Table of Contents

وقد قامت المركبات الجوية غير المأهولة، التي تسمى عادة الطائرات بدون طيار، بتحويل أساسي لجمع بيانات مسح الطرق، وما كان يتطلبه ذلك من أسابيع من العمل البري مع محطات إجمالية، وأجهزة تحديد المواقع، وأطقم المسح، في غضون أيام أو حتى ساعات من البث الجوي، ومن خلال استخلاص صور عالية الاستبانة ومعلومات جغرافية محددة تراوحت بين جزء من التصميم التقليدي للتدفقات العالية، فإن المركبات الفضائية المتعددة تسرع في مشاريع البنية التحتية.

أهم المؤثرات في المركبات الجوية غير المأهولة في المسح بالطرق

السرعة والكفاءة

وتتمثل الفائدة الأكثر إلحاحاً من المسح على أساس المركبات الجوية فوق البنفسجية في السرعة، إذ يمكن للطائرة بدون طيار أن تغطي عدة كيلومترات مربعة في رحلة واحدة، بينما يمكن للمنبر المتعدد الأطوافة أن يرسم بسرعة ممراً على بعد 10 كيلومترات، ويحتاج الطرق البرية التقليدية إلى أن يسير المساحون أو يقودوا الطريق بأكمله، ويأخذون نقاط القياس.

Accuracy and Data density

وتتحقق وحدات النظم العالمية لسواتل الملاحة الحديثة المجهزة بأجهزة قياس ذات نظام " ري تايم كينتي " أو ما بعد التجهيز من دقة على مستوى سنتيمتر دون نقاط مراقبة أرضية، وتُحدّد الطائرات بدون طيار، إلى جانب كاميرات عالية الاستبانة ومجسات " ليدار " ، سحابات كثيفة وأجهزة فرز خام تتجاوز بكثير حل الصور الساتلية.

التكلفة - الأثر

ويؤدي نشر فريق مسحي للمركبات إلى خفض الاحتياجات من القوى العاملة بدرجة كبيرة، فبدلا من أن يتعامل طاقم من ثلاثة إلى خمسة من المساحين، يمكن لنموذج واحد ومجهز للبيانات أن يعالج العديد من المشاريع، وتكاليف المعدات أقل من تكاليف الطائرات المأهولة أو أدوات المسح الأرضية المتقدمة، وبالإضافة إلى ذلك، فإن التخفيض في مدة المشروع يترجم إلى انخفاض تكاليف العمل وعائد أسرع على الاستثمار، وبالنسبة للمنظمات التي تقوم بدراسات مسيرة متكررة، فإن الوفورات تعوض بسرعة الاستثمار الأولي في معدات الطائرات بدون طيار وبرامجيات.

إمكانية الوصول والسلامة

كما أن منحدرات النفط الخام، والنباتات الكثيفة، والأراضي الرطبة، ومناطق البناء النشطة، وممرات المرور، تصبح قابلة للمسح من مسافة آمنة، وهذا لا يحمي الأفراد من المخاطر المادية فحسب، بل يقلل أيضا من اضطراب حركة المرور وتدفق المشاة، وفي بيئات مثل ممرات خط الكهرباء أو مسارات السكك الحديدية، فإن الطائرات الآلية يمكن أن تطير في أماكن أخرى.

The UAV Route Survey Workflow

تخطيط البعثات

وتبدأ كل دراسة استقصائية ناجحة للمرحلة الواحدة بتخطيط دقيق للبعثات، وتُعرَّف مساحة المسح على طول الممر المقترح، الذي يتراوح عادة بين 100 و500 متر تبعاً لاحتياجات المشروع، أما بارامترات الرحلات مثل الارتفاع (المتوسط في المعتاد 60 إلى 120 متراً)، والتداخل الجانبي (الذي يبلغ في الغالب 75 و80 في المائة)، ومسافة عينات الأرض (GSD) فتُحدد لموازنة جودة الصور مع مدة الرحلة.

جمع البيانات

وأثناء الرحلة، يلتقط برنامج رصد الغلاف الجوي الصور المتداخلة والسجلات الاختيارية لعائدات محطة ليدار أو بيانات متعددة الأطياف، ويسجل الطائرات بدون طيار التي تستخدمها أجهزة لاسلكية ذات أجسام عالية بالنسبة لكل صورة، ويلغي الحاجة إلى نقاط المراقبة الأرضية، ويمكن للمسح عن بعد أن يسمح للطيار برصد حالة البطاريات، وقوام الإشارة، والتغطية، وبالنسبة للطرق الطويلة الأجل، يمكن للفريق أن يستخدم مجموعة ثابتة من الممرات المتعددة الأطقمفات لتغطية.

تجهيز البيانات والنواتج

ويتم تجهيز الصور المجمعة باستخدام برمجيات سحابية للتصوير الضوئي أو لشبكة الليدار، وتشمل الخلايا التي تُعاد بناء الأرض بثلاث أبعاد، النواتج الرئيسية ما يلي:

  • Digital Elevation Models (DEMs)] - bare-earth elevation grids used for cut/fill analysis and drainage design.
  • خرائط مرموقة ] - صور مصحوبة جغرافياً ذات استبانة عالية تستخدم كخرائط أساس لتخطيط الطرق.
  • 3D point clouds] — dense sets of XYZ coordinates that allow engineers to measure distances, slopes, and volumes.
  • Contour lines] and cross-sections — derived from DEMs and point clouds for traditional survey deliverables.

ويعتمد وقت التجهيز على عدد الصور والحل المرغوب فيه، ولكن كثيرا ما يكتمل بين عشية وضحاها.() وتُبسط حلول السحاب مثل [(FLT:0]] Pix4Dmatic] أو ]Drone Deploy سير العمل، مما يمكّن المحارسين من تحقيق النتائج في غضون 24 ساعة طيران.

مراقبة الجودة والتحقق منها

وبعد التجهيز، يجب التحقق من صحة بيانات الدراسة الاستقصائية على مجموعة صغيرة من نقاط التفتيش الأرضية، وحتى مع RTK/PPK، يمكن أن تنشأ أخطاء من إعادة الغطاء النباتي أو السطح المظهر أو تعدد الاضطرابات، ويتخذ الطاقم الميداني عادة تدابير لمراكز التفتيش من ٥ إلى ٠١ نقاط تفتيش لكل كيلومتر، ويقارن إحداثياتها بسحابة النقاط المشتقة، وتكفل هذه الخطوة التحققية استيفاء البيانات لمعايير التجهيز الأفقي التي تبلغ في الغالب ٢ إلى ٣ سنتيمتر.

التغلب على التحديات في الدراسات الاستقصائية للطرق البرية التي تجرى على مستوى المركبات

الامتثال التنظيمي

يتطلب تشغيل المركبات الجوية غير المصفحة لإجراء دراسات استقصائية تجارية التقيد باللوائح الوطنية المتعلقة بالطيران، وفي الولايات المتحدة، تحكم القواعد في عمليات الطائرات بدون طيار، بما في ذلك حدود الارتفاع (400 قدما فوق الأرض)، ومتطلبات خط البصر، والأذونات الجوية، وفيما يتعلق بمسح الطرق الذي يعبر المجال الجوي الخاضع للرقابة بالقرب من المطارات، يجب على الطيارين الحصول على إعفاءات من المجال الجوي من خلال نظام القوات المسلحة لشمال شرق أوروبا، وتحتاج أنظمة الوكالة إلى تراخيص خاصة

الأحوال الجوية والبيئية

إن عمليات الطائرات فوق البنفسجية تعتمد على الطقس، كما أن الرياح المرتفعة )أكثر من ٢٠ إلى ٢٥ مليون متراً لمعظم المسببات(، والأمطار والثلوج والحدود الدنيا للسحاب يمكن أن تهبط على الرحلات الجوية أو تؤثر على نوعية البيانات، كما أن الاضطرابات الحرارية على الأرض غير المتساوية تؤثر على الاستقرار، وينبغي أن تحدد بعثات المسح خلال نوافذ الطقس مستقرة، وفي الصباح الباكر أو بعد الظهر عندما تكون الرياح أخف.

إدارة البيانات وتجهيزها

كما أن ارتفاع عدد الصور التي تستخدم في استخدام المركبات الفضائية في الفضاء الخارجي يخلق مجموعات بيانات ضخمة، ويمكن أن تسفر الدراسة الاستقصائية التي تجرى على الممرات التي تبلغ مساحتها 30 كيلومترا عن عدة مئات من الصور، كما أن النقل، والتخزين، وتجهيز هذا الحجم يتطلب وجود بنية أساسية قوية لتكنولوجيا المعلومات، ويمكن أن تعالج خدمات تجهيز الكلاود الحمولة الحاسوبية، ولكن سرعة الربط قد تكون اختناق في المواقع الميدانية النائية، وينبغي للمنظمات أن تستثمر في حلول مجهزة مصغرة ذات نسخ عالية السرعة.

Battery Life and Range Limitations

وتستغرق معظم الطائرات الآلية المتعددة الأطقم أوقاتاً طيرانها تتراوح بين 20 و40 دقيقة، مما يحد من طول الجزء المخصص للدراسة الاستقصائية الواحدة، أما بالنسبة لممرات الطرق التي تتجاوز 5 إلى 10 كيلومترات، فيجب على الطيار إما استخدام طائرات ثابتة الأجنحة (في أوقات الطيران البالغة 60-90 دقيقة) أو التخطيط لرحلات جوية متعددة بمبادلات بطارية، مما يزيد من الوقت الميداني الإجمالي ويتطلب الدعم اللوجستي لشحن الطائرات العمودية الثابتة والمتجهيزات الثابتة.

النباتات والاشتراك

ويمكن أن تخفي شجرات الكثافة السطح الأرضي الحقيقي، مما يجعل قياسات التصوير أقل موثوقية، وقد يؤدي استخدام نبضات الليزر التي يمكن أن تخترق الثغرات الصغيرة في الرغاوي، إلى زيادة فعالية رسم خرائط التضاريس الناقصة، غير أن مكافحة الأشعة الليدائية قد تؤدي إلى زيادة القدرة على إحداث نباتات سميكة مثل الخيزران أو الدونيات الثقيلة.

التطبيقات العالمية الحقيقية لمسح الطرق البرية فوق البنفسجية

الطريق السريع وتصميم الطرق

وتتزايد استخدام الإدارات الحكومية للنقل والشركات الهندسية للمواقع غير المرخصة لإجراء دراسات استقصائية أولية ونهائية، وقد ينطوي مشروع نموذجي للطرق السريعة على ممر يتراوح بين 15 كيلومتراً عبر مناطق متنوعة، حيث تستوعب هذه المركبات الظروف القائمة، بما في ذلك مواءمة الطرق، وهياكل الصرف، وملامح الممتلكات المتاخمة، وتصبح هذه العمليات أساساً للمواءمة الأفقية والرأسية باستخدام برامجيات التصميم المدني.

ممرات خط الأساس وصلاحية

وبالنسبة لأنابيب النفط والغاز، وأهمية المياه، والكابلات البصرية الألياف، يجب أن تغطي مسوحات الطرق الممرات الضيقة الطويلة التي غالباً ما تشمل مئات الكيلومترات، ويمكن للمركبات غير المجهزة أن ترسم خرائط لهذه الممرات في رحلات جوية منتظمة، وأن تلتقط بيانات تستخدم في تقييمات الأثر البيئي، والتخطيط في الاتجاه الصحيح، والوثائق التي تُبنى، كما أن الصور العالية الاستبانة تساعد في رصد تجاوزات الغطاء النباتي والكشف عنها.

شبكات السكك الحديدية والنقل العابر

وتتطلب الهياكل الأساسية للسكك الحديدية قياسات دقيقة للمواءمة والتخليص، وتوفر الدراسات الاستقصائية التي تجريها الشبكة عن ممرات السكك الحديدية بيانات دقيقة عن قياسات المسارات، ومواقع الإشارة، ومواقع الأسلاك العامة، وتتيح السحب من نقاط الـ 3D للمهندسين تقييم التطهير من المخزونات المتجددة الجديدة أو الحاويات ذات الحزم المزدوجة، وبالإضافة إلى ذلك، يمكن للطائرات الآلية المجهزة بالكاميرات الحرارية أن تكتشف مواقع ساخنة في خطوط القوى العظمى أو مفاصلصة أو مفاصلصة للسك الحديدية، وتحذر من الفشل المحتمل.

خطوط نقل السلطة

وتعتمد المرافق الكهربائية على المركبات الجوية غير المأهولة لتفتيش ومسح طرق الطاقة، وتطير الطائرات العمودية على طول ممرات النقل، وتلتقط البيانات عن مواقع البرج، ومسح النسيج، وتجاوز الغطاء النباتي، والحدود الصحيحة، وتدعم البيانات تصميم خطوط جديدة وإدارة الأصول، أما بالنسبة للخطوط الموجودة، فإن الطائرات الآلية المجهزة بمحطة ليدار يمكنها قياس مسافات التطهير بين الموصلات والأشجار في حدود سنتيمتر، مما يساعد على إجراء عمليات الفرز.

التوقعات المستقبلية: الابتكارات التي تشكل المسحات على طريق التردد فوق العالي

الاستخبارات الفنية وإخراج الإناث من مواقع التشغيل الآلي

ويمكن أن تحدد الآن التطورات في رؤية الحاسوب والتعلم الآلي استخراج الملامح من بيانات المركبات الجوية غير المأهولة، ويمكن للنظم الآن تحديد علامات الرصيف والعلامات وهياكل الصرف وأنواع النباتات من النسيج وسحب النقاط، مما يقلل عبء العمل في الرقم اليدوي ويعجل بالانتقال من البيانات الخام إلى التصميم المصمم، ومع تحسن نماذج الرحلات الجوية، يمكننا أن نتوقع أن يتم في الوقت الحقيقي تجهيز اللوحات.

ما بعد الخط البصري لعمليات البصر

وتقتضي الأنظمة الحالية عموماً من الطيار أن يحافظ على الاتصال البصري بالطائرة بدون طيار، مما يحد من طول بعثة المسح الوحيدة، كما أن التقدم التنظيمي نحو عمليات نظام " BVLOS " الروتينية - المدعومة بإرادة تكنولوجية كشفية وتجنبية - يمكّن الطائرات بدون طيار من التحليق بممرات طرق كاملة دون إعادة التمركز، كما أن برنامج " بيوند " والمبادرات المماثلة في أوروبا، سيختبران رحلات " ذات فتحها على نحو كبير من أجل البنية التحتية " .

بيانات الاستشعار والبيانات المتعددة الوسائط

وستحمل المركبات الفضائية الجوية المتعددة في المستقبل أجهزة استشعار متعددة في وقت واحد: كاميرات RGB، وLDAR، وأجهزة تصوير فائقة الأطياف، وكاميرات حرارية، وتجميع هذه الأنواع من البيانات في رحلة واحدة يوفر صورة أغنى لممر الطرق، مثلا، يمكن أن ينتج مسح لطريق جديد رمزا للمواءمة، وLDAR لحجم الأعمال الأرضية، وخريطة نموذجية لتحديد المرافق الجوفية أو تسرب المياه.

تبسيط وتوحيد الأنظمة

ومع نضج تكنولوجيا الطائرات بدون طيار، تعمل الهيئات التنظيمية في جميع أنحاء العالم على تبسيط عمليات الموافقة على الدراسات الاستقصائية التجارية، وتعزز قواعد الهوية عن بعد السلامة والمساءلة، وتمهيد الطريق أمام توسيع العمليات، وتوحيد أشكال البيانات وإصدار الشهادات لمنتجات المسح التي تستند إلى استخدام الطائرات فوق البنفسجية (مثل معايير نظام آليا لقياس الصور الفوتوغرافية لشبكة المعلومات الجغرافية) من شأنه أن يزيد الثقة بين العملاء والوكالات التنظيمية، ويعتمد التوسع على إطار تنظيمي واضح ومتسك يوازن الأمان مع الابتكار.

خاتمة

وقد انتقلت المركبات الجوية غير المأهولة من مرحلة جديدة إلى مرحلة الضرورة في مجال اقتناء البيانات المتعلقة بمسح الطرق، فجمع السرعة والدقة والوفورات في التكاليف والسلامة يجعل من المركبات غير المأهولة أداة مفضلة لمشاريع البنية التحتية الساحلية بجميع المستويات، وفي حين أن التحديات مثل الطقس والأنظمة وإدارة البيانات ستظل قائمة، فإن الحلول العملية والتقدم التكنولوجي لا تزال تقلل الحواجز، وتكتسب المنظمات التي تدمج الدراسات الاستقصائية للمركبات غير المصفرة في سير عملها ميزة تنافسية من خلال سرعة تنفيذ المشاريع ومنتجات الأكثر ثراءتها.