رصد الأرض في المكان والفضاء

نظام معالجة معلومات مراقبة الأرض (EOIPS) هو مجال علمي متعدد التخصصات، يهدف إلى جمع وتحليل وتقديم المعلومات حول أنظمة الأرض من وجهات نظر ومقاييس مختلفة. يستخدم النظام منصات فضائية وبرية وجوية وتحت الماء لقياس الخصائص الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية للأرض ومحيطها.

يجد نظام معالجة معلومات مراقبة الأرض تطبيقاته في مجالات متعددة تشمل مراقبة البيئة، إدارة الموارد الطبيعية، الاستجابة للكوارث، دراسات تغير المناخ، التخطيط الحضري، الأمن والدفاع، فضلاً عن التعليم والتوعية.

من خلال دمج أساليب وتقنيات المراقبة المتنوعة، يوفر نظام معالجة معلومات مراقبة الأرض (EOIPS) رؤى قيمة حول عمليات الأرض وديناميكياتها وتفاعلاتها، مما يسهم في تحسين فهم وإدارة كوكبنا بشكل أفضل.

 التاريخ 
يمكن إرجاع تاريخ نظام معالجة معلومات مراقبة الأرض (EOIPS) إلى المحاولات المبكرة لمراقبة الأرض من ارتفاعات عالية باستخدام البالونات والصواريخ والطائرات. في القرن التاسع عشر، استخدم العلماء البالونات والطائرات الورقية لحمل الأجهزة إلى الغلاف الجوي بهدف جمع بيانات حول درجة الحرارة والضغط والرطوبة.

في أوائل القرن العشرين، بدأ استخدام الصواريخ للوصول إلى ارتفاعات أعلى، ما أتاح التقاط أول صور جوية للأرض. أما أول صورة فضائية للأرض، فتم التقاطها في عام 1947 بواسطة كاميرا مثبتة على صاروخ V-2 أُطلق من ولاية نيو مكسيكو. شكّلت هذه الصورة بداية تطور EOIPS الفضائية ومهدت الطريق لمزيد من التقدم في هذا المجال.

في عام 1957، أطلق الاتحاد السوفييتي سبوتنك 1، أول قمر صناعي في التاريخ، مما أنهى بداية عصر الفضاء وأثار اهتمامًا عالميًا باستكشافه ومراقبته. تبع إطلاق سبوتنك 1 سلسلة من الأقمار الصناعية التي أطلقها كل من الاتحاد السوفييتي والولايات المتحدة، والتي وفرت بيانات قيمة عن الغلاف الجوي للأرض، والمجال المغناطيسي، والمجال الجاذبي.

في عام 1960، أطلقت الولايات المتحدة القمر الصناعي TIROS-1، أول قمر صناعي مخصص لمراقبة الطقس. أثبت TIROS-1 جدوى وفائدة مراقبة الغلاف الجوي للأرض من الفضاء، كما قدم أول صور شاملة للطقس العالمي، ما أحدث ثورة في مجال التنبؤ بالطقس ومهد الطريق لتطوير أقمار صناعية حديثة متخصصة في الرصد الجوي.

2021: إطلاق قمر "كوبرنيكوس سينتينل-6" لرصد مستويات البحر

في عام 2021، دخل القمر الصناعي "كوبرنيكوس سينتينل-6 مايكل فريل " الخدمة التشغيلية. تم إطلاق هذا القمر نتيجة تعاون بين وكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، ومنظمة الأرصاد الجوية الأوروبية (EUMETSAT)، ووكالة ناسا (NASA)، والإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA). يتميز القمر باستخدام مقياس ارتفاع راداري متطور لمواصلة القياسات الدقيقة طويلة الأمد لمستوى سطح البحر، مما يدعم رصد التغيرات المناخية وتحسين دقة التنبؤات الجوية.

2022: التقدم في مهمة القمر الصناعي "نيسار" (NISAR)

شهد عام 2022 إنجازًا رئيسيًا في مهمة "نيسار" (NISAR) المشتركة بين ناسا (NASA) ومنظمة أبحاث الفضاء الهندية (ISRO)، حيث اكتمل تجميع القمر وبدأت مراحل الاختبار النهائية استعدادًا لإطلاقه المقرر في عام 2024. صُمم القمر لرصد التغيرات في النظم البيئية والغطاء الجليدي والكوارث الطبيعية باستخدام تقنيات رادارية متطورة، مما سيمكنه توفير بيانات شاملة عن سطح الأرض.

2023: التشغيل التشغيلي للقمر "GOES-18" وتطوير كشف الحرائق بالذكاء الاصطناعي

في يناير 2023، دخل القمر GOES-18 التابع للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) الخدمة التشغيلية، مما عزز قدرات الرصد الجوي والمناخي. بالإضافة إلى ذلك، ساهمت بيانات القمر في تطوير أنظمة ذكاء اصطناعي متقدمة لكشف الحرائق بشكل أسرع وأدق، حيث استفادت الأبحاث والشركات من هذه البيانات لتحسين نماذج الكشف المبكر وتقليل الإنذارات الخاطئة.

2024: تعزيز البنية التحتية للبيانات والتكامل التجاري

تميز عام 2024 بتحسينات كبيرة في البنية التحتية لبيانات مراقبة الأرض، حيث عززت وكالات مثل ناسا (NASA) والإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) التعاون لاعتماد أنظمة سحابية مفتوحة المصدر، مما سهل الوصول إلى البيانات الضخمة. كما ازداد اعتماد الحكومات على بيانات الأقمار الصناعية التجارية من شركات مثل "بلانيت لابز" و"آيس أي" لدعم التطبيقات الأمنية والبيئية، بينما استمر التقدم في أبحاث الذكاء الاصطناعي لدمج البيانات متعددة المستشعرات.

 أطلقت اليابان القمر الصناعي ALOS-4 في يوليو 2024، مما دعم قدرات الاستجابة للكوارث وتحليل المناخ ورسم الخرائط واسعة النطاق بدقة عالية.
 طوَّرت وكالة الفضاء الأوروبية ست مهام جديدة لتوسيع منظومة "كوبرنيكوس سينتينل"، بما في ذلك مهام لرصد انبعاثات الكربون، صحة النباتات ودرجة حرارة اليابسة، لتوفير بيانات تطبيقية عالية الدقة في المجالات البيئية والزراعية.

 الذكاء الاصطناعي في الأقمار الصناعية والتحول الرقمي 

 دخل قمر PhiSat-2 مرحلته التشغيلية في أغسطس 2024، حيث يعتمد على معالج ذكاء اصطناعي لمعالجة البيانات على متن القمر نفسه قبل إرسالها إلى الأرض، مما يقلل زمن الاستجابة ويسرّع إيصال المنتجات النهائية، ويتتبع الحرائق، والتلوث البحري والأنشطة غير القانونية مثل الصيد.
 أصبح بمقدور الذكاء الاصطناعي تحويل الصور الخام إلى خرائط طرق داعمة للاستجابة للكوارث الطارئة، وتقنيات ضغط الصور العميق لتقليل حجم البيانات المنقولة.

2025: التوقعات المستقبلية للتوأم الرقمي والبيانات المفتوحة

من المتوقع في عام 2025 تعزيز جهود التوأم الرقمي للأرض من خلال مبادرات مثل Destination Earth التابع للاتحاد الأوروبي وبرنامج Digital Twin Earth الخاص بوكالة الفضاء الأوروبية (ESA)، مما سيمكن من إجراء محاكاة تفاعلية للتغيرات المناخية. كما يُتوقع أن تستمر سياسات البيانات المفتوحة في دعم الشمولية والابتكار، بينما لا تزال خطط إطلاق أقمار الاستشعار فوق الطيفي قيد التطوير. 

 المكونات الرئيسية لـ EOIPS 

اكتساب البيانات:
 أجهزة الاستشعار والأقمار الصناعية: يستخدم EOIPS مجموعة من أجهزة الاستشعار الموجودة على متن الطائرة (البصرية والرادار ومتعددة الأطياف) المثبتة على الأقمار الصناعية أو المنصات الجوية لجمع بيانات الاستشعار عن بعد.
 المحطات الأرضية: هذه المرافق ضرورية لاستقبال البيانات الخام المنقولة من الأقمار الصناعية، والمجهزة بأنظمة للتصفية الأولية والاستقرار.

معالجة البيانات:

 المعالجة المسبقة: تتضمن هذه الخطوة تصحيح ومعايرة البيانات الخام لإزالة الضوضاء والتأثيرات الجوية. يتم استخدام تقنيات مثل المعايرة الإشعاعية والتصحيح الهندسي.
 دمج البيانات وتحليلها: يمكن لـ EOIPS دمج وتحليل مجموعات البيانات من مصادر مختلفة لاستخراج رؤى ذات مغزى. على سبيل المثال، يمكن أن يعزز الجمع بين صور الأقمار الصناعية والبيانات الأرضية جهود التخطيط الحضري أو مراقبة الزراعة.

التخزين والإدارة:

 مستودعات البيانات: تعد حلول التخزين عالية السعة ضرورية لإدارة كميات هائلة من البيانات التي تم جمعها. أصبحت الحلول المستندة إلى السحابة تحظى بشعبية متزايدة بسبب قابليتها للتطوير وإمكانية الوصول إليها.
 إدارة البيانات الوصفية: تعد إدارة البيانات الوصفية الفعّالة أمرًا حيويًا لاسترجاع مجموعات البيانات وفهمها بشكل فعال، مما يضمن سهولة وصول المستخدمين إلى المعلومات المطلوبة.

نشر البيانات:

 واجهات المستخدم وأدوات التصور: غالبًا ما تتضمن EOIPS منصات تعتمد على الويب تسمح للمستخدمين بتصور البيانات والتفاعل معها. تُستخدم أدوات أنظمة المعلومات الجغرافية (GIS) بشكل شائع للتحليل المكاني.
 واجهات برمجة التطبيقات والتكامل: توفر EOIPS طرقًا للمطورين من جهات خارجية للوصول إلى البيانات، مما يسهل التكامل مع التطبيقات والأنظمة الأخرى.

 التطبيقات 
تحتوي EOIPS على مجموعة واسعة من التطبيقات التي تتطلب معلومات حول أنظمة الأرض لأغراض مختلفة. بعض الأمثلة على تطبيقات EOIPS هي:

المراقبة البيئية: المراقبة والتقييم المنهجي لحالة البيئة الطبيعية وتغيراتها (مثل الغطاء الأرضي والنباتات ونوعية المياه ونوعية الهواء أو التنوع البيولوجي). يمكن للمراقبة البيئية دعم جهود حماية البيئة والحفاظ عليها واستعادتها؛ والكشف عن التأثيرات البيئية وتقييمها؛ وتحديد المخاطر والأخطار البيئية؛ وإبلاغ السياسات واللوائح البيئية؛ وزيادة الوعي البيئي والتعليم.

إدارة الموارد الطبيعية: الاستخدام الفعّال والمستدام للموارد الطبيعية (مثل المياه أو التربة أو المعادن أو الطاقة). يمكن لإدارة الموارد الطبيعية دعم استكشاف الموارد واستخراجها واستخدامها؛ وتخطيط استخدام الأراضي؛ والحفاظ على الموارد الطبيعية وحمايتها؛ والتنمية المستدامة.

الاستجابة للكوارث: استخدام EOIPS لدعم جهود إدارة الكوارث والاستجابة لها، بما في ذلك تقييم مخاطر الكوارث، وأنظمة الإنذار المبكر، وتقييم الأضرار، وتنسيق الاستجابة للطوارئ. يمكن أن يوفر EOIPS معلومات قيمة للاستعداد للكوارث والتخفيف منها والاستجابة لها والتعافي منها.

دراسات تغير المناخ: استخدام EOIPS لدراسة نظام مناخ الأرض، بما في ذلك تقلب المناخ، وتأثيرات تغير المناخ، واستراتيجيات التخفيف من تغير المناخ والتكيف معه. يمكن أن يوفر EOIPS بيانات عن درجة الحرارة، وهطول الأمطار، ومستوى سطح البحر، والغطاء الأرضي، والمتغيرات الأخرى المتعلقة بالمناخ.

التخطيط الحضري: استخدام EOIPS لدعم التخطيط الحضري والإدارة، بما في ذلك تخطيط استخدام الأراضي، وتخطيط النقل، وتطوير البنية الأساسية، والتصميم الحضري. يمكن أن يوفر EOIPS معلومات حول استخدام الأراضي، والكثافة السكانية، وأنماط المرور، وغيرها من الميزات الحضرية.

الأمن والدفاع: استخدام EOIPS لدعم الأمن الوطني والدفاع، بما في ذلك أمن الحدود، والمراقبة، وجمع المعلومات الاستخباراتية، والعمليات العسكرية. يمكن أن يوفر EOIPS معلومات عن تحركات القوات، والمنشآت العسكرية، وغيرها من الميزات المتعلقة بالأمن.

التعليم والتوعية: استخدام EOIPS لدعم برامج التعليم والتوعية، بما في ذلك التدريس حول أنظمة الأرض، والعلوم البيئية، واستكشاف الفضاء. يمكن أن يوفر EOIPS البيانات والصور والموارد الأخرى للأغراض التعليمية.

الصحة العالمية والمحلية: استخدام EOIPS لدعم مشاريع الصحة والرفاه ، بما في ذلك مشاريع الأمم المتحدة / منظمة الصحة العالمية حول مراقبة الأرض والأغذية والزراعة. يمكن أن توفر EOIPS البيانات والصور والموارد الأخرى لأغراض الرعاية الصحية.

هذه مجرد أمثلة قليلة للتطبيقات العديدة لـ EOIPS. يستمر المجال في التطور مع تطوير التقنيات والمنصات الجديدة، مما يوفر معلومات مفصلة ودقيقة بشكل متزايد حول الأرض ومحيطها. هذه المعلومات ضرورية لمجموعة واسعة من عمليات صنع القرار، من الإدارة البيئية إلى الاستجابة للكوارث إلى التخفيف من تغير المناخ.

 مستقبل نظام معالجة بيانات نظام المراقبة الأرضية 
المبادرات والموارد الإضافية حتي عام ٢٠٣٠: 

يواصل الباحثون إجراء دراسات تحليلية لمعالجة بيانات نظام مراقبة الأرض بالشكل التالي: 

التوأم الرقمي للأرض: تُحاكي مبادرة "وجهة الأرض" التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية أنظمة الأرض لاختبار السياسات.

الحوسبة الكمومية: تستكشف شركة D-Wave ووكالة الفضاء الأوروبية خوارزميات كمية لتسريع نمذجة المناخ.

التعاون العالمي: تُعزز إدارة المعلومات الجغرافية المكانية العالمية التابعة للأمم المتحدة (UN-GGIM) أطر تبادل البيانات لتحقيق أهداف التنمية المستدامة.

الذكاء الاصطناعي الأخلاقي: التركيز على الحد من التحيز الخوارزمي في رسم خرائط الفقر وتوقعات غلة المحاصيل.
تعززت مراقبة الغطاء النباتي، جودة المياه وجودة الهواء، وتقييم المخاطر والكوارث بفضل التطورات في أجهزة الاستشعار وفهم البيانات المندمجة.

من المتوقع استمرار تصاعد اعتماد الحكومات والشركات على بيانات الأقمار الاصطناعية التجارية، واندماج تقنيات الذكاء الاصطناعي والحوسبة الكمومية لأتمتة استخراج وتحليل البيانات البيئية.

 المراجع 

تصنيف:تصوير جوي
تصنيف:فضاء

en:Draft:Earth Observation in place and space