الإشارات اللاسلكية التي تتنبأ بالفيضانات الخاطفة

يقول زميلها “قال إن الباحثين في هذا المجال لديهم قياسات محدودة لأن المعدات التي يستخدمها خبراء الأرصاد الجوية لجمع بيانات الطقس – بما في ذلك الأقمار الصناعية الرادارية – باهظة الثمن للشراء والصيانة، خاصة في البلدان النامية”.

وتقول إنه بسبب ذلك، غالبًا ما تكون البيانات عالية الدقة حول درجة الحرارة وجودة الهواء وسرعة الرياح ومستويات هطول الأمطار غير متسقة، وهو ما يمثل مشكلة عند محاولة إنتاج نماذج وتنبؤات دقيقة.

خبير في معالجة الإشارات والاتصالات الخلوية، جاء ميسر يارون بفكرة استخدام إشارات الاتصالات اللاسلكية الموجودة لجمع بيانات الطقس، حيث تنتشر شبكات الاتصالات في جميع أنحاء العالم.

وفي عام 2006 قامت هي وفريقها البحثي بتطوير خوارزميات تقوم بمعالجة وتحليل البيانات التي تجمعها شبكات الاتصالات لمراقبة هطول الأمطار. يقومون بقياس الفرق في سعة الإشارات المرسلة والمستقبلة بواسطة الأنظمة لاستخراج البيانات اللازمة للتنبؤ بالفيضانات المفاجئة.

تم عرض هذه الطريقة لأول مرة في إسرائيل. ويعمل ميسر يارون على دمجه في شبكات الاتصالات في جميع أنحاء العالم.

ونظير عملها، حصلت على وسام IEEE لتقنيات البيئة والسلامة لهذا العام لمساهماتها في استشعار البيئة باستخدام شبكات الاتصالات اللاسلكية. الجائزة برعاية تويوتا.

“إن الحصول على ميدالية IEEE، وهي أعلى جائزة يمكنك الحصول عليها داخل المنظمة، كان مفاجأة حقًا، وكنت سعيدًا للغاية بذلك [receive] “، كما تقول. “أنا فخور بأن IEEE تمكنت من تقييم ورؤية الإمكانات التي توفرها التكنولوجيا لدينا من أجل الصالح العام ومكافأتها.”

شغف بالتدريس

نشأ ميسر يارون في إسرائيل، وكان مهتمًا بالفن والأدب والعلوم. وتقول إنه عندما حان الوقت لاختيار مهنة، وجدت صعوبة في اتخاذ القرار. في النهاية، اختارت الهندسة الكهربائية، معتقدة أنه سيكون من الأسهل الاستمتاع بالفن والأدب كهوايات.

بعد أن أكملت خدمتها الإلزامية في جيش الدفاع الإسرائيلي عام 1973، بدأت دراستها الجامعية في جامعة تل أبيب، حيث وجدت شغفها: معالجة الإشارات.

وتقول: “الهندسة الكهربائية موضوع واسع جدًا”. “باعتبارك طالبًا جامعيًا، فإنك تتعلم جميع الأجزاء التي تشكل الهندسة الكهربائية، بما في ذلك الفيزياء التطبيقية والرياضيات التطبيقية. لقد استمتعت حقًا بالرياضيات التطبيقية وسرعان ما اكتشفت معالجة الإشارات. لقد وجدت أنه من المدهش جدًا كيف يمكنك، باستخدام الخوارزميات، توجيه الإشارات لاستخراج المعلومات.

تخرجت بدرجة البكالوريوس في EE عام 1977 وواصلت تعليمها هناك، وحصلت على درجتي الماجستير والدكتوراه في عامي 1979 و1984. وانتقلت إلى الولايات المتحدة للحصول على منصب ما بعد الدكتوراه في جامعة ييل. عملت هناك مع زميل IEEE Life Peter Schultheiss، الذي كان معروفًا بأبحاثه في استخدام أنظمة مصفوفة الاستشعار في الصوتيات تحت الماء.

مستوحاة من شغف شولثيس بالتدريس، قرر ميسر يارون ممارسة مهنة في الأوساط الأكاديمية. تم تعيينها من قبل جامعة تل أبيب كأستاذة في الهندسة الكهربائية في عام 1986. وكانت أول امرأة في إسرائيل تصبح أستاذة كاملة في هذا الموضوع.

“إن كونك عضوًا في هيئة التدريس في إحدى الجامعات الحكومية هو أفضل عمل يمكنك القيام به. لم أجني الكثير من المال، ولكن في نهاية كل يوم، كنت أنظر إلى ما فعلته [with pride]”.

وعلى مدى السنوات الـ 14 التالية، أجرت بحثًا في معالجة الإشارات الإحصائية، وتقدير التأخير الزمني، ومعالجة مجموعة أجهزة الاستشعار.

أخذها شغفها بالتدريس إلى جميع أنحاء العالم كأستاذة زائرة في جامعة ييل، ومعهد نيوجيرسي للتكنولوجيا، ومعهد البوليتكنيك في باريس، ومدارس أخرى. تعاونت مع زملائها من الجامعات في مشاريع بحثية.

وفي عام 1999، تمت ترقيتها إلى مديرة برنامج الهندسة الكهربائية الجامعي في جامعة تل أبيب.

وبعد مرور عام، عرضت عليها فرصة لا يمكنها رفضها: العمل ككبيرة العلماء في وزارة العلوم والثقافة والرياضة الإسرائيلية. حصلت على إجازة من التدريس وعلى مدى السنوات الثلاث التالية أشرفت على السياسة العلمية في البلاد.

“أعتقد [working in the public sector] تقول: “هذا جزء من واجبنا كأعضاء هيئة تدريس، وخاصة في الجامعات الحكومية، لأن ذلك يجعلك مثقفًا عامًا”. “لقد منحني العمل في الحكومة رؤية واسعة للعديد من الأشياء التي لا تراها كأستاذ، حتى في جامعة كبيرة.”

وعندما عادت إلى الجامعة في عام 2004، تم تعيين ميسر يارون مديرة للمدرسة الجديدة للدراسات البيئية. وأشرفت على تخصيص تمويل الأبحاث وتحدثت مع الباحثين بشكل فردي لفهم احتياجاتهم بشكل أفضل. وبعد تناول القهوة مع أحد الباحثين، أدركت أن هناك حاجة لتطوير تكنولوجيا أفضل لمراقبة الطقس.

هاجيت ميسر-يارون تعرض بفخر ميدالية IEEE لتقنيات البيئة والسلامة في حفل تكريم IEEE لهذا العام. ويرافقها رئيس IEEE المنتخب كاثلين كرامر ورئيس IEEE توم كوغلين.روب كوهين

استخدام معالجة الإشارات لمراقبة الطقس

ونظرًا لارتفاع درجة حرارة الكوكب، فإن خطر الفيضانات المفاجئة يتزايد باطراد. ويحمل الهواء الأكثر دفئا المزيد من المياه، مما يؤدي إلى هطول أمطار غزيرة أكثر من المعتاد ويؤدي إلى المزيد من الفيضانات، وفقا لوكالة حماية البيئة الأمريكية.

عادةً ما يتم جمع البيانات حول هطول الأمطار بواسطة رادار الأقمار الصناعية وأجهزة قياس المطر الأرضية. ومع ذلك، فإن صور الرادار لا توفر للباحثين قراءات دقيقة لما يحدث على الأرض، وفقا لمقالة إنسيا. أجهزة قياس المطر دقيقة ولكنها توفر بيانات من مناطق صغيرة فقط.

لذا، وضعت ميسر يارون نصب عينيها تطوير التكنولوجيا التي تتصل بالشبكات الخلوية القريبة من الأرض لتوفير قياسات أكثر دقة، كما تقول. إن استخدام البنية التحتية الحالية يلغي الحاجة إلى بناء رادارات ومحطات طقس جديدة.

تسجل أنظمة الاتصالات تلقائيًا مستوى الإشارة المرسلة ومستوى الإشارة المستقبلة، ولكن يمكن للمطر أن يغير أنماط الموجات الناعمة. ومن خلال قياس الفرق في السعة، يمكن لعلماء الأرصاد الجوية استخلاص البيانات اللازمة لتتبع هطول الأمطار باستخدام خوارزميات معالجة الإشارات.

وفي عام 2005، نجحت ميسر يارون ومجموعتها في اختبار هذه التكنولوجيا. وفي العام التالي، تم نشر ورقتهم البحثية بعنوان “الرصد البيئي بواسطة شبكات الاتصالات اللاسلكية” في عام 2010 علوم.

يتم استخدام الخوارزمية في إسرائيل بالشراكة مع مقدمي الخدمات الخلوية الثلاثة الرئيسيين في البلاد. ومع ذلك، يعترف ميسر يارون بأن التفاوض بشأن الصفقات مع شركات الخدمات الخلوية في البلدان الأخرى كان صعباً.

ولتوسيع استخدام هذه التكنولوجيا في جميع أنحاء العالم، أطلق ميسر يارون شبكة بحثية من خلال التعاون الأوروبي في العلوم والتكنولوجيا (COST)، تسمى شبكة استشعار الهطول الانتهازية المعروفة باسم OPENSENSE. وتربط المجموعة بين الباحثين وأخصائيي الأرصاد الجوية وغيرهم من الخبراء حول العالم للتعاون في دمج التكنولوجيا في مجتمعات الأعضاء.

منذ تطوير التكنولوجيا، شغل ميسر يارون عددًا من المناصب بما في ذلك رئيس الجامعة المفتوحة في إسرائيل ونائب رئيس مجلس التعليم العالي في البلاد، الذي يعتمد المؤسسات الأكاديمية.

وهي تحافظ على ارتباطها بجامعة تل أبيب اليوم كأستاذة فخرية.

وتقول: “إن العمل كعضو هيئة تدريس في إحدى الجامعات الحكومية هو أفضل عمل يمكنك القيام به”. “لم أجني الكثير من المال، ولكن في نهاية كل يوم، كنت أنظر إلى ما فعلته [with pride]. وبفضل الحرية الأكاديمية والاستقلالية التي كنت أتمتع بها، تمكنت من القيام بأشياء كثيرة بالإضافة إلى التدريس، بما في ذلك البحث.

لمواصلة عملها في تطوير التكنولوجيا لمراقبة أحداث الطقس، في عام 2016، ساعدت في تأسيس ClimaCell، الآن Tomorrow.io، ومقرها في بوسطن. تهدف الشركة الناشئة إلى استخدام البنية التحتية للاتصالات اللاسلكية وأجهزة إنترنت الأشياء لجمع بيانات الطقس في الوقت الفعلي. شغل ميسر يارون منصب كبير العلماء حتى عام 2017.

وهي تواصل تحديث الخوارزميات الأصلية مع طلابها، وكان آخرها إمكانات التعلم الآلي لاستخراج البيانات من القياسات المادية لمستوى الإشارة في شبكات الاتصالات.

مجتمع هندسي عالمي

عندما كانت ميسر يارون طالبة جامعية، انضمت إلى IEEE بناءً على اقتراح أحد أساتذتها.

وتقول: “لم أفكر كثيرًا في فوائد كوني عضوًا حتى أصبحت طالبة دراسات عليا”. “بدأت بحضور المؤتمرات ونشر الأبحاث في مجلات IEEE، وأصبحت المنظمة مجتمعي المهني.”

وهي متطوعة نشطة وعضو في جمعية معالجة الإشارات IEEE. من عام 1994 إلى عام 2010 عملت في اللجنة الفنية لنظرية وأساليب معالجة الإشارات في المجتمع. وكانت محررة مشاركة في رسائل معالجة الإشارة IEEE و معاملات IEEE على معالجة الإشارات. وهي عضو في هيئة التحرير في مجلة مجلة IEEE لموضوعات مختارة في معالجة الإشارات و معاملات IEEE على معالجة الإشارات.

وفي السنوات العشر الماضية، شاركت في لجان IEEE الأخرى بما في ذلك مراجعة السلوك، والأخلاقيات وسلوك الأعضاء، وهيئات السياسة العامة العالمية.

وتقول: “لا أستطيع أن أرى مسيرتي المهنية أو حياتي المهنية بدون معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE).”