به گزارش روابط عمومی سازمان نقشه برداری کشور به نقل از دبیرخانه اجرایی همایش ژئوماتیک 1402؛ بیست هفتمین همایش و نمایشگاه ملی مهندسی نقشه برداری و اطلاعات مکانی ژئوماتیک در تاریخ ۱۱تا 14 اردیبهشت ماه سال 1402 در محل سازمان نقشه برداری کشور با هدف نمایش دستاوردهای علمی کشور در حوزه اطلاعات مکانی و صدور خدمات مهندسی به کشورهای منطقه برگزار می‌گردد.
از فعالان حوزه ژئوماتیک، موسسات، صادرکنندگان خدمات فنی و مهندسی تجهیزات داده، شرکت های دانش بنیان و علاقمندان به حضور و مشارکت در نمایشگاه و همایش مذکور دعوت بعمل می آید.
با عنایت به مشارکت فعالان این صنعت و برنامه‌ریزى منسجم سازمان نقشه برداری کشور در برگزارى با کیفیت همایش و نمایشگاه فوق الذکر، فرصت مقتضی است تا بعنوان یکى از اعضای مؤثر این صنعت در کشور با بهره گیرى از این رویداد مهم و امکان تجمیع و رونمایی قابلیت هاى موجود، مجموعه این خدمات را در معرض دید مسئولین کشوری و لشکری، متخصصین، بازرگانان و هیئت هاى تجارى از کشورهای خارجی و اعضای اکو ، و عموم مردم ایران قرار دهید. به همین منظور از فعالان حوزه ژئوماتیک دعوت مى‌گردد جهت ثبت نام در بیست هفتمین نمایشگاه ملی مهندسی نقشه برداری و اطلاعات مکانی ژئوماتیک به سامانه cms.parstadbirorg.com مراجعه نمایند.
متان از بخش زباله حدود 20 درصد از انتشار متان ناشی از انسان را تشکیل می دهد. پروژه جدیدی از یک گروه غیرانتفاعی به نام Carbon Mapper از ابزار و داده های ناسا برای اندازه گیری انتشار گازهای گلخانه ای از محل های دفن زباله در سراسر جهان استفاده می کند.
یک گروه غیرانتفاعی به نام Carbon Mapper از داده‌های مأموریت EMIT ناسا، به‌علاوه ابزارهای ماهواره‌ای فعلی و ماهواره‌ای آینده، برای بررسی مکان‌های زباله از نظر انتشار متان استفاده خواهد کرد.
مشاهدات از تحقیق منبع غبار معدنی سطح زمین (EMIT) و سایر ابزارهای علمی ناسا بخشی از یک بررسی جهانی از انتشار منبع نقطه ای متان از سایت های زباله جامد مانند محل های دفن زباله خواهد بود. این تلاش چند ساله توسط سازمان غیرانتفاعی Carbon Mapper توسعه و اجرا می شود.
متان یک گاز گلخانه ای قوی است که منشأ تقریباً یک چهارم تا یک سوم گرمایش جهانی ناشی از انسان است. هدف از ابتکار جدید ایجاد یک ارزیابی پایه از سایت های زباله جهانی است که متان را با نرخ های بالا منتشر می کنند. این اطلاعات می تواند از تصمیم گیرندگان حمایت کند، زیرا آنها برای کاهش غلظت گاز در جو و محدود کردن تغییرات آب و هوایی تلاش می کنند.
متان تولید شده توسط بخش زباله حدود 20 درصد از انتشار متان ناشی از انسان را تشکیل می دهد. تن به تن، متان بیش از 80 برابر قوی تر از دی اکسید کربن در به دام انداختن گرما در جو است. اما در جایی که دی اکسید کربن برای قرن ها در هوا باقی می ماند، متان تنها یک یا دو دهه عمر جوی دارد. این بدان معناست که اگر انتشار گاز متان به میزان قابل توجهی کاهش یابد، می‌توان سرعت گرم شدن جو را به سرعت کاهش داد.
در حال حاضر، اطلاعات عملی محدودی در مورد انتشار متان از بخش زباله جهانی وجود دارد. رایلی دورن، مدیرعامل Carbon Mapper گفت: درک جامع منابع نقطه‌ای با انتشار بالا از سایت‌های زباله، گامی حیاتی برای کاهش آنهاست. «قابلیت‌های فن‌آوری جدیدی که این انتشارات را قابل مشاهده می‌کنند – و در نتیجه قابل اجرا هستند – پتانسیل تغییر بازی را دارند و درک جمعی ما را از فرصت‌های کوتاه‌مدت در این بخش اغلب نادیده گرفته می‌شوند.»
Carbon Mapper از بنیاد حفاظت از محیط زیست Grantham کمک مالی دریافت کرد تا از عملیات خود در رابطه با ابتکار محل زباله، از جمله بودجه بالقوه برای پوشش بررسی‌های متان در هوا با استفاده از دارایی‌های هوابرد ناسا حمایت کند. این پروژه مستلزم انجام یک بررسی اولیه سنجش از دور در سال 2023 از بیش از 1000 محل دفن زباله مدیریت شده در سراسر ایالات متحده و کانادا و در مکان های کلیدی در آمریکای لاتین، آفریقا و آسیا است.
برای جمع‌آوری داده‌ها از این مناطق، محققان از حسگرهای مبتنی بر هواپیما، از جمله طیف‌سنج تصویربرداری مرئی/ فروسرخ هوابرد-نسل بعدی (AVIRIS-NG) که در آزمایشگاه رانش جت ناسا در جنوب کالیفرنیا ساخته شده است، استفاده خواهند کرد. علاوه بر این، آنها از رصدخانه جهانی هوابرد دانشگاه ایالتی آریزونا از مرکز اکتشافات جهانی و علوم حفاظتی استفاده خواهند کرد که از طیف‌سنج تصویربرداری دیگر ساخته شده توسط JPL استفاده می‌کند.
به عنوان بخشی از پروژه Carbon Mapper، محققان داده های متان EMIT را نیز تجزیه و تحلیل خواهند کرد. طیف‌سنج تصویربرداری با مدیریت JPL در ژوئیه 2022 در ایستگاه فضایی بین‌المللی نصب شد تا محتوای مواد معدنی را در سطح مناطق اصلی تولید غبار زمین اندازه‌گیری کند.
در ماه اکتبر، دانشمندان نشان دادند که EMIT همچنین می‌تواند توده‌های متان را از «ابر ساطع‌کننده‌ها» شناسایی کند. با انجام این کار، تیم ابزار دیگری را برای کمک به تلاش‌های گسترده‌تر ناسا برای نظارت بر گازهای گلخانه‌ای اضافه کرد.
رابرت گرین، محقق اصلی EMIT در JPL گفت: «ناسا JPL یک سابقه چندین دهه در استفاده از طیف‌سنج‌های تصویربرداری هوابرد برای انجام مشاهدات با کیفیت بالا از انتشارات نقطه‌ای متان دارد. ما با EMIT از همین فناوری در یک ابزار فضایی استفاده کرده‌ایم که به ما امکان می‌دهد اطلاعات مربوط به منابع محلی متان را از مدار جمع‌آوری کنیم.»
پس از اولین سال پروژه Carbon Mapper، محققان با استفاده از دو ماهواره در برنامه ماهواره ای Carbon Mapper بررسی گسترده تری از بیش از 10000 محل دفن زباله در سراسر جهان انجام خواهند داد. این جفت فضاپیما به فناوری طیف سنج تصویربرداری توسعه یافته در JPL مجهز خواهند شد. این تیم قصد دارد در اواخر سال 2023 با هماهنگی Planet Labs PBC، در میان سایر شرکا، پرتاب کند.
داده های این پروژه در پورتال داده های Carbon Mapper قابل دسترسی خواهد بود.
برای جزئیات بیشتر در مورد EMIT، به این آدرس مراجعه کنید:
EMIT از درخواست Earth Venture Instrument-4 تحت بخش علوم زمین اداره ماموریت علمی ناسا انتخاب شد و در آزمایشگاه رانش جت ناسا که توسط Caltech در پاسادنا، کالیفرنیا برای آژانس مدیریت می‌شود، توسعه یافت. داده‌های این ابزار برای استفاده توسط سایر محققان و عموم به مرکز بایگانی فعال توزیع‌شده فرآیندهای زمینی ناسا (DAAC) تحویل داده می‌شود.
طیف سنج تصویربرداری مرئی/ فروسرخ هوابرد نسل بعدی (AVIRIS-NG) در JPL ساخته شد و برای اندازه گیری طول موج نور از 380 تا 2510 نانومتر طراحی شد. این هواپیما ماموریت های متعددی را انجام داده است و پدیده هایی مانند اکولوژی گیاهی، کانی شناسی، هیدرولوژی برف و یخ و مخاطرات زیست محیطی را مطالعه کرده است.
Carbon Mapper یک سازمان غیرانتفاعی است که بر تسهیل اقدامات به موقع برای کاهش انتشار گازهای گلخانه ای متمرکز است. ماموریت آن پر کردن شکاف‌های موجود در اکوسیستم جهانی در حال ظهور سیستم‌های پایش متان و دی‌اکسید کربن با ارائه داده‌هایی در مقیاس تسهیلات است که دقیق، به موقع و در دسترس است تا تصمیم‌گیری و اقدام مبتنی بر علم را تقویت کند. این سازمان توسعه مجموعه ماهواره‌های نقشه‌بردار کربن را با پشتیبانی یک مشارکت عمومی خصوصی متشکل از Planet Labs PBC، JPL، هیئت منابع هوایی کالیفرنیا، دانشگاه آریزونا، دانشگاه ایالتی آریزونا و RMI با حمایت مالی از High انجام می‌دهد. بنیاد Tide، Bloomberg Philanthropies، Grantham Foundation for the Protection of Environment، و سایر خیرین بشردوستانه.
نورها آسمان شب را در این تصویر از اروپا، از جمله لهستان، که از ایستگاه فضایی بین المللی گرفته شده است، درخشان می کنند. در آزمایشگاه مدارگرد OCO-3 ناسا قرار دارد، ابزاری که می تواند برای ردیابی تغییرات انتشار دی اکسید کربن در مقیاس محلی استفاده شود.
یک مطالعه موردی شامل بزرگترین نیروگاه زغال سنگ اروپا نشان می دهد که مشاهدات فضایی می توانند برای ردیابی انتشار دی اکسید کربن – و کاهش – در منبع استفاده شوند. دو مأموریت رصد زمین، محققان را قادر می‌سازد تا تغییرات انتشار دی‌اکسید کربن (CO2) را از یک تأسیسات، با استفاده از پنجمین نیروگاه بزرگ زغال‌سنگ جهان به عنوان نمونه آزمایشی، شناسایی و ردیابی کنند.
در مطالعه اخیر، محققان از اندازه‌گیری‌های مبتنی بر فضا از رصدخانه کربن مداری ناسا (OCO) 2 و 3 برای تعیین کمیت دی اکسید کربن تخلیه‌شده صدها مایل پایین‌تر در ایستگاه برق Bełchatów در لهستان، بزرگترین انتشار دهنده منفرد در اروپا، استفاده کردند. آنها با تجزیه و تحلیل ستون های انتشاری نیروگاه از چندین روگذر ماهواره ای بین سال های 2017 تا 2022، تغییراتی را در سطوح دی اکسید کربن شناسایی کردند که با نوسانات ساعتی تولید برق مطابقت داشت. تعطیلی موقت و دائمی واحد (برای تعمیر و نگهداری یا از کار انداختن) انتشار کلی کارخانه را کاهش داد، که تیم توانست آن را نیز تشخیص دهد.
به گفته دانشمندان، یافته ها نشان می دهد که مشاهدات مبتنی بر فضا می تواند برای ردیابی تغییرات انتشار دی اکسید کربن در مقیاس محلی استفاده شود.
این تصویر، ماهواره OCO-2 ناسا را نشان می‌دهد که در سال 2014 پرتاب شد. در حین گردش به دور زمین، این فضاپیما از انتشار دی‌اکسید کربن طبیعی و ساخته‌شده توسط انسان در مقیاس‌های مختلف از مناطق تا قاره‌ها نقشه‌برداری می‌کند. طیف‌سنج‌های آنالیز نور برای تشخیص نشانه‌های گاز تنظیم شده‌اند.
ماهواره OCO-2 ناسا که در سال 2014 پرتاب شد، از انتشار دی اکسید کربن طبیعی و ساخت انسان (انسانی) در مقیاس های مختلف از منطقه تا قاره نقشه برداری می کند. این ابزار به طور غیرمستقیم با اندازه گیری شدت نور خورشید که از سطح زمین منعکس شده و توسط دی اکسید کربن موجود در ستون هوا از زمین به ماهواره جذب می شود، از گاز نمونه برداری می کند. طیف‌سنج‌های OCO-2 برای تشخیص علامت خاص گاز CO2 تنظیم شده‌اند.
اجزای یدکی آن ماموریت برای ایجاد OCO-3، ابزاری که از سال 2019 در ایستگاه فضایی بین‌المللی پرواز کرده است، استفاده شد. به محققان این امکان را می دهد تا نقشه های کوچک دقیقی از یک منطقه مورد علاقه در مقیاس شهر ایجاد کنند.
آبیشک چاترجی، دانشمند پروژه ماموریت OCO-3 در آزمایشگاه پیشرانه جت ناسا در جنوب کالیفرنیا، گفت که هیچ یک از ابزارهای OCO در ابتدا به طور خاص برای تشخیص انتشار گازهای گلخانه ای از تأسیسات فردی مانند بلچاتوف طراحی نشده بودند، بنابراین یافته های جدید یک “سورپرایز خوشایند” است. او افزود: «به عنوان یک جامعه، ابزارها و تکنیک‌ها را اصلاح می‌کنیم تا بتوانیم اطلاعات بیشتری از آنچه در ابتدا برنامه‌ریزی کرده بودیم، از داده‌ها استخراج کنیم». ما در حال یادگیری هستیم که در واقع می‌توانیم در مورد انتشارات انسانی خیلی بیشتر از آنچه قبلاً انتظار داشتیم درک کنیم.»
این تصویر OCO-3 ناسا را نشان می دهد که در قسمت زیرین ایستگاه فضایی بین المللی نصب شده است. این ابزار که در سال 2019 راه اندازی شد، در اصل برای تشخیص انتشار دی اکسید کربن از تأسیسات فردی طراحی نشده بود، اما دانشمندان گفتند که در آینده برای مطالعات منبع نقطه ای بیشتری از آن استفاده خواهد شد.
ردیابی کربن در آینده
انتشار گازهای گلخانه ای از تاسیسات بزرگ مانند نیروگاه ها و پالایشگاه ها حدود نیمی از انتشار دی اکسید کربن جهانی از سوخت های فسیلی را تشکیل می دهد. نیروگاه Bełchatów که از سال 1988 در حال فعالیت است، بزرگترین نیروگاه با سوخت زغال سنگ در جهان است که ظرفیت آن 5102 مگاوات گزارش شده است. زغال سنگ قهوه ای (زغال سنگ قهوه ای) معمولاً منجر به انتشار بیشتر در هر مگاوات تولید شده نسبت به آنتراسیت (زغال سنگ سخت) می شود. دولت لهستان پیش نویس برنامه هایی را برای تعطیلی کارخانه تا پایان سال 2036 تهیه کرده است.
ری نصار، محقق ارشد محیط زیست و تغییرات آب و هوایی کانادا و نویسنده اصلی این مطالعه، خاطرنشان کرد که بیشتر گزارش‌های انتشار دی اکسید کربن از تخمین‌ها یا داده‌های جمع‌آوری‌شده در سطح زمین ایجاد می‌شوند. محققان حجم سوخت های فسیلی خریداری شده و مورد استفاده را محاسبه می کنند، سپس انتشارات مورد انتظار را محاسبه می کنند. آنها معمولاً اندازه گیری دی اکسید کربن اتمسفر واقعی را انجام نمی دهند.
نصار گفت: «جزئیات دقیق‌تر درباره زمان و مکان دقیق انتشار گازهای گلخانه‌ای اغلب در دسترس نیست. ارائه تصویری دقیق تر از انتشار دی اکسید کربن می تواند به ردیابی اثربخشی سیاست های کاهش انتشار کمک کند. رویکرد ما با OCO-2 و OCO-3 می تواند در نیروگاه های بیشتری اعمال شود یا برای انتشار دی اکسید کربن از شهرها یا کشورها اصلاح شود.
به دلیل مشاهدات حالت نقشه برداری OCO-3، داده های ناسا می تواند به طور گسترده تری در تعیین کمیت انتشار منبع نقطه ای CO2 در آینده استفاده شود. ناسا اخیراً اعلام کرد که عملیات ماموریت برای چندین سال دیگر در ایستگاه فضایی تمدید خواهد شد و این ابزار در کنار ناظر گازهای گلخانه ای دیگر در ایستگاه فضایی به نام تحقیق منبع غبار معدنی سطح زمین (EMIT) کار خواهد کرد.
چاترجی گفت: “این واقعاً هیجان انگیز است که فکر کنیم پنج تا شش سال دیگر با OCO-3 عملیات خواهیم داشت.” ما می بینیم که انجام اندازه گیری در زمان مناسب و در مقیاس مناسب بسیار مهم است.
او افزود که OCO-3 می تواند به عنوان یک “مسیر یاب” برای ماموریت های ماهواره ای نسل بعدی عمل کند. پروژه های OCO-2 و OCO-3 توسط JPL مدیریت می شوند. Caltech JPL را برای ناسا مدیریت می کند.
تغییرات کوچک در سطح زمین ممکن است قبل از اختلالات بزرگی مانند زلزله ریج کرست 2019 باشد که این پارگی را در صحرای موهاوی در کالیفرنیا بر جای گذاشت. دانشمندان ناسا در جستجوی الگوهای حرکتی که می تواند یک رویداد بزرگ را بشارت دهد، بر روی داده های مربوط به علائم حیاتی زمین تحقیق می کنند.
حرکات پنهان زیر زمین چه چیزی می تواند در مورد زلزله، فوران و حتی تغییرات آب و هوایی به ما بگوید؟ دانشمندان ناسا از داده های جمع آوری شده در 400 مایلی بالای زمین برای کشف این موضوع استفاده می کنند.
خزش، بالا آمدن، سقوط، لغزش – برخی از نقاط زمین در حرکت دائمی هستند. این حرکات معمولاً برای حواس انسان بسیار کوچک هستند، اما سرنخ هایی در مورد تغییرات مهم تری در داخل آتشفشان ها، در امتداد خطوط گسل و محل برخورد و برخورد صفحات تکتونیکی ارائه می دهند. به همین دلیل است که دانشمندان آزمایشگاه پیشرانش جت ناسا در جنوب کالیفرنیا از ابزارهای پیشرفته و تجزیه و تحلیل داده های خلاقانه برای یافتن و نظارت بر سطوح متحرک زمین استفاده می کنند. در اینجا چند چیز است که آنها اخیراً یاد گرفته اند.
کوه های متحرک
زمین شناسان بارها و بارها مجبور شدند برای جمع آوری اطلاعات در مورد چگونگی حرکت زمین، با استفاده از فناوری هایی مانند GPS و رسم هر اندازه گیری جدید بر روی نقشه های توپوگرافی، به میدان بروند. در دهه 1990، دانشمندان در JPL و جاهای دیگر تکنیک پردازش داده جدیدی را توسعه دادند که به آنها امکان می داد با استفاده از یک رادار به اندازه کافی کوچک برای نصب بر روی هواپیما یا ماهواره، تصاویر بسیار دقیقی به دست آورند.
پل لاندگرن، رئیس گروه سطح زمین و فضای داخلی JPL گفت: وقتی این داده‌های جدید شروع به جمع‌آوری کردند، «انگار می‌بینید که نقشه‌ها زنده می‌شوند». او گفت که در برخی موارد، “شما تقریباً به طور شهودی می توانید نوع مکانیسمی را که باعث فوران آتشفشانی می شود، درک کنید.”
آژانس های فضایی در سراسر جهان با استفاده از فناوری جدید – به نام رادار دهانه مصنوعی تداخل سنجی یا InSAR – شروع به پرتاب ابزارهای ماهواره ای کردند و اکتشافات از این روش جدید برای نگاه کردن به سیاره اجتناب ناپذیر بود. یکی در سال 2018 زمانی رخ داد که مقامات شیلی از گروه لوندگرن خواستند تا ارزیابی کنند که آیا آتشفشانی به نام نوادوس د چیلان ممکن است فوران کند یا خیر. لاندگرن با مطالعه تصاویر InSAR یک سال، هیچ تغییری در قله شیلی مشاهده نکرد. اما او متوجه شد که آتشفشان دیگر آرژانتینی به نام دومیو به سرعت در حال باد شدن است – نشانه ای از فوران احتمالی.
با بررسی داده های قبلی، لوندگرن و تارسیلو جیرونا (یک دانشجوی فوق دکترا در JPL در آن زمان که اکنون در دانشگاه آلاسکا، فیربنکس است) دریافتند که Domuyo در واقع بین سال های 2008 و 2011 کاهش یافته است. در اواسط سال 2014 شروع به تورم کرد و حدود 20 اینچ افزایش یافت. (50 سانتی متر) تا زمانی که لوندگرن آن را دید. Domuyo در سال 2020 به بالاترین حد خود رسید و اکنون بدون فوران دوباره در حال کاهش است.
پس از تجزیه و تحلیل بیشتر داده‌های دمای سطح زمین از دستگاه‌های ماهواره‌ای طیف‌سنج تصویربرداری با وضوح متوسط ناسا، لوندگرن و جیرونا به این نتیجه رسیدند که در حالی که افزایش ماگما باعث باد شدن دومیو می‌شود، گازهای حاصل از ماگما می‌توانند از طریق سنگ پخش شوند و فشار داخل کوه را کاهش دهند. گاز خارج شده گهگاه باعث ایجاد انفجاری جزئی در شیب ها می شود، اما آتشفشان در نهایت بدون ایجاد فشار به یک انفجار بزرگ تخلیه می شود.
لاندگرن گفت: «دومویو در 100000 سال گذشته فوران نکرده است، بنابراین این رفتار احتمالاً در طول زمان رخ داده است. “با این حال، ما باید به تماشای آن ادامه دهیم.”
دانشمندان در حال جستجوی داده‌های ماهواره‌ای InSAR برای یافتن آتشفشان‌های دیگری در سراسر جهان هستند که به‌طور اپیزودیک بالا و پایین می‌روند. لوندگرن گفت: «ممکن است رفتاری وجود داشته باشد که اگر می‌توانستید آن را درک کنید، ممکن است بتوانید زمان فوران چیزی را پیش‌بینی کنید.
در این تصاویر رادار دیافراگم مصنوعی تداخل سنجی از آتشفشان آرژانتینی Domuyo، هر تغییر رنگ با تغییر حدود 4 اینچ (10 سانتی متر) در ارتفاع مرتبط است. تصویر تک رنگ، سمت چپ، قد دومیو را بین سال‌های 2013 و 2014 ثابت نشان می‌دهد. تصویر چند رنگ تورم سریع بین سال های 2015 و 2019 را نشان می دهد.
گسل های چسبنده
زمین لرزه ها در مکان هایی رخ می دهند که دو طرف یک خط گسل به هم چسبیده یا قفل شده اند. همانطور که صفحات تکتونیکی زیر گسل به حرکت خود ادامه می دهند، فشار روی ناحیه قفل شده ایجاد می شود تا زمانی که گسل از هم جدا شود.
با این حال، همه خطاها قفل نمی شوند. گسل هایوارد را در نظر بگیرید که یکی از دو گسل خطرناک کالیفرنیا محسوب می شود. این گسل که در طول 75 مایل (120 کیلومتر) در امتداد سمت شرقی خلیج سانفرانسیسکو در زیر زمین های پرجمعیت قرار دارد، اکنون از میانگین 150 سال فاصله بین زمین لرزه ها گذشته است.
اریک فیلدینگ، دانشمند JPL گفت: «گسل هایوارد غیرعادی است. بخش‌هایی از گسل دائماً در حال لغزش هستند، حرکتی که ما آن را خزش گسل می‌نامیم.» گسل های خزنده احتمال کمتری برای ایجاد زمین لرزه های بزرگ دارند زیرا این حرکت باعث کاهش تنش می شود. با داده‌های جمع‌آوری‌شده از ده‌ها پرواز InSAR هوابرد ناسا از سال 2009، فیلدینگ و همکارانش در حال نقشه‌برداری از مکان‌هایی هستند که گسل هایوارد در حال خزیدن است تا بهتر بفهمند که چه مقدار از آن در زلزله بزرگ بعدی احتمال لغزش دارد. چنین اطلاعاتی می تواند به برنامه ریزان کمک کند تا بهتر آماده شوند.
ژن لیو JPL از داده‌های InSAR، اندازه‌گیری‌های GPS و مدل‌های عددی برای مطالعه نوع متفاوتی از حرکت در شمال غربی اقیانوس آرام، جایی که صفحه تکتونیکی Juan de Fuca در حال غواصی در فراساحل زیر صفحه آمریکای شمالی است، استفاده می‌کند. صفحه کوچک Juan de Fuca زمین بالای خود را می بندد و خط ساحلی را برای حدود 14 ماه در یک زمان به سمت شرق می کشد. در نهایت، استرس خیلی زیاد می شود و به مدت دو هفته زمین به آرامی به سمت غرب می لغزد.
تکرار منظم رویدادهای آهسته لغزش مانند این نیز در نیوزیلند و جاهای دیگر مشاهده شده است. لیو خاطرنشان کرد که وقتی این الگوها تغییر می کنند، “شواهد فزاینده ای وجود دارد که رویدادهای کند لغزش ممکن است منادی زلزله های بزرگ باشند.” در مطالعه اخیر با Yingdi Luo از Caltech، لیو پیشنهاد کرد که چرخه 14 ماهه در شمال غربی ممکن است قبل از زلزله بزرگ بعدی سرعت بیشتری بگیرد.
فیلدینگ و لیو منتظر پرتاب سال 2024 ماموریت رادار دیافراگم مصنوعی ناسا-سازمان تحقیقات فضایی هند (NISAR) هستند که مجموعه ای از داده های جدید InSAR را ارائه می دهد. NISAR هر 12 روز هر مکان روی زمین را رصد می‌کند – پوشش بهتری نسبت به ماهواره‌های موجود – احتمال مشاهده حرکات غیرعادی زمین و بهبود قابلیت‌های هشدار اولیه را افزایش می‌دهد.
ارتقاء کانادا
کاهش خطرات ناشی از خطرات طبیعی تنها انگیزه مطالعه حرکت سطح زمین نیست. دانشمندان همچنین می خواهند بفهمند که چگونه فرآیندهای طبیعی با تغییرات آب و هوایی ناشی از انسان در تعامل هستند.
نمونه ای از این موضوع این است که چگونه خم شدن و صاف شدن صفحه تکتونیکی آمریکای شمالی بر سطح دریاها از فلوریدا تا قطب شمال تأثیر می گذارد. در طول آخرین عصر یخبندان، صفحات یخی به ضخامت چندین مایل در نیمه شمالی صفحه تکتونیکی آمریکای شمالی انباشته شدند و آن را در گوشته زیر له کردند (30 تا 50 مایل یا 50 تا 80 کیلومتر پایین). سطح کانادای مدرن با بیرون ریختن مواد گوشته از زیر وزن اضافی غرق شد و بسیاری از ایالات متحده مدرن با سرازیر شدن آن مواد جابجا شده بالا آمدند.
اگرچه 8000 سال از ذوب شدن ورقه های یخ می گذرد، گوشته زیر آمریکای شمالی هنوز از فشار در حال بهبود است. مواد گوشته برگشتی، توده خشکی کانادا را بالاتر از اقیانوس بلند کرده است – به اندازه ای بالا که از افزایش سطح جهانی دریاها پیشی بگیرد. اما جریان مواد گوشته به سمت شمال باعث غرق شدن سواحل شرقی و جنوبی ایالات متحده شده است و خطرات ناشی از افزایش سطح دریا را که با تغییرات آب و هوایی جهانی همراه بوده است، تشدید می کند.
برای درک روند افزایش سطح دریا در آینده، باید در مورد این روند طبیعی بیشتر بدانیم: تا کی ادامه خواهد داشت؟ گوشته برگشتی چقدر جلوتر خواهد رفت؟ دانشمندان در حال توسعه مدل‌های کامپیوتری فرآیندهای جامد زمین برای کمک به پاسخ به چنین سؤالاتی هستند. اخیراً، دانشمند JPL، دونالد آرگوس، از داده‌های ماهواره‌های بازیابی گرانش و آزمایش آب و هوای ناسا-آلمان (GRACE) و اندازه‌گیری‌های GPS و سطح دریا برای شروع ارزیابی چسبندگی (ویسکوزیته) گوشته استفاده کرده است که بر میزان بازیابی سطح تأثیر می‌گذارد. . آرگوس گفت: “ما برای تخمین از دست دادن برف و یخ و درک افزایش سطح دریا به GRACE وابسته هستیم، اما شما باید مدل را به درستی دریافت کنید.”
تیم استودیوی مشاوره معماری WDS-LAB مستقر در لندن با استفاده از فناوری پهپاد و فتوگرامتری برای تخمین میزان انرژی خورشیدی قابل جذب در محیط‌های شهری، جریان کاری جدیدی ایجاد کرده‌اند. درک بهتر از مقدار انرژی خورشیدی که می‌توان مستقیماً از پشت بام‌ها جمع‌آوری کرد، می‌تواند از وظیفه پیچیده انتقال مناطق مسکونی کم تراکم موجود به انرژی‌های تجدیدپذیر پشتیبانی کند.
برای تحقق توافقنامه پاریس، حفظ گرمایش جهانی زیر 1.5 درجه سانتیگراد و رسیدن به “صفر خالص” در سال 2050، انتشار CO2 در مناطق مسکونی باید حداقل 78٪ در دهه آینده کاهش یابد. در سال 2020، طبق گزارش آمار مصرف برق و گاز زیر ملی ارائه شده توسط وزارت انرژی تجاری و استراتژی صنعتی، میانگین مصرف سالانه برق خانگی در بریتانیا 3750 کیلووات ساعت بود، در حالی که متوسط مصرف برق خانگی 2900 کیلووات ساعت بود (شکل 2). ).
با این حال، به گفته کمیته تغییرات آب و هوایی بریتانیا، حدود 29 میلیون خانه در بریتانیا دارای سیستم های ساخت و ساز قدیمی هستند و مسئول هدر دادن مقادیر زیادی انرژی برای گرمایش و/یا سرمایش در طول سال هستند. انرژی خورشیدی می‌تواند نقش مهمی در بازسازی خانه‌ها ایفا کند تا به آنها کمک کند تا درصد قابل‌توجهی از انرژی مورد نیاز خود را از انرژی‌های تجدیدپذیر به طور مستقیم در محل تامین کنند.
شکل 1: یک DJI Mavic Enterprise Advanced با لنز دوگانه و DJI Air 2S برای پروژه استفاده شد.
تیم WDS-LAB مطالعه‌ای را برای تخمین میزان انرژی خورشیدی قابل جذب در محیط‌های شهری انجام دادند. این تیم برای این مطالعه به تصاویر وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپاد ) تکیه کردند زیرا راه حلی مقرون به صرفه است. علاوه بر این، مدل های فتوگرامتری سه بعدی را با وضوح و دقت بالاتر نسبت به تصاویر ماهواره ای فعال می کند.
دقت مدل مش سه بعدی عامل مهمی در این پروژه به منظور ساخت مدل دقیق از ساختمان های مسکونی و به دست آوردن شیب مناسب سقف ها به منظور محاسبه میزان انرژی خورشیدی به آنها بود. این کار با استفاده از روش طبقه بندی هندسی مناسب انجام شد. هنگامی که مشخصات پنل های فتوولتائیک خورشیدی مشخص شد، می توان میزان برق تولید شده توسط یک آرایه پنل خورشیدی در ماه را به طور دقیق پیش بینی کرد.
این اطلاعات به طور بالقوه برای شوراهای محلی و سایر مقامات دولتی و همچنین صاحبان خانه جالب است. مطالعات آزمایشی اولیه بر روی محله‌های لندن انجام شد، اما از نظر تئوری این تکنیک پیمایشی را می‌توان در هر نقطه از جهان به کار برد.
شکل 2: توزیع برق مصرفی خانگی در بریتانیای کبیر (از وزارت انرژی تجاری و استراتژی صنعتی).
تولید مدل فتوگرامتری سه بعدی
روش توسعه یافته توسط WDS-LAB برای تعیین کمیت انرژی رسیده به پشت بام ها، میزان مساحتی را در نظر می گیرد که می تواند برای نصب آرایه های پانل های فتوولتائیک مستطیلی (PV) تجاری مناسب باشد. برای تولید مدل فتوگرامتری، از پهپاد تجاری DJI Enterprise Advanced مجهز به لنز دوگانه استفاده شد: یک لنز برای طیف حرارتی و یک لنز برای طیف نور مرئی (که قادر به دریافت تصاویر 48 مگاپیکسلی بود).
روش ثبت تصاویر برای مدل فتوگرامتری متکی بر ایجاد یک مأموریت پرواز نقشه برداری از پهپاد از پیش برنامه ریزی شده بود، به طوری که تصاویر می توانند به طور خودکار با توزیع یکنواخت و زاویه دوربین اوج جمع آوری شوند. وضوح بالای اپتیک پهپاد به این معنی است که پهپاد می تواند در حداکثر ارتفاع 120 متری مطابق با مقررات فضای هوایی در لندن پرواز کند و امکان پوشش منطقه وسیع تری را در زمان کمتری فراهم کند.
شکل 3: طبقه بندی ابر نقطه ای با Agisoft Metashape.
پس از جمع‌آوری مجموعه داده‌های تصویر، تیم تصاویر را با استفاده از نرم‌افزار فتوگرامتری Agisoft Metashape جمع‌آوری کرد و یک مدل سه‌بعدی بافت‌دار دقیق به دست آورد. با استفاده از الگوریتم یادگیری ماشین برای طبقه‌بندی خودکار ابر نقطه، می‌توان ساختمان‌ها را از همه ویژگی‌های دیگر (مانند درختان، خیابان‌ها و عناصر زمین) جدا کرد، که مراحل بعدی تجزیه و تحلیل قرار گرفتن در معرض خورشید را بر روی هندسه سقف ساده‌سازی کرد.
شکل 4: نمودار مسیر خورشید و نتایج تابش خورشید بر روی سقف های ایجاد شده با Rhinoceros 3D و Grasshopper.
با توجه به پیشینه معماری تیم WDS-LAB، آنها بر ابزارهای مدل سازی مش سه بعدی خارج از قلمرو نرم افزار نقشه برداری معمولی تکیه کردند. Rhinoceros 3D از آنجایی که در بین معماران و طراحان شهری رایج است مورد استفاده قرار گرفت. این امکان پردازش مش سه بعدی، رندر و تجسم بافت را فراهم می کند. همچنین به یک پلت فرم برنامه نویسی بصری چشمگیر مجهز شده است که امکان ایجاد الگوریتم های پیچیده برای تجزیه و تحلیل داده های محیطی سه بعدی (Grasshopper 3D) را با در نظر گرفتن پایگاه داده های آب و هوای محلی فراهم می کند.
الگوریتم‌های به‌دست‌آمده توانستند شبکه را به‌طور خودکار برش دهند و هندسه‌های سقف را طبقه‌بندی کنند و آنها را از بقیه سطوح ساختمان جدا کنند. این باعث کاهش تعداد چند ضلعی هایی شد که باید توسط موتور آنالیز خورشیدی تجزیه و تحلیل شوند.
تجزیه و تحلیل دسترسی خورشیدی تعداد ساعت‌های خورشید و تشعشع خورشیدی برخوردی یک هندسه می‌تواند در یک دوره زمانی معین دریافت کند و انباشتگی آن را در هر سطح مش محاسبه کرد. این فرآیند مقادیر تابش افقی جهانی ساعتی و سایه هایی را که هر عنصر مجاور می تواند بر روی آنها ایجاد کند در نظر می گرفت. این یک عملیات محاسباتی سنگین بود، اما برش و طبقه بندی کل فرآیند تجزیه و تحلیل را بسیار سریعتر از تلاش برای تجزیه و تحلیل همه چیز به یکباره کرد.
شکل 5: تصویری که روند طبقه بندی و استخراج سقف ها را نشان می دهد.
محاسبه مساحت پنل های خورشیدی روی سقف
سقف‌های مسکونی اغلب دارای بی‌نظمی‌هایی مانند دودکش‌ها و ویژگی‌های مخابراتی یا سایر عناصر هستند که می‌توانند ادغام پنل‌های خورشیدی مستطیلی تجاری با ابعاد 1×1.7 متر را دشوار کنند. با این وجود، تخمین زده شد که 80 درصد از سطوح سقف از نظر هندسی برای تخصیص پانل های PV مناسب است، که به این معنی است که مساحت کل 17000 متر مربع از صفحات خورشیدی را می توان بر روی سقف های محله نمونه برداری شده نصب کرد (شکل 6).
شکل 6: مساحت تخمینی پنل های خورشیدی که روی پشت بام های همسایگی قرار می گیرند.
محاسبه سهم انرژی خورشیدی از پانل های خورشیدی
برای این مطالعه، تیم از پایگاه‌های داده استاندارد برای پانل‌های فتوولتائیک خورشیدی استفاده کرد و مقادیری را که در شکل 11 می‌توان مشاهده کرد، در نظر گرفت. در مجموع 2,335,016 کیلووات ساعت انرژی. بر اساس میانگین مصرف سالانه خانوارها در بریتانیای کبیر طبق وزارت انرژی تجاری و استراتژی صنعتی (2900 کیلووات ساعت در سال برای هر خانوار)، این مقدار انرژی خورشیدی که مستقیماً از پشت بام ها جمع آوری می شود، می تواند سالانه 800 خانوار را تامین کند.
از باتری ها برای ذخیره انرژی برای استفاده در شب استفاده می شد. از آنجایی که محله نمونه برداری شده دارای 258 اقامتگاه بود، به این نتیجه رسیدیم که اگر انرژی تولید شده در طول سال انباشته شود، سقف ها می توانند سه برابر انرژی مورد نیاز خورشیدی را جمع آوری کنند.
شکل 7: هندسه های طبقه بندی شده استخراج شده از مدل فتوگرامتری.
نتیجه گیری
استفاده از ابزارهای شبیه‌سازی محیطی معماری بر روی مدل‌های فتوگرامتری ثبت‌شده با هواپیماهای بدون سرنشین، سیستمی سریع و قابل اعتماد است که می‌تواند به ارزیابان انرژی و معماران کمک کند تا پتانسیل بهره‌برداری محلی از منابع انرژی تجدیدپذیر در محیط‌های شهری را بهتر درک کنند.
به لطف این گردش کار آزمایشی، WDS-LAB تخمین می‌زند که PVهای تخصیص داده شده در پشت بام محله‌ای مانند محله مورد مطالعه می‌توانند انرژی بیشتری از انرژی‌های تجدیدپذیر تولید کنند. انرژی اضافی را می توان برای تامین انرژی ساختمان های دیگر استفاده کرد و با مناطق دیگر با تراکم مسکونی بالاتر تعادل ایجاد کرد، بنابراین به شهری مانند لندن کمک کرد تا ردپای کربن خود را کاهش دهد.
پهپادها و فتوگرامتری ابزارهای عالی برای مطالعه روش‌های جدید برای ادغام انرژی‌های تجدیدپذیر در بافت‌های شهری هستند که به دستیابی به هندسه‌های دقیق‌تر و در نظر گرفتن وضعیت موجود «به عنوان ساخته شده» کمک می‌کنند. این کار نسبت به استفاده از مدل‌های CAD جمع‌آوری ساده‌شده که به‌صورت آنلاین از سازمان‌های مختلف در دسترس است، دقت بیشتری به فرآیند می‌دهد. اینها به طور منظم به روز نمی شوند و به طور کلی تغییرات احتمالی در سطوح ساختمان ها و عناصر بافت اطراف را در نظر نمی گیرند.
شکل 8: مدل سه بعدی فتوگرامتری محله بافت قبل از طبقه بندی سقف ها برای تجزیه و تحلیل خورشیدی.
تیم WDS-LAB به مطالعه مناطق شهری بیشتر برای گسترش پایگاه داده و ارزیابی پتانسیل کامل محله‌های لندن برای نصب پانل‌های PV برای کمک به انتقال شهر به انرژی‌های تجدیدپذیر ادامه خواهد داد. شکی نیست که انرژی خورشیدی شهری نقش مهمی در کاهش انتشار کربن خواهد داشت. مطالعاتی مانند این به افزایش آگاهی در مورد اینکه سقف خانه‌های مردم می‌تواند دسترسی ارزشمندی به انرژی‌های تجدیدپذیر ارائه دهد، کمک می‌کند.
شکل 9: میانگین ساعات خورشید در هر سقف، که در نتیجه یک نقشه گرما از توزیع خورشیدی ایجاد می شود.
شکل 10: سهم ماهانه آرایه خورشیدی. محاسبات با مقایسه نتایج با استفاده از دو موتور مختلف (Ladybug Legacy و Climate Studio) اعتبارسنجی شدند.
شکل 11: نتایج بر اساس مقادیر استاندارد برای پانل های فتوولتائیک خورشیدی.
پروژه نقشه برداری بستر فوران تونگا (TESMaP) یک ماموریت مشترک برای کشف اثرات زیر دریای فوران آتشفشان هونگا-تونگا هونگا-هااپای در ژانویه 2022 است. موسسه ملی تحقیقات آب و جو نیوزیلند (NIWA) و بنیاد نیپون ژاپن با استفاده از دانش، تجربه و منابع جمعی خود امیدوارند که بفهمند چه اتفاقی افتاده است، چه مقدار مواد جابجا شده است و آتشفشان به چه شکلی باقی مانده است. کمک به بهبود پیش‌بینی سونامی و پیش‌بینی بهتر اثرات انفجار آتشفشان‌های زیردریایی، که به نوبه خود به محافظت از مردم در برابر بلایای طبیعی مشابه در آینده کمک می‌کند.
در 15 ژانویه 2022، یک کشور اقیانوس آرام جنوبی با بیش از 104000 نفر شاهد فوران غیرمنتظره و بی سابقه آتشفشان هونگا-تونگا هونگا-هااپای (HT-HH) بود. تاثیر فوری عواقب فاجعه باری برای جزایر مجاور تونگا داشت. جزیره اصلی Tongatapu با خاکستر سمی فرش شده بود و رونق صوتی در سراسر جهان سفر کرد. شکل بستر دریا بر سرعت و اندازه سونامی حاصل تأثیر زیادی داشت.
مرگ و میر و خسارت تا آمریکای جنوبی ثبت شد و امواج استرالیا، نیوزلند و ژاپن را درنوردید و حتی سواحل کالیفرنیا، آلاسکا و شیلی را لمس کرد. همچنین کابل‌های فیبر نوری زیردریایی را که تونگا را به جهان متصل می‌کرد، قطع کرد و این کشور را در خاموشی طولانی‌مدت قرار داد.
در آوریل 2022، مؤسسه ملی تحقیقات آب و جو نیوزیلند (NIWA) و بنیاد نیپون ژاپن، مأموریت مشترکی را برای کشف اثرات زیردریایی انفجار، با استفاده از دانش، تجربه و منابع جمعی خود برای ایجاد تصویری دقیق و ارزشمند اعلام کردند. از پیامدهای فوران در زیر سطح اقیانوس.
پروژه نقشه برداری بستر فوران تونگا (TESMaP) توسط بنیاد نیپون تامین می شود و توسط The Nippon Foundation-GEBCO Seaabed 2030 Project، که هدف آن نقشه برداری از کل کف اقیانوس جهان تا سال 2030 و ارائه این اطلاعات از طریق یک نقشه قطعی رایگان است، پشتیبانی می شود.
نمای هوایی از آتشفشان هونگا-تونگا هونگا-هاآپای (HT-HH). (تصویر با حسن نیت ارائه شده: تیم نظرسنجی SEA-KIT NIWA-Nippon Foundation TESMaP)
مدل سازی فوران های آینده
در حال حاضر حدود 680 میلیون نفر در مناطق ساحلی زندگی می کنند و انتظار می رود این رقم در کمتر از 30 سال به یک میلیارد نفر افزایش یابد. این جوامع ساحلی با خطر فزاینده طوفان و سونامی روبرو هستند که می تواند کل محله ها را از بین ببرد و زندگی را در عرض چند دقیقه به خطر بیندازد. از آنجایی که آتشفشان‌های مشابه متعددی در سرتاسر جهان وجود دارد، به‌ویژه در امتداد حلقه آتش اقیانوس آرام، فوران HT-HH یک خطر حیاتی برای جامعه را برجسته می‌کند که با کمبود دانش تشدید می‌شود.
از طریق تحقیقات و بررسی های دقیق، گسترش دانش جمعی از توپوگرافی زیر دریا برای درک آنچه اتفاق افتاده، چه مقدار مواد جابجا شده است و چه شکلی آتشفشان باقی مانده حیاتی است. این اطلاعات امکان بهبود پیش بینی سونامی و پیش بینی بهتر اثرات انفجار را فراهم می کند. آتشفشان های زیر دریا، که به نوبه خود به محافظت از مردم در برابر بلایای طبیعی مشابه در آینده کمک می کند.
در فاز یک TESMaP که بین آوریل و مه انجام شد، دانشمندان نیوا در کشتی تحقیقاتی RV Tangaroa اقیانوس اطراف HT-HH را بررسی کردند که هزاران کیلومتر مربع را پوشش می‌دهد و تصاویر ویدیویی از برخورد فوران جمع‌آوری می‌کند. فاز دوم، که بین ژوئیه و آگوست انجام شد، از کشتی 12 متری بدون سرنشین (USV) Maxlimer SEA-KIT International برای انجام یک ماه نقشه برداری بیشتر در داخل دهانه دهان استفاده کرد. این تحقیق – که در منطقه ای انجام شده است که به دلایل ایمنی نمی تواند توسط NIWA بررسی شود – برای یافته های کلی پروژه بسیار مهم است.
SEA-KIT USV Maxlimer در حال آماده شدن برای اعزام به تونگا.
مواد جابجا شده
با توجه به بزرگی شدید انفجار، تغییرات چشمگیری در آتشفشان قابل انتظار بود. اما در عوض، محققان کشتی RV Tangaroa برای این سفر یک ماهه از یافتن آن هنوز تا حد زیادی دست نخورده شگفت زده شدند. دانشمندان نیوا در مجموع 22000 کیلومتر مربع از بستر دریای اطراف را نقشه برداری کردند و تغییراتی را در مساحت 8000 کیلومتر مربع مشاهده کردند.
آنها تا هفت کیلومتر مکعب مواد جابجا شده را ثبت کردند – برای پر کردن سه میلیون استخر شنای المپیک کافی است. کابل اینترنت خانگی قطع شده تونگا در زیر 30 متر خاکستر و رسوب مدفون شد و دانشمندان گل شنی و امواج عمیق خاکستر را تا 50 کیلومتری آتشفشان پیدا کردند.
تأثیرات اکوسیستم
تأثیرات روی اکوسیستم نیز مورد بررسی قرار گرفت. این آتشفشان فاقد بیولوژی بود، اما به طور قابل توجهی ویژگی هایی در فاصله 15 کیلومتری وجود داشت که هنوز دارای جمعیت های فراوان و متنوعی از حیات دریایی بود. کوه‌های دریایی اطراف دارای تنوع زیستی معمولی مانند مرجان‌ها، اسفنج‌ها، ستاره‌های دریایی و صدف‌ها بودند که نشان‌دهنده انعطاف‌پذیری چنین اکوسیستم‌های دریایی است و به دانشمندان مبنایی برای نظارت بر بازیابی در آینده می‌دهد.
داده های اولیه ستون آب نشان داد که هنوز در حال بهبود است و مقداری خاکستر معلق در هوا هنوز به طور کامل در کف دریا ته نشین نشده است. همچنین شواهدی وجود دارد که نشان می دهد آتشفشان ممکن است همچنان در حال فوران باشد، با یک لایه خاکستر متراکم که در ستون آب بالایی نزدیک محل یافت می شود.
USV Maxlimer در تونگا.
نقشه برداری شکاف ها با USV
به عنوان بخشی از فاز دو، USV Maxlimer شکل فعلی دهانه دهان را ترسیم کرد و شرایط محیطی آب بالای آن را اندازه‌گیری کرد، در حالی که همه اینها از راه دور از پایگاه SEA-KIT در بریتانیا، در فاصله 16000 کیلومتری، کنترل می‌شدند. استفاده از USV Maxlimer به عنوان یک پلتفرم قابل تنظیم برای طیف وسیعی از حسگرها، فرصتی منحصر به فرد برای جمع آوری داده ها به طور ایمن و پیوسته از داخل دهانه دهان در طول یک ماه کامل فراهم کرد
. در طول این ماموریت، USV Maxlimer فقط 100 لیتر سوخت در روز مصرف کرد که کمتر از 2 درصد مصرف سوخت یک کشتی معمولی است. علاوه بر کاهش خطر برای مردم، استقرار یک USV برای بررسی در داخل دهانه دهان باعث می شود انتشار کربن برای پروژه کم باقی بماند.
این اولین باری بود که از یک یو اس وی برای این نوع ماموریت استفاده شد و نشان داد که چگونه این فناوری راه‌های جدیدی را برای درک اقیانوس‌های ما پیش‌گام است. Maxlimer، اولین SEA-KIT X-class USV، کشتی آزمایش و توسعه این شرکت است.
او بخشی از برنده جایزه Nippon Foundation-GEBCO در نمایشگاه Shell Ocean Discovery XPRIZE در سال 2019 بود و از آن زمان به «اولین‌های» متعددی دست یافت، از جمله اولین بازرسی خط لوله دریایی بدون خدمه و اولین ترانزیت تجاری بین‌المللی بدون خدمه در سال 2019. USV همچنین 22 روز کار را به پایان رساند. عملیات بررسی از راه دور در حاشیه قاره اروپا در سال 2020، نقشه برداری بیش از 1000 کیلومتر مربع از کف اقیانوس.
جمع آوری داده ها در زمان واقعی
سنسورهای موجود در عرشه داده‌های عمق سنجی، داده‌های پراکندگی پشتی ستون آب، سرعت صوت، رسانایی، دما، کدورت، کاهش اکسیداسیون، فشار با عمق و داده‌های جاری را جمع‌آوری کردند، که همگی درک تأثیر زیردریایی فوران و فعالیت‌های مداوم را توسعه داده و پشتیبانی می‌کنند.
USV از قابلیت وینچ تازه نصب شده برای فرورفتگی حسگرها و یدک‌ها برای جمع‌آوری داده‌های ستون آب تا عمق 300 متری و ارائه نگاه دقیق‌تری به لایه رسوب معلق استفاده کرد. این مجموعه داده‌های اقیانوس‌شناسی به شناسایی لایه‌های فعالیت زمین گرمایی و همچنین تغییر در شوری و ذرات محلول کمک می‌کند و برای مطالعات مقایسه‌ای با نمونه‌های جمع‌آوری‌شده در خارج از دهانه دهان توسط RV Tangaroa استفاده خواهد شد.
Maxlimer به همراه سه عضو تیم SEA-KIT حدود 40 روز در Nuku’alofa، تونگا مستقر بودند. در طول این مدت، کشتی همچنین برای استفاده برای بررسی‌های زیست‌محیطی قبل از کابل‌گذاری جدید احتمالی برای اتصال مجدد جزایر، و همچنین برای نقشه‌برداری از آتشفشان‌های دیگر در منطقه و ایجاد نقشه‌های تغییر از فوران‌های قبلی در دسترس بود.
SEA-KIT USV Maxlimer در حال بازگشت از Caldera HT-HH در تونگا.
مأموریت ماهواره‌ای آب‌های سطحی و توپوگرافی اقیانوس (SWOT) در حال حاضر در محفظه محموله‌اش برای آماده‌سازی برای پرتاب قرار داده شده است. تکنسین های تاسیسات پردازش اسپیس ایکس در پایگاه نیروی فضایی وندنبرگ در کالیفرنیا این عملیات را به پایان رساندند و به زودی فیرینگ را با بالای موشک فالکون 9 جفت خواهند کرد. فیرینگ از ماهواره در برابر فشار آیرودینامیکی و گرمایش در هنگام صعود محافظت می کند. پس از فرار موشک از جو زمین، فیرینگ به دو نیمه تقسیم می شود که به زمین باز می گردد.
هنگامی که SWOT در مدار قرار گرفت، ارتفاع آب موجود در آب های شیرین و اقیانوس ها را در بیش از 90 درصد از سطح زمین اندازه گیری می کند. این اطلاعات بینشی در مورد چگونگی تأثیر اقیانوس بر تغییرات آب و هوا ارائه می دهد. چگونه گرم شدن جهان بر دریاچه ها، رودخانه ها و مخازن آب تأثیر می گذارد. و چگونه جوامع می توانند بهتر برای بلایا، مانند سیل آماده شوند.
SWOT یک تلاش مشترک توسط ناسا و مرکز ملی d’Etudes Spatiales (CNES) با مشارکت آژانس فضایی کانادا (CSA) و آژانس فضایی بریتانیا است.
پرتاب برای 15 دسامبر در ساعت 3:46 بامداد به وقت PST از مجتمع پرتاب فضایی 4E در واندنبرگ هدف گذاری شده است.
حال و هوای Intergeo 2022 تقریباً شبیه به دوران قبل از همه‌گیری بود و طیف گسترده‌ای از راه‌حل‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری نوآورانه به نمایش درآمد. صنعت زمین فضایی به وضوح به تجارت بازگشته است! علاوه بر این، با تعداد بسیار زیاد شرکت‌هایی که قبلاً برای نمایشگاه سال آینده ثبت‌نام کرده‌اند، به نظر می‌رسد همه سیستم‌ها به دنبال یک Intergeo 2023 حتی بزرگتر و بهتر در برلین هستند.
Intergeo 2022 اولین نسخه حضوری از زمانی بود که COVID-19 جهان را به بن بست رساند، بنابراین بسیاری از علاقه مندان به زمین فضایی برای مدت طولانی منتظر آن بودند. و بر اساس حال و هوای مرکز نمایشگاه در اسن در طول سه روز این رویداد، آنها به وضوح ناامید نشدند، زیرا جو در نمایشگاه تجاری و کنفرانس پیشرو در جهان برای حرفه نقشه برداری و نقشه برداری تقریباً شبیه به زمان های همه گیر قبل بود.
در حالی که نسخه امسال این رویداد رسماً به عنوان یک نسخه ترکیبی توصیف شد، در واقع می توان آن را به عنوان یک گام بزرگ در جهت بازگشت همه چیز به حالت عادی دانست. با این اوصاف، کووید-19 به وضوح آثاری از خود بر جای گذاشته است، زیرا تعدادی از غرفه‌داران با غرفه‌های کوچک‌تری نسبت به سال‌های گذشته حضور داشتند. محدودیت آنها قابل درک است، زیرا عدم اطمینان مداوم در جهان باعث شده است که بسیاری از مشاغل دو بار در مورد بودجه و تصمیمات سرمایه گذاری فکر کنند.
برای دیدن سخت افزار، نرم افزار و همتایان هیجان زده هستم
با این حال، به محض اینکه Intergeo 2022 درهای خود را در اسن، دومین شهر بزرگ در منطقه روهر، که بزرگترین منطقه شهری آلمان است و قلب تپنده Wirtschaftswunder (معجزه اقتصادی) آلمانی بود، به سرعت راه را برای هیجان باز کرد. دهه 1950 و 1960 برای بسیاری از تقریباً 14000 بازدیدکننده، یکی از دلایل کلیدی برای شرکت به وضوح ملاقات با دوستان قدیمی (و جدید) و در نهایت دیدن همتایان خود در جامعه ژئوماتیک در زندگی واقعی بود، که البته بسیار لذت بخش تر است. از تلاش برای تعامل روی صفحه نمایش این امر قطعا به فضای پرنشاطی که فضای سالن های نمایشگاه را پر کرده بود افزود.
به محض اینکه Intergeo 2022 درهای خود را در Essen باز کرد، هر تردیدی به سرعت جای خود را برای هیجان باز کرد. (ارسالی از: Fokuspokus Media)
نیازی به گفتن نیست که Intergeo 2022 بسیار بیشتر از فرصتی برای ملاقات حضوری با افراد بود. همچنین مکان مناسبی برای دریافت به‌روزرسانی عمده در مورد آخرین راه‌حل‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری بود که باعث رشد صنعت زمین‌فضایی می‌شوند، از راه‌حل‌های نقشه‌برداری زمینی گرفته تا وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین (پهپادها یا پهپادها) و سایر راه‌حل‌های خودکار برای ثبت واقعیت جهان.
بازدیدکنندگان همچنین می‌توانند نمونه‌های متعددی را ببینند که چگونه سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی پیشرفته امروزی و راه‌حل‌های مدلسازی اطلاعات ساختمان (BIM) پتانسیل خود را در تجزیه و تحلیل داده‌ها، نظارت و پشتیبانی تصمیم‌گیری آشکار می‌کنند. امسال تمرکز ویژه‌ای روی دوقلوهای دیجیتالی شد که به طور فزاینده‌ای برای زنده کردن مدل‌های استاتیک با اطلاعات پویا و همزمان و شبیه‌سازی سناریوهای گسترده در واقعیت منعکس‌شده‌شان استفاده می‌شوند. در مورد دوقلوهای دیجیتال، شهر میزبان سال آینده Intergeo در حال حاضر روی یک مورد استفاده واقعی جالب کار می کند.
در یک پروژه بازسازی که قرار است یک سایت 73 هکتاری را به یک منطقه شهری مدرن به نام میدان زیمنس‌اشتات تبدیل کند، جدیدترین محله برلین دو بار “ساخته” خواهد شد: ابتدا در دنیای دیجیتال و سپس در دنیای واقعی. یک دوقلو دیجیتال جامع به عنوان پایه ای برای ساخت و ساز و عملیات بعدی کل منطقه عمل خواهد کرد.
دوقلوهای دیجیتال و متاورس
دوقلوهای دیجیتال نیز در کنفرانس مطبوعاتی سنتی در دومین روز از Intergeo در کانون توجه قرار گرفتند. یکی از سخنرانان هانسیورگ کوترر بود که از ژانویه 2023 به بعد توسط رودولف استایگر به عنوان رئیس انجمن ژئودزی، اطلاعات جغرافیایی و مدیریت زمین آلمان (DVW) جانشین وی شد.
کوترر اظهار داشت که زمین به سرعت در حال تغییر است و ما نیاز به نقشه برداری، مدل سازی و اجرای شبیه سازی ها به عنوان مبنایی برای بحث و تحلیل سناریو داریم تا از تصمیمات آگاهانه در سطح مورد نیاز حمایت کنیم. او توضیح داد که حرفه ژئوماتیک یک بازیگر اصلی در این است، که همچنین از ما می‌خواهد بزرگ فکر کنیم و دیدگاه‌ها و شایستگی‌های مختلف خود را در چیزی بزرگتر ادغام کنیم.
کاترر با «چیزی بزرگتر» به متاورس اشاره می کرد که در رویداد امسال یک کلمه رایج بود. اگرچه ممکن است متاورس هنوز هم برای بسیاری از مردم یک اصطلاح انتزاعی باشد، اما می‌توان آن را تکامل «صنعت 4.0» و اینترنت اشیا دانست. در متاورس، استفاده از AR و VR چیزهای فیزیکی را وارد دنیای دیجیتال موازی می کند. داده های جغرافیایی برای ایجاد دوقلوهای دیجیتالی پویا که بلوک های سازنده مهم متاورز را تشکیل می دهند و ارزش افزوده می کنند، ضروری خواهد بود.
کنفرانس مطبوعاتی سنتی در دومین روز از Intergeo بر روی تغییرات آب و هوا متمرکز بود. (ارسالی از: Fokuspokus Media)
باربارا رایان، مدیر اجرایی شورای جهانی صنعت ژئوفضایی (WGIC)، متاورس را «عملکرد اجباری» برای مردم توصیف کرد. او توضیح داد که اصطلاح متاورس برای اولین بار حدود 20 سال پیش در رمان علمی تخیلی Snow Crash نوشته نیل استفنسون ابداع شد. این نشان می‌دهد که همه چیز با چه سرعتی حرکت می‌کند، و شکی نیست که روزی همه ما در دو جهان زندگی خواهیم کرد: دنیای مجازی و فیزیکی.»
توماس هرینگ، رئیس ژئوسیستم در Hexagon، اظهار داشت که دوقلوهای دیجیتال در حال حاضر نوعی متاورس هستند، اما متاورژن حتی پیچیده تر و در زمان واقعی خواهد بود. این امر باعث آگاهی مصرف کنندگان و جامعه گسترده تر از فناوری و آنچه داده های مکانی می توانند انجام دهند، خواهد شد. امیدوارم به جذب جوانان یا استعدادهای جدید به صنعت ما نیز کمک کند.”
داده های جغرافیایی برای مبارزه با تغییرات آب و هوایی
تغییر اقلیم بدون شک در فهرست اولویت‌های جامعه جهانی قرار دارد. بنابراین، مناسب بود که کنفرانس مطبوعاتی به این موضوع بپردازد که چگونه راه‌حل‌های جغرافیایی می‌توانند به جهان برای مبارزه با این چالش اجتماعی یا سازگاری با اثرات آن کمک کنند. کوترر اظهار داشت که او یک نمایش دیجیتالی از محیط زیست، از جمله چشم انداز، پوشش، ساختمان ها و فرآیندهای فیزیکی را به عنوان مبنایی برای توانمند ساختن تصمیم گیرندگان در بسیاری از رشته ها – از معماران و زیست شناسان گرفته تا مهندسان عمران و شهرداران – برای کاهش تأثیر می داند. تغییرات آب و هوایی
مارتینا کلرله، کارشناس آب و هوا در دانشگاه علوم کاربردی فرانکفورت و رهبر پروژه در caREL (یک پلت فرم تحقیقاتی با استفاده از داده‌های مکانی برای حمایت از اهداف آب و هوایی، از جمله جاه‌طلبی‌های اروپا برای تبدیل شدن به اولین قاره جهان از نظر آب و هوایی خنثی)، صنعت زمین فضایی را ترغیب به مبارزه کرد. تغییر اقلیم با تمام ابزارهای موجود او وظیفه ما را به اشتراک گذاشتن همه داده ها با جهان به صورت رایگان توصیف کرد تا تلاش متحد خود را برای دستیابی به اهداف توافق پاریس تقویت کنیم.
اسکات کروزیر، معاون نظرسنجی و نقشه برداری در Trimble، موافق است که به اشتراک گذاری اطلاعات در واقع کاملاً حیاتی است و گفت که این صنعت می تواند با به اشتراک گذاشتن فراوانی داده های جغرافیایی مرتبط با راه حل های نقشه برداری و نقشه برداری پیشرفته امروزی کمک کند. توماس هرینگ موافق بود که برای تصمیم گیرندگان مهم است که به تمام اطلاعاتی که نیاز دارند دسترسی داشته باشند و افزود که همه داده ها می توانند برای ایجاد یک تأثیر عظیم استفاده شوند.
درصد بازدیدکنندگان زن و همچنین تعداد دانش‌آموزان افزایش یافته بود. (ارسالی از: Fokuspokus Media)
نقش Intergeo در پیشبرد صنعت زمین فضایی
در سومین و آخرین روز Intergeo، من با Kaja Hoppe (رئیس توسعه کسب و کار) از DVW و Christiane Salbach (کارگردان)، همراه با Hinte (سازمان دهنده Intergeo) در سالن مطبوعات برای یک فنجان قهوه ملاقات کردم. با توجه به اینکه تعداد بازدیدکنندگان در اسن فراتر از انتظارات بود و نشانه های مشهود زیادی از مشارکت، آنها به وضوح از موفقیت این رویداد خشنود بودند.
علاوه بر داشتن حس قوی از اتحاد مجدد صنعت، آنها همچنین از بسیاری از تماس های جدید – اغلب به صورت تصادفی – آگاه بودند که ماهیت باز جامعه جغرافیایی را نشان می داد. قابل ذکر است که درصد بازدیدکنندگان زن افزایش یافته بود و همچنین تعداد دانش آموزان نیز افزایش یافته بود. با توجه به کمبود استعداد و تقاضای روزافزون برای فارغ التحصیلان جدید در بازار کار زمین فضایی، حضور تعداد زیادی از جوانان دلگرم کننده است.
به طور خلاصه، منصفانه است که نتیجه بگیریم که Intergeo 2022 در اسن یک بازگشت قوی از رویداد سالانه را رقم زد که یک شهر آلمانی را برای چند روز در هر پاییز به پایتخت جهانی بخش نقشه برداری و نقشه برداری تبدیل می کند. در نتیجه، اکنون همه چیز برای Intergeo سال آینده که در برلین برگزار می شود بسیار امیدوارکننده به نظر می رسد.
تعداد قابل توجهی از شرکت‌ها برای نمایشگاه سال آینده ثبت‌نام کرده‌اند و گوشه «غرفه خود را ایمن کنید» در یکی از سالن‌ها دائماً شلوغ بود. سالباخ که جذابیت منحصربه‌فرد برلین را به عنوان عاملی اضافی برای افزایش پتانسیل Intergeo 2023 برای موفقیت بزرگتر ستایش کرد، تأیید کرد: «رزرو مجدد از سقف گذشته است. علاوه بر این، کمیته سازماندهی قصد دارد نقش محتوا را به منظور گسترش کلمه در مورد پتانسیل بین رشته‌ای فضای جغرافیایی، به عنوان مثال در مورد انرژی، زیرساخت، برنامه‌ریزی شهری و توسعه روستایی، گسترش دهد.
هوپ: “هدف ما ایجاد آگاهی بهتر از آنچه صنعت ما می تواند انجام دهد، هم برای سیاستمداران و هم برای مردم است.” علاوه بر این، شبکه‌سازی نقش مهم‌تری در برلین خواهد داشت و تمرکز بیشتری بر نقشه‌بردار نسل بعدی خواهد بود. همانطور که مارتینا کلرله در کنفرانس مطبوعاتی گفت: “اگر می خواهید قهرمان شوید، مهندس شوید.” الگوهای زیادی در صنعت زمین فضایی وجود دارد و در GIM International، ما از حمایت از تلاش های Intergeo برای ارائه صدای بین المللی به آنها خرسندیم.
تیم Geomares، نماینده GIM International، Geo-Matching و Hydro International.
چالش های کلیدی در ایجاد شبکه های کنترل دقیق ژئودتیک چیست؟ این یکی از مهمترین وظایف زمین شناسان و نقشه برداران زمین است، زیرا شبکه های کنترل ژئودزی برای تغییر شکل و پایش محیطی سدها، تونل ها، برج های بلند، زمین لغزش ها و پل ها و غیره ضروری هستند. این مقاله چالش های اصلی مربوط به زوایای عمودی را مورد بحث قرار می دهد و توصیه هایی برای چگونگی غلبه بر آنها ارائه می دهد.
چالش‌های کلیدی هنگام ایجاد شبکه‌های کنترل دقیق ژئودزی مربوط به زوایای عمودی است که برای کاهش فواصل شیب جمع‌آوری‌شده به فواصل افقی استفاده می‌شوند. این رویکرد که “کاهش فاصله شیب مثلثاتی” نامیده می شود، به خوبی شناخته شده است و معمولاً در ژئودزی انجام می شود. با این حال، کاهش فواصل شیب به فواصل افقی باید بدون خطاهای سیستماتیک موجود انجام شود.
جمع آوری زوایای عمودی (یا زوایای اوج) با استفاده از ایستگاه توتال مسائل مختلفی را ایجاد می کند. خطای انکسار، اثر هندسی (به دلیل انحنا- چولگی مدل مرجع زمین) و اثرات فیزیکی (به دلیل انحراف قائم ها) چالش های اصلی هستند که زوایای عمودی جمع آوری شده را تحت تأثیر قرار می دهند (شکل 1). این اثرات نشان می دهد که زاویه عمودی یک مشاهده حساس است.
شکل 1: الف) انکسار و اثرات فیزیکی و ب) اثر هندسی بر زاویه عمودی و کاهش فاصله شیب.
اثرات روی زاویه عمودی
خطای انکسار به دلیل تغییر چگالی اتمسفر در امتداد خط مبنا رخ می دهد. گرادیان دمای هوا در جهت عمود بر خط دید عامل اصلی در مدل سازی اثر شکست است. همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، مشکلات هندسی و فیزیکی به دلیل عدم موازی بودن محورهای بالا در نقطه شروع و پایان خطوط مبنا در شبکه های کنترل ژئودزی رخ می دهد. مسئله هندسی مربوط به شکل مرجع زمین (مدل کروی یا بیضی) است. به دلیل مشکل انحنا، محورهای بالا موازی نخواهند بود.
با این حال، با انتخاب یک مدل بیضی شکل برای زمین، یک مشکل اضافی ظاهر می شود که به آن مشکل چولگی می گویند (یعنی محورهای بالا در نقاط A و B در بخش های معمولی / دید ریاضی یکسان نیستند). نتایج نشان می‌دهد که خطای هندسی (عدم موازی بودن محورهای بالا) می‌تواند به 32 ثانیه قوس برای طول خط پایه 1 کیلومتر با اختلاف ارتفاع 100 متر برسد، که در آن کاهش فاصله شیب مربوطه 8 میلی‌متر است.
مشکل فیزیکی (یا مشکل انحراف عمودی ها) به دلیل جدا شدن خط عادی از بیضی و شاقول مرجع زمین است. مشکل این است که مشاهدات روی سطح زمین جمع آوری می شوند (شکل فیزیکی زمین)، اما شکل ریاضی زمین (به عنوان مثال بیضی مرجع) برای محاسبات استفاده می شود. بنابراین، مشاهدات باید در حالت عادی به بیضی به عنوان مرجع اصلاح شوند.
ذکر این نکته ضروری است که در استقرار یک شبکه ژئودزی کلاسیک (سیستم مختصات نجومی محلی یا نجومی محلی) چه نوع سیستم مختصاتی تعریف شده است. انحراف مشکل عمودی می تواند به 16.5 میلی متر (برای زاویه اوج 70 درجه) و 4.2 میلی متر (برای زاویه اوج 85 درجه) برسد، با فرض طول خط پایه 1 کیلومتر.
اثرات هندسی و فیزیکی مستقیماً بر زوایای اوج تأثیر می گذارد و در نتیجه کاهش فواصل شیب را تحت تأثیر قرار می دهد. از آنجایی که این مشکلات به وضوح در دستورالعمل ها ذکر نشده است، کمی سازی این مشکلات در باقربندی و همکاران. (2022) می تواند برای تدوین دستورالعمل آینده مفید باشد.
راه حل هایی برای چالش ها
در دستورالعمل های موجود، راه حل پیشنهادی برای مشکلات فوق، قرائت متقابل زوایای عمودی است. با این حال، برای حذف خطای شکست، زاویه عمودی باید به طور همزمان از هر دو انتهای یک فاصله جمع آوری شود (به عنوان مثال، کتابچه راهنمای مهندس 2018، بخش 3-4 را ببینید). قرائت متقابل می تواند راه حلی برای اثرات هندسی و فیزیکی باشد اگر نقاط در یک ارتفاع باشند. در غیر این صورت برای تصحیح زوایای عمودی باید خطاهای هندسی و فیزیکی را در نظر گرفت.
هزینه و زمان هر دو از عوامل مهم در ایجاد شبکه های ژئودتیکی بهینه و دقیق هستند و باید همیشه مورد توجه قرار گیرند. جمع آوری مشاهدات متقابل زمان بر است، به ویژه در مناطق دارای توپوگرافی ناهموار (مانند سایت های سد)، و کار میدانی و هزینه های پروژه را افزایش می دهد.
علاوه بر این، به دلیل شرایط پروژه (به عنوان مثال توپوگرافی ناهموار موجود و نظارت بر برج های مرتفع) همیشه نمی توان از دستورالعمل ها پیروی کرد و شبکه کنترل ژئودزی را با نقاطی در همان ارتفاع طراحی کرد. نتایج نویسندگان نشان می دهد که بی توجهی به اثرات هندسی و فیزیکی می تواند منجر به خطاهای قابل توجهی شود، به خصوص اگر اختلاف ارتفاع زیادی بین نقاط وجود داشته باشد (حتی اگر زوایای عمودی به صورت متقابل جمع آوری شوند).
تاکنون، کتاب‌های درسی و یادداشت‌های سخنرانی ژئودتیک تنها تأثیر هندسی را بر زوایای افقی ارائه می‌کردند. اما چگونه می توان این خطا را برای زاویه عمودی فرموله و کمی سازی کرد؟ مشکل فیزیکی را می توان با استفاده از پایگاه داده گرانش منطقه ای و محاسبه انحراف دقیق اجزای عمودی اصلاح کرد. اطلاعات دقیق در مورد این مشکل و راه حل آن را می توان در باقربندی و همکاران یافت. (2022) و هایسکانن و موریتز (1967، ص 312).
چگونه از خواندن زوایای عمودی خودداری کنیم؟
دو روش می تواند به نقشه برداران زمین کمک کند تا جمع آوری زاویه عمودی را تنها با استفاده از فواصل شیب یک طرفه و زوایای افقی حذف کنند: تنظیم شبکه سه بعدی (ر.ک. گیلانی 2017، فصل 23)، و روشی که اخیراً توسط شیرازیان و همکاران پیشنهاد شده است. (2021) روش به کمک شبکه نامیده می شود.
در روش به کمک شبکه، در مرحله اول فقط می توان از فواصل شیب یک طرفه به صورت تنظیم شبکه آزاد سه بعدی استفاده کرد. فواصل افقی در مرحله بعد با استفاده از مختصات تنظیم شده (مولفه های شرق و شمال) محاسبه می شود. در نهایت، فواصل افقی محاسبه شده، همراه با زوایای افقی یا مشاهدات جهت، در تنظیم نهایی شبکه برای محاسبه شبکه ژئودتیک دو بعدی استفاده می شود.
شکل 2: تفاوت مختصات با استفاده از فواصل شیب متقابل و فواصل شیب یک طرفه (روش به کمک شبکه) در الف) سد مجن و ب) شبکه های ژئودزی 2 بعدی سد دامغان.
نویسندگان روش به کمک شبکه را با استفاده از دو شبکه ژئودزی در ایران (سد مژن و سد دامغان) ارزیابی کردند. شکل 2 تفاوت مختصاتی را نشان می دهد که با استفاده از مشاهدات متقابل و یک جهته (یعنی روش به کمک شبکه و فقط با استفاده از فواصل شیب و زوایای افقی) به دست آمده است. نتایج نشان می دهد که اختلاف بین نتایج دو روش کمتر از 1 میلی متر است و بنابراین ناچیز است. علاوه بر این، روش به کمک شبکه منجر به بیضی های خطای مشابه (یا در برخی نقاط، محورهای نیمه اصلی و نیمه کوچکتر) و اعداد افزونگی بهتر می شود.
مزایای روش کمک به شبکه
روش به کمک شبکه در مقایسه با تنظیم شبکه سه بعدی مزایایی دارد. مقایسه این دو روش نشان می دهد که تعداد درجات آزادی در روش به کمک شبکه بیشتر از تنظیم شبکه سه بعدی خواهد بود. این به این معنی است که میانگین افزونگی (یا افزونگی نسبی)، که یک عامل مهم کیفیت شبکه است (به ویژه هنگام طراحی شبکه ها)، در روش پیشنهادی توسط نویسندگان بالاتر است، همانطور که با آزمایش در دو شبکه نظارت بر تغییر شکل سد تایید شده است.
سد مجن در شهرستان شاهرود، استان سمنان، ایران. (تقدیمی از شرکت بین المللی صابر)
سازمان بین المللی مهاجرت یک کاربر اصلی از داده های GIS است. داده های جغرافیایی قابل دسترس، قابل اعتماد و به موقع در کار آن در دنیای به سرعت در حال تغییر امروز که در آن بیش از صد میلیون نفر در سراسر جهان تنها در ماه می آواره شدند، ضروری است. استفاده از قدرت داده‌های مکانی نه تنها برای سیاست‌گذاری مرتبط با مهاجرت ضروری است، بلکه برای حمایت از تصمیم‌گیری آگاهانه و اقدام مؤثر در محل در یک بحران انسانی ضروری است.
سازمان بین المللی مهاجرت (IOM)، که بخشی از سیستم سازمان ملل متحد است، خدمات و توصیه هایی را برای تحقق مهاجرت انسانی و منظم به نفع همه دولت ها و مهاجران ارائه می دهد. سیستم های اطلاعات مکانی (GIS) و مدیریت داده ها برای ماموریت IOM بسیار مهم هستند.
محمد بکر، مسئول سیستم‌های اطلاعات جغرافیایی در دفتر مرکزی IOM در ژنو، سوئیس، می‌گوید: «داده‌های جغرافیایی کاملاً با زمینه‌های مهاجرت و جابه‌جایی داخلی مرتبط هستند که کاملاً مبتنی بر مکان هستند». ابزارهای GIS طیف وسیعی از کاربردها برای IOM دارند، به ویژه برای ماتریس ردیابی جابجایی (DTM) که کل جهان را پوشش می دهد.
ردیابی جمعیت های آواره
DTM برای جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده ها به منظور انتشار اطلاعات حیاتی چند لایه در مورد تحرک، آسیب پذیری ها و نیازهای جمعیت های آواره استفاده می شود. این ماتریس داده های مبتنی بر شواهد را به IOM و سایر ذینفعان ارائه می دهد تا بتوانند تصمیمات آگاهانه ای در مورد برنامه ریزی کمک و بازیابی در جوامع آسیب دیده اتخاذ کنند.
ما به طور سیستماتیک اطلاعات مکانی را در مورد الگوهای تحرک انسانی در سراسر جهان مدیریت می کنیم. با بیش از 7000 گردآورنده داده و بیش از 600 متخصص فنی در بیش از 80 کشور، حضور جهانی ماتریس ردیابی جابجایی بسیار زیاد است. خروجی منتشر شده ما – گزارش ها، نقشه ها و مجموعه داده ها – نزدیک به 1.5 میلیون بار دانلود شده است.
این کارایی عملیاتی را بهبود می بخشد، به ویژه در بحران های بشردوستانه که در آن داده های قابل اعتماد و به روز در مورد پویایی جابجایی می تواند عواقب نجات بخش داشته باشد. نیازی به گفتن نیست که تجسم‌های آنلاین GIS نتایج و شاخص‌های کلیدی را بر روی نقشه‌ها و محصولات آماری آسان‌خوان برای مخاطبان گسترده نشان می‌دهد. به عنوان مثال، در پاسخ به همه‌گیری COVID-19، تیم تجزیه و تحلیل جغرافیایی DTM از تجسم جغرافیایی اثرات COVID-19 بر تحرک انسان در سطوح جهانی، منطقه‌ای و کشوری پشتیبانی کرد.
اردوگاه پناهندگان در بنگلادش. داده های ارتفاع از تصاویر پهپاد به IOM اجازه می دهد تا پناهگاه های در معرض خطر سیل و رانش زمین را تجزیه و تحلیل کند. (تصویر با احترام: IOM)
علاوه بر DTM، داده های جغرافیایی نیز برای پروژه مهاجران گمشده IOM که در سال 2014 برای مستندسازی مرگ و میر و ناپدید شدن در طول سفرهای مهاجرتی در سراسر جهان اجرا شد، جمع آوری شده است. هر مکان نشان دهنده یک حادثه مرگ یا ناپدید شدن یک مهاجر است. هر عدد نشان دهنده یک شخص و همچنین خانواده ها و جوامعی است که آنها از خود به جای گذاشته اند.
بکر می‌گوید موقعیت‌های جغرافیایی ثبت‌شده حوادث تخمینی هستند، اما برای ترسیم خطراتی که افرادی که خانه‌های خود را به دنبال زندگی بهتر ترک می‌کنند، در طول سفر با آنها مواجه می‌شوند.» ما اخیراً به نقطه عطف وحشتناک 50000 مرگ ثبت شده در طول مهاجرت رسیده ایم. چالش‌های اطلاعاتی فراوان در زمینه ثبت مرگ و میر در طول جابجایی‌های نامنظم به این معنی است که تعداد بیشتری از آنها بدون سند باقی می‌مانند.»
چالش ها
او و 25 همکارش متخصص GIS در سراسر جهان با اطمینان از استفاده مؤثر از سیستم‌ها و زیرساخت‌های داده، به ویژه در مواقع اضطراری، به عملیات IOM کمک می‌کنند. همچنین مسئولیت هماهنگی انبار داده مرکزی DTM و اطمینان از جریان روان داده ها از ارزیابی های مختلف و جمع آوری داده های مکانی به وب سایت ها، ژئوپورتال ها و سایر برنامه های IOM/DTM است.
چالش‌های خاصی برای مدیریت داده‌ها وجود دارد که باید با آنها مقابله کرد، زیرا اغلب مربوط به مناطقی است که – مطمئناً در آن لحظه – تنها داده‌های ژئودتیکی موجود غیرقابل اعتماد هستند. بکر توضیح می دهد: “تغییرات سریع سرزمینی به دلیل بلایای طبیعی یا در دسترس نبودن مرزهای اداری رسمی، داشتن یک پایگاه محکم برای جمع آوری و تجسم داده ها در پایین ترین سطح اداری را دشوار می کند.” ما عمدتاً با ایجاد مرزهای عملیاتی برای حصول اطمینان از جمع‌آوری داده‌ها با کیفیت مناسب، روی این موضوع کار می‌کنیم. این مرزهای عملیاتی فقط برای استفاده محدود به منظور اطلاع رسانی به جامعه بشردوستانه از دقیق ترین روند جابجایی و مهاجرت است.
نگرانی ویژه دیگر دسترسی به داده های مربوط به وضعیت واقعی است. تصاویر ماهواره‌ای و نقشه‌های GIS برای ارائه اطلاعات لازم برای ارزیابی و پایش به تیم‌های واکنش به بلایا کلیدی هستند. با توجه به دشواری به‌دست‌آوردن به‌موقع جدیدترین تصاویر با وضوح بالا، اولویت‌بندی مداخلات و اطمینان از پاسخ مؤثر برای تیم‌های حاضر در زمین می‌تواند چالش برانگیز باشد. برای مقابله با این موضوع، ما همزمان از ارائه دهندگان مختلف تصاویر ماهواره ای درخواست می کنیم، به این امید که به محض وقوع رویداد، این تصاویر برای تجزیه و تحلیل در دسترس قرار گیرند. در بسیاری از موارد می‌توانیم پیش‌بینی کنیم که آنها اتفاق خواهند افتاد، اما دقیقاً نمی‌دانیم چه زمانی.»
مسیرهای مهاجرت در چندین منطقه از جمله مسیر مدیترانه ای که در اینجا نشان داده شده است، نظارت می شود. IOM از سال 2014 در مجموع 25000 مهاجر کشته یا مفقود شده در این مسیر را ثبت کرده است. (تصویر از: IOM)
سنجش از دور
باکر و تیمش با همکاری سایر سازمان‌های بشردوستانه می‌خواهند زیرساختی را برای استفاده از سنجش از دور برای پشتیبانی از واکنش سریع، کاهش خطر و برنامه‌ریزی در مکان‌هایی که نقشه‌برداری نشده‌اند یا در مکان‌های غیرقابل دسترس هستند، ایجاد کنند. ما بسیار علاقه مند به اجرای مسئولانه سنجش از دور با استفاده از پهپادها (وسایل نقلیه هوایی بدون سرنشین، ویرایش) و تصاویر ماهواره ای در ترکیب با هوش مصنوعی و یادگیری ماشین هستیم.
این امر امکان انتشار سریع اطلاعاتی را فراهم می‌کند که تصمیم‌گیرندگان و امدادگران را قادر می‌سازد تا کمک‌های بهتری را به جمعیت مهاجر ارائه کنند.” یک مثال یک برنامه نظارتی است که در بنگلادش راه اندازی شده است که نیازها و آسیب پذیری ها را از طریق یک چارچوب مدیریت اطلاعات گسترده ردیابی می کند. مکان هایی که مردم در طی سیل اخیر در آنجا پناه گرفتند، با استفاده از یادگیری ماشین (با همکاری مرکز ماهواره ای سازمان ملل) ردیابی و نقشه برداری می شوند. داده های نقشه که مکان موقت را نشان می دهد بر اساس تجزیه و تحلیل تصاویر پهپاد است.
داده‌های ارتفاعی با وضوح بالا از تصاویر پهپاد به IOM (با همکاری ناسا) اجازه مدلسازی سیل‌ها و لغزش‌های آینده را داده است. این همچنین ما را قادر می سازد تا پناهگاه های در معرض خطر در این مناطق را تجزیه و تحلیل کنیم و از واکنش کافی حمایت کنیم.
وقتی از بکر در مورد اولویت‌های سال آینده پرسیده می‌شود، پاسخ می‌دهد: «اولویت‌ها بر اساس آنچه می‌بینیم در حال وقوع است، تعیین می‌شود. اما برای ما به عنوان کارشناسان اطلاعات جغرافیایی، ما توجه ویژه ای به ارائه فیدهای زنده از روند مهاجرت و سایر داده های مرتبط به مرکز داده های جغرافیایی شبکه سازمان ملل خواهیم داشت.
ما روش های تجزیه و تحلیل جغرافیایی خود را با همه آژانس های سازمان ملل به اشتراک خواهیم گذاشت. این امر در دسترس بودن جهانی داده های مکانی مبتنی بر شواهد در مورد مهاجرت و جابجایی را تقویت می کند. اگر این تصمیمات آگاهانه تر را افزایش دهد، تأثیرات مثبت آن برای مهاجران و جامعه به عنوان یک کل می تواند بسیار زیاد باشد.»
درباره سازمان بین المللی مهاجرت
سازمان بین المللی مهاجرت (IOM) که در سال 1951 تأسیس شد، سازمان بین المللی پیشرو در زمینه مهاجرت است. این سازمان بخشی از سیستم سازمان ملل متحد است و دارای 174 کشور عضو، 8 کشور با وضعیت ناظر و دفاتر در بیش از 100 کشور است. این سازمان به ترویج مهاجرت انسانی و منظم به نفع همه اختصاص دارد. بودجه ای معادل 2.5 میلیارد دلار و 17761 کارمند در 523 مکان دارد. IOM در جستجوی راه حل های عملی برای مشکلات مهاجرت کمک می کند و به مهاجران نیازمند، از جمله پناهندگان و آوارگان داخلی کمک های بشردوستانه ارائه می کند.
سال گذشته، علی‌رغم تأثیرات همه‌گیری COVID-19، کمک‌های بشردوستانه IOM به 31.7 میلیون نفر رسید. این سازمان همچنین از پیشبرد قوانین مهاجرت بین‌المللی، بحث‌ها و راهنمایی‌های سیاسی، حمایت از حقوق مهاجران، سلامت مهاجرت و بعد جنسیتی مهاجرت حمایت می‌کند.
این مقاله بر روی GIS و ردیابی جابجایی IOM تمرکز دارد. در سال 2021، داده های مربوط به تحرک جمعیت در 78 کشور جمع آوری، تجزیه و تحلیل و منتشر شد. با تجزیه و تحلیل جغرافیایی داده های جابجایی و جریان، ماتریس ردیابی جابجایی (DTM) منجر به انتشار بیش از 2400 گزارش، محصولات نقشه برداری و مجموعه داده ها شده است و محصولات آن 1.5 میلیون بار دانلود شده است.
DTM علاوه بر اینکه به طور سیستماتیک در عملیات واکنش بشردوستانه، فرآیندهای بازیابی و بازگشت مستقر می شود، به عنوان یک ابزار آمادگی نیز بسیار موثر است، به عنوان مثال. برای نقشه برداری از مکان های تخلیه و جابجایی احتمالی.
نقشه‌ها را می‌توان برای شناسایی پناهگاه‌های موقت جدید، با ردیابی تکامل بر اساس تجزیه و تحلیل تصاویر پهپاد (در این مورد 7604 پناهگاه) استفاده کرد. کاربران می توانند برای سهولت مقایسه بین نقشه ها از تاریخ های مختلف جابجا شوند. (تصویر از: IOM)
بر اساس اعلامیه اخیر، آژانس فضایی آمریکا ناسا با موفقیت سیارک دیمورفوس را از مدار اصلی خود در کیهان خارج کرد. این سنگ فضایی در 11 میلیون کیلومتری زمین برخورد کرد. این اولین بار است که انسان مسیر یک شی فرازمینی را تغییر می دهد. دانشمندان از این آزمایش موفقیت آمیز به وجد آمده اند، و به درستی، با این مأموریت که توسط چندین متخصص برچسب یک پیشرفت عظیم و عصر جدیدی برای بشریت زده شده است.
این سناریویی است که یادآور فیلم «به بالا نگاه نکن» درباره کشف یک دنباله‌دار است که در مسیر برخورد مستقیم با زمین به دور منظومه شمسی می‌چرخد. مشکلی که بخش اصلی داستان را شکل می‌دهد این است که به نظر می‌رسد اصلاً برای کسی جالب نیست و فیلم حاوی پیامی بسیار مهم درباره نحوه ارتباط ما، اولویت‌های ما و بحران آب و هوا است. این یک فیلم بسیار خنده دار است، اما مهمتر از همه.
مشکلات خارج از سیاره خودمان مانند مواردی که در فیلم برجسته شده همان چیزی است که ناسا در زندگی واقعی با آن سر و کار دارد – و البته به طور مختصر، مسائل مبرم بر روی زمین به اندازه کافی وجود دارد. با این حال، هدف این سرمقاله تمرکز بر انواع سناریوهای قیامت نیست، بلکه در نظر گرفتن راه حل های مشکلات ما است. و اگر روی حوزه تخصصی خود بزرگنمایی کنیم، دیدن راه‌حل‌هایی که از بخش هیدروگرافی می‌آیند عالی است. صنعت ما چگونه می تواند به چالش هایی که با آن روبرو هستیم کمک کند؟
نقشه برداری از اقیانوس ها برای به دست آوردن بینش های حیاتی
شاید واضح ترین روشی که در آن حرفه هیدروگرافی می تواند به مشکلاتی که آینده ما را تهدید می کند کمک کند، نقشه برداری از کف اقیانوس باشد. پیشرفت های تکنولوژیکی روند تحقق این امر را تسریع کرده است. به دلایل متعددی، نقشه برداری از اقیانوس ها انواع بینش های بسیار مفیدی را در اختیار ما قرار می دهد. به عنوان مثال، داده های عمق سنجی می توانند دانشمندان را در مورد تغییرات محیطی آگاه کنند و به محققان اجازه دهند تا افزایش سطح دریا، فرسایش زمین و فرونشست زمین را بهتر تجزیه و تحلیل کنند.
همچنین ابزاری حیاتی برای درک زندگی در اقیانوس است، زیرا شکل بستر دریا تأثیر قابل توجهی بر طیف وسیعی از فرآیندهای اقیانوس دارد. یک مثال خوب برای این جریان ها هستند: اگر بتوانید الگوهای جریان اقیانوس ها را پیش بینی کنید، می توانید حرکت بدنه های آبی را در نظر بگیرید که به نوبه خود می تواند توسط دانشمندان برای مدل سازی افزایش سطح آب دریاها استفاده شود. چنین درک هایی برای چگونگی محافظت از سواحل خود بسیار مهم خواهد بود.
مقاله «بررسی‌های عمق‌سنجی: پیشرفت‌ها و موانع» نوشته Italo Oliveira Ferreira و Laura Coelho de Andrade شما را به سفری می‌برد که چگونه سنجش از دور به طور فزاینده‌ای برای انجام بررسی‌های زیر آب مورد استفاده قرار می‌گیرد و چندین روش کلیدی را که در نقشه‌برداری هیدروگرافی به کار می‌روند برجسته می‌کند.
همانطور که مقاله نشان می‌دهد، ظهور تکنیک‌های آکوستیک، اپتیک و رادار دانش ما را در مورد آب‌سنجی در دهه‌های گذشته منجنیق کرده است. علاوه بر این، روش‌هایی توسعه یافته‌اند که قادر به ارائه کنترل کیفی بهتری از اطلاعات هیدروفضایی به‌دست‌آمده هستند. اکنون، در عصر یادگیری ماشینی و هوش مصنوعی، طبقه‌بندی بستر دریا با دقت بی‌سابقه‌ای در حال تبدیل شدن به واقعیت است.
ارتقاء دانش و درک عمومی از اقیانوس جهان و به ویژه اعماق دریا و بستر اعماق دریا برای مدیریت چالش های آینده ضروری است. (ارسالی از: موسسه فدرال آلمان برای علوم زمین و منابع طبیعی/BGR)
دلیل دیگری وجود دارد که چرا مردم ممکن است بستر دریا را جالب بدانند. برخی از نواحی کف دریا حاوی مواد معدنی هستند که معمولاً در فناوری مدرن مورد استفاده قرار می گیرند و به عنوان فلزات خاکی کمیاب شناخته می شوند. آیا یک تصویر کاملتر از کف اقیانوس راه را برای بهره برداری بیشتر از این منابع باز می کند؟ و تا چه حد آن چیزی است که ما باید آن را مطلوب بدانیم؟
شاید پیشنهاد خوبی برای مطالعه تاثیر یک صنعت جدید قبل از شروع صنعت باشد. این دقیقاً همان چیزی است که هندریک دی بوف در مقاله خود با عنوان فرود در دشت آبیسال توضیح می دهد، که بر چگونگی جمع آوری داده های محیطی کامل برای ارزیابی تأثیر جمع آوری گره های چند فلزی تمرکز دارد.
برخی از این گره‌ها سرشار از فلزات مورد نیاز برای گذار به اقتصاد سبز هستند، مانند منگنز، مس، کبالت و نیکل: فلزاتی که برای تولید باتری‌ها، پنل‌های خورشیدی و توربین‌های بادی حیاتی هستند. باید روشن باشد که استخراج در مقیاس وسیع از این مواد کمیاب خاکی باید با نهایت دقت انجام شود و من صمیمانه امیدوارم که همه علاقه مند باشند که کف اقیانوس ما را با چنین دقتی مدیریت کنند. بنابراین، فقط به بالا نگاه نکنید، بلکه لطفا به پایین نیز نگاه کنید!
مفهوم Digital Twins یا دوقلو دیجیتال در سال‌های اخیر عملاً گسترده شده است، اما در محیط ساخته شده، اصطلاح سنتی مدت‌ها «مدل شهر سه‌بعدی» بوده است. با این حال، دوقلو دیجیتال به طور فزاینده ای به عنوان یک مفهوم مفید که فراتر از مدل های سه بعدی شهر گسترش می یابد، نه تنها برای مدل سازی، بلکه برای شبیه سازی شهرها نیز پذیرفته می شود. بنابراین دوقلو دیجیتال چیست، چگونه از آنها استفاده می‌شود و چه چالش‌هایی در بر دارند؟
مفهوم دوقلوی دیجیتال در سال های اخیر عملاً منفجر شده است، همانطور که با افزایش روزافزون تعداد مقالات علمی که از این مفهوم استفاده می کنند، مشهود است. این مفهوم از صنعت تولید سرچشمه می گیرد که در آن استفاده از مدل های CAD امکان ایجاد کپی دیجیتال دقیق از اجزا و محصولات را فراهم می کند. اولین استفاده از این اصطلاح به سال 2003 برمی گردد و اغلب به گریوز و ویکرز نسبت داده می شود، اما می توان ارجاعات قبلی به این مفهوم را یافت. مطمئناً، درک این موضوع که مدل‌های ریاضی و اخیراً دیجیتالی سیستم‌های فیزیکی از اهمیت زیادی هم برای علم و هم برای مهندسی برخوردار هستند به قرن‌ها قبل برمی‌گردد.
تعریف دوقلو دیجیتال Digital Twins
پس یک دوقلو دیجیتال چیست؟ هم در ادبیات علمی و هم بیشتر از آن، در روایت‌های تجاری، «دوقلو دیجیتال» یک مفهوم کاملاً کشسان است که برای برچسب‌گذاری فناوری‌ها یا سیستم‌هایی که ممکن است مطابق با همه معیارهای یک دوقلو دیجیتال باشند یا نباشند، استفاده می‌شود. آیا یک دوقلو دیجیتال نیاز به یک مدل سه بعدی دارد؟ آیا یک دوقلو دیجیتال باید داده‌های حسگر زمان واقعی را شامل شود؟ آیا یک دوقلو دیجیتال نیاز به مدل سازی و شبیه سازی ریاضی دارد؟
نگاهی به برخی از تعاریف متعددی که برای مفهوم دوقلو دیجیتال ارائه شده است، آموزنده و جالب است، زیرا به نظر می‌رسد برخی از همگرایی نسبت به یک تعریف پذیرفته شده جهانی وجود دارد. به عنوان مثال، اکثر تعاریف اکنون موافق هستند که یک دوقلو دیجیتال مدلی از یک سیستم فیزیکی است که سیستم فیزیکی را در زمان واقعی منعکس می کند و امکان تجزیه و تحلیل و پیش بینی سیستم فیزیکی را فراهم می کند. بنابراین می توان از دوقلو دیجیتال هم برای تجزیه و تحلیل سیستم فیزیکی (“آنچه هست”) و هم برای پیش بینی رفتار آینده آن تحت فرضیات داده شده (“چه چیزی ممکن است”) استفاده کرد.
این تعریف تا حدی با تعریف رشید و همکاران همپوشانی دارد. (2020): “یک دوقلو دیجیتال به عنوان یک نمایش مجازی از یک دارایی فیزیکی تعریف می شود که از طریق داده ها و شبیه سازها برای پیش بینی، بهینه سازی، نظارت، کنترل و تصمیم گیری در زمان واقعی فعال می شود.
” تعریف مشابهی توسط IBM استفاده شده است: “یک دوقلو دیجیتال نمایش مجازی یک شی یا سیستم است که چرخه حیات خود را در بر می گیرد، از داده های زمان واقعی به روز می شود و از شبیه سازی، یادگیری ماشین و استدلال برای کمک به تصمیم گیری استفاده می کند.” این دو تعریف اخیر بر دو فناوری تأکید دارند که ممکن است برای فعال کردن عملکرد پیش‌بینی دوقلو دیجیتال استفاده شوند: شبیه‌سازی و یادگیری ماشین.
شکل 1: جزئیات مرز یک مش حجمی چهار وجهی سه بعدی که از داده های ابر کاداستر و نقطه تولید می شود.
تعریفی که اغلب در ادبیات قبلی در مورد دوقلو دیجیتال دیده می شود این است که توسط گلسگن و استارگل (2012): ” دوقلو دیجیتال یک شبیه سازی چندفیزیکی یکپارچه، چند مقیاسی و احتمالاتی از یک سیستم […] ساخته شده است که از بهترین فیزیکی موجود استفاده می کند.
مدل‌ها، به‌روزرسانی‌های حسگر، […]، برای منعکس کردن زندگی Twins[فیزیکی] متناظر آن.” تعریف ساده‌تری در ویکی‌پدیا ارائه شده است: «یک دوقلو دیجیتال یک نمایش مجازی است که به عنوان همتای دیجیتالی بلادرنگ یک شی یا فرآیند فیزیکی عمل می‌کند».
در حوزه شهرهای دیجیتال، استوتر و همکاران. (2021) بر استفاده از مدل‌های شهر سه بعدی به عنوان بخش اساسی یک دوقلو دیجیتال تأکید می‌کند: «[دوقلو دیجیتالها] باید بر اساس مدل‌های سه‌بعدی شهر، حاوی اشیایی با اطلاعات هندسی و معنایی باشد. باید حاوی داده های حسگر زمان واقعی باشد. و باید انواع تحلیل ها و شبیه سازی ها را ادغام کند تا بتواند بهترین تصمیمات طراحی، برنامه ریزی و مداخله را اتخاذ کند.
این تعریف یادآور سنت طولانی در محیط ساخته شده برای ایجاد مدل های سه بعدی از شهرها و ساختمان ها است، که ممکن است با داده های معنایی غنی شده و به عنوان مبنایی برای تجزیه و تحلیل، از جمله، به عنوان مثال، تحلیل نور روز و انرژی، و همچنین شبیه سازی استفاده شود.
مواردی مانند ترافیک، راحتی باد یا کیفیت هوا. در محیط ساخته شده، اصطلاح سنتی «مدل شهر سه بعدی» است، و به تازگی مفهوم دوقلو دیجیتال به عنوان یک مفهوم مفید و چیزی فراتر از مدل‌های سه بعدی شهر مورد پذیرش قرار گرفته است.
داده های خام
نقطه شروع برای ایجاد دوقلو دیجیتال یک شهر، دسترسی به داده های خام است. این داده ها ممکن است از اسکن های هوایی به شکل ابرهای نقطه ای ایجاد شوند. سپس ابرهای نقطه ای برای ایجاد مدل های شهر دو بعدی یا سه بعدی پردازش می شوند. دسترسی به داده ها بین کشورها متفاوت است و ممکن است همیشه باز یا آزادانه در دسترس نباشد.
در سوئد، Lantmäteriet، مرجع نقشه‌برداری، کاداستر و ثبت زمین سوئد، مجموعه‌ای از مجموعه‌های داده شامل ابرهای نقطه‌ای و نقشه‌های دوبعدی را برای کل سوئد (با پرداخت هزینه) ارائه می‌کند. در همین حال، مجموعه داده های دقیق تر و با کیفیت بالاتر، از جمله مدل های سه بعدی، در اختیار شهرداری های محلی است.
در هلند وضعیت متفاوت است. آدرس‌ها و ساختمان‌های 3D Baseregister (BAG) دسترسی رایگان و آزاد به مدل‌های سه بعدی را برای تمام ده میلیون ساختمان در کشور فراهم می‌کند. علاوه بر این، مجموعه داده به طور منظم و خودکار بازسازی می شود تا یک مدل سه بعدی به روز از کل کشور ارائه کند.
شکل 2: نتایج اولیه از شبیه سازی آسایش باد شهری توسط DTCC (در Unreal Engine ارائه شده است).
مدل های داده
برای ساختن یک دوقلو دیجیتالی با پیچیدگی و کاربرد، ضروری است در نظر بگیریم که کدام مدل داده برای تعریف دوقلو دیجیتال استفاده می شود. توجه داشته باشید که این با مدل(های) ریاضی مورد استفاده برای شبیه سازی و پیش بینی متفاوت است.
انتخاب مدل داده دیکته می‌کند که کدام داده می‌تواند نمایش داده شود، و کدام مواردی که ممکن است توسط دوقلو دیجیتال پشتیبانی شود. مدل داده اجرای یک هستی شناسی خاص است که به طور صریح یا ضمنی توسط پیاده سازی تعریف شده است. هستی شناسی نحوه توصیف و درک داده های دوقلو دیجیتال را از نظر کلاس ها، ویژگی ها و روابط تعریف می کند. چندین مدل داده و قالب‌های تبادل متناظر برای مدلسازی شهر پیشنهاد شده‌اند.
یکی از برجسته ترین آنها CityGML است که استانداردی از کنسرسیوم فضایی باز (OGC) است. فرمت CityJSON مرتبط (همچنین یک استاندارد OGC) یک رمزگذاری ساده شده و بسیار برنامه نویس پسندتر از مدل CityGML است.
مشترک بسیاری از مدل‌های داده برای مدلسازی شهر، مفهوم سطح جزئیات (LOD) است. این مفهوم، مدل داده را قادر می‌سازد تا نمایش‌های مختلف شهر را با سطوح مختلف جزئیات (رزولوشن هندسی) برای اهداف مختلف ذخیره کند.
وجود همزمان چندین سطح از جزئیات در یک دوقلو دیجیتال تأکید می کند که دوقلو دیجیتال در واقع مدلی از سیستم فیزیکی است که منعکس می کند، و نمایش دیجیتال و همچنین دقت آن توسط هر دو مورد استفاده که دوقلو دیجیتال برای آنها طراحی شده است دیکته می شود. ، کیفیت داده ها و منابع محاسباتی موجود.
شکل 3: تجسم یک دوقلو دیجیتال از پردیس دانشگاه صنعتی چالمرز در گوتنبرگ (در Unreal Engine ارائه شده است).
تولید داده
موارد استفاده مختلف از یک دوقلو دیجیتال اغلب به نمایش داده های بسیار متفاوتی نیاز دارند. برای مدلسازی یک شهر، اگر از یک معمار یا یک دانشمند محاسباتی سؤال شود، ممکن است درک آنچه که یک مدل سه بعدی با کیفیت بالا را تشکیل می‌دهد، بسیار متفاوت باشد. برای معمار، یک مدل سه بعدی با کیفیت بالا ممکن است به معنای مجموعه ای دقیق از شبکه های سطحی باشد که توپوگرافی شهر و هندسه ساختمان های آن را توصیف می کند.
مش های سطح ممکن است هم ناسازگار و هم ناسازگار باشند، زیرا مش ها بیشتر برای تجسم و محاسبات ساده مانند آنالیز نور روز استفاده می شوند. از سوی دیگر، برای یک دانشمند محاسباتی، یک مدل سه بعدی با کیفیت بالا ممکن است به معنای یک شبکه حجمی با وضوح پایین، برازش مرزی و منطبق باشد که ممکن است برای اجرای چیزهایی مانند شبیه‌سازی دینامیک جریان محاسباتی (CFD) استفاده شود.
تیم مرکز شهرهای دوقلو دیجیتال (DTCC) در سوئد در حال حاضر در حال توسعه یک پلتفرم منبع باز برای نمایش و تولید مدل های داده با کیفیت بالا برای دوقلوهای دیجیتال شهرها هستند. یکی از مراحل کلیدی، تولید شبکه‌های سطحی با کیفیت بالا و شبکه‌های حجمی چهاروجهی از داده‌های کاداستر و ابر نقطه‌ای با کارایی بالا است (شکل 1). این امکان تولید ساده و کارآمد مدل های سه بعدی را برای هر بخشی از سوئد (یا هر نقطه دیگری از جهان که داده های سازگار دارد) را فراهم می کند.
تولید مش در حال حاضر به مدل های LOD1 محدود شده است، به این معنی که ساختمان ها به صورت منشورهای چند ضلعی (بام های تخت) نشان داده می شوند. با این حال، کار برای گسترش نسل مش به مدل‌های LOD2، از جمله شکل‌های غیر مسطح پشت بام بر اساس تقسیم‌بندی سقف‌ها از عکس‌های ارتو با استفاده از تکنیک‌های یادگیری ماشین، در حال انجام است.
شکل 4: تجسم یک شبکه جاده به عنوان بخشی از دوقلوی دیجیتالی یک منطقه در مرکز گوتنبرگ (در Unreal Engine ارائه شده است).
مدل سازی و شبیه سازی
با وجود مش های محاسباتی که به راحتی برای هر شهری در دسترس هستند، طبیعی است که استفاده از مدل سازی و شبیه سازی مبتنی بر فیزیک را برای فعال کردن تجزیه و تحلیل و پیش بینی پیشرفته در نظر بگیریم. نمونه‌هایی از پدیده‌های فیزیکی که ممکن است در مطالعه شهرها مرتبط باشند عبارتند از آسایش باد شهری (شرایط باد در سطح خیابان)، کیفیت هوا، نویز، و میدان‌های الکترومغناطیسی (برای تحلیل پوشش شبکه).
یکی از نمونه‌های این شبیه‌سازی که در حال حاضر در DTCC بررسی می‌شود، شبیه‌سازی آسایش باد شهری است. این شبیه‌سازی از یک روش مرز غوطه‌ور برای معادلات رینولدز میانگین ناویر-استوکس (RANS) با استفاده از IPS IBOFlow استفاده می‌کند. تمرکز فعلی بر تأیید و اعتبارسنجی نتایج شبیه‌سازی برای مجموعه‌ای از موارد معیار شبیه‌سازی باد شهر است که قبلاً در تونل‌های باد مورد مطالعه قرار گرفته‌اند.
برخی از نتایج اولیه در شکل 2 نشان داده شده است. نمونه‌های دیگر از مدلسازی و شبیه‌سازی مبتنی بر فیزیک که در حال حاضر در DTCC مورد بررسی قرار می‌گیرند، شامل شبیه‌سازی کیفیت هوا، صدای خیابان، حرکت جمعیت و شبیه‌سازی ژئوتکنیکی بر اساس مدل‌های الاستوپلاستیک از خاک رس نرم است که مقدار زیادی را تشکیل می‌دهد. از زیرزمینی گوتنبرگ
تجسم
تجسم داده‌ها در مقیاس شهری، خود زمینه‌ای برای تحقیقات مداوم است. اطلاعات فیزیکی، مانند جریان باد و کیفیت هوا (به عنوان مثال، غلظت آلاینده ها)، باید به گونه ای ارائه شود که برای کاربر نهایی قابل درک باشد، اما بدون ساده سازی بیش از حد نتایج علمی. ارتباط موثر نتایج مستلزم چندین تکرار طراحی است که در آن محققین، توسعه دهندگان و کاربران نهایی/ذینفعان درگیر هستند.
DTCC به طور فعال با سهامداران اصلی مانند آژانس حمل و نقل سوئد در پروژه های تحقیقاتی همکاری می کند که چگونگی ارتباط بهترین نتایج شبیه سازی را با گروه های مختلف کاربر بررسی می کند. پروژه‌های تحقیقاتی در حال انجام در حوزه تجسم بر راه‌حل‌های مختلف برای اشتقاق داده، آماده‌سازی، بسته‌بندی، همگن‌سازی و انتشار تمرکز می‌کنند.
موتورهای گرافیکی مختلف آزمایش شده و مورد استفاده قرار می گیرند، به عنوان مثال، Unreal Engine و OpenGL، و همچنین پیاده سازی های مختلف برنامه های کاربردی وب مبتنی بر Mapbox، CesiumJS و Babylon.js.
شکل 5: تجسم داده های حجمی به عنوان بخشی از دوقلوی دیجیتالی یک منطقه در مرکز گوتنبرگ (در Unreal Engine ارائه شده است).
چالش های فنی
چالش‌های زیادی در ایجاد یک دوقلوی دیجیتالی از چیزی بسیار پیچیده مانند یک شهر وجود دارد. از آنجایی که شهر خود یک سیستم پیچیده است که نه تنها خیابان‌ها و ساختمان‌های شهر، بلکه ساکنان آن، اتومبیل‌های در حال حرکت در خیابان‌ها، تعامل با محیط اطراف (باد و آب) و همچنین زیرساخت‌های زیرزمینی را در بر می‌گیرد. – که گاهی اوقات نادیده گرفته می شود و در عین حال بسیار قابل توجه است – طبیعی است که ایجاد یک دوقلوی دیجیتالی شهر به همان اندازه پیچیده باشد.
بنابراین، وظیفه ساختن دوقلو دیجیتال به طور ضروری پروژه ای است که باید متخصصان بسیاری از رشته های مختلف را درگیر کند. چالش‌های فنی درگیر در ساختن دوقلو دیجیتال، هم شامل چالش‌های بین‌رشته‌ای در همکاری بین اعضای تیم از رشته‌های بسیار متفاوت و هم چالش‌های فنی درون رشته‌ای یا دامنه خاص از قبل ایجاد شده، مانند نحوه پیاده‌سازی یک حل‌کننده المان محدود با کارآمدترین روش برای یکی می‌شود.
از بسیاری از مدل‌های ریاضی که با هم مدل چندفیزیکی را تشکیل می‌دهند که دوقلوی دیجیتالی است.
چالش های غیر فنی
با کنار گذاشتن چالش‌های فنی، چالش‌های اصلی که تاکنون در DTCC تجربه شده‌اند، همگی به داده‌ها مربوط می‌شوند:
مالکیت داده در سراسر سازمان ها: داده ها اغلب نه رایگان هستند و نه باز. سازمان‌ها، حتی شهرداری‌ها، تمایلی به اشتراک‌گذاری آزادانه داده‌های خود ندارند، زیرا در مقطعی سرمایه‌گذاری قابل‌توجهی در جمع‌آوری و مدیریت آن انجام داده‌اند. این در نقاط مختلف جهان متفاوت است. در برخی موارد (مانند هلند)، داده ها در واقع رایگان و باز هستند.
دوقلو چون واقعیت دائما در حال تغییر است. تنها راه برای اتصال مجدد دوقلو دیجیتال به دوقلو فیزیکی، سرمایه گذاری در یک پروژه جدید و پرهزینه است. بنابراین، فرآیند ایجاد دوقلو دیجیتال باید به طور خودکار انجام شود تا بتوان آن را به طور مداوم بازسازی و بازسازی کرد.
کیفیت داده در بین رشته‌ها: همانطور که در مثال فوق الذکر از یک مش برای استفاده توسط یک معمار در مقابل یک دانشمند محاسباتی، یک مجموعه داده خاص ممکن است برای یک مورد خاص با کیفیت بالا در نظر گرفته شود، اما ممکن است برای موارد استفاده دیگر از کیفیت بسیار پایینی برخوردار باشد.
پایداری داده در طول زمان: ایجاد یک دوقلو دیجیتال باید به عنوان یک فرآیند درک شود تا به عنوان یک پروژه. نمونه‌های زیادی از شهرها، شهرداری‌ها و سایر سازمان‌ها وجود دارد که روی پروژه‌هایی برای ایجاد یک مدل سه بعدی یا حتی یک دوقلو دیجیتال سرمایه‌گذاری می‌کنند، اما چند سال بعد (یا حتی فقط چند ماه) متوجه می‌شوند که دوقلوی دیجیتال دیگر منعکس‌کننده شرایط فیزیکی نیست.
شکل 6: تجسم یک دوقلو دیجیتال از حومه گوتنبرگ (با استفاده از WebGL ارائه شده است).
سپاسگزاریها
این اثر بخشی از مرکز شهرهای دوقلو دیجیتال است که توسط آژانس نوآوری سوئد Vinnova تحت کمک مالی شماره 2019-00041 پشتیبانی می‌شود. نویسندگان می‌خواهند از اپیک گیمز برای تأمین مالی بخش‌هایی از این اثر با یک مگا گرانت Epic تشکر کنند. علاوه بر این، آنها از Sanjay Somanath، Daniel Sjölie، Andreas Rudenå و Orfeas Eleftheriou برای ارائه تصاویر موجود در اینجا سپاسگزاری می کنند. این مقاله بر اساس «شهرهای دوقلو دیجیتالی: مدلسازی چند رشته‌ای و شبیه‌سازی با عملکرد بالا شهرها» است که برای اولین بار در نسخه ژوئن 2022 خبرنامه ECCOMAS منتشر شد.
سایت Geonline، سایتی مرجع برای مرتفع نمودن نیاز علاقمندان، پژوهشگران، دانشجویان و دانش آموزان در حوزه جغرافیا است که برای تمامی سنین و سطوح مطالب کاربردی دارد.
