وقد طور باحثون من التخنيون طريقة لتحديد المجاري باستخدام أنظمة الليزر

تمكنت من الوصول إلى مستوى الاعتراف 97٪

قام باحثو التخنيون، بالتعاون مع المعهد الجيولوجي، بتطوير نموذج للكشف التلقائي عن الحفر والظواهر البيئية الأخرى على طول شواطئ البحر الميت، والذي أظهر قدرات الكشف على مستوى عال من الموثوقية، على مناطق واسعة، وفي تضاريس معقدة سمات.
"إن الانخفاض الكبير في مستوى البحر الميت يؤدي إلى سلسلة من العمليات الجيومورفولوجية التي لها تأثير كبير على البنية التحتية والبيئة كجزء من استجابة النظام الطبيعي لانخفاض المستوى"، يوضح الدكتور شاجيا فيلين، أحد أعضاء هيئة التدريس عضو في مسار رسم الخرائط والمعلومات الجغرافية في كلية الهندسة المدنية والبيئية في التخنيون. "إن تشكل الحقول الجوفية في منطقة البحر الميت ما هو إلا جزء من مجموعة متنوعة من الظواهر التي تنتج بشكل مباشر عن انخفاض منسوب البحيرة، والذي وصل إلى معدل حوالي متر واحد سنويا في السنوات العشر الأخيرة. ونظراً لتأثير الحقول الجوفية على المشاريع القائمة والمخطط لها وعلى التنمية الإقليمية بشكل عام، يصبح من الضروري تحديد وتوصيف مثل هذه الظواهر في المرحلة الأولى من ظهورها وكذلك التنبؤ بتقدمها.
ولهذا الغرض، تم خلال العام الماضي إجراء دراسة جدوى لتحديد المجاري والظواهر التي تشير إلى تغير في البيئة المحيطة بمساعدة عمليات المسح الجوي بالليزر. أجرى البحث الدكتور ساغي فيلين والسيد عميت باروخ من التخنيون والدكتور يوآف أفني وطاقم مشروع الحفرة في المعهد الجيولوجي.
لقد قامت أنظمة الليزر المحمولة جواً (LiDAR) بتشكيل النهج المتبع في رسم الخرائط ثلاثية الأبعاد ومعالجة البيانات في السنوات الأخيرة. وتفتح قدرتها على توفير "سحابة من النقاط" ثلاثية الأبعاد كثيفة ودقيقة مجموعة واسعة من الخيارات في أي مجال يتعلق بالثلاثية الأبعاد. رسم الخرائط يعتمد مبدأ تشغيل معظم أنظمة الليزر على قياس المدى المباشر، من النظام إلى الجسم، وذلك بمساعدة إرسال "نبضة طاقة" مركزة وقياس الزمن الذي يمر حتى تعود. القياس في الأنظمة الجوية يسمح بشكل أساسي بتحديد الارتفاع بدقة بضعة سنتيمترات، ولتحديد موقع الفرد حيث تضرب الشعاع الأرض، يتم دمج نظام الليزر مع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)
(أنظمة تحديد المواقع العالمية) ونظام الملاحة بالقصور الذاتي
(أنظمة الملاحة بالقصور الذاتي - INS) والتي تتيح تحديد موضع وزوايا ميل الحزمة. يتيح دمج المعلومات الواردة من الأنظمة الثلاثة ترجمة النطاق المقاس إلى إحداثيات وطنية. ومن أجل تحقيق التغطية المكانية للمنطقة، تعمل الأنظمة في وضع المسح حيث ينحرف شعاع الليزر المطلق في اتجاهات مختلفة، بحيث يقوم النظام أثناء التحليق فوق منطقة معينة بمسح شريط كامل من المنطقة الواقعة أسفله . تتأثر التغطية الأرضية وكذلك كثافة المعلومات بخصائص النظام وارتفاع الرحلة. سيسمح قرص الطيران الأعلى بتغطية مكانية أوسع (كدالة لزاوية الفتح القصوى لنظام المسح)، لكن كثافة البيانات ستكون منخفضة نسبيًا، نظرًا لأن الاختلافات الزاوية بين "النبض" و"النبض" ستترجم إلى مسافة أرضية أكبر. من أجل تحقيق تغطية بكثافة بيانات عالية، زاد معدل المسح في السنوات الأخيرة بمقاييس كبيرة، تصل إلى حوالي 100,000 "نبضة" في الثانية، بحيث تكون كثافة المسح العالية ممكنة حتى عند سرعة طيران عالية. ويؤدي مبدأ قياس الطاقة المنعكسة إلى ميزة أخرى مهمة لأنظمة الليزر وهي قدرتها على اختراق الغطاء النباتي. وبما أن بعض الفوتونات سوف تخترق مظلة الغطاء النباتي وتنعكس من الأرض، فمن الممكن قياس كل من "النبضة" المنطلقة كلاً من الانعكاسات من مظلة الغطاء النباتي والانعكاسات من الأرض. تتيح هذه الميزة إمكانية الحصول على "صورة" النقش البارز والغطاء مباشرة من خلال مسح واحد.
تتمثل المساهمة الرئيسية لأنظمة الليزر في قدرتها على توفير "سحابة نقطية" كثيفة ودقيقة للغاية (معلومات الارتفاع) بشكل مباشر ودون تدخل بشري والتي تغطي مساحات كبيرة. هذه الميزات وغيرها تجعل من أنظمة الليزر الجوية أداة ذات إمكانات هائلة في مجال رسم الخرائط ثلاثية الأبعاد. في مجالات رسم الخرائط، تكون أنظمة الليزر ذات صلة بشكل أساسي بتطبيقات مثل إنتاج نماذج الارتفاع الرقمية، ورسم الخرائط الحضرية وتحديد شكل المباني وإعادة بنائه بدقة، وفي المجالات التي تحيد عن موضوعات رسم الخرائط الكلاسيكية، فإنها تتيح تقدير حجم الغطاء النباتي، والتحليلات المستندة إلى تغييرات الإغاثة (على سبيل المثال، لتغيير كتلة الأنهار الجليدية) أو رسم الخرائط ثلاثية الأبعاد بسرعة بعد الكوارث الطبيعية في مناطق واسعة.
تتيح ثروة المعلومات التي توفرها أنظمة LiDAR وصفًا تفصيليًا بدقة عالية، ولكن كتلة المعلومات المكتسبة وكثافة المعلومات تجعل المعالجة اليدوية صعبة وتتطلب نماذج معالجة مستقلة. على عكس اتجاهات التطوير القياسية التي تركز على التفاصيل البارزة (على سبيل المثال - المباني أو النباتات)، فإن طبيعة المجاري والتفاصيل المحيطة بها تتطلب التركيز على التفاصيل الدقيقة التي لا يتم التطرق إليها عادةً. ولذلك تطلب العمل بناء نماذج مكانية تعتمد على توصيف الظواهر ضمن "سحابة النقاط" ثلاثية الأبعاد، وأدى إلى فتح نموذج آلي لتحديد الظواهر الجيومورفولوجية الدقيقة من بيانات الليزر، مع التركيز على ظواهر تكوين المجرى.
يقول الدكتور فيلين: "إن النموذج المطور يجعل من الممكن تحديد موقع الظواهر الجيومورفولوجية بشكل فعال وموثوق ومراقبة تطورها". "أظهر تشغيل النموذج على بيانات المسح في مناطق مختارة على طول شواطئ البحر الميت أن حوالي 97% من الحفر الموجودة في منطقة الدراسة، والتي يبلغ قطر بعضها مترا واحدا أو أقل، تم التعرف عليها تلقائيا من خلال عمليات المسح الجوي والمسح الجوي. التعريف الخاطئ بلغ 4% فقط."
وفي الجانب العملي، سيكون من الممكن تعميم نموذج للعمل على المناطق التي توجد فيها ظواهر جيومورفولوجية لها تأثير كبير على البنية التحتية والبيئة. إن تحديد وتوصيف هذه الظواهر مع توسيع القدرة على التنبؤ باتجاه انتشار الظاهرة سيؤدي إلى قرارات أكثر استنارة مثل حظر البناء في المناطق التي تواجه الانهيار، أو تعزيز البنية التحتية في المناطق التي توجد بها بنية تحتية ستتضرر، أو تعزيز البنية التحتية في المناطق التي توجد بها بنية تحتية ستتضرر.
في الصورة: في الصورة: خريطة تظليل طوبوغرافية لبيانات الليزر التي تصف حقل بالوعة في منطقة الشاطئ المعدني في البحر الميت. الخطوط التي تعبر الصورة هي خطوط مستوية تم إنشاؤها مع تراجع البحيرة.