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印度科学家将运动传感器改成低成本的山体滑坡早期预警系统

来源:印度理工学院曼迪校区网站  2019-11-08

山体滑坡的频发正在全球造成重大基础设施损坏和人员伤亡。据估计全球每年有超过5,000人被埋在山体滑坡下,由此造成的经济损失十分巨大。

印度位居全球滑坡之首: 印度每年因山体滑坡造成的经济损失超过100亿卢比,死亡人数超过1000人。仅仅是在喜马偕尔邦,每年就会造成200多人死亡,损失超过55亿卢比。

山体滑坡在印度郊区和山区很常见,尤其是在大雨过后。山体滑坡一旦发生速度极快,而且留给人类及其它动物的逃离时间相当短暂,大量石块,泥土和杂物就会和水混合在一起,以排山倒海的速度沿着斜坡向下滚落,沿途的树木、车辆和村庄都有可能被摧毁。

就在今年7月23日,我国贵州六盘水市水城县鸡场镇坪地村岔沟组发生了山体滑坡,导致了严重的后果:42遇难,9人失联,20多幢房屋被掩埋。

想要预测山体滑坡,需要一些专业的仪器,如建筑行业使用最广的全站型电子测速仪,该仪器采用激光探测,使用频率最高。另外还有边坡雷达,通过雷达探测微小位移。但是这些方法并不可能大面积山区铺开,只能针对有地质迹象的重点地方进行关注。那么有没有更加便捷实用性强的低成本方法呢?

印度科学家现在表示,他们已经开发出一种利用智能手机上常见的运动传感器来探测它们的低成本技术。目前这种装置正在喜马偕尔邦的20多个地方进行试验。喜马偕尔邦每年上百人死于山体滑坡。他们希望这个发明有助于大幅减少这些自然灾害造成的死亡和损害。

加速度计是一种测量速度变化的运动传感器。在智能手机中,该功能可以让人们使用指南针和地图应用,甚至可以灵活地自动水平或垂直翻转屏幕。

来自印度理工学院(IIT)曼迪校区的科学家们发现,经过一些修改后,加速度计还可以作为一种低成本的山体滑坡早期预警系统。研究人员估计改装后的预警系统制造成本大约是282美元,相当于近2000元人民币,相比现有的昂贵技术,十分经济适用。

权威机构表示,喜马偕尔邦经常发生山体滑坡,这是由于喜马偕尔邦多山的地形和喜马拉雅山脉的不稳定性造成的。而且过多的降雨、猖獗的森林砍伐和未经许可的建筑加剧了这一问题。另外滑坡造成的人员伤亡也在增加,除了居住在附近的居民外,由于道路连通性的增强以及车辆的增加,滑坡造成的道路交通事故也在增加。

计算机工程师瓦伦达特博士和他的同事土木工程师乌代博士正在领导这项技术的开发工作。他们使用运动传感器来测量土壤的运动。当研究人员把它嵌入土壤时,加速度计会随着土壤的移动而移动。本质上,如果有外力作用于土壤,土壤就会移动,传感器的作用是记录下运动的范围。

研究人员解释说,一系列小的土壤移动可能有助于为正在形成的更大灾难提供早期预警。由于早期预警来自于微小的移动,所以探测滑坡比探测地震要容易,地震的探测需要很短的预警时间。

该设备会测量土壤中发生的所有移动,当它检测到可能导致山体滑坡的重大位移时,就会发出巨大的报警声,并会向监控机构发送短信,以便他们能够疏散该地区及其周边地区的居民,并且阻止车辆前往该地。

在实际应用中,该设备目前已经取得了一些成功。在喜马偕尔邦曼迪区的库特罗皮, 成功地发出了即将发生山体滑坡的警报,警方成功地疏散了附近的车辆,之后山体滑坡完全损毁了附近的道路。

乌代博士告诉媒体说,他们使用该设备成功地提醒了当地官员,该州Deode地区的一座小山需要细致监控,因为土壤移动表明这座小山有滑动的风险。

当地官员经常需要处理山体滑坡的悲惨后果,因此对这项技术很感兴趣。今年早些时候,州政府与国家灾害管理局(NDMA)合作的研讨会上,他们们展示了这项技术,并收到了很多将其商业化的请求。现在正准备进一步的市场化推广。

该设备去年10月还获得了政府颁发的创新奖,目前研究人员已经能够让它提前足够多的时间发出预警信号,以便在可能发生山体滑坡前的最快时间里让监管机构做出应对。

两位博士希望这项技术更具有预测性而不是反应性,因此针对设备产生的数据集,该团队已经开始使用人工智能和机器学习,并希望它能开发出算法,使他们能够提前24小时甚至一周预测山体滑坡。

目前这些算法目前正在改进中,科学家们希望在2020年季风到来之前,该设备能够在实际应用中更准确地发出预警,过滤掉虚假信号。研究人员十分乐观,表示如果一切按计划进行,它将非常有用。

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