السلف في تكنولوجيات التصوير بالسواتل المحتوية على أحشاء متعددة الأطياف

وقد حولت تكنولوجيات التصوير بواسطة السواتل كيف يرصد العلماء والمخططون والمحللون الأمنون سطح الأرض ويفسرون ذلك، وعلى مدى العقد الماضي، أدى التقدم السريع في التصوير الفطري والمتعدد الأطياف إلى كشف مستويات غير مسبوقة من التفصيل والدقة والتوقيت، وهذه التطورات ليست مجرد تطور تدريجي، بل تمثل تحولا أساسيا في قدرتنا على رصد التغير البيئي، وإدارة النمو الحضري، ودعم الزراعة، والرد على الأزمات.

فهم التصوير المكون من الركائز والتعددية الأطياف

ومن أجل تقدير التقدم المحرز، يجب أولا أن يفهم المرء الاختلافات الأساسية بين التصوير الفطري والتصوير المتعدد الأطياف، ويلتقط كلاهما الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي ينعكس على سطح الأرض، ولكنهما يفعلان ذلك بطرق مختلفة تكمل بعضها بعضا.

التصوير الفطري

ويسجل جهاز الاستشعار الدقيق الطاقة عبر نطاق واحد واسع النطاق، ويغطي عادة الجزء المرئي من الطيف (نحو 450-900 نم) ويمكن أن تحقق الصورة الناتجة عن ذلك على نطاق واسع، مع وجود كثافة في تركيبات ثابتة تمثل التأمل الكامل في ذلك النطاق الواسع، ولأن جهاز الاستشعار عن بعد يجمع الطاقة من نطاق واسع، يمكن أن يحقق أعلى حل مكاني ممكن من خلال منصة ساتلية معينة.

التصوير المتعدد الأطياف

وعلى النقيض من ذلك، فإن أجهزة الاستشعار المتعددة الأطياف تلتقط البيانات عبر مجموعات متعددة من الطيفات المتباينة، ويمكن أن يشمل هذا النوع من الأدوات النموذجية المتعددة الأطياف لخطوط الموجات الزرقاء والأخضر والحمراء والزاوية، على الرغم من أن النظم الأكثر تقدماً يمكن أن تشمل عشرات من النطاقات الأضيق، ويسجل كل قطاع انعكاسات ذلك في جزء محدد من الطيف، مما يتيح للمستشعر أن يميز المواد الصحية القائمة على الآفاق.

قوة الاندماج

ويستغل التآزر بين البيانات البنشائية والبيانات المتعددة الأطياف من خلال pansharpening]، وهو أسلوب لدمج البيانات يدمج التفاصيل المكانية العالية للصورة البانكرواتية مع الثراء الطفيف للصورة المتعددة الأطياف، وكثيراً ما تكون النتيجة صورة لونها عالي الاستبانة تحتفظ بالمعلومات المستقيمة اللازمة للتحليل.

التطورات التكنولوجية الأخيرة

وقد دفع الابتكار عبر تصميم أجهزة الاستشعار، وتجهيزها على متن السفن، وتقليصها إلى الحد الأدنى، وتجميع البيانات إلى الأمام، وتورد الفروع التالية تفاصيل عن التطورات الأكثر تأثيرا.

أعلى قرار عن طريق البريد

ويتواصل سباق التسوية المكانية التي تزداد باستمرار حيث كانت الصورة البانكروماتية التي تبلغ 50 سم تقطع منذ عقد من الزمان، أصبح الآن 30 سم متاحا تجاريا من المشغلين مثل Airbus Defence and Space وماكسار، ويُعتقد أن بعض النظم التي تركز على الدفاع تحقق 10 سم أو أفضل، على الرغم من أن هذه القدرات لا تزال مصنّفة.

تعزيز وحدات المبيدات

وقد توسعت أجهزة الاستشعار الحديثة المتعددة الأطياف إلى أبعد من التصميم التقليدي للأربعة النطاقات. WorldView-3]، على سبيل المثال، تحمل 16 قطاعاً متعدد الأطياف، بما في ذلك المناطق الساحلية والأصفر والحمراء، وفرقتان من أجهزة تقرير الجرد الوطنية مناسبة لتحليل الغطاء النباتي.()

تحسين درجة الوعي والإشارة إلى الأرقام

وقد تحسنت درجة الحساسية بدرجة كبيرة في مواد الكشف - مثل أجهزة الاستشعار المزودة بالأجهزة المزودة بالأجهزة المحتوية على الترددات الخلفية - مما يعني أن السواتل يمكن أن تحصل على صور قابلة للاستخدام في ظروف ضوئية أقل، مثل ساعات التوايل أو المناطق المطفأة، كما أن ارتفاع نسب الإشارة إلى الأرقام يتيح أيضاً حلاً أفضل للأشعة (مثل التحليل الدينامي للرقم 11 أو 12 ميغابايت) مع الحفاظ على التغيرات في الغلاف الجوي الفرعي عند التجليات الحرجة.

تجهيز البيانات وضغطها الذكية على متن السفينة

ولإدارة تدفقات البيانات الضخمة من أجهزة الاستشعار ذات الاستبانة العالية، تدمج الآن منابر السواتل حواسيب قوية على متنها تؤدي خطوات التجهيز الأولية، وتشمل هذه النظم تصحيحات قياسية، ومعايرة قياسية، بل وحتى الكشف الأولي عن السمات باستخدام نماذج التعلم الآلي.

صغر حجم الاضطرابات وثورة كوبيسات

وربما يكون التقدم الأكثر ديمقراطية هو التقليل إلى أدنى حد من أجهزة الاستشعار التصويرية لأجهزة كوبيسات والسواتل الصغيرة، وتنتج الشركات مثل مختبرات Planet وحدات موزعة على مئات من مكونات السواتل الصغيرة (الدواء وSkySat) توفر تغطية عالمية قريبة من يوم واحد على أساس متعدد الأطياف.

السلفة في الأنابيب: ما بعد بانشاربن

وفي حين أن الفرز التقليدي لا يزال مهما، فإن الخوارزميات الجديدة تجمع بين البيانات البنفسجية والمتعددة الأطياف وبين مصادر أخرى - مثل الرادار ذي الفتحة الاصطناعية أو الكشف عن النور والارتحال - لإنتاج منتجات متعددة الوسائط ومتعددة الاستبانة، وغالبا ما تكون نماذج التعلم من الآلات، ولا سيما الشبكات العصبية المتحالفة (الناجم العالمية) وشبكات العرض الإيجابية السخية.

تطبيقات التصوير المتطور بواسطة السواتل

وقد فتحت التحسينات التكنولوجية المذكورة أعلاه حدودا جديدة في العديد من الميادين، فيما يلي مجالات التطبيقات الرئيسية التي تتضمن أمثلة ملموسة على كيفية استخدام البيانات البينكرواتية والمتعددة الأطياف اليوم.

Environmental Monitoring and Climate Science

ويسمح التصوير الفطري العالي الاستبانة للعلماء برصد التغيرات في المراحيض، والتحات الساحلي، والهياكل الأساسية ذات الدقة السنوية أو حتى الشهرية، كما أن البيانات المتعددة الأطياف - خاصة من أجهزة الاستشعار ذات النطاق الأحمر وفرق النقل الجوي - يمكن أن تُقيّم بدقة صحة النباتات، ورطبة التربة، ونوعية المياه.() وعلى سبيل المثال، تعتمد البيانات المتعلقة بالسلاسل الطويلة الأجل لوكالة الفضاء الأوروبية على إزالة الغابات - 2.()

التخطيط الحضري وإدارة الهياكل الأساسية

ويستخدم مخططو المدن 30 سم من الصور المصورة لرسم خرائط أساسية مفصلة وتحديث حدود المناطق والتخطيط لشبكات النقل، وتساعد البيانات التي تعتمد على عدة طيفات على تصنيف استخدام الأراضي في فئات مثل الأماكن السكنية والتجارية والصناعية والخضراء، ويمكن أن تُعَلِّم الخلايا الجديدة للكشف عن تغيرات في المباني أو تغيرات الطرق أو التعديات على المناطق المحمية، وفي القيام بسرعة بتطوير قواعد بيانات بديلة عن التكاليف مثل جنوب شرق آسيا.

الزراعة الدقيقة

الزراعة هي أحد أكبر الأسواق التجارية للصور الساتلية المتعددة الأطياف، بينما تُحسب مؤشرات الغطاء النباتي مثل مؤشر النباتات المدمج (Normalized Difference Vegetation Index) ومؤشر NDRE (Normalized Difference Red Edge) من النطاقات الحمراء وNIRL لتقييم الفيغور المتغير، ومركز النيتروجين، والإجهاد المائي.

الاستجابة للكوارث والمعونة الإنسانية

وفي أعقاب وقوع زلزال أو فيضان أو حريق بري، يكون الوصول السريع إلى الصور العالية الاستبانة أمرا بالغ الأهمية، إذ يكلف مشغلو السواتل أجهزة الاستشعار التابعة لهم باستيلاء على المنطقة المتضررة في غضون ساعات، ويقارن مديرو الطوارئ الصور السابقة والحوادث لتقييم الضرر.

الدفاع، والاستخبارات، والأمن

وقد كانت الوكالات العسكرية ووكالات الاستخبارات تستخدم منذ وقت طويل الصور الساتلية ذات الطابع الفلكي المتعدد الأطياف، وقد أتاحت التطورات في مجال الحل والاخلاصات الطيفية الكشف عن التمويه، وتحديد أنواع المركبات، ورصد تحركات القوات.

الرصد البحري والساحلي

وتؤدي الصور الساتلية دورا متزايدا في رصد حركة النقل البحري، والصيد غير المشروع، والانسكابات النفطية، ويمكن للصور المتحركة التي تحتوي على 30 سم أن تحل فرادى السفن، في حين أن النطاقات المتعددة الأطياف الحساسة لكلوروفيل والرواسب المعلّقة تتبع البلوزات الغال وسباك الرواسب، وكثيرا ما يكمّل الرادار الاصطناعي البيانات البصرية لرصد جميع أنواع الحيوانات، ولكن المعلومات عن بُعدات المتعددة الأطيّة تُب تُباعية تُميّة.

الاتجاهات المستقبلية

وفي المستقبل، ستشكل عدة اتجاهات الجيل القادم من التصوير الساتلي المزود بالسواتل المزودة بأجهزة متعددة الأطياف.

دمج الاستخبارات الفنية والحساب الإلكتروني

ويجري بالفعل نشر التعلم من الآلات على متن السواتل للكشف تلقائيا عن الغطاء السحابي وتحديد السمات المثيرة للاهتمام وتحديد أولويات الروابط الهزلية، وستجري النظم المقبلة نماذج أكثر تطوراً تؤدي إلى كشف الأجسام في الوقت الحقيقي وتصنيف الغطاء الأرضي وكشف التغير في المدار، وهذا يقلل بدرجة كبيرة من مرونة التطبيقات الحساسة من حيث التوقيت ويخفض حجم البيانات التي يجب نقلها إلى محطات أرضية، على سبيل المثال، [FLT: 1.]

خلاصات القرار الأولي

ومستقبل رصد الأرض يكمن في مجموعات كبيرة من السواتل الصغيرة، وتعمل مختبرات الكوكب بالفعل أكثر من 200 دوف توفر التغطية العالمية اليومية في 3 مليارات من القرار. كما أن هناك مجموعات جديدة، مثل ] Satellogic ، وهي تُستخدم في الأسطول المخطط له لمئات السواتل، تهدف إلى تحقيق حل واحد مليئي مع إعادة النظر في وقت الإنشاء الحضري.

ما بعد البانكرومات: التصوير الهيدروجيني على المنهاج الصغيرة

ويمكن أن يُقتصر التصوير الفطري الذي يُستخدم في المئات من النطاقات المتاخمة - عادة على السواتل الكبيرة والمكلفة نظراً لتعقيدات الآلات والكشافات، غير أن التقدم في المضارب المصغرة والصور الفوتوغرافية للسيليكون يجعل الآن أجهزة الاستشعار ذات النطاق الفائق قابلة للتغطية الشخصية للمستقبل.

المهام المسندة إلى الأمين العام والمعالجة الآلية

ويمكن أن تكون هذه المنصات ذات القاعدة السحابية مثل ومحرك الأرض (Gogle Earth Engine ) و محطة أرضية تابعة لأجهزة الأمازون () تتيح الوصول إلى البيانات الساتلية أكثر من أي وقت مضى، ويمكن للمستعملين الآن أن يكلفوا السواتل عن طريق وصلات شبكية، ويحصلوا على صور في غضون ساعات، ويديرون بها خطوط الأنا ذاتية عالية دون تحميل

الاعتبارات الأخلاقية والتنظيمية

ومع أن الصور الساتلية تصبح أكثر قوة واتساعا، فإن الشواغل المتعلقة بالخصوصية والأمن والنفاذ العادل تنمو، فاللوائح العالمية تحد حاليا من القرار إلى 25 سم بالنسبة للسواتل التجارية في بعض الولايات القضائية، ولكن التكنولوجيا تتجاوز السياسة العامة، وهناك أيضا خطر من إمكانية استخدام بيانات عالية الاستبانة لمراقبة أو استهداف جهات فاعلة حكومية وغير حكومية، وسيلزم أن توازن الأطر المستقبلية الفوائد الهائلة لمراقبة الأرض مع ضمانات ضد إساءة استعمالها.

خاتمة

إن التقدم في التصوير بواسطة السواتل البينكروماتية والمتعددة الأطياف يثور في قدرتنا على مراقبة الأرض وفهمها وإدارتها، ومن ٣٠ فصلاً من التفاصيل البهائية التي تلتقط السيارات والمباني، ومن النطاقات المتعددة الأطياف التي تميز أنواع المحاصيل وترصد نوعية المياه، فإن التكنولوجيا ستظل تدفع الحدود الاختيارية، وقد جعلت نهج التنميط والتكدس هذه القدرات أكثر تكلفة وأكثر سهولة، بينما تعد أجهزة الاستعلام العالي التي تحافظ على مدارات.