الاستشعار عن بعد لرصد الإنعاش والتعمير بعد الكوارث

وفي أعقاب كارثة طبيعية أو بشرية، يمكن أن تعني سرعة الانتعاش والتعمير الفرق بين المعاناة الطويلة والعودة السريعة إلى الحالة الطبيعية، وقد ظهرت تكنولوجيا الاستشعار عن بعد كحجر أساسي في الإدارة الحديثة للكوارث، مما يوفر رؤية عين الطيور تسترشد بها كل مرحلة من مراحل عملية الاستجابة، ومن ساعات تقييم الأضرار المباشرة بعد وقوع الزلزال إلى الرصد الطويل الأجل لجهود إعادة البناء بعد سنوات، فإن التطبيقات الساتلية والجوية تؤدي إلى إعادة البناء بشكل شامل.

ما هو الاستشعار عن بعد؟

الاستشعار عن بعد هو علم الحصول على معلومات عن جسم أو منطقة من مسافة، عادة من خلال أجهزة الاستشعار المثبتة على السواتل أو الطائرات أو الطائرات أو الطائرات بدون طيار أو بالونات، وهذه أجهزة الاستشعار التي تكشف وتسجل الإشعاع الكهرومغناطيسي المنعكس أو المنبعث من سطح الأرض، والتي يتم تجهيزها بعد ذلك في صور وخرائط ونماذج رقمية، بخلاف الدراسات الاستقصائية الأرضية التقليدية، فإن الاستشعار عن بعد يتيح إمكانية الوصول السريع إلى منطقة واسعة النطاق.

The fundamental principle involves measuring energy across different wavelengths of the electromagnetic spectrum. Visible light, infrared, thermal infrared, and microwave bands each reveal different aspects of the surface. For post-disaster work, the ability to comparison pre-event and post-event imagery is crucial. Change detection algorithms highlights areas where structures have collapsed, stripve historical forms,

وقد تطور هذا المجال تطورا كبيرا على مدى العقدين الماضيين، حيث لم تكن هناك سوى صور للاستبانة الضارية، فإن السواتل التجارية اليوم توفر حلا بصريا دون حدود، بينما يمكن أن تتجلى نظم الرادار من خلال السحب والظلام، كما أن انتشار السواتل الصغيرة أو الكسعات المكبوتية قد قلل من التكلفة وزاد من تواتر إعادة النظر، مما أتاح رصد الانتعاش في فترات أسبوعية أو حتى يومية.

المفاهيم الرئيسية في الاستشعار عن بعد من أجل الإنعاش بعد الكوارث

• Pre- and post-event imagery:] The comparison of images taken before and after a disaster is the most common technique for change detection.
• Temporal resolution:] How often a satellite revisits the same location. Higher temporal resolution (e.g., daily) is essential for tracking rapidly developments situations.
• Spatial resolution:] The size of the smallest object distinguishable in an image. High spatial resolution (e.g., 0.3 meters) is needed for detailed damage assessment.
• Spectral resolution:] The number and width of wavelength bands captured. Multispectral and hyperspectral sensors can differentiate between materials like concrete, metal, and vegetation.
• Radiometric resolution:] The sensitivity of the sensor to detect small differences in energy. Higher radiometric resolution improves the detection of subtle changes.

أنواع تكنولوجيات الاستشعار عن بعد

وتجلب كل تكنولوجيا للاستشعار عن بعد مجموعة فريدة من نقاط القوة لمهمة الرصد بعد الكوارث، ويعتمد اختيار المنبر والمجس على نوع الكارثة، ومستوى التفصيل المطلوب، والظروف الجوية، والميزانية.

التصوير الضوئي

وقد تُظهر أجهزة الاستشعار الضوئية ضوء الشمس في الموجات المرئية أو شبه الحمراء، وهي تنتج صورا غير ملائمة وشبه صور يسهل على غير الخبراء تفسيرها، أما السواتل البصرية ذات الاستبانة العالية (مثلا، Maxy WorldView-3 فتظهر في 0.3 متر المباني الفردية، وميادين الحطام.

رادار (الدار ذو الفتحة التركيبية - منطقة الساحل)

(د) أن أجهزة الاستشعار الرادار تبعث على طاقتها من الموجات الدقيقة وتقيس الإشارة التي ظهرت من الأرض، ولأن الموجات الدقيقة تخترق الغيوم والظلام، فإن الرادارات ذات القيمة العالية خلال الفترة التي تعقب الكوارث التي كثيراً ما تجلب الغطاء السحابي المستمر، مثل التليفونات والفيضانات والثورات البركانية، ويمكن أن تكشف بيانات البحث عن التشوهات السطحية مع وجود خناق مقياسي باستخدام تقنيات مسحية للزل (إنفاقدة للزل).

وفيما يتعلق برصد التعافي، تساعد صور البحث والتطوير في تحديد التغيرات في هياكل البناء حتى عندما تكون الصور البصرية غير متاحة، فعلى سبيل المثال، بعد إعصار ماريا في بورتوريكو، استخدمت بيانات البحث العلمي في تحديد الأضرار التي لحقت بشبكات الطاقة من خلال كشف التغيرات في انعكاسات الرادار من أبراج النقل، كما يمكن أن يرسم خرائط لمدى الفيضانات بدقة عالية لأن أسطح المياه تنتج عائداً منخفضاً جداً من الرادار مقارنة بالأرض.

LiDAR (Light Detection and Ranging)

وتستخدم شركة ليدار نبضات الليزر لقياس المسافات في الأرض والأشياء، فهي، بتسجيل توقيت النبضات المجسدة، تبني سحابات دقيقة جدا من ثلاث نقاط متدرجة، وعادة ما يتم نشرها على الطائرات أو الطائرات بدون طيار لأن السواتل التي تحمل حمولات ليدار نادرة ومحدودة التغطية، وفي سياقات ما بعد الكوارث، فإن أجهزة الحفر التي تستخدم في تقييم الأضرار الهيكلية:

وبالإضافة إلى الأضرار التي لحقت بالبناء، فإن شركة ليدار هي أيضاً حاسمة لرصد التغيرات الطبوغرافية، فبعد أن كانت مسوحات ليدار من المنحدرات الأرضية أو الزلازل تساعد المهندسين على تقييم مخاطر ثانوية مثل حدوث المزيد من الانهيالات الأرضية أو تدفقات الحطام، وتتابع رحلات ليدار المكررة على مدى سنة التقدم المحرز في إزالة الحطام وإعادة بناء الهياكل الأساسية مثل الطرقات والاحتفاظ بجدران.

الاستشعار الحراري عن بعد

وتكشف أجهزة الاستشعار الحرارية الحرارة المنبعثة من السطح، وتستخدم في الكشف عن الحرائق، وإيجاد بؤر ساخنة، وتقييم حالة نظم التبريد في المناطق الصناعية، وفي سياق استعادة القدرة على العمل بعد الكوارث، يمكن للصور الحرارية أن تحدد وجود حرائق نشطة في الأنقاض الحضرية، ورصد درجة حرارة المآوي المؤقتة، وتقييم السلامة الهيكلية للمباني عن طريق كشف الهالات الحرارية التي قد تشير إلى حدوث تسربات مائية أو في حالات تلف مائية.

التصوير الهيدروجيني

وتلتقط أجهزة الاستشعار الهيدروجينية عشرات أو مئات من النطاقات الضيقة للطيف، مما يسمح بتحديد المواد من خلال توقيعاتها الطيفية الفريدة، وهذه التكنولوجيا لا تزال آخذة في الظهور لاستخدامها بعد وقوع الكوارث، ولكنها تحمل وعدا بتحديد المواد الخطرة (مثل الانسكابات النفطية والتسرب الكيميائي) ورسم خرائط التلوث بالتربة والتمييز بين أنواع مختلفة من الحطام لأغراض إعادة التدوير والتخطيط للتخلص منها.

طلبات الإنعاش والتعمير بعد وقوع الكارثة

وتكمن القيمة الحقيقية للاستشعار عن بعد في تطبيقه على كامل دورة الحياة لاستعادة القدرة على العمل بعد الكوارث، ومن الاستجابة المبكرة إلى إعادة البناء الطويلة الأجل، تُنفذ البيانات الساتلية والجوية عملية صنع القرار، وتضمن توجيه الموارد حيثما تكون الحاجة إليها أشد.

تقييم الأضرار

وبعد وقوع كارثة مباشرة، تتمثل الأولوية في تحديد حجم الضرر وتوزيعه المكاني، ويوفر الاستشعار عن بعد خط أساس سريع وموضوعي يمكن تجهيزه في غضون ساعات، وباستخدام الصور السابقة للأحداث كمرجع، يصنف المحللون كل مبنى أو ببغاء أرضي على أنه متضرر أو مدمر أو سليم، وهذه المعلومات توجه أفرقة البحث والإنقاذ، والتنسيب في الملجأ في حالات الطوارئ، وتوزيع المعونة الفورية.

وتنتج التعاونات مثل UN Satellite Centre (UNOSAT)] ودائرة إدارة حالات الطوارئ في كوبرنيكوس، بصورة روتينية، خرائط الأضرار هذه بعد وقوع الزلازل والفيضانات الكبرى، وتتقاسم هذه الخرائط علنا لتنسيق جهود الاستجابة الدولية، وعلى سبيل المثال، بعد وقوع الزلزالين اللذين ضربا تركيا وسوريا في عام 2023، مما أتاح إعطاء الأولوية القصوى للصور الساتلية البصرية التي تساعد على وضع خرائط للمبانيات السريعة.

رصد التقدم المحرز في مجال التعمير

إن الانتعاش عملية متعددة السنوات، ويتيح الاستشعار عن بعد وسيلة فعالة لتتبع التقدم المحرز على مر الزمن، وبحيازة صور ساتلية منتظمة للمنطقة المتضررة، يمكن للسلطات أن تقارن حالة التعمير على فترات محددة - شهرية أو فصلية أو سنوية، وتكشف مجموعة البيانات الطويلة هذه عما إذا كان إعادة البناء قد بدأ العمل بها، وما إذا كان السكن المؤقت يجري الانتقال إلى هياكل دائمة، وما إذا كانت الهياكل الأساسية الحيوية )الطرق وشبكات الطاقة وشبكات المياه( قد استعيدت.

ويمكن استخلاص مؤشرات كمية من البيانات الساتلية: عدد المباني المكتملة، وإعادة ظهور شبكات الطرق، وتخفيض أكوام الحطام، وعودة النباتات في الأماكن الخضراء الحضرية، وتوفر هذه القياسات تحققا مستقلا من التقارير الواردة من الحكومات المحلية والمتعاقدين، مما يقلل من إمكانية الاحتيال أو سوء إدارة أموال الإنعاش، وفي نيو أورليانز بعد إعصار كاترينا، استخدمت الصور الساتلية للتطوير التدريجي.

Environmental Impact and Land Use Change

وكثيرا ما تؤدي الكوارث إلى حدوث تغيرات بيئية طويلة الأجل تؤثر على التخطيط للتعافي، إذ إن إزالة الغابات من الانهيالات الأرضية، وتآكل التربة بعد الفيضانات، وتلوث أجسام المياه، والتغيرات في المورفولوجيا الساحلية من موجات العواصف تتطلب الرصد، والاستشعار عن بعد يناسب هذه المهمة بشكل فريد لأنه يغطي مناطق كبيرة لا يمكن الوصول إليها في كثير من الأحيان.

فعلى سبيل المثال، وبعد الزلزال والتسونامي اللذين ضربا توهوكو في اليابان في عام 2011، استخدمت البيانات الرادارية والبصرية الساتلية في رسم خرائط لمدى التحصين الساحلي، وتحديد ملوحة التربة في الحقول الزراعية، وتتبع إزالة الحطام من المحيط، وفي السنوات التي تلته، أظهرت الصور الاستصلاح التدريجي للأراضي الزراعية وبناء جدران بحرية جديدة، وتسترشد هذه البيانات بتقييمات الأثر البيئي وترميم النظم الإيكولوجية الزراعية التي توفر خدمات الحد من أخطار الكوارث.

تخصيص الموارد والسوقيات

وتتطلب عمليات الاسترداد نشر الأجهزة الثقيلة ومواد البناء والأفراد بكفاءة، ويساعد الاستشعار عن بعد المخططين اللوجستيين بتوفير خرائط حديثة لظروف الطرق، وحالة الجسر، والضرر في الموانئ، كما يمكنه تحديد الأماكن المفتوحة المناسبة لمناطق الترسب المؤقت، أو تخزين الحطام، أو مناطق هبوط الطائرات العمودية.

ومن خلال جمع خرائط الأضرار مع بيانات الكثافة السكانية المستمدة من الاستشعار عن بعد، يمكن للوكالات الإنسانية أن تقدر عدد المشردين، وأن تخطط للمأوى وتوزيع الأغذية وفقا لذلك، فعلى سبيل المثال، بعد الزلزال الذي ضرب نيبال في عام 2015، ساعدت الصور الساتلية للقرى الريفية العاملين في مجال الإغاثة على تحديد الطرق الآمنة للمسيرات والمجتمعات المحلية النائية التي قطعتها الانهيالات الأرضية.

التكامل مع نظم المعلومات الجغرافية والاستخبارات الفنية

وتصبح بيانات الاستشعار عن بعد أقوى عندما تدمج في نظام معلومات جغرافية إلى جانب طبقات بيانات أخرى، إذ إن الجمع بين الصور الساتلية وبيانات التعداد، وخرائط المخاطر، وسجلات ملكية الأراضي، وشبكات الاستشعار في الموقع يتيح إجراء تحليل متعدد الأبعاد، ويمكن لأصحاب المصلحة أن يبالغوا في خرائط الأضرار التي تلحق بشبكات المرافق العامة من أجل إعطاء الأولوية لإصلاح خطوط الأنابيب الحرجة، أو ربط التقدم المحرز في إعادة البناء مع المؤشرات الاجتماعية والاقتصادية لضمان التوزيع العادل للموارد.

وقد أدت التطورات الأخيرة في مجال الاستخبارات الاصطناعية والتعلم العميق إلى زيادة التعجيل بتحليل بيانات الاستشعار عن بعد، ويمكن للشبكات العصبية الثورية أن تكتشف تلقائيا المباني المتضررة وتصنف أنواع الحطام وتقسم المناطق المغرقة في صور ساتلية متنافسة على نحو دقيق مع مترجمين شفويين بشريين، كما أن نماذج الأنشطة المنفذة تتيح التجهيز الفوري الذي هو أمر حيوي خلال مرحلة الاستجابة الأولية عندما يكون الوقت شحوبا.

التحديات والحدود

وعلى الرغم من إمكاناته الهائلة، فإن استخدام الاستشعار عن بعد لرصد الانتعاش بعد الكوارث ليس بدون عقبات، ومن الضروري أن يُدرك الممارسون هذه القيود لتصميم نظم رصد قوية.

تسوية البيانات والتكاليف

وتأتي الصور العالية للاستبانة المكانية والزمنية بسعر مرتفع، إذ أن البيانات الساتلية ذات الاستبانة العالية جدا )٠,٣-٠,٥ متر( متاحة أساسا من مقدمي الخدمات التجارية ويمكن أن تكلف آلاف الدولارات لكل كيلومتر مربع، وبالنسبة للمناطق الكبيرة من الكوارث، قد تكون التكلفة التراكمية باهظة، وتوفر مصادر البيانات الحرة والمفتوحة )مثلا، سينتينيل - ٢ في ١٠ ميمتر( آراء قيمة ولكنها أقل تفصيلا، قد تلحق أضرارا بالبيئة الحضرية.

الغطاء والغلاف الجوي

ولا يمكن للمستشعرات البصرية أن تُرى من خلال السحب، ففي المناطق المدارية المعرضة لاستمرار الغطاء السحابي بعد إعصار أو مونسون، قد تمر الأسابيع قبل الحصول على صورة بصرية واضحة، وفي حين أن أجهزة الاستشعار الرادار تتغلب على ذلك، فإنها تملك منحنى تعلم أكثر دقة للتفسير وتتطلب في كثير من الأحيان برامج تجهيز متخصصة، فإن الافتقار إلى جهاز استشعار واحد يُبث في جميع الظروف يعني أن استراتيجيات الاستشعار المتعددة ضرورية، مما يزيد من تعقيدها.

الخبرة التقنية والهياكل الأساسية

ولا تُعد معالجة وتفسير بيانات الاستشعار عن بعد أمراً ثلاثياً، بل تتطلب خبرة في مجال البرامجيات الجغرافية المكانية، والمعايرة اللامعية، والأساليب التحليلية، إذ يفتقر العديد من الحكومات المحلية والمنظمات الإنسانية في المناطق المعرضة للكوارث إلى هذه القدرة التقنية، وبالإضافة إلى ذلك، يلزم إقامة وصلات على شبكة الإنترنت ذات التردد العالي والحواسيب القوية لمعالجة مجموعات بيانات الصور الكبيرة، ومن المهم للغاية بناء القدرات وبرامج التدريب المفتوحة من أجل إضفاء الطابع الديمقراطي على الوصول.

الغسـان المؤقت والسيماني

إن الاسترداد عملية مستمرة، ولكن إعادة الفرز بواسطة السواتل متفاوتة، وقد يلتقط الساتل صورة فقط كل بضعة أيام أو أسابيع، أو هياكل مؤقتة قد تكون مفقودة، أو عمليات التطهير السريع، أو التأثيرات الموسمية، علاوة على أن تفسير " استرداد " هو أمر ذاتي: فمبنى أعيد تدويره قد يظهر بشكل سليم من قبل، ولكنه لا يزال يفتقر إلى السباكة الوظيفية أو الأسلاك الكهربائية.

الاتجاهات المستقبلية

ويشير مسار تكنولوجيا الاستشعار عن بعد إلى رصد الانتعاش بعد الكوارث بصورة أسرع وأرخص وأكثر ذكاء، ومن المرجح أن تشكل عدة اتجاهات الميدان في العقد القادم.

Constellations of Small Satellites

وتدير شركات مثل مختبرات بلانيت وشركة آيسيييه مجموعة كبيرة من السواتل الصغيرة التي توفر التغطية العالمية اليومية، وهذا يعني أنه لا يوجد موقع على الإطلاق ينتظر أكثر من يوم للحصول على صورة جديدة من كوكب الأرض ومحطة البحث العلمي التابعة للشبكة الدولية للطاقة الذرية، ونظراً لأن عدد هذه الوحدتين ينمو، فإن التسوية الزمنية ستقترب من ساعة، مما يتيح تتبع التقدم المحرز في إعادة البناء في الوقت القريب.

الاستخبارات الفنية والحساب الإلكتروني

وقد أصبحت نماذج التعلم من الآلات أكثر كفاءة، مما يتيح تجهيز الصور الساتلية على متن السفن، ويتيح هذا النهج " الحوسبة " للسواتل الكشف تلقائيا عن التغيرات وتنبيه المستعملين دون انتظار وصولها إلى أسفل الوصلة وتجهيزها أرضيا، وعلى سبيل المثال، يمكن للسواتل أن تحدد مبنى جديد أو ميدانا للحطام في غضون دقائق من استخلاص الصورة، وينقل مباشرة مخططات ناقلات المركبات إلى منسقي الإنعاش.

دمج المركبات الجوية غير المأهولة

وتسد الطائرات العمودية الفجوة بين رصد الكواسير بواسطة السواتل والدراسات الاستقصائية الأرضية، ويمكنها أن تطير تحت الغيوم، وتحمل أجهزة الاستشعار المسماة " ليدار " أو المتعددة الأطياف، وتوفر مقياسا فرعيا، وفي المستقبل، ستجري الأساطيل المنسقة للمواقع المدارية المسحية المنتظمة لمواقع إعادة البناء، وتنتج نماذج للأورام الاصطناعية و 3 دال تقارن تلقائيا بالخطط الهندسية.

البيانات المفتوحة والمنابر التعاونية

وتوفر مبادرات مثل الميثاق الدولي: الفضاء والكوارث الكبرى ودائرة إدارة حالات الطوارئ في كوبرنيكوس بيانات ساتلية ومنتجات تحليلية مجانية خلال حالات الطوارئ، ويُشجع الاتجاه نحو سياسات البيانات المفتوحة على زيادة البحث والابتكار في مجال رصد الانتعاش.() وتُكمِّل برامج مصادر الحشد التي يُستخدم فيها المتطوعون في شكل يدوي المباني التي تضررت في صور ساتلية (مثل فريق المساعدة الإنسانية المفتوحة) المعالم الخوارزمنة الآلية وتشارك المجتمعات المحلية في عملية التعافي منها.

خاتمة

وقد تطور الاستشعار عن بعد من أداة علمية متخصصة إلى ركيزة متكاملة من عمليات الإنعاش والتعمير بعد الكوارث، ومن خلال توفير المعلومات في الوقت المناسب والموضوعية والمرتجلة، فإن التكنولوجيات الساتلية والجوية تمكن الحكومات والمنظمات الإنسانية والمجتمعات المحلية من تقييم الأضرار بدقة، وتعقُّب التقدم في إعادة البناء، وإدارة الموارد بفعالية، والحفاظ على البيئة، والجمع بين أنواع الاستشعار المتعددة - البصرية، والرادار، والظلمة الأرضية، والضغوط، والثبطء.

ومع تقدم التكنولوجيا بالاستخبارات الاصطناعية، والسواتل الصغيرة، والاستشعار القائم على الطائرات بدون طيار، فإن سرعة ومرونة رصد الإنعاش ستستمر في التحسن، غير أن العنصر البشري يظل حاسما: بناء القدرات التقنية في المناطق المعرضة للكوارث، وتعزيز تبادل البيانات المفتوحة، واستكمال الاستشعار عن بعد مع التحقق الميداني، أمور أساسية لتحويل البيكسات إلى عمل ذي معنى، وبالنسبة لمن يكلفون بإعادة بناء مجتمعات أكثر أمانا وأكثر قدرة على التكيف، فإن الاستشعار عن بعد لم يعد ضروريا.