تطوير حلول مدمجة لحفظ الحياة البرية ورصدها

العناصر الرئيسية لحلول إيوت لرصد الحياة البرية

ويتطلب تصميم نظام فعال مدمج للوقود الفوقية المضغوطة اختيار وإدماج عدد من عناصر المعدات والبرامجيات بعناية، كما أن هذه العناصر هي لبنات البناء الأساسية، مع التركيز على كيفية معالجة كل منها للقيود الفريدة التي يفرضها نشر الحفظ.

أجهزة الاستشعار

والمستشعرات هي جامعات البيانات في خط المواجهة، وتشمل الأنواع المشتركة نماذج النظام العالمي لتحديد المواقع لتتبع المواقع، ومواصفات التصفيق لتصنيف الأنشطة، ومجسات المغناطيس للرأس، ودرجة الحرارة والرطوبة للسياق البيئي، وأجهزة الاستشعار الصوتية لكشف المكالمات أو الطلقات النارية، وقد تتضمن الموائل المتقدمة أجهزة رصد لمعدلات القلب، ومجسات الاستجابة للحلوجية (لتقدير الإجهاد)، بل وحتى الكاميرات التي تُشغلها

وسائل الاتصال

إن نقل البيانات الموثوق به يشكل تحديا رئيسيا في مناطق الحفظ عن بعد، فالشبكات الخلوية )٣G/4G/LTE( توفر تغطية واسعة النطاق ولكنها محدودة في البرية، حيث توفر لورواوان وسيغفوكس وسيلة اتصال بعيدة المدى وذات قدرة منخفضة لشبكات الاستشعار، ولكنها قد تحتاج الى بوابات مخصصة لذلك، فالتواصل بواسطة السواتل )مثلا، ايريديوم، وعالمية النجم( يغطي كامل النطاق الترددي.

مصادر الطاقة

وكثيرا ما تكون إدارة الطاقة هي أهم عامل تصميمي، إذ أن بطاريات الليثيوم - الأسيون شائعة، ولكن يجب أن تُستخدم لتستمر فترة النشر المقررة دون تجاوز حدود الوزن، ويمكن أن تشحن الأفرقة الشمسية البطاريات أثناء النهار، ولكن يجب أن تكون في وضع يسمح لها بتفادي التشويش والتدخل الحيواني، وتشتمل الأجهزة المتقدمة على جني الطاقة من اليقظة (مثلا من حركة الحيوانات) أو من مواضع الأهداف الحرارية.

وحدات تجهيز البيانات

ويمكن أن يؤدي حساب الحوسبة - تجهيز البيانات عن الجهاز قبل نقله - إلى خفض استهلاك الطاقة وضمادات النطاق الترددي. ويمكن للمراقبين البالغ الصغر مثل سلسلة ARM Cortex-M أو Espressif ESP32 أن يُجريوا خوارزميات بسيطة للتنقية، واكتشاف الأحداث (مثلاً، الإنذار المفاجئ الذي يشير إلى وجود صدفة للشعريرة)، أو أن يضغطوا على مسارات النظام العالمي لتحديد المواقع في ملخصات يومية.

اعتبارات تصميم الأجهزة المتفجرة المدمجة

إن إنشاء أجهزة تنجو من الواقع القاسي لموائل الأحياء البرية يتطلب هندسة صارمة، وتسترشد المبادئ التالية بتصميمات ناجحة.

دال - القابلية للاستمرار والقابلية للزراعة

ويجب أن تُخَطَّم الأجهزة من الغبار والرطوبة والصدمة البدنية، كما أن تقديرات الحماية النافذة التي لا تقل عن IP67 هي تقديرات شائعة، حيث تحقق العديد من التصميمات الـ IP69K في عمليات الغسيل ذات الضغط العالي، كما أن المواد السكنية ينبغي أن تقاوم تحلل الأشعة فوق البنفسجية، والرذاذ الملحي، ودرجات الحرارة القصوى (من 20 درجة مئوية في الجبال إلى 50 درجة مئوية في الصحراء).

كفاءة الطاقة

ويجب اختيار كل عنصر للحد الأدنى من سحب الطاقة، ويمكن أن تعمل أجهزة التحكم الدقيقة في أُسسجة عميقة، حيث تسحب الميكروبات بينما تنتظر أجهزة الاستشعار، وينبغي أن تكون أجهزة استقبال النظام العالمي لتحديد المواقع مجهزة برسوم، مثلاً، معالجة كل ساعة بدلاً من أن تكون مستمرة، وينبغي أن تكون عمليات التحويل مجهزة ومضغطة ويمكن أن تكمل البطاريات: خلايا الطاقة الشمسية الصغيرة ([FLT:]OpenWild.

الأثر البيئي والمنازلي

ولا يجب أن يلحق هذا العمل بالجهاز ضررا بالحيوان أو يغير سلوكه الطبيعي، كما أن الحدود القصوى للارتفاع هي أنواع محددة - ولا تتجاوز قاعدة الإبهام 3.5 في المائة من وزن الجسم بالنسبة للطيور الطائرية، ولا تتجاوز 10 في المائة بالنسبة للثدييات الكبيرة، وينبغي أن تكون الأجهزة المختارة مصممة على نحو متبادل لتجنب التهاب، وطرق الضبط (الطاقات، والأعراق، أو العلامات الإجهادية)

أمن البيانات والنظر في المسائل الأخلاقية

ويمكن أن يستغل الشواذ البيانات المستمدة من الأنواع المهددة بالانقراض إذا تم اعتراضها، ومن الضروري أن يُستشف من البيانات المرسلة، وأن يُضمن التحقق من صحة الأجهزة والخدم، بالإضافة إلى ذلك، يجب أن تحترم سياسات تخزين البيانات الخصوصية والملكية - التي غالبا ما تكون شريكة مع الحكومات المحلية أو الاحتياطيات المحلية، وتقر مجالس الاستعراض الأخلاقية جميع عمليات نشر تكنولوجيا الحفظ لضمان توفير الرعاية الحيوانية على جمع البيانات.

تحديات التنفيذ والحلول

وعلى الرغم من التقدم التكنولوجي، فإن نشر نظم إيوت في البيئات البرية يشكل عقبات مستمرة، فهم هذه التحديات هو مفتاح تصميم حلول قوية.

محدودية التواصل في المناطق النائية

فالروايات المتدفقة من الموائل الحيوية للحياة البرية تفتقر إلى أي تغطية خلوية، فالربط بالسواتل موثوق به وإن كان باهظ التكلفة - سواء في تكاليف المعدات أو رسوم نقل البيانات، ويمكن لرواوا أن تسد الثغرات ولكنها تتطلب تركيب البوابات التي قد تدمرها الحيوانات، ويضمن حلا عمليا استخدام أجهزة تخزين البيانات لفترات طويلة وتفرغها عندما تمر بوابة متحركة (مثلا، نهج متحرك أو مركبة) بالقرب من هذه المنطقة.

إدارة الطاقة في ظروف هرش

فحياة البطاريات تتحلل في درجة الحرارة أو الحرارة القصوى، ويمكن أن تغطي الألواح الشمسية بالطين أو الثلج، ويجب أن تكون ميزانيات الطاقة مسؤولة عن أسوأ سيناريوهات - مثلاً أسبوع شتاء غيوم عندما تكون التغذية الشمسية ضئيلة، ويمكن أن تساعد الخوارزميات التكيفية: يمكن أن تقلل من تردد أجهزة تحديد المواقع إذا انخفضت البطاريات، وأن تزيدها عندما تكون المدخلات الشمسية ذروة مزدهرة.

صيانة الأجهزة واسترجاعها

إن نشر آلاف الأجهزة غير مجد إذا لم يكن بالإمكان الحفاظ عليها أو استرجاعها، فالبطاريات تموت، والمجسات تفشل، وشق المساكن، وتتطلب الصيانة تحديد موقع الجهاز - الذي قد يكون قد سقط أو حمله مفترس، ويمكن أن تساعد عناصر التعبئة المتحركة في مجال التعافي القصير المدى، ولكن بالنسبة للحيوانات الواسعة النطاق، تكون آليات التسرب ذات القاعدة الساتلية أكثر عملية.

عمليات تحميل البيانات وتحليلها

ويمكن أن يولد أي طوق حيواني واحد آلافا من نقاط النظام العالمي لتحديد المواقع وقراءات قياس التسارع يوميا، حيث تُغنى مراوغات البيانات عن طريق السحب عن الباحثين وتحتاج إلى تجهيزات واسعة النطاق لاستخراج معلومات ذات طابع عملي، ويمكن أن يقلل الحوسبة من حجم البيانات عن طريق إرسال موجزات أو شذوذات، ومن ثم يمكن أن تصنف نماذج الاشارات القائمة على الكلاب السلوك - مثل الكشف عن التغذية أو الاستراحة أو الهروب من نماذج نادرة.

دراسات الحالات الناجحة: معهد التعليم في العمل

وتظهر عمليات نشر العالم الحقيقي قوة التأثير المتأصل في الأرض.

تعقب الفيل لمكافحة الصيد

خاتمة

إن الحلول المتطورة للوقود غير المتطورة تمثل أداة قوية وقابلة للتوسع لحفظ الحياة البرية ورصدها، إذ أن الجمع بين المعدات المجهزة بكفاءة الطاقة مع تجهيز البيانات الذكية وخيارات الاتصال المتنوعة، يمكن للحفظ الآن أن يتتبع الحيوانات بتفصيل غير مسبوق وتوقيت غير مسبوق، كما أن تحديات النشر عن بعد وإدارة الطاقة وتحليل البيانات تتغلب بشكل مطرد على الابتكار في مجال الحوسبة والاتصالات الساتلية والمواد المستدامة.