مجموعة بيانات المسح بالليزر الأرضي والجوي للأشجار في سلسلة شيفاليك بالهند مع قياسات ميدانية وتصنيفات ورق–خشب

لماذا تهم خرائط الغابات شجرةً بشجرة

تساعد الغابات بهدوء في تنظيم مناخ الكوكب، وتخزين الكربون، ودعم عدد لا يحصى من الأنواع، بما في ذلك الناس الذين يعتمدون على الخشب والطعام والدواء. ومع ذلك ما زلنا نكافح لقياس كمية المادة الحية — وبالتالي الكربون — التي تحتويها، لا سيما في الغابات الاستوائية المعقدة. يقدم هذا المقال مجموعة بيانات جديدة متاحة علنًا من شمال الهند تلتقط الأشجار الفردية في بعد ثلاثي باستخدام نبضات ليزر من الأرض ومن الجو. صُممت لمساعدة العلماء على بناء أدوات أفضل لتعقب صحة الغابات ونموها وتخزينها للكربون بمقاييس تتراوح من الأشجار الفردية إلى بعثات فضائية.

رؤية الغابة والأشجار معًا

بدلاً من الاعتماد فقط على شريط القياس ودفاتر الميدان، استخدم الباحثون المسح بالليزر لـ «طلاء» الغابة بملايين قياسات المسافة. أدوات المسح بالليزر الأرضي (TLS)، الموضوعة على حوامل ثلاثية داخل الغابة، سجلت تفاصيل دقيقة للجذوع والفروع. والمسح بالليزر الجوي (ALS)، المركب على مروحية، اجتاز المشهد لالتقاط الغطاء الواسع والسطح الأرضي. معًا توفر هذه المناظير كلًا من التفاصيل القريبة والتغطية الواسعة، مما يتيح للعلماء دراسة 674 شجرة فردية من 12 قطعة عبر سلسلة شيفاليك في هاريانا بالهند، ممثلةً 24 نوعًا في غابات استوائية وشبه استوائية.

بناء صورة ثلاثية الأبعاد دقيقة

لتحويل لقطات الليزر الخام إلى أشجار ثلاثية الأبعاد موثوقة، اتبع الفريق سلسلة دقيقة من الخطوات. أُخذت مسوحات أرضية متعددة حول كل قطعة حتى لا تُفوت أي جهة من الشجرة. وبما أن الغطاء الكثيف يحجب إشارات الأقمار الصناعية، وضع الفريق مستقبلات GPS عالية الدقة في مساحات خالية قريبة واستخدم محطة إجمالية (أداة مسح) لنقل تلك المواقع إلى داخل الغابة. ربطت التحويلات الرياضية كل شيء بنظام إحداثيات عالمي بدقة على مستوى السنتيمترات. بالنسبة للبيانات الجوية، غطى الماسح والكاميرا المركبان على المروحية نحو 250 كيلومترًا مربعًا، بدعم من أهداف أرضية معنونة ومحطة GPS مرجعية، بحيث يمكن رسم ارتفاع وشكل المشهد باستمرار.

من النقاط الخام إلى الأشجار الفردية

ينتج كل مسح ليزري «سحابة نقاط»، سرب من النقاط يبيّن مكان اصطدام نبضات الليزر بالأوراق أو اللحاء أو الأرض. بدأ الباحثون بتنظيف هذه السحب بإزالة الضوضاء وتحديد نقاط الأرض لإنشاء مرجع ارتفاع. ثم فصلوا الأشجار الفردية باستخدام برنامج يجمع تلقائيًا النقاط المنتمية إلى نفس الساق والتاج، تلاه تحقق وتصحيحات بشرية في الأماكن المعقدة حيث تتداخل الأغطية أو يكون الغطاء التحتي كثيفًا. ثم عُزِل نفس 674 شجرة في بيانات الطيران بحيث تمتلك كل شجرة عرضًا مفصلاً أرضيًا ونظيرًا جويًا أوسع. إلى جانب المسوحات، قامت فرق الميدان بقياس قطر الجذع، وتحديد الأنواع، وتصوير اللحاء والأوراق، ربطًا كل شجرة رقمية بشجرة حقيقية معنونة في الغابة.

التحقق من بنية الورق والخشب

قوة خاصة في مجموعة البيانات هذه أن العديد من الأشجار وُسِّمت نقاطها إما خشبًا أو أوراقًا. باستخدام أدوات تفاعلية، فصل الخبراء يدويًا نقاط الجذع والفروع عن الأوراق للأشجار ذات الجذوع الأكبر. تخدم هذه الأشجار الموسومة يدويًا كمرجع لاختبار طرق الفصل الآلي بين الورق والخشب. شغّل الفريق أربع خوارزميات مستخدمة على نطاق واسع على البيانات وقارن أداءها. رغم أن النتائج كانت أقل دقة قليلًا مما هي في غابات أبسط في أماكن أخرى، فإن ترتيب الطرق تطابق الدراسات السابقة، مما يشير إلى أن البيانات الجديدة واقعية وعالية الجودة. مع نسخ الأشجار المقتصرة على الخشب فقط، يمكن للباحثين تقدير حجم الجذع والفروع وبذلك الكتلة الحيوية فوق الأرض بشكل أكثر موثوقية.

من القطع إلى الأقمار الصناعية

لمعرفة مدى تطابق القياسات المستمدة من الليزر مع الواقع، قارَن المؤلفون أطوال الأشجار وأقطار الجذوع من TLS وALS مع القياسات الميدانية. وجدوا توافقًا قويًا، مع اختلافات متوسطة صغيرة تعكس كلًا من النمو الطبيعي وتباين وجهات النظر. باستخدام أدوات نمذجة متقدمة، قدّروا حجم كل شجرة ولخصوا مقدار الخشب الذي تسهم به الأنواع المختلفة. على سبيل المثال، شكل نوع صنوبر واحد حصة صغيرة من عدد الأشجار لكنه شكل حصة كبيرة من الحجم الكلي، مما يوحي بدوره الكبير في تخزين الكربون. وبما أن مجموعة البيانات مُشتركة علنًا عبر مستودعات عامة، فيمكنها الآن دعم أنواع كثيرة من الدراسات، من اختبار أساليب التعلم الآلي للتعرف على الأنواع إلى تحسين بعثات فضائية مثل NISAR (مشروع ناسا-إيسرو) وBIOMASS (وكالة الفضاء الأوروبية)، اللتين تهدفان إلى مراقبة الغابات عالميًا.

ماذا يعني هذا للمستقبل

بكلمات بسيطة، يوفر هذا العمل «صالة تدريب» مفصّلة للأدوات الرقمية التي نحتاجها لفهم الغابات وحمايتها. من خلال رسم مئات الأشجار الفردية بعناية في منطقة كانت ممثلة تمثيلاً ناقصًا سابقًا، يقدم المؤلفون للعلماء وسيلة لصقل النماذج التي تحول بيانات الليزر إلى معلومات موثوقة عن حجم الشجرة وشكلها وكتلتها الحيوية. ومع تحسّن هذه النماذج، ستتحسّن قدرتنا على تتبع كمية الكربون المخزنة في الغابات، وكيفية تغيرها عبر الزمن، ومدى فاعلية جهود الحماية والترميم. لأي شخص يهتم بتغير المناخ والتنوع البيولوجي، تُعد مجموعة البيانات هذه خطوة مهمة نحو رؤية الغابات بوضوح أكبر، من الأوراق وصولًا إلى الأقمار الصناعية المدارية.

الاستشهاد: Ali, M., Biswas, A., Iglseder, A. et al. Terrestrial and Airborne Laser Scanning Dataset of Trees in the Shivalik Range, India with Field Measurements and Leaf–Wood Classifications. Sci Data 13, 420 (2026). https://doi.org/10.1038/s41597-026-06674-w

الكلمات المفتاحية: ليدار الغابات, كتلة الأشجار الحيوية, الغابات الاستوائية, الاستشعار عن بعد, رسم خرائط الكربون