Table of Contents

وقد أصبح التصوير بواسطة السواتل أمرا لا غنى عنه لرصد المخاطر البيئية، لا سيما مخاطر الانسكاب النفطي عبر محيطات العالم والمياه الداخلية، وذلك بتوفير رؤية للطير من المدار، وإتاحة السواتل للسلطات والباحثين والمستجيبين لكشف البقع النفطية، وتتبع تحركاتهم، وتنسيق عمليات التنظيف بسرعة ودقة غير مسبوقة، وقد حولت هذه التكنولوجيا كيفية حماية النظم الإيكولوجية البحرية، والحد من الخسائر الاقتصادية، وإنفاذ الأنظمة البيئية.

أساسيات التصوير الساتلي لكشف عن النبضات النفطية

أجهزة الاستشعار: البصرية، والأشعة تحت الحمراء، والرادار الاصطناعية

وتحتوي السواتل على مجموعة من أجهزة الاستشعار التي تلتقط أجزاء مختلفة من الطيف الكهرومغناطيسي. أجهزة الاستشعار المشتق تُسجل الضوء المرئي وتُميز البقعة النفطية عن المياه تحت السماء الواضحة.

كيف ستلعق النفط على سطح البحر

عندما يتم إطلاق النفط على الماء، ينتشر إلى طبقة رقيقة (يسمى في كثير من الأحيان بقعة أو ذرة) تُصيب كبش الفلوحة القصيرة وموجات الجاذبية، وهذا التحلل يقلل من الرادارات في صور SAR، ويخلق منطقة مظلمة متميزة، وتنظر أجهزة الاستشعار الضوئية إلى البقعة كتغيير في اللون أو الألبدو،

المنصات الساتلية الرئيسية وقدراتها

Sentinel — 1 (CANband SAR)

أما مجموعة أجهزة الاستشعار التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية(1) فهي مجموعة العمل لرصد الانسكابات النفطية التشغيلية، حيث توفر هذه المجموعة صورة عالية الاستبانة (تحت إلى 5 أمتار في شكل مقطورة واسعة النطاق) على مسافة 250 كيلومتراً، والوقت الذي تستغرقه إعادة النظر في الغلاف الجوي لوكالة النقل الجوي الأوروبية لمدة 12 يوماً (6 أيام مع ساتلين) تكفل التغطية المتكررة للمناطق ذات الخطورة العالية.

MODIS and Landsat (Optical and Thermal Infrared)

ويوفر القرار الحديث الذي أعدته ناسا بشأن قياس المقياس الشعاعي للكمبيوتر على متن الساتلين تيرا وAqua تغطية عالمية يومية في حدود 250 إلى 000 1 متر. وفي حين أن المقاييس السائلة والبرمجية المتعددة الديموفلور في الكشف عن الانسكابات الكبيرة والمستمرة ورصد تطورها على مدى الأسابيع.

السواتل التجارية: الكوكب، ماكسار، كابيلا

ويتيح قطاع السواتل التجارية المتنامي الآن حلولا مكانية عالية جدا )مقاس فرعي( وفترات إعادة النظر السريعة، كما أن صور كوكب الأرض بكاملها يوميا عند ٣-٥ مترا من القرار البصري، مما يتيح رصد الهياكل الأساسية الساحلية وممرات الشحن في الوقت القريب، ويوفر الساتل ماكسار العالمي فيفيو صورا متصورة ذاتية من ٣٠ الى ٥٠ سمية لأجهزة تحديد الانسكاب المفصل.

الكشف عن الخوارزميات وتجهيز البيانات

كشف المستودعات المظلمة والاحتفاظ بالثبات

إن أكثر الطرق شيوعاً لتحديد البقعة النفطية في صور منطقة البحث عن البقعة المظلمة، فالحجرات تبحث عن المناطق المتاخمة من التخلف المنخفض مقارنة بالخلفية المحيطة، كما أن العتبة التصحيحية (على سبيل المثال، استناداً إلى تحليل الأشعة) تساعد على التمييز بين البقعة من المناطق الطبيعية المنخفضة الريح، وتعمل العتبات البسيطة بشكل جيد على الانسكابات المحددة بوضوح، ولكنها تكافح في بيئات المعقدة.

تحليل النصوص والمقاييس

وتظهر البقع النفطية نصاً متميزاً - وهي تبدو أكثر سلاسة وأكثر تجانساً من المياه المحيطة بها، وتظهر سمات من قبيل المتجانسات والتناقضات والنسخة المستمدة من مصفوفات التراب الجليدي ذات المستوى المشترك، وهي تُحسِّن الدقة، وتبدو بيانات التحلل المغناطيسي (PolSAR) التي تلتقط تركيبات متعددة من أجهزة الاستقطاب/الاستلام، وتضيف بعداً آخر من النفط().

النهج التعليمية الآلاتية

وقد أدت التطورات الأخيرة في مجال التعلم العميق، ولا سيما الشبكات العصبية الملتوية (CNNs) وشبكة UNet، إلى تحسين كبير في سرعة ودقة الكشف عن الانسكاب النفطي، وقد تم تدريب هذه النماذج على مجموعات كبيرة من البيانات المسمومة لصور البحث العلمي، تبين كلا من البقعة النفطية والملابس المتحركة، ويمكنها أن تتعلم أنماطا مكانية معقدة وتكيفها مع دول بحرية مختلفة، وتشكيلات الاستشعار، ومناطق الكشف الجغرافية، وبعد تدريبها، يمكن أن تقوم على توجيه العلم بتجهيز مسارات الانسكابتها.

ألف - الجوانب ذات الصلة بطرق الرصد التقليدية

المنطقة الواسعة النطاق والوصول عن بعد

ولا يمكن للسفن والطائرات إلا أن تغطي أجزاء محدودة من المحيط، مما يترك مساحات شاسعة غير مرصدة، وعلى النقيض من ذلك، فإن السواتل تراقب آلاف الكيلومترات المربعة في ممر واحد، وهذه التغطية الواسعة ذات قيمة خاصة لكشف التصريف غير المشروع من السفن، الذي يحدث في كثير من الأحيان بعيدا عن الشاطئ. يمكن للسواتل رصد المناطق الاقتصادية الخالصة (EZs) وممرات الشحن ذات التكلفة الشاملة([FT]:

جميعنا، يوم/عملية نايت

ويعوق الرصد البصري الغيوم والضباب والظلام، إذ لا تتأثر أجهزة الاستشعار التابعة لوكالة البحث عن النفس بالطقس ويمكن أن تلتقط صوراً عبر الغلاف السحابي ليلاً أو ليلاً، وهذه القدرة على الإطلاق بالغة الأهمية بالنسبة للمناطق ذات الغطاء السحابي المستمر، مثل خليج غينيا أو بحر الشمال أو مضيق بيرنغ، ويمكن لأفرقة الاستجابة أن تتلقى صورا ساتلية مستكملة بغض النظر عن الظروف المحلية، مما يتيح استمرار الوعي بالوضعي أثناء الأحداث المنكوبة.

بيانات تاريخية لتحليل خط الأساس والاتجاهات

وتتيح محفوظات السواتل التي تعود إلى عقود (مثلاً، شركة لاندسات منذ عام 1972، ومنظمة SAR منذ التسعينات) للمحللين إنشاء ترددات لبقعة النفط الأساسية في منطقة ما، وهذا السياق التاريخي يساعد على التمييز بين التلوث المزمن الناجم عن الانسكابات العرضية ويدعم تقييمات الأثر البيئي.() وتستعمل وكالات مثل مكتب الاستجابة وإعادة التأهيل في الأجل الطويل نظم التدريب الآلية [().

القيود والتحديات

مقايضة القرار المكاني والتمهيدي

وكثيرا ما يُتخذ قرار مكاني رفيع (مثلاً، 1-10 م) بتكلفة محدودة في عرض الموجات (20-100 كيلومتر) وفترات أطول (أي أيام إلى أسابيع) ويمكن أن تكون أجهزة استشعار الضبط (مثلاً، وسد نظام تبادل البيانات بواسطة السواتل (MODIS) بمعدل 250 إلى 000 1 متر) تغطي العالم يومياً، ولكن تفتقد إلى الانسكابات الصغيرة، ولا يمكن لأي ساتل واحد أن يقدم في الوقت نفسه حلاً عالياً وتغطية واسعة النطاق، وثبات ذاتية واسعة النطاق، ومناً متواتراً، ومن ثم تجمع بين الخدمات التشغيلية

Weather and Cloud Cover: The Optical Limitation

أما السواتل البصرية فهي أعمى من خلال الغيوم السميكة، ففي المناطق المدارية والمناطق شبه القطبية، يمكن أن تحجب الغطاء السحابي السطحي لأيام أو أسابيع، مما يؤخر الكشف عن الانسكاب، وفي حين أن منطقة البحث العلمي تخترق الغيوم، فإنها حساسة لسرعة الرياح العالية (فوق 10-15 متر/م) التي تخلق سطح البحر الخام، وتسد الإشارة إلى البقعة، كما أن الأمطار الثقيلة تخفف من إشارات الرادار.

التمييز من مسلسل " نويل " : البقع الطبيعية والملفات البينائية

ويمكن أن تُعَطِّر العديد من الظواهر الطبيعية النفط الميكروم في الصور الساتلية: المناطق المنخفضة الوجوه (الظلال المتأصلة)، والبذور الطبيعية، وزهرات الطحالب، والأفلام العضوية التي تنتجها شركة " بلاكتون " ، وهذه " اللوكيات " تتسبب في وجود إيجابيات زائفة إذا لم يتم تحديدها على النحو الصحيح، وتستخدم المحللين المتمرسين بيانات إضافية - بما في ذلك خرائط الإنذارات التي تعمل على سرعة الرياح، ودرجات التي تعمل في درجات الحرارة السطحية، ودرجة في سطح البحر، وتركيب في درجات الحرارة، وتركيزة في كلور في الجسم، وتخفض من نماذج الرقابة، والمعلومات المزيفة.

التكامل مع نظم الرصد الأخرى

نظام تحديد الهوية الآلي لتعقب السفن

ويمكن أن يؤدي الجمع بين الصور الساتلية وبيانات نظام المعلومات المسبقة عن علم - التي تبلغ عن هوية السفن، وموقعها، وسرعةها، وتوجهها - إلى تمكين المحققين من ربط بصمة نفطية مكتشفة بسفينة محددة، وإذا ظهر بقعة مباشرة على مسار السفينة، ولم تبلغ تلك السفينة عن أي تفريغ، فقد تكون مرشحة لإجراءات الإنفاذ، وكثير من السلطات البحرية، مثل ] أوروبية السلامة البحرية [استخدام نظام الرصد الدولي] [المسح] [المسحة] [المسحة] [المسحة] [المسحة].

نماذج لدحر المحيطات وتوقعات المسار

وبعد اكتشاف الانسكاب النفطي، تستخدم النماذج العائمة (مثلا GNOME، MEDSLIK، أو OpenDrift) تيارات المحيطات المزودة بالطاقة الساتلية، وميادين الرياح، وبيانات الموجات للتنبؤ بالمكان الذي ستنتقل فيه البقعة على مدار الساعة الـ 24 إلى 72، وتدعم هذه التنبؤات النشر المستهدف للازدهار والمزلاجات والمفرقعات، كما توفر البيانات الساتلية حالة أولية وتثبت: يمكن مقارنة نماذج التنبؤات بالصور الاصطناعية.

In —Situ Sensors and Unmanned Aerial Vehicles (UAVs)

ولا يمكن للسواتل أن تقيس سميك النفط أو تتحقق من النفط تحت سطح الأرض، فالبويارات الداخلية، والفلورومرات، وعينات المياه توفر بيانات عن الأرض تُحدِث خامات السواتل، ويمكن نشر أجهزة رصد ساتلية مجهزة بكاميرات بصرية وحرارية للتحقيق في البقع الملتقطة بواسطة السواتل في نطاق قريب، مما يؤكد طبيعة هذه الأجهزة ونطاقها.

الاتجاهات المستقبلية

التصوير الهيدروجيني

ويمكن للمستشعرات الهيدروجينية التي تلتقط عشرات من مجموعات الأطياف الضيقة أن تحدد أنواع النفط بتوقيعاتها الفريدة من نوعها (بصمات الأصابع) وتظهر كل من زيت الكوك الخام والزيوت المتناثرة المعالجة بالطقس على نحو مختلف عبر النطاق المرئي والمقرب من الغلاف الجوي، وتأتي البعثات الساتلية المقبلة مثل بيولوجيا وجيولوجيا المدار الثابت بالنسبة لناسا، كما أن هناك قدرات على كشف الأجسام الفضائية الألمانية.

الاستخبارات الفنية والكشف الآلي

وتنتقل المنظمة الدولية للطاقة من البحث إلى الاستخدام التشغيلي، وستتضمن نظم الجيل القادم من أجهزة الاستنشاق بالسواتل دمجا فعليا للبيانات في الوقت الحقيقي من أجهزة الاستشعار المتعددة، وأجهزة الاستشعار الفضائية، والنماذج الجوية، والمحفوظات التاريخية، وستتعلم هذه النظم المستقلة التمييز بين الانسكابات من المظاهرات ذات الثقة العالية، وتقدير حجم الانسكابات، بل وتقترح أساليب الاستجابة المثلى.

سواتل صغيرة

ويمكن أن توفر سواتل صغيرة (CubeSats) التي تبلغ عشرات أو مئات من السواتل الصغيرة أوقاتاً لإعادة النظر فيها ساعة أو دون ساعة على المناطق ذات المصلحة العالية، كما أن الشركات مثل بلانيت وآيسي وكابيلا تعمل بالفعل مثل هذه الوحدات، وسنشهد في السنوات القليلة القادمة شبكات متكاملة تجمع بين أجهزة الكشف الضوئية وأجهزة الكشف الصغيرة التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية التي تضمن على الأقل صورة واحدة في كل ساعة في أي مكان في العالم.

خاتمة

وقد انتقلت التصوير بواسطة السواتل من البحوث التجريبية إلى قاعدة تشغيلية لرصد مخاطر الانسكاب النفطي، ومن خلال مزيج من أجهزة الاستشعار البصرية والأشعة تحت الحمراء الموجودة على متن السواتل العامة والتجارية، يمكن للسلطات الآن أن تكتشف الانسكابات قبل أن تصل إلى السواحل، وأن تحدد الأطراف المسؤولة، وأن تنسق التنظيف الفعال، فالتغطية الواسعة للتكنولوجيا، وجميع القدرات على إحداث التكرار، والتوافق مع مصادر البيانات الأخرى تجعل من حماية البيئة البحرية وإنفاذ التلوث.

إن استمرار التقدم في مجال تكنولوجيا المعلومات، والتصوير الفائق الطيف، وتصميم السواتل يبشران بأن يُجري الرصد بشكل أسرع وأكثر دقة وأكثر سهولة، وبما أن هذه الأدوات أصبحت أكثر تكاملا في أطر الاستجابة العالمية، فإن احتمال حدوث كوارث إيكولوجية كبرى من الانسكابات النفطية التي يمكن الوقاية منها سيتناقص، أما الآن، فلا يزال التصوير الساتلي أقوى مرسل لنا على الصعيد العالمي، حيث يشاهد المحيطات من أعلاه ويساعد على صون الكوكب للأجيال المقبلة.