الكشف غير المتلف والتصوير ثلاثي الأبعاد للعيوب الداخلية في سور مينغ العظيم ببكين

رؤية داخل أحد عجائب العالم دون لمس لبنة واحدة

يعتبر سور الصين العظيم رمزًا للتاريخ البشري، لكن العديد من لبنه ونواة التربة فيه تضعف ببطء من الداخل. يمكن أن تقوّض الشقوق، الفراغات الخفية، وتسرب الرطوبة البنية بهدوء قبل أن تظهر أضرار على السطح. وبما أن الثقب أو القطع في هذا النصب المصمم كموقع تراث عالمي قد يسبب ضررًا جديدًا، يحتاج القائمون على الحفظ إلى طرق «لرؤية» داخل الجدار دون ملامسته. تُظهر هذه الدراسة كيف يمكن لطريقة قائمة على الرادار أن تخطط للعيوب والرطوبة الداخلية ثلاثية الأبعاد، مما يساعد القائمين على الصيانة في إصلاح السور بدقة أكبر وبأقل قدر من التخمين.

مشكلات خفية داخل الجدران القديمة

يمتد سور مينغ في بكين على مئات الكيلومترات عبر جبال حادة، وبني في الأساس كقشرة من الطوب حول نواة محشوة من التربة والأنقاض وهاون الجير. على مدى قرون، حول انكماش الملاط والتجمد والذوبان ومياه الأمطار الشقوق الصغيرة إلى فراغات وفصل بين الطوب والنواة الداخلية. يمكن للرطوبة أن تتسلل عبر هذه المسارات، مضعفة المواد ومزيدة احتمال الانهيار. الفحوص التقليدية مثل المسوحات البصرية أو حفر عينات بطيئة، تغطي مساحات صغيرة فقط، وقد تزيل جزءًا من النسيج الأصلي. يجادل المؤلفون أن النصب الكبيرة والمعقدة مثل السور العظيم تحتاج إلى أدوات غير متلفة يمكنها الاستقصاء عميقًا على مسافات طويلة، ويركزون على رادار اختراق الأرض (GPR) كخيار واعد للغاية.

كيف يرى الرادار عبر الحجر والتربة

يعمل رادار اختراق الأرض بشكل يشبه إلى حد ما جهاز قياس الصدى تحت الأرض. ترسل هوائية صغيرة دفعات قصيرة من موجات الراديو داخل الجدار؛ كلما انتقلت تلك الموجات من مادة إلى أخرى—طوب صلب إلى شق مملوء بالهواء أو تربة جافة إلى تربة رطبة—يرتد جزء من الطاقة. بتسجيل قوة وتوقيت هذه الصدمات بينما تُحرك الهوائية على طول الجدار، يمكن للعلماء بناء صور للطبقات الداخلية والميزات المخفية. اختار الفريق تردد رادار قدره 400 ميغاهرتز، مما يوفر توازنًا جيدًا بين النفاذ العميق (عدة أمتار داخل الطوب والتربة المضغوطة) وقدرة كشف التفاصيل الصغيرة (حتى بضعة سنتيمترات). كما يقارنون GPR بأساليب غير متلفة أخرى مثل التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء والمسح بالليزر، ويخلصون إلى أن الرادار وحده يمكنه الاختراق بعمق وتوفير صور داخلية مستمرة على طول امتدادات طويلة من الجدار.

بناء نموذج مصغر للسور في المختبر

لاختبار وضبط نهجهم، بنى الباحثون نموذجًا ماديًا مصغرًا لقطاع من السور باستخدام طوب رمادي بالطراز التقليدي ونواة من الحصى المكسور والتربة. داخل هذا النموذج الذي يبلغ طوله 6.9 مترًا زرعوا عشرة تجاويف صناعية بأحجام وأعماق مختلفة، ثم ملأوا اثنين منها بطرق 13 مختلفة: بالهواء، والماء، والمحلول الطيني، والحصى، وشظايا الطوب، وتربة رطبة وغير مضغوطة، كل ذلك في حالات جافة ورطبة. بمسح هذا النموذج برادار بتردد 400 ميغاهرتز، فحصوا ليس فقط الصور الأساسية بل أيضًا «سمات» أكثر تفصيلاً للإشارة—مثل قوة الصدى الكلية، والتردد السائد، وكيفية توزيع الطاقة عبر الزمن والتردد. كشفت هذه الاختبارات أن بعض تواقيع الرادار تغيرت بطريقة متناسقة مع زيادة محتوى الماء داخل العيب. على سبيل المثال، كانت الحشوات الرطبة تنتج صدى أقوى بشكل عام، وحزمة ترددية رئيسية أضيق، واستجابة منخفضة التردد مؤجلة وطويلة الأمد مقارنة بالحشوات الجافة.

تحويل شرائح البيانات إلى خريطة ثلاثية الأبعاد

سمح جمع ملفات رادارية على طول خطوط متوازية متعددة للفريق بتكديس الشرائح ثنائية الأبعاد في كتلة بيانات ثلاثية الأبعاد تمثل داخل مقطع الجدار. باستخدام برنامج مخصص كتبوه في MATLAB، طابقوا بعناية كل بكسل في صور الرادار إلى إحداثيات العالم الحقيقي، مصححين التباعد غير المنتظم للمسوحات والهندسة غير المنتظمة للبناء التاريخي. ثم استخدموا تقنية تسمى استخراج «سطح متساوي القيمة» (isosurface)، التي تغلف سطحًا أملسًا حول المناطق التي تكون فيها الصدات الرادارية قوية بشكل غير معتاد. في النموذج المختبري، التقط هذا البناء ثلاثي الأبعاد مواقع وأشكال معظم التجاويف، مع خطأ متوسط في الحجم يبلغ نحو 19 بالمئة—أفضل بكثير من العديد من المحاولات السابقة على هياكل معقدة مماثلة.

اختبار الطريقة على السور الحقيقي

مسلحين بأدوات معايرة، قام الباحثون بمسح قطاع من سور بانلونغشان في بكين، بين برجين من أبراج الإشعال. أظهرت المسوحات الرادارية من قمة الجدار طبقات طوب واضحة وعناقيد مميزة من الصدات القوية في أعماق تقارب مترًا إلى مترين. عندما حللوا هذه المناطق باستخدام نفس سمات الإشارة التي اختبرت في المختبر، طابقت الأنماط في الغالب التربة السائبة الجافة أكثر من المواد المشبعة بالماء. بعبارة أخرى، المناطق المشبوهة على الأرجح فراغات مملوءة هواء أو فراغات جافة بدلاً من بقع رطبة نشطة. أدى إعادة بناء بيانات الميدان في أحجام ثلاثية الأبعاد إلى كشف عدة ميزات شبيهة بالتجاويف داخل الجدار، وبينما كان من الأصعب تحديد الأحجام الدقيقة مقارنة بالنموذج المسيطر عليه، قدمت الطريقة إرشادات مفيدة حول الأماكن التي ينبغي تركيز الفحوصات الهيكلية والإصلاحات المستقبلية عليها.

ماذا يعني هذا لحماية التراث

بالنسبة لغير المتخصصين، الرسالة الأساسية هي أن الرادار أصبح الآن قادرًا على أكثر من مجرد الإشارة إلى أن «هناك شيئًا ما» خاطئًا داخل جدار قديم. من خلال تحليل دقيق لكيفية تغير الصدات الرادارية مع الرطوبة وتحويل شرائط طويلة من القياسات إلى صورة ثلاثية الأبعاد، يمكن لأخصائيي الحفظ تحديد الفراغات الداخلية، وتقدير حجمها، والحصول على انطباع أولي عما إذا كانت جافة أم مشبعة بالماء—كل ذلك دون حفر أي ثقب. ورغم أن كل موقع يحتاج إلى معايرته الخاصة لأن المواد والظروف الجوية تختلف، تقدم هذه الدراسة خارطة طريق عملية لاستخدام GPR لدعم إصلاحات مستهدفة وغير غازية إلى الحد الأدنى لسور مينغ وغيره من البناء الطوبي التاريخي حول العالم.

الاستشهاد: Qian, W., Wu, R., Tian, W. et al. Non-destructive detection and three-dimensional imaging of internal defects in Beijing Ming Great Wall. npj Herit. Sci. 14, 62 (2026). https://doi.org/10.1038/s40494-026-02341-w

الكلمات المفتاحية: الحفاظ على السور العظيم, رادار اختراق الأرض, الفحص غير المتلف, البناء التراثي الطوبي, كشف الرطوبة