مقدمة إلى قياسات الصور في تقييم مخاطر الفيضانات

ويظل التضخيم أحد أكثر الأخطار الطبيعية تدميرا في العالم، مما يتسبب في أضرار سنوية ببلايين الدولارات، ويتسبب في تشريد الملايين من الناس، ويعد تقييم مخاطر الفيضانات بصورة دقيقة أمرا أساسيا لتصميم استراتيجيات فعالة للتخفيف من حدة الكوارث، وتخطيط الهياكل الأساسية الملائمة، وحماية المجتمعات المحلية، وقد تكون الأساليب التقليدية للمسح الطوبي، مثل المحطات الأرضية الكلية أو الدراسات الاستقصائية لنظم المعلومات الجغرافية، نماذج مستهلكة للوقت وكثيفة الاستخدام للصور ذات فعالية كبيرة.

ما هو الأشعة الفوتوغرافية؟

فالمسح التصويري هو علم القياس من الصور، والمبدأ الأساسي هو استخلاص صور متداخلة متعددة لمشهد من زوايا مختلفة، ثم تحليل هذه الصور، وتحديد نقاط مشتركة عبر الأطر المتداخلة، وحسابات البرمجيات التي تُعدّها ثلاثية الأبعاد إحداثياتها في الفضاء، مما يُحدث سحابة من نقطة التكديس، ولتحديد نقاط التداخل، وحسابات موحّدة للصور الجغرافية.

ويمكن إجراء قياسات للصور باستخدام مختلف المنابر، حيث تستخدم القياسات الضوئية الأرضية عادة الطائرات بدون طيار أو الطائرات المأهولة المجهزة بكاميرات عالية الاستبانة، وتغطي عشرات الكيلومترات المربعة في رحلة واحدة، وتستخدم قياسات التصوير الأرضية كاميرا أرضية لالتقاط نماذج مفصلة للمناطق الأصغر حجما، مثل الجسور، أو وسائل الاختيار الأرضية، أو أسس البناء الأوسع.

كيف قاذفات الصور من ليدار

ويقارن التصوير بالأشعة الضوئية في كثير من الأحيان بـ " ليدار " (الكشف عن الوزن والرنين)، وهي تكنولوجيا أخرى للاستشعار عن بعد تستخدم في رسم خرائط ثلاثية الأبعاد، وتستخدم " ليدار " نبضات الليزر لقياس المسافات في الأرض، وتولد الغيوم عن طريق الاستشعار النشط، وفي حين أن " ليدار " يمكن أن يخترق الغطاء النباتي إلى حد ما، فإنها تميل إلى حد ما تكون أكثر تكلفة وتتطلب معدات متخصصة.

فوائد استخدام قياس الصور لتقييم مخاطر الفيضانات

وما زال اعتماد قياسات الصور الفوتوغرافية في تقييم مخاطر الفيضانات يتسارع، مدفوعا بمزاياها العديدة على تقنيات المسح التقليدية، وتورد الفروع التالية تفاصيل الفوائد الرئيسية التي تجعل القياس الضوئي أداة لا غنى عنها لمديري الفيضانات والمهندسين المدنيين وأفرقة الاستجابة لحالات الطوارئ.

ارتفاع نسبة الاستحقاق والتجزئة

وبالإضافة إلى ذلك، فإن عمليات القياس الضوئي تقدم بيانات مفصلة بشكل استثنائي عن الطوبوغرافية، وغالبا ما تحقق التراكمات في النطاق المركزي عندما تطبق الرقابة الأرضية السليمة، وهذا المستوى من الدقة هو أمر حاسم بالنسبة لنموذج مخاطر الفيضانات، حيث يمكن أن تؤدي الاختلافات الصغيرة في الارتفاع إلى إحداث تغيير كبير في حجم الفيضانات وسرعة التدفق.

التكلفة - الأثر

وبالمقارنة مع المسح الأرضي التقليدي، يمكن أن تقلل القياسات الضوئية بشدة الوقت والتكلفة اللازمين لجمع البيانات، ويمكن أن تغطي دراسة استقصائية للمسح التصويري بواسطة الطائرات بدون طيار عدة كيلومترات مربعة في رحلة واحدة، في حين أن طاقم الأرض قد يحتاج إلى أيام أو أسابيع لمسح نفس المنطقة مع ارتفاع إجمالي في المحطة أو في حجم النظام العالمي لتحديد المواقع، كما أن تكاليف المعدات الخاصة بالكاميرات ذات الاستبانة والمركبات الجوية المتعددة يمكن أن تصل إلى مستوى منخفض نسبيا مقارنة بنظم الاستطلاعية للفيضانات

سرعة جمع البيانات

وفي تقييم مخاطر الفيضانات، كثيرا ما يكون توقيتها بالغ الأهمية، ففي أثناء حدوث الفيضانات، يمكن أن تسترشد البيانات في الوقت الحقيقي أو في الوقت القريب من الوقت بتقدير الاستجابة لحالات الطوارئ والأضرار، حيث أن قياس الصور باستخدام الطائرات بدون طيار يتيح سرعة الانتشار على المناطق المتضررة، ويلتقط صورا عالية الاستبانة يمكن معالجتها في نماذج حديثة للتضاريس خلال ساعات، وهذه السرعة مفيدة أيضا خلال مرحلة التخطيط، حيث يجب تقييم أنماط الترميم المتعددة المحتملة أو نماذج التعبئة في المناطق التي تكيف بسرعة.

3 دال - التصور والاتصال بمقدمي الرعاية

ومن أكثر المزايا إلحاحاً للتصوير التصويري قدرتها على إنتاج نماذج غير ملائمة بصرياً، وعلى عكس خرائط المخروط التقليدية أو خطط الـ 2 دال، فإن الأدوات الضوئية 3D تتيح لأصحاب المصلحة، بمن فيهم مقررو السياسات، وأعضاء المجتمعات المحلية، والمستثمرون، إمكانية فهم سيناريوهات الفيضانات بسهولة، ويمكن للمشاهدين التفاعليين على الشبكة أو التطبيقات المكتبية أن يظهروا مدى التجاوز في التضاريس الضوئية 3D.

تحليل البيانات التاريخية والتغيير

كما أن تحليلات التخزين يمكن أن تُقدّم بياناتها عن تغير المناخ، أو عن طريق فرز نماذج قياسية للأشعة الضوئية من سنوات مختلفة، أو عن طريق تحليلات للتغيرات الطوبوغرافية التي تُحدث نتيجة للعمليات الطبيعية (مثلاً، تآكل ضفاف النهر، ورسم الرواسب) أو الأنشطة البشرية المنشأ (مثل التنمية الحضرية، والتدرج، وبناء الجاذبية) وفي تقييم مخاطر الفيضانات، هذه القدرة لا تقدر على رصد مدى تطور خصائص التيار التدريجي

التطبيقات في إدارة الفيضانات

ويدعم قياس الصور طائفة واسعة من أنشطة إدارة الفيضانات، من التخطيط والتصميم إلى الاستجابة لحالات الطوارئ والتعافي منها، وتبرز التطبيقات التالية كيفية استخدام التكنولوجيا في الممارسة العملية.

سائل الطرود

وتشكل خرائط الفيضانات الدقيقة أساس إدارة مخاطر الفيضانات، وتوفر نظم الإدارة المزودة بالأشعة الضوئية بيانات الارتفاع العالية الاستبانة اللازمة لتحديد مناطق الخطر فيضانات، وتحديد مسارات الفيضانات، وحساب ارتفاعات الفيضانات الأساسية، كما أن الوكالات التنظيمية مثل وكالة إدارة الطوارئ الاتحادية في الولايات المتحدة قد أخذت على نحو متزايد بقبول قياسات الصور الفوتوغرافية التي يمكن الاعتماد عليها، باعتبارها مصدرا صحيحا للتأمين على الفيضانات.

تصميم الدفاعات الأرضية

وعند تصميم الجرافات، والفيضانات، وأحواض الاحتجاز، أو نظم مياه الأمطار، يحتاج المهندسون إلى بيانات طبوغرافية دقيقة لحصر أحجام التخزين، وقدرات التدفق، والحمولات الهيكلية.() وتُحدِّد الصور الفوتوغرافية النماذج السطحية الشاملة اللازمة لبرامج نموذجية هيدروليكية وهائية مثل اختبارات التخزين، أو تقييم المخاطر في المستقبل، أو تقييم نماذج البرمجيات المحدثة في مجال تصميمات.

تقييم الأضرار والاستجابة في حالات الطوارئ

وفي أعقاب الفيضانات، يتسم التقييم السريع للأضرار بأهمية حاسمة في تخصيص موارد الإنقاذ، وتحديد أولويات الإصلاحات، ومطالبات التأمين على المعالجة، كما يمكن أن يكشف قياس الصور الفوتوغرافية التي تجرى مباشرة بعد تراجع مياه الفيضانات مدى العزل، وترسيب الحطام، والفشل الهيكلي، والتحات، وذلك بمقارنة نماذج الإنقاذ التي تلي المقياس مع بيانات سابقة للأحداث، ويمكن للمحللين أن يقدموا تقديرات كمية للتغيرات في ظروف البناء، وسجلات الموضوعية للأداء.

التخطيط الحضري ومكافحة التنمية

وكثيرا ما يزيد التحضر السريع من مخاطر الفيضانات عن طريق الاستعاضة عن الأسطح القابلة للدموع بأسطح وأسطح وأغطية غير قابلة للاشتعال، مما يقلل من سرعة التكرار الطبيعي للمنافذ، ويمكِّن المخططين من تقييم أثر التطورات المقترحة على الهيدرولوجيا المحلية، ومن خلال إدماج نماذج قياسية مصممة على شكل أشعة فوتوغرافية مع نماذج لإدارة مياه العواصف، يمكن للمخططين أن يكفلواد الفرعية الجديدة أن تشمل الاحتجاز الملائم، أو التخز الضوئي، أو البنية التحتية المفصّلة، أو التي تُّل، أو البنية التحتية المُسرّة، أو التي تُول، أو التي تُع، أو التي تُول، أو التي تُخلِّفُّ،

دراسات الحالة والأمثلة الحقيقية على الصعيد العالمي

كما أن العديد من المشاريع في جميع أنحاء العالم تظهر فعالية قياسات الأشعة الضوئية لتقييم مخاطر الفيضانات، وفي هولندا، حيث تعد الدفاع عن الفيضانات أولوية وطنية، تستخدم الطائرات بدون طيار مجهزة بكاميرات قياسية للأشعة الضوئية لمسح الديوكس والليفيات، وكشف التشوهات التي يمكن أن تشير إلى وجود إخفاقات محتملة، وتقارن نماذج الـ 3D الناتجة ببيانات تاريخية لرصد الصحة الهيكلية وترتيب التعزيزات القصوى في صورة الولايات المتحدة،

وفي المملكة المتحدة، استخدمت وكالة البيئة مقياسا جويا لإنتاج مجموعات بيانات الارتفاع على الصعيد الوطني التي تدعم رسم خرائط مخاطر الفيضانات لملايين الممتلكات، كما أن إدماج قياسات الصور الفوتوغرافية مع مصادر البيانات الأخرى، بما في ذلك سجلات قياس الجرعة المسماة " ليدار " وسجلات قياس الأنهار، يتيح تحديث خرائط الفيضانات باستمرار مع تغير المناظر الطبيعية، وهذه الأمثلة توضح كيف يمكن للمسح التصويري، عند نشره بصورة منهجية، أن يسفر عن بيانات عالية الجودة تُقلل من الخسائر الاقتصادية.

التحديات والنظر في المسألة

وعلى الرغم من فوائده الكثيرة، فإن قياس الصور الضوئية لا يكون بدون قيود، فالتكنولوجيات تعتمد على الضوء المرئي، ولا يمكن إجراء دراسات استقصائية عن معنى السحاب الثقيل، أو الضباب، أو الليل، ويمكن أيضاً أن تشكل النباتات تحديات: فكانت تحجب البرمجيات الماهرة السطح الأرضي، مما يؤدي إلى ثغرات أو عدم دقة في نموذج الارتفاع، وفي هذه البيئات، قد تكون هناك حاجة إلى نماذج لمراقبة البرمجيات المكمية، إضافة إلى قياسية.

وثمة اعتبار آخر هو تخزين البيانات وإدارتها، إذ أن القياس الضوئي العالي الاستبانة يولد كميات كبيرة من الصور والبيانات السحابية التي يجب تخزينها ودعمها وتجهيزها بكفاءة، وينبغي للمنظمات التي تعتمد قياساً للصور أن تستثمر في موارد حاسوبية كافية وأن تضع تدفقات عمل واضحة لمناولة البيانات، وأخيراً، يمكن أن تُفرض قيود تنظيمية على عمليات الطائرات بدون طيار مثل القيود على المجال الجوي، وشواغل الخصوصية، ومتطلبات التخطيط التجريبي للاعتماد القانوني.

مستقبل قياس الصور في تقييم مخاطر الفيضانات

أما أوجه التقدم في تكنولوجيا الاستشعار، والاستخبارات الاصطناعية، والوعود الحاسوبية السحابية، فتؤدي إلى توسيع دور قياس الأشعة في تقييم مخاطر الفيضانات، وستتيح الكاميرات ذات القرارات العليا، وتحسين الحساسية من التضاريس الشعاعية، بل وتضع قياسات مصورة متعددة الأطياف، وتلتقط نماذج قياسات قياسية للفيضانات ذات نوعية نظارات قياسية، وتنتج نماذج للكشف عن الفيضانات الاصطناعية.

خاتمة

وقد أُثبتت هذه البرمجيات باعتبارها أداة قيمة وشفوية لتقييم مخاطر الفيضانات، مما يتيح الدقة العالية، والوفورات في التكاليف، وجمع البيانات بسرعة، وإجبار 3D على تصورها، ومن تخطيط الفيضانات وتصميمها إلى تقييم الأضرار والتخطيط الحضري، فإن تطبيقاتها متنوعة ومؤثرة، وفي حين أن هناك تحديات تتعلق بالطقس، والغطاء النباتي، ومراقبة الأرض، يمكن معالجتها من خلال التخطيط الدقيق للمسح، وتقنيات المكملة للتصوير.

For further reading, consult the USGS Photogrammetry Resources], the ]Environmental Management Agency’s Flood Mapping Guidelines, and International Society for Photogrammetry and Remote Sensing