المسح الليزري- مقدمة – الجزء الأول – Laser scanning

مقدمة

في المساحة التقليدية نقوم بتسجيل بعض التفاصيل المميزة التي تمكننا من توصيف الواقع بأدق مايمكن. المسح الليزري يقع ضمن هذا الوصف ولكنه يقوم بتسجيل عدد ضخم من البيانات (النقط ثلاثية الأبعاد) في الثانية. ويشكل وصفا غنيا للتفاصيل الموجودة في الواقع.

ماهو المسح الليزري المساحي

في الهندسة الحديثة، يستخدم مصطلح المسح بالليزر غالبا ليعبر عن أحد معنيين مختلفين تماما. الأول، والأكثر عمومية، أشعة الليزر، مرئية أو غير مرئية والتي تستخدم مثلا في بعض الطابعات ثلاثية الأبعاد، في النماذج الأولية السريعة، في آلات معالجة المواد، وآلات النقش بالليزر، وأنظمة الليزر لعلاج طول النظر، والمجهر البؤري، وطابعات الليزر، عروض الليزر، تلفزيون الليزر، والماسحات الضوئية الباركود.

والثاني، أكثر تحديدا وهو المقصود في هذه المقالة، ويعني أشعة الليزر التي تليها قياسات مسافات. وتستخدم هذه الطريقة لإلتقاط  أشكال الأشياء والمباني والمناظر الطبيعية بسرعة. وهي طريقة المسح الذي يقيس المسافة إلى الهدف من خلال إلقاء ضوء الليزرعليه، وقياس الاشارة المنعكسة بواسطة جهاز استشعار. ويمكن بعد ذلك أن تستخدم الاختلافات في أوقات عودة الليزر وأطوال الموجات بهدف توليد نماذج ثلاثية الأبعاد رقمية.

الماسح الليزري ثلاثي الأبعاد

هو جهاز يحلل الأجسام أو بيئة العالم الحقيقي لجمع البيانات عن شكله وأحيانا مظهره عبر اصدار والتقاط أشعة الليزر وحساب المسافات. ويمكن بعد ذلك استخدام البيانات التي تم جمعها لبناء نماذج رقمية ثلاثية الأبعاد. وينتج عن ذلك غمامة نقطية ثلاثية الأبعاد Point Cloud للجسم الممسوح, بمعالجة هذه الغمامة النقطية ينتج نموذج ثلاثي الأبعاد للجسم.

جمع البيانات ثلاثية الأبعاد مفيد لمجموعة واسعة من التطبيقات. وتستخدم هذه الأجهزة على نطاق واسع من قبل صناعة الترفيه في إنتاج الأفلام وألعاب الفيديو. الهندسة المدنية والمعمارية.  وتشمل التطبيقات الشائعة الأخرى لهذه التكنولوجيا التصميم الصناعي وتقويم العظام والأطراف الاصطناعية وصناعة النماذج الأولية ومراقبة الجودة وصحة المباني وتوثيق القطع الأثرية.

أقسام أجهزة المسح الليزري حسب نوع المسح:

بتبسيط كبير يمكن تقسيم أنواع أجهزة المسح Light Detection and Ranging) Lidar) الى نوعين:

أجهزة المسح الليزري الجوية Airborne Lidar

يخلق نموذج سحابة نقطة ثلاثية الأبعاد (Point Cloud) من المناظر الطبيعية (Landscape). هذه الطريقة هي حاليا الطريقة الأكثر تفصيلا ودقة لخلق نماذج الارتفاع الرقمية، مقارنة بمنافستها المسح التصويري. إحدى المزايا الرئيسية مقارنة مع المسح التصويري هي القدرة على تصفية الانعكاسات من الغطاء النباتي من نموذج سحابة النقط لإنشاء نموذج سطح رقمي يمثل الأسطح الأرضية مثل الأنهار والمسارات ومواقع التراث الثقافي (Cultural Heritage) وما إلى ذلك. يمكن التمييز أيضا بين فئتين ضمن إطار تطبيقات المسح الليزري المحمول جوا:

تطبيقات عالية الارتفاع high-altitude applications وتطبيقات منخفضة الارتفاع  low-altitude applications ولكن الفرق الرئيسي هو إنخفاض في الدقة وكثافة نقطة البيانات المكتسبة على ارتفاعات أعلى.

من أهم منتجات المسح الليزري المحمول جوا نماذج الإرتفاع الرقمي (DEM Digital Elevation Model) ونماذج السطح الرقمي (DSM Digital Surface Model). وتشمل عملية المسح في معظم الأحيان إلتقاط الصور الجوية الرقمية أيضا. من أجل إنتاج نماذج ثلاثية الأبعاد ذات مظهر واقعي و تفسیر علی سبیل المثال الإنزلاقات الأرضیة ، تحت الغطاء النباتي،  شقوق التوتر الأرضية وغيرها.

أجهزة المسح الليزرية الأرضية Terrestrial Lidar

وهو المسح الضوئي بالليزر الذي يحدث عندما يكون الجهاز على سطح الأرض ويمكن أن يكون جهاز المسح ثابتا أو متحركا.

الماسح الضوئي الأرضي الثابت TLS – Stationary Terrestrial Laser scanner:

الصورة التقطها الكاتب في مؤتمر انترجيو 2017 والإستخدام لأغراض توضيحية فقط.20170927_111624

هو الأكثر شيوعا كطريقة المسح، على سبيل المثال في الطبوغرافيا التقليدية، والرصد، وتوثيق التراث الثقافي (Cultural Heritage) والطب الشرعي. يمكن أن تتطابق الغمامات الثلاثية الأبعاد المكتسبة من هذه الأنواع من الماسحات الضوئية مع الصور الرقمية المأخوذة من المنطقة الممسوحة ضوئيا من موقع الماسح الضوئي لخلق نماذج واقعية ثلاثية الأبعاد في وقت قصير نسبيا بالمقارنة مع تكنولوجيا المسح الأخرى. وتعطى كل نقطة في الغمامة النقطية لون بكسل من الصورة التي اتخذت تقع في نفس زاوية شعاع الليزر التي خلقت هذه النقطة.

الماسح الليزري المحمول Mobile Lidar  – Mobile Laser Scanner:

هو عندما يتم إرفاق ماسح ليزري أو أكثر إلى مركبة متحركة لجمع البيانات على طول مسارها. وتقترن هذه الماسحات الضوئية تقريبا بشكل دائم مع أنواع أخرى من المعدات، بما في ذلك أجهزة استقبال النظام العالمي للملاحة بالأقمار الصناعية Global Navigation Satellite System) GNSS) ووحدات إدارة المعلومات الجغرافية GIS. مثال عن تطبيق عملي هو عندما نحتاج في مشروعنا إلى مسح الشوارع، خطوط الكهرباء، والحصول على ارتفاع الجسور الدقيق، وحدود الأشجار. بدلا من جمع كل من هذه القياسات بشكل فردي عبر القياسات الحقلية يمكننا إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد من الغمامات النقطية الناتجة لكل هذه الأجسام. وميزة اضافية إلغاء مشكلة نسيان أخذ قياس حقلي معين، طالما أن النموذج موثوق وعلى مستوى مناسب من الدقة.

خوارزميات اكتشاف السطوح من المسح الليزري Segmentation of Laser Scanning Data

لايكفي التقاط الغمامة النقطية أو Point Cloud لإنتاج المجسمات ثلاثية الأبعاد. هناك العديد من الخطوات المطلوبة لانتاج هذه النماذج وعادة أولها استخراج السطوح من غمامات النقط ومن ثم تجميع هذه السطوح لاستخراج الأجسام أو القيام بالنمذجة. سأقوم بعرض أبرز الخوارزميات حاليا في المقالة القادمة.

لاتنسى الاشتراك في صفحة الفيسبوك That GIS Guy – نظم المعلومات الجغرافية ومشاركة  هذه المقالة مع أصدقائك المختصين. وفي حال لديك أي تعليقات أو أسئلة لاتتردد حيث أنك تفيدنا في تحسين المقالات.

الكاتب: أمجد عجوب

اترك رد

إملأ الحقول أدناه بالمعلومات المناسبة أو إضغط على إحدى الأيقونات لتسجيل الدخول:

شعار ووردبريس.كوم

أنت تعلق بإستخدام حساب WordPress.com. تسجيل خروج   /  تغيير )

Google photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Google. تسجيل خروج   /  تغيير )

صورة تويتر

أنت تعلق بإستخدام حساب Twitter. تسجيل خروج   /  تغيير )

Facebook photo

أنت تعلق بإستخدام حساب Facebook. تسجيل خروج   /  تغيير )

Connecting to %s