القياس عن بعد

أجهزة القياس عن بُعد هي الأجهزة المادية المستخدمة في القياس عن بُعد. تتكون من مستشعر ، ومسار إرسال، وجهاز عرض أو تسجيل أو تحكم. تُستخدم الأجهزة الإلكترونية على نطاق واسع في القياس عن بُعد، ويمكن أن تكون لاسلكية أو سلكية، تناظرية أو رقمية . كما توجد تقنيات أخرى ممكنة، مثل الميكانيكية والهيدروليكية والبصرية. ^{[ 10 ]}

يعود تاريخ نقل المعلومات عن بُعد عبر الأسلاك إلى القرن التاسع عشر. ففي عام 1845، طُوّرت إحدى أولى دوائر نقل البيانات بين القصر الشتوي للقيصر الروسي ومقر قيادة الجيش. وفي عام 1874، أنشأ مهندسون فرنسيون نظامًا لأجهزة استشعار الطقس وعمق الثلوج على جبل مونت بلانك ، ينقل معلومات آنية إلى باريس . وفي عام 1901، حصل المخترع الأمريكي سي. ميشالكه على براءة اختراع "سيلسين" ، وهي دائرة لإرسال معلومات دوران متزامنة عبر مسافة. وفي عام 1906، بُنيت مجموعة من محطات الرصد الزلزالي مزودة بنظام قياس عن بُعد لمرصد بولكوفو في روسيا. وفي عام 1912، طوّرت شركة كومنولث إديسون نظام قياس عن بُعد لمراقبة الأحمال الكهربائية على شبكة الطاقة التابعة لها. كما استخدمت قناة بنما (التي اكتمل بناؤها بين عامي 1913 و1914) أنظمة قياس عن بُعد واسعة النطاق لمراقبة الأقفال ومستويات المياه. ^{[ 11 ]} 

ظهرت تقنية القياس عن بُعد اللاسلكية مبكرًا في جهاز الراديو سوند ، الذي طُوِّر بالتزامن عام 1930 على يد روبرت بيرو في فرنسا وبافل مولتشانوف في روسيا . وقد اعتمد نظام مولتشانوف على تعديل قياسات درجة الحرارة والضغط بتحويلها إلى شفرة مورس لاسلكية . استخدم الصاروخ الألماني V-2 نظامًا بدائيًا لإشارات الراديو المتعددة يُسمى "ميسينا" للإبلاغ عن أربعة معايير للصاروخ، إلا أنه كان غير موثوق لدرجة أن فيرنر فون براون ادعى ذات مرة أن مراقبة الصاروخ من خلال المنظار كانت أكثر فائدة.

في الولايات المتحدة والاتحاد السوفيتي، استُبدل نظام ميسينا سريعًا بأنظمة أفضل؛ وفي كلتا الحالتين، اعتمد النظام على تعديل موضع النبضة (PPM). ^{[ 12 ]} استخدمت أنظمة القياس عن بُعد السوفيتية المبكرة للصواريخ والفضاء، التي طُوّرت في أواخر الأربعينيات، إما تعديل موضع النبضة (مثل نظام ترال للقياس عن بُعد الذي طوّره مكتب تصميم الفضاء السوفيتي (OKB-MEI)) أو تعديل مدة النبضة (مثل نظام RTS-5 الذي طوّره معهد NII-885). في الولايات المتحدة، استُخدمت أنظمة مماثلة في الأعمال المبكرة، ولكن استُبدلت لاحقًا بتعديل رمز النبضة (PCM) (على سبيل المثال، في مسبار المريخ مارينر 4 ). استخدمت المجسات السوفيتية اللاحقة بين الكواكب أنظمة راديو احتياطية، حيث كانت تُرسل بيانات القياس عن بُعد باستخدام تعديل رمز النبضة على نطاق ديسيمتر وتعديل موضع النبضة على نطاق سنتيمتر. ^{[ 13 ]}

تستخدم بالونات الأرصاد الجوية تقنية القياس عن بعد لنقل البيانات المناخية منذ عام 1920.

تُستخدم تقنية القياس عن بُعد لنقل معلومات ميكانيكا الحفر وتقييم التكوينات الجيولوجية إلى أعلى البئر، في الوقت الفعلي، أثناء عملية الحفر. تُعرف هذه الخدمات باسم القياس أثناء الحفر والتسجيل أثناء الحفر . تُرسل المعلومات التي يتم الحصول عليها على عمق آلاف الأقدام تحت سطح الأرض، أثناء الحفر، عبر فتحة الحفر إلى أجهزة الاستشعار السطحية وبرنامج فك التشفير. تُترجم موجة الضغط (sana) إلى معلومات مفيدة بعد معالجتها رقميًا وتصفية الضوضاء. تُستخدم هذه المعلومات في تقييم التكوينات الجيولوجية ، وتحسين عمليات الحفر ، والتوجيه الجيولوجي .

تُستخدم تقنية القياس عن بُعد في سباقات السيارات الحديثة، مما يسمح لمهندسي السباقات بتحليل البيانات المُجمّعة أثناء الاختبارات أو السباقات، واستخدامها لضبط السيارة بدقة لتحقيق الأداء الأمثل. وقد تطورت الأنظمة المستخدمة في سباقات مثل الفورمولا 1 لدرجةٍ تسمح بحساب زمن اللفة المُحتمل للسيارة، وهو الزمن الذي يُتوقع من السائق تحقيقه. تشمل أمثلة القياسات في سيارة السباق التسارع ( قوى الجاذبية  ) على ثلاثة محاور، وقراءات درجة الحرارة، وسرعة العجلات، وإزاحة نظام التعليق. في الفورمولا 1، تُسجّل أيضًا بيانات السائق ليتمكن الفريق من تقييم أدائه، وفي حالة وقوع حادث، يُمكن للاتحاد الدولي للسيارات (FIA ) تحديد أو استبعاد خطأ السائق كسبب مُحتمل.

تشمل التطورات اللاحقة تقنية القياس عن بُعد ثنائية الاتجاه، والتي تُمكّن المهندسين من تحديث معايرات السيارة في الوقت الفعلي (حتى أثناء وجودها على الحلبة). في سباقات الفورمولا 1، ظهرت تقنية القياس عن بُعد ثنائية الاتجاه في أوائل التسعينيات، وكانت عبارة عن شاشة عرض رسائل على لوحة القيادة يُمكن للفريق تحديثها. استمر تطويرها حتى مايو 2001، عندما سُمح باستخدامها لأول مرة في السيارات. بحلول عام 2002، أصبح بإمكان الفرق تغيير خرائط المحرك وتعطيل مستشعرات المحرك من منطقة الصيانة أثناء وجود السيارة على الحلبة. في موسم 2003، حظر الاتحاد الدولي للسيارات (FIA) تقنية القياس عن بُعد ثنائية الاتجاه في سباقات الفورمولا 1؛ ^{[ 18 ]} ومع ذلك، يُمكن استخدام هذه التقنية في أنواع أخرى من السباقات أو في سيارات الطرق العادية.

تم تطبيق نظام القياس عن بعد أحادي الاتجاه أيضًا في سيارات السباق التي يتم التحكم فيها عن بعد للحصول على معلومات من خلال مستشعرات السيارة مثل: سرعة دوران المحرك، والجهد، ودرجات الحرارة، ودواسة الوقود.

في قطاع النقل، يُستخدم نظام إدارة الأسطول عن بُعد لتوفير معلومات حول أداء المركبة أو السائق من خلال جمع البيانات من أجهزة الاستشعار الموجودة على متنها، مثل وحدة تتبع نظام تحديد المواقع العالمي (GPS ) أو وحدة التحكم عن بُعد (TCU) . ويتم ذلك لأسباب متنوعة تتراوح بين مراقبة التزام الموظفين، وتقييم التأمين، وإدارة استهلاك الوقود ، والصيانة التنبؤية.

كجزء من نظام النقل الذكي ، تُستخدم القياسات عن بعد لربط أجهزة عدادات المرور بمسجلات البيانات لقياس تدفقات المرور وأطوال المركبات وأوزانها. ^{[ 19 ]}

تستخدم صناعة السكك الحديدية تقنية القياس عن بُعد لتقييم حالة المسارات ، مما يسمح بصيانة تنبؤية ووقائية مُحسّنة ومُركّزة. ويتم ذلك عادةً باستخدام قطارات مُخصصة، مثل قطار القياس الجديد الذي تستخدمه شركة "نتورك ريل" في المملكة المتحدة ، والذي يُمكنه فحص عيوب المسارات، مثل مشاكل عرض السكة والتشوهات فيها. ^{[ 20 ]} وتستخدم اليابان قطارات مُشابهة، ولكنها أسرع، تُعرف باسم "دكتور يلو" . ^{[ 21 ]} وإلى جانب فحص المسارات، يُمكن لهذه القطارات أيضًا التحقق من وجود أي مشاكل في نظام التغذية الكهربائية العلوية (الكاتيناري) في مواقع تركيبه. وتمتلك شركات فحص السكك الحديدية المُتخصصة، مثل "سبيري ريل" ، ^{[ 22 ]} عربات سكك حديدية مُخصصة وشاحنات مُجهزة بعجلات سكك حديدية، تستخدم مجموعة متنوعة من الأساليب، بما في ذلك الليزر والموجات فوق الصوتية والحث (قياس المجالات المغناطيسية الناتجة عن تمرير الكهرباء في القضبان) للكشف عن أي عيوب. ^{[ 23 ]}

تعتمد معظم الأنشطة المتعلقة بصحة المحاصيل وجودة الإنتاج على توفر بيانات الطقس والتربة في الوقت المناسب. ولذلك، تلعب محطات الأرصاد الجوية اللاسلكية دورًا رئيسيًا في الوقاية من الأمراض والري الدقيق. تُرسل هذه المحطات المعايير اللازمة لاتخاذ القرارات إلى محطة أساسية، وتشمل: درجة حرارة الهواء والرطوبة النسبية ، وهطول الأمطار ورطوبة الأوراق (لنماذج التنبؤ بالأمراض)، والإشعاع الشمسي وسرعة الرياح (لحساب النتح )، ومستشعرات إجهاد نقص المياه في الأوراق، ورطوبة التربة (وهي بالغة الأهمية لقرارات الري).

نظراً لاختلاف المناخات المحلية الدقيقة اختلافاً كبيراً، يجب الحصول على هذه البيانات من داخل المحصول نفسه. عادةً ما تنقل محطات الرصد البيانات عبر موجات الراديو الأرضية ، مع استخدام أنظمة الأقمار الصناعية أحياناً . وكثيراً ما تُستخدم الطاقة الشمسية لجعل المحطة مستقلة عن شبكة الكهرباء.

تُستخدم تقنية القياس عن بُعد في إدارة المياه ، بما في ذلك قياس جودة المياه وتدفقها . تشمل التطبيقات الرئيسية قراءة العدادات الآلية ، ومراقبة المياه الجوفية ، والكشف عن التسربات في خطوط التوزيع، ومراقبة المعدات. يتيح توفر البيانات في الوقت الفعلي تقريبًا الاستجابة السريعة للأحداث الميدانية. كما تُمكّن تقنية التحكم عن بُعد المهندسين من التدخل في الأصول، مثل المضخات، عن طريق تشغيلها أو إيقافها عن بُعد حسب الظروف. ^{[ 24 ]}

تُستخدم أنظمة القياس عن بُعد في الأنظمة المعقدة كالصواريخ والمركبات الفضائية التي تعمل بالتحكم عن بُعد ومنصات النفط ومصانع الكيماويات ، إذ تُتيح المراقبة التلقائية والتنبيه وحفظ السجلات اللازمة للتشغيل الفعال والآمن. وتستخدم وكالات الفضاء ، مثل ناسا ومنظمة أبحاث الفضاء الهندية ( ISRO ) ووكالة الفضاء الأوروبية (ESA) وغيرها، أنظمة القياس عن بُعد و/أو أنظمة التحكم عن بُعد لجمع البيانات من المركبات الفضائية والأقمار الصناعية.

تُستخدم تقنية القياس عن بُعد في تطوير الصواريخ والأقمار الصناعية والطائرات، لأن النظام قد يتعرض للتلف أثناء الاختبار أو بعده. يحتاج المهندسون إلى معايير النظام الأساسية لتحليل أدائه وتحسينه. وفي غياب تقنية القياس عن بُعد، غالبًا ما تكون هذه البيانات غير متاحة.

في المصانع والمباني والمنازل، يُرصد استهلاك الطاقة لأنظمة مثل أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء في مواقع متعددة؛ وتُرسل البيانات ذات الصلة (مثل درجة الحرارة) عبر تقنية القياس عن بُعد اللاسلكية إلى موقع مركزي. تُجمع هذه المعلومات وتُعالج، مما يُتيح الاستخدام الأمثل للطاقة. كما تُسهّل هذه الأنظمة الصيانة التنبؤية .

تتطلب العديد من الموارد توزيعها على مساحات واسعة. وتُعدّ تقنية القياس عن بُعد مفيدة في هذه الحالات، إذ تسمح لنظام الخدمات اللوجستية بتوجيه الموارد إلى حيث تشتد الحاجة إليها، فضلاً عن توفير الأمن لتلك الأصول؛ ومن الأمثلة الرئيسية على ذلك البضائع الجافة والسوائل والمواد الصلبة الحبيبية السائبة.

تُستخدم تقنية القياس عن بُعد ( القياس الحيوي عن بُعد ) للمرضى المعرضين لخطر اضطراب نشاط القلب ، وعادةً ما يكون ذلك في وحدة العناية القلبية . ويُستعان أحيانًا بأخصائيي القياس عن بُعد لمراقبة العديد من المرضى داخل المستشفى. ^{[ 36 ]} يُزوَّد هؤلاء المرضى بأجهزة قياس وتسجيل ونقل البيانات. ويمكن أن يكون سجل البيانات مفيدًا في تشخيص حالة المريض من قِبل الأطباء . كما يمكن لوظيفة التنبيه أن تُنبه الممرضات في حال كان المريض يُعاني من حالة حادة (أو خطيرة).

تتوفر أنظمة في التمريض الطبي والجراحي للمراقبة لاستبعاد حالة القلب، أو لمراقبة الاستجابة للأدوية المضادة لاضطراب النظم مثل الأميودارون .

يُعدّ مجال علم وظائف الأعصاب، أو ما يُعرف بعلم الأعصاب عن بُعد، تطبيقًا جديدًا وواعدًا لتقنية القياس عن بُعد. يُعنى علم وظائف الأعصاب بدراسة الجهاز العصبي المركزي والمحيطي من خلال تسجيل النشاط الكهروكيميائي، سواءً كان تلقائيًا أو مُحفزًا. في علم الأعصاب عن بُعد، تتم مراقبة تخطيط كهربية الدماغ (EEG) للمريض عن بُعد بواسطة فني تخطيط كهربية الدماغ مُعتمد باستخدام برامج اتصال متطورة. يهدف علم الأعصاب عن بُعد إلى رصد أي تدهور في حالة المريض قبل ظهور أي علامات أو أعراض جسدية.

تُعدّ تقنية مراقبة الدماغ عن بُعد مرادفةً لمراقبة تخطيط الدماغ الكهربائي بالفيديو بشكل مستمر وفوري ، وتُستخدم في وحدات مراقبة الصرع، ووحدات العناية المركزة العصبية، ووحدات العناية المركزة للأطفال، ووحدات العناية المركزة لحديثي الولادة. ونظرًا لطبيعة مراقبة تخطيط الدماغ الكهربائي المستمرة التي تتطلب جهدًا كبيرًا، تُجرى هذه التقنية عادةً في المستشفيات التعليمية الأكاديمية الكبيرة باستخدام برامج داخلية تضمّ فنيي تخطيط الدماغ الكهربائي، وفريق دعم تقني، وأطباء أعصاب، وأخصائيي فيزيولوجيا عصبية، وفريق دعم مراقبة.

تتيح سرعات المعالجات الدقيقة الحديثة وخوارزميات البرامج وضغط بيانات الفيديو للمستشفيات تسجيل ومراقبة تخطيط الدماغ الكهربائي الرقمي المستمر لعدد كبير من المرضى المصابين بأمراض خطيرة في وقت واحد.

توفر تقنية القياس العصبي عن بعد ومراقبة تخطيط كهربية الدماغ المستمر معلومات ديناميكية حول وظائف الدماغ تسمح بالكشف المبكر عن التغيرات في الحالة العصبية، وهو أمر مفيد بشكل خاص عندما يكون الفحص السريري محدودًا.

تُستخدم تقنية القياس عن بُعد لدراسة الحياة البرية، ^{[ 37 ]} وقد أثبتت جدواها في رصد الأنواع المهددة بالانقراض على المستوى الفردي. يمكن تزويد الحيوانات قيد الدراسة بأجهزة استشعار، تشمل مجسات لقياس درجة الحرارة، وعمق الغوص ومدته (للحيوانات البحرية)، والسرعة والموقع (باستخدام نظام تحديد المواقع العالمي GPS أو حزم Argos ). تُتيح أجهزة القياس عن بُعد للباحثين معلوماتٍ حول سلوك الحيوانات ووظائفها وبيئتها. تُخزَّن هذه المعلومات (باستخدام أجهزة استشعار أرشيفية) أو تُرسَل (أو تُنقل) إلى قمر صناعي أو جهاز استقبال محمول. ^{[ 38 ]} قد يُعرِّض صيد الحيوانات البرية ووسمها لبعض المخاطر، لذا من المهم تقليل هذه الآثار. ^{[ 39 ]}

في ورشة عمل عُقدت عام ٢٠٠٥ في لاس فيغاس ، أشارت ندوة إلى إدخال أجهزة القياس عن بُعد التي تُمكّن آلات البيع من إرسال بيانات المبيعات والمخزون إلى شاحنة التوزيع أو إلى المقر الرئيسي. ويمكن استخدام هذه البيانات لأغراض متنوعة، منها الاستغناء عن قيام السائقين بجولة أولية لتحديد المنتجات التي تحتاج إلى إعادة تعبئة قبل تسليم البضائع.

يستخدم تجار التجزئة أيضًا علامات RFID لتتبع المخزون ومنع السرقة. تستجيب معظم هذه العلامات بشكل سلبي لأجهزة قراءة RFID (مثلًا، عند أمين الصندوق)، ولكن تتوفر أيضًا علامات RFID نشطة تُرسل معلومات الموقع بشكل دوري إلى محطة أساسية.

يُعدّ نظام التتبع القائم على القياس عن بُعد أداةً فعّالةً لتتبع الأشخاص والممتلكات في مجال إنفاذ القانون. إذ يُمكن لطوق الكاحل الذي يرتديه المدانون الخاضعون للمراقبة أن يُنذر السلطات في حال انتهاكهم لشروط الإفراج المشروط ، كالتجول خارج الحدود المسموح بها أو زيارة أماكن غير مصرح بها. كما مكّن القياس عن بُعد من استخدام سيارات الطعم ، حيث يُمكن لجهات إنفاذ القانون تجهيز سيارة بكاميرات وأجهزة تتبع وتركها في مكان يُتوقع سرقتها منه. وعند سرقتها، تُبلغ أجهزة القياس عن بُعد عن موقع السيارة ، مما يُتيح عملية استعادتها، حيث يُمكن لجهات إنفاذ القانون تعطيل المحرك وقفل الأبواب عند إيقافها من قِبل الضباط.

في بعض البلدان، تُستخدم تقنية القياس عن بُعد لقياس كمية الطاقة الكهربائية المستهلكة. يتصل عداد الكهرباء بجهاز تجميع ، يقوم بدوره بإرسال المعلومات عبر شبكة GPRS أو GSM  إلى خادم مزود الطاقة. كما تُستخدم هذه التقنية للمراقبة عن بُعد للمحطات الفرعية ومعداتها. ولنقل البيانات، تُستخدم أحيانًا أنظمة نقل البيانات عبر خطوط الطور التي تعمل بترددات تتراوح بين 30 و400 كيلوهرتز.

في علم الصيد بالصقور ، تعني "القياس عن بعد" جهاز إرسال لاسلكي صغير يحمله طائر جارح يسمح لمالك الطائر بتتبعه عندما يكون بعيدًا عن الأنظار.

تُستخدم تقنية القياس عن بُعد في اختبار البيئات المعادية التي تُشكل خطراً على البشر. ومن الأمثلة على ذلك مرافق تخزين الذخائر، والمواقع المشعة، والبراكين، وأعماق البحار، والفضاء الخارجي.

تُستخدم تقنية القياس عن بعد في العديد من الأنظمة اللاسلكية التي تعمل بالبطاريات لإبلاغ موظفي المراقبة عندما تصل طاقة البطارية إلى مستوى منخفض ويحتاج الجهاز النهائي إلى بطاريات جديدة.

في صناعة التعدين، تخدم تقنية القياس عن بُعد غرضين رئيسيين: قياس المعايير الأساسية لمعدات التعدين، ومراقبة ممارسات السلامة. ^{[ 40 ]} تُمكّن المعلومات المُستقاة من جمع وتحليل هذه المعايير من تحديد الأسباب الجذرية للعمليات غير الفعّالة، والممارسات غير الآمنة، والاستخدام غير الصحيح للمعدات، وذلك لزيادة الإنتاجية والسلامة إلى أقصى حد. ^{[ 41 ]} كما تُتيح تطبيقات أخرى لهذه التقنية تبادل المعرفة وأفضل الممارسات على مستوى المؤسسة. ^{[ 41 ]}

في مجال البرمجيات، تُستخدم القياسات عن بُعد لجمع بيانات حول استخدام التطبيقات ومكوناتها وأدائها، مثل عدد مرات استخدام ميزات معينة، وقياسات وقت بدء التشغيل ووقت المعالجة، وبيانات الأجهزة، وأعطال التطبيقات، وإحصاءات الاستخدام العامة وسلوك المستخدم. في بعض الحالات، يتم الإبلاغ عن بيانات مفصلة للغاية مثل مقاييس النوافذ الفردية، وعدد الميزات المستخدمة، وتوقيتات الوظائف الفردية.

يمكن أن يكون هذا النوع من القياس عن بُعد مفيدًا لمطوري البرامج لتلقي البيانات من مجموعة واسعة من نقاط النهاية التي يستحيل اختبارها جميعًا داخليًا، فضلًا عن الحصول على بيانات حول مدى رواج ميزات معينة وما إذا كان ينبغي منحها الأولوية أو النظر في إزالتها. ونظرًا للمخاوف المتعلقة بالخصوصية ، إذ يمكن استخدام قياس البرامج عن بُعد بسهولة لتحليل المستخدمين ، فإن استخدام هذه البيانات في برامج المستخدم غالبًا ما يكون خيارًا شخصيًا، ويُعرض عادةً كميزة لتعطيلها (تتطلب إجراءً صريحًا من المستخدم لتعطيلها) أو كخيار يُحدده المستخدم أثناء عملية تثبيت البرنامج.