Table of Contents
وفي المناطق المعرضة للكوارث، لا يقتصر رصد المركبات العضوية المتطايرة على إجراء عملية مختبرية، بل يشكل عنصرا حاسما في نظم الإنذار المبكر، والسلامة البيئية، وحماية الصحة العامة، إذ أن الثورات البركانية، والحوادث الصناعية، والنيران البرية، والانسكابات الكيميائية يمكن أن تُطلق على التصفيقات الخطرة في الهواء، مما يهدد المجتمعات والنظم الإيكولوجية على حد سواء، ومع ذلك فإن البيئات الأكثر احتياجا إلى رصد مستمر للأعاصير الأرضية هي في كثير من الأدوات التي يمكن أن تكون متغيرات.
فهم التحديات في المناطق المعرضة للكوارث
وتشكل المجالات المعرضة للكوارث مجموعة فريدة من العقبات التي يمكن أن تعجز عن الاكتفاء بنظم رصد الأوعية الحية التقليدية، وتندرج هذه التحديات في عدة فئات، تتطلب كل منها استراتيجيات محددة للتخفيف من حدة الكوارث.
الضرر البدني والظواهر البيئية
فالتهديد الفوري هو التدمير الميكانيكي، إذ يمكن أن تهز المساحات قبالة الجبال، والنشاط السيزمي يمكن أن يكسر خطوط أخذ العينات، ويمكن أن تحطم آثار الحطام مكوناته، ويمكن أن تغرق المياه السطحية الكترونيات، بينما يمكن أن تقطع الرياح المرتفعة من الأعاصير أو التيفوونات مسدودة بعيدا عن الضواحي الحادة، وأن تتسارع التعرض البيئي الطويل الأجل للتأرجحات الحرارية، والرطوبة، ودرجة الحرارة، ودرجة الحرارة، ودرجة الحرارة القصوى (فية)
القدرة على الإمداد
فالقوة المظلمة هي في كثير من الأحيان أول ضحية لكارثة، فالنباتات التي يمكن أن تستمر في الأيام أو الأسابيع الماضية، وقد تفشل المولدات الاحتياطية بسبب نقص الوقود أو التلف، فاللوحات الشمسية فعالة ولكن يمكن أن تحجبها الرماد أو الغبار أو حطام العواصف، ويجب أن تُصَمَّد مصارف البطارية من أجل الاستقلالية الموسعة وأن تشمل متحكمي الشحنات التي تعالج مدخلات متقطعة ومتجددة، ويجب أن يتحول النظام بشكل محترم بين مصادر الطاقة دون فقدان البيانات أو انقطاعها.
هشاشة الاتصالات
والشبكات النموذجية للكلاب الخلوية أو شبكة وي-فاي ضعيفة للغاية، إذ تسقط الأبراج وتقطع الكابلات البصرية الألياف، وتظل الازدحام في الشبكات على اتصال، وفي مناطق الكوارث النائية، يمكن تعطيل الاتصالات الساتلية بالظروف الجوية أو الثغرات المدارية، ويجب أن يستخدم نظام التكتل الضوئي الخفيف الترددي والترددي الطويل المدى للاتصالات السلكية واللاسلكية (اليونيك) مع المقاييس.
سلامة البيانات واستمراريتها
وعندما تتحول القوة والاتصالات إلى زلزال وعدم نقل البيانات إلى توترات، وقد تولد أجهزة الاستشعار القراءات كل دقيقة، كما أن الثغرات في السجل يمكن أن تحجب التقلبات الخطيرة، فالتخزين المحلي مع قطع الأشجار المأهولة، والبروتوكولات القوية التي تفحص الأخطاء تكفل عدم فقدان أي بيانات حتى عندما تخفض الروابط، وبالإضافة إلى ذلك، يجب أن يصمد استقرار المعايرة لفترات طويلة دون تدخل يدوي، ويحتاج جهاز الاستشعار إلى تطهير آلي.
مبادئ التصميم الرئيسية لرصد قدرة المركبات على التكيف
واستناداً إلى الدروس المستفادة في الفضاء الجوي، والعسكري، والصناعات الصناعية، ثبت أن العديد من مبادئ التصميم ضرورية لمرونة البشر، وتتجاوز هذه المبادئ مجرد التعثر في إنشاء نظم تتكيف وتعالج ذاتياً وتواصل العمل في مواجهة الشدائد.
سرقة المعدات
(ب) استخدام المعادن المقاومة للتآكل (الفولاذ غير القابل للاكتئاب، والألومنيوم المسلّح) أو البلاستيك العالي الأثر المصنف للاستخدام في الهواء الطلق.() وينبغي أن تستوفي الضبطيات معايير IP67 أو IP68 للتربة والاقتحامات المائية.() ويجب أن تعتبر الجبال المتحركة والمعاطف المتطابقة على لوحات الدوائر حماية من اليقظة والرطوبة.()
الهيكل التنظيمي للقوة الاحتياطية
ويتوفر لنظام الطاقة المرنة مصدران مستقلان على الأقل، ويشمل تشكيلة نموذجية وصلة رئيسية للشبكة (حيثما يكون متاحا)، ومجموعة شمسية بطاريات عميقة الدراجة، ومولد احتياطي أو خلية للوقود من أجل فترات انقطاع طويلة، ويجب على وحدة إدارة الطاقة أن تنفذ نظام " أقصى درجات الحرارة " (MPPT) من أجل التحول الشمسي وغير المتجانس بين المصادر، وينبغي تزويد مصارف البطاريات بأجهزة إضافية تعمل على مدار 72 ساعة من التشغيل دون انقطاع.
شبكات الاستشعار اللامركزية
وتخلق محطات الرصد المركزية نقاطاً واحدة من الفشل، بل توزع شبكة موزعة من أجهزة الاستشعار المنخفضة التكلفة التي يمكن أن تعمل بشكل مستقل وأن تتواصل عن طريق شبكات الميكنة، وإذا انقطعت عن الأنظار، يمكن لجيرانها إعادة توجيه البيانات وتغطية ثغرتها المكانية، كما يوفر هذا الهيكل أيضاً نماذج للتشغيل المكثف للبيانات التي تقيس المنطقة نفسها وتتيح إمكانية السحب المتبادل والحد من أثر نظام الاستشعار العائم.
الاتصالات المأمونة والمتعددة القنوات
ويجب تشفير جميع عمليات نقل البيانات (الحد الأدنى من AES-256) لمنع التلاعب، لا سيما عندما تستخدم البيانات في الإنذارات العامة، ويعني ذلك أن كل جهاز استشعار له مساران احتياطيان على الأقل: أولهما (مثل الخلايا الخلوية) وثانوي (مثلاً، السواتل أو نموذج الترددات المتوسطة) وينبغي أن يربط النظام تلقائياً الفشل في استخدام الترددات الثابتة مع عدم تكرار أي نوع من أنواع المواد الكيميائية.
العملية المستقلة وتشخيص الذات
وكثيرا ما يكون التدخل اليدوي مستحيلا في أعقاب الكارثة مباشرة، إذ يجب أن تُرفع النظم تلقائيا بعد فقدان القدرة، وأن تجري فحصا صحيا دوريا (مركز المجس، والقدرة على البطارية، ونوعية الاتصال)، وأن تبلغ عن حالات الشذوذ، ويمكن لموقّع المراقبة أن يعيدوا ضبط ملوثات دقيقة، ولا يمكن أن يحول تسجيل البيانات على متنها مع العوازل الدائرية دون تدفق الذاكرة إلى الوراء.
الابتكارات التكنولوجية تعزيز القدرة على التكيف
وقد أتاحت التطورات الأخيرة في مجال الاستشعار والحساب والتواصل إمكانيات جديدة لرصد الأوعية الحية التي لا يمكن أن تتعرض للكوارث، كما أن ما يلي هو ابتكارات رئيسية تحسن مباشرة من قدرة النظام وطوله.
أجهزة الاستشعار ذات القدرة المنخفضة والانتقائية العالية
وتستهلك أجهزة الاستشعار التقليدية للأجهزة التلقيح (أجهزة الكشف عن الفوتوغرافي) والجهاز الوطني للكشف عن الفم (غير الشعائر) قدرة كبيرة وتتطلب معايرة متكررة، كما أن أجهزة الاستشعار المغناطيسية المصغرة التي تستخدم أجهزة الاستنشاق بالبطارية ذات الصبغة الفلكية، مثل تلك التي تستخدم أجهزة الاستنشاق شبه الموصلات ذات أكسيد الفلزي (MOX) تعمل على عشرات فقط من أجهزة الكشف عن الديدان.
تقييم البيانات بواسطة الحاسوب والحساب الإلكتروني
فتجهيز البيانات محلياً على محرك الاستشعار أو على بوابة قريبة يقلل من الاعتماد على الخواديم السحابية، وهو ما قد لا يكون متصلاً، ويمكن لأجهزة الإدجية أن تدير شبكات عصبية خفيفة الوزن لكشف أنماط التحلل الذاتي الفائقة السمية (مثلاً، ارتفاع مفاجئ يشير إلى إطلاق المواد الكيميائية) ويثير إنذارات محلية فورية دون انتظار تحليل السحاب، كما أنها تُثبت وجود مقاييس لقياسات على البيانات التاريخية وأجهزة الإصدار.
شبكات مييش لاسلكية مع الروث الديناميكي
وتقاوم طوبولوجيات " ميش " إخفاقات في العدم، وتوفر معايير مثل ثريد وزيغبي وديغيميش قدرة على التعافي الذاتي: إذا فقد أحد النواة الاتصال، فإن الحزمة تُعاد توجيهها تلقائياً عبر مسارات بديلة، أما بالنسبة للإقليم الطويل الأجل، والمستوى المنخفض، فإن " لوراكون " يمكن أن يقترن بخطوط مصغرة (مثلة) للشبكات مصغرة (مثلة) (مثلة حقيقية (مثلة)
التشخيص عن بعد والتحديثات المباشرة
وينبغي أن تكون أجهزة الاستشعار التي تستخدم في الميدان متاحة عن بعد لتحديثات البرمجيات الثابتة، وتسويات المعايرة، وكشف المشاكل، فالنظم التي تستخدم الإدارة الساتلية عن بعد تسمح للمهندسين بتشخيص القضايا من مئات الأميال، وعلى سبيل المثال، يمكن لأجهزة التنظيف الأرضية التابعة للرابطة أن تدير أجهزة الحافة وتطبق اللواصق البرمجية تلقائيا، وهذه القدرة تقلل بشدة من الحاجة إلى خدمات ميدانية مكلفة وخطيرة بعد الكوارث.
موجة الاستشعار المتعدد الوسائط
فجمع قياسات الأوعية المشبع بالفلور مع معايير بيئية أخرى (الطبيعة، الرطوبة، الضغط اللامعي، سرعة الرياح، والجسيمات) يوفر سياقاً يحسن التفسير والقدرة على التكيف، فعلى سبيل المثال، قد يؤدي الانخفاض المفاجئ في الضغط إلى حدوث حالة إطلاق متقلبة، في حين أن الرياح العالية قد تخفض الأوعية التلقائية إلى أدنى من عتبة الكشف، كما أن بيانات الاستشعار المزودة بالأجهزة الضوئية على الحافة تتيح تركيزافر على الضوضاءة الأكثر قوة على الضوضاءة الحقيقية.
دراسات الحالة والتطبيقات العملية
وتظهر عدة مشاريع في جميع أنحاء العالم كيف يمكن نشر نظم رصد قادرة على التكيف في المناطق المعرضة للكوارث، وتبرز هذه الأمثلة التنفيذ العملي للمبادئ والتكنولوجيات المذكورة أعلاه.
المناطق الساحلية للفيضانات: جزر البحر الكاريبي المعرضة للزئبق
وبعد أن قامت جامعة بورتوريكو بنشر شبكة من أجهزة الاستشعار ذات القدرة الشمسية في جميع أنحاء الجزيرة، حيث تم بناء أجهزة الاستشعار في أعالي البحار في مساحات من طراز IP68، ومرسومة على قواعد محددة، ومجهزة بأجهزة ساتلية من طراز Iridium، وخلال موسم الأعاصير الأطلسي، واصلت الشبكة الإبلاغ عن تركيزات البنزين والتلوينات حتى مع مرور عواصف متعددة على ذلك.
المناطق المعرضة للزلازل: رصد الغازات البركانية في اليابان
وتدير الوكالة اليابانية للأرصاد الجوية شبكة كثيفة من أجهزة الاستشعار ذات التردد العالي والفولط الفولطية والفولط الفولطية الفولطية والفولطية الفولطية الثانية على ذروة البركان، والكثير منها نشط أيضاً في الزلازل، وتستخدم هذه المحطات نسخاً مبسطة من أجهزة تحليل الغاز التجاري المثبتة على منصات التي تعمل بالصدمات الحرارية في عام 2016.
المناطق المعرضة لإطلاق النار: الولايات المتحدة الغربية
وقد أدت حرائق كاليفورنيا البرية في كثير من الأحيان إلى حدوث مستويات خطرة من البنزين والبدهيد من هياكل الحرق والنباتات، حيث قام اتحاد جامعات بنشر شبكة من أجهزة الاستشعار ذاتية التكلفة المنخفضة (استعمال أجهزة استشعار فيغارو TGS2600) عبر شلالات سير نيفادا، حيث قام كل عمود بتدبير لوحة شمسية وبطاريات ليثيوم، حيث تم الاتصال عبر شبكة لورشواي
مناطق الكوارث الصناعية: الحلقات الكيميائية في فيضان
وفي هولندا، حيث كثيرا ما تكون النباتات الكيميائية على طول الأنهار عرضة للفيضانات، تم نشر نظام عائم لرصد الأوعية المائية العائمة، وتستخدم هذه الطوافات أجهزة الكشف عن المياه، ونظام تحديد المواقع، والاتصالات الساتلية، ويمكن أن ترتفع بمياه الفيضانات، وهي مجهزة بمستشعرات إنذار PID التي تكشف عن وجود البنزين واكسيليين في الهواء فوق سطح الماء.
الاتجاهات المستقبلية والاتجاهات الناشئة
ولا يزال مجال رصد قدرة المركبات على التكيف آخذا في التطور، إذ أن المواد الجديدة وتقنيات جمع الطاقة تعد بقدر أكبر من الاستقلال الذاتي، ويمكن أن تنشر بسرعة أجهزة الاستشعار المرنة المطبوعة عن المضبوطات القابلة للتحلل الأحيائي بواسطة الطائرات بدون طيار، مما يخلق شبكات مخصصة في غضون ساعات من وقوع الكارثة، كما أن أجهزة الاستشعار التي تستخدم في الكاماناتيومات توفر حساسية من الأجزاء لكل تريليون ويمكن أن تُدمج في نماذج نموذجية صغيرة.
وثمة اتجاه آخر يتمثل في إدماج رصد الأورام الخماسية في برامج أوسع نطاقاً للاستجابة لحالات الطوارئ، حيث يقوم مشروع " سيسن " التابع للاتحاد الأوروبي لعام 2020 (المدن الذكية والرصد البيئي عن طريق تكنولوجيات النوف) بوضع هيكل موحد للبيانات حيث يتم تجميع أجهزة الاستشعار التابعة للشركة من عدة ولايات قضائية والتحقق من صحتها وتقاسمها مع المستجيبين الأولين في الوقت الحقيقي، وتتطلب هذه البرامج مبادئ السلامة المجتمعية التي ناقشناها.
خاتمة
إن نظم رصد التقلبات المناخية المتردية ليست رفاهية - بل هي ضرورة للمجتمعات المعرضة للكوارث - إذ إن جمع المعدات القوية، والقوى الزائدة عن الحاجة، والاتصالات، والهيكل اللامركزي، وتجهيز الحواف الذكية، يمكن أن نبني نظماً لا تزال توفر بيانات إنقاذ الحياة حتى عندما ينهار العالم حولها، وتصبح دراسات الحالات التي تنجم عن بورتوريكو واليابان وكاليفورنيا وهولندا غير قابلة للتأثر.