印度科學(xué)家將運(yùn)動(dòng)傳感器改成低成本的山體滑坡早期預(yù)警系統(tǒng)
山體滑坡的頻發(fā)正在全球造成重大基礎(chǔ)設(shè)施損壞和人員傷亡。據(jù)估計(jì)全球每年有超過5,000人被埋在山體滑坡下,由此造成的經(jīng)濟(jì)損失十分巨大。
印度位居全球滑坡之首: 印度每年因山體滑坡造成的經(jīng)濟(jì)損失超過100億盧比,死亡人數(shù)超過1000人。僅僅是在喜馬偕爾邦,每年就會(huì)造成200多人死亡,損失超過55億盧比。
山體滑坡在印度郊區(qū)和山區(qū)很常見,尤其是在大雨過后。山體滑坡一旦發(fā)生速度極快,而且留給人類及其它動(dòng)物的逃離時(shí)間相當(dāng)短暫,大量石塊,泥土和雜物就會(huì)和水混合在一起,以排山倒海的速度沿著斜坡向下滾落,沿途的樹木、車輛和村莊都有可能被摧毀。
就在今年7月23日,我國(guó)貴州六盤水市水城縣雞場(chǎng)鎮(zhèn)坪地村岔溝組發(fā)生了山體滑坡,導(dǎo)致了嚴(yán)重的后果:42遇難,9人失聯(lián),20多幢房屋被掩埋。
想要預(yù)測(cè)山體滑坡,需要一些專業(yè)的儀器,如建筑行業(yè)使用最廣的全站型電子測(cè)速儀,該儀器采用激光探測(cè),使用頻率最高。另外還有邊坡雷達(dá),通過雷達(dá)探測(cè)微小位移。但是這些方法并不可能大面積山區(qū)鋪開,只能針對(duì)有地質(zhì)跡象的重點(diǎn)地方進(jìn)行關(guān)注。那么有沒有更加便捷實(shí)用性強(qiáng)的低成本方法呢?
印度科學(xué)家現(xiàn)在表示,他們已經(jīng)開發(fā)出一種利用智能手機(jī)上常見的運(yùn)動(dòng)傳感器來探測(cè)它們的低成本技術(shù)。目前這種裝置正在喜馬偕爾邦的20多個(gè)地方進(jìn)行試驗(yàn)。喜馬偕爾邦每年上百人死于山體滑坡。他們希望這個(gè)發(fā)明有助于大幅減少這些自然災(zāi)害造成的死亡和損害。
加速度計(jì)是一種測(cè)量速度變化的運(yùn)動(dòng)傳感器。在智能手機(jī)中,該功能可以讓人們使用指南針和地圖應(yīng)用,甚至可以靈活地自動(dòng)水平或垂直翻轉(zhuǎn)屏幕。
來自印度理工學(xué)院(IIT)曼迪校區(qū)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),經(jīng)過一些修改后,加速度計(jì)還可以作為一種低成本的山體滑坡早期預(yù)警系統(tǒng)。研究人員估計(jì)改裝后的預(yù)警系統(tǒng)制造成本大約是282美元,相當(dāng)于近2000元人民幣,相比現(xiàn)有的昂貴技術(shù),十分經(jīng)濟(jì)適用。
權(quán)威機(jī)構(gòu)表示,喜馬偕爾邦經(jīng)常發(fā)生山體滑坡,這是由于喜馬偕爾邦多山的地形和喜馬拉雅山脈的不穩(wěn)定性造成的。而且過多的降雨、猖獗的森林砍伐和未經(jīng)許可的建筑加劇了這一問題。另外滑坡造成的人員傷亡也在增加,除了居住在附近的居民外,由于道路連通性的增強(qiáng)以及車輛的增加,滑坡造成的道路交通事故也在增加。
計(jì)算機(jī)工程師瓦倫達(dá)特博士和他的同事土木工程師烏代博士正在領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)技術(shù)的開發(fā)工作。他們使用運(yùn)動(dòng)傳感器來測(cè)量土壤的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)研究人員把它嵌入土壤時(shí),加速度計(jì)會(huì)隨著土壤的移動(dòng)而移動(dòng)。本質(zhì)上,如果有外力作用于土壤,土壤就會(huì)移動(dòng),傳感器的作用是記錄下運(yùn)動(dòng)的范圍。
研究人員解釋說,一系列小的土壤移動(dòng)可能有助于為正在形成的更大災(zāi)難提供早期預(yù)警。由于早期預(yù)警來自于微小的移動(dòng),所以探測(cè)滑坡比探測(cè)地震要容易,地震的探測(cè)需要很短的預(yù)警時(shí)間。
該設(shè)備會(huì)測(cè)量土壤中發(fā)生的所有移動(dòng),當(dāng)它檢測(cè)到可能導(dǎo)致山體滑坡的重大位移時(shí),就會(huì)發(fā)出巨大的報(bào)警聲,并會(huì)向監(jiān)控機(jī)構(gòu)發(fā)送短信,以便他們能夠疏散該地區(qū)及其周邊地區(qū)的居民,并且阻止車輛前往該地。
在實(shí)際應(yīng)用中,該設(shè)備目前已經(jīng)取得了一些成功。在喜馬偕爾邦曼迪區(qū)的庫(kù)特羅皮, 成功地發(fā)出了即將發(fā)生山體滑坡的警報(bào),警方成功地疏散了附近的車輛,之后山體滑坡完全損毀了附近的道路。
烏代博士告訴媒體說,他們使用該設(shè)備成功地提醒了當(dāng)?shù)毓賳T,該州Deode地區(qū)的一座小山需要細(xì)致監(jiān)控,因?yàn)橥寥酪苿?dòng)表明這座小山有滑動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)。
當(dāng)?shù)毓賳T經(jīng)常需要處理山體滑坡的悲慘后果,因此對(duì)這項(xiàng)技術(shù)很感興趣。今年早些時(shí)候,州政府與國(guó)家災(zāi)害管理局(NDMA)合作的研討會(huì)上,他們們展示了這項(xiàng)技術(shù),并收到了很多將其商業(yè)化的請(qǐng)求?,F(xiàn)在正準(zhǔn)備進(jìn)一步的市場(chǎng)化推廣。
該設(shè)備去年10月還獲得了政府頒發(fā)的創(chuàng)新獎(jiǎng),目前研究人員已經(jīng)能夠讓它提前足夠多的時(shí)間發(fā)出預(yù)警信號(hào),以便在可能發(fā)生山體滑坡前的最快時(shí)間里讓監(jiān)管機(jī)構(gòu)做出應(yīng)對(duì)。
兩位博士希望這項(xiàng)技術(shù)更具有預(yù)測(cè)性而不是反應(yīng)性,因此針對(duì)設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集,該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開始使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí),并希望它能開發(fā)出算法,使他們能夠提前24小時(shí)甚至一周預(yù)測(cè)山體滑坡。
目前這些算法目前正在改進(jìn)中,科學(xué)家們希望在2020年季風(fēng)到來之前,該設(shè)備能夠在實(shí)際應(yīng)用中更準(zhǔn)確地發(fā)出預(yù)警,過濾掉虛假信號(hào)。研究人員十分樂觀,表示如果一切按計(jì)劃進(jìn)行,它將非常有用。