Практычнае прымяненне і аналіз уздзеяння доплераўскіх радыёлакацыйных датчыкаў у Інданезіі

Прарыўныя прымяненні ў выратаванні пасля стыхійных бедстваў

Інданезія, найбуйнейшая ў свеце архіпелагская дзяржава, размешчаная ўздоўж Ціхаакіянскага вогненнага кольца, сутыкаецца з пастаяннымі пагрозамі землятрусаў, цунамі і іншых стыхійных бедстваў. Традыцыйныя метады пошуку і выратавання часта аказваюцца неэфектыўнымі ў складаных сітуацыях, такіх як поўнае абвальванне будынкаў, дзе тэхналогія радыёлакацыйнага датчыка на аснове эфекту Доплера прапануе інавацыйныя рашэнні. У 2022 годзе сумесная тайваньска-інданезійская даследчая група распрацавала радыёлакацыйную сістэму, здольную выяўляць дыханне тых, хто выжыў, праз бетонныя сцены, што стала квантавым скачком у магчымасцях выяўлення жыцця пасля катастроф.

Асноўная інавацыя тэхналогіі заключаецца ў інтэграцыі частасна-мадуляванага радара бесперапыннай хвалі (FMCW) з перадавымі алгарытмамі апрацоўкі сігналаў. Сістэма выкарыстоўвае дзве дакладныя паслядоўнасці вымярэнняў для пераадолення перашкод сігналу ад завалаў: першая ацэньвае і кампенсуе скажэнні, выкліканыя вялікімі перашкодамі, а другая сканцэнтравана на выяўленні ледзь прыкметных рухаў грудной клеткі (звычайна амплітудай 0,5-1,5 см) ад дыхання, каб вызначыць месцазнаходжанне тых, хто выжыў. Лабараторныя выпрабаванні дэманструюць здольнасць сістэмы пранікаць праз бетонныя сцены таўшчынёй 40 см і выяўляць дыханне на адлегласці да 3,28 метра ззаду, з дакладнасцю пазіцыянавання ў межах ±3,375 см, што значна пераўзыходзіць традыцыйнае абсталяванне для выяўлення жыцця.

Эфектыўнасць працы была пацверджана з дапамогай мадэляваных сцэнарыяў выратавання. Калі чатыры валанцёры знаходзіліся за бетоннымі сценамі рознай таўшчыні, сістэма паспяхова выяўляла ўсе дыхальныя сігналы ўдзельнікаў выпрабаванняў, захоўваючы надзейную працу нават пры самых складаных умовах сцяны таўшчынёй 40 см. Гэты бескантактавы падыход выключае неабходнасць для ратавальнікаў уваходзіць у небяспечныя зоны, значна зніжаючы рызыку другасных траўмаў. У адрозненне ад традыцыйных акустычных, інфрачырвоных або аптычных метадаў, доплераўскі радар працуе незалежна ад цемры, дыму або шуму, што дазваляе працаваць кругласутачна на працягу крытычнага «залатога 72-гадзіннага» выратавальнага акна.

Табліца: Параўнанне прадукцыйнасці тэхналогій пранікальнай дэтэкцыі жыцця

Інавацыйная каштоўнасць сістэмы выходзіць за рамкі тэхнічных характарыстык і дасягае практычнай магчымасці разгортвання. Уся прылада складаецца ўсяго з трох кампанентаў: радыёлакацыйнага модуля FMCW, кампактнага вылічальнага блока і літыевай батарэі 12 В — усе яны вагой менш за 10 кг для партатыўнасці адным аператарам. Гэтая лёгкая канструкцыя ідэальна падыходзіць для геаграфіі архіпелагаў Інданезіі і ўмоў пашкоджанай інфраструктуры. Планы па інтэграцыі тэхналогіі з беспілотнікамі і рабатызаванымі платформамі яшчэ больш пашырыць яе ахоп у цяжкадаступных раёнах.

З пункту гледжання грамадства, пранікальны радар выяўлення жыццяў можа значна палепшыць магчымасці Інданезіі па рэагаванні на стыхійныя бедствы. Падчас землятрусу і цунамі ў Палу ў 2018 годзе традыцыйныя метады аказаліся неэфектыўнымі ў бетонных завалах, што прывяло да ахвяр, якіх можна было пазбегнуць. Шырокае ўкараненне гэтай тэхналогіі можа палепшыць паказчыкі выяўлення тых, хто выжыў, на 30-50% у падобных катастрофах, патэнцыйна выратаваўшы сотні ці тысячы жыццяў. Як падкрэсліў прафесар Алойюс Ад'я Прамудзіта з Тэлкамскага ўніверсітэта Інданезіі, канчатковая мэта тэхналогіі ідэальна супадае са стратэгіяй Нацыянальнага агенцтва па барацьбе са стыхійнымі бедствамі (BNPB) па змякчэнні наступстваў: «скарачэнне страт жыццяў і паскарэнне аднаўлення».

Актыўна вядуцца работы па камерцыялізацыі: даследчыкі супрацоўнічаюць з галіновымі партнёрамі, каб ператварыць лабараторны прататып у трывалае выратавальнае абсталяванне. Улічваючы частую сейсмічную актыўнасць Інданезіі (у сярэднім больш за 5000 падземных штуршкоў штогод), гэтая тэхналогія можа стаць стандартным абсталяваннем для BNPB і рэгіянальных агенцтваў па барацьбе са стыхійнымі бедствамі. Даследчая група ацэньвае разгортванне ў палявых умовах на працягу двух гадоў, прычым прагназуецца, што сабекошт адзінкі знізіцца з цяперашніх 15 000 долараў ЗША ў прататыпе да менш чым 5000 долараў ЗША ў маштабе, што зробіць яго даступным для мясцовых органаў улады ў 34 правінцыях Інданезіі.

Прыкладанні для разумнага кіравання транспартам

Хранічныя заторы ў Джакарце (7-е месца ў свеце) прывялі да інавацыйных ужыванняў доплераўскага радара ў інтэлектуальных транспартных сістэмах. Гарадская ініцыятыва «Разумны горад 4.0» аб'ядноўвае больш за 800 радарных датчыкаў на крытычных скрыжаваннях, што дазваляе дасягнуць:

• Зніжэнне затораў у гадзіны пік на 30% дзякуючы адаптыўнаму кіраванню сігналамі
• Паляпшэнне сярэдняй хуткасці транспартных сродкаў на 12% (з 18 да 20,2 км/г)
• Сярэдні час чакання на пілотных скрыжаваннях скараціўся на 45 секунд

Сістэма выкарыстоўвае выдатную прадукцыйнасць доплераўскага радара 24 ГГц падчас трапічных дажджоў (дакладнасць выяўлення 99% у параўнанні з 85% для камер падчас моцных ліўняў) для адсочвання хуткасці транспартных сродкаў, шчыльнасці і даўжыні чаргі ў рэжыме рэальнага часу. Інтэграцыя дадзеных з Цэнтрам кіравання дарожным рухам Джакарты дазваляе дынамічна карэктаваць час сігналаў кожныя 2-5 хвілін у залежнасці ад фактычнага патоку руху, а не ад фіксаваных графікаў.

Тэматычнае даследаванне: паляпшэнне дарожнага калідора Гатот-Суброта

• 28 радарных датчыкаў усталявана ўздоўж 4,3-кіламетровага ўчастка
• Адаптыўныя сігналы скарацілі час у дарозе з 25 да 18 хвілін
• Выкіды CO₂ скараціліся на 1,2 тоны штодня
• Дзякуючы аўтаматызаванаму кантролю выяўлена на 35% менш парушэнняў дарожнага руху

Гідралагічны маніторынг для прадухілення паводак

Інданезійскія сістэмы ранняга папярэджання аб паводках інтэгравалі тэхналогію доплераўскага радара ў 18 буйных рачных басейнах. Праект басейна ракі Чылівунг з'яўляецца прыкладам гэтага прымянення:

• 12 радыёлакацыйных станцый вымяраюць хуткасць паверхні кожныя 5 хвілін
• У спалучэнні з ультрагукавымі датчыкамі ўзроўню вады для разліку расходу
• Дадзеныя перадаюцца праз GSM/LoRaWAN у цэнтральныя мадэлі прагназавання паводак
• Час папярэджання ў Вялікай Джакарце падоўжаны з 2 да 6 гадзін

Бескантактавыя вымярэнні радара асабліва каштоўныя падчас паводак з вялікай колькасцю смецця, калі традыцыйныя вымяральнікі току не працуюць. Усталёўка радара на мастах дазваляе пазбегнуць небяспек у вадзе, забяспечваючы пры гэтым бесперапынны маніторынг, які не залежыць ад асадкавых адкладаў.

Ахова лясоў і дзікай прыроды

У экасістэме Лейзер на Суматры (апошняе месца пражывання суматранскіх арангутанаў) доплераўскі радар дапамагае ў:

1. Нагляд за барацьбой з браканьерствам

• Радар 60 ГГц выяўляе рух чалавека праз густую расліннасць
• Адрознівае браканьераў ад жывёл з дакладнасцю 92%
• Ахоплівае радыус 5 км на адзінку (супраць 500 м для інфрачырвоных камер)

2. Маніторынг кроны

• Міліметровы радар адсочвае заканамернасці хістання дрэў
• Выяўляе незаконную высечку лесу ў рэжыме рэальнага часу
• Скараціў несанкцыянаваную высечку лесу на 43% у пілотных раёнах

Нізкае энергаспажыванне сістэмы (15 Вт/датчык) дазваляе працаваць на сонечнай энергіі ў аддаленых месцах, перадаючы папярэджанні праз спадарожнік пры выяўленні падазронай актыўнасці.

Праблемы і будучыя напрамкі

Нягледзячы на шматабяцальныя вынікі, шырокае ўкараненне сутыкаецца з некалькімі перашкодамі для рэалізацыі:

1. Тэхнічныя абмежаванні

• Высокая вільготнасць (>80% адноснай вільготнасці) можа аслабляць сігналы больш высокай частаты
• Шчыльнае гарадское асяроддзе стварае шматпрамянёвыя перашкоды
• Абмежаваная мясцовая тэхнічная экспертыза ў галіне тэхнічнага абслугоўвання

2. Эканамічныя фактары

• Цяперашнія выдаткі на датчыкі (3000–8000 долараў ЗША за адзінку) ствараюць праблемы для мясцовых бюджэтаў.
• Разлікі рэнтабельнасці інвестыцый незразумелыя для муніцыпалітэтаў, якія адчуваюць фінансавыя цяжкасці
• Залежнасць ад замежных пастаўшчыкоў асноўных кампанентаў

3. Інстытуцыйныя перашкоды

• Міжведамасны абмен дадзенымі застаецца праблематычным
• Адсутнасць стандартызаваных пратаколаў для інтэграцыі радарных дадзеных
• Затрымкі ў размеркаванні спектру, якія рэгулююцца рэгуляваннем

Новыя рашэнні ўключаюць:

• Распрацоўка вільготнастойкіх сістэм 77 ГГц
• Стварэнне мясцовых зборачных вытворчасцей для скарачэння выдаткаў
• Стварэнне праграм перадачы ведаў паміж урадам, акадэмічнымі коламі і прамысловасцю
• Укараненне паэтапных стратэгій разгортвання, пачынаючы з найбольш уплывовых абласцей

Будучыя прымяненні на гарызонце ўключаюць:

• Радарныя сеткі на базе беспілотнікаў для ацэнкі бедстваў
• Аўтаматызаваныя сістэмы выяўлення апоўзняў
• Інтэлектуальны маніторынг рыбалоўнай зоны для прадухілення празмернага вылову рыбы
• Адсочванне эрозіі ўзбярэжжа з дакладнасцю да міліметровых хваль

Пры належных інвестыцыях і палітычнай падтрымцы тэхналогія доплераўскага радара можа стаць краевугольным каменем лічбавай трансфармацыі Інданезіі, павысіўшы ўстойлівасць на 17 000 яе астравах, адначасова ствараючы новыя высокатэхналагічныя працоўныя месцы на мясцовым узроўні. Вопыт Інданезіі дэманструе, як перадавыя тэхналогіі датчыкаў могуць быць адаптаваны для вырашэння унікальных праблем краін, якія развіваюцца, пры ўкараненні з адпаведнымі стратэгіямі лакалізацыі.

Калі ласка, звяжыцеся з Honde Technology Co., LTD.

Email: info@hondetech.com

Вэб-сайт кампаніі:www.hondetechco.com

Тэл.: +86-15210548582