Co jeśli osunięcia ziemi można przewidzieć, zanim zbocze się zawali? Naukowcy z Universiti Malaya uważają, że jest to możliwe

KUALA LUMPUR, 22 czerwca — Naukowcy z Universiti Malaya testują system monitorowania oparty na światłowodach, który może wykrywać subtelne ruchy gruntu, potencjalnie zapewniając wczesne ostrzeżenia o niestabilności terenu przed wystąpieniem katastrofy.

Muhammad Syamil Mohd Sa'ad z Centrum Badań Fotoniki (PRCUM) na tej uczelni powiedział, że technologia została zaprojektowana do przewidywania stopniowych ruchów, które mogą sygnalizować destabilizację zbocza, umożliwiając inżynierom i władzom monitorowanie potencjalnych zagrożeń w czasie.

Jak działa system?

„W przeciwieństwie do konwencjonalnych czujników, które w dużej mierze opierają się na komponentach elektronicznych instalowanych w terenie, system wykorzystuje światło przesyłane przez światłowody do pomiaru zmian w otaczającym środowisku.

„Gdy grunt przesuwa się, przechyla lub odkształca, zmienia się sygnał świetlny biegnący przez włókno. 

„Zmiany te można następnie analizować w celu identyfikacji ruchów wewnątrz zbocza" — powiedział Syamil w rozmowie z Malay Mail. 

Opisując dalej system, stwierdził, że sam punkt pomiarowy nie wymaga aktywnych komponentów elektronicznych.

„Informacje są przesyłane do stacji monitorującej, gdzie dane mogą być analizowane zdalnie i w sposób ciągły" — powiedział.

Czym różni się od istniejących systemów monitorowania?

Malezja wykorzystuje już szereg technologii monitorowania zboczy, w tym instrumenty geotechniczne, deszczomierze oraz LiDAR (wykrywanie i pomiar odległości za pomocą światła). Jednak Syamil powiedział, że czujniki światłowodowe oferują inne podejście, zmniejszając zależność od elektroniki w samym punkcie pomiarowym.

W środowiskach tropikalnych komponenty elektroniczne są często podatne na wilgoć, ciepło, uderzenia piorunów i przepięcia elektryczne, co może wpływać na niezawodność i zwiększać wymagania konserwacyjne.

„W środowiskach zewnętrznych, zwłaszcza w krajach tropikalnych, takich jak Malezja, elektronika często jest pierwszym elementem, który ulega awarii po długotrwałej ekspozycji na wilgoć, ciepło lub przepięcia elektryczne" — powiedział.

Dzięki minimalizacji komponentów elektronicznych na zboczu system jest bardziej odporny na pioruny i zakłócenia elektromagnetyczne, wymagając jednocześnie rzadszej konserwacji.

„Dane są również gromadzone 'na żywo' i tutaj właśnie tkwi różnica — ostrzeżenie może zostać wysłane przed wystąpieniem katastrofy" — dodał. 

Dlaczego ciągłe monitorowanie jest ważne?

Według Syamila wartość monitorowania zboczy polega nie na przewidywaniu dokładnego momentu wystąpienia osuwiska, ale na identyfikowaniu sygnałów ostrzegawczych, które mogą pojawiać się przez tygodnie, miesiące, a nawet lata.

„Niewielkie ruchy gruntu mogą początkowo nie wydawać się niebezpieczne, ale długoterminowe monitorowanie może czasem ujawniać wzorce zasługujące na bliższą uwagę, zanim sytuacja się pogorszy" — powiedział.

Pozwala to inżynierom obserwować stopniowe zmiany warunków na zboczu i określać, czy konieczne mogą być dalsze badania lub działania naprawcze.

System można również monitorować zdalnie, co zmniejsza potrzebę wielokrotnego wchodzenia personelu na potencjalnie niebezpieczne tereny.

„W przypadku wielu obszarów zagrożonych katastrofą samo wejście inżyniera w teren w celu zebrania danych stanowi ryzyko. 

„To, co opracowaliśmy, nie wymaga fizycznej obecności osoby zbierającej dane na dotkniętym obszarze" — powiedział. 

Testy w warunkach rzeczywistych

Technologia została już przetestowana poza laboratorium.

Jednym z kluczowych miejsc pilotażowych jest Blue Valley w Cameron Highlands, gdzie naukowcy współpracowali z Pintas Utama Sdn Bhd w celu oceny działania systemu w rzeczywistych warunkach terenowych i pogodowych.

„Miejsce to stało się ważnym poligonem testowym, ponieważ wystawiło system na rzeczywiste warunki terenowe i środowiskowe. 

„Projekt naraził technologię na wyzwania często spotykane przez systemy monitorowania zboczy, w tym intensywne opady deszczu, niestabilny grunt, przerwy w dostawie energii elektrycznej i wymagania dotyczące zdalnej transmisji danych" — powiedział Syamil. 

Dodatkowe systemy monitorowania zostały następnie zainstalowane w kilku miejscach na terenie kampusu Universiti Malaya, w tym w pobliżu Wydziału Medycyny i Akademii Studiów Malajskich. 

„Te instalacje pomogły nam obserwować zachowanie czujników przez dłuższy czas w zmieniających się warunkach pogodowych i podczas pobliskich prac budowlanych" — dodał. 

„Kolejnym miejscem, w którym zainstalowaliśmy system, są obszary zboczowe Bukit Nanas" — powiedział Syamil. 

Dlaczego warto rozwijać lokalną technologię?

Poza samą technologią Syamil uważa, że istnieje wartość w rozwijaniu systemów monitorowania dostosowanych do malezyjskich warunków.

Importowane systemy mogą dobrze działać w innych środowiskach, ale często wymagają modyfikacji, zanim będą mogły niezawodnie pracować na tropikalnych zboczach narażonych na częste opady i trudne warunki konserwacji.

„Rośnie wartość rozwijania lokalnych technologii monitorowania zaprojektowanych z myślą o malezyjskich warunkach, zamiast całkowitego polegania na importowanych systemach" — powiedział.

W przypadku naukowców pracujących w terenie dodał, że wyzwaniem jest nie tylko opracowanie zaawansowanych czujników, ale zapewnienie ich niezawodnego działania długo po instalacji.

„Ważniejszym wyzwaniem jest budowanie systemów, które będą niezawodnie działać przez miesiące i lata po instalacji" — powiedział.

Dalsze kroki 

Obecnie zespół Syamila identyfikuje obszary w całym kraju, gdzie istnieje potrzeba wdrożenia takiego systemu w celu poprawy monitorowania zboczy. 

„Rozmawiamy z kilkoma lokalnymi radami — jeśli wszystko pójdzie dobrze, nasz system zostanie zainstalowany w określonych miejscach. 

„Bukit Nanas jest przykładem spośród kilku lokalizacji, które zidentyfikowaliśmy jako nieposiadające jeszcze systemu monitorowania" — powiedział. 

Oprócz wyróżniających cech zapewniających zbieranie danych „na żywo", Syamil powiedział, że system pomoże obniżyć koszty ponoszone na istniejące importowane urządzenia. 

„To również jeden z powodów, dla których chcieliśmy opracować lokalny produkt — aby monitorowanie zboczy było bardziej dostępne dla wszystkich lokalnych rad, a nawet prywatnych podmiotów" — powiedział.