب

ولا يُعيق تشغيل المعدات على نحو خاص، ولكن استخراج معلومات ذات مغزى من الغيوم المتحركة يتطلب معرفة متخصصة، ويجب على الفنيين فهم الإحالات الجغرافية وتنسيق النظم وتصنيف السحب، فضلا عن أن المخططين والمهندسين بحاجة إلى التدريب لتفسير واستخدام البيانات بفعالية في إطار سير العمل البرمجي القائمة، كما أن توظيف أو تدريب الموظفين الذين لديهم هذه المهارات يمكن أن يشكل عائقا، لا سيما بالنسبة للمنظمات الأصغر حجما.

الخصوصية والشواغل القانونية

ولا بد أن تلتقط البيئات الحضرية المسحية صوراً وجيولوجياً للممتلكات الخاصة والمركبات وحتى الناس، وإذا شملت المسحات الوجوه أو لوحات الترخيص أو الآراء الداخلية من خلال النوافذ، فإنها قد تثير قضايا الخصوصية، وبعض الولايات القضائية لها أنظمة تحكم جمع البيانات الجوية، ويمكن أن يكون الامتثال معقداً، ومن أجل التصدي لذلك، يطبق العديد من الممارسين خوارزميات التلقائية أو يقيدون وصول الجمهور إلى بيانات المسح الخام، فإن سياسات إدارة البيانات والاتصالات العامة هي تحديات أساسية.

أمثلة عالمية حقيقية

وقد أثبتت عدة مدن ومنظمات بالفعل قدرة المسح ٣ دال في التخطيط الحضري، واستخدمت مدينة زيورخ محطة ليدار الجوية لإنشاء نموذج مدينة من ٣ دال يدعم التحليلات الشمسية المحتملة لكل سطح، ويوجه الانتقال إلى الطاقة المتجددة، ولدى هولندا قاعدة بيانات وطنية من ٣ دال )٣D BAG( تدمج البيانات المزرية مع سحابات من الطوابق الجوية والمسح المتحرك، مما يتيح إجراء تحليلات مفصلة لمرتفعات البناء والأحجام والمباني التاريخية والطاقة.

مستقبل المسح 3D في التنمية الحضرية

إن مسار المسح 3D يشير إلى زيادة التكامل مع أدوات وعمليات الإدارة الحضرية، وهناك اتجاهات عديدة ترسم هذا المستقبل:

التكامل مع نظام المعلومات البيئية ونظام المعلومات الجغرافية

وينشئ التقارب بين المسح 3D، ونماذج المعلومات المتعلقة بالبناء، ونظم المعلومات الجغرافية نظاماً إيكولوجياً تربط فيه العوالم المادية والرقمية ارتباطاً وثيقاً، ويصبح السحب الممغنطيسي خط الأساس الذي يبنيه نموذج BIM، الذي يغذي بعد ذلك نظام المعلومات الجغرافية لتحليل حجم المدينة، ويتيح هذا التكامل للمخططين فهم ليس فقط تقدير تكاليف الحياة بالنسبة للمبنى ولكن أيضاً لممتلكاتهما المادية، وأدائها للطاقة.

الاستخبارات والآلية الفنية

وتؤتم التطورات في مجال التعلم الآلي خطوات يدوية عديدة في تجهيز بيانات المسح الضوئي 3D، ويمكن الآن لأجهزة التصوير الضوئي أن تصنف سحابات النقاط في فئات مثل الأرض والنباتات والمباني والهياكل الأساسية ذات الدقة العالية، كما يمكن أن تكتشف التغيرات بين المسحين، والتقدم المحرز في بناء العلم، بل وتتوقع احتياجات الصيانة، وهذا التشغيل الآلي يقلل من الحاجة إلى العمل المتخصص ويعجل بمسح الوقت من النظرة إلى النظرة.

خفض التكاليف وتوسيع نطاق إمكانية الوصول

وتظهر أجهزة الاستشعار التي تستخدم في شركة " ليدار " التي تستخدم في خدمة المستهلكين في الهواتف الذكية والأقراص )مثل جهاز مسح الـ " آبل " في نماذج " إيباد " و " إيفون برو " ( ، بينما تكون هذه أجهزة الاستشعار أقل حلا من النظم المهنية، فإنها جيدة بما يكفي لرسم الخرائط الداخلية، وإجراء دراسات استقصائية للمواقع الصغيرة، وإجراء تقييمات أولية، حيث أن التكنولوجيا لا تزال تخفض إلى أدنى مستوى التصوير في المناطق الحضرية وتتحول إلى صورتها.

وفي نهاية المطاف، فإن المسح ٣ دال ليس مجرد أداة لخلق صور جميلة - بل هو تكنولوجيا أساسية لبناء مدن أكثر كفاءة ومرونة وعدالة، إذ إنه بإلقاء الضوء على العالم كما هو الحال بحق، يعطي المخط ِّطين الثقة لتصور ما يمكن أن يكون، فمع تحسن التكاليف وتدفقات العمل، ستتحول المسألة من " هل يمكننا استخدام المسح ٣ دالات؟ " إلى " كيف يمكننا أن نتحمل تكاليف ذلك؟