नासा और यूएसजीएस ने नदी के प्रवाह को मापने का नया तरीका खोजा
A team of scientists and engineers at NASA and the U.S. Geological Survey (USGS) collaborated to see if a small piloted drone, equipped with a specialized payload, could help create detailed maps of how fast water is flowing. Rivers supply fresh water to our communities and farms, provide homes for a variety of creatures, transport people and goods, and generate electricity. But river flows can also carry pollutants downstream or suddenly surge, posing dangers to people, wildlife, and property. As NASA continues its ongoing commitment to better understand our home planet, researchers are working to answer the question of how do we stay in-the-know about where and how quickly river flows change?
-रचेल हूवर –
नासा और अमेरिकी भूवैज्ञानिक सर्वेक्षण (USGS) के वैज्ञानिकों और इंजीनियरों की एक टीम ने मिलकर जांच की कि क्या एक छोटा पायलट वाला ड्रोन, जिसमें विशेष उपकरण लगे हों, नदी में पानी के बहाव की गति के विस्तृत नक्शे बना सकता है।
नदियाँ हमारे समुदायों और खेतों को ताज़ा पानी उपलब्ध कराती हैं, विभिन्न जीव-जंतुओं के लिए घर प्रदान करती हैं, लोगों और सामान को एक जगह से दूसरी जगह ले जाती हैं, और बिजली भी उत्पन्न करती हैं। लेकिन नदी का प्रवाह प्रदूषकों को आगे बहा सकता है या अचानक तेज़ होकर लोगों, वन्यजीवों और संपत्ति के लिए खतरा पैदा कर सकता है।
नासा अपनी मातृभूमि पृथ्वी को बेहतर समझने की निरंतर प्रतिबद्धता के तहत काम कर रहा है। शोधकर्ता इस सवाल का जवाब ढूंढ रहे हैं कि हम कैसे पता रखें कि नदियों का प्रवाह कहाँ और कितनी तेज़ी से बदल रहा है?
नासा और यूएसजीएस के वैज्ञानिकों ने मिलकर एक छोटा उपकरण पैकेज तैयार किया है — जो लगभग एक गैलन दूध के डिब्बे जितना है — जिसका नाम है रिवर ऑब्जर्विंग सिस्टम (RiOS)। इसमें थर्मल और विजिबल कैमरे लगे हैं जो पानी की सतह की विशेषताओं की गति ट्रैक करते हैं, ऊँचाई मापने के लिए लेज़र, नेविगेशन सेंसर, एक ऑनबोर्ड कंप्यूटर और वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टम शामिल है।
2023 में शोधकर्ताओं ने इस RiOS को उत्तरी कैलिफोर्निया के सैक्रामेंटो नदी के एक हिस्से पर फील्ड टेस्टिंग के लिए ले गए, और अब वे 2024 के पतझड़ में तीसरे और अंतिम फील्ड टेस्ट के लिए वापस जाने की योजना बना रहे हैं।
यहाँ RiOS से जुड़े कुछ दृश्य हैं जो इस तकनीक को बेहतर समझने में मदद करेंगे:
(यह एनिमेशन/जीआईएफ नदी के प्रवाह को मापने की प्रक्रिया को दर्शाता है)
(थर्मल इमेज से बने नदी प्रवाह के वेलोसिटी मैप का उदाहरण)
“एक नदी के ऊपर RiOS को तैनात करके सिस्टम के वास्तविक प्रदर्शन का मूल्यांकन करना बहुत महत्वपूर्ण है,” यूएसजीएस के मुख्य शोधकर्ता कार्ल लेग्लाइटर ने कहा, जो नासा-यूएसजीएस के संयुक्त StreamFlow प्रोजेक्ट के प्रमुख हैं।
“इन टेस्ट फ्लाइट्स के दौरान हमने दिखाया कि ऑनबोर्ड पेलोड का इस्तेमाल लगभग रीयल-टाइम में गणना करने — यानी विश्लेषण करने — के लिए किया जा सकता है, जबकि ड्रोन नदी के ऊपर उड़ रहा हो। यह हमारा एक प्रमुख लक्ष्य था: इमेज प्राप्त करने और नदी में मौजूदा गति तथा प्रवाह पैटर्न की विस्तृत जानकारी मिलने के बीच न्यूनतम देरी।”
इस ऑनबोर्ड कंप्यूटिंग के विज़न को साकार करने के लिए टीम ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर और अपनी खुद की कोडिंग का उपयोग करती है, जिससे समय के साथ ली गई इमेज सीरीज़ से पानी की सतह की वेग (फ्लो फील्ड) के नक्शे बनाए जाते हैं।
“आप सोच सकते हैं कि प्रवाह की गति अनुमान लगाने के लिए हमें अलग-अलग भौतिक वस्तुओं — जैसे लकड़ी के टुकड़े, गाद या अन्य मलबा — को नीचे बहते देखना चाहिए, लेकिन ऐसा हमेशा संभव नहीं होता और न ही जरूरी,” लेग्लाइटर कहते हैं।
“उच्च-संवेदनशील इन्फ्रारेड कैमरे से हम पानी में बहते हुए सूक्ष्म तापमान अंतरों की गति का पता लगाते हैं।”
यहाँ थर्मल कैमरे से पानी के तापमान अंतर दिखाने वाले कुछ उदाहरण हैं:
(थर्मल इमेज में पानी के प्रवाह और तापमान अंतर स्पष्ट दिखाई देते हैं)
ये वही सूक्ष्म तापमान अंतर हवा और पानी या बर्फ के बीच की सीमा पर भी दिखाई देते हैं। इस जानकारी का फायदा उठाकर नासा की StreamFlow टीम ने दूर की ग्रहों पर भविष्य के लैंडिंग मिशनों के लिए तरीके विकसित किए, जैसे बृहस्पति की चंद्रमा यूरोपा पर, जहाँ बर्फीली सतहों पर कम कंट्रास्ट की वजह से नेविगेशन मुश्किल होता है।
“बर्फीली सतहें दृश्य चुनौतियाँ पेश करती हैं जैसे कंट्रास्ट की कमी,” नासा के एम्स रिसर्च सेंटर के सह-शोधकर्ता उलैंड वोंग ने कहा। “हमारी तकनीक ठीक से स्थिर बर्फीली जमीन को ट्रैक कर सकती है या पानी जैसी गतिशील सतह को हॉवर करते हुए सुरक्षित डेटा इकट्ठा कर सकती है।”
सैक्रामेंटो नदी के फील्ड टेस्ट की तैयारी के लिए नासा टीम ने एक रोबोटिक्स सिमुलेटर बनाया, जिसमें यूएसजीएस द्वारा मॉडल किए गए फ्लो फील्ड का इस्तेमाल करके हजारों वर्चुअल ड्रोन फ्लाइट्स चलाई गईं। ये सिमुलेशन टीम को बुद्धिमान सॉफ्टवेयर बनाने में मदद कर रहे हैं जो ड्रोन के लिए सबसे अच्छे रूट चुन सके और बैटरी की सीमित शक्ति का कुशल उपयोग कर सके।
अगला कदम है सिस्टम को ज्यादा स्वायत्त (ऑटोनॉमस) बनाना। शोधकर्ता चाहते हैं कि रीयल-टाइम में ऑनबोर्ड गणना से नदी के प्रवाह की जानकारी लेकर ड्रोन तय करे कि अगला कदम क्या होना चाहिए।
“क्या ड्रोन किसी खास जगह की बेहतर रिज़ॉल्यूशन डेटा के लिए नीचे उतरे या ऊँचा रहकर वाइड-एंगल व्यू ले?” वोंग ने सवाल किया। “अगर यह तेज़ या धीमे बहाव वाले क्षेत्र पहचान ले, तो क्या बाढ़ के क्षेत्रों का जल्दी पता लगाया जा सकता है?”
यूएसजीएस पूरे देश में हजारों ऑटोमेटेड स्ट्रीम गेज और पुलों/नदी किनारों पर लगे फिक्स्ड कैमरों का नेटवर्क चलाता है जो रीयल-टाइम में नदी प्रवाह की निगरानी करता है।
“ड्रोन हमें बहुत सारे और नए क्षेत्रों में माप करने में सक्षम बनाएंगे, जिससे हमारा नेटवर्क बड़ा, मजबूत और हमारे तकनीशियनों के लिए सुरक्षित हो सके,” यूएसजीएस के सह-शोधकर्ता पॉल किंजेल ने कहा। “ड्रोन हमारे लोगों और उपकरणों को खतरे से दूर रखेंगे और पर्यावरण में समय के साथ बदलाव का पता जितना संभव हो उतने स्थानों पर बताएंगे।”
पृथ्वी पर जीवन बेहतर बनाने के लिए नासा की जलवायु और तकनीकी नवाचारों के बारे में अधिक जानकारी के लिए देखें: http://www.nasa.gov/earth
StreamFlow प्रोजेक्ट यूएसजीएस की हाइड्रोलॉजिक रिमोट सेंसिंग ब्रांच, यूएसजीएस नेशनल इनोवेशन सेंटर के अनमैन्ड एयरक्राफ्ट सिस्टम इंजीनियरों और नासा एम्स के इंटेलिजेंट रोबोटिक्स ग्रुप के वैज्ञानिकों के बीच सहयोग है। यह पेलोड कॉन्सेप्ट शुरू में यूएसजीएस नेशनल इनोवेशन सेंटर के ग्रांट से शुरू हुआ और अब नासा के एडवांस्ड इन्फॉर्मेशन सिस्टम्स टेक्नोलॉजी प्रोग्राम द्वारा समर्थित है। फील्ड टेस्ट नेशनल ओशनोग्राफिक एंड एटमॉस्फेरिक एडमिनिस्ट्रेशन (NOAA) साउथवेस्ट फिशरीज साइंस सेंटर के सहयोग से हुए, जिन्होंने नदी के प्रवाह वेग के प्रत्यक्ष माप लिए और फील्ड साइट (जो नेचर कंज़र्वेंसी की है) तक पहुंच प्रदान की।