الذكاء الاصطناعي وصور الأقمار الصناعية يقدران مستويات المياه في السدود بشكل أفضل  

تدعم IWMI و Digital Earth Africa مديري المياه من حوض نهر ليمpopo من خلال تحسين الوصول إلى بيانات أفضل وتقديرات أكثر دقة لمستويات المياه. 

بقلم سام ستور، سراجيت غوش وماريانجل غارسيا 

في جميع أنحاء أفريقيا، يعتمد المزارعون على المياه من السدود لري محاصيلهم خلال فترات الجفاف. ولكن ما كمية المياه المخزنة في السد؟ غالبًا ما لا يمتلك المزارعون ومديرو المياه هذه المعلومات الحيوية. لمعالجة التحدي، عمل باحثون من المعهد الدولي لإدارة المياه (IWMI) مع منظمة Earth Africa الرقمية (DE Africa) لإنشاء ابتكار يستخدم صور الأقمار الصناعية والذكاء الاصطناعي للحصول على قياسات دقيقة وفي الوقت المناسب لحجم السدود، مع إمكانية تغيير إدارة الخزانات في جنوب أفريقيا. 

في قلب جنوب أفريقيا، يوفر سدوسكوب ري أكثر من 25 ألف هكتار من الأراضي الزراعية. في منطقة يتسم فيها هطول الأمطار بعدم الانتظام والطلب المرتفع، يمكن أن يؤدي عدم اليقين في تقدير حجم السدود إلى ضغوط زراعية وحصاد محصولي وصراعات على الموارد. ورغم أن طرق القياس التقليدية الميدانية مفيدة، إلا أنها غالباً ما تكون متفرقة، متأخرة، ومحدودة لوجستياً.  

بفضل عملية تعاونية بين LIMCOM، مسرّع CGIAR للتحول الرقمي،, التوأم الرقمي للمعهد الدولي لإدارة المياه, والذي يقع تحت مظلة الابتكارات الرقمية لأفريقيا الآمنة مائياً (ديواسا) المشروع، وDE Africa، لن تكون مستويات المياه في السدود مثل لوسكوب لغزًا بعد الآن.  

تقدير مستويات المياه باستخدام صور الأقمار الصناعية والتعلم الآلي 

يستخدم الابتكار صورًا فضائية تُظهر كمية المياه السطحية المرئية في السد بمرور الوقت، بالإضافة إلى هندسة السد المعروفة، وكلاهما ضروري لتقدير كمية المياه في السد. يقوم مزيج من نماذج تعلم الآلة المتعددة بالتنبؤ بتقديرات مستوى المياه بمستوى دقة أعلى مقارنة بقياسات ميدانية فقط. لتحقيق دقة عالية، طريقة تبديل بين نماذج مختلفة لحساب حجم المياه عند مستويات سدود مختلفة.  

يجري بالفعل تطبيق الابتكار في أنظمة إدارة المياه الواقعية، مثل مشروع "التوأم الرقمي لنهر ليمبوبو". وقد اعتمد مديرو المياه في حوض نهر ليمبوبو "التوأم الرقمي لنهر ليمبوبو"، ويستخدمون التمثيل الافتراضي لحوض نهر ليمبوبو بأكمله لاتخاذ القرارات. تعد القدرة غير المتكافئة لمراقبة المياه بين البلدان الأربعة في حوض نهر ليمبوبو عقبة رئيسية أمام إنشاء نموذج هيدرولوجي دقيق للحوض. وتساعد مصادر البيانات الجديدة التي تم تطويرها من مزيج من صور الأقمار الصناعية والتعلم الآلي بشكل كبير في سد الثغرات الموجودة في قدرة المراقبة.  

عندما يلتقي الابتكار التكنولوجي بديمقراطية البيانات  

تُظهر هذه الابتكار كيف يمكن للبيانات المفتوحة أن تحفز التأثير في العالم الحقيقي، مما يخلق طريقة لتتبع توافر المياه في المناطق النائية بأقل حاجة للاستثمار في جمع البيانات ومعالجتها والمراقبة الميدانية. بفضل هذه البيانات، تمكن الباحثون من التركيز على تطوير منهجيات متاحة بسهولة الآن لمستخدمين آخرين مثل سلطات المياه الحكومية والباحثين والمنظمات غير الحكومية لتكييفها مع المزيد من الخزانات والسدود.   

تم اشتقاق مجموعات بيانات المياه السطحية من صور الأقمار الصناعية لاندسات بواسطة DE Africa وجعلها متاحة مجانًا على منصة سحابية. DE Africa هي بنية تحتية بيانات رقمية أفريقية مشتركة للوصول إلى صور الأقمار الصناعية الخاصة بأفريقيا وتحليلها، وتستخدم على نطاق واسع من قبل أصحاب المصلحة في جميع أنحاء القارة. تستفيد DE Africa من أكثر من ثلاثة عقود من صور الأقمار الصناعية لمعالجة التحديات الحرجة التي تواجه القارة الأفريقية وتعبئ بيانات رصد الأرض في مجموعات بيانات مفتوحة ومتاحة. 

تم إتاحة منهجية الابتكار للجمهور بشكل تفاعلي دفتر جوبيتر على منصة DE Africa. يعد هذا الدفتر بمثابة مورد تعليمي وأداة عملية، حيث يوضح كيف يمكن الجمع بين التعلم الآلي وبيانات الاستشعار عن بعد لتوليد تقديرات دقيقة لحجم السدود في المناطق ذات القياسات المحدودة في الموقع. يمكن للمستخدمين تكييف هذا سير العمل وتطبيقه على مستودعاتهم الخاصة بمتطلبات برمجية وبنية تحتية بسيطة.  

بالإضافة إلى تقدير توافر المياه في الخزانات، توفر مجموعة التعلم الآلي وبيانات مراقبة الأرض ومنصات الحوسبة السحابية نموذجًا لتطوير حلول إضافية للإدارة الصامدة للمياه في عالم يعاني من ضغوط المناخ. ومع توفير منصات مثل DE Africa وصولاً مجانيًا إلى بيانات الأقمار الصناعية الجاهزة للتحليل، ومنظمات مثل IWMI تجلب عقودًا من الخبرة في إدارة المياه، فإن القارة في وضع جيد يسمح لها بالقفز إلى مستقبل قائم على البيانات. 

مشروع التوأم الرقمي لحوض نهر ليمبوبو كان مفوضية ليمبوبو للممرات المائية (ليمكوم) في إطار برنامج التمويل الميسر للمشاريع الصغيرة التابع لمرفق البيئة العالمية (UNDP-GEF). كجزء من تسريع CGIAR للتحول الرقمي، يهدف المعهد الدولي لإدارة المياه إلى تسخير أحدث التقنيات لتعزيز إدارة المياه في حوض نهر ليمبوبو بالتعاون مع شركاء التكنولوجيا مثل DE Africa و Amazon Web Services، بدعم من صندوق Leona M. و Harry B. Helmsley Charitable Trust