استخدام التصوير الجوي لتقييم الأضرار التي لحقت بالهياكل الأساسية المدنية بعد الكوارث

وفي أعقاب الكوارث الطبيعية مثل الزلازل والأعاصير والفيضانات والنيران البرية، فإن التقييم السريع والدقيق لأضرار الهياكل الأساسية المدنية عنصر حاسم في الاستجابة لحالات الطوارئ والانتعاش الطويل الأجل، إذ أن الطرق والجسور وشبكات الطاقة ومحطات معالجة المياه والمستشفيات والمباني السكنية يمكن تقييمها على نحو يتسم بالسلامة والوظيفية قبل أن يتسنى المضي قدما في جهود الإنقاذ والإصلاح وإعادة البناء بشكل فعال.

فوائد استخدام التصوير الجوي في سيناريوهات ما بعد الكوارث

ويتيح نشر الصور الجوية في مجال الاستجابة للكوارث عدة مزايا متميزة على الاستقصاءات الميدانية التقليدية، وهذه الفوائد تعزز بشكل جماعي سرعة تقييمات الأضرار وسلامتها ودقتها ونوعية الوثائق.

السرعة والتغطية

ومن أهم مزايا الصور الجوية القدرة على تغطية المناطق الجغرافية الواسعة في وقت قصير، ويمكن أن يلتقط مرور ساتل واحد مئات الكيلومترات المربعة في دقائق، بينما يمكن لطائرة مأهولة أو أسطول طائرات بدون طيار أن يقوم بصورة منهجية بمسح بلدية بأكملها في غضون ساعات، ويتيح هذا الحيازة السريعة للبيانات لقادة الحوادث اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن تخصيص الموارد، وإغلاق الطرق، والإجلاء دون انتظار أن تكون العمليات البرية متطابقة مع المناطق المتضررة.

السلامة والحد من المخاطر

إن البيئات التي تلي الكوارث هي بطبيعتها خطرة، فالهياكل الملوَّثة، والحطام غير المستقر، والانسكابات الكيميائية، والطرق المغرقة، والأسلاك الكهربائية الحية تشكل مخاطر خطيرة على الأفراد، إذ أن المستجيبين لا يستطيعون، باستخدام منابر جوية، تفتيش المناطق المتضررة من مسافة آمنة، مما يقلل إلى أدنى حد من الحاجة إلى دخول العمال إلى مناطق خطرة، ولا سيما المناطق التي لا يمكن الوصول إليها جزئيا، مثل المباني الداخلية

Accuracy and Detail

ويوفّر جهاز الاستشعار الجوي الحديث حلا مكانيا عاليا جدا، غالبا على مستوى مقياس فرعي، وهذا المستوى من التفصيل يتيح للمحللين تحديد مؤشرات محددة للأضرار مثل الشقوق في الرصيف، أو البلاط السطحي المشرد، أو أعمدة المرافق المضغوطة، أو الخرق في نظم الحكم باللوي، وعند اقترانه بالصور النمطية أو بيانات السجل الليدي، يمكن قياس التشريد الرأسي المرتفعة، وحجم الانكماش،

الوثائق والسجلات القانونية

وتوفر الصور الجوية سجلاً بصرياً موضوعياً ومؤقتاً للظروف قبل وقوع الكارثة وبعدها، وهذه الوثائق لا تقدر بثمن بالنسبة لمطالبات التأمين، وإعلانات الكوارث الحكومية، والمنازعات القانونية، والتخطيط الطويل الأجل، كما أن مقارنة الصور التي تلتقطها أو الصور الساتلية قبل وقوع الكارثة مع الصور التي تلي وقوع الكارثة، تخلق أثراً قابلاً لمراجعة الحسابات من الأضرار التي يمكن استخدامها لتبرير طلبات التمويل، وتعطي الأولوية لجهود إعادة البناء، وتسترشد بها أيضاً في العديد من خلال سياسات الامتثال للأدل على مدى المستقبل على مدى قبولها.

أنواع التصوير الجوي وخصائصها

وتختلف المنابر والمجسات الجوية التي توفر مبادلات مختلفة من حيث التغطية، والتسوية، وإعادة النظر في التردد، والتكلفة، ويتوقف اختيار النوع الصحيح على نطاق الكارثة، وعلى الضرورة الملحة، وعلى عناصر البنية التحتية المحددة التي يتعين تقييمها.

التصوير الساتلي

(ب) أن يكون الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل أوسع نطاق ممكن لأي مصدر للصور الجوية، أما الوصلات مثل لادسات، ورقم 2، والسواتل التجارية (مثلاً، WorldView، وG GeoEye) فتتيح صوراً متعددة الأطياف ومحتوية على مواد ذات نطاق واسع في القرارات تتراوح بين 30 متراً و30 سماً، وتشمل المزايا الرئيسية إمكانية الوصول إلى الأسواق العالمية، وتجاوزات مستمرة (في كل يوم بالنسبة لبعض المقذوفات جمع البيانات)

مركبات جوية غير مأهولة (UAVs/ Drones)

أما المناطق المدارية فتتمثل في إجراء ثورة في تقييم ما بعد الكوارث، وذلك بتقديم قدر كبير من القرار )١-٥ سم(، والمرونة التشغيلية، وانخفاض تكلفة كل بعثة، ويمكن نشر الطائرات العمودية بسرعة في أهداف محددة مثل جسر متضرر، أو مبنى منهار، أو في حي مغطى بالفيضانات، ويمكن أن تطير منخفضا بما فيه الكفاية لالتقاط صور غير مباشرة تُكشف عن تفاصيل مخفية عن السواتل.

Manned Aircraft Photography

ولا تزال الطائرات الثابتة الجناحين والطائرات العمودية مزودة بمواد للتغطية السريعة الواسعة النطاق عندما يكون مطلوباً إيجاد حل أعلى من السواتل، ولكن لا يكفي تحمل الطائرات بدون طيار، ويمكن أن تحمل الطائرات كاميرات ذات شكل كبير، ونظم التصوير الببليكية (مثلاً، قياسات الطائرات المتحركة) والمجسسات النشطة مثل الرادار الليدي أو الاصطناعية.

معايير المقارنة والاختيار

• منطقة التغطية ] - الساتل: مئات الكيلومترات مربعة لكل مسرح؛ طائرة مأهولة: عشرات إلى مئات الكيلومترات مربعة لكل رحلة؛ طائرة فوق سطحية: بضعة كيلومترات مربعة لكل رحلة.
• Resolution] - Satellite: 0.3 -30 m; Manned aircraft: 0.1 - 1 m; UAV: 0.01 - 0.1 m.
• ] وقت إعادة النظر/الاستجابة - الساتل: ساعات إلى أيام (يستمر على متن الطائرة)؛ الطائرات المأهولة: ساعات (إذا كانت مجهزة مسبقا)؛ طائرة فوق سطحية: دقائق إلى ساعات.
• Weather susceptibility] - Satellite: affected by clouds; Manned aircraft: can fly above clouds; UAV: must fly below clouds.
• Cost per km2] - Satellite: low (free for public data) to moderate; Manned aircraft: moderate to high; UAV: low to moderate.
• Best use] - Satellite: regional damage mapping, pre/post comparison; Manned aircraft: large-area high-resolution mapping; UAV: localized detailed inspection of critical infrastructure.

تطبيق نظام تقييم الأضرار

ويضمن تدفق العمل المنهجي تحويل الصور الجوية بصورة فعالة إلى معلومات استخبارية عملية، وتنطوي العملية على مراحل متعددة من التخطيط إلى خرائط الأضرار النهائية.

جمع البيانات الأساسية قبل وقوع الكارثة

ويتطلب تقييم الأضرار الفعال تصويرا مرجعيا يبين البنية الأساسية في دولتها غير المدمرة، وتحتفظ وكالات كثيرة بمحفوظات للسواتل أو الطوابع الاورثوفوتية الجوية للمناطق الحضرية، وإذا كانت هذه الخطوط الأساسية غير موجودة، يمكن أيضا أن تُستمد الصور الحديثة من مستودعات عامة مثل ]]USGS EarthExplorer] أو من البائعين التجاريين.

اقتناء الصور بعد وقوع الكارثة

وبعد وقوع كارثة مباشرة، توضع أوامر التكليف بالصور الساتلية، وتُعبَّد أفرقة الطائرات بدون طيار، ويتم تنسيق الرحلات الجوية المأهولة، وتُحدَّد المجالات ذات الأولوية على أساس الكثافة السكانية، والهياكل الأساسية الحيوية (المناطق الصناعية، ومصانع الطاقة، والجسور)، وخطورة الأضرار المتوقعة، وفي الأحداث الكبيرة، تجمع مصادر البيانات المتعددة: وتغطي السواتل المنطقة الكاملة، بينما تركز الطائرات بدون طيار على أهداف محددة ذات قيمة عالية.

تجهيز الصور وتغييرها

ويجب معالجة الصور الجوية السريعة قبل التحليل، ويشمل ذلك ما يلي:

الإحالة إلى الأرض والتوثيق

وتتم مواءمة الصور مع نظام تنسيق الخرائط وتصححها من أجل التشوهات الأرضية التي تسببها التضاريس وزاوية الكاميرات، وتتيح الأورثووتوس المقارنة المباشرة مع خطوط الأساس وقياس المسافات والمناطق بدقة.

Automated Change Detection Algorithms

ويمكن أن تقارن البرمجيات المتطورة الصور الملتقطة قبل وقوع الأحداث وبعد وقوعها لإبراز مجالات التغيير، وتستخدم أجهزة تحليل الصور المختلف على أساس نوعي، ومصنفات للتعلم الآلي لكشف الهياكل المتغيرة، والكمائن الجديدة للحطام، وأقسام السقف المفقودة، وتعجل هذه الخوارزميات بدرجة كبيرة عملية فحص الأضرار الأولية على المناطق الكبيرة.

دليل الترجمة الشفوية

ويستعرض المحللون الذين يمكن أن يفرقوا بين الأضرار الفعلية الناجمة عن التغيرات غير الناجمة عن إزالة الأحلام (مثل النبات الموسمي، وآثار الظل) ويستخدم المحللون أدوات بصرية مثل الجدران المنهارة، والطرق المفككة، والهياكل الأساسية للمشردين، ونطاق مياه الفيضانات لتصنيف خطورة الضرر وفقاً للمقاييس الموحدة (مثلاً، الولايات التي تلحق أضراراً بالمبنى في منطقة هونغ كونغ).

تصنيف الأضرار وتحديد الأولويات

وعندما يتم تحديد الضرر، يتم تصنيفه على سبيل المثال، " مُنع " ، " ضرر رئيسي " ، " ضرر طفيف " ، " يتعذر الوصول إليه " ، ويستخدم هذا التصنيف لتحديد أولويات الاستجابة لحالات الطوارئ: يجب أن تُطهر الطرق أولا، ثم خطوط الكهرباء، ثم شبكات المياه، وفي العديد من أطر الاستجابة، مثل نظام قيادة الحوادث، تُدمج خرائط الأضرار في تقارير الحالة وتُتقاسم مع الأفرقة الميدانية عن طريق تطبيقات نظام المعلومات الجغرافية المحمول.

التكامل مع نظم المعلومات الجغرافية

وكثيراً ما يكون الناتج النهائي لتحليل الصور الجوية هو طبقة من نظام المعلومات الجغرافية أو خريطة على شبكة الإنترنت تبين موقع وخطورة الضرر الذي يلحق بكل موجود من أصول البنية التحتية، ويمكن أن تكون هذه الخرائط زائدة عن الحاجة مع البيانات الديمغرافية ومناطق الإجلاء ومواقع الموارد اللازمة لاتخاذ القرارات، كما أن أدوات المصادر المفتوحة مثل نظام المعلومات الجغرافية والمنابر التجارية مثل نظام القطب الشمالي للمعلومات عن بعد تتيح تقاسم البيانات في الوقت الحقيقي فيما بين الشركاء في الاستجابة.

دراسات الحالة والأمثلة على العالم الحقيقي

وتوضح الأمثلة التالية كيفية تطبيق الصور الجوية في أحداث الكوارث الفعلية، مع إظهار النجاحات والدروس المستفادة على السواء.

تقييم الأضرار الناجمة عن الزلزال: 2010

وقد أتيحت للمنظمات الإنسانية بعد وقوع الزلزال الذي ضرب حجمه ٧,٠ مباشرة، كما تم مقارنة الصور التي تم إعدادها قبل وقوع الحادثة وصور ما بعد وقوعها لتحديد المباني المنهارة في بورت - أو - برانس، كما أن محللي المتطوعين من خلال منصة مصادر الحشد ساعدوا على تصنيف الأضرار التي لحقت بآلاف القطع، كما أن خرائط الأضرار الناجمة عن ذلك قد أظهرت وجود فرق تخطيطية وكشفت عن الأحداث، ثم اطلعت على البيئة.

Hurricane and Flood Damage: Hurricane Harvey (2017)

وخلال إعصار هارفي، أدى انتشار الفيضانات في هيوستن والمناطق المحيطة بها إلى استحالة طرق كثيرة، حيث حلق دورية الطيران المدني مئات الساعات من التصوير الجوي، وقامت شركات المرافق بنشر طائرات بدون طيار لتفتيش خطوط الكهرباء وضواحيها، بينما كان مكتب AOA التابع للملاجئ البحرية الوطنية قد أجرى عملية إصلاح أسرع للطرق البرية.

Wildfire Burn Severity Mapping: California Wildfires

وفي أعقاب حرائق معسكر 2018 وما تلاها من حرائق برية، استخدمت الصور الجوية (السواتل المحمولة جوا) لرسم خرائط شدة حروق وتقييم الأضرار التي لحقت بالهياكل وشبكات الطاقة، وقد استخدمت دائرة الغابات بالولايات المتحدة برنامج الاستجابة للطوارئ في المنطقة المحترقة لتحليل الصور التي ظهرت بعد إطلاق النار وتحديد أولويات معالجة تثبيت الاستقرار في حالات الطوارئ مثل مراقبة التحات، وساعدت في تحديد ما تبقى من طرق إعادة البناء.

التحديات والحدود

ورغم مزاياه الكثيرة، فإن استخدام الصور الجوية لتقييم الأضرار يواجه عدة تحديات كبيرة يجب إدارتها.

التحديات التقنية

• Data Volume and Processing]: جداً عالية الاستبانة تولد صوراً مربوطة من البيانات التي يلزم تخزينها ونقلها (التي غالباً ما تكون على وصلات محدودة بالإنترنت في مناطق الكوارث)، ومجهزة.
• Cloud Cover and Weather ]: Clouds and smoke often obscure satellite views duringعاصير, floods, and wildfires. SAR (radar) can penetrate clouds but lacks the interpretability of optical imagery for many types of damage.
• Resolution Trade-offs]: ويعني حل الغرامة تغطية أقل لكل صورة وفترات احتياز أطول، مما يخلق توترا بين التفاصيل والسرعة.

التحديات التشغيلية

• Airspace restrictions]: بعد الكوارث الكبرى، يمكن إغلاق المجال الجوي للرحلات الجوية العسكرية أو الطارئة، وتتطلب الطائرات بدون طيار إعفاءات خاصة، ويجب أن تنسق الرحلات الجوية المأهولة مع مراقبة حركة الطيران، وتصدر القوات المسلحة الأنغولية قيودا مؤقتة على الطيران تؤثر على البعثات.
• Platform Limitations]: لا تزال الطائرات بدون طيار محدودة في حياة البطاريات والتحميل، مما يجعلها غير مناسبة لرسم خرائط المناطق الكبيرة، وعمليات طائرات الهليكوبتر والطائرات الثابتة باهظة التكلفة، وقد تكون غير متاحة أو معاقبة بسبب الطقس.
• Skilled personnel]: Both flying the platforms and analyzing the imagery require specialized training. Many smaller jurisdictions lack in-house capabilities and must rely on state or federal assets or volunteer groups.

التحديات التحليلية

• Automation Accuracy]: يمكن للكشف عن التغيير الآلي أن ينتج إيجابيات زائفة (مثلاً بسبب الظلال أو الحواف السحابية أو الأشياء المتحركة) وسلبيات كاذبة (الضرر المفقود).
• الاشتراك في الترجمة الشفوية : يجوز لمحللين مختلفين أن يخصصوا فئات مختلفة من الأضرار لنفس الصورة، مع الأخذ بعدم الاتساق، ويلزم تقديم أدلة موحدة للتصنيف والتدريب المستمر لتحسين الموثوقية.
• Integration with Engineering Assessments: الصور الجوية تظهر ضرراً واضحاً ولكنها لا تقيس الاستقرار الهيكلي مباشرة.

الاتجاهات المستقبلية والتكنولوجيات الناشئة

ويتطور مجال تقييم الأضرار التي تنجم عن الصور الجوية بسرعة، ويقوده التقدم في أجهزة الاستشعار، وتحليل البيانات، والمفاهيم التشغيلية.

الاستخبارات الفنية والتعلم العميق

وقد أظهرت الشبكات العصبية الثورية وغيرها من هياكل التعلم العميق قدرة ملحوظة على الكشف تلقائيا عن الأضرار التي لحقت بالصور الجوية، ويمكن للنموذجات التي تم تدريبها على آلاف الأمثلة المسمومة أن تحدد الآن المباني المنهارة، وأسطح الطرق المتصدعة، والمناطق المغرقة التي تقترب من الأداء البشري، ويقوم الباحثون بتطوير أساليب تعلم التحويل لتكييف النماذج لمختلف المناطق وأنواع الكوارث مع إعادة التدريب المحدودة.

مراحل البيانات في الوقت الحقيقي والحساب الإلكتروني

وبدلا من انتظار التجهيز الكامل للحواسيب الأرضية، تتيح الأجهزة الحاسوبية الهشّة الناشئة للطائرات بدون طيار تشغيل نماذج للطيران، مما يتيح الإنذارات في الوقت الحقيقي بشأن الأضرار الحرجة (مثل جسر مُغلق) التي تُنقل إلى مراكز القيادة، كما أن وصلات الاتصالات المنخفضة التردد، مثل 5G أو IoT التي تتخذ من السواتل، ستزيد من التعجيل بإيصال المعلومات القابلة للتنفيذ.

التكامل مع أجهزة الاستشعار الأخرى

وقد أصبح الاندماج المتعدد أجهزة الاستشعار أكثر شيوعا، فجمع الصور البصرية مع شركة ليدار يوفر السياق البصري والمقياس الجغرافي المحدد للهياكل المتضررة على حد سواء، حيث يمكن للكاميرات ذات الأشعة تحت الحمراء على الطائرات بدون طيار أن تكتشف آثار الحرارة الناجمة عن الحرائق وأن تحدد مواطن الضعف الهيكلي (مثلاً، العزل المفقود في السقف).

السياسات والتوحيد القياسي

ومن أجل زيادة فائدة الصور الجوية إلى أقصى حد، تعمل الحكومات والمنظمات الدولية على توحيد أشكال البيانات، وبروتوكولات البيانات الوصفية، ونظم تصنيف الأضرار، كما أن سبايدر (المعلومات الفضائية لإدارة الكوارث والاستجابة في حالات الطوارئ) ) مثال على مبادرة تشجع استخدام الصور الفضائية في حالات الكوارث، ويكفل كذلك وضع سياسات واضحة بشأن تقاسم البيانات،

خاتمة

وقد أصبحت الصور الجوية أداة لا غنى عنها لتقييم الأضرار التي لحقت بالهياكل الأساسية المدنية في أعقاب الكوارث الطبيعية، إذ أن قدرتها على توفير معلومات سريعة وآمنة ودقيقة وموثقة جيدا عن المناطق الكبيرة، ستؤدي أساسا إلى تحسين قدرات صنع القرار لدى المستجيبين والمهندسين والمخططين في حالات الطوارئ، ومع توسع قنوات السواتل، فإن تكنولوجيا الطائرات بدون طيار تصبح أكثر قوة، وتزداد قوة الاستخبارات الاصطناعية، وستستمر سرعة وموثوقية عمليات تقييم الأضرار في زيادة الهياكل الأساسية.