LiDAR مقابل سحابة النقاط

إذا كنت تعمل في مجال المسح ثلاثي الأبعاد، فمن المحتمل أنك صادفت مصطلحات معقدة مثل LiDAR وسحب النقاط والتقاط الواقع. في هذه المقالة، سنقوم بتحليل أساسيات هذه المفاهيم، مع تقديم رؤى حول معايير المسح ثلاثي الأبعاد الحديثة.

نمو سوق LiDAR

وفقًا لتقرير صادر عن Research and Markets، من المتوقع أن يصل سوق كشف الضوء وتحديد المدى (LiDAR) العالمي إلى 4.5 مليار دولار بحلول عام 2022، بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) بلغ 24.0% من 1.5 مليار دولار في عام 2017. وقد تم الاستشهاد بقطاعات مثل استكشاف الفضاء، والسيارات، والعسكرية والدفاع، والطاقة، والبناء، والبيئة، والتعدين كقطاعات نمو سوقية كبيرة، مما يسلط الضوء على التأثير الواسع لتقنية LiDAR.

فهم LiDAR

LiDAR هو منهجية أكثر منه تقنية. على الرغم من أنه غالبًا ما يُعتبر اختصارًا، إلا أن المصطلح نشأ كمزيج من "الضوء" و "الرادار". تتضمن العملية جمع القياسات باستخدام الضوء فوق البنفسجي أو المرئي أو القريب من الأشعة تحت الحمراء، لإنشاء نماذج وخرائط ثلاثية الأبعاد للأشياء والبيئات. تقوم التقنية بتقييم العلاقات المكانية والأشكال عن طريق قياس الوقت الذي تستغرقه الإشارات للارتداد عن الأشياء والعودة إلى الماسح الضوئي.

يصف LiDAR الأدوات التكنولوجية التي تحقق هذه النتيجة، لكنه يصف بدقة أكبر عملية قياس "زمن الرحلة". ولتوضيح ذلك، يمكن تشبيهه بتحديد الموقع بالصدى الذي تستخدمه الخفافيش لتحديد موقع الأشياء ومسافاتها. يمكن لـ LiDAR استهداف مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك الأجسام غير المعدنية، والصخور، والمطر، والمركبات الكيميائية، والهباء الجوي، والسحب، وحتى الجزيئات المفردة. يمكن لشعاع ليزر ضيق رسم معالم فيزيائية بدقة عالية، حيث يمكن للطائرة رسم تضاريس بدقة 30 سم (12 بوصة) أو أفضل.

تحديات LiDAR

مثل أي تطبيق للتكنولوجيا المتطورة، يواجه LiDAR تحدياته. يمكن تلخيص التحديات الرئيسية في الحاجة إلى خط رؤية مباشر، والأسطح العاكسة التي تسبب مشاكل لليزر، وسوء الأحوال الجوية التي تتداخل مع جمع البيانات. على الرغم من استثمار الكثير في معالجة هذه التحديات، خاصة في استخدام LiDAR مع المركبات ذاتية القيادة، إلا أن تطبيق LiDAR على الأجسام الثابتة هو حالة أكثر إثباتًا في هذه المرحلة. كما أنه الوسيلة الأكثر دقة لنشر التقنية والمنهجية.

كيف يعمل LiDAR

ترسل أنظمة LiDAR نبضات من الضوء خارج الطيف المرئي وتسجل المدة التي تستغرقها كل نبضة للعودة. يتم تسجيل اتجاه ومسافة ما تصطدم به النبضة كنقطة بيانات. تختلف طرق وحدات LiDAR المختلفة، لكنها عمومًا تمسح بشكل دائري مثل طبق الرادار، مع تحريك الليزر لأعلى ولأسفل في نفس الوقت. بعد معالجة القراءات الفردية وتنظيمها، تصبح بيانات LiDAR بيانات سحابة نقاط. سحب النقاط الأولية هي مجموعات كبيرة من نقاط الارتفاع ثلاثية الأبعاد، بما في ذلك إحداثيات x و y و z، بالإضافة إلى سمات إضافية مثل الطوابع الزمنية GPS إن وجدت.

سحب النقاط

سحب النقاط هي تقنية تخزين معلومات قوية وديناميكية. من خلال تمثيل البيانات المكانية كمجموعة من الإحداثيات، يمكنها التعامل مع مجموعات بيانات كبيرة لمجموعة واسعة من المعالجات اللاحقة. في المقام الأول، في هذه الحالة، تُستخدم كوسيط لتحويل البيانات الخام التي تجمعها عمليات LiDAR إلى نماذج ثلاثية الأبعاد. ومع ذلك، يمكن استخدامها لتخزين ومعالجة أي معلومات مكانية.

سحابة النقاط ثلاثية الأبعاد هي مجموعة من نقاط البيانات المماثلة للعالم الحقيقي في ثلاثة أبعاد. يتم تعريف كل نقطة من خلال موقعها الخاص و (أحيانًا) لونها. يمكن بعد ذلك تحويل النقاط إلى بكسلات لإنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد دقيق للغاية للأشياء والبيئات المرصودة.

الخلاصة

يمكن إنشاء سحب النقاط باستخدام مجموعة متنوعة من الطرق، وليس فقط LiDAR. على سبيل المثال، التصوير المساحي هو تقنية أخرى يمكن استخدامها لإنشاء سحب النقاط. ومع ذلك، غالبًا ما يُفضل LiDAR لقدرته على اختراق الغطاء النباتي الكثيف ومستوى دقته العالي.

يمكن استخدام سحب النقاط لأغراض متنوعة تتجاوز مجرد إنشاء نماذج ثلاثية الأبعاد. يمكن استخدامها لاستخراج المعالم والقياس والتحليل. على سبيل المثال، يمكن استخدام سحب النقاط لتحديد وقياس التغييرات في البيئة بمرور الوقت، مثل التآكل أو تقدم أعمال البناء.

التقاط الواقع والمسح ثلاثي الأبعاد

يعد LiDAR وسحب النقاط مكونين رئيسيين في التقاط الواقع، وهي عملية التقاط العالم المادي وإنشاء نسخة رقمية منه. يمكن استخدام التقاط الواقع لأغراض متنوعة، بما في ذلك المسح والبناء والترفيه.

المسح ثلاثي الأبعاد، المعروف أيضًا باسم المسح بالليزر ثلاثي الأبعاد، هو حالة استخدام شائعة لالتقاط الواقع. وهي تتضمن استخدام LiDAR أو تقنيات مسح أخرى لالتقاط بيانات ثلاثية الأبعاد مفصلة لبيئة أو جسم ما. يمكن بعد ذلك استخدام هذه البيانات لإنشاء نماذج أو خرائط ثلاثية الأبعاد دقيقة.

يُستخدم المسح ثلاثي الأبعاد بشكل شائع في البناء والهندسة لالتقاط حالات المباني والمواقع كما هي منفذة. يمكن بعد ذلك استخدام هذه المعلومات لأغراض التصميم والتخطيط. يمكن أيضًا استخدام المسح ثلاثي الأبعاد لتوثيق التراث الثقافي والرصد البيئي والتحقيقات الجنائية.

في الختام، يعد LiDAR وسحب النقاط أدوات قوية لالتقاط وتحليل البيانات ثلاثية الأبعاد. بينما LiDAR هو منهجية لجمع البيانات ثلاثية الأبعاد باستخدام الليزر، فإن سحب النقاط هي مخرجات هذه البيانات ويمكن استخدامها لمجموعة متنوعة من المعالجات اللاحقة. معًا، تشكل أساس التقاط الواقع والمسح ثلاثي الأبعاد، اللذين لهما تطبيقات عديدة في مختلف الصناعات.