وفي السنوات الأخيرة، أدى دمج نظم السواتل مع المركبات الجوية غير المأهولة إلى تحويل جمع البيانات عبر صناعات مثل الزراعة والرصد البيئي وإدارة الكوارث، وهذا التآزر يتيح جمع البيانات على نحو شامل ومباشر على المناطق الكبيرة التي يتعذر الوصول إليها سابقا، وتوفر السواتل تغطية زمنية واسعة ومتسقة من المدار، بينما تقدم المركبات الفضائية قدرا كبيرا من الاستبانة، وتضع البيانات المرنة على ارتفاعات منخفضة.

فوائد التكامل الساتلي والجامعي

وتُولِّد مجموعة بيانات الصور الساتلية والبيانات فوق الصوتية طائفة من المزايا التي لا يمكن لأي من المنبر أن يحققها بمفردها، وهذه الفوائد تنبع من مواطن قوتها التكميلية: فسواتل تُفرّق في التغطية وتكرارها، بينما توفر المركبات الفضائية المتعددة الكلور قدرة على التحوُّل بمستشعرات متخصصة، ونبحث بالمزايا الرئيسية بالتفصيل.

التغطية المعززة

ويمكن أن ترصد السواتل في المدار الأرضي المنخفض أو المدار الثابت بالنسبة للأرض مناطق شاسعة - آلاف الكيلومترات المربعة - في مرّة واحدة، مما يجعلها مثالية لرسم خرائط لظواهر واسعة النطاق مثل إزالة الغابات أو النمو الحضري أو تيارات المحيطات، غير أن الصور الساتلية غالبا ما تفتقر إلى التفاصيل المكانية اللازمة للتحليل المحلي.

بيانات الزمن الحقيقي

ومن أهم مزايا النظم المتكاملة القدرة على الحصول على المعلومات في وقت قريب من الواقع، وفي حين أن السواتل قد حددت فترات إعادة النظر (في كثير من الأحيان ساعات أو أيام)، يمكن نشر المركبات الفضائية فوق المدارية بسرعة ونقل البيانات إلى شبكات الاتصالات الساتلية من أجل النقل الفوري إلى المحطات الأرضية، وفي سيناريوهات الكوارث مثل إطلاق النار أو الفيضانات أو الزلازل، فإن هذه القدرة على التفرغ الحقيقي لا تقدر بثمن.

الكفاءة في التكاليف

فالنظم المتكاملة للسواتل والأشعة فوق البنفسجية تحد بدرجة كبيرة من الحاجة إلى العمل الميداني الباهظ التكلفة والكثافة، وكثيرا ما تشمل أساليب جمع البيانات التقليدية إجراء دراسات استقصائية أرضية، أو رحلات جوية مأهولة، أو نشر أجهزة الاستشعار يدويا، وكلها تحمل تكاليف مرتفعة في المعدات والوقود والأفراد، وباستعمال السواتل لأغراض الرصد في المناطق الواسعة النطاق، وأجهزة التصوير بالأشعة فوق البنفسجية لأغراض التفتيش المحددة الأهداف، يمكن للمنظمات أن تُبلغ النسبة المئوية لتوزيع الموارد.

تحسين الاستحقاق

وتزيد البيانات المستمدة من مصادر متعددة دقة التحليلات وموثوقيتها، وتوفر الصور الساتلية بيانات خط الأساس الثابتة والسياق الزمني، في حين توفر بيانات الساتل UAV قدرا كبيرا من الحل المكاني والقدرة على جمع تفاصيل مثل التاج الفردي للشجر، أو هياكل البناء، أو تغيرات رطوبة التربة.

How Integration Works

ويتضمن إدماج نظم السواتل وشبكة المركبات الفضائية فوق البنفسجية لجمع البيانات تدفقاً متعدد الخطوات للعمل من الاقتناء إلى البصيرة العملية، وتطرح كل خطوة اعتبارات تقنية تحدد نوعية المنتج النهائي وإمكانية استخدامه.

اقتناء البيانات

وتلتقط السواتل صورا واسعة النطاق تستخدم أجهزة الاستشعار المتسربة (مثلا، التصورات، المتعددة الأطياف، الفائقة الأطياف) أو أجهزة الاستشعار العاملة (مثلا، رادار ذي فتحة اصطناعية، SAR) وتمنح فترات إعادة النظر بانتظام، ولكن حلها المكاني يتراوح عادة بين 30 مترا (لاندسات) و 0.5 مترا (الكاميرات ذات التردد العالي، من جهة أخرى).

نقل البيانات

(أ) عندما تجمع المركبات الفضائية فوق المدارية البيانات، يجب أن تنقلها إلى مراكز التجهيز: في المناطق النائية أو المتأثرة بالكوارث، قد تكون الهياكل الأساسية للاتصالات الأرضية (مثل الشبكات الخلوية) غير متاحة، وهنا تصبح وصلات الاتصالات الساتلية أساسية، ويمكن تجهيزها باستخدام نماذج ساتلية تُنقل بيانات في الوقت الحقيقي أو في وقت قريب من المدار بواسطة السواتل (Ulayboard-TD) التي تُعدّل بعد ذلك إلى محطات التدفق الأرضية.

تجهيز البيانات

وبعد الاقتناء والإرسال، يجري تجهيز مجموعات البيانات الساتلية والبيانات فوق الصوتية المشتركة، ويشمل ذلك إجراء تصويبات قياسية إذاعية ومسح جغرافي، والتسجيل المشترك (الصور الملتقطة من مختلف أجهزة الاستشعار)، ودمج البيانات، وسلسلة البيانات المتطورة - بما في ذلك نماذج التعلم العميق - تستخدم لاستخراج السمات، وتصنيف الغطاء الأرضي، وكشف الأوراملي، أو توليد نماذج لكشف حجم الساتل

التطبيق

أما الخطوة الأخيرة فهي تطبيق المعلومات المجهزة على مشاكل العالم الحقيقي، ففي الزراعة، تساعد البيانات مجتمعة على تحقيق الحد الأمثل من الري والتخصيب والتحصيل، وفي مجال الرصد البيئي، تتبع إزالة الغابات، أو معتكف الجليد، أو أحداث التلوث، وفي الاستجابة للكوارث، تدعم البيانات المتكاملة تقييم الأضرار، والبحث والإنقاذ، وتخصيص الموارد، وكثيرا ما تنطوي مرحلة التطبيق على التكامل مع نظم المعلومات الجغرافية، والآلات المرئية التي تسمح للمستعمل النهائي بالتفاعل.

التطبيقات الرئيسية للنظم المتكاملة لسواتل الاتصالات

وقد ثبت أن دمج البيانات الساتلية والبيانات الساتلية عن طريق الساتل " UAV " له قيمة خاصة في ثلاثة مجالات رئيسية هي: الزراعة الدقيقة، والرصد البيئي، وإدارة الكوارث، وكل من هذه المجالات يستفيد بشكل فريد من المنظور المتعدد النطاقات، المتعدد المراحل، الذي يتيحه هذا التكامل.

الزراعة الدقيقة

وتحتاج الزراعة الحديثة إلى معلومات دقيقة لتحقيق أقصى قدر من الغلة، مع التقليل إلى أدنى حد من المدخلات مثل المياه والأسمدة ومبيدات الآفات.() وتُقدِّم السواتل مؤشرات أسبوعية أو نصف أسبوعية عن الغطاء النباتي (مثلاً، NDVI، EVI) تكشف عن وجود زهرة محصولية في جميع المزارع، غير أن هذه المؤشرات قد تفوتها تغيرات فرعية بسبب وجود غطاء سحابي أو خلايا أشعة مسببية.

الرصد البيئي

ويعتمد علماء البيئة على الرصد الطويل الأجل للنظم الإيكولوجية لكشف التغيرات في الغطاء الأرضي والتنوع البيولوجي والموارد الطبيعية، وتوفر السواتل الاتساق الزمني اللازم لتحليل الاتجاهات على مدى عقود، وعلى سبيل المثال، فإن برنامج الرصد الذي تقوم به وكالة الفضاء الأوروبية (FLT:0) ((BUSS) ((BUSBS) ((Secres)) ((FLT:1]) يوفر بيانات مستقلة عن خلايا الاستشعار ذات التغطية العالمية كل خمسة أيام.

إدارة الكوارث

وعندما تكون الكوارث طبيعية )الزلازل والفيضانات( أو ذات طابع بشري )الحوادث الصناعية والانسكابات النفطية( - تكون التوعية بحالة الكوارث ذات أهمية حاسمة، ويمكن للصور الساتلية أن توفر لمحة أولية عن المناطق المتأثرة، ومدى الضرر الناجم عن رسم الخرائط، وحالة الهياكل الأساسية، وتشريد السكان، غير أن السواتل قد تستغرق ساعات أو أياما للحصول على صورة قابلة للاستخدام، كما أن السحب التي كثيرا ما تكون مجهزة بصرية.

التحديات والاتجاهات المستقبلية

وعلى الرغم من وعده، فإن التكامل بين السواتل والسواتل والشبكة يواجه عقبات تقنية وتشغيلية وتنظيمية كبيرة، ومن الضروري التغلب على هذه التحديات لفتح كامل إمكانات النظم المشتركة.

التحديات التقنية

توزيع البيانات

(ج) إن إدماج البيانات من المنصات ذات القرارات المكانية والطيفية والزمنية المختلفة معقد، ويجب تسجيل الصور الساتلية والأشعة فوق البنفسجية تسجيلاً دقيقاً، مما يتطلب تخصيصاً جغرافياً دقيقاً من كلا المنبرين، وكثيراً ما تعتمد المركبات الفضائية على نظم تحديد المواقع/النظام المتكامل للرصد والتحقق التي يمكن أن تنجرف، لا سيما في البيئات المكثفة (مثلاً، الغابات أو الكانتونات الحضرية).

البلاغ باندويث

وقد تؤدي هذه البيانات ذات الاستبانة العالية، ولا سيما في شكل فيديو أو في نقطة السحب إلى إحداث أحجام كبيرة تضيق وصلات الاتصالات الساتلية، كما أن أجهزة الإرسال الساتلية ذات المدار المنخفض تُعرض على نطاق واسع بضعة مئات من العصي في الثانية إلى بضعة ميغابيتات في الثانية، وهو ما لا يكفي لنقل 4Kفيديو أو غيوم ذات ترددات عالية في المستقبل.

التحديات التنظيمية والتشغيلية

وتخضع عمليات الطائرات فوق البنفسجية لأنظمة وطنية للطيران تنظم ارتفاعات الرحلات الجوية، والمناطق الخالية من الطيران، وما بعد التحليقات البصرية (BVLOS)، وتحتاج بلدان كثيرة إلى تصاريح خاصة لعمليات BVLOS، التي كثيرا ما تكون ضرورية للتكامل مع البيانات الساتلية على مناطق كبيرة، وبالإضافة إلى ذلك، فإن تنسيق المجال الجوي بين الطائرات المأهولة، والمركبات فوق المدارية، والسواتل يشكل مخاطر على السلامة.

التطورات المقبلة

العمليات المستقلة

وسيعتمد نظام الرصد الجوي المتكامل في المستقبل بصورة متزايدة على الاستقلال الذاتي، وسيتمكن من تلقي أوامر المهام القائمة على السواتل بصورة مستقلة، والإطلاق، والطيران إلى أهداف محددة مسبقا، وجمع البيانات، والعودة إلى كل شيء دون تدخل بشري، ويمكن للمخابرات الصناعية على متن الطائرة أن تجهز المعلومات المستمدة من السواتل في الوقت الحقيقي لتعديل مسارات الطيران، فمثلاً، يقوم الساتل بجمع بيانات عن طريق الساتل " UAV " ، ثم يقوم بإرسالها تلقائياً إلى منطقة أمامية.

ألف - تدفق البيانات المتقدم

وتقود التعلم في مجال الآلات والتعلم العميق تقنيات جديدة لبث البيانات الساتلية وبيانات الغلاف الجوي فوق العالي، ويمكن استخدام شبكات النزعات الحسنة في الصور الساتلية التي تحل بشكل مفرط عن طريق التعلم من البيانات العالية الاستبانة، وتجمع هياكل التكاثر المتعددة الوسائط بين بيانات الوصل والبصري والثري والليدارج لإنتاج نماذج متكررة للتفشي أكثر ثراءً وخبرة.

البروتوكولات الموحدة

ولتمكين التكامل دون هوادة، يلزم وضع بروتوكولات موحدة لتبادل البيانات والبيانات الفوقية وضمان الجودة، كما تعمل منظمات مثل الاتحاد الجغرافي المكاني المفتوح على وضع معايير للتمكين من استخدام أجهزة الاستشعار على شبكة الإنترنت يمكن تطبيقها على أجهزة الاستشعار فوق الصوتي ومجسات السواتل، كما تعمل اللجنة الدولية المعنية بنظم الطائرات غير المأهولة على معايير الاتصال، وبمجرد اعتماد هذه البروتوكولات على نطاق واسع، ستخفض تكاليف التكامل بين أجهزة الاستشعار الساتلية والمجسات.

خاتمة

إن إدماج النظم الساتلية ذات التطبيقات الفضائية المتعددة الأطراف يمثل قفزة كبيرة إلى الأمام في قدرات جمع البيانات، إذ إن الجمع بين التغطية الواسعة والمتسقة للسواتل وبين عمليات الاستخلاص العالية والمرنة للبيانات المتعلقة بالمركبات غير المصفحة، يمكن أن نحقق مستوى من الوعي بالحالة السائدة في الماضي، وهذا التآزر يعزز التغطية ويوفر معلومات دقيقة، ويخفض التكاليف، ويحسن الدقة في مجموعة واسعة من التطبيقات من أطر البرمجيات المتزامنة للرصد البيئي إلى جانب استمرار الكوارث.