الذكاء الاصطناعي مناسب لرصد البراكين

مركز هلمهولتز بوتسدام GFZ المركز الألماني للبحوث لعلوم الأرض

قراءة بصوت عال

لا يتم رصد أكثر من نصف البراكين النشطة للأرض. على سبيل المثال ، يمكن أن تحدث الفاشيات التي يمكن أن تحذر الناس نظريًا على الأقل من دون إطلاق إنذار. أنشأ باحثون من الجامعة التقنية في برلين ومركز الأبحاث الألماني لعلوم الأرض GFZ في بوتسدام الآن منصة رصد بركان MOUNTS ، التي تجمع بين بيانات القياس المختلفة وتحلل صور الأقمار الصناعية بمساعدة "التعلم الآلي".

لا يتم رصد أكثر من نصف البراكين النشطة للأرض. على سبيل المثال ، قد تحدث حالات تفشي يمكن أن تحذر الناس نظريًا على الأقل من دون إطلاق إنذار. في خطوة أولى وما زالت مبكرة على طريق التحذير من البراكين ، تم تطوير منصة جديدة لمراقبة البراكين في مشروع بحثي بقيادة سيباستيان فاليد من الجامعة التقنية في برلين (TU Berlin) ومركز GFZ الألماني للبحوث الجيولوجية للعلوم في بوتسدام تحليلها باستخدام "الذكاء الاصطناعي". من خلال اختبار الأحداث الأخيرة ، أوضح Valade وزملاؤه أن منصة MONUNTS (مراقبة الاضطرابات من الفضاء) يمكن أن تجمع بين مجموعات بيانات متعددة مع أنواع مختلفة من البيانات للمراقبة البركانية الكاملة. تم نشر نتائج الفريق في مجلة Remote Sensing.

من بين 1500 براكين نشطة في جميع أنحاء العالم ، ما يصل إلى 85 يندلع كل عام. نظرًا للتكلفة وعدم اليقين في الحفاظ على الأجهزة الحجمية ، تتم مراقبة أقل من نصف البراكين النشطة بواسطة أجهزة استشعار أرضية ، وحتى أقل من ذلك يتم التحكم فيه جيدًا. البراكين التي تعتبر نائمة أو منقرضة عادةً لا يتم ملاحظتها بشكل فعال. ولكن يمكن أن تندلع بشكل غير متوقع وبكثافة ، كما حدث في عام 2008 في بركان شيتين في تشيلي ، والذي استيقظ بعد 8000 عام من عدم النشاط.

وغالبًا ما تصاحب الثورات إشارات سلائف

يمكن أن توفر الأقمار الصناعية بيانات مهمة عندما تكون المراقبة الأرضية محدودة أو غائبة. تعد المراقبة المستمرة طويلة المدى من الفضاء هي مفتاح التعرف بشكل أفضل على علامات الاضطرابات الجيولوجية. غالبًا ما تصاحب الانفجارات - وإن لم تكن دائمًا - إشارات تمهيدية قد تستغرق عدة ساعات إلى بضع سنوات. قد تتضمن هذه الإشارات تغييرات في السلوك الزلزالي أو تشوهات التربة أو انبعاثات الغاز أو ارتفاع درجات الحرارة أو توليفة منها.

يقول سيباستيان فاليد ، رئيس مشروع MOUNTS: "باستثناء الزلازل ، يمكن رصد كل هذه الظواهر من الفضاء باستخدام أطوال موجية مختلفة في الطيف الكهرومغناطيسي". يتم تمويله من قبل GEO.X ، وهي شبكة بحثية لعلوم الأرض تأسست عام 2010 في برلين وبوتسدام ، وتم تنفيذها في TU Berlin و GFZ. "في نظام مراقبة MOUNTS ، نستخدم أجهزة استشعار الأقمار الصناعية المختلفة لاكتشاف وقياس التغيرات في البراكين" ، يضيف Valade. "وقمنا أيضًا بتضمين بيانات زلزالية من شبكة جيوفون العالمية التابعة لشركة جي إف زد وبيانات هيئة المسح الجيولوجي الأمريكية".

كان جزء من المشروع اختبار ما إذا كان يمكن دمج "الذكاء الاصطناعي" (AI) بنجاح في عملية تحليل البيانات. تم تطوير خوارزميات الذكاء الاصطناعي بشكل أساسي بواسطة Andreas Ley من TU Berlin. للكشف التلقائي عن أحداث التشوه الكبيرة استخدم ما يسمى الشبكات العصبية الاصطناعية. قام الباحثون بتدريبهم على الصور التي تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر والتي تم تصميمها على صور الأقمار الصناعية الحقيقية. من هذا العدد الكبير من الأمثلة التركيبية ، تعلم البرنامج اكتشاف أحداث التشوه الأكبر في بيانات الأقمار الصناعية الحقيقية وغير المعروفة سابقًا. يشار إلى مجال علم البيانات هذا باسم "التعلم الآلي".

"لقد كان" بالون اختبار "مهم بالنسبة لنا لنرى كيف يمكننا دمج التعلم الآلي في النظام ،" يقول لي. "في الوقت الحالي ، يحل كاشف التشوه لدينا مهمة واحدة فقط. تتمثل رؤيتنا في دمج عدة أدوات لمنظمة العفو الدولية للقيام بمهام مختلفة. نظرًا لأن هذه الأدوات تستفيد عادة من تعلم كميات كبيرة من البيانات ، فنحن نريدها أن تتعلم باستمرار من جميع البيانات التي يجمعها النظام على مستوى العالم

مونيتس تراقب 17 براكا حول العالم

كانت التحديات الرئيسية التي تواجه S bastien Valade ومؤلفيها المشاركين هي معالجة كميات كبيرة من مشكلات تطوير البيانات والبرامج. "ولكن هذه المشاكل يمكن حلها" ، كما يقول فاليد. "أعتقد أن أنظمة المراقبة الآلية التي تستخدم الذكاء الاصطناعي والبيانات من مصادر متعددة ، مثل الاستشعار عن بعد وأجهزة الاستشعار الأرضية ، في المستقبل غير البعيد ستساعد على تحذير الناس في الوقت المناسب وأكثر موثوقية."

يسمح التحليل الذي توفره منصة مراقبة MOUNTS بالفعل بفهم شامل للعمليات المختلفة في البيئات المناخية والبركانية المختلفة في جميع أنحاء العالم: انتشار الصهارة تحت السطح من توزيع المواد البركانية خلال ثوران البركان إلى التغيرات المورفولوجية في المناطق المصابة وانبعاث الغازات في الغلاف الجوي. لقد نجح الباحثون في اختبار MOUNTS للأحداث الأخيرة ، مثل تفشي Krakatoa في إندونيسيا في عام 2018 ، أو تفشي المرض في هاواي وغواتيمالا.

يقوم النظام حاليًا بمراقبة 17 براكًا في جميع أنحاء العالم ، بما في ذلك Popocat petl في المكسيك و natna في إيطاليا. يمكن الوصول إلى موقع المنصة مجانًا على الإنترنت ومصمم بحيث يمكن دمج البيانات الجديدة بسهولة بفضل التغطية العالمية والوصول المجاني إلى البيانات. (الاستشعار عن بعد ؛ دوي: 10.3390 / rs11131528)

المصدر: مركز هلمهولتز بوتسدام GFZ مركز الأبحاث الألماني لعلوم الأرض

- كاي ساندرز