Table of Contents

وعندما تضرب الكوارث، فإن القدرة على تحديد مكان الهياكل الأساسية الحساسة وحمايتها تحدد في كثير من الأحيان الفرق بين سرعة الانتعاش والفوضى الطويلة، ويجب أن تظل المستشفيات قادرة على التحمل، ويجب أن تستمر محطات معالجة المياه في العمل، ويجب أن تظل الشرايين المستخدمة في النقل صالحة، وتعالج النهج التقليدية القائمة على الجرد كل موجود في عزلة، وتفتقد المفارقات التي تحول دون وقوع كارثة متتالية، وتُظهر التقنيات القائمة على أساس التدرج وجود شبكة قوية من أدوات التحفسخ.

The Fundamentals of Graph Theory for Infrastructure

(أ) إن الرسم البياني هو ببساطة مجموعة من ) ) [يسمى أيضاً الفقرات] ) [يعني]: خطوط النقل الرئيسية، أو خطوط النقل الرئيسية].

Mathematically, a graph is often represented as an adjacency spec or an edge list. but for disaster management, what matters is the structure: which paths exist between vital facilities, where single points of failure lie, and how removing a few nodes might fragment the entire system. Tools like NetworkX] (Ptricon librarya:

التطبيقات في مجال إدارة الكوارث

:: دعم التقنيات القائمة على أساس الخماسي مباشرة ثلاث مراحل حاسمة من إدارة الكوارث: التأهب والاستجابة والتعافي، وبنموذج النظام المترابط بأكمله، يمكن لمديري الطوارئ الإجابة على الأسئلة التي لا يمكن أن ترد عليها البيانات الجدولية: إذا انهار الجسر، الذي تفقد المستشفيات إمكانية وصول سيارات الإسعاف؟ كم عدد الأشخاص الذين يفقدون المياه إذا فشلت محطة المضخة؟ أي مراكز اتصال، إذا أُزيلت خارج الخط، ستنقص التنسيق في المنطقة بأكملها.[FLT]

تحديد النوافذ الوهنية والارتباطات الرئيسية

ولا يمكن تحديد جميع المعالم على قدم المساواة، وقد تكون رفوف مولدات صغيرة حرجة من الناحية التقنية إذا ما كان يزود محطة لمعالجة المياه، ولكن يمكن أن يكون استخدام شبكة فرعية كبيرة من الطاقة الكهربائية أكثر أهمية إذا أطعمت عشر مستشفيات ومطاراً، ولا يمكن أن تؤثر التقنيات القائمة على أساس المقياس على هذه الأهمية باستخدام الممتلكات الهيكلية، وعلى سبيل المثال، لا توجد حدود لضعف من الجيران.

تدابير مركزية: نظرة أعمق

وقد أصبحت عدة مصفوفات مركزية أدوات معيارية لتصنيف عناصر الهياكل الأساسية:

  • درجة مركزية ] - عدد الحواف التي وقعت في عقد، وفي شبكة كهربائية، تُسجل تحتية مرتبطة بالعديد من خطوط النقل ارتفاعاً، ولكن درجة الفقد وحدها يمكن أن تفوت العواميد التي هي المدخل الوحيد إلى مجتمع نائي.
  • ] Betweenness Centrality - التدابير التي كثيرا ما تكون العنق أو الحافة على أقصر الطرق بين جميع أزواج العقد، والندوات العليا هي الجسور؛ وفشلها يُهز الشبكة، وقد أظهرت الدراسات التي أجريت على شبكة الطاقة العالية التأثير في الولايات المتحدة أن الوصلات بين مركزية مستهدفة بقوة بحجم الشبكة الفرعية.
  • Closeness Centrality - How quickly information or resources can spread from a node to all others. In a transportation network, closeness centrality helps identify eviction hubs that can reach the most shelters fastest.
  • (أ) احترام نوعية الاتصالات، حيث إن المستشفى الذي يرتبط بمراكز الطرق ذات الصلة الجيدة أكثر أهمية من مستشفى مرتبط بطرق غير متصلة بالطرق ذات الصلة، وقد تم تكييفه أصلاً في الصفحات الشبكية بحيث يصنف عدد مراكز توزيع المياه حسب السكان الذين يعملون في المجرى السفلي.

وكثيرا ما تكون هذه التدابير مجتمعة، فعلى سبيل المثال، يشكل عقدة عالية الرؤيا والارتفاع في مستوى الكثافة تهديدا مزدوجا: إذ أن فقدانها سيقطع الاتصالات الحيوية ويترك أيضا العديد من المعابر المعزولة عن موارد الإنقاذ.

الشبكة: التكرار وتحليل الفشل

ويتجاوز تحليل السطو ترتيب فرادى المراكز لتقييم الشبكة ككل، ويتمثل النهج الأكثر شيوعا في تحفيز الإخفاقات - إما ] أو الفشل الحاد ] (مثلاً، وجود شجرة تقع على خط السلطة) أو أو الهجمات الموجهة [الحجم الضئيل، ثم يُلحق ضرراً كبيراً بمسار القدرة على التكيف).

(أ) إن انقطاع الطاقة في أحد المعاهد قد يتسبب في فشل مضخة المياه، التي تغلق بعد ذلك لتبريد مركز بيانات، والتي تعطل شبكة النقل العابر، ويمكن أن تؤدي النماذج القائمة على أساس الدخل إلى إشاعة هذه الإخفاقات عن طريق ربط شبكات متعددة من خلال نماذج متداخلة.

دراسات الحالة والتطبيقات العالمية الحقيقية

وقد أدرجت عدة مدن ووكالات أساليب قائمة على رسوم بيانية في تخطيط الكوارث مع نتائج قابلة للقياس.

شبكات النقل: طوكيو وشرق اليابان

بعد زلزال توهوكو عام 2011 و تسونامي، استعمل مخططو طوكيو المتروبولية بين مركزية لتحديد أجزاء الطرق التي كانت حرجة للإجلاء والتي من المحتمل أن تحجبها الحطام، ووجدوا أن حفنة من الجسور والأنفاق تحمل نسبة كبيرة من أقصر الطرق في الشبكة، عن طريق عمليات التدمير قبل التمركز وقطع الحطام قرب وصلات الحفر المرتفعة الارتفاع،

منظمة " باور غر " : منظمة أمريكا الشمالية للسود في عام 2003

The widespread blackout that affected 55 million people in the northeastern U.S. and Canada was traced to a single high-voltage line tripping in Ohio. After the event, researchers applied graph-based techniques to the outage data and discovered that the tripped line had low degree but extremely high betweenness centrality for its region. It was a hidden bridge connecting the Ohio grid to the Lake Eriestaform measures. Since then, utilities in the region have

توزيع المياه: مياه الشرب المأمونة أثناء إطلاق النار

في كاليفورنيا، حيث أصبحت النيران البرية أكثر تواتراً، تستخدم مرافق المياه تحليلات للرسوم البيانية لتحديد محطات الضخ والوصلات التي، إذا فقدت، ستترك مناطق بأكملها بدون ضغط، وقد وضع مشروع في مقاطعة سوندوما نظم المياه البلدية التسعة كرسم بياني واحد مع 000 4 رمز و 200 6 حافة، ووجدوا أن 12 في المائة فقط من الندوات مسؤولة عن ضعف النظام خلال سيناريو إطلاق النار المتوحش (الذي يمكن أن يدمر الأنابيب).

شبكات الاتصالات: إعادة إعصار

بعد أن دمر إعصار ماريا بورتوريكو في عام 2017، كان إصلاح الهاتف والشبكة الداخلية فوضوياً، وقد كشف تحليل لاحق للأحداث باستخدام نظرية الرسم البياني أن إعادة خمسة مواقع لبراج الخلايا ذات موقع استراتيجي - أي تلك التي لها أعلى مستوى بين شبكة الألياف الخلفية للجزيرة - كان من شأنها أن تعيد ربط 80 في المائة من السكان بخدمات الطوارئ في غضون أيام بدلاً من أسابيع.

التحديات في تطبيق التقنيات ذات القاعدة العالية

وعلى الرغم من قوتها، تواجه النهج القائمة على الرسوم البيانية عقبات كبيرة في الظروف الحقيقية للكوارث.

نوعية البيانات واكتمالها

ويتطلب بناء نموذج دقيق للشبكة بيانات مفصلة عن كل عقد وحي، وعن أوجه الترابط بينها، ويعامل الكثير من أصحاب الهياكل الأساسية هذه البيانات باعتبارها مصادر ملكية أو حساسة للأمن، وحتى عندما تكون البيانات المشتركة قد تجاوزت كثيرا: يتم تجديد الطرق، والاستعاضة عن الأنابيب، وأبراج الخلايا المضافة أو المنقطعة عن الخدمة، ويمكن أن ينتج رسم بياني مبني على بيانات ثابتة عن مصادر مضللة للصور عن حركة المرور.

الشبكات الدينامية والمؤهلة

ولا تُعد شبكات الهياكل الأساسية ثابتة خلال الكارثة، فالطرق تُغْطَر، وتُعادل الطاقة عبر خطوط الدعم، وتُصلح الأطقم وصلات في الوقت الحقيقي، ويُستَحَلَّل تحليل مُستند إلى رسوم بيانية يفترض أن تكون الطبقات الثابتة قد فقدت دقتها بسرعة، وتُدرج في النُهج الحديثة رسوم بيانية مؤقتة ] حيث توجد بها طوابع زمنية أو نوافذ تعليمية صالحة، ولكن هذه النماذج يمكن أن تساعد على التنبؤ بالكوارث.

القابلية للحساب

وقد يكون هناك عشرات الآلاف من قطع الهياكل الأساسية، وعندما تضاف طبقات متعددة مترابطة، يمكن أن ينفجر حجم الرسوم البيانية، إذ أن الحواسيب التي تُستخدم في رسم بياني بواقع 000 100 نُفذة و 000 500 حافة يمكن أن توزع على محطة عمل موحدة تستخدم فيها الخوارزميات الدقيقة.

التقييم النموذجي

فكيف تعرف نموذجك للرسوم البيانية صحيح؟ على عكس تصميم جسر يمكن اختباره بضغط، لا يمكنك عمدا كسر شبكة طاقة حقيقية أو شبكة مياه لتأكيد التنبؤات، ويعتمد معظم المصادقة على حالات انقطاع الكهرباء أو الهجمات المحاكاة في توأم رقمي، ولكن التوأم الرقمي نفسه يحتاج إلى معايرة واسعة النطاق، وبدون إثبات قوي، قد يتردد صانعو القرارات في العمل على توصيات قائمة على الرسوم البيانية، خاصة عندما تكون الحياة في حالة وجود معايرة.

الاتجاهات المستقبلية والاتجاهات الناشئة

ويتطور هذا المجال بسرعة، ويقوده مصادر جديدة للبيانات، وأوجه التقدم الافتراضي، والتعاون المتعدد التخصصات.

التكامل مع بيانات الاستشعار عن الوضع الحقيقي

وتدرج شبكة إنترنت الأشياء أجهزة الاستشعار الذكية في كل عنصر أساسي من عناصر البنية التحتية: أجهزة استشعار الاهتزاز على الجسور، وأجهزة تدفق المياه، ومراقبي الفولط على خطوط الكهرباء، وعندما تبث هذه أجهزة الاستشعار في نموذج للرسوم البيانية في وقت قريب من الواقع، يمكن للشبكة أن تستكمل تلقائيا - ويصبح الأنابيب المكسورة حافة، ويستكمل خط الطاقة السحابي في سنغافورة على الفور.

شبكتا التعلم والألعاب الرياضية

وترتكز القياسات التقليدية للرسوم البيانية على علم الطبقات المعروفة، ولكن يمكن للتعلم الآلي أن يتعلم التنبؤ بالنقدية من الأنماط. ] يمكن تدريب الشبكات العصبية للغرغاف على محاكاة الكوارث التاريخية للتنبؤ بأحدث التعاقبات عندما يُهاجم، حتى بالنسبة للشبكات التجميلية غير المرئية، وقد أظهر الباحثون أن نماذج البرمجيات التي تُدرَّب على السلاسل التعاقبية.

التواؤم الرقمية من أجل تيسير البنية التحتية

(ج) إن التوائم الغرامي هو تكرار افتراضي عالي القيمة لنظام البنية التحتية المادية، يجري تحديثه باستمرار مع بيانات آنية ويستخدم في المحاكاة، ونظرية الخراف هي العمود الفقري لهذه الأنابيب، التي تمثل أعلى مستوى للشبكة، حيث يصبح التوأم أكثر شيوعا (توصي وزارة الأمن الداخلي بوضع نموذج وطني للتركيب الرقمي)

المعايير المفتوحة وتبادل البيانات

وتبدأ الجهود مثل Infra structure Data Framework (التي يقودها المعهد الوطني لعلوم المباني) والمعايير الدولية ] وبروتوكول الاشعار العام ] في وضع نماذج بيانات تسهل بناء الرسوم البيانية، وإذا ما اعتُمدت هذه المعايير على نطاق واسع، فإنها ستخفض حاجز الحصول على البيانات، مما يتيح استخدام أدوات قياسية لإدارة الكوارث على الصعيد العالمي.

دعم القرارات المتعلقة بالإنسان في الأراضي اللبنانية

فالأدوات القائمة على الرسم البياني قوية، ولكن يجب ألا تحل محل الحكم الإنساني، فالعمل الأكثر فعالية يضع محلل الحلقة: إذ أن محركات الرسم البياني ترفع أعلام العناصر ذات الأهمية العالية، وتصنفها حسب الضعف، وتحاكي سيناريوهات، ولكن صانعي القرار الإنساني يزن العوامل الاجتماعية والسياسية واللوجستية قبل العمل، فعلى سبيل المثال، يمكن أن يُستبعد من نظام الاختيارات المتعمدة التي تُجرى في المستقبل.

خاتمة

وقد ثبت أن التقنيات القائمة على أساس نوعي لا غنى عنها لتحديد الهياكل الأساسية الحيوية في إدارة الكوارث، ومن خلال تجاوز قوائم الأصول للنماذج المترابطة التي تلتقط أوجه الضعف، فإن هذه الأساليب تكشف عن وجود نقاط ضعف مخفية، وتسمح بتقويم قرارات الاسترداد السريع، ومن خلال استخدام نظام التهيئة الأساسية في المستقبل، فإن هذه الوسائل هي الأخرى التي يمكن أن تكون بمثابة جسر شبكي، وتربط بين بلد ساحلي ومركز الصدمة، وتترجم القياسات المعقدة فيما يتعلق بالنظم قابلة للتنفيذ.