استخدام البيانات الساتلية في رصد التوسع الحضري العالمي والتغييرات في استخدام الأراضي

وقد أدى الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل إلى تغيير جوهري في القدرة على مراقبة سطح الأرض وتحديده كميا وتفسيره، وقد انتقلت المنصات المدارية خلال العقود الخمسة الماضية من الأصول العسكرية التجريبية إلى أدوات لا غنى عنها في مجال العلوم المدنية والإدارة الحضرية، ويتطلب رصد التوسع الحضري العالمي وتغيرات استخدام الأراضي وجود مستلزمات ثابتة ومتزامنة ومكررة لا يمكن أن تلبيها الدراسات الاستقصائية الأرضية وحدها.

تطور رصد الأرض بواسطة السواتل للدراسات الحضرية

ويمكن تتبع تجليات رصد الأراضي بواسطة السواتل المدنية إلى برنامج لادسات الذي بدأ في عام 1972، حيث يمكن للمستشعرات الفضائية التي تبلغ مساحتها 80 متراً أن تميز بين فئات الغطاء الأرضي الواسعة، والزراعة، والمناطق الحضرية التي تم اكتشافها، والتي تُعدّ قطرات مجمّعة، كما أن الأجيال اللاحقة تحسنت في القرار: قدمت أجهزة الاستشعار الضوئية ذات المقياس المقياس الـ30 - 2015، بما يكفي لرسم خرائط الطرقي الرئيسية، والمناطق الصناعية.

وفيما عدا نظم الاستبانة المتوسطة، فإن السواتل ذات الاستبانة العالية جداً - مثل IKONOS (1999)، وسريعة بيرود (2001)، وعالم فيو (2007)، وصور المقاس الفرعي لبليادز (2011) - مقطورة فرعية - تتيح هذه المنصات رسم خرائط للهياكل الفردية والمستوطنات غير الرسمية، وأصناف الاستخدام التفصيلي للأراضي، غير أن تكاليفها وأسعارها المحدودة تحد من التغطية العالمية المنتظمة.

البيانات الساتلية ودورها في تحليل استخدام الأراضي

ويتوقف اختيار طريقة الاستشعار على استخدام الأراضي أو الظاهرة الحضرية المحددة قيد التحقيق، ويساهم كل نوع في الحصول على معلومات فريدة.

التصوير الضوئي

كما أن عمليات المسح الضوئي تعكس ضوء الشمس في الموجات المرئية وشبه الحمراء، كما أن الغطاء النباتي الصحي يعكس بشدة الإشعاع شبه المكشوف، بينما تظهر الأسطح المبنية (الخاصة، الأسفلت) انعكاساً منخفضاً على الطيف، كما أن مؤشر الاختبار الموحَّد، المستمد من النطاقات النمطية الحمراء والقربة من الموارد، والمفصلات التي تُنَفَقَ من المناطق غير المشمولة بالأزم.

التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء

وتقيس أجهزة الاستشعار الحرارية (مثلاً، فرقة لاندرسات 10) درجة حرارة السطح، وتظهر المناطق الحضرية درجات حرارة أعلى من المناطق الريفية المحيطة بها - تأثير الجزر الحرارية الحضرية، وتساعد رصد الشذوذ الحراري في تقييم الأثر المناخي للتحضر، وتحديد الأحياء التي يمكن أن تُحمّل الحرارة، وتقييم منافع التبريد في البنية التحتية الخضراء، ويمكن أن تكشف البيانات الحرارية عن مدى تغير استخدام الأراضي (مثلاً، الضغط).

رادار ذي فتحة اصطناعية (سار)

كما أن نظم استخراج المواد الكيميائية (سانتينيل-1، وتيراسار - إكس، وشركة ALOS PALSAR) (ALOS PALSAR) تُنتج نبضات وأجهزة احتياطية تعمل على أساس المايكروفي، وخلافاً للنظم البصرية، تخترق منطقة البحث عن المياه الغيوم وتعمل ليلاً أو ليلاً، وفي السياقات الحضرية، تُميِّز منطقة الإنتاج (العمليات الفرعية لرسمية) في مجال رصد الأرض.

بيانات الاضواء الليلية

ويوفر برنامج السواتل الدفاعية للأرصاد الجوية والأشعة تحت الحمراء المرئية على متن الساتل سومي NPP صورا ضوئية على مدار الليل، وتربط الأضواء الليلية بقوة بالنشاط الاقتصادي والكثافة السكانية ومعدلات الكهربة، ويكشف التحليل المؤقت للكثافة الخفيفة عن حدود النمو الحضري، وانتشار المستوطنات المحيطة بالمدن، بل وحتى تأثير المقاييس المحسنة لليوم.

منهجيات كشف التوسع الحضري وتغيير استخدام الأراضي

تغيير تقنيات كشف البيانات

وهناك نهجان رئيسيان هما: اختلاف الصور والمقارنة بعد التصنيف، والاختلاف في الاختلاف في المقاييس بين القيم الثابتة من تواريخ لفرقة أو فهرس من نفس النطاقات الطيفية (مثلاً، الفرق بين الـ دي في) والمناطق التي يتجاوز فيها الفرق عتبة النباتات علامة تغيير، وتصنف المقارنة بعد التصنيف كل صورة بصورة مستقلة، ثم تقارن الخرائط المواضيعية باستنباط نماذج للزراعة الارتجية التدريجية.

وقد أدى التعليم في مجال الآلات إلى إحداث ثورة في التصنيف، إذ يمكن أن تقوم الغابات الرطبة، وآلات الدعم، والشبكات العصبية العميقة للثورة، بتلقي معلومات متعددة الأطياف، ومتعددة المراحل، ومنسوجة، وتحقيق التخصيصات فوق 90 في المائة بالنسبة للغطاء الأرضي الحضري، ويمكن للشبكة الوطنية للأخشاب المدارية أن تقسم بين المباني أو شبكات الطرق الفردية، مما يتيح التحديد الدقيق لمجال النمو السطحي الرئيسية(أ).

رسم الخرائط الممتدة في المناطق الحضرية

١-٢ وقد تطورت البيانات العالمية عن النطاق الحضري المستمدة من السواتل من الكأس )على بعد كيلومتر واحد( إلى الغرامة )٣٠ متراً، وحتى ٠١ أمتار مع شركة Sentinel-٢( وتشمل المنتجات البارزة معامل الصمامات البشرية العالمية، الذي ينتجه مركز البحوث المشترك التابع للمفوضية الأوروبية باستخدام بيانات لاندسات وأجهزة الاستشعار من خلال شبكات السكان.

تصنيف استخدام الأراضي

While land cover (e.g., grass, concrete) is relatively easy to map, land use (e.g., residential, commercial, industrial) requires higher resolution or contextual analysis. Multi-temporal signatures can infer use: industrial areas often have high day thermal emissions and low nighttime lights, while commercial zones show bright nighttime lights and high vehicle density in traffic geographicalO.

التطبيقات الرئيسية للرصد الحضري بواسطة السواتل

تعقب مواقع التهوية الحضرية العالمية

وتستأثر الصين والهند بما يزيد على ثلث التوسع الحضري العالمي منذ عام 2000، وتكشف البيانات الساتلية عن النمو المكثف للمدن الضخمة مثل شنغهاي ودلهي وبيجين، وظهور ممرات حضرية تربط مدن متعددة، وفي أفريقيا، يحدث التحضر السريع في المدن المتوسطة الحجم بدلا من المدن الكبرى - لاغوس وكينشاسا، ولكن أيضاً في مناطق كوماسي وأواغادوغو التي تفتقر إلى سجلات غير رسمية لتقديم خدمات السواتل.

تقييم الأثر البيئي

(أ) التوسع الحضري يستهلك الأراضي الزراعية والموائل الطبيعية: تقدر الدراسات الساتلية أن الخسائر في الأراضي الزراعية إلى التحضر يمكن أن تقلل من الإنتاج الغذائي العالمي بنسبة 1-2 في المائة بحلول عام 2030، وفي جنوب شرق آسيا، يستعاض عن مزارع النخيل النفطية والعقارات المطاطية بزجاجات حضرية.

تخطيط الهياكل الأساسية وإدارتها

ويستخدم المخططون خرائط استخدام الأراضي باستخدام السواتل في المدارس والمستشفيات وشبكات النقل، وتُبلغ بيانات الارتفاع القائمة على البحث العلمي (مثلاً من بعثة تضاريس رادار) برسم خرائط مخاطر الفيضانات للتطورات الجديدة، وتُحدد الأضواء الليلية المناطق التي تفتقر إلى الكهربة، وتُوجّه التوسع في الشبكات، وتساعد صور السلاسل الزمنية على رصد التقدم المحرز في مشاريع البنية التحتية الكبيرة، مثل بناء ممرات جديدة للنقل البري في مصر.

الحد من مخاطر الكوارث

وكثيراً ما يدفع التوسع الحضري السريع المستوطنات إلى المناطق المعرضة للأخطار: فيضانات، أو منحدرات حادة، أو المناطق الساحلية، وتكشف البيانات الساتلية، إلى جانب خرائط السكان، عن عدد السكان المعرضين للفيضانات أو الانهيالات الأرضية.() وتقيِّم الصور التي تُستخدم في إطار مبادرة VHR، أضرار المبنى، بينما تكتشف منطقة البحث والتطوير التمزقات السطحية.() وتُقدِّم خرائط طوارئ ساتلية([).

التحديات في مجال رصد استخدام الأراضي في المناطق الحضرية والحضرية الساتلية

القرار المكاني والتمهيدي

وتفوت أجهزة الاستشعار ذات الاستبانة المتوسطة )٣٠ مترا( الملامح الحضرية الصغيرة - الزقاقات أو الكيكات أو المنازل الريفية المتناثرة، وتقدم السواتل العاملة في مجال الموارد البشرية تفاصيلها ولكنها تعيد النظر في نفس الموقع كل بضعة أيام في أفضل الأحوال، مما يجعل الكشف عن التغير السريع أمرا صعبا، وتخفض الفجوات الزمنية القدرة على استخلاص التغيرات الموسمية في استخدام الأراضي، مثل الأراضي الزراعية مقابل الخريف، مما يؤثر على دقة التصنيف.

Atmospheric Interference and Data Gaps

فالغطاء السحابي هو شعار الاستشعار البصري عن بعد، والمناطق المدارية التي يكون فيها التحضر أسرع سحابة مستمرة من حيث الخبرة، مما يخلف ثغرات في السلسلة الزمنية لاندسات، وفي حين أن SAR يخترق الغيوم، فإن تفسير التخلف عن الدراسة الاستقصائية الحضرية أمر معقد بسبب آثار الاستراحة والظل، فإن تكاثر البيانات، الذي يجمع بين السمع البصري وآلية البحث العلمي، يخفف بعض الثغرات ولكنه يطرح تحديات في مجال التجهيز.

الحاجة إلى أدوات تحليلية متقدمة

وتتطلب معالجة محفوظات السواتل المتعددة البيوتيات موارد حاسوبية كبيرة، وقد أدت برامج السحاب مثل محرك غوغل الأرض وحسابات مايكروسوفت الكوكبية إلى خفض الحواجز، ولكن المهارات في مجال البرمجة والتعلم الآلي لا تزال شحيحة في العديد من وكالات التخطيط، وتزداد الفجوة بين توافر البيانات والقدرة التحليلية حدة في البلدان النامية التي تشهد تحضرا سريعا.

معايرة وتقييم

وكثيراً ما تختلف منتجات الغطاء الأرضي العالمي في تعريفات الطبقة الحضرية، وتختلف نسبة السطح غير المرئية التي تعتبر " حضرية " بين مجموعات البيانات، وتقتضي عملية التحقق بيانات عن الحقيقة في الأرض غالباً ما تكون مستمدة من الصور العالية الاستبانة أو الدراسات الاستقصائية الميدانية، وهي مكلفة ونادراً ما تكون شاملة، ويجب أن يكون الاتساق بين أجهزة الاستشعار (مثلاً، لاندسات 5 ضد لانداسات 8) هو السبب في اختلافات النطاقات بين النطاقات وتدهور الحس.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

التصوير الهيدروجيني

وتلتقط أجهزة الاستشعار الهيدروجينية )مثلاً، " إنماب " ، " بيسيما " ( مئات من الفرق الضيقة، مما يتيح التعرف على المواد - التكرار ضد الأسفلت، وأنواع السقف المختلفة، والأنواع النباتية، وتعود هذه القدرة برسم خرائط مفصلة لاستخدام الأراضي في المناطق الحضرية، وفصل المناطق الصناعية استناداً إلى التوقيعات الكيميائية الفريدة، ولا تزال النظم الفضائية للاحترار المفرط محدودة في التغطية، ولكن البعثات المقبلة ستوسع من إمكانية الوصول إليها.

الاختبارات والفحص التمهلي العالي

وتوفر مجموعات السواتل الصغيرة )مختبرات بلانيت، سكايسات( تغطية عالمية يومية في إطار القرار ٣-٥، وتلتقط صورا في كوميديات الكوكب في تردد قريب من اليوم، وهي صور أساسية لكشف التقدم المحرز في البناء أو التغييرات التي تحركها الأحداث، والمقايضة هي مستشعرات عمقية من الأطياف، وعادة ما تكون لثرائها الزمني عوامل تتيح تغييرها في فترات أسبوعية.

دمج الاستخبارات الفنية والحساب الإلكتروني المختلط

وتُنجز نماذج التعلم العميق الآن عملية استخراج البصمات البناءية بأقل من دقة الموقع من الصور الملتقطة في VHR، والنماذج السابقة للتدريب (مثلاً، أجهزة كشف البناء من التحدي الذي يواجهه شبكة الفضاء) وتُعجل عملية رسم الخرائط السكانية ذاتية الرصد، وتُقلل الحاجة إلى بيانات تدريبية مسمّاة، وعلى نطاق عالمي، توفر ] تركيبة بيانات عن البصمات المفتوحة .

ألف - الانفاق مع البيانات الاجتماعية - الاقتصادية

وتدمج الحدود التالية القياسات الحضرية المستمدة من السواتل مع التعدادات والهواتف المحمولة وبيانات وسائط الإعلام الاجتماعية، إذ إن الجمع بين الأضواء الليلية وسجلات المكالمات الهاتفية الخلوية يكشف عن المناطق الحضرية الوظيفية خارج الحدود الإدارية، ويمكن أن يُتوقع من نماذج تغير استخدام الأراضي التي تُعدّد سلاسل زمنية ساتلية مقرونة بالمؤشرات الاقتصادية سيناريوهات النمو الحضري في إطار تدخلات مختلفة في مجال السياسات العامة.

رصد التنمية المستدامة

ويدعم التصوير بواسطة السواتل بصورة مباشرة أهداف الأمم المتحدة للتنمية المستدامة، ولا سيما الهدف 11-3-1 من الأهداف الإنمائية للألفية (المدن والمجتمعات المستدامة) - نسبة معدل استهلاك الأراضي إلى معدل النمو السكاني - ويعد الإبلاغ المنتظم عن هذا المؤشر من الناحية الساتلية ممكنا لجميع البلدان، ويقوم الفريق المعني برصد الأرض بتنسيق المبادرات الرامية إلى توحيد أساليب الرصد الحضري، بما يكفل أن تكون البيانات الساتلية دورا مسؤولا في تتبع التقدم المحرز.

الآثار والاستنتاجات على السياسات

ولم يعد إدماج البيانات الساتلية في الإدارة الحضرية أمراً جديداً بل ضرورة تشغيلية، إذ يمكن للمدن التي تستثمر في القدرة على الاستشعار عن بعد أن تُحدِّد أنظمة الحد الأقصى، وترصد نسب الفضاء الخضراء، وتنفِّذ قواعد النكسة في البناء، وتُخطِّط تدابير التكيف مع المناخ، وعلى الصعيد الوطني، فإن رصد استخدام الأراضي باستخدام السواتل يدعم التخطيط المكاني، وحفظ الأراضي الزراعية، والحد من مخاطر الكوارث، كما أن الأطر الدولية مثل إطار " سينداي " للحد من مخاطر الكوارث تدعو صراحة إلى تطبيقات رصد الأرض.

غير أن التكنولوجيا وحدها غير كافية، فبدون الإرادة المؤسسية، وسياسات البيانات الشفافة، والموظفين المدربين، تظل الصور الساتلية غير مستخدمة أو غير مفسرة، فسياسات البيانات المفتوحة مثل سياسات لاندسات وكوبرنيكوس كانت تحولية، ومع ذلك فإن البيانات التجارية المتعلقة بحقوق الإنسان لا تزال مقيدة بالتكلفة، فالشراكات بين القطاعين العام والخاص التي تدعم وصول البلدان النامية إلى منافع منصفة، وبما أن عمليات التموين تزدهر وتنضج المعلومات الواردة من قبل الاستخدام.

وفي الموجز النهائي، توفر البيانات الساتلية عدسا لا غنى عنه لاستطلاع التوسع الذي لا يكل في المناطق الحضرية وما يقابله من تحول في استخدام الأراضي عبر الكوكب، إذ أن أول صور لصانعي الأراضي في عام ١٩٧٢ إلى مسارات يومية في كوبيسات، واتساع القدرات المكانية والمنظورية والزمنية قد تزايدت بشكل كبير، وتمتد التطبيقات من تتبع إزالة الغابات بصورة غير مشروعة إلى رسم خرائط للمستوطنات غير الرسمية التي لا تزال قائمة على التعداد.