Doplerio radarų jutiklių praktinis pritaikymas ir poveikio analizė Indonezijoje

Proveržio taikymas gelbėjant nelaimes

Indonezija, didžiausia pasaulyje salynų valstybė, esanti Ramiojo vandenyno ugnies žiede, nuolat susiduria su žemės drebėjimų, cunamių ir kitų stichinių nelaimių grėsme. Tradiciniai paieškos ir gelbėjimo metodai dažnai pasirodo esą neveiksmingi sudėtingose situacijose, tokiose kaip visiškas pastatų griūtis, kur Doplerio efektu pagrįstos radarų aptikimo technologijos siūlo novatoriškus sprendimus. 2022 m. jungtinė Taivano ir Indonezijos tyrimų komanda sukūrė radarų sistemą, galinčią aptikti išgyvenusiųjų kvėpavimą per betonines sienas, o tai reiškia didelį šuolį gyvybės aptikimo po nelaimės galimybėse.

Pagrindinė technologijos inovacija – dažnio moduliacijos nuolatinės bangos (FMCW) radaro integravimas su pažangiais signalo apdorojimo algoritmais. Sistema naudoja dvi tikslias matavimo sekas, kad įveiktų nuolaužų keliamus signalo trukdžius: pirmoji įvertina ir kompensuoja didelių kliūčių sukeltus iškraipymus, o antroji sutelkia dėmesį į subtilių krūtinės ląstos judesių (paprastai 0,5–1,5 cm amplitudės) aptikimą nuo kvėpavimo iki išgyvenusiųjų buvimo vietos nustatymo. Laboratoriniai bandymai parodė, kad sistema geba prasiskverbti pro 40 cm storio betonines sienas ir aptikti kvėpavimą iki 3,28 metro atstumu už jų, o padėties nustatymo tikslumas yra ±3,375 cm – gerokai viršijantis įprastinės gyvybės aptikimo įrangos tikslumą.

Operacijos efektyvumas buvo patvirtintas imituojant gelbėjimo scenarijus. Sistema sėkmingai aptiko visų tiriamųjų kvėpavimo signalus, stovėdama už įvairaus storio betoninių sienų, ir užtikrino patikimą veikimą net ir esant sudėtingiausioms 40 cm sienos sąlygoms. Šis bekontaktis metodas pašalina gelbėtojų poreikį patekti į pavojingas zonas, taip žymiai sumažinant antrinių sužalojimų riziką. Skirtingai nuo tradicinių akustinių, infraraudonųjų spindulių ar optinių metodų, Doplerio radaras veikia nepriklausomai nuo tamsos, dūmų ar triukšmo, todėl sistema gali veikti visą parą per kritinį „auksinį 72 valandų“ gelbėjimo laikotarpį.

Lentelė: Įsiskverbiančių gyvybės aptikimo technologijų našumo palyginimas

Sistemos novatoriška vertė apima ne tik technines specifikacijas, bet ir praktinį jos diegimą. Visą įrenginį sudaro vos trys komponentai: FMCW radaro modulis, kompaktiškas skaičiavimo įrenginys ir 12 V ličio baterija – visi jie sveria mažiau nei 10 kg, todėl jį gali nešiotis vienas operatorius. Ši lengva konstrukcija puikiai atitinka Indonezijos salyno geografiją ir pažeistos infrastruktūros sąlygas. Planai integruoti technologiją su dronais ir robotų platformomis dar labiau išplės jos pasiekiamumą sunkiai pasiekiamose vietose.

Visuomenės požiūriu, įsiskverbiantys gyvybes aptinkantys radarai galėtų smarkiai padidinti Indonezijos reagavimo į nelaimes pajėgumus. 2018 m. Palu žemės drebėjimo ir cunamio metu įprasti metodai pasirodė esą neefektyvūs betono nuolaužose, todėl buvo išvengiamų aukų. Plačiai diegiant šią technologiją, panašių nelaimių atveju išgyvenusiųjų aptikimo rodikliai galėtų padidėti 30–50 %, o tai galėtų išgelbėti šimtus ar tūkstančius gyvybių. Kaip pabrėžė Indonezijos Telkomo universiteto profesorius Aloyius Adya Pramudita, pagrindinis technologijos tikslas puikiai atitinka Nacionalinės nelaimių valdymo agentūros (BNPB) švelninimo strategiją: „sumažinti gyvybių praradimą ir paspartinti atsigavimą“.

Aktyviai dedamos komercializavimo pastangos, tyrėjams bendradarbiaujant su pramonės partneriais, siekiant laboratorinį prototipą paversti tvirta gelbėjimo įranga. Atsižvelgiant į dažną seisminį aktyvumą Indonezijoje (vidutiniškai daugiau nei 5000 žemės drebėjimų per metus), ši technologija galėtų tapti standartine BNPB ir regioninių nelaimių valdymo agentūrų įranga. Tyrėjų komanda prognozuoja, kad ji bus įdiegta lauke per dvejus metus, o vieneto kaina sumažės nuo dabartinių 15 000 USD kainuojančio prototipo iki mažiau nei 5000 USD, todėl ji taps prieinama vietos valdžios institucijoms visose 34 Indonezijos provincijose.

Išmaniosios transporto valdymo programos

Dėl nuolatinių eismo spūstų Džakartoje (7-oje vietoje pasaulyje) Doplerio radarai buvo novatoriškai pritaikyti intelektualiose transporto sistemose. Miesto iniciatyva „Išmanusis miestas 4.0“ numato daugiau nei 800 radarų jutiklių svarbiausiose sankryžose, siekiant:

• 30 % sumažintos spūstys piko valandomis dėl adaptyvaus signalo valdymo
• 12 % padidėjęs vidutinis transporto priemonių greitis (nuo 18 iki 20,2 km/h)
• 45 sekundėmis sutrumpėjo vidutinis laukimo laikas pilotinėse sankryžose

Sistema naudoja 24 GHz Doplerio radaro puikų našumą tropinio lietaus metu (99 % aptikimo tikslumas, palyginti su 85 % kamerų aptikimo tikslumu per stiprias liūtis), kad realiuoju laiku stebėtų transporto priemonių greitį, tankį ir eilės ilgį. Duomenų integravimas su Džakartos eismo valdymo centru leidžia dinamiškai koreguoti signalo laiką kas 2–5 minutes, atsižvelgiant į faktinį eismo srautą, o ne į fiksuotus tvarkaraščius.

Atvejo analizė: Gatot Subroto kelio koridoriaus tobulinimas

• 4,3 km ilgio ruože įrengti 28 radarų jutikliai
• Adaptyvūs signalai sutrumpino kelionės laiką nuo 25 iki 18 minučių
• CO₂ išmetimas sumažėjo 1,2 tonos per dieną
• 35 % mažiau automatizuotos kontrolės metu aptiktų eismo pažeidimų

Hidrologinis monitoringas potvynių prevencijai

Indonezijos potvynių ankstyvojo perspėjimo sistemose integruota Doplerio radarų technologija 18 pagrindinių upių baseinų. Čilivungo upės baseino projektas yra šios taikymo pavyzdys:

• 12 srauto radarų stočių matuoja paviršiaus greitį kas 5 minutes
• Kartu su ultragarsiniais vandens lygio jutikliais išleidimo skaičiavimui
• Duomenys perduodami per GSM/LoRaWAN į centrinius potvynių prognozavimo modelius
• Didžiojoje Džakartoje įspėjimo išankstinis laikas pratęstas nuo 2 iki 6 valandų

Radaro bekontakčiai matavimai yra ypač vertingi nuolaužomis užterštų potvynių metu, kai tradiciniai srovės matuokliai neveikia. Įrengus juos ant tiltų, išvengiama pavojų vandenyje ir užtikrinamas nuolatinis stebėjimas, kurio neveikia nuosėdos.

Miškų apsauga ir laukinės gamtos apsauga

Sumatros Leuserio ekosistemoje (paskutinėje Sumatros orangutanų buveinėje) Doplerio radaras padeda:

1. Kovos su brakonieriavimu stebėjimas

• 60 GHz radaras aptinka žmonių judėjimą tankioje lapijoje
• Atskiria brakonierius nuo gyvūnų 92 % tikslumu
• Aprėpia 5 km spindulį vienas įrenginys (palyginti su 500 m infraraudonųjų spindulių kameromis)

2. Lajaus stebėjimas

• Milimetrinių bangų radaras seka medžių siūbavimo modelius
• Realiuoju laiku identifikuoja neteisėtą miško kirtimo veiklą
• Bandomosiose teritorijose neteisėto kirtimo atvejų sumažėjo 43 %.

Dėl mažo sistemos energijos suvartojimo (15 W/jutiklis) ji gali veikti saulės energija atokiose vietose, o aptikus įtartiną veiklą, perspėjimai perduodami per palydovą.

Iššūkiai ir ateities kryptys

Nepaisant daug žadančių rezultatų, plačiai paplitęs diegimas susiduria su keliomis kliūtimis:

1. Techniniai apribojimai

• Didelė drėgmė (> 80 % RH) gali susilpninti aukštesnio dažnio signalus
• Tanki miesto aplinka sukuria daugiakanalius trukdžius
• Ribota vietinė techninė patirtis priežiūros srityje

2. Ekonominiai veiksniai

• Dabartinės jutiklių kainos (3 000–8 000 USD už vienetą) yra iššūkis vietos biudžetams
• Pinigų stokojančioms savivaldybėms investicijų grąžos skaičiavimai neaiškūs
• Priklausomybė nuo užsienio tiekėjų, tiekiančių pagrindinius komponentus

3. Institucinės kliūtys

• Duomenų dalijimasis tarp agentūrų išlieka problemiškas
• Standartizuotų radaro duomenų integravimo protokolų trūkumas
• Reguliavimo vėlavimai skirstant spektrą

Nauji sprendimai apima:

• Kuriamos drėgmei atsparios 77 GHz sistemos
• Vietinių surinkimo įrenginių steigimas siekiant sumažinti išlaidas
• Vyriausybės, akademinės bendruomenės ir pramonės žinių perdavimo programų kūrimas
• Įgyvendinant laipsniško diegimo strategijas, pradedant nuo didelio poveikio sričių

Ateities programos, numatytos horizonte, apima:

• Dronais pagrįsti radarų tinklai nelaimių vertinimui
• Automatinės nuošliaužų aptikimo sistemos
• Išmanioji žvejybos zonų stebėsena siekiant išvengti peržvejojimo
• Pakrančių erozijos sekimas milimetrinių bangų tikslumu

Tinkamai investuojant ir teikiant politinę paramą, Doplerio radarų technologija galėtų tapti Indonezijos skaitmeninės transformacijos kertiniu akmeniu, padidindama atsparumą visose 17 000 jos salų ir kartu sukurdama naujų aukštųjų technologijų darbo vietų vietoje. Indonezijos patirtis rodo, kaip pažangios jutimo technologijos, įgyvendinamos kartu su tinkamomis lokalizacijos strategijomis, gali būti pritaikytos sprendžiant unikalius besivystančių šalių iššūkius.

Prašome susisiekti su „Honde Technology Co., LTD.“

Email: info@hondetech.com

Įmonės svetainė:www.hondetechco.com

Tel.: +86-15210548582