فوائد استخدام مجموعة بيانات الجيزات التي تستخدم الطائرتين

وقد أعيد تشكيل خريطة التضاريس الحديثة بدمج تدفقات العمل الخاصة بالنظم الجوية غير المأهولة بنظام المعلومات الجغرافية، وتوفر الطائرات المجهزة بمستشعرات متقدمة حاليا بديلا عمليا لأساليب المسح التقليدية، مما يتيح تحسينا في مجال القرار، والوقت المحدد، والتكاليف التشغيلية، وتستكشف هذه المادة الفوائد الأساسية، والتطبيقات المتنوعة، والأسس التقنية، والاتجاهات الناشئة في جمع بيانات نظام المعلومات الجغرافية عن رسم الخرائط الأرضية باستخدام الطائرات بدون طيار.

أهم مزايا جمع بيانات نظام المعلومات الجغرافية المرتكز على الطائرات العمودية

Accuracy and Resolution Unmatched

ومن أهم الفوائد التي يمكن أن يحققها استخدام الطائرات بدون طيار لجمع بيانات نظام المعلومات الجغرافية القدرة على جمع الصور العالية الاستبانة وبيانات الارتفاع، إذ أن الطائرات بدون طيار التي تستخدم أجهزة التصوير بالأشعة فوق البنفسجية والتي تبلغ مساحات الأشعة فوق البنفسجية 20 ميغابايت، يمكن أن تنتج خرائط دقيقة لقياس حجم الأشعة دون الحمراء، وتخفض فيها العينات الأرضية إلى ما دون 2 سم لكل بسكويت.

وكثيرا ما تعاني الأساليب التقليدية مثل الدراسات الاستقصائية للطائرات المأهولة أو الصور الساتلية من الغطاء السحابي أو من انخفاض الحل المكاني أو عدم كفاية التداخل، وتعمل الطائرات بدون طيار تحت طبقة السحاب، ويمكنها تعديل مسارات الطيران في الوقت الحقيقي لتغطية التضاريس المعقدة مع التداخل اللازم لإعادة البناء الدقيق للثلاثة الأبعاد، وهذا التحكم المباشر في حيازة البيانات يكفل أن تكون السمات الفرعية للتضاريس، مثل قنوات التحات، أو الجل الصغيرة، أو العاب الأرضية الأثرية، مسجلة تسجيلاوات.

التكلفة - الأثر

فرسم خرائط التضاريس على أساس الطائرة الآلية يقلل كثيرا من الحواجز المالية التي تعترض البيانات الجغرافية العالية الجودة، ويمكن أن تكلف عمليات الطائرات العمودية المأهولة أو المسح الثابت آلاف الدولارات لكل ساعة طيران، بينما تبلغ تكاليف عمليات الطائرات بدون طيار في العادة نسبة أقل من 500 دولار لكل رحلة جوية بالنسبة لنظام تجاري متوسط المدى، ومع أن هذه العمليات تتسم بالدقة، فإنها تكون كثيفة العمالة وبطيئة، ولا سيما في المناطق المترددة أو الكبيرة.

وبالإضافة إلى ذلك، انخفضت التكلفة الإجمالية للملكية لنظام نظام المعلومات الجغرافية الذي يرتكز على الطائرات بدون طيار انخفاضا كبيرا، إذ يمكن اقتناء الطائرات الآلية التجارية التي لها كاميرات متكاملة عالية الاستبانة وبرامجيات التصوير الأساسية بأقل من 000 5 دولار، وحتى نظم الرتبة المهنية التي تستخدم أجهزة الاستشعار التي تستخدمها شركة ليدار، أصبحت الآن متاحة دون 000 50 دولار، وهي نقطة أسعار لم يكن بالإمكان تصورها منذ عقد مضى، وعندما تقترن بمنصات التجهيز المفتوحة المصدر أو القائمة على الاشتراك، فإن النفقات العامة لا تزال متاحة للعديد من المنظمات.

السرعة والكفاءة

فالسرعة هي ميزة محددة لجمع البيانات على أساس الطائرة بدون طيار، ويمكن للرحلة الواحدة بدون طيار أن تلتقط صوراً عالية الاستبانة تغطي عدة مئات من الفدانات في أقل من ساعة، في حين قد يحتاج طاقم الأرض إلى أيام أو أسابيع على نفس المنطقة، ويمكن أن تتيح برامجيات تخطيط الرحلات الآلية للمشغلين تحديد حدود المسح الأولي، والتداخل في النسب المئوية، والزوارق في تحديد البيانات، مما يتيح جمع بيانات متسقة ومكررة.

كما أن الطائرات العمودية تتيح إعادة النظر بسرعة في نفس المنطقة، إذ أن عمليات المسح المتكررة التي تجرى على مدى أسابيع أو أشهر تنتج بيانات عن السلسلة الزمنية التي يمكن أن تكشف عن تغيرات في التضاريس بسبب التآكل أو البناء أو الأحداث الطبيعية، وهذه التحديثات المتكررة غير عملية مع الطائرات المأهولة بسبب القيود المفروضة على التكاليف والجداول، ويجعل الجمع بين السرعة العالية والقابلية للتكرار جمع بيانات نظام المعلومات الجغرافية المسيَّد خصيصا لرصد البيئات الدينامية.

الوصول إلى الأراضي التي يتعذر الوصول إليها

وفي كثير من الأحيان، تشمل عمليات مسح الأراضي مناطق خطرة أو مستحيلة الوصول إليها على الأقدام: المنحدرات الشديدة، والبراكين النشطة، والمنحدرات غير المستقرة، والمصابيح الكثيفة من المانغروف، أو التي تلت الحطام، وتزيل الطائرات الخطر المادي على المستقصين بينما تلتقط البيانات اللازمة، وفي المناطق الجبلية، يمكن للطائرات بدون طيار أن تطلق من موقع آمن وتطير فوق الحوافد.

تطبيقات الصناعات عبر الحدود

Environmental Monitoring and Conservation

ويستخدم علماء الحفظ بيانات نظام المعلومات الجغرافية التي تُطلب من الطائرات بدون طيار لرسم خرائط الأراضي الرطبة، ورصد إزالة الغابات، وتتبع معتكف الجليد، وتقييم تآكل السواحل، ويتيح استخدام أجهزة الصراف ذات الاستبانة العالية التي تُنشأ من صور الطائرات بدون طيار إجراء عمليات دقيقة لتدفق المياه، ونقل الرواسب، والكتلة الأحيائية النباتية، وعلى سبيل المثال، يمكن للطائرات بدون طيار أن ترسم خرائط لضوائحة المتشعبة لضوءة في نماذج التضاريسات الأرضية.

وتتسم الطائرات المسيرة المسماة " ليدار " ذات القيمة الخاصة في الغابات المدارية والغابات المعتدلة، حيث يمكنها قياس طول الكوابيس والهيكل الرأسي والارتقاء بالأرض في وقت واحد، وهذه البيانات أساسية لحساب مخزونات الكربون وفهم آثار تغير المناخ على النظم الإيكولوجية الحرجية، وقد أدرجت منظمات مثل الصندوق العالمي للحياة البرية وحفظ الطبيعة نظم المعلومات الجغرافية القائمة على الطائرات بدون طيار في برامجها الميدانية، مع التسليم بضرورة وجود بيانات عالية الاستبانة عن التضاريس في المناطق النائية.

التخطيط الحضري وتطوير الهياكل الأساسية

ويعتمد المخططون الحضريون على نماذج سطحية رقمية دقيقة وعلى أجهزة صرف النقود من أجل تصميم نظم الصرف، وتخطيط شُعب فرعية جديدة، وتقييم مخاطر الفيضانات، كما توفر هذه الوحدات مجموعات البيانات بجزء من تكلفة الدراسات الجوية التقليدية، كما تقدم مشاريع البنية التحتية الكبيرة مثل الطرق السريعة، أو الأنابيب، أو المزارع الريحية - بيانات نظام المعلومات الجغرافية القائمة على الدروين، الدعم لاختيار الطرق، وتقدير حجم العمل الأرضي، ورصد التقدم في البناء.

وفي المناطق الحضرية المتقدمة، يمكن للطائرات بدون طيار أن ترسم خرائط لبيئة مصممة بشكل كثيف حيث تتدهور إشارات النظام العالمي لتحديد المواقع وتضيق إمكانية الوصول إلى الأرض، وذلك باستخدام قياسات الأوعية البصرية وجهاز الليدار، والطائرات المسيرة الحديثة المبحرة بين الهياكل الطويلة، وإنتاج آثار بناء دقيقة ونماذج رفع، وتغذي هذه البيانات في منابر المدن الذكية، مما يتيح إجراء محاكاة لقاعدة بيانات عن الطاقة الشمسية المحتملة، وأنماتها الجغرافية، وطرق الإجلاء الطوار، وطرق الطارئ في حالات الطوارئ.

الإدارة الزراعية والزراعة الدقيقة

فالزراعة الدقيقة هي أحد أكبر الأسواق بالنسبة لبيانات نظام المعلومات الجغرافية التي تستخدم الطائرات بدون طيار، كما أن خرائط الأراضي تساعد المزارعين على فهم التقلبات الميدانية - التقلبات، والجانب، وأنماط الصرف - التي تؤثر على نمو المحاصيل واحتياجات الري، ومن خلال الإفراط في التصوير المتعدد الأطياف على أجهزة الصراف الآلي ذات الاستبانة العالية، يمكن للمزارعين الزراعيين أن يحددوا المناطق المعرضة لغسل المياه أو التعرية، وبالتالي فإن المبيدات الحشرية يمكن أن تكشف عن استخدامات المصممة.

For row crops like corn or soybeans, drone terrain models enable changing-rate seeding and fertilization based on elevation and soil type. Orchards and vineyards benefit from detailed topographic maps that guide drip irrigation layout and terrace construction. The economic return on investment for drone-based GIS in agriculture is well-documenties: a single survey can save farmers of dollars in inputs while increasing yield.

تقييم الكوارث والإنعاش

وبعد وقوع كوارث طبيعية مثل الزلازل والأعاصير أو الانهيالات الأرضية، فإن تقييم الأضرار السريعة والدقيقة أمر حاسم للاستجابة في حالات الطوارئ، ويمكن نشر الطائرات الدرقية في غضون ساعات لرسم خرائط المناطق المتضررة، وإنتاج الظواهر المهددة والمنظومات التي تظهر أنهار هياكل، وتشوهات أرضية، كما أن فرق البحث والإنقاذ تستخدم هذه الخرائط للتخطيط لطرق الوصول الآمنة.

كما اعتمدت صناعة التأمين نظام المعلومات الجغرافية الذي يستند إلى الطائرات بدون طيار لتقييم الأضرار التي لحقت بالممتلكات بعد وقوع الكوارث، وستؤدي نماذج التضاريس العالية الاستبانة، إلى جانب نماذج الهياكل الثلاثة دال، إلى التعجيل بتجهيز المطالبات والحد من الاحتيال، وفي عام 2022، أصدرت الوكالة الاتحادية لإدارة الطوارئ مبادئ توجيهية تتضمن بيانات الطائرات بدون طيار في رسم خرائط الفيضانات، مع الاعتراف بقيمتها على الطرق الأبطأ والأدق، ومع زيادة وتيرة الأحداث الجوية البالغة الشدة، فإن دور رسم الخرائط في حالات الكوارث.

الاعتبارات التقنية لرسم خرائط التضاريس على أساس العمود

أجهزة الاستشعار: LiDAR vs. Photogrammetry

2 - ويُستخدم جهاز الاستشعار الأولي في رسم خرائط أرضية مرتكزة على الطائرات بدون طيار: قياس الصور الضوئية ومسح الأشعة الليدروجيني (Ledar) الصور المتداخلة لخلق 3D نماذج من خلال مقاييس من حيث التركيب، وتُستخرج في مناطق مفتوحة ومجهزة بالنسيج وتنتج سحابات من الرنة الحقيقية وسحب من نقاط الكثافة.

ويتوقف الاختيار بين الاثنين على احتياجات المشروع: بالنسبة للمناطق المفتوحة أو المناطق الحضرية التي تكون فيها النباتات ضئيلة، توفر قياسات عالية الاستبانة نسبا ممتازة من حيث التكلفة إلى الجودة، وبالنسبة للمشاريع الحرجية أو المعقدة التي يكون فيها ارتفاع الطوابق البخارية أمرا أساسيا، فإن شركة ليدار هي التكنولوجيا العليا، إذ تدعم الطائرات الآلية الحديثة حمولات مزدوجة المصدر، مما يتيح إمكانية الحصول على بيانات موحدة عن نوع الأعمال المفتوحة المصدر، مثل برامجيات " ليد آر " )٤(.

تجهيز البيانات وإدماجها في برامجيات نظام المعلومات الجغرافية

أما الصور الملتقطة من طراز " آر أو غيوم " ، فتتمثل عادة في تحميل صور على برمجيات تكتشف تلقائياً نقاط التعادل، وتنسق الكاميرات، وتنشئ سحابة كثيفة، وتولد شبكات أوتوماتوسايك، وأجهزة الديموغرافيا، وأجهزة الحاسب الآلي للبيانات، وتشمل معالجة البيانات المتعلقة بالأشعة السينية والتلفزيونية العالمية، والملفات الأرضية المستمرة.

أما التكامل مع قواعد بيانات نظام المعلومات الجغرافية القائمة فهو أمر مستقيم، كما أن الأورام السمية تستخدم كقنابل أساسية، وتغذي أجهزة إدارة الدعم الميداني/أجهزة الصرف الآلي في نماذج المواد الهيدرولوجية أو الحجم، ويمكن تقسيم الغيوم إلى أجزاء شاملة للتصميم الهندسي، كما أن منابر قائمة على السحاب مثل أجهزة التزود بالأجهزة المحمولة (Done Deploy أو Skycatch) تبسط خط الأنابيب المرجعية للتجهيز إلى الوصل إلى مواقع تتيح لنظم القائمة على الشبكة العالمية.

التحديات التنظيمية والتشغيلية

وفي حين أن نظام المعلومات الجغرافية القائم على الطائرات بدون طيار يوفر قدرات قوية، فإنه لا يخلو من عقبات تنظيمية وتشغيلية، ففي الولايات المتحدة، يجب أن تمتثل العمليات التجارية بدون طيار لنظم FFAA Part 107، التي تتطلب شهادة تجريبية عن بعد، وعمليات بصرية محدودة من حيث خط البصر، والقيود المفروضة على الارتفاع (400 01 GL ما لم يتنازل عنها).

ولا تزال الظواهر الجوية تشكل تحدياً كبيراً في العمليات، إذ يمكن أن تحول الرياح القوية أو التهطال أو السحب المنخفضة دون حدوث تحليقات أو تدهور في نوعية البيانات، وتتراوح عادة مدة حياة البطاريات بالنسبة للطائرات الآلية المتعددة الأطقم من 20 إلى 40 دقيقة، مما يتطلب رحلات متعددة للمناطق الكبيرة، كما أن الطائرات المسيّرة ذات الأجنحة الثابتة توفر تحملا أطول (حتى ساعتين) ولكنها أقل مناً من حيث التلاعب بها وتتطلب مناطق آمنة للهبوط الجوية.

الاتجاهات المستقبلية في جمع البيانات عن نظم المعلومات الجغرافية التي تستخدم طائرات بدون طيار

AI and Automated Data Analysis

ومن الممكن أن تصنف نماذج التعلم الماكنة تلقائياً سمات الأرض مثل الطرق أو المباني أو النباتات - من ظواهر الازدحام وسحب النقاط، مما يقلل من وقت الهضم اليدوي ويحسن الاتساق، أما بالنسبة لاكتشاف التغيير، فإن الخوارزميات المتطورة تقارن بيانات الإدارة المستدامة للأراضي لتحديد مناطق التداخل، أو الترسبات، أو التداخل بين أنواع التدريب على الترسبات.

عمليات رسم الخرائط في الوقت الحقيقي والسجلات المتعلقة باتفاقية بازل

أما في مجال رسم الخرائط في المناطق التي يمر فيها الطائرات بدون طيار، وتحيل النتائج إلى محطة قاعدية أثناء الطيران في الأفق، فالحمولات الحاسوبية الكبيرة، مثل سلسلة طائرات النقل الجوي التابعة للشبكة، تتيح للطائرات بدون طيار توليد نماذج لرسم الخرائط بالأجهزة الآلية والارتقاء في وقت قريب من الواقع، مما يتيح اتخاذ قرارات فورية أثناء الاستجابة للكوارث أو رصد عمليات النقل.

التكامل مع نظام الصرف الآلي الموحد وإدارة حركة المرور في الولايات المتحدة

ومع تزايد عمليات الطائرات بدون طيار، تصبح الحاجة إلى الإدماج الآمن في النظم الجوية الوطنية أمرا بالغ الأهمية، فإن أطر أجهزة الصرف الآلي، مثل مشروع أجهزة الصرف الآلي التابعة للناسا، توفر الوعي بالحالة السائدة، وتسوية المنازعات آليا بالنسبة للطائرات غير الآلية التي تحلق في المجال الجوي المنخفض، وهذا يعني أن عمليات المسح المتعددة يمكن أن تعمل في نفس المنطقة دون اصطدامات، كما أن الطائرات الآلية يمكن أن تعدل مسارات الطيران القائمة على التحديث الفعلي.

خاتمة

وقد أدى جمع بيانات نظام المعلومات الجغرافية المستنير إلى تغيير جذري في مشهد رسم الخرائط في التضاريس، حيث إن الجمع بين الدقة العالية، وانخفاض التكلفة، والنشر السريع، والوصول إلى التضاريس التي لم تكن قابلة للتطبيق سابقا، يجعل الطائرات بدون طيار أداة لا غنى عنها للمهنيين عبر العلوم البيئية، والتخطيط الحضري، والزراعة، وإدارة الطوارئ.

وفي حين أن التحديات التنظيمية والتشغيلية لا تزال قائمة، فإن المسار واضح: فالطرق القائمة على الطائرات بدون طيار تصبح الخيار غير المقصود لإنتاج بيانات عن التضاريس ذات الاستبانة العالية، وستستفيد المنظمات التي تستثمر في هذه التكنولوجيات الآن من صنع قرارات أكثر استنارة، وتشديد الأطر الزمنية للمشاريع، وتعميق النظرات الأعمق في المناظر الطبيعية التي تديرها، وبما أن الصناعة تتحرك نحو رسم خرائط في الوقت الحقيقي، وعمليات BVLOS، فإن دور الطائرات الآلية في رسم الخرائط على نحو أسرع من أي وقت مضى سوف يعمق، ويزيد من أي وقت أكثر من أي وقت مضى، ويزيد من أي وقت مضى، ويزيد من التضاريس.