تطبيق تكنولوجيا الفوتوغرامتري بالطائرات بدون طيار في تحديد الانقطاعات في المنحدرات في منجم فولانغ للنحاس

لماذا تراقب الروبوتات الطائرة جدران الجبال

يمكن أن تنهار حواف الصخور الشاهقة فوق المناجم والطرق الجبلية دون إنذار مسبق، مرسلة أطناناً من الحجارة نحو الأسفل. فحص كل شق في هذه المنحدرات يدوياً بطيء ومحفوف بالمخاطر بالنسبة للمهندسين الذين غالباً ما يضطرون للعمل تحت صخور غير مستقرة. تُظهر هذه الدراسة كيف يمكن لطائراتٍ دون طيار مزودة بكاميرات ومعالجة بيانات ذكية أن «تقرأ» أنماط الكسور الخفية بأمان على منحدر شديد الانحدار في منجم فولانغ للنحاس في الصين، مما يساعد على التنبؤ بالمناطق الأكثر عرضة للانهيار.

مراقبة منحدر خطير من السماء

يقع منجم فولانغ للنحاس في جبال وعرة مغطاة بالغابات بمقاطعة يونان، حيث حفرت عمليات الحفر عميقاً لتشكيل قطع في سفح التل يصل إلى نحو 100 متر. بعض أجزاء المنحدر الرئيسي شديدة الانحدار وصعبة الوصول، وتحدث بالفعل انهيارات صخرية أثناء التعدين. استخدمت فريق البحث طائرة كبيرة بدون طيار مزودة بكاميرا عالية الدقة للطيران حول حفرة الانهيار والتقاط صور متداخلة للمنحدرات. من هذه الصور بنوا نموذجاً رقمياً ثلاثي الأبعاد على شكل «سحابة نقاط» — ملايين النقاط الصغيرة التي تشكل معاً ملامح سطح الصخر. وبما أن الأشجار الكثيفة تغطي أجزاء كبيرة من الصخر، أزال الفريق بعناية نقاط الغطاء النباتي واختار منطقة ممثلة حيث كان الصخر المكشوف ظاهراً لإجراء تحليل مفصل.

من نقاط خام إلى أسطح صخرية ذات معنى

تحويل سحابة نقاط خام إلى معلومات مفيدة عن الكسور ليس أمراً مباشراً. جمع المؤلفون عدة أدوات رياضية للقيام بذلك بكفاءة. أولاً، استخدموا طريقة تُسمى تحليل المركبات الرئيسية لتحديد، لكل نقطة، اتجاه سطح الصخر المحيط ومدى انحنائه. تميل النقاط القريبة من الخطوط الحادة حيث تتقاطع الكسور إلى إظهار انحناء مرتفع، لذا تم تصفية العديد منها لتبسيط البيانات. ثم طبقوا تقنية تجميع قائمة على الكثافة تقوم بتجميع النقاط المجاورة التي تقع على نفس الرقعة المسطحة بينما تعتبر النقاط المعزولة ضوضاء. هذه المرحلة الأولى تقسم السحابة إلى العديد من القطع الصغيرة التي تتبع بشكل تقريبي أسطح الكسور الفردية.

تجميع عائلات الكسور وقياس أحجامها

بعد ذلك، احتاج الفريق إلى فرز هذه القطع الكثيرة إلى عدد قليل من «العائلات» الرئيسية للكسور التي تشترك في اتجاهات مشابهة. فعلوا ذلك بالنظر فقط إلى اتجاهات كل رقعة صغيرة، وإدخالها في مخطط تجميع آخر يلتقط المجموعات ذات الاتجاهات المشتركة. بتطبيق هذه الخطوة على مجموعة مخفضة من النقاط الممثلة بدلاً من السحابة الكاملة، حافظوا على زمن حسابي منخفض مع الاستمرار في التقاط الأنماط الرئيسية. أخيراً، داخل كل عائلة، اجروا جولة ثانية من التجميع القائم على الكثافة لاستعادة الكسور الفردية الكاملة. ولكل كسرة قدروا ثلاث كميات رئيسية: انحدارها واتجاه البوصلة، طول أثَرها المرئي على المنحدر، والتباعد عنها وبين الجيران. أظهرت المقارنات مع تركيب يدوي دقيق في برامج متخصصة أن قياسات الاتجاه التي تمت تلقائياً ظلت ضمن بضعة درجات من تقديرات الخبراء، وهي دقة كافية للاستخدام الهندسي.

اختبار كيف تُضعف الكسور المنحدر

ثم سأل الباحثون ماذا تعني هذه الكسور المرسومة لسلامة المنحدر. باستخدام الاتجاهات والأطوال والتباعدات المقاسة، بنوا نموذجاً إحصائياً لشبكة كسور ثلاثية الأبعاد داخل كتلة الصخر. أدخلوا هذه الشبكة في محاكاة حاسوبية للمنحدر الواقعي، استناداً إلى سطح ملائم لسحابة نقاط الطائرة، وأجروا حسابات لسلوك الصخر تحت وزنه الخاص. بالمقارنة بين نموذج يحتوي على كسور ونموذج مطابق غير متشقق، وجدوا أن النسخة المتشققة أظهرت حركات أكبر وأقل انتظاماً وتركيزات إجهاد أقوى حول الشقوق. بعبارة أخرى، تقسم الكسور الصخر إلى كتل، وتوجه القوى على مسارات مفضلة، وتخلق مناطق ضعيفة حيث من المرجح أن يبدأ الفشل.

عيون رقمية أسرع لمنحدرات أكثر أماناً

للغير متخصصين، الرسالة الرئيسية هي أن الطائرات دون طيار إلى جانب التحليل الذكي للبيانات قادرة الآن على مسح المنحدرات الخطرة بسرعة، دون وجود أشخاص في مواضع الخطر، وفي الوقت نفسه كشف أنماط الشقوق الدقيقة التي تتحكم في الانهيارات المستقبلية. تبيّن حالة فولانغ أن الطريقة الجديدة قادرة على معالجة مجموعات بيانات كبيرة جداً أسرع بكثير من الأساليب الأقدم مع تقديم قياسات كسور دقيقة بما يكفي لتغذية محاكاة الثبات. وعلى الرغم من أن الغطاء النباتي الكثيف وبعض الفروض التبسيطية لا تزال تحد من ما يمكن رصده، فإن سير العمل هذا يشير إلى فحوصات صحة روتينية وقابلة للتكرار لمنحدرات الصخور فوق المناجم والطرق والسدود — باستخدام روبوتات طائرة والرياضيات لرصد المشكلات قبل أن تفعلها الجاذبية.

الاستشهاد: Wu, L., Wang, Y., Yang, J. et al. Application of UAV photogrammetry technology in identifying discontinuities in slopes in the Pulang copper mine. Sci Rep 16, 14101 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43520-w

الكلمات المفتاحية: خرائط الطائرات المسيّرة, ثبات منحدرات الصخور, سحابة نقاط ثلاثية الأبعاد, سلامة المناجم, كشف الكسور