مشروع دعم مبادرة الحزام والطريق: تحليل السلاسل الزمنية للاستشعار عن بعد للاضطراب البيئي الناتج عن إنشاء المجمع الصناعي الصيني البيلاروسي

ملاحظة: تم إنجاز هذا المشروع البحثي بدعم من برنامج البحث والتعاون المشترك لتحالف منظمات العلوم الدولية لمبادرة الحزام والطريق.

يقع مجمع الصين-بيلاروس الصناعي الكبير للأحجار (المشار إليه فيما يلي باسم مجمع الصين-بيلاروس الصناعي) بالقرب من مينسك، عاصمة بيلاروسيا، وهو مشروع مشترك بين الصين وبيلاروسيا. يمتلك المساهمون الصينيون 60% من الأسهم، وهم: شركة الصين الوطنية لصناعة الآلات (SINOMACH) ومجموعة هاربين للاستثمار المحدودة؛ بينما يمتلك المساهمون البيلاروسيون 40% من الأسهم، وهم: حكومة مينسك الإقليمية، وحكومة بلدية مينسك، ومجموعة بيلاروسيان هورايزون القابضة. يتميز المجمع بموقع استراتيجي بالقرب من مطار مينسك الدولي، ويمتد على مساحة إجمالية قدرها 91.5 كيلومترًا مربعًا، وتغطي المرحلة الأولى من المشروع مساحة 8.5 كيلومترًا مربعًا.

يُعدّ مجمع "الحجر العظيم" الصناعي الصيني البيلاروسي مشروعًا مشتركًا ضمن مبادرة الحزام والطريق، وهو أكبر مجمع صناعي صيني في الخارج. وقد حظي هذا المشروع، الذي رعاه ودعمه قادة البلدين، باهتمام كبير، وتطور ليصبح مجمعًا عصريًا متكامل البنية التحتية، وبيئة أعمال متميزة، ومفاهيم إدارية متقدمة، وذلك بعد ما يقرب من عشر سنوات من التطوير. كما يُعدّ أكبر مشروع جذب استثماري في بيلاروسيا، ويُعرف باسم "لؤلؤة مبادرة الحزام والطريق".

يضم المجمع الصناعي العديد من المباني الصناعية الموحدة المتاحة للشركات للاستئجار أو الشراء. ويجسد تصميم وبناء هذه المباني مفهوم التنمية المستدامة، حيث يتم استخدام الإضاءة الطبيعية والتهوية وتقنيات توفير الطاقة لتحسين استغلال الموارد مع تقليل الأثر البيئي.

مقدمة في أساليب معالجة البيانات

1. تم جمع صور طويلة الأمد من عام 2016 إلى عام 2024 داخل منطقة الإنشاءات في المجمع الصناعي الصيني البيلاروسي، وتم حساب مؤشري NDVI (مؤشر اختلاف الغطاء النباتي المعياري) وNDBI (مؤشر اختلاف المناطق المبنية المعياري). يعكس هذان المؤشران توزيع الغطاء النباتي والمناطق المبنية المحيطة.

 NDVI= (NIR-Red)/(NIR+Red) 

مؤشر NDVI هو مؤشر يُستخدم لقياس صحة الغطاء النباتي. من خلال مقارنة الانعكاس في نطاقي الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) والأحمر، يُمكن لمؤشر NDVI تحديد وتمييز الغطاء النباتي الأخضر بكفاءة. تتراوح قيم مؤشر NDVI عادةً بين -1 و1.

تشير القيمة العالية (القريبة من 1) إلى وجود نباتات صحية وخصبة.

تشير القيم المنخفضة (القريبة من الصفر أو القيم السالبة) إلى نقص الغطاء النباتي أو المناطق الخالية من الغطاء النباتي مثل التربة العارية أو المسطحات المائية.

 NDBI=(SWIR-NIR)/(SWIR+NIR) 

مؤشر NDBI هو مؤشر يُستخدم لقياس المناطق المبنية. من خلال مقارنة انعكاس نطاقات الأشعة تحت الحمراء قصيرة الموجة (SWIR) والأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، يستطيع مؤشر NDBI تحديد المناطق المبنية وتمييزها بفعالية. تتراوح قيم مؤشر NDBI عادةً بين -1 و1.

تشير القيم العالية (القريبة من 1) إلى مناطق البناء.

تشير القيم المنخفضة (القريبة من الصفر أو القيم السالبة) إلى المناطق غير المبنية، والتي قد تكون نباتات أو مسطحات مائية، وما إلى ذلك.

△ خريطة موقع مجمع الصين-بيلاروسيا الصناعي الحجري الكبير

△ التغيرات في صور الاستشعار عن بعد لمنطقة المجمع الصناعي من عام 2000 إلى عام 2024

مقدمة في أساليب معالجة البيانات

2. قبل التقاط الصور، تمّ ترشيح السحب بناءً على نسبة تغطية سحابية تبلغ 25%، واستُخدمت خوارزمية لإخفاء السحب لإزالتها. ولأنّ المنطقة المستهدفة تتمتّع بمناخ قاري معتدل ذي فصول متميزة، فإنّ نسبة التغطية السحابية تكون عالية من نوفمبر إلى مارس من العام التالي، ممّا يؤدّي إلى وجود فجوات عديدة في البيانات. لذلك، بالنسبة للمناطق التي لا تحتوي على عدد كافٍ من البكسلات الفعّالة، استُخدمت طريقة لدمج المتوسطات الشهرية والفصلية لدمج البيانات، مع استكمال البكسلات المحجوبة بالسحب في كلّ صورة، وإعادة أخذ العينات بدقة 30 مترًا.
3. بعد معالجة البيانات، يتم دمج الصور النقطية لكل مشهد في صورة نقطية متعددة الأبعاد netCDF أو تحويلها إلى نقاط متجهة، وتتم إضافة سمات الوقت.
4. يتم تجميع البيانات ذات السمات الزمنية المذكورة أعلاه في مكعب مكاني زمني، والذي يتضمن معلومات رقمية عن مؤشر الغطاء النباتي الطبيعي (NDVI) ومؤشر الغطاء النباتي الطبيعي (NDBI).
5. يتم تحليل النقاط الساخنة المكانية والزمانية الناشئة، والقيم الشاذة المحلية، ونقاط التغيير على المكعب المكاني والزماني.
6. قم بإخراج النتائج المذكورة أعلاه وعرضها بصريًا، وقم بتفسيرها وفقًا للوضع الفعلي للمشروع، وتحقق منها من خلال مقارنتها بصورة RGB الأصلية.

عرض النتائج

1. تحليل النقاط الساخنة المكانية والزمانية الناشئة

△ نتائج تحليل النقاط الساخنة المكانية والزمانية الناشئة لمؤشر الغطاء النباتي NDVI

وفقًا لنتائج التحليل، فإن التغيرات في الغطاء النباتي في منطقة المشروع من عام 2016 إلى عام 2024 هي كما يلي: يتم تصنيف مناطق البناء في منطقة المشروع على أنها بقع باردة مستمرة، وبقع باردة متواصلة، وبقع باردة مكثفة.

تم تحديد البقع الباردة المستمرة على أنها مبانٍ كانت موجودة قبل بدء المشروع وما زالت موجودة حتى مايو 2024. وتكشف مقارنة صور الأقمار الصناعية أن هذه تشمل بعض الطرق الرئيسية والمحطات الفرعية والمجمعات اللوجستية والمستودعات ومكاتب الجمارك التي كانت موجودة قبل بدء المشروع.

تشير البقعة الباردة المستمرة إلى خصائص الأرض التي تُكمّل البقعة الباردة الدائمة. وهي عبارة عن قطع أراضٍ تم تخطيطها قبل بدء المشروع واكتملت في مايو 2024.

يمكن تفسير المناطق الباردة المتزايدة على أنها مواقع بناء كانت قيد الإنشاء بشكل متقطع حتى مايو 2024.

تمثل البقع الباردة المتناثرة المناطق التي لا تزال، اعتبارًا من مايو 2024، خالية من الأراضي الشاغرة أو المباني منخفضة الكثافة.

تمثل البقع الباردة في التقلبات المناطق التي تغطيها النباتات طوال معظم مدة المشروع، حتى تنتهي فترة المراقبة ويتم تحويل الأرض إلى مساحة مفتوحة أو مبانٍ.

△ نتائج تحليل النقاط الساخنة المكانية والزمانية الناشئة لمؤشر NDBI للمباني

وفقًا لنتائج التحليل، فإن التغييرات في المباني داخل منطقة المشروع من عام 2016 إلى عام 2024 هي كما يلي:

تم تصنيف مناطق المباني داخل منطقة المشروع على أنها نقاط ساخنة متناثرة، ونقاط ساخنة متقلبة، ونقاط ساخنة مستمرة، ونقاط ساخنة متناقصة تدريجياً.

تشير النقاط الساخنة المستمرة إلى المناطق التي ظلت شاغرة أو قيد الإنشاء طوال مدة المشروع. أما النقاط الساخنة المتذبذبة فتمثل المناطق التي كانت مغطاة بالنباتات في الغالب، ولكنها أصبحت في النهاية مناطق قيد الإنشاء بشكل رئيسي. وتشير النقاط الساخنة المتناثرة إلى المناطق التي لا تزال قيد الإنشاء. ويمكن تفسير النقاط الساخنة المتناقصة تدريجيًا على أنها مناطق ذات كثافة نباتية متزايدة تدريجيًا، ربما نتيجة لتنسيق الحدائق أو الزراعة الاصطناعية أو إعادة التأهيل. أما النقاط الباردة المتناثرة المتبقية فهي مناطق مغطاة بالنباتات.

2. نتائج تحليل القيم الشاذة المحلية

△ نتائج تحليل القيم الشاذة المحلية في مؤشر الغطاء النباتي NDVI

يُمكن لتحليل القيم الشاذة المحلية تحديد التجمعات والقيم الشاذة ذات الدلالة الإحصائية في البيئات المكانية والزمانية. في هذه الحالة، تشير أنواع متعددة إلى أن أنماط التباين الزمني والمكاني لمؤشر الغطاء النباتي NDVI معقدة ومتغيرة للغاية، دون وجود تجمعات واضحة ذات دلالة إحصائية. تمثل التجمعات ذات القيم المنخفضة جدًا في الشكل مناطق ذات مؤشرات غطاء نباتي منخفضة باستمرار، مما يؤكد نتائج التحليلات السابقة للبؤر الساخنة المكانية والزمانية الناشئة.

△ نتائج تحليل القيم الشاذة المحلية لمؤشر NDBI للمباني

أظهرت نتائج تجميع مؤشر المباني وجود مناطق مكتظة بالمباني وأخرى كثيفة الغطاء النباتي. كما لوحظ ظهور بعض المناطق الشاذة بالقرب من الطريق الرئيسي في الاتجاه الشمالي الشرقي، مما يشير إلى وجود نشاط تطوير عقاري في تلك المنطقة.

3. نتائج الكشف عن نقاط التغيير وتحليلها.

△ نتائج الكشف عن نقاط تغيير مؤشر NDBI للمباني

△ نتائج الكشف عن تغير مؤشر NDVI للمباني

استنادًا إلى نتائج رصد نقاط التغير في مؤشري الغطاء النباتي (NDVI) ومؤشر المباني (NDBI)، تبيّن أن الفترتين من مارس إلى أكتوبر 2017 ومن فبراير إلى ديسمبر 2022 كانتا فترتيّ التطوير المكثف للمشروع، حيث شهدتا أبرز التغيرات في مؤشرات الغطاء النباتي والمباني. وشهدت هاتان الفترتان عمليات تطوير متقطعة. كما أوضح رصد التغيرات بوضوح التقدم المحرز في إنشاء الطرق داخل الجزء الغربي من المنطقة الصناعية: فقد اكتمل القسم الجنوبي من نهاية أكتوبر 2019 إلى نهاية يناير 2020؛ واكتمل القسم الأوسط من فبراير إلى منتصف مايو 2020؛ واكتمل القسم الشمالي من نهاية أغسطس إلى منتصف ديسمبر 2020؛ واكتمل مشروع الربط بين القسمين الأوسط والجنوبي من نهاية مارس إلى منتصف يوليو 2021.

بشكل عام، وخلال فترة الإنشاء المتواصلة للمجمع الصناعي منذ عام 2016 وحتى الآن، كانت التغيرات في الغطاء النباتي والمباني متسقة إلى حد كبير من حيث الزمان والمكان، مع مراحل واضحة وتقسيمات إقليمية محددة. وهذا يدل على أن تطوير الأرض واستخدامها قد تم بطريقة منظمة وفقًا للخطة، وأن الإضرار بالنباتات المحيطة قد تم التحكم فيه عند مستوى منخفض، وأن بعض الغطاء النباتي قد تم الحفاظ عليه أثناء تطوير الأرض، وأن أعمال تنسيق الحدائق الاصطناعية وإعادة تأهيل الغطاء النباتي قد نُفذت خلال عملية الإنشاء.

يؤكد هذا أيضًا أن صور الاستشعار عن بُعد المتسلسلة زمنيًا توفر معلومات أكثر ثراءً حول تغيرات استخدام الأراضي، مما يتيح رصدًا أكثر اكتمالًا وشمولية لهذه التغيرات على مساحات واسعة من البيئة. كما يوفر أداة تحليلية أكثر فعالية لحماية البيئة، ومراقبة التقدم الهندسي، وإنشاء أراضٍ زراعية عالية الجودة.