اختر اللغة

رسم خرائط الانهيارات الأرضية عن بُعد باستخدام منظار مقياس المدى بالليزر ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS): تقييم تقني ميداني

تحليل تجربة ميدانية تختبر منظار مقياس المدى بالليزر ونظام GPS لرسم خرائط سريعة عن بُعد للانهيارات الأرضية الحديثة الناجمة عن الأمطار في وسط إيطاليا.
reflex-sight.com | PDF Size: 3.6 MB
التقييم: 4.5/5
★ ★ ★ ★ ★
تقييمك
لقد قيمت هذا المستند مسبقاً
غلاف مستند PDF - رسم خرائط الانهيارات الأرضية عن بُعد باستخدام منظار مقياس المدى بالليزر ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS): تقييم تقني ميداني
عرض مستند PDF تحميل PDF ترجمة PDF
الرئيسية » الوثائق » رسم خرائط الانهيارات الأرضية عن بُعد باستخدام منظار مقياس المدى بالليزر ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS): تقييم تقني ميداني

جدول المحتويات

1. المقدمة والنظرة العامة

تقدم هذه الورقة تجربة ميدانية لتقييم نظام جديد لرسم خرائط سريعة عن بُعد للانهيارات الأرضية الحديثة الناجمة عن الأمطار. التحدي الأساسي الذي يتم معالجته هو الطبيعة المكلفة والمستهلكة للوقت والخطيرة في كثير من الأحيان لرسم خرائط جرد الانهيارات الأرضية التقليدية القائمة على العمل الميداني. يختبر المؤلفون نظامًا يجمع بين منظار مقياس المدى بالليزر عالي الدقة (Vectronix VECTOR IV) مع مستقبل نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) (Leica ATX1230 GG) وجهاز كمبيوتر لوحي متين يعمل ببرنامج نظم المعلومات الجغرافية (GIS). الهدف هو تقييم ما إذا كانت هذه التقنية يمكن أن تسهل التعرف على الانهيارات الأرضية ورسم خرائطها من مسافة آمنة، مما يحسن الكفاءة والدقة المحتملة مقارنة بالاستطلاع البصري أو المشي حول المحيط باستخدام GPS.

2. المنهجية والإعداد التجريبي

أُجريت التجربة في منطقة مونتي كاستيلو دي فيبيو، أومبريا، وسط إيطاليا، وهي منطقة تلالية تبلغ مساحتها 21 كم² عرضة للانهيارات الأرضية. تضمنت المنهجية مقارنة ثلاث تقنيات لرسم الخرائط لثلاثة عشر انهيارًا أرضيًا تم تحديدها مسبقًا.

2.1. المعدات والأجهزة

تألف النظام المتكامل من:

2.2. منطقة الدراسة وإجراءات الاختبار

تتميز منطقة الاختبار بوجود صخور رسوبية. تم إعادة رسم خرائط لثلاثة عشر انهيارًا أرضيًا، سبق رسم خرائطها عن طريق الاستطلاع البصري، باستخدام طريقتين:

  1. رسم الخرائط عن بُعد: باستخدام نظام الليزر/GPS من نقاط مرتفعة دون الدخول إلى منطقة الانهيار الأرضي.
  2. المشي بمحيط الانهيار باستخدام GPS: لأربعة انهيارات أرضية، تم المشي بمستقبل GPS حول المحيط لإنشاء مرجع "حقيقة أرضية".

تمت مقارنة هذه النتائج مع خرائط الاستطلاع البصري الأولية.

3. النتائج والتحليل

3.1. مقارنة دقة رسم الخرائط

وجدت الدراسة أن المعلومات الجغرافية (الموقع، المحيط) التي تم الحصول عليها عن بُعد لكل انهيار أرضي كانت مماثلة للمعلومات التي تم الحصول عليها بالمشي باستخدام GPS حول محيط الانهيار. كانت كلتا الطريقتين أفضل من المعلومات التي تم الحصول عليها من خلال رسم خرائط الاستطلاع البصري القياسي، والتي تكون أكثر ذاتية وأقل دقة.

3.2. الكفاءة والعملية

على الرغم من عدم قياسها كميًا بشكل شامل، فإن الطريقة عن بُعد تقدم مزايا محتملة كبيرة:

يستنتج المؤلفون أن النظام فعال لرسم خرائط الانهيارات الأرضية الحديثة ويتوقعون استخدامه لميزات جيومورفولوجية أخرى.

ملخص التجربة

منطقة الدراسة: 21 كم² (مونتي كاستيلو دي فيبيو، إيطاليا)

الانهيارات الأرضية المختبرة: 13

الطريقة المرجعية (المشي بـ GPS): 4 انهيارات أرضية

النتيجة الرئيسية: دقة رسم الخرائط عن بُعد ≈ دقة المشي بمحيط الانهيار بـ GPS > دقة الاستطلاع البصري.

4. التفاصيل التقنية والإطار الرياضي

يحول الحساب الجيوماتي الأساسي القياسات القطبية (من المنظار) إلى إحداثيات ديكارتية (في نظام GIS). بالنظر إلى موقع المراقب من GPS ($X_o, Y_o, Z_o$)، والمدى المائل المقاس $\rho$، والسمت $\alpha$، والزاوية الرأسية $\theta$ إلى نقطة الهدف، يتم حساب إحداثيات الهدف ($X_t, Y_t, Z_t$) على النحو التالي:

$\Delta X = \rho \cdot \sin(\theta) \cdot \cos(\alpha)$

$\Delta Y = \rho \cdot \sin(\theta) \cdot \sin(\alpha)$

$\Delta Z = \rho \cdot \cos(\theta)$

$X_t = X_o + \Delta X$

$Y_t = Y_o + \Delta Y$

$Z_t = Z_o + \Delta Z$

تعتمد دقة النظام على دقة GPS ($\sim$ مستوى السنتيمتر مع التصحيح)، ودقة مسافة مقياس المدى (مثل ±1 م)، والدقة الزاوية. يجب مراعاة انتشار الخطأ لحساب عدم اليقين النهائي في الموضع.

5. الفكرة الأساسية والتحليل النقدي

الفكرة الأساسية: لا يتعلق الأمر بمستشعر جديد ثوري؛ بل هو خطة عملية لتكامل الأنظمة. لقد سلح المؤلفون بشكل فعال معدات مسح جاهزة وعالية الجودة (Vectronix, Leica) لمشكلة محددة وعالية القيمة في المخاطر الجيولوجية: الاستطلاع السريع بعد الحدث. الابتكار الحقيقي يكمن في سير العمل، وليس في المكونات.

التسلسل المنطقي: المنطق سليم ولكنه يكشف القيد الرئيسي للدراسة. يثبت أن النظام يعمل لـ قياس النقاط المنفصلة للمعالم المحددة مسبقًا. ادعاء الورقة بمساعدة "التعرف" ضعيف — فالمنظار يساعد في فحص انهيار معروف، لكن الكشف الأولي لا يزال يعتمد على المسح البصري التقليدي. المقارنة بـ "الاستطلاع البصري" هي تقريبًا رجل قش؛ بالطبع، القياس الآلي يتفوق على التقدير بالعين المجردة. المقارنة ذات المعنى هي مع الطرق الآلية الناشئة من الطائرات بدون طيار أو قياس التداخل الراداري من الأقمار الصناعية (InSAR).

نقاط القوة والضعف:

رؤى قابلة للتنفيذ:

  1. للممارسين: المفهوم الأساسي — رسم الخرائط عن بُعد بالتوجيه والتصوير — قابل للنقل. استكشف استخدام ليدار من المستهلك على أجهزة iPad أو أنظمة متكاملة مثل GeoSLAM ZEB Horizon للمسح السريع أثناء المشي. نسبة التكلفة/الفائدة أفضل.
  2. للباحثين: يجب أن تكون هذه الدراسة خط أساس. الخطوة التالية هي نهج هجين: استخدام تحليلات الأقمار الصناعية/الطائرات بدون طيار واسعة النطاق (مثل الطرق التي نوقشت في المجلة الدولية للاستشعار عن بعد أو من قبل مشروع ARIA التابع لناسا) للكشف الأولي، ثم نشر هذا النظام الدقيق للتحقق الأرضي وجمع السمات. هذا هو سير العمل القاتل.
  3. للصناعة (Leica, Trimble): حزموا هذه الوظيفة في مجموعات برامجكم الميدانية كوحدة نمطية قياسية. لا تبيعوا الأجهزة؛ بل باعوا "حزمة التقييم السريع للانهيارات الأرضية".

في جوهر الأمر، قام Santangelo وآخرون ببناء أداة تحقق قياسية ممتازة، وليس نظام رسم خرائط أساسي. تكمن قيمته الكبرى في توليد بيانات تدريب عالية الجودة لنماذج التعلم الآلي التي ستقوم في النهاية برسم الخرائط على نطاق واسع تلقائيًا.

6. إطار التحليل: حالة دراسية مثال

السيناريو: تقييم سريع بعد حدث أمطار كبير في منطقة جبلية.

  1. طبقة دمج البيانات: ابدأ باكتشاف التغير في تماسك رادار الأقمار الصناعية (مثل Sentinel-1) أو اكتشاف التغير البصري (مثل Planet Labs) لتحديد مجموعات محتملة للانهيارات الأرضية على مساحة 1000 كم². يتبع هذا منهجيات مشابهة لتلك المستخدمة من قبل برنامج مخاطر الانهيارات الأرضية التابع للمسح الجيولوجي الأمريكي (USGS).
  2. استهداف الأولويات: استخدم نظام GIS لتراكب الانهيارات المحتملة مع طبقات البنية التحتية (الطرق، المستوطنات) لتحديد أولويات الفحوصات الميدانية.
  3. التحقق الميداني (باستخدام نظام هذه الدراسة): نشر الفريق إلى نقاط مرتفعة تطل على المجموعات عالية الأولوية. استخدم نظام الليزر/GPS لـ:
    • تأكيد نشاط الانهيار الأرضي.
    • رسم خرائط دقيقة للتاج والقاعدة والجوانب.
    • جمع السمات الرئيسية (الطول، العرض، الحجم المقدر عبر $الحجم \approx \frac{1}{2} \cdot المساحة \cdot العمق_{المقدر}$).
  4. معايرة النموذج: استخدم هذه القياسات الأرضية الدقيقة لمعايرة العلاقات التجريبية في خوارزمية الكشف القائمة على الأقمار الصناعية الإقليمية، مما يحسن دقتها للحدث التالي.

يضع هذا الإطار الأداة ضمن سير عمل حديث وقابل للتوسع للمخاطر الجيولوجية.

7. التطبيقات المستقبلية واتجاهات البحث

8. المراجع

  1. Santangelo, M., Cardinali, M., Rossi, M., Mondini, A. C., & Guzzetti, F. (2010). Remote landslide mapping using a laser rangefinder binocular and GPS. Natural Hazards and Earth System Sciences, 10(12), 2539–2546.
  2. Guzzetti, F., Mondini, A. C., Cardinali, M., Fiorucci, F., Santangelo, M., & Chang, K. T. (2012). Landslide inventory maps: New tools for an old problem. Earth-Science Reviews, 112(1-2), 42-66.
  3. Martha, T. R., Kerle, N., Jetten, V., van Westen, C. J., & Kumar, K. V. (2010). Characterising spectral, spatial and morphometric properties of landslides for semi-automatic detection using object-oriented methods. Geomorphology, 116(1-2), 24-36.
  4. USGS Landslide Hazards Program. (n.d.). Landslide Detection and Mapping. Retrieved from https://www.usgs.gov/natural-hazards/landslide-hazards/science
  5. Zhu, J., et al. (2017). Image-to-image translation with conditional adversarial networks (CycleGAN). Proceedings of the IEEE conference on computer vision and pattern recognition (pp. 1125-1134). (تم الاستشهاد بها كمثال لمنهجية الذكاء الاصطناعي المتقدمة التي يمكن تطبيقها في النهاية لأتمتة اكتشاف الانهيارات الأرضية من أزواج الصور، على الرغم من عدم استخدامها في هذه الورقة).