تكامل التصوير الفوتوغرافي بالطائرات بدون طيار واللايدار لإنشاء خرائط ثلاثية الأبعاد عالية الدقة للحرم الجامعي في KFUPM

لماذا تحويل الحرم الجامعي إلى عالم رقمي مهم

تخيل استكشاف حرم جامعي عبر الإنترنت كما لو كنت تمشي فيه فعليًا—تتفقد واجهات المباني، تتحقق من الطرق المناسبة للكراسي المتحركة، أو تفحص الأسطح دون الحاجة لتسلق السلالم. يوضح هذا البحث كيف حوّل فريق الباحثين حرم جامعة الملك فهد للبترول والمعادن (KFUPM) إلى «توأم رقمي» ثلاثي الأبعاد عالي التفاصيل باستخدام طائرات بدون طيار مزودة بكاميرات، وأجهزة مسح ليزرية، وبرمجيات تحسين صور ذكية. الهدف ليس مجرد صور جميلة، بل خريطة ثلاثية الأبعاد عملية وقابلة للتحديث تدعم السلامة والصيانة والملاحة والزيارات الافتراضية.

الروبوتات الطائرة ككارتوغرافيين للحرم الجامعي

في قلب المشروع تقف المركبات الجوية غير المأهولة—الدرون—التي تحلق فوق الحرم باتباع مسارات مخططة بعناية. تتضمن بعض الرحلات نمطًا شبكيًا مستقيمًا يشبه عمل جزازة العشب حيث تنظر الكاميرا إلى الأسفل مباشرة، وهو مثالي لالتقاط الأسطح والشوارع والمناطق المفتوحة. في رحلات أخرى تدور الطائرات حول مجموعات المباني مع ميلان الكاميرا بزاوية، ما يكشف الجدران العمودية والشرفات والزوايا المخفية التي قد تفوتها الرؤية العلوية. المركبة نفسها تحمل كاميرا ملونة عالية الدقة وجهاز مسح ليزري. تسجل الكاميرا صورًا مفصلة، بينما يقيس الماسح ملايين المسافات ليكوّن سحابة من النقاط ثلاثية الأبعاد تصف شكل الأرض والمباني.

بناء حرم افتراضي من النقاط والصور

بعد انتهاء الرحلات، تتحول المهمة الثقيلة إلى البرمجيات. تعيد الخوارزميات في البداية بناء نموذج ثلاثي الأبعاد من الصور المتداخلة، وهي عملية تحدد مواقع التقاط كل صورة وكيف تتماشى الأسطح. بالتوازي، تُنقح بيانات الليدار، وتُمحور وتُصنّف إلى أرض وبنايات ونباتات، ثم تُقلص كثافتها لتكون كافية للتفاصيل ولكن خفيفة بما يكفي للمعالجة بكفاءة. ثم تُجلب العالمان الثلاثيّان—أحدهما مولود من الصور والآخر من قياسات الليزر—إلى نفس الإطار الجغرافي وتُدمجان برفق بحيث تتطابق الأسطح والجدران بأكبر قدر ممكن. توفر نقاط الليزر الشكل الموثوق للحرم، بينما تضيف الصور الألوان والمظهر المادي، التي تُطبَع على شبكة السطح كما لو أنها تغلف تمثالًا بجلد مرئي. تحافظ هذه الفصلية على دقة القياسات في حين تقدم نموذجًا غنيًا بصريًا.

توضيح الرؤية دون تشويه الواقع

عندما يقترب المستخدمون كثيرًا من واجهات المباني، قد تبدو القوام البسيطة ضبابية أو مجزأة. لمواجهة ذلك، يضيف الباحثون خطوة خفيفة من «فائق الدقة»: شبكة تعلم عميق مدمجة تأخذ كل صورة جوية وتنتج نسخة أكثر حدة وتفصيلاً بدقة مضاعفة. والأهم أن هذا التحسين يُطبق فقط على نسيج الصور، بعد تثبيت الهندسة الثلاثية الأبعاد بواسطة بيانات الليدار. يعني ذلك أن الجدران والأسطح لا تتحرك؛ ما يتغير هو مظهرها البصري فقط ليصبح أوضح. تُظهر الاختبارات على واجهات نموذجية حوافًا أوضح وتفاصيل دقيقة مقروءة مثل النوافذ والعناصر الإنشائية الصغيرة، مع وقت معالجة إضافي معتدل. كما يقارن الفريق هذا التحسين المتعلّم بحيل تقليدية مثل زيادة التباين، ويجد أن الطريقة المتعلمة تقدم مكاسب أكثر اتساقًا من دون تضخيم الضوضاء بشكل مفرط.

من نموذج بحثي إلى أداة يومية للحرم الجامعي

يُصدَّر الحرم ثلاثي الأبعاد النهائي إلى منصة خرائط قائمة على الويب، حيث يمكن للمستخدمين التحريك والتكبير والميل وأخذ القياسات داخل المتصفح.

ما يعنيه هذا للحرم الجامعي الرقمي في المستقبل

تُظهر الدراسة أن الجمع بين مشاهد الدرون المائلة والعلوية مع المسح الليزري يعطي حرمًا ثلاثي الأبعاد أكثر اكتمالًا ودقة من الاعتماد على الصور العلوية وحدها، لا سيما للواجهات المعقدة. كما توضح كيف يمكن لتحسين الصور أن يرفع الجودة البصرية بأمان دون الإضرار بدقة القياس، طالما يُطبق على القوام وليس على الهندسة. بخلاف KFUPM، يمكن إعادة استخدام نفس الوصفة للمستشفيات أو المنتزهات الصناعية أو أحياء المدن التي تحتاج خرائط ثلاثية الأبعاد جاهزة للويب ومحدثة بانتظام. باختصار، يشير العمل إلى مستقبل تحافظ فيه الحُرُم على توائم رقمية حية تخدم المفتشين والمخططين والطلاب والزوار—مما يجعل البيئة المبنية أسهل للفهم والإدارة والاستكشاف.

الاستشهاد: Keshk, H.M., Abdallah, A.M., Almutairi, S. et al. UAV photogrammetry and lidar integration for high-fidelity 3D campus mapping at KFUPM. Sci Rep 16, 8328 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-39888-4

الكلمات المفتاحية: الحرم الذكي, الخرائط ثلاثية الأبعاد, تصوير الدرون, LiDAR, التوأم الرقمي