دمج الذكاء الاصطناعي مع تكنولوجيا الأقمار الاصطناعية... تحوّل جديد في مراقبة الأرض

مخزونات تمت رؤيتها وقياسها باستخدام تصوير «SAR» عالي الدقة من «ICEYE» في ميناء بايوكوان في الصين (آيسي)
مخزونات تمت رؤيتها وقياسها باستخدام تصوير «SAR» عالي الدقة من «ICEYE» في ميناء بايوكوان في الصين (آيسي)
TT

دمج الذكاء الاصطناعي مع تكنولوجيا الأقمار الاصطناعية... تحوّل جديد في مراقبة الأرض

مخزونات تمت رؤيتها وقياسها باستخدام تصوير «SAR» عالي الدقة من «ICEYE» في ميناء بايوكوان في الصين (آيسي)
مخزونات تمت رؤيتها وقياسها باستخدام تصوير «SAR» عالي الدقة من «ICEYE» في ميناء بايوكوان في الصين (آيسي)

تشهد مراقبة الأرض وتكنولوجيا الأقمار الاصطناعية تطوراً سريعاً، حيث باتت جزءاً لا يتجزأ من مجالات متنوعة، منها الزراعة والأمن والبيئية والبنى التحتية.

وقد برزت هذه التكنولوجيا كأدوات تحويلية يدفعها التطور التقني والذكاء الاصطناعي، لتحدث ثورةً في فهمنا لكوكبنا وتفاعلنا معه.

ومما لا شك فيه أن تطور تكنولوجيا الأقمار الصناعية أدى إلى تحسين جودة الصور سامحاً بمراقبة الأرض بتفاصيل ودقة استثنائية. وبالتالي مراقبة دقيقة للتغيّرات البيئية والتطورات الزراعية والتوسع الحضري.

صور الأقمار الاصطناعية «ICEYE SAR» تظهر الحقول المغمورة بالمياه حول بحيرة بوفيرا في فالنسيا بإسبانيا، أثناء فيضان في ديسمبر 2018 (آيسي)

دور الذكاء الاصطناعي

من أهم الخطوات في هذا المجال تطبيق تقنيات الذكاء الاصطناعي في تحليل بيانات الأقمار الاصطناعية ما يفتح إمكانات جديدة مقدماً رؤى أعمق ومعالجة أكثر كفاءة للبيانات. ومع ذلك، فإن تحديات التكلفة العالية لبناء وإطلاق الأقمار الاصطناعية، والغطاء السحابي الذي يعيق الرؤية، تشكل عقبات كبيرة. وهنا تبرز تقنيات رائدة تطورها بعض الشركات كحل لهذه المشكلة.

في حديث خاص لـ«الشرق الأوسط»، يقول جميل قعوار، نائب الرئيس لمنطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا في شركة «ICEYE»، وهي المالكة والمشغلة لأكبر مجموعة من أقمار الرادار ذات الفتحة الاصطناعية (SAR) في العالم، «إن التقنية الخاصة بـ(ICEYE) تسمح بمراقبة سطح الأرض في أي حالة جوية، ليلاً أو نهاراً» مما يجعلها أداةً لا تقدر بثمن في مجموعة متنوعة من حالات الاستخدام.

جميل قعوار نائب الرئيس للبعثات في الشرق الأوسط وشمال أفريقيا في شركة «ICEYE» (آيسي)

تكامل التقنيات الأخرى

بالنظر إلى المستقبل، من شأن تكامل التقنيات الناشئة مثل «إنترنت الأشياء» والتطورات الإضافية في الذكاء الاصطناعي تعزيز قدرات مراقبة الأرض. كما أنه من المتوقع أن يؤدي تعزيز التعاون الدولي في تبادل البيانات والمعلومات إلى تعزيز جهود الرصد العالمية.

ومن الأمثلة المتقدمة في هذا المجال، يبرز القمر الاصطناعي «نيسار» (NISAR) الذي أطلقته وكالة الفضاء الأمريكية «ناسا» عام 2023 المصمم لمراقبة تغيّرات الغطاء النباتي، وارتفاع سطح البحر، وحركة الصفائح التكتونية وغير ذلك. وقد أطلقت «ICEYE»، حتى الآن، 31 قمراً اصطناعياً، مما يتيح المراقبة المستمرة لسطح الأرض والقدرة على اكتشاف التغيرات على مستوى الأرض. ويعدُّ جميل قعوار أنه يمكن الاستفادة من المعلومات المستمدة من صور الأقمار الاصطناعية لدى الشركة على مجموعة واسعة من مجالات الاستخدام، بما فيها الكشف عن التسريبات النفطية والاستجابة لها. وكذلك «مراقبة الأنشطة البحرية كالصيد غير القانوني، ومراقبة الحدود والمواقع الاستراتيجية الحساسة، واكتشاف الأنشطة غير القانونية مثل الاتجار بالمخدرات وتهريب البشر».

حقائق

خصائص القمر الاصطناعي «NISAR»

  • تعاون كل من الولايات المتحدة والهند في تطويره وإطلاقه
  • يستخدم رداراً ذا فتحة اصطناعية متقدمة لجمع بيانات عالية الدقة
  • تبلغ دقة صوره 25 متراً، مما يسمح برصد تغيرات الأرض بمستوى تفصيل غير مسبوق.
  • يدور حول الأرض في مدار قطبي متزامن مع الشمس، مما يسمح بجمع البيانات بشكل مستمر على مدار اليوم

أقمار «ليدار» و«SAR»

تشبه أقمار «ليدار» الاصطناعية أقمار الرادار ذات الفتحة الاصطناعية (SAR)، لكنها تُستخدم لتطبيقات مختلفة، كما أنها تَستخدم موجات الراديو للمراقبة ومراقبة الطقس. وتقوم أقمار «ليدار» (LiDAR)، التي تستخدم أشعة الليزر النبضية لقياس المسافات، بإنشاء تمثيلات دقيقة ثلاثية الأبعاد لسطح الأرض، مما يساعد في إدارة الغابات ورسم الخرائط الطبوغرافية.

ويشرح جميل قعوار، في حديثه لـ«الشرق الأوسط»، أن شركة «ICEYE» تبني أقماراً اصطناعية أصغر حجماً وبأسعار معقولة وأكثر مرونة من الأنظمة القديمة، مما يمنح الحكومات والمنظمات الفرصة لامتلاك أساطيل أقمار خاصة بها، وامتلاكها مراقبةً مستمرةً وصوراً عالية الجودة في جميع الظروف. ويضيف بأن أقمار «SAR» الاصطناعية تطبق أشعة رادارية قوية ترتد من سطح الأرض على مسافة 550 كيلومتراً تقريباً في الفضاء، وتعود هذه الحزم إلى الأقمار الصناعية لتسجل وتبني صورة دقيقة لما يحدث على الأرض بالأسفل. ويمكن لهذه التقنية رؤية العوائق مثل السحب والدخان وحتى التقاط صور للأرض ليلاً مما يوفر تغطية مستمرة للأحداث السريعة على الأرض في جميع الظروف الجوية. وتبرز أقمار اصطناعية صغيرة أخرى أيضاً مثل «CubeSats» و«SmallSats»، محدثةً ثورة في تكنولوجيا الفضاء بفضل قدرتها على تحمل التكاليف وتعدد استخداماتها لأغراض متنوعة، بما في ذلك مراقبة الأرض.

 

صور القمر الاصطناعي «ICEYE SAR» من نوفا أندرادينا، البرازيل (آيسي)

التأثير على الزراعة والبيئة

في المجال الزراعي، تساعد صور الأقمار الاصطناعية في مراقبة صحة المحاصيل وإدارة الموارد المائية، وكذلك تقييم الأضرار الناجمة عن الكوارث الطبيعية. وفي القطاع البيئي، تشكل هذه التكنولوجيات أهمية بالغة في تتبع آثار تغير المناخ، بما في ذلك ذوبان الأنهار الجليدية وارتفاع مستويات سطح البحر، وفي مراقبة صحة الغابات ومستويات التلوث. ويرى جميل قعوار، نائب الرئيس لمنطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا، أن للشركة رؤى قابلةً للتنفيذ في مجال الكوارث الطبيعية كالزلازل والفيضانات وحرائق الغابات. ويضيف بأن «ICEYE» تجمع بين تصوير «SAR» وبين بيانات الطرف الثالث لتقديم تقييمات المخاطر والأضرار في الوقت الفعلي. تتيح هذه القدرة استجابةً أكثر كفاءةً وأسرع لحالات الطوارئ، مما يقلل من تكاليف التشغيل ويحتمل إنقاذ الأرواح.

تقنيات أقمار اصطناعية متقدمة أخرى

تقنية «SAR»، الخاصة بـ«ICEYE»، هي مجرد جزء واحد من مجموعة واسعة من تقنيات الأقمار الصناعية المتقدمة التي تشكل فهمنا وتفاعلنا مع الكوكب. تلتقط أقمار التصوير البصري، التي تستخدمها شركات مثل «Maxar Technologies» و«Planet Labs»، الصور باستخدام الضوء المرئي وتوفر صوراً عاليةَ الدقة حيوية لتطبيقات مثل رسم الخرائط والتخطيط الحضري. كما يلتقط التصوير الفائق الطيفي طيفاً واسعاً من الضوء، ويحدد المواد والمواد الكيميائية المختلفة الموجودة على سطح الأرض، وهو مفيد في الزراعة والتعدين ومراقبة البيئة. أما التصوير بالأشعة تحت الحمراء، المستخدم في برامج مثل «Landsat» التابع لـ«ناسا»، فيكتشف الحرارة، وهو أمر بالغ الأهمية لمراقبة درجة الحرارة، ورسم خرائط صحة الغطاء النباتي، والتصوير الليلي.

لا تعمل مراقبة الأرض وتكنولوجيا الأقمار الاصطناعية على إعادة تشكيل البحث العلمي والرصد البيئي فحسب، بل تؤثر على العديد من القطاعات وعلى الطريقة التي نعيش ونعمل بها. إن التقدم في هذا المجال يعد بمستقبل نفهم فيه كوكبنا ونتفاعل معه بشكل أكثر شمولاً من أي وقت مضى. ومع استمرار تطور التكنولوجيا، يمكننا أن نتوقع ظهور المزيد من التطبيقات والحلول المبتكرة، مما يزيد من دمج تكنولوجيا الأقمار الاصطناعية في نسيج حياتنا اليومية والعمليات العالمية.

 

 

 


مقالات ذات صلة

كاميرا تكشف المشاة والعوائق أسرع 100 مرة من كاميرات السيارات الحالية

تكنولوجيا تُظهر المربعات المحيطة اكتشاف السيارات بواسطة الخوارزمية (جامعة زيوريخ)

كاميرا تكشف المشاة والعوائق أسرع 100 مرة من كاميرات السيارات الحالية

تتمتع الكاميرا بالقدرة على تحسين موثوقية وسلامة السيارات ذاتية القيادة وأنظمة مساعدة السائق بشكل كبير.

نسيم رمضان (لندن)
تكنولوجيا يختص «ChatGPT» بإنشاء تنسيقات نصية والإجابة عن الأسئلة في حين يركز «Copilot» على تعزيز الإنتاجية في البرمجة وتحليل البيانات (شاترستوك)

«شات جي بي تي» أو «كوبايلوت»... من تختار؟ ولماذا؟

يعتمد الاختيار بين «شات جي بي تي» و«كوبايلوت» على احتياجاتك وسياقك المحددين لذا من المهم فهم قدرات ومميزات كل منهما.

نسيم رمضان (لندن)
تكنولوجيا عزز الباحثون سماعات إلغاء الضوضاء بشبكة عصبية تعتمد على الهاتف الذكي لتحديد الأصوات المحيطة والحفاظ عليها مع تصفية كل شيء آخر (شاترستوك)

سماعات رأس مانعة للضوضاء تسمعك ما تريده بذكاء

يطور باحثون أميركيون سماعات رأس ذكية مانعة للضوضاء تفرق في كثير من الأحيان بين الضوضاء في الخلفية والأصوات المهمة.

نسيم رمضان (لندن)
الولايات المتحدة​ الملياردير إيلون ماسك والرئيس الأميركي السابق دونالد ترمب (أ.ب)

تقرير: إيلون ماسك قد ينضم لإدارة ترمب في حال فوزه بالانتخابات المقبلة

ذكر تقرير صحافي أن الرئيس الأميركي السابق دونالد ترمب أجرى مكالمات هاتفية عدة مع الملياردير إيلون ماسك لمناقشة إمكانية تولي الأخير دوراً استشارياً في إدارته.

«الشرق الأوسط» (واشنطن)
تكنولوجيا أعلنت «يوتيوب» أنها ستوفر الألعاب القابلة للتشغيل للمزيد من المستخدمين تدريجياً خلال الأشهر المقبلة (مدونة يوتيوب)

«يوتيوب» تطلق خدمة «الألعاب القابلة للتشغيل» لجميع المستخدمين

أطلقت «يوتيوب» مبادرة «الألعاب القابلة للتشغيل» (Playables) مقدمة بذلك تجربة لعب مبتكرة ومميزة لمستخدميها.

عبد العزيز الرشيد (الرياض)

كاميرا تكشف المشاة والعوائق أسرع 100 مرة من كاميرات السيارات الحالية

تُظهر المربعات المحيطة اكتشاف السيارات بواسطة الخوارزمية (جامعة زيوريخ)
تُظهر المربعات المحيطة اكتشاف السيارات بواسطة الخوارزمية (جامعة زيوريخ)
TT

كاميرا تكشف المشاة والعوائق أسرع 100 مرة من كاميرات السيارات الحالية

تُظهر المربعات المحيطة اكتشاف السيارات بواسطة الخوارزمية (جامعة زيوريخ)
تُظهر المربعات المحيطة اكتشاف السيارات بواسطة الخوارزمية (جامعة زيوريخ)

في مسعى لتطوير سلامة السيارات وتكنولوجيا القيادة الذاتية، يعمل باحثون في جامعة زيوريخ على نظام متطور يجمع بين الذكاء الاصطناعي (AI) وكاميرا مستوحاة من الحياة لتحقيق سرعات الكشف عن المشاة والعوائق أسرع 100 مرة من كاميرات السيارات الحالية. هذا الإنجاز، بقيادة دانييل جيريج وديفيد سكاراموزا من قسم المعلوماتية في الجامعة السويسرية، لديه القدرة على تحسين موثوقية وسلامة السيارات ذاتية القيادة وأنظمة مساعدة السائق بشكل كبير.

مشكلة الأنظمة الحالية

تخيل هذا السيناريو: يقف أحد المشاة فجأة أمام السيارة، ولا يترك سوى جزء من الثانية للسائق أن يتدارك الموقف. في حين أن السيارات الحديثة المجهّزة بأنظمة الكاميرات المتقدمة يمكنها تنبيه السائقين أو بدء الكبح في حالات الطوارئ، إلا أن هذه الأنظمة ليست سريعة أو موثوقة بدرجة كافية حتى الآن. بالنسبة للمركبات ذاتية القيادة، التي تفتقر إلى وجود سائق بشري للاستجابة لحالات الطوارئ، فإن الحاجة إلى أنظمة كشف سريعة يمكن الاعتماد عليها أصبحت أكثر أهمية، إذاً ما الحل؟

ألوان من الكاميرا الملونة والأحداث (النقاط الزرقاء والحمراء) من كاميرا الأحداث التي تم إنشاؤها بواسطة أحد المشاة (جامعة زيوريخ)

كاميرا مبتكرة... وتكامل الذكاء الاصطناعي

واجه الباحثان هذا التحدي من خلال دمج كاميرا جديدة مع خوارزميات الذكاء الاصطناعي المتقدمة. تعرض دراستهما، المنشورة في مجلة «نايتشور (Nature)»، نظاماً قادراً على اكتشاف العوائق المحيطة بالسيارة بسرعة أكبر وبقوة حسابية أقل من الأنظمة الحالية.

تعمل كاميرات السيارات التقليدية على نظام قائم على الإطار، حيث تلتقط لقطات على فترات زمنية منتظمة، تتراوح عادةً بين 30 و50 إطاراً في الثانية. تتم معالجة هذه الصور بواسطة شبكات عصبية اصطناعية مدربة على التعرف على الأشياء المختلفة، مثل المشاة والمركبات. ومع ذلك، إذا وقع حدث معين بين هذه الإطارات، فقد تفوته الكاميرا، مما يؤدي إلى تأخير الاكتشاف. يمكن أن تؤدي زيادة معدل الإطارات إلى حل هذه المشكلة، ولكنها تؤدي أيضاً إلى زيادة كبيرة في البيانات التي ستتم معالجتها في الوقت الفعلي، مما يتطلب مزيداً من القوة الحسابية.

مميزات كاميرات المناسبات

تقدم كاميرات الأحداث نهجاً مختلفاً. على عكس الكاميرات القائمة على الإطار، فهي تحتوي على وحدات بكسل ذكية تسجل التغييرات كلما اكتشفت الحركة، مما يزيل الفجوات بين الإطارات ويسمح باكتشاف العوائق بشكل أسرع. هذه الكاميرات العصبية، المستوحاة من الطريقة التي تعمل بها عيون الإنسان، يمكنها اكتشاف الحركات السريعة دون وجود نقاط عمياء. ومع ذلك، فإنها تواجه صعوبة في التعامل مع الأجسام بطيئة الحركة وتنتج بيانات لا يمكن استخدامها بسهولة بواسطة خوارزميات الذكاء الاصطناعي التقليدية.

النظام قادر على اكتشاف العوائق المحيطة بالسيارة بسرعة أكبر وبقوة حسابية أقل من الأنظمة الحالية (شاترستوك)

نظام هجين لأداء متفوق

للتغلب على هذه القيود، طوّر الباحثان جيريج وسكاراموزا نظاماً هجيناً يعزز نقاط القوة في كل من الكاميرات التقليدية وكاميرات الأحداث أو المراقبة. يستخدم هذا النظام كاميرا قياسية تلتقط 20 صورة في الثانية، والتي تتم معالجتها بواسطة شبكة عصبية تلافيفية (CNN) مدربة على التعرف على الأشياء مثل السيارات والمشاة. وفي الوقت نفسه، تتم معالجة البيانات الواردة من كاميرا الأحداث بواسطة شبكة عصبية بيانية غير متزامنة (AGNN)، والتي تتفوق في تحليل البيانات الديناميكية ثلاثية الأبعاد.

يتيح هذا المزيج للاكتشافات السريعة لكاميرا الأحداث تحسين أداء الكاميرا القياسية، والتنبؤ بملاحظاتها واستكمالها بشكل فعال. والنتيجة هي نظام يمكنه اكتشاف الأشياء بسرعة مثل الكاميرا التقليدية التي تعمل بسرعة 5000 إطار في الثانية، ولكن مع عرض النطاق الترددي للبيانات ومتطلبات الطاقة الحسابية لكاميرا ذات 50 إطاراً في الثانية.

الاختبار والإمكانات المستقبلية

تم اختبار النظام الهجين بدقة مقابل أفضل كاميرات السيارات المتوفرة والخوارزميات المرئية، مما أظهر اكتشافات أسرع 100 مرة مع تقليل نقل البيانات والمتطلبات الحسابية بشكل كبير. والأهم من ذلك، أن هذا النظام يمكنه اكتشاف الأشياء التي تظهر بين إطارات الكاميرا القياسية، مما يوفر أماناً معززاً للسائقين ومستخدمي الطريق الآخرين.

ويعتقد الباحثون بأن دمج هذا النظام الهجين مع أجهزة استشعار «ليدار (LiDAR)» المستخدمة عادة في المركبات ذاتية القيادة، يمكن أن يزيد من تعزيز قدراته. يقول سكاراموزا: «إن الأنظمة الهجينة مثل هذه قد تكون حاسمة لتمكين القيادة الذاتية، وضمان السلامة دون زيادة كبيرة في البيانات والمتطلبات الحسابية».

يمثل التكامل المبتكر للذكاء الاصطناعي مع الكاميرات المستوحاة من الحياة قفزة كبيرة إلى الأمام في مجال سلامة السيارات وتطوير المركبات ذاتية القيادة. ومن خلال تلبية الحاجة الماسة للكشف عن العوائق بشكل أسرع وأكثر موثوقية، فإن هذا الإنجاز لا يعزز أنظمة مساعدة السائق الحالية فحسب، بل يمهّد الطريق أيضاً لسيارات ذاتية القيادة أكثر أماناً.