ابتكار يدمج الجيوفيزياء والذكاء الاصطناعي لتحديد خصائص التربة

في شمال تايلاند، حيث يتميز الجيولوجيا بالتعقيد ونشاط الصدوع، تتكرّر الانهيارات الأرضية التي تهدد الأرواح والبنية التحتية الحيوية. في عام 2022، حدث انهيار على طول الطريق السريع رقم 1088 في محافظة شيانغ ماي. عندما أجرى فريق بحث بقيادة البروفيسور شينيا إينازومي من معهد شيبورا للتكنولوجيا تحقيقات جيولوجية لتحديد سبب الانهيار، واجهوا تحديًا كبيرًا.

على الرغم من أن التصوير الجيوفيزيائي ثنائي الأبعاد غطى كامل المنطقة، كانت بيانات الحفر متوفرة فقط على خطوط مسح محددة، مما ترك أجزاء كبيرة من الموقع غير موصوفة. وأدى هذا إلى حالة من عدم اليقين في تحديد حدود طبقات التربة، وتمييز المواد الأرضية المختلفة، وتقييم صلابة التربة عبر منطقة الانهيار. أدرك الفريق أن الحفر يوفر بيانات دقيقة في نقاط محددة، لكن تكلفته العالية ووقت تنفيذه يجعل من الصعب تغطية الموقع بالكامل، خاصة في التضاريس الجبلية الصعبة.

في هذا السياق، تقدم تقنيات التعلم الآلي فرصًا جديدة للتعرف على الأنماط في البيانات الجيوفيزيائية.

يقدّم الفريق الآن منهجية مبتكرة تقلل بشكل كبير الحاجة للحفر المكلف والمستغرق للوقت في التحقيقات الجيوتقنية. وقد نُشرت نتائجهم في مجلة Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering في 26 سبتمبر 2025.

من خلال دمج التصوير الجيوفيزيائي ثنائي الأبعاد مع التعلم الآلي، وتحديدًا تحليل التجمعات (k-means)، تمكنت الدراسة من تقدير معلمات قوة التربة (قيم N60) عبر مناطق واسعة باستخدام بيانات من أربعة آبار تم وضعها استراتيجيًا فقط. يكمن الابتكار الرئيس في تطوير معادلة قوية تربط المقاومة الكهربائية تحت سطح الأرض بصلابة التربة، وتم التحقق من دقتها (R² = 0.9467، MAE = 3.94، RMSE = 5.21).

يقول البروفيسور إينازومي: “نجح خوارزمنا في تصنيف المواد تحت الأرض إلى ثلاث مستويات كفاءة: مواد منخفضة الكفاءة مثل الرمال الطرية، مواد متوسطة الكفاءة مثل الطين متوسط الصلابة، ومواد عالية الكفاءة مثل الطين الصلب”.

توفّر هذه المقاربة الحد الأدنى من الحفر مع الحفاظ على دقة توصيف التربة، وتقلل المخاطر المرتبطة بالتلوث الأرضي والمائي أو التدهور السطحي. كما أنها تمكّن من الحصول على معلومات مستمرة عبر كامل المنطقة، وليس فقط نقاط الحفر، مما يسهم في تحديد المناطق الضعيفة لتقليل مخاطر الانهيارات وتحليل استقرار المنحدرات.

يشير البروفيسور إينازومي إلى التطبيقات العملية: “يمكن لإدارات الطرق تقييم استقرار التربة على طول الطرق وتحديد المناطق الضعيفة، كما يمكن لشركات البناء تحسين تصميم الأساسات عبر خريطة صلابة التربة، مما يقلل الإفراط في التصميم في مناطق التربة القوية ويضمن الدعم الكافي في المناطق الأضعف”.

علاوة على ذلك، يمكن للجهات الحكومية إنشاء خرائط شاملة للمخاطر الأرضية في المناطق الجبلية، ومساعدة المهندسين في تقييم مسارات التسرب وسلامة السدود، وتمكين المخططين من إجراء مسوحات أولية فعالة اقتصاديًا قبل الحفر التفصيلي. كما يمكن لوكالات الطوارئ إنشاء خرائط صلابة التربة لتقييم احتمالية السيولة الزلزالية وتعزيز مرونة البنية التحتية.
باختصار، يوفّر تطوير هذا الإطار المتكامل إمكانية توصيف شامل وفعال للتربة بتكلفة ومعقولية أكبر.