15 استخدامًا وتطبيقًا لتقنية LiDAR في الاستشعار عن بعد والمسح الجغرافي

تُعد تقنية LiDAR (الكشف عن الضوء وتحديد المدى) واحدة من أكثر أدوات الاستشعار عن بعد ثورية في العصر الحديث. فهي تستخدم نبضات ليزر عالية الكثافة لرسم خرائط دقيقة للتضاريس، وقياس الارتفاعات، وتحليل البيئات الطبيعية والعمرانية.

في هذه المقالة، سنستعرض أهم 15 استخدامًا وتطبيقًا لتقنية LiDAR في مجالات مختلفة مثل: علم الآثار، التخطيط الحضري، الزراعة الدقيقة، الغابات، قياس الأعماق تحت الماء، مراقبة المباني والجسور، ورسم الخرائط عالية الدقة.

1. الكشف عن المدن المفقودة باستخدام LiDAR

من أبرز تطبيقات LiDAR في علم الآثار قدرتها على كشف المدن المطمورة والمواقع الأثرية المخفية تحت الغابات الكثيفة.

• بفضل أكثر من 160,000 نبضة ليزرية في الثانية، يمكن للتقنية اختراق الغطاء النباتي ورسم تضاريس دقيقة تكشف عن الجدران، الطرق، والهياكل القديمة.

• استخدمت هذه التقنية في أمريكا الوسطى لاكتشاف مدن حضارة المايا التي ظلت مغطاة بالأدغال لقرون.

2. مسح المباني والجسور لمراقبة الجودة

أصبحت تقنية LiDAR أساسية في الهندسة المدنية والبناء:

• من خلال مطابقة سحب النقاط ثلاثية الأبعاد مع نماذج BIM، يتم التحقق من جودة البناء ودقته.

• يمكن كشف الأخطاء أو الانحرافات في وقت مبكر، مما يوفر ملايين الدولارات التي قد تُنفق على إعادة العمل.

• تُستخدم هذه التقنية في مشاريع ضخمة مثل فحص الجسور، الأنفاق، والمطارات للتأكد من مطابقتها للمعايير.

3. قياس الأعماق تحت الماء باستخدام LiDAR Bathymetric

إلى جانب الاستشعار الجوي، يوجد نوع متخصص يسمى LiDAR لقياس الأعماق (Bathymetric LiDAR):

• يعتمد على أشعة الليزر الخضراء لاختراق المياه ورسم خرائط قاع الأنهار، البحيرات، والمحيطات.

• يستخدم في:

  • رسم الخرائط البحرية.

  • مراقبة الشعاب المرجانية.

  • إدارة الموانئ والممرات المائية.

• يُعتبر بديلًا متطورًا للسونار التقليدي في قياس الأعماق.

4. الزراعة الدقيقة ومراقبة المحاصيل باستخدام LiDAR

أحد أهم استخدامات LiDAR في الزراعة هو تحسين الإنتاجية وتقليل التكاليف:

• يمكن ربط أجهزة LiDAR بالجرارات أو الطائرات بدون طيار لتوليد خرائط ثلاثية الأبعاد دقيقة للمزارع.

• يساعد المزارعين في:

  • قياس الكتلة الحيوية للمحاصيل.

  • تحديد ارتفاع النباتات وحالتها الصحية.

  • تحسين استخدام الأسمدة والمياه بشكل ذكي.

• هذا ما يعرف بـ الزراعة الدقيقة (Precision Agriculture) التي تعزز الإنتاج وتقلل الهدر.

5. مراقبة الغابات ورسم خرائط الأشجار

هل يمكن لـ LiDAR أن "يرى من خلال الأشجار"؟ نعم، وبكفاءة عالية:

• تكشف تقنية LiDAR عن:

  • ارتفاع الأشجار الفردية.

  • الكثافة النباتية.

  • بنية الغطاء النباتي.

• يتم استخدامها في:

  • إدارة الغابات المستدامة.

  • تقدير مخزون الكربون الحيوي.

  • مراقبة إزالة الغابات والتغيرات البيئية.

• على سبيل المثال، استخدم نظام GLAS LiDAR الفضائي لرسم خرائط دقيقة للغابات من الفضاء.

6. المركبات ذاتية القيادة والقيادة الذكية باستخدام LiDAR

من أهم تطبيقات LiDAR في السيارات ذاتية القيادة قدرتها على توفير رؤية شاملة بزاوية 360 درجة حول المركبة.

• تقوم مستشعرات LiDAR بإرسال نبضات ليزرية ورصد وقت ارتدادها، مما يولّد خريطة ثلاثية الأبعاد دقيقة للبيئة المحيطة.

• هذه الخرائط تمكّن السيارة من:

  • التعرف على العوائق.

  • تحديد المسارات الآمنة.

  • اتخاذ قرارات القيادة الفورية.

• شركات مثل Velodyne LiDAR أصبحت رائدة في إنتاج هذه المستشعرات التي تُعد العمود الفقري لتقنيات القيادة الذاتية.

7. التنبؤ بالفيضانات وإدارة الكوارث الطبيعية

من خلال بيانات LiDAR الأرضية يمكن إنشاء نماذج الارتفاع الرقمية (DEM) التي تساعد على:

• تحديد المناطق المنخفضة المعرضة للفيضانات.

• بناء أنظمة إنذار مبكر للفيضانات قبل وقوعها.

• دعم شركات التأمين في تقدير المخاطر وتسعير الأقساط بدقة.
  تُعتبر هذه التقنية أداة أساسية في إدارة الموارد المائية والهيدرولوجيا والتخطيط لمواجهة الكوارث الطبيعية.

8. تحديد استخدام الأراضي وتصنيف الغطاء الأرضي

أحد أبرز تطبيقات LiDAR في الاستشعار عن بعد هو تصنيف الغطاء الأرضي، حيث يتم التمييز بين:

• المباني.

• الطرق والسكك الحديدية.

• الغطاء النباتي (منخفض، متوسط، عالي).

• المسطحات المائية.

• الأسلاك العلوية.
  هذا التصنيف التلقائي يساعد في مراقبة تغيرات استخدام الأراضي ودراسة تأثير التغير المناخي على الأنظمة البيئية.

9. الطب الشرعي والتحقيقات الجنائية باستخدام LiDAR

في مجال التحقيقات الجنائية، أصبح LiDAR أداة مهمة لتوثيق الأدلة:

• تحديد المقابر غير المميزة أو المدفونة من خلال رصد الشذوذ الطبوغرافي.

• إعادة بناء مسرح الجريمة أو حوادث المرور بتفاصيل ثلاثية الأبعاد.

• توفير أدلة دقيقة تدعم التحقيقات القضائية.
  هذا الاستخدام المبتكر يجعل من LiDAR تقنية دقيقة في الطب الشرعي بجانب التصوير الفوتوغرافي التقليدي.

10. التحقيق في الانهيارات الأرضية واستقرار المنحدرات

يُستخدم LiDAR الطبوغرافي لرسم خرائط مفصلة للمناطق المعرضة للانهيارات:

• كشف التغيرات الطبوغرافية الدقيقة في المناطق شديدة الغطاء النباتي.

• إنشاء خرائط للمخاطر الجيولوجية تساعد على تقييم استقرار المنحدرات.

• دعم الهيئات الحكومية في التخطيط العمراني الآمن ومنع الكوارث.
  وقد ساهمت هذه التقنية في دراسات عديدة عن البراكين والانزلاقات الأرضية حول العالم.

11. دراسة الغلاف الجوي باستخدام تقنيات LiDAR

هناك عدة أنواع من LiDAR الجوي متخصصة في قياس عناصر الغلاف الجوي:

• Doppler LiDAR: لقياس سرعة الرياح بدقة.

• Raman LiDAR: لقياس بخار الماء والجسيمات الدقيقة (الهباء الجوي).

• DIAL LiDAR: لتحليل مكونات مثل الأوزون وبخار الماء.
  هذه التطبيقات تجعل LiDAR أداة أساسية في دراسة التغير المناخي ومراقبة جودة الهواء على المستويين المحلي والعالمي.

12. إدارة الأصول والبنية التحتية باستخدام LiDAR المحمول

تستفيد البلديات وشركات المرافق من LiDAR المحمول (Mobile LiDAR) لتوثيق وإدارة أصولها:

• مسح الطرق وتحديد الحفر والأضرار.

• مراقبة حالة الجسور والمنشآت.

• تسجيل أعمدة الإنارة، اللافتات، وشبكات المرافق.

• إدخال البيانات إلى أنظمة GIS لتسهيل التخطيط والصيانة.
  بذلك، يصبح LiDAR أداة استراتيجية في إدارة المدن الذكية وضمان السلامة العامة.

13. دراسة الغلاف الجليدي وقياس عمق الثلوج باستخدام LiDAR

مع توسع تطبيقات تقنية LiDAR، دخلت بقوة في مجال دراسة الغلاف الجليدي. إذ أصبح بالإمكان:

• قياس عمق الثلوج بدقة عالية.

• مراقبة التغيرات الموسمية للثلوج والجليد.

• التنبؤ بحدوث الانهيارات الثلجية ودراسة تأثيرها على المجتمعات الجبلية.

بفضل خاصية اختراق الضوء بأطوال موجية مختلفة، يتمكن LiDAR من تحليل تشتت الثلوج وحساب سماكتها، مما يفتح آفاقًا جديدة في الهيدرولوجيا ودراسة الموارد المائية.

14. الواقع المعزز (AR) والواقع الافتراضي (VR) باستخدام LiDAR

أصبح LiDAR اليوم جزءًا أساسيًا في الهواتف الذكية والأجهزة المحمولة، مما أحدث ثورة في عالم الواقع المعزز والافتراضي.

• يضيف استشعار العمق ثلاثي الأبعاد لتجارب الألعاب التفاعلية.

• يتيح للمستخدمين دمج العناصر الرقمية مع البيئة الحقيقية بدقة.

• يدعم تطبيقات عملية مثل:

  • تصميم الأبراج وتوربينات الرياح.

  • التخطيط لتركيب الألواح الشمسية.

  • التصميم المعماري الداخلي والخارجي.

هذا التكامل بين LiDAR وAR/VR يفتح الباب أمام جيل جديد من التطبيقات في التعليم، الترفيه، والتصميم الهندسي.

15. الكشف عن تعدي الأشجار وحماية شبكات الطاقة

من التطبيقات الحيوية لـ LiDAR في إدارة المرافق الكشف عن الأشجار التي قد تتعدى على خطوط الكهرباء أو تهدد سلامة البنية التحتية.

• تمييز النباتات عن الأسلاك العلوية بدقة باستخدام بيانات سحابة النقاط.

• التنبؤ بمخاطر سقوط الأشجار الميتة أو الضعيفة.

• تحسين استراتيجيات الصيانة الوقائية لشبكات الطاقة.

وبهذا يساهم LiDAR في تعزيز سلامة الشبكات الكهربائية وتقليل انقطاع التيار الناجم عن العوامل الطبيعية.

المزيد من التطبيقات المتقدمة لتقنية LiDAR

إلى جانب الاستخدامات السابقة، هناك عشرات التطبيقات الأخرى لهذه التقنية الثورية:

• الجيش والدفاع: رسم خرائط تضاريس ساحة المعركة بدقة عالية.

• الفضاء: استخدمت ناسا LiDAR منذ عام 1971 في قياس تضاريس سطح القمر.

• الجيولوجيا: تحليل المنحدرات والارتفاعات ودراسة الأشكال الأرضية.

• تآكل السواحل: مراقبة الشواطئ والتغيرات الزمنية في الخط الساحلي.

• البيئة: دراسة الموائل الطبيعية وهيكل الغطاء النباتي.

• التعدين: مراقبة عمليات الاستخراج واستكشاف المعادن.

• علم التربة: دراسة خشونة السطح والتحكم في التعرية.

• الهيدرولوجيا: نمذجة اتجاهات تدفق المياه وتراكمها.

الخلاصة: مستقبل LiDAR بين الحاضر والغد

تقنية LiDAR (الكشف وتحديد المدى بالليزر) لم تعد مقتصرة على السيارات ذاتية القيادة، بل غزت مجالات:

• الزراعة الذكية.

• إدارة الكوارث الطبيعية.

• المجالات البيئية والعلمية.

• التطبيقات العسكرية والفضائية.

ورغم أن التكنولوجيا ليست جديدة، إلا أن انتشارها المتسارع جعلها تدخل حتى في هواتفنا الذكية، مما يجعل LiDAR جزءًا محوريًا من مستقبل الابتكار الرقمي والتحول التكنولوجي العالمي.