أنواع الليدار: مقارنة الأنظمة الجوية والأرضية والمتحركة وقياس الأعماق

ما أنواع الليدار الرئيسية؟

أهم أنواع الليدار أنظمة جوية وأرضية ومتنقلة ولقياس الأعماق، تُجمع بحسب منصة المستشعر والسطح المقاس. وكل نوع نظام كامل: ليزر ومستقبل وآلية مسح ووحدة توقيت ووسيلة لمعرفة موضع المستشعر واتجاهه.

يرمز lidar إلى الكشف الضوئي وتحديد المدى. وببساطة، تقنية الليدار طريقة لقياس المسافة بإرسال ضوء ليزر إلى سطح وتوقيت انعكاسه، وتكرار ذلك مئات الآلاف إلى ملايين المرات في الثانية لبناء سحابة نقطية ثلاثية الأبعاد. تغطي مقدمة ما الليدار المبدأ الأساسي؛ وهنا نقارن الأنواع لتحديد ما يلائم المشروع.

ما الليدار الجوي وكيف يعمل؟

هو ماسح ليزري على طائرة أو مسيّرة يمسح الأرض أسفله بينما يسجّل مستقبل GNSS ووحدة IMU المسار الدقيق للمستشعر. ويعطي دمج المدى وزاوية المسح والمسار إحداثيات كل مرتد.

يستخدم المستشعر الجوي عادة ضوءًا قريبًا من تحت الأحمر ويطلق مئات الآلاف إلى أكثر من مليون نبضة في الثانية. وميزة رئيسية له تعدد المرتدات: قد تنعكس النبضة جزئيًا عن الأوراق ثم الأغصان ثم الأرض، فيتيح نمذجة سطح الأرض تحت تاج الغابات. ولذلك يسود برامج الارتفاعات الوطنية ونمذجة الفيضانات.

للعمل الجوي مقياسان:

• الطائرات المأهولة: مساحات كبيرة وارتفاعات أعلى ومستويات جودة مثل مواصفة الليدار الأساسية لهيئة المسح الجيولوجي الأمريكية USGS. ويتطلب مستوى الجودة 2 الشائع نقطتين على الأقل لكل متر مربع وRMSE رأسيًا 10 cm في المناطق غير المغطاة بالنبات.
• ليدار المسيّرات: مواقع أصغر بكثافة نقاط أعلى كثيرًا وطيران أخفض؛ راجع دليل مسيّرات المساحة ورسم خرائط UAV لخيارات الحمولة.

كثير من البيانات الجوية العامة مجاني. لتنزيل الليدار في الولايات المتحدة، يوفّر برنامج الارتفاعات ثلاثية الأبعاد 3DEP لدى USGS تغطية وطنية، ويتيح عارض LidarExplorer العثور على البلاطات وتنزيلها. وتنشر بلدان كثيرة بيانات وطنية مماثلة.

ما ليدار قياس الأعماق والليدار الطبوغرافي المائي؟

يقيس ليدار الأعماق عمق الماء وشكل قاعه بليزر أخضر، عادة قرب 532 nm، يخترق الماء أفضل كثيرًا من الضوء القريب من تحت الأحمر. ويجمع الليدار الطبوغرافي المائي قناة قريبة من تحت الأحمر لليابسة وقناة خضراء للماء، لرسم الحد بينهما دون انقطاع.

يسجّل النظام انعكاسًا من سطح الماء وآخر من القاع؛ ويعطي فرق الزمن، بعد تصحيح الانكسار وبطء الضوء في الماء، العمق. ويعتمد الاختراق بشدة على الصفاء: قد يبلغ عشرات الأمتار في المياه الساحلية الصافية، وبضعة أمتار أو أقل في الأنهار العكرة.

تشمل الاستخدامات مراقبة تآكل السواحل ومداخل الموانئ ونماذج الأنهار والسهول الفيضية وخرائط الموائل. وفي الماء العكر أو العميق، يكون السونار متعدد الحزم على قارب البديل المعتاد.

ما الليدار الأرضي وما الماسح المثبت على حامل؟

الليدار الأرضي مسح ليزري من موضع ثابت على حامل، ويعطي أعلى دقة وكثافة بين الأنواع. يدور الماسح أفقيًا بينما تحرف مرآة الشعاع رأسيًا، فيغطي مجالًا شبه كروي كامل في كل محطة.

تُسجَّل المحطات معًا في سحابة واحدة. والدقة عادة مليمترية عند المدى القصير، مما يجعله الخيار القياسي لـBIM والفحوص الإنشائية والمنشآت الصناعية والتراث. يلتقط ماسحنا الأرضي ثلاثي الأبعاد حتى مليوني نقطة في الثانية بهيكل 4.4 kg، مع نسختي مدى 70 m و150 m على أهداف بيضاء بانعكاسية 90% ونسخة بعيدة المدى، وألوان HDR. وللمواقع الكبيرة، يمسح ماسحنا الأرضي عالي السرعة حتى 1000 kHz عبر مجال 360° × 282° بليزر آمن للعين من الفئة 1.

حيث يجب ربط البيانات بضبط دقيق، كالأنفاق والمراقبة، تجمع المحطة الشاملة الماسحة الزوايا والمسافات والمسح ثلاثي الأبعاد في جهاز واحد. ويشرح مقال المسح الليزري الأرضي سير العمل الثابت كاملًا.

ما الليدار المتنقل؟ أنظمة المركبات وحقائب الظهر والأجهزة اليدوية

هو المسح من منصة متحركة، كمركبة أو قطار أو قارب أو حقيبة ظهر أو وحدة يدوية، مع حساب النظام مساره باستمرار. تستخدم أنظمة المركبات GNSS وIMU عالية الجودة؛ وتعتمد اليدوية وحقائب الظهر أساسًا على التموضع وبناء الخريطة المتزامنين SLAM.

• رسم الخرائط بالمركبات: التقاط الطرق والسكك وأصول الشوارع بسرعة حركة المرور. الدقة سنتيمترية مع GNSS جيد، لكنها تتراجع بين المباني العالية والأنفاق ما لم تُضف نقاط ضبط.
• SLAM بحقيبة ظهر أو يدوي: للمباني والمناجم والغابات وأي مكان دون GNSS. يزن ماسحنا اليدوي SLAM 925 g، ويقيس من 0.1 إلى 70 m، ويعطي سماكة سحابة 1 cm أو أفضل بعد المعالجة.

يقايض رسم الخرائط المتنقل بعض الدقة بالسرعة: فمبنى يحتاج إلى يوم من محطات الحامل يمكن مسحه مشيًا غالبًا في أقل من ساعة. ويشرح ما SLAM كيفية تتبع الأنظمة مواضعها وضبط الانجراف.

ما مكونات الليدار وطرق قياس المدى؟

تضم جميع الأنظمة المكونات الأساسية نفسها: باعث ليزر وآلية توجيه شعاع ومستقبل وإلكترونيات توقيت دقيقة ونظام تموضع. وتختلف كيفية قياس المسافة بين ثلاث طرق.

• باعث الليدار: ليزر نبضي أو مستمر، شائعًا 905 nm أو 1064 nm أو 1550 nm للطبوغرافيا و532 nm للماء.
• الماسح: مرايا أو مناشير أو رؤوس دوّارة؛ وبعض المستشعرات الأحدث ذات حالة صلبة.
• المستقبل: مستشعر ضوئي يسجّل الضوء العائد وشدته.
• الموضع والاتجاه: GNSS/IMU للأنظمة الجوية والمركبات، وSLAM لليدوية، أو إعداد ثابت للماسحات الأرضية.

تعتمد استبانة الليدار، أي أصغر تفصيل يفصله النظام، على تباعد النقاط وتباعد الشعاع، أي حجم البقعة عند المسافة، وضجيج المدى، لا معدل النقاط وحده.

الرادار مقابل الليدار: ما الفرق؟

يستخدم الرادار موجات راديوية والليدار ضوءًا، لذا يرى الرادار عبر السحب والمطر وبعض المواد باستبانة أخشن، بينما يميّز الليدار تفاصيل دقيقة لكن يحجبه الضباب والمطر الغزير والأسطح الصلبة. أطوال الليدار الموجية نحو ميكرومتر واحد؛ وأطوال الرادار من مليمترات إلى أمتار.

يعني المسح الراداري عادة أحد أمرين: مسح بالرادار المخترق للأرض GPR، ويُسمى أيضًا جيورادار، لتحديد المرافق والفراغات المدفونة، أو قياس تداخل راداري بالأقمار لرصد حركة الأرض. ولا يحل أيهما محل الليدار؛ فهي تقيس أشياء مختلفة.

كيفية اختيار نوع الليدار أو البرنامج أو مقدّم الخدمة

اختر النوع وفق دقة مشروعك ومساحته وبيئته، ثم تأكد من قدرة البرنامج على معالجة البيانات وتسليمها بالصيغ التي يستخدمها عملاؤك.

1. حدّد الدقة: المليمترات تشير إلى المسح الأرضي، والسنتيمترات إلى المتنقل أو المسيّرات، والديسيمترات إلى الطيران المأهول.
2. حدّد المساحة والشكل: غرف ومبانٍ للأرضي أو SLAM، ومواقع للمسيّرات، وممرات للمتنقل أو VTOL، وأقاليم للطائرات.
3. راعِ البيئة: الغطاء النباتي والماء وتوفر GNSS والوصول.
4. خطّط الضبط: يربط ضبط GNSS والمحطة الشاملة جميع الأنواع بشبكة المشروع.
5. افحص المعالجة: برامج ليدار للتسجيل والتصنيف والنمذجة، وبرامج خرائط وأدوات GIS لمنتجات التضاريس والتحليل.

تشتري شركات كثيرة ماسحات أرضية أو يدوية للعمل اليومي وتستعين بخدمات ليدار للمشاريع الجوية أو المائية، حيث تجعل الطائرات والمستشعرات المتخصصة الإسناد الخارجي أوفر. لمقارنة الماسحات لتطبيقاتك، اطلب عرض سعر مع حجم مشروعك المعتاد والدقة المطلوبة.

الأسئلة الشائعة