Βήματα για τον ψηφιακό δρόμο του μεταξιού

Η ανταλλαγή μεγάλων δεδομένων από δορυφορικές εικόνες και άλλες παρατηρήσεις της Γης στην Ασία, στη Μέση Ανατολή και στην ανατολική Αφρική είναι το κλειδί για τη βιωσιμότητα.

Πολλές αναπτυσσόμενες χώρες, όπως η Μογγολία, έχουν αγροτικές οικονομίες, έτσι τα έργα που μπορούν να προσφέρουν στους αγρότες ενημερωμένες γεωργικές πληροφορίες είναι ζωτικής σημασίας.  Taylor Weidman / Bloomberg / Getty

Οι αρχαίοι δρόμοι του μεταξιού που συνδέουν την Ασία, την Ευρώπη και την Αφρική βρίσκονται πίσω από την ανάπτυξη πολλών μεγάλων πολιτισμών. Σήμερα, οι ηλιακοί συλλέκτες και τα smartphones έχουν αντικαταστήσει το μετάξι και τα τρένα και τα αεροπλάνα έχουν αντικαταστήσει τις καμήλες. Αλλά το πνεύμα της ειρήνης, του αμοιβαίου οφέλους και της μάθησης στο δρόμο του μεταξιού  αναβιώνει σε ένα φιλόδοξο σχέδιο γεφύρωσης Ανατολής και Δύσης, το οποίο ξεκίνησε το 2013 από τον κινέζο πρόεδρο Xi Jinping.

Η πρωτοβουλία «Belt and Road» υπόσχεται περισσότερα από 1 τρισεκατομμύρια δολάρια κινεζικών επενδύσεων σε περίπου 60 χώρες (βλέπε «Belt and Road»).Αλλά και  όλα τα άλλα έθνη είναι ευπρόσδεκτα να συμμετάσχουν. Ο κύριος στόχος είναι η κοινωνικοοικονομική ανάπτυξη μέσω της βελτίωσης των διαδρομών  στο χερσαίο και θαλάσσιο εμπόριο. Η πρωτοβουλία θα ενισχύσει επίσης την επιστήμη και την τεχνολογία σε ολόκληρη την περιοχή, για παράδειγμα μέσω της έρευνας  στην τεχνητή νοημοσύνη, τη νανοτεχνολογία, την κβαντική πληροφορική και τις έξυπνες πόλεις (βλ. Go.nature.com/2mvfec6 ).

Αλλά η προστασία του περιβάλλοντος και η στήριξη της οικονομικής ανάπτυξης θα είναι μία πρόκληση. Η περιοχή Belt and Road φιλοξενεί περισσότερο από το 65% του παγκόσμιου πληθυσμού. Περιλαμβάνει 18 πόλεις που έχουν πληθυσμούς άνω των 10 εκατομμυρίων, όπως το Πεκίνο, το Κάιρο, τη Μόσχα, τη Μανίλα και την Κωνσταντινούπολη.

Τα περιβάλλοντα είναι ποικίλα και εύθραυστα. Οι συνθήκες διαφέρουν όπως : από το χιόνι, τον πάγο  του Οροπεδίου Qinghai-Θιβέτ μέχρι τα δάση και τις στέπες της Ρωσίας και τις ερήμους της Μογγολίας. Οι ακτές και οι θάλασσες απειλούνται από την αύξηση της στάθμης της θάλασσας, την υπεραλίευση και τη ρύπανση. Η πρόσβαση στο νερό αποτελεί μεγάλο πρόβλημα στην κεντρική Ασία. Για παράδειγμα, ο όγκος των υδάτων στη θάλασσα Aral μειώθηκε κατά περίπου 90% τα τελευταία 50 χρόνια, κυρίως επειδή η θάλασσα και τα ποτάμια έχουν χρησιμοποιηθεί για την άρδευση.

Οι περιοχές παγκόσμιας κληρονομιάς που ορίζονται από τον Οργανισμό Ηνωμένων Εθνών και τον Εκπαιδευτικό, Επιστημονικό και Πολιτιστικό Οργανισμό (UNESCO) απειλούνται από την κατασκευή, την υλοτομία, την υπερεκμετάλλευση και την αλλαγή του κλίματος. Αυτές περιλαμβάνουν τα τροπικά δάση της Σουμάτρας, το ιστορικό κέντρο του Ουζμπεκιστάν Shakhrisyabz. και τη δεύτερη μεγαλύτερη ανυψωμένη κοραλλιογενή περιοχή στον κόσμο, στα νησιά Σολομώντα στο ανατολικό άκρο του νησιού Rennell.

Η ανάπτυξη απειλή τις πυραμίδες της Γκίζας.  ESA

Οι οικονομίες πολλών αναπτυσσόμενων χωρών είναι αγροτικές, με τη γεωργία να αντιπροσωπεύει πάνω από το 25% του ακαθάριστου εγχώριου προϊόντος. Συχνά, πάνω από το 40% του εργατικού δυναμικού μιας αναπτυσσόμενης χώρας συμμετέχει στη γεωργία. Οι προμήθειες τροφίμων μπορεί να είναι αναξιόπιστες και ανασφαλείς.

Οι φυσικοί κίνδυνοι είναι μια άλλη απειλή. Τα κράτη της ζώνης και των οδών αντιμετωπίζουν περίπου το 85% των μεγάλων σεισμών, τσουνάμι, τυφώνες, πλημμύρες, ξηρασίες και καύσωνες. Για παράδειγμα, περισσότεροι από 86.000 άνθρωποι σκοτώθηκαν ή αναφέρθηκαν ως αγνοούμενοι σε έναν τεράστιο σεισμό στο Wenchuan της Κίνας τον Μάιο του 2008. Και ο σεισμός και το τσουνάμι του Ινδικού Ωκεανού το 2004 σκότωσαν εκατοντάδες χιλιάδες ανθρώπους. Επτά από τις δέκα πρώτες χώρες που είδαν μεγάλες απώλειες από καταστροφές μεταξύ 1995 και 2014 βρίσκονται στην περιοχή αυτή.

Εάν δεν κάνουμε τίποτα, θα χαθούν ευαίσθητα περιβάλλοντα και θα αυξηθεί η έκθεση σε κινδύνους.

Οι δασικές πυρκαγιές απειλούν τα βόρεια δάση στη Ρωσία. Πίστωση: ESA

Για να αντιμετωπιστούν αυτά τα προβλήματα, είναι απαραίτητος ένας συνδυασμός ακριβών, αξιόπιστων και επίκαιρων επιστημονικών παρατηρήσεων σχετικά με την κατάσταση των χερσαίων και θαλάσσιων οικοσυστημάτων - από  τον αέρα και το έδαφος. Ωστόσο, η κάλυψη και η υποδομή είναι ανεπαρκείς. Πολλές χώρες δεν έχουν την οικονομική δυνατότητα να εκπαιδεύσουν εμπειρογνώμονες στις τεχνικές γεωσκόπησης ή να εγκαταστήσουν σταθμούς εδάφους για την παρακολούθηση των θρεπτικών συστατικών του εδάφους ή της ποιότητας του αέρα. Για παράδειγμα, το Κιργιζιστάν, το Τατζικιστάν, το Τουρκμενιστάν και το Ουζμπεκιστάν δεν διαθέτουν γεωλογικούς δορυφόρους ή εγκαταστάσεις για μαζική επεξεργασία δεδομένων. Τα τοπικά δεδομένα σπάνια μοιράζονται και συχνά κλειδώνονται σε κυβερνητικά ή πανεπιστημιακά αρχεία.

Προεδρεύω του προγράμματος Digital Belt and Road Program (DBAR) που ξεκίνησε το 2016 από κινέζους επιστήμονες σε συνεργασία με εμπειρογνώμονες από 19 χώρες και 7 διεθνείς οργανισμούς. Στόχος μας είναι να βελτιώσουμε την παρακολούθηση του περιβάλλοντος, να προωθήσουμε την ανταλλαγή δεδομένων και να υποστηρίξουμε τη χάραξη πολιτικής χρησιμοποιώντας μεγάλα δεδομένα για τις παρατηρήσεις της Γης. Η Κινεζική Ακαδημία Επιστημών (CAS) επενδύει περισσότερα από 200 εκατομμύρια γιουάν (32 εκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ) τα επόμενα 5 χρόνια για να στηρίξει το  DBAR.

Το πρόγραμμα θα παρακολουθεί τα διάφορα είδη οικοσυστημάτων και την εξέλιξή τους, συμπεριλαμβανομένων των βοσκοτόπων, των δασών, των παγετώνων, των αστικών περιοχών, των γεωργικών εκτάσεων και των παράκτιων περιοχών. Οι περιβαλλοντικές και κοινωνικοοικονομικές πληροφορίες θα μοιραστούν μέσω μιας πλατφόρμας για μεγάλα δεδομένα για τη Γη, τα οποία θα προγραμματιστούν για ανάπτυξη μεταξύ 2016 και 2026. Αυτή η πύλη ανοιχτής πρόσβασης θα επιτρέψει στους ερευνητές, τους διαμορφωτές πολιτικής και το κοινό να παρακολουθήσουν τις αλλαγές, την εξέλιξη και τις τάσεις. Το πρόγραμμα θα διερευνήσει δείκτες  για να τροφοδοτήσει τους στόχους του ΟΗΕ για τη βιώσιμη ανάπτυξη του 2030.

Ο κόλπος Musa στο Ιράν αντιμετωπίζει οικολογικές ζημίες από τη ναυτιλία.  ESA

Εδώ παρουσιάσαμε τις κύριες επιστημονικές προκλήσεις και προτεραιότητες για το DBAR. Αυτά παρουσιάστηκαν και συζητήθηκαν τον Δεκέμβριο του 2017 στη δεύτερη διάσκεψη DBAR στο Χονγκ Κονγκ  .

Απόδειξη της έννοιας

Υπάρχουν τέσσερα βασικά εμπόδια στη στρατηγική για τα μεγάλα δεδομένα της γης για την περιοχή Belt and Road: κακή πρόσβαση στα δεδομένα, ψηφιακό χάσμα μεταξύ ανεπτυγμένων και αναπτυσσόμενων χωρών · η έλλειψη ενημέρωσης ορισμένων πολιτικών, τοπικών επιστημόνων και επαγγελματιών σχετικά με τις δυνατότητες των παρατηρήσεων της Γης. και πολύ λίγη συνεργασία. Πρόκειται για μακροχρόνια προβλήματα - επιβραδύνουν επίσης τις καταστάσεις έκτακτης ανάγκης κατά τη διάρκεια και μετά το τσουνάμι του Ινδικού Ωκεανού το 2004, για παράδειγμα.

Η κύρια προσέγγιση του DBAR είναι να εργαστεί προς την κατεύθυνση μιας πλατφόρμας που να μπορεί να χειρίζεται μια μεγάλη ποικιλία πληροφοριών. Τα σύνολα δεδομένων και οι υποδομές συγκεντρώνονται και οι υπηρεσίες θα πρέπει να αρχίσουν να είναι διαθέσιμες μέχρι τα τέλη του 2018. Στοχευει σε οκτώ βασικές προκλήσεις: προσαρμογή στην αλλαγή του κλίματος και στην αλλαγή του περιβάλλοντος. μετριασμό του κινδύνου καταστροφών · διαχείριση υδατικών πόρων. την αύξηση της γεωργίας και της επισιτιστικής ασφάλειας · προστασία της φυσικής και πολιτιστικής κληρονομιάς · βιώσιμη ανάπτυξη αστικών περιοχών και υποδομών · διαχείριση ακτών και θαλάσσιων περιοχών · και την κατανόηση των αλλαγών στα ψηλά βουνά και την Αρκτική.

Για παράδειγμα, στη γεωργία, η κύρια δυσκολία που αντιμετωπίζουν οι περισσότερες χώρες με επισιτιστική ασφάλεια στην περιοχή είναι η έλλειψη ενημερωμένων πληροφοριών σχετικά με τις προμήθειες, τις αποδόσεις και τη διαχείριση των καλλιεργειών. Το DBAR επεκτείνει το σύστημα CropWatch που βασίζεται στον υπολογισμό του cloud για την παρακολούθηση και τη διαχείριση της διαθεσιμότητας προϊόντων καλαμποκιού, ρυζιού, σίτου και σόγιας. Ξεκίνησε από την CAS το 1998, η CropWatch παρέχει στους χρήστες από 143 χώρες ή περιφέρειες εύκολη πρόσβαση στις γεωργικές πληροφορίες.

Για την ανακούφιση από τις καταστροφές και τη μείωση των κινδύνων, το DBAR αναπτύσσει μια πλατφόρμα για την κοινή χρήση εικόνων παρατήρησης της γης. Η αξία των πληροφοριών αυτών για την ταχεία αξιολόγηση των επιπτώσεων των ακραίων γεγονότων αποδείχθηκε στην Κίνα και τις ανεπτυγμένες χώρες και πρέπει να είναι διαθέσιμη και σε άλλους. Για παράδειγμα, μετά τον σεισμό του Wenchuan το 2008, οι Κινέζοι διασώστες ενημερώθηκαν για 700 άτομα παγιδευμένα σε ένα χωριό, αφού είδαν τις αεροφωτογραφίες του "SOS700" γραμμένο πάνω σε ένα κτίριο.

Οι διαδικασίες που διαμορφώνουν την αστικοποίηση πρέπει να γίνουν κατανοητές. Οι παρατηρήσεις της Γης μπορούν να αποκαλύψουν τις τάσεις στην ανάπτυξη των πόλεων και να βοηθήσουν τους υπεύθυνους σχεδιασμού να ξεπεράσουν την κυκλοφοριακή συμφόρηση, την έλλειψη ενέργειας, την αστική εξάπλωση και τις κακές βασικές υπηρεσίες. Για παράδειγμα, οι επιστήμονες του DBAR διαμορφώνουν την ανάπτυξη της Μόσχας για να ενημερώσουν την ανάπτυξη του Πεκίνο. Το πρόγραμμα παρακολουθεί επίσης τις επιπτώσεις ορισμένων μεγάλων έργων υποδομής, όπως το σιδηροδρομικό σταθμό Mombasa-Nairobi Standard Gauge, το Colombo Port City και το βιομηχανικό πάρκο Kuantan της Μαλαισίας-Κίνας.

Η αστική ανάπτυξη του Πεκίνου μπορεί να εντοπιστεί από το διάστημα.  ESA

Όλα τα τοπία των περιοχών της Παγκόσμιας Κληρονομιάς - συμπεριλαμβανομένων των ανθρώπινων επιρροών (άυλης κληρονομιάς) - πρέπει να προστατεύονται, όχι μόνο τα μνημεία τους  . Για παράδειγμα, στο Angkor στην Καμπότζη, οι παρατηρήσεις της Γης που περιελάμβαναν αερομεταφερόμενες σαρώσεις με λέιζερ αποκάλυψαν τα ερείπια πολλών πόλεων ηλικίας 900 έως 1400 ετών που βρίσκονταν κάτω από το δάπεδο τροπικού δάσους  . Η αποψίλωση των δασών και η αστική εξάπλωση αποτελούν τους κυριότερους κινδύνους που πρέπει να εντάσσουν μια ευρύτερη στρατηγική διαχείρισης.

Πολύ μπροστά

Σχεδιάζουμε να επικεντρωθούμε σε πέντε τομείς προτεραιότητας στο DBAR.

Βελτιώστε την υποδομή. Μια ανοιχτή πλατφόρμα με κοινά δεδομένα, κωδικούς και αλγόριθμους είναι επειγόντως απαραίτητη για την ανάλυση των τεράστιων ποσοτήτων δεδομένων της Γης, τα οποία είναι ήδη τρομακτικά και  θα αυξηθούν. Ο δορυφόρος Sentinel-5P του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος, που ξεκίνησε τον Οκτώβριο του 2017, λαμβάνει 20 εκατομμύρια παρατηρήσεις για τους ατμοσφαιρικούς ρύπους και τα αέρια κάθε μέρα - 10 φορές περισσότερο από τις προηγούμενες αποστολές. Επομένως, ο υπολογιστής σύννεφων πρέπει να είναι πυρήνας  . Θα χρειαζόταν επί του παρόντος 1200 χρόνια για έναν υπολογιστή να επεξεργάζεται 3 εκατομμύρια δορυφορικές σκηνές πλανητικής κλίμακας. μια εγκατάσταση σύννεφο-υπολογιστών θα μπορούσε να το κάνει σε 45 ημέρες  . Θα πρέπει να ενσωματωθούν δορυφορικά δεδομένα που αφορούν την παρακολούθηση της γης από προσεχείς αποστολές.

Προώθηση της ανταλλαγής δεδομένων και της διαλειτουργικότητας. Τα δεδομένα πρέπει να ανταλλάσσονται ανοιχτά και όλοι στην περιοχή επωφελούνται. Αυτό θα απαιτήσει αποφάσεις σχετικά με κατάλληλες μορφές, πληροφορίες και υποστήριξη για το χειρισμό τους, καθώς και μεθοδολογίες και εργαλεία για τη μεγιστοποίηση της αξιοποίησης των δεδομένων.

Επεκτείνετε εφαρμογές σε περισσότερους ανθρώπους. Η ανάπτυξη σε ολόκληρη την περιοχή Belt and Road είναι άνιση. Για να καλυφθούν αυτά τα κενά, είναι απαραίτητο να βελτιωθούν οι κοινές λύσεις που παρέχονται από τα μεγάλα δεδομένα της γης  . Η πρόσβαση σε εργαλεία όπως το CropWatch πρέπει να επεκταθεί. Η χρήση του ψηφιακού σύννεφου μπορεί να επιτρέψει σε οποιονδήποτε να έχει πρόσβαση σε υπηρεσίες οπουδήποτε στην περιοχή και να επιταχύνει την ανάπτυξη εφαρμογών για διάφορους χρήστες.

Προσδιορίστε τις ευκαιρίες έρευνας. Η γνώση θα μπορούσε να ανακαλυφθεί μέσα στα τεράστια πολυεπιστημονικά σύνολα δεδομένων. Για παράδειγμα, η μελέτη των αλλαγών στην επιφάνεια της γης, του Δέλτα του Κίτρινου Ποταμού από το διάστημα τα τελευταία 40 χρόνια αύξησε την κατανόησή μας για τον τρόπο με τον οποίο η εξέλιξή της εξαρτάται από τη χρήση της γης, τις βροχοπτώσεις και τις ροές των υδάτων. Οι ερευνητές πρέπει να συμβάλλουν στην ευαισθητοποίηση σχετικά με το επιστημονικό δυναμικό και τις λύσεις που παρέχουν τα μεγάλα δεδομένα της γης, ιδίως στις λιγότερο ανεπτυγμένες χώρες.

Ενίσχυση της διεθνούς συνεργασίας. Τα κράτη της ζώνης και των οδικών δικτύων θα πρέπει να δημιουργήσουν διμερείς ή πολυμερείς ρυθμίσεις και ισχυρότερους δεσμούς με διεθνή επιστημονικά προγράμματα και οργανισμούς. Αυτές περιλαμβάνουν την UNESCO , το Πρόγραμμα του ΟΗΕ για το Περιβάλλον , το Γραφείο του ΟΗΕ για τη μείωση του κινδύνου καταστροφών , την Επιτροπή Δεδομένων για την Επιστήμη και την Τεχνολογία , την Πανευρωπαϊκή Πειραματική και την Ομάδα για τις Παρατηρήσεις της Γης .

Για να βοηθηθεί η γεφύρωση των τεχνικών διαχωρισμών μεταξύ των πλουσιότερων και φτωχότερων χωρών, το DBAR θα πρέπει να δημιουργήσει κοινά προγράμματα, εργαστήρια και διεθνή κέντρα αριστείας για τη συγκέντρωση εμπειρογνωμόνων από τις συμμετέχουσες χώρες. Το πρόγραμμα έχει ήδη δημιουργήσει οκτώ κέντρα αριστείας, στο Πακιστάν, την Ταϊλάνδη, τη Φινλανδία, την Ιταλία, τη Ρωσία, το Μαρόκο, τη Ζάμπια και τις Ηνωμένες Πολιτείες.

Το DBAR ξεκίνησε ένα φιλόδοξο ταξίδι για την οικοδόμηση ενός ψηφιακού δρόμου για την αειφόρο ανάπτυξη - καλούμε ακόμα  φυσικούς και κοινωνικούς επιστήμονες να συμμετάσχουν σε αυτή την κοινή προσπάθεια.

Nature.com