وخلال العقد الماضي، شهدت تكنولوجيا الاستشعار عن بعد تحولاً في شكل كيفية اكتشاف الجيولوجيين ومديري الطوارئ للأخطار الجيولوجية والاستجابة لها، حيث كان العلماء يعتمدون على الأدوات الأرضية المجزأة والدراسات الميدانية التي يمكن أن تستغرق أسابيع، وتقوم الآن قنابل السواتل الحديثة والطائرات الآلية المستقلة ذاتياً بتقديم بيانات مستمرة ذات استبانة عالية في جميع المناطق، وقد أدى هذا القفز في القدرة إلى الكشف المبكر عن الزلازل والانهيالات الأرضية والاضطرابات الأرضية والاضطرابات البركانية.

The Evolution of Remote Sensing in Geohazard Monitoring

وقبل فترة الساتل، كان رصد المخاطر الجيولوجية من الانضباط التفاعلي، إذ يمكن للمصابين بالهزات أن يسجلوا زلزالا بعد حدوثه، كما أن الجيولوجيين الميدانيين لا يستطيعون أن يرسموا خريطة لندبة أرضية، إذ أن التصوير الجوي المبكر يقدم بعض النظرات الاصطناعية، ولكن الحل الزمني كان ضعيفاً أو سنوات قد يمر بين الدراسات الاستقصائية، كما أن ظهور السواتل التي تستخدم لرصد الأرض في أوائل السبعينات.

وقد جاء الانفراج الحقيقي بالرادار الاصطناعي، ثم بعد ذلك، تداخل المقاييس، وفي التسعينات، أظهر الساتلان الأوروبيان - ١ و ERS-2 أن التقاطع الراداري يمكن أن يقيسا التشوهات الأرضية بمقياس قطري إلى دقيق، ومن خلال مقارنة صورتين راداريتين مأخوذتين من مواقع مختلفة قليلا، يمكن للعلماء أن ينتجوا عن ذلك تشرد بين أشعة.

واليوم، تسارعت وتيرة الابتكار، إذ توفر ندوات مثل شركة كوبرنيكوس سينتينيل-1 التابعة للاتحاد الأوروبي تغطية عالمية كل ستة أيام إلى اثني عشر يوما، مجانا، مما يتيح الرصد المنهجي على جميع الدول، وتقدم الشركات الخاصة الآن صورا بصرية دون حدود، وطائرات بدون طيار منخفضة الطراز يمكن نشرها في غضون ساعات، وقد حولت هذه التطورات معا الاستشعار عن بعد من أداة بحث إلى حجر أساس تشغيلي لنظم الإنذار المبكر.

تكنولوجيات الاستشعار عن بعد الرئيسية

التصوير الفلكي للسواتل ذات القدرة العالية على الاستصلاح

وقد أدى هذا المستوى من التفاصيل إلى تحديد الشقوق الفردية في الرصيف، أو التمزق الطفيف في أراضٍ ذات فتحات متعددة الأطياف، أو إلى إحداث تغيير في الصور المكانية إلى 0.3 متر، أو إلى أن يكشف المحللون عن مقارنات سريعة في الأعلام، أو عن وجود أحواض صغيرة من أحواض الرؤوس، أو عن ندبة جديدة من الزلازل الصغيرة غير المنظورة في عام 2015.

LiDAR: Creating 3D Terrain Models

وقد كشفت الدراسات الاستقصائية للأخطار الأرضية التي أجريت على اليابان عن وجودها، وكشفت عن وجود نبضات ليزرية من طائرة أو ساتل، وحددت وقت عودتهم إلى بناء نموذج رقمي محدد للارتفاع (DEM) حيث أن الأشعة تحتية للسيارات الأرضية يمكن أن تحقق تسارعاً عمودياً يتراوح بين 5 و15 سنتيمتراً، حتى تحت غطاء نباتي باستخدام تقنية تسمى " العودة النهائية " ، التي تُحدِّد الأشجار.

InSAR: Measuring Millimeter-Scale Deformation

ويظل رادار ذو فتحة الاصطناعية المتقطعة أقوى تقنية فضائية لكشف الحركة الأرضية، ويعمل في منطقة البحث العلمي بمقارنة مرحلة موجات الرادار المعادة إلى الساتل على مرتين أو أكثر، وإذا ما تحركت الأرض بين الممرات، ينتج الفرق التدريجي مقياساً متداخلاً يمثِّل فيه كل فرن نصف قطرة من الارتحال المتقطع للتشريد - وبشكل يبلغ نحو 1.5 سنتيمتر للرادارات.

وقد جاء معلم رئيسي في عام 2014 ورقم سينتينيل-1 باء في عام 2016، حيث وفر فترة إعادة نظر مشتركة مدتها ستة أيام في خط الاستواء، بل وفي المناطق القطبية بشكل أكثر تواتراً، حيث تدعم مجاري البيانات الناتجة الخدمات التشغيلية مثل دائرة الحركة الأرضية الأوروبية، التي تقدم خرائط التشهير على الصعيد الوطني تستكمل كل ستة أشهر إلى اثني عشر شهراً، وفي مناطق مثل منطقة خليج سان فرانسيسكو، لم تكن عمليات إعادة تحديد المخاطر غير معروفة في السابق.

مركبات جوية غير مأهولة وأجهزة استشعار ذات قاعدة دهونية

وتسدّد الطائرات العمودية الفجوة بين التغطية الساتلية والدراسات الاستقصائية الأرضية، ويمكن إطلاقها في غضون ساعات من وقوع الحدث، والغطاء السحابي للطيران، وتحمل مجموعة متنوعة من الحمولات: الكاميرات البصرية، وأجهزة الاستشعار الحرارية ذات الأشعة تحت الحمراء، وحتى وحدات الأشعة الليدائية الخفيفة أو الرادار، وبالنسبة لعمليات تقييم ما بعد الأراضي، توفر الطائرات السباكة التي تستخدم في تحديد درجات الحرارة القصوى، وتوافر تقديرات دقيقة للمجموعات الحرارية.

أوجه التقدم في تجهيز البيانات: استخبارات فنية وتعلم الآلات

إن بيانات الاستشعار عن بعد بالروسية هي بيانات ساحقة - كل ما ينتجه الاقتناء من جهاز الاستشعار عن بعد هو عشرات من الجيبيات من الصور الرادارية، ولا يمكن أن يواكب التحليل اليدوي حجم المعلومات المتاحة الآن، حيث أصبحت المعلومات الاستخبارية الاصطناعية والتعلم الآلي متغيرات في اللعبة، ويمكن تدريب نماذج التعلم العميق، ولا سيما الشبكات العصبية التي تولدها الرادارات، على التعرف على ندوب الزلازلية الأرضية، أو الصمام البصري، أو الاصطناعي.

For InSAR processing, AI is being used to unwrap interferograms automatically, correct atmospheric artifacts, and classify deformation patterns (e.g., trid vslip). The USGS and NASA are developing an ML-based early warning system that ingests realtime InSAR data from the Sentinel-1 constellation and flags anomal

وهناك اتجاه واعد آخر هو دمج البيانات من أجهزة الاستشعار المتعددة باستخدام ML. عن طريق الجمع بين التشوهات الأرضية في منطقة منطقة البحث والصور البصرية للإجهاد النباتي والأورام الحرارية ذات الأشعة تحت الحمراء، يمكن للخوارزم أن تتعلم التنبؤ بالثورات البركانية التي تُجرى فيها أسابيع من الإشعار المسبق، وهذه النظم التكاملية تخضع للاختبار في البركانيات مثل موثوقية جبل ست هيلين وكيلوتا.

التطبيقات عبر أنواع الأخطار

Earthquakes

ويستخدم هذا النظام حالياً بصورة روتينية لقياس التشوهات التي تنجم عن الزلازل الكبرى والتي تلتها الزلازل التي تصيب منطقة نيويدي في عام 2019، على سبيل المثال، حيث تُسجَّل بواسطة نظام سيتينيل-1 في غضون أيام، مما يكشف عن منطقة تمزق معقدة تمتد إلى أكثر من 50 كيلومتراً، وقد استخدمت هذه البيانات في صقل نماذج العطلات وحسابات الإجهادية، وتحسين التنبؤات بعد حدوث الزلزال.

الأراضي

فالانهيارات الأرضية هي من أكثر الأخطار الجيولوجية التي لم تُكتشف بعد، لأنها تحدث في كثير من الأحيان في مناطق جبلية معزولة، وقد أدى الاستشعار عن بعد إلى ثورة اكتشافها ورصدها، ويمكن أن تحدد السلسلة الزمنية من المناطق التي تزحف ببطء (من خلال فترة تتراوح بين شهر وسنة) قبل سنوات من الفشل الكارثي، ومن المرجح أن يكون قد اكتشف الاضطرابات الأرضية في إيطاليا التي قتلت أكثر من 000 2 شخص في عام 1963.

النشاط البركاني

ولا يمكن أن يعتمد رصد البركان اعتماداً كبيراً على الكشف عن التشوهات والتشوهات الحرارية وانبعاثات الغاز، ويمكن أن يتتبع الفريق العامل التضخم في ارتفاعات البراكين كمرتفعات المغناطيس، كما يتبين من حالة تضخم الغاز في منطقة كامبي فليغري في إيطاليا وسيرا في غالاباغوس.

الرؤوس و الثقوب المتحركة

إن التخريب الأرضي الناجم عن نضوب طبقة المياه الجوفية أو التعدين أو فسخ الكارست يشكل خطرا متزايدا في العديد من المناطق الحضرية، وقد كان هذا التبعية في رسم خرائط لمعدلات التخريب في مدن مثل مدينة مكسيكو (حتى 40 سم/سنة)، وجاكارتا، وشنغهاي، حيث تُسترشد هذه البيانات بسياسات إدارة المياه الجوفية وتعزيز الهياكل الأساسية، ويصعب التنبؤ بنمط الأشعة البيرية عالية الاستبانة على نحو المقاييس.

دراسات الحالة الحقيقية في العالم

بركان كيلاويا، هاواي (2018)

ولم يكن انفجار الكيلو في عام 2018 غير متوقع؛ فقد كان البركان يثور باستمرار من مؤتمر القمة الذي عقدته منذ عام 1983، غير أن التنبؤ بالأحداث التي استخدمت على هذا النطاق لم يُحاول قط الحصول على مثل هذه الثروات من بيانات الاستشعار عن بعد، وفي الفترة بين نيسان/أبريل وأيار/مايو 2018، أظهرت صوراً من شركة سيتينيل-1 وشركة COSMO-SkyMed أن عملية فرز مؤتمر القمة كانت متضخمة في حين رصد منطقة الشرق الأدنى

غوركا زلزاليكي، نيبال (2015)

وبعد أن ضرب نيبال الزلزال البالغ ٧,٨ في نيسان/أبريل ٢٠١٥، لم يكن التهديد المباشر هو المحار نفسه فحسب، بل أيضا آلاف الانهيارات الأرضية التي أحدثتها في منطقة هيمالايا العليا، وفي غضون أسابيع، استخدم العلماء صورا ساتلية قبل وقوع الحادث وبعد وقوعه )العالم، والروبيدي، والسيتينيل - ٢( لرسم خرائط لما يزيد على ٣٠٠ ٤ انهيار أرضي عبر ٠٠٠ ١٤ كيلومتر مربع.

بطيئة الحركة من الأراضي اللاندزلية في كاليفورنيا

وقد تحركت مجمع البند البرتغالي في بالوس فيرديس، كاليفورنيا، بصورة متقطعة منذ عقود، حيث بدأت في الخمسينات، عادت السلطات المحلية إلى إعادة تنشيطه، مما يهدد المنازل والطرق، ومنذ إطلاق " سينتيل-1 " ، لم يستخدم الباحثون في مختبر إطلاق النبضات في منطقة " إنسار " لقياس معدلات التشهير السنوية التي تتراوح بين 5 و 20 سم/سنة في كل سنة.

Earthquake Early Warning with InSAR in Turkey

وتعاني تركيا من اضطرابات ناجمة عن أخطاء نشطة، لا سيما في شمال الأناضول، ففي عام 2023، دمر زلزال يبلغ حجمه 7.8 زلزال منطقة كهرمان مارش، وفي السنوات التي تسبق هذا الحدث، اكتشفت سلسلة زمنية من " إنسار " تسلسلاً خفياً على طول القاع وقطع مغلقة، رغم أن التوقيت المحدد للارتداد في خريطة " (1) لم يكن ممكناً التنبؤ به.

التحديات والحدود

ورغم التقدم الملحوظ، لا يزال الاستشعار عن بعد لكشف المخاطر يواجه عقبات كبيرة، فالحل المؤقت يظل قيدا رئيسيا: بل إن أفضل مجموعات السواتل تعيد النظر في أي نقطة معينة كل بضعة أيام، وهو أمر بطيء للغاية بالنسبة للأحداث السريعة التطور مثل الانزلاق الأرضي الكارثي أو الثوران البركاني، إذ أن هذه البيانات يمكن أن تسد الفجوة، بل أن تغطى فقط على المناطق الصغيرة، كما أن هناك ظروفاً مناخية أخرى باهظة.

كما أن الظروف الجوية تتدهور نوعية الاستشعار عن بعد، إذ لا يمكن للمستشعرات البصرية أن تُرى من خلال الغيوم التي كثيرا ما تُغسل المناطق الجبلية أو البركانية لأسابيع، ويمكن للرادر أن يخترق الغيوم، ولكن الأمطار الغزيرة تُحدث ضوضاء في منطقة البحث عن المياه، وتُعقِّد كلا من التحليل البصري والراداري، وتُخفي تغيرات سطحية، كما أن تقنيات الرش المستمر تساعد في معالجة الأحجام في المناطق الحضرية، فضلا عن ذلك.

وأخيرا، يتطلب ترجمة بيانات الاستشعار عن بعد إلى إنذارات مبكرة التكامل مع الشبكات الأرضية وبروتوكولات صنع القرار التي لا توجد دائما، وقد يكتشف الساتل التضخم السابق للارتقاء، ولكن يجب التحقق من صحة تلك الإشارة، مقترنة ببيانات السيزم والغاز، وإبلاغها إلى السلطات في شكل يمكنها أن تعمل عليه، ولا تزال بلدان كثيرة تفتقر إلى الأطر القانونية والموظفين المدربين على تشغيل مجموعات البيانات المتقدمة هذه.

الاتجاهات المستقبلية

وستشهد السنوات الخمس القادمة عدة تطورات تحولية، وستؤدي بعثة رادار ذي فتحة اصطناعية من طراز ناسا - إسارو، المقرر إطلاقها في عام 2024، إلى حمل رادارات النطاق الترددي المنخفض والشبكة S-band، على السواء، مع توفير عمليات رصد عالمية كل 12 يوما مع حل دقيق، وسيؤدي راداره من طراز L إلى اختراق أفضل، وتحسين أداء منطقة البحث عن المعادن في المناطق الحرجية، وإن كان ذلك يؤدي إلى تحسين القدرة على استخدام سلسلة السواتل.

وسيتقدم التشغيل الآلي الذي يقوده المعهد إلى نقطة تُعرف فيها الشذوذات الشهيرة وتُبلغ عنها في وقت قريب من الوقت الحقيقي، وقد سبق أن دخلت دائرة الحركة الأرضية الأوروبية في هذا المسار، حيث تُعالج بيانات " سينتينيل-1 " في منتجات قياسية لجميع أوروبا، وفيما يتعلق بالمخاطر البركانية والأرضية، يجري تطوير نماذج " هيكلية " من نماذج الفلفل العالي التي تُضِعُ بيانات الاستشعار عن بعد باستمرار.

وأخيرا، فإن إضفاء الطابع الديمقراطي على تكنولوجيا الفضاء يعني أن عددا أكبر من البلدان والوكالات المحلية تطلق سواتلها الصغيرة أو تستخدم أساطيل الطائرات بدون طيار لرصدها عن بعد، وفي الوقت المناسب، ستغذي شبكة عالمية من أجهزة الاستشعار عن طريق الفضاء وعن طريق الجو على السواء نظما مشتركة للإنذار المبكر تمتد على الحدود الوطنية، ولا سيما بالنسبة لأحواض الأنهار المشتركة والمقاطعات التي تكتونية.

خاتمة

أما التطورات في مجال الاستشعار عن بعد فقد نقلت ميدان الكشف عن المخاطر الجيولوجية من رسم الخرائط بأثر رجعي إلى الرصد الاستباقي، أما التصوير البصري العالي الاستبانة، والجهاز الاستشعاري الخاص بالسواتل، والمجسات التي تستند إلى الطائرات بدون طيار، فهي الآن لا توفر نظرة غير مسبوقة على سطح الأرض الذي لا يريحه أحد، وعندما تقترن هذه التكنولوجيات بالقدرة التحليلية على التعلم الآلات، فإنها تقدم إنذارات المبكرة التي يمكن أن تعني الفرق بين الإجلاء المنظم وكارثة.

For further reading, consult the NASA Earth Observatory’s overview of InSAR: ]https://earthobservatory.nasa.gov/features/InSAR. The USGS also maintains a comprehensive page on landslide monitoring using remote Sen: https://www.us