التكنولوجيات المبتكرة في مجال الإدمان والإدارة حول العالم

التكنولوجيات المبتكرة في مجال الإدمان والإدارة حول العالم

وتظل الفيضانات من أكثر الأخطار الطبيعية تدميرا في العالم، مما يتسبب في آلاف الوفيات وبلايين الدولارات في الخسائر الاقتصادية كل عام، ويزيد تغير المناخ من تواتر وشدة أحداث التهطال القصوى، ويجعل التنبؤ بالفيضانات وإدارتها أكثر إلحاحا من أي وقت مضى، وقد أحدثت موجة من الابتكار التكنولوجي خلال العقد الماضي تحولا في كيفية رصد وتوقعات واستجابة للفيضانات.

الاستشعار عن بعد وتكنولوجيا السواتل

وقد أصبح الاستشعار عن بعد بواسطة السواتل العمود الفقري لرصد الفيضانات على الصعيد العالمي، إذ أن وكالات مثل ناسا ووكالة الفضاء الأوروبية ووكالة الفضاء الأوروبية وشركائها الدوليين تعمل على تركيبة من السواتل التي تعمل على رصد الأرض والتي تقوم باستمرار بمسح الكوكب، وتلتقط أجهزة الاستشعار الضوئية صوراً واضحة وخفية لمياه الفيضانات، بينما يمكن للرادار السحابي ذي الفتحة التركيبية أن يخترق الغطاء السحابي وينظر عبر الظلام)٢(.

وبالإضافة إلى الكشف البسيط، يمكن للسواتل أن تقيس العوامل الرئيسية للفيضانات.() وتُقدم بعثة قياس التهطال العالمي [GPM] ، بقيادة ناسا وجاكسا، تقديرات سقوط الأمطار كل ثلاث ساعات في أنحاء العالم، وعندما تقترن بيانات رطب التربة من الساتل SMAP، يمكن للتنبؤات أن تقيّم كمية الأمطار التي يمكن أن تستوعبها الأرض قبل حدوث الفيضانات

]GloFAS هو أحد الخدمات التنفيذية العديدة التي تعتمد على مدخلات السواتل، وفي عام 2023، تنبؤت شركة GloFAS بشكل صحيح بالفيضانات المسجلة في باكستان قبل أسابيع، مما يساعد على تنسيق المعونة الدولية قبل حدوث أسوأ الفيضانات، وحيث أن المزيد من السواتل قد بدأ - بما في ذلك بعثات توسيع نطاق وكالة الفضاء الأوروبية المتوقعة للغاية - ستزداد التنبؤات المحلية أسرع.

النمذجة الهيدرولوجية وتحليل البيانات

وفي حين توفر السواتل الصورة الكبيرة، فإن النماذج الهيدرولوجية تترجم البيانات الخام إلى توقعات للفيضانات قابلة للتنفيذ، فالنموذجات التقليدية القائمة على الفيزياء مثل فيلق الهندسة التابع للجيش الأمريكي، التي تستخدم نماذج متعددة من نماذج البيانات ذات الاستخدام الفعلي، تحفز تدفق المياه عبر الأنهار والفيضانات بدرجة عالية من الدقة، ولكنها تتطلب نماذج قياسية واسعة النطاق وتقوية للخرائط الحالية.

ومن الأمثلة على ذلك نظام " غوغل " للتنبؤ بالفيضانات القائمة على أساس التضخيم () الذي كان يعمل في الهند وبنغلاديش منذ عام 2018، ويستخدم النموذج شبكات الذاكرة القصيرة الأجل الطويلة الأجل للتنبؤ بمراحل الأنهار قبل سبعة أيام، ويبعث بيانات من آلاف محطات القياس وتقديرات سقوط الأمطار بواسطة الساتل، إلى السكان الذين بلغوا 20 يوماً من العمر المتوقع.

كما أن النهج الإحصائية والتنبؤية الجماعية تكتسب أرضاً، فالمركز الأوروبي للتنبؤات المتوسطة الأجل بالأثر الجوي ينتج مجموعة من 51 عضواً من توقعات الأمطار، التي يركض فيها أخصائيو الهيدرولوجيون عبر نماذج الفيضانات لإنتاج خرائط مائية سريعة التكاثر، وبدلاً من أن تقول " هناك مخاطر فيضانات " ، فإن هذه الخرائط تبين وجود مضخات مختلفة من قبيل " التدفق " .

Link: Google Research – Machine Learning for Flood Forecasting]

شبكة الإنترنت للأشياء وشبكة الاستشعار

وتضع شبكة الإنترنت للأشياء رصد الفيضانات مباشرة في الميدان، وتنشر شبكات أجهزة استشعار منخفضة التكلفة وقوية منخفضة في الأنهار، أو في مصارف العواصف الحضرية، أو القنوات، والمناطق الساحلية لقياس مستوى المياه، وشدة الأمطار، ورطوبة التربة، وسرعة التدفق، وتتواصل هذه أجهزة الاستشعار عبر الخلايا، أو شبكة ويفي، أو بروتوكولات لاسلكية بعيدة المدى مثل منصة لوروا، لنقل البيانات.

وقد أدى أحد أكثر نظم رصد الفيضانات التي تصيب إيوت طموحاً إلى قيام جاكارتا، إندونيسيا ] - وهي مجموعة من الفيضانات التي تصيبها الفيضانات السنوية، حيث قامت المدينة بتركيب مئات أجهزة الاستشعار ذات المستويات المائية فوق الصوتية على امتداد أنهارها وثدياتها، وتُدرَج البيانات في غرفة مراقبة مركزية حيث تُظهر لوحات الفيضانات المحلية في عام 2020

In the United States, the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOA) operates a nationwide network of more than 8,000 stream gauges, many of which have been upgraded with IoT telemetry. The data streams into the National Water Model, which produces high-resolution forecasts for every streamtrathB networks,

وتكمن القوة الحقيقية لليووت في كثافة وجوده، وعندما توضع أجهزة الاستشعار على بعد بضعة كيلومترات على امتداد نهر، يمكن للتنبؤات أن تكشف عن انتشار موجة من نبضات الفيضانات في وقت قريب من الوقت الحقيقي، كما أن هذه البيانات الجمادية تحسن أيضا أداء النماذج التي يمكن أن تُشفر قراءات الاستشعار كل 15 دقيقة بدلا من انتظار مرور السواتل اليومية، حيث أن " تكاليف المعدات وحياة البطاريات تمتد " .

تكنولوجيا الطائرات العمودية والمركبات

وتتزايد استخدام المركبات الجوية غير المأهولة، المعروفة عادة بالطائرات بدون طيار، في إدارة الفيضانات لثلاثة أغراض رئيسية: رسم الخرائط المسلَّحة، والمراقبة في الوقت الحقيقي، وتقييم ما بعد الكوارث، ويمكن للطائرات التي تجهز بكاميرات بصرية عالية الاستبانة، ومجسات الأشعة الحرارية ذات الحمراء، والجهاز الليداري للوزن الخفيف أن تولد نماذج مفصلة من السحاب، وأن تحدد الخروق في القمامات، وأن تُصُصُصُصُصُصُصُصُصُصُصُصُصُر.

وخلال الفيضانات التي وقعت في ألمانيا وبلجيكا في عام 2021، أُرسلت الطائرات بدون طيار في غضون ساعات لتقييم الأضرار التي لحقت بالهياكل الأساسية الحرجة مثل الجسور وخطوط الكهرباء، وأتاحت اللقطات التي تم تجهيزها باستخدام قياس التصوير الضوئي، أفرقة الاستجابة إعطاء الأولوية للإصلاحات وتحديد أماكن الناجين المعزولين، وفي أعقاب إعصار هارفي في تكساس (2017)، استخدمت الوكالة الاتحادية لإدارة الطوارئ الطائرات بدون طيار لتفتيش الليف والأضانات الثانوية التي تضررت، مما أدى إلى الحد من المخاطر.

كما تسهم الطائرات العمودية في نماذج الفيضانات، إذ يمكنها، عن طريق التحليق فوق قنوات الأنهار بعد حدوث الفيضانات، أن تلتقط قياسات حمّام عالية الاستبانة ومقياساً جيولوجياً مصرفياً يحسن من معايرة النموذج في المستقبل، وتجهز الآن بعض الطائرات المتطورة بدون طيار بأجهزة أخذ العينات المائية التي تجمع المياه الفيضانية لاختبار الملوثات، وتساعد وكالات الصحة العامة على إصدار قيود تنظيمية على الاستهلاك.

استخبارات فنية وتعلم الآلات في مجال التنبؤ بالفيضانات

وقد تسارعت بشكل كبير عملية تطبيق الاستخبارات الاصطناعية على التنبؤ بالفيضانات، فبعد شبكات الإدارة العليا للمناخ المذكورة آنفا، تستخدم منظمة العفو الدولية لتحسين التنبؤ بالمطر (التنبؤ بالتنبؤ بالهطول القصير الأجل) وقد وضعت مؤسسة ECMWF ومكتب المملكة المتحدة للمعدات طرقا للتعلم الآلي تصحح التحيزات في نماذج الطقس وتولد ميادين عالية الاستبانة وتغذي هذه المنتجات نظما للإرشاد بالفيضانات السريعة التي تصدر تحذيرات من أجل صغار.

كما تستخدم تقنيات التعلم العميق في ] ترجمة المراحل النهرية وخطابات الإنذار ] من بيانات انعكاسية الرادار وحدها، وفي اليابان، درب الباحثون شبكة عصبية متحدية على 10 سنوات من البيانات الرادارية للتنبؤ ببداية الفيضانات الوميضية في المصيد الحضرية، وقد تنبؤ النظام بالفيضانات التي تستغرق 20 دقيقة ومعدل إنذار زائف يقل عن الأساليب التقليدية في طوكيو.

ويستخدم نظام التنبؤات العالمية في الغلاف الجوي ((FLT:0)) (( " النظام العالمي للتنبؤات الجوية العالية التحلل " (((() نموذجاً طقسياً مترابطاً لإنتاج تنبؤات دقيقة في سلسلة الحلول على ثلاثة كيلومترات كل ساعة، وقد تم نشره خلال موسم الفيضان 2022 في كوريا الجنوبية، حيث نجح في التنبؤ بتصاعد الأمطار الموسمية المحلية التي أدت إلى حدوث فيضان.

Link: IBM Water & Flood Management Solutions]

Community —Based Technologies and Citizen Science

التكنولوجيا أقوى عندما تكون مرتبطة مباشرة بالناس، فالأجهزة المحمولة، وخدمات الرسائل القصيرة، ومنصات وسائط التواصل الاجتماعي تتيح الاتصال بين السلطات والجمهور في اتجاهين، وتبدو مثل MyCoast في الولايات المتحدة تخطر المواطنين بتحميل صور علامات عالية الماء، التي تُستخدم لتصحيح نماذج الفيضانات الحقيقية [FEMT:]

وقد أثبتت البيانات المتعلقة بالاستعانة بالحشد قيمة خاصة في مناطق تجهيز البيانات، وخلال الفيضانات التي وقعت في ليبيا في عام 2023، استخدم المتطوعون برنامج Ushahidi لتحديد الأحياء المفيضانة وتقاسم طلبات الإنقاذ، وقد ساعدت أفرقة الإنقاذ الدولية، التي جمعت من عشرات المساهمين المحليين على ماساب، على تنسيق جهودها وتقديم المعونة إلى أشد المناطق تعرضاً للخطر في عام 2.

كما أن النظم المجتمعية تبنى القدرة على التكيف من خلال تمكين السكان من اتخاذ إجراءات وقائية، ففي مدينة جاكارتا ، ذكرت سابقاً أن الحكومة تتضافر مع " فرق العمل المهجورة " المحلية التي تتلقى بيانات الاستشعار وتحذر من الباب من الباب إلى الباب، وأن تركيبة أجهزة الاستشعار ذات التكنولوجيا العالية والشبكات البشرية المنخفضة تؤدي إلى فشل

التواؤم الرقمية ونموذج مدينة 3D

إن " التوأم الظاهري " هو نسخة طبق الأصل من نظام مادي يجري تحديثه باستمرار مع بيانات الوقت الحقيقي، وبالنسبة لإدارة الفيضانات، تقوم المدن ببناء توأم رقمي يُمثل شبكة تصريفها بأكملها، والأنهار، والأرض، والهياكل الأساسية الحيوية في 3 دال، ومن خلال إدماج التنبؤات المتعلقة بالمطر من نماذج الطقس وبيانات مستوى المياه من أجهزة الاستشعار التي تستخدم فيها مادة إيوت، يمكن للتوائم الرقمي أن يُحاكي سيناريوهات الفتحة للفيضانات على الفور تقريباً.

وتدير سنغافورة مياهها العاصفة بتوأم رقمي يدعى " سنغافورة الافتراضية " ]، وهي تجمع بين المسح الضوئي لليدر ونماذج البناء والبيانات الحقيقية من أجهزة الاستشعار في القنوات والتصريفات، وعندما يُتوقع حدوث حدث هطول الأمطار الغزيرة، يقوم النظام بتصوير تدفق حركة المرور عبر شبكة المدينة، ويحدد أكثر الطرق استهدافاً للفيضانات.

روتردام، المدينة التي تقع تحت سطح البحر تقريباً، طورت توأم رقمي لإدارة بلوحات المياه ] والسقف الخضراء، وهذه الحلول " القائمة على الطبيعة " تخزن مؤقتاً فائض مياه الأمطار، وتخبر التوائم الرقمية المشغلين عند تشغيل المضخات وعندما تصل البلازما إلى القدرة، وتتقاسم المدينة نموذجها المزدوج مع مدن أخرى من طراز دلتا تي من خلال [2]

:: الحلول القائمة على الطبيعة ورصد الهياكل الأساسية الخضراء

وفي حين أن أجهزة الاستشعار والنماذج تستوعب البيئة المبنية، فإن الحلول القائمة على الطبيعة يُعترف بها بصورة متزايدة على أنها استراتيجيات فعالة من حيث التكلفة لتخفيف الفيضانات، كما أن الأراضي الرطبة، وأشجار المانغروف، واستعادة قوارب الفيضانات، والحد من مياه الفيضانات الحضرية، والحد من تدفقات المياه الفيضانية، ويجري حاليا نشر التكنولوجيا لرصد أداء هذه الأصول " الخضراء " ، كما أن أجهزة الاستشعار التي تعمل على استعادة فيضانات النفط غير المزودة لقياس المياه الجوفية، والتي توفر رسوما للفيضانات.

وفي الصين، ترتفع الآن إلى أكثر من 30 مدينة، وتستخدم الأصفاد القابلة للشرب، والأسطح الخضراء، وأحواض الاحتفاظ في دورات المياه الطبيعية المتوسطة، وكل سمة من سمات الأسقفية مجهزة بمستشعرات من مستوى المياه تتصل بمنصة مركزية لإدارة المياه الحضرية، وتستخدم هذه المنصة نسبة مئوية من المياه قبل التنبؤ بمدى احتياجها إلى مياه مائية مائية تقليدية.

وفي هولندا، أنشأ برنامج للريفر قنوات جانبية، وقلّص من شلالات الفيضانات لإعطاء الأنهار مساحة أكبر، وتستخدم سنوياً بيانات الدراجات والبيانات الساتلية لتتبع الرواسب ونمو النباتات في هذه المناطق، بما يكفل الحفاظ على قدرتها على تخزين الفيضانات، وبدون رصد منتظم، يمكن أن تؤدي آلات الفيضان المصنّعة البشرية إلى تباطؤ تدفق الأنواع أو تصبح كذلك.

الاستنتاج: الطريق إلى الأمام

وقد تطورت المناظر الطبيعية للتنبؤ بالفيضانات وإدارتها من الانضباط التفاعلي إلى علم استباقي يقوم على البيانات، ويوفر الاستشعار عن بعد السياق العالمي، وتوفر النماذج الهيدرولوجية التفاصيل المحلية، وتسلم أجهزة الاستشعار عن طريق التوحيد القلبية في مستجمعات المياه في الوقت الحقيقي، وتكفل أجهزة الاستنشاق والتكارات الرقمية والمنابر المجتمعية تدفق المعلومات بسرعة من السواتل إلى الهواتف الذكية، غير أن إدارة التكنولوجيا وحدها لا تتطلب وجود طاقة هندسية فضية.

ومع أن تغير المناخ يكثف الدورة الهيدرولوجية، فإن الحاجة إلى الابتكار ستزداد فحسب، فالاتجاهات الناشئة مثل الحاسب الكمي للنموذج العالي الاستبانة، وتجمعات السواتل النانوية من أجل إعادة النظر في أوقات الفيضان دون ساعات، والوصلات البينية اللغوية الطبيعية التي تحركها المنظمة والتي تقدم إنذارات بالفيضانات في اللهات المحلية تعد بزيادة خط الحدود في البلدان والمجتمعات المحلية التي تتقبل هذه التكنولوجيات،