نظرة عامة على المشروع

تقع البحيرة في منطقة مصدر مياه رئيسي وتغطي مساحة تقارب 50 كيلومترًا مربعًا ، مما يجعل مراقبة جودة المياه بشكل منتظم أمرًا ضروريًا لحماية البيئة وإدارة موارد المياه.

تعتمد أساليب الرصد التقليدية على تنقل الأفراد بالقوارب لجمع عينات المياه من مواقع متعددة. قد تستغرق جلسة الرصد الواحدة يومين تقريباً ، بينما لا تتجاوز تغطية البيانات الناتجة 30% من المنطقة المرصودة.

هذا النهج يجعل من الصعب إجراء مراقبة متكررة على نطاق واسع، ويمكن أن يجعل من الصعب أيضاً تحديد حالات الشذوذ المفاجئة في جودة المياه في الوقت المناسب.

ولتحسين تغطية المراقبة وكفاءتها، تم إدخال نظام مراقبة جودة المياه باستخدام طائرة بدون طيار ذات جناح ثابت .

تتبع الطائرات بدون طيار، المجهزة بأجهزة استشعار متعددة الأطياف لجودة المياه وأجهزة أخذ العينات التلقائية ، مسارات محددة مسبقًا لإجراء عمليات مراقبة جوية وأخذ عينات على نطاق واسع.

يمكن للنظام مسح ما يصل إلى 100 كيلومتر مربع من المياه في الساعة مع جمع البيانات في نفس الوقت حول ستة مؤشرات رئيسية لجودة المياه ، بما في ذلك الكلوروفيل-أ، والعكارة، والأكسجين المذاب.

وهذا يخلق نهجًا أكثر كفاءة وغنيًا بالبيانات لرصد المسطحات المائية الكبيرة.

التحديات

منطقة مراقبة كبيرة

تغطي البحيرة مساحة تقارب 50 كيلومترًا مربعًا ، مما يستلزم مراقبة هذه المساحة المائية الشاسعة والمتوزعة جغرافيًا. وقد يكون جمع البيانات التمثيلية بانتظام من مواقع متعددة أمرًا صعبًا باستخدام الطرق التقليدية.

أخذ العينات اليدوي الذي يستغرق وقتاً طويلاً

تتطلب عمليات الرصد التقليدية تنقل الأفراد بالقوارب إلى نقاط أخذ العينات المختلفة. وقد تستغرق جلسة الرصد الواحدة يومين تقريباً ، مما يزيد من متطلبات العمل والتشغيل.

تغطية مراقبة محدودة

توفر عملية أخذ العينات اليدوية بيانات من نقاط مختارة، بتغطية بيانات إجمالية تقل عن 30% . وهذا ما يجعل من الصعب الحصول على صورة شاملة لحالة جودة المياه في جميع أنحاء البحيرة.

صعوبة اكتشاف التغيرات المفاجئة

قد تتغير جودة المياه بسرعة نتيجةً للظروف الجوية، أو حوادث التلوث، أو الجريان السطحي، أو غيرها من العوامل البيئية. وقد يؤدي محدودية وتيرة أخذ العينات وتغطيتها إلى صعوبة اكتشاف أي خلل مفاجئ بسرعة.

قيود أخذ العينات من نقطة واحدة

تعتمد طرق رصد جودة المياه التقليدية بشكل كبير على مواقع أخذ العينات المنفصلة. ورغم أن هذه العينات توفر معلومات قيّمة، إلا أنها قد لا تمثل بشكل كامل التباينات المكانية عبر مسطح مائي كبير.

حلول الطائرات بدون طيار ذات الأجنحة الثابتة

وللتغلب على قيود المراقبة التقليدية، أدخل المشروع نظام فحص جودة المياه باستخدام طائرة بدون طيار ذات جناح ثابت.

يجمع نظام الطائرات بدون طيار بين ما يلي:

• رحلة جوية بجناح ثابت
• أجهزة استشعار متعددة الأطياف لجودة المياه
• أجهزة أخذ العينات التلقائية
• مسارات طيران محددة مسبقًا
• مسح المياه على نطاق واسع
• جمع البيانات متعددة المعايير

يمكن للطائرات بدون طيار أن تتبع مسارات محددة مسبقًا عبر البحيرة، مما يسمح بمراقبة مساحات كبيرة بشكل منهجي بدلاً من الاعتماد فقط على نقاط أخذ العينات المختارة يدويًا.

وفي الوقت نفسه، تتيح معدات أخذ العينات الآلية جمع عينات المياه المادية في المواقع المحددة عند الحاجة.

يؤدي هذا إلى إنشاء نموذج مراقبة مشترك يدمج الاستشعار الجوي مع أخذ عينات المياه التلقائي.

كيف تعمل مراقبة جودة المياه بواسطة الطائرات بدون طيار

1. تخطيط مسار المراقبة

يتم تحديد مسار طيران مسبق وفقًا للخصائص الجغرافية للبحيرة ومتطلبات الرصد. ويمكن تصميم المسار لتغطية مناطق محددة بشكل منهجي.

2. نشر الطائرة بدون طيار ذات الجناح الثابت

تُستخدم الطائرة المسيرة ذات الجناح الثابت لإجراء عمليات مراقبة المياه على نطاق واسع. وتتيح لها قدرتها على الطيران تغطية مسافات كبيرة بكفاءة عبر البحيرة.

3. إجراء مسح متعدد الأطياف لجودة المياه

تجمع أجهزة استشعار جودة المياه متعددة الأطياف معلومات من سطح الماء بينما تتبع الطائرة المسيرة المسار المحدد مسبقًا. ويمكن للنظام مسح ما يصل إلى 100 كيلومتر مربع من المياه في الساعة.

4. جمع مؤشرات متعددة لجودة المياه

يحصل النظام في الوقت نفسه على بيانات حول ستة مؤشرات رئيسية لجودة المياه.

وتشمل هذه المعايير ما يلي:

• الكلوروفيل-أ
• عكر
• الأكسجين المذاب
• مؤشرات أخرى محددة لجودة المياه

يوفر النهج متعدد المعايير صورة أوسع لظروف المياه مقارنة بالاعتماد على قياس واحد.

5. إجراء عملية أخذ العينات التلقائية

يستطيع جهاز أخذ العينات الآلي المتكامل جمع عينات مياه فعلية من مواقع محددة. وهذا يوفر بيانات إضافية يمكن أن تكمل نتائج الرصد الجوي.

6. تحليل ظروف جودة المياه المكانية

يمكن استخدام البيانات التي تم جمعها من أجهزة الاستشعار وعينات المياه لتقييم جودة المياه في مختلف مناطق البحيرة. وبالمقارنة مع أخذ العينات اليدوية المنفصلة، ​​يوفر أسلوب الرصد الجوي تغطية مكانية أوسع.

التقنيات الرئيسية

منصة طائرات بدون طيار ذات أجنحة ثابتة

صُممت المنصة ذات الأجنحة الثابتة لتحقيق كفاءة عالية في الطيران لمسافات طويلة ومراقبة مساحات واسعة. وهذا يجعلها مناسبة بشكل خاص لمراقبة البحيرات الكبيرة وغيرها من المسطحات المائية الواسعة.

أجهزة استشعار متعددة الأطياف لجودة المياه

يوفر الاستشعار متعدد الأطياف معلومات من نطاقات طيفية مختلفة، مما يدعم رصد وتقييم ظروف جودة المياه عبر مناطق واسعة.

جهاز أخذ العينات التلقائي

يسمح نظام أخذ العينات التلقائي بجمع عينات المياه المادية أثناء عمليات الطائرات بدون طيار، مما يقلل الاعتماد على أخذ العينات من القوارب لكل نقطة مراقبة.

مسارات الطيران المحددة مسبقًا

تساعد المسارات المحددة مسبقاً في توحيد مهام الرصد وتوفير تغطية منهجية للمناطق المائية المحددة.

مراقبة متعددة المعلمات

يستطيع النظام جمع البيانات في وقت واحد حول ستة مؤشرات رئيسية لجودة المياه، مما يوفر مجموعة بيانات رصد أكثر شمولاً.

نتائج المشروع

مسح 100 كيلومتر مربع من المياه في الساعة

يمكن لنظام الطائرات بدون طيار ذات الأجنحة الثابتة مسح ما يصل إلى 100 كيلومتر مربع من المياه في الساعة ، مما يوفر تغطية مراقبة أوسع بكثير من أخذ العينات التقليدي القائم على النقاط.

ستة مؤشرات رئيسية تم جمعها في وقت واحد

يستطيع النظام الحصول على بيانات حول ستة مؤشرات رئيسية لجودة المياه خلال عملية الرصد نفسها، مما يوفر معلومات متعددة الأبعاد حول ظروف المياه.

تغطية مكانية أوسع

بالمقارنة مع أخذ العينات اليدوي التقليدي، يوفر نظام المراقبة الجوية رؤية أوسع بكثير لظروف جودة المياه في جميع أنحاء البحيرة.

عمليات مراقبة أسرع

إن القدرة على إجراء مسح جوي واسع النطاق تقلل من الاعتماد على مسارات المراقبة الطويلة القائمة على القوارب وتدعم عمليات المراقبة الأكثر تكرارًا.

دعم اكتشاف الحالات الشاذة

يمكن أن تساعد التغطية المكانية الأوسع والمراقبة الأكثر تواتراً في تحديد حالات الشذوذ المحتملة في جودة المياه في وقت مبكر وتوفير معلومات إضافية للتحقيق اللاحق.