أكثر

7.5.1: مقدمة - علوم الأرض

7.5.1: مقدمة - علوم الأرض


ملخص

على الرغم من أن الرئيس يمكن أن يعلن وقوع كارثة دون استشارة الحاكم أو المسؤولين المحليين ، فإن دور الحكومة الفيدرالية هو استشاري إلى حد كبير. إن الولايات والمقاطعات والمدن والحكومات متعددة المدن هي التي يجب أن تضع وتنفذ السياسة المتعلقة بالزلازل. يمكن لـ USGS تقديم المشورة للحاكم بشأن الزلازل ، ويمكن للإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي (NOAA) تقديم المشورة بشأن تسونامي ، ولكن يجب أن تكون المكالمة النهائية من الحاكم ومن المسؤولين المحليين المنتخبين.

يستعرض هذا الفصل المؤسسات التي تنفذ سياسات الزلازل في ولايات الساحل الغربي الثلاث ومقاطعة كولومبيا البريطانية. نبدأ بولاية كاليفورنيا ، التي تعرضت لخسائر أكثر من الزلازل في القرن الماضي وتعاملت معها بدرجة أكبر من الولايات الأخرى أو كولومبيا البريطانية. تُعد ولاية كاليفورنيا رائدة في عالم الموضة والموسيقى والتكنولوجيا. كما أنه يحدد الوتيرة في تقوية المجتمع ضد الزلازل.


نظام تحديد المواقع العالمي لعلوم الأرض: ملخص وقائع ورشة عمل حول تحسين البنية التحتية لمحطة GPS المرجعية لتطبيقات علوم الأرض والمحيطات والغلاف الجوي (1997)

يتم تنظيم الخصائص التقنية والتشغيلية لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في ثلاثة أجزاء متميزة: قطاع الفضاء ، وقطاع التحكم التشغيلي (OCS) ، وقطاع معدات المستخدم. تقوم إشارات GPS ، التي يبثها كل قمر صناعي وتحمل البيانات إلى كل من معدات المستخدم ومرافق التحكم الأرضية ، بربط الأجزاء في نظام واحد. يوضح الشكل 1-1 بإيجاز إشارات وأجزاء نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

شكل 1-1 قطاعات GPS الثلاثة. المصدر: شركة الفضاء الجوي

قطعة الفضاء

تتكون كوكبة GPS من 24 قمرا صناعيا مرتبة في 6 مستويات مدارية بميل 55 درجة ، و 20،051 كيلومترا (12532 ميلا) فوق الأرض. يكمل كل قمر صناعي مدارًا واحدًا في نصف يوم فلكي ، وبالتالي يمر فوق نفس الموقع على الأرض مرة واحدة كل يوم فلكي ، حوالي 23 ساعة و 56 دقيقة. مع هذا التكوين المداري وعدد الأقمار الصناعية ، سيكون لدى المستخدم في أي مكان على الأرض أربعة أقمار صناعية على الأقل في العرض 24 ساعة في اليوم

هذا الوصف لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) مذكور في الملحق ج لتقرير المجلس القومي للبحوث ، نظام تحديد المواقع العالمي ، توصية الأصول الوطنية المشتركة و [مدش] للتحسينات والتحسينات التقنية. 1995. واشنطن العاصمة: مطبعة الأكاديمية الوطنية.

قطاع التحكم التشغيلي

يتكون نظام GPS OCS من محطة التحكم الرئيسية (MCS) ، الموجودة في قاعدة فالكون الجوية في كولورادو سبرينغز ، ومحطات المراقبة عن بُعد في كولورادو ، وتقع في هاواي ودييجو غارسيا وجزيرة أسينشن وكواجالين وهوائيات الإرسال ، وتقع في ثلاثة من الأربعة محطات المراقبة عن بعد وفي MCS. تساهم محطات المراقبة عن بعد الأربع في التحكم في الأقمار الصناعية من خلال تتبع كل ساتل GPS في المدار ، ومراقبة إشاراته الملاحية ، وترحيل هذه المعلومات إلى MCS. يمكن للمحطات الأربع تتبع ومراقبة مكان كل قمر صناعي لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) لمدة 20 إلى 21 ساعة في اليوم. تقوم الاتصالات الأرضية والفضائية بتوصيل محطات المراقبة عن بعد بـ MCS.

معدات المستخدم

تختلف معدات مستخدم نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) بشكل كبير من حيث التكلفة والتعقيد ، اعتمادًا على تصميم المتلقي والتطبيق. يمكن أن تتراوح مجموعات أجهزة الاستقبال ، التي تختلف حاليًا في السعر من حوالي 135 دولارًا أمريكيًا أو أقل إلى 30 ألف دولار أمريكي ، من أجهزة بسيطة إلى حد ما توفر فقط معلومات تحديد الموقع الأساسية إلى وحدات معقدة متعددة القنوات تتعقب جميع الأقمار الصناعية في العرض وتؤدي مجموعة متنوعة من الوظائف. تتكون معظم مستقبلات GPS من ثلاثة مكونات أساسية: (1) هوائي يستقبل الإشارة ، وفي بعض الحالات ، يتمتع بقدرات مقاومة التشويش (2) وحدة استقبال ومعالج ، والتي تحول إشارة الراديو إلى حل ملاحة قابل للاستخدام و (3) وحدة تحكم / عرض تعرض معلومات تحديد الموقع وتوفر واجهة للتحكم في جهاز الاستقبال.

خصائص الإشارة والمفاهيم التشغيلية

يعتمد نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على مبدأ & ldquopseudoranging & rdquo لتوفير معلومات دقيقة عن تحديد المواقع والسرعة والتوقيت. يرسل كل قمر صناعي في المدار إشارة راديو مستمرة برمز فريد يتضمن بيانات حول موقع القمر الصناعي والوقت المحدد لبدء الإرسال المشفر ، كما يتم الاحتفاظ به بواسطة الساعات الذرية الموجودة على متنه. يتم إنشاء قياس المسافة الزائفة عن طريق قياس المسافة بين مستقبل المستخدم والقمر الصناعي عن طريق طرح الوقت الذي أرسل فيه القمر الصناعي الإشارة من الوقت الذي استقبله فيه المستخدم.

بشكل عام ، يمكن تحديد موضع المستخدم ثلاثي الأبعاد عن طريق قياس النطاقات في وقت واحد من مستقبل المستخدم إلى ثلاثة أقمار صناعية .. ومع ذلك ، نظرًا لأن الأقمار الصناعية GPS وساعات جهاز الاستقبال غير متزامنتين تمامًا ، فإن الملاحظات من قمر صناعي رابع ضرورية للتخلص من تحيز ساعة المستقبِل الشائع لجميع قياسات البرتقال الزائف. يوضح الشكل 1-2 مفهوم التشوه المزيف لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

بدلاً من إرسال رمز واحد على إشارة راديوية واحدة (كما هو موضح أعلاه) ، يرسل كل قمر صناعي في الواقع إشارتين مميزتين للطيف المنتشر تحتويان على رمزين مختلفين ، رمز الاكتساب الخشن (C / A) ورمز الدقة (P). يتم بث كود C / A على إشارة الموجة الحاملة L-band (المعروفة باسم L1) ، والتي يتركز ترددها عند 1575.42 MHz. يتم بث الكود P على الموجة الحاملة L1 في تربيع الطور مع الموجة الحاملة C / A وعلى تردد الموجة الحاملة الثاني (المعين باسم L2) ، والذي يتمركز عند 1227.60 MHz.

يوفر رمز L1 C / A إمكانية تحديد المواقع مجانًا للمستخدمين المدنيين والتجاريين في جميع أنحاء العالم ويُعرف باسم خدمة تحديد المواقع القياسية (SPS). عادةً ما يتم تشفير P-code باستخدام تقنيات تشفير وكالة الأمن القومي ، وإمكانية فك التشفير متاحة فقط للجيش والمستخدمين المعتمدين الآخرين على النحو الذي تحدده وزارة الدفاع الأمريكية. ترفض عملية التشفير ، المعروفة باسم مكافحة الانتحال (A-S) ، الوصول غير المصرح به إلى رمز P وتحسن أيضًا بشكل كبير قدرة جهاز الاستقبال على مقاومة الإغلاق على إشارات GPS المحاكية ، والتي يمكن أن توفر معلومات تحديد الموقع غير الصحيحة لمستخدم GPS. توفر P-code على كل من إشارات الموجة الحاملة L1 و L2 من خلال إمكانية فك التشفير للمستخدمين المعتمدين تحديدًا أكثر دقة للمواقع ويُعرف باسم خدمة التحديد الدقيق للمواضع (PPS).

التوافر الانتقائي وأخطاء تحديد المواقع الأخرى

تنخفض دقة GPS لمستخدمي SPS من خلال عملية تعرف باسم التوافر الانتقائي (SA). SA هو تدهور متعمد في دقة GPS يتم تحقيقه عن طريق التغيير المتعمد للوقت الدقيق للساعات على متن الأقمار الصناعية ، مما يؤدي إلى حدوث أخطاء في إشارة GPS ، ومن خلال توفير بيانات تحديد المواقع المدارية غير الصحيحة في رسالة الملاحة GPS. عادةً ما يتم تعيين SA على مستوى يوفر دقة تحديد المواقع بمقدار 100 متر (2 drms) لمستخدمي SPS. 2 ينص توجيه السياسة الرئاسية الصادر في مارس 1996 بشأن نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) على أن نية حكومة الولايات المتحدة & ldquod عدم الاستمرار في استخدام

يتم تمثيل دقة SPS عادةً باستخدام قياس أفقي بمقدار 2 درم ، أو ضعف جذر متوسط ​​التربيعي لخطأ المسافة الشعاعية. عادةً ، يمكن تمثيل 2 drms بيانياً كدائرة حول الموضع الحقيقي تحتوي على حوالي 95 بالمائة من تحديدات الموضع.


1.1 ما هو الحوسبة الأرضية؟

الحوسبة الجغرافية هي مصطلح حديث ، يعود تاريخه إلى المؤتمر الأول حول هذا الموضوع في عام 1996. 1 ما يميز الحوسبة الجغرافية عن (في ذلك الوقت) المصطلح الشائع الاستخدام "الجغرافيا الكمية" ، اقترح المدافعون الأوائل عنه ، كان تركيزه على "الإبداع والتجريبي" تطبيقات (Longley et al. 1998) وتطوير أدوات وطرق جديدة (Openshaw و Abrahart 2000): "GeoComputation يتعلق باستخدام الأنواع المختلفة من البيانات الجغرافية وحول تطوير أدوات جغرافية ذات صلة ضمن السياق العام لـ" علمي ". ' مقاربة." يهدف هذا الكتاب إلى تجاوز طرق التدريس والكود بحلول نهايته ، يجب أن تكون قادرًا على استخدام مهاراتك في الحوسبة الأرضية ، للقيام "بعمل عملي مفيد أو مفيد" (Openshaw and Abrahart 2000).

يختلف نهجنا عن المتبنين الأوائل مثل ستان أوبنشو ، ومع ذلك ، في تأكيده على التكاثر والتعاون. في مطلع القرن الحادي والعشرين ، كان من غير الواقعي أن نتوقع من القراء أن يكونوا قادرين على إعادة إنتاج أمثلة الرموز ، بسبب الحواجز التي تمنع الوصول إلى الأجهزة والبرامج والبيانات الضرورية. بعد عقدين من الزمن ، تطورت الأمور بسرعة. أي شخص لديه إمكانية الوصول إلى جهاز كمبيوتر محمول به

يمكن أن تتوقع ذاكرة الوصول العشوائي بسعة 4 جيجا بايت بشكل واقعي أن تكون قادرة على تثبيت وتشغيل برامج الحوسبة الجغرافية على مجموعات بيانات متاحة للجمهور ، والتي تتوفر على نطاق واسع أكثر من أي وقت مضى (كما سنرى في الفصل السابع). 2 على عكس الأعمال المبكرة في هذا المجال ، فإن جميع الأعمال المقدمة في هذا الكتاب قابلة لإعادة الإنتاج باستخدام رمز وبيانات نموذجية مقدمة جنبًا إلى جنب مع الكتاب ، في حزم R مثل spData، تركيبها مشمول في الفصل 2.

ترتبط الحوسبة الجغرافية ارتباطًا وثيقًا بمصطلحات أخرى بما في ذلك: علوم المعلومات الجغرافية (GIScience) Geomatics Geoinformatics المعلومات المكانية هندسة المعلومات الجغرافية (Longley 2015) وعلوم البيانات الجغرافية (GDS). يشترك كل مصطلح في التركيز على نهج "علمي" (يعني ضمنيًا قابلاً للتكرار وقابل للتزوير) متأثرًا بنظم المعلومات الجغرافية ، على الرغم من اختلاف أصولها ومجالات تطبيقها الرئيسية. تؤكد GDS ، على سبيل المثال ، على مهارات "علم البيانات" ومجموعات البيانات الكبيرة ، بينما تميل Geoinformatics إلى التركيز على هياكل البيانات. لكن التداخلات بين المصطلحات أكبر من الاختلافات بينهما ونستخدم الحوسبة الجغرافية كمرادف تقريبي يغلفها جميعًا: كلهم ​​يسعون إلى استخدام البيانات الجغرافية للعمل العلمي التطبيقي. على عكس المستخدمين الأوائل للمصطلح ، لا نسعى للإشارة إلى وجود أي مجال أكاديمي متماسك يسمى "Geocomputation" (أو "GeoComputation" كما أسماه ستان أوبنشو). بدلاً من ذلك ، نحدد المصطلح على النحو التالي: العمل مع البيانات الجغرافية بطريقة حسابية ، مع التركيز على الكود وقابلية التكاثر والنمطية.

الحوسبة الجغرافية مصطلح حديث ولكنه يتأثر بالأفكار القديمة. يمكن اعتباره جزءًا من الجغرافيا ، التي لها تاريخ يزيد عن 2000 عام (Talbert 2014) وامتدادًا لـ نظم المعلومات الجغرافية (GIS) (Neteler and Mitasova 2008) ، والتي ظهرت في الستينيات (Coppock and Rhind 1991).

لعبت الجغرافيا دورًا مهمًا في شرح والتأثير في علاقة البشرية بالعالم الطبيعي قبل اختراع الكمبيوتر بفترة طويلة. توضح رحلات ألكسندر فون هومبولت إلى أمريكا الجنوبية في أوائل القرن التاسع عشر هذا الدور: لم تضع الملاحظات الناتجة أسس تقاليد الجغرافيا الطبيعية والنباتية فحسب ، بل مهدت أيضًا الطريق نحو سياسات لحماية العالم الطبيعي (Wulf 2015). يهدف هذا الكتاب إلى المساهمة في "التقليد الجغرافي" (Livingstone 1992) من خلال تسخير قوة أجهزة الكمبيوتر الحديثة والبرامج مفتوحة المصدر.

انعكست روابط الكتاب للتخصصات القديمة في العناوين المقترحة للكتاب: الجغرافيا مع R. و R لـ GIS. لكل منها مزايا. الأول ينقل رسالة مفادها أنه يشتمل على أكثر بكثير من مجرد بيانات مكانية: تتشابك بيانات السمات غير المكانية حتمًا مع البيانات الهندسية ، والجغرافيا تدور حول أكثر من مكان وجود شيء ما على الخريطة. هذا الأخير يشير إلى أن هذا كتاب حول استخدام R كنظام المعلومات الجغرافية ، لأداء العمليات المكانية على البيانات الجغرافية (بيفاند وبيبيسما وجوميز روبيو 2013). ومع ذلك ، فإن مصطلح GIS ينقل بعض الدلالات (انظر الجدول 1.1) التي تفشل ببساطة في توصيل واحدة من أعظم نقاط القوة في R: قدرتها القائمة على وحدة التحكم على التبديل بسلاسة بين معالجة البيانات الجغرافية وغير الجغرافية ، والنمذجة ، ومهام التصور. على النقيض من ذلك ، يشير مصطلح الحوسبة الجغرافية إلى البرمجة القابلة للتكرار والإبداعية. بالطبع ، تعد خوارزميات (الحوسبة الأرضية) أدوات قوية يمكن أن تصبح معقدة للغاية. ومع ذلك ، تتكون جميع الخوارزميات من أجزاء أصغر. من خلال تعليمك أسسها وهيكلها الأساسي ، نهدف إلى تمكينك من إنشاء حلول مبتكرة خاصة بك لمشاكل البيانات الجغرافية.


شاهد الفيديو: ماذا لو بدلت الأرض والمحيطات على الأرض أماكنها