Подводные оптоволоконные кабели как датчики цунами. Как работает идея из Алькалы + test

• Проблема предупреждения о цунами
• Кабели, которые уже лежат на дне
• Тысячи датчиков в одном волокне
• Что подтвердил проект
• Дешевле и с большим числом измерений
• Для кого это решение
• Чему эта история учит студентов
• Итог
• Пять вопросов: мыслишь ли ты как проектировщик систем раннего предупреждения? (тест)

⇑Проблема предупреждения о цунами

Цунами относятся к природным явлениям, к которым исследователи относятся с наибольшим уважением. CORDIS описывает их как одну из самых разрушительных сил природы, наносящую большой людской и материальный ущерб, – и предсказать их, как известно, крайне трудно. Поэтому важнее всего не столько прогноз, сколько быстро подтвердить, что волна действительно приближается, и передать эту информацию властям.

Инструменты для этого уже существуют. Беда в том, что они дороги и не всегда работают так, как должны. Мигель Гонсалес Эрраэс (Miguel González Herráez) из Университета Алькалы говорит прямо: «Хотя на рынке есть некоторые технологии раннего предупреждения, например буи DART и массивы донных сейсмометров (OBS), они требуют больших затрат на развёртывание и обслуживание и имеют ограниченную надёжность».

⇑Кабели, которые уже лежат на дне

Проект SAFE, финансируемый Европейским советом по инновациям и координируемый Университетом Алькалы, поставил себе цель, которая звучит почти как загадка: создать недорогую и очень надёжную систему раннего предупреждения о цунами, не требуя никакой новой инфраструктуры. Ответ, как оказалось, лежал буквально под водой.

«Наша концепция берёт существующие подводные оптоволоконные кабели и превращает их в детектор цунами, который работает круглосуточно в реальном времени», – объясняет Эрраэс.

⇑Тысячи датчиков в одном волокне

В основе решения лежит распределённое акустическое зондирование, или DAS. Эта технология использует свет для создания распределённых акустических датчиков по всей длине подводного кабеля. Благодаря этому одно волокно превращается в массив из тысяч датчиков, расположенных всего в нескольких метрах друг от друга. Важно, что сам кабель не нужно никак изменять.

У такого подхода есть ещё одно преимущество – охват. «Поскольку подводные оптоволоконные кабели присутствуют практически вдоль каждого побережья, это решение способно значительно расширить имеющуюся сеть морских датчиков», – говорит исследователь из Алькалы.

⇑Что подтвердил проект

Проект подтвердил, что его технология способна обнаруживать изменения уровня моря – надёжный предвестник цунами – с точностью выше 20 см. На практике это означает, что власти могут подтвердить цунами, когда оно ещё находится в 50 км от берега.

Команда не намерена останавливаться на этом. «Мы считаем, что если продолжим совершенствовать эту технологию, то дойдём до отметки в 100 км – а это больше времени на подготовку и потенциально больше спасённых жизней», – говорит Эрраэс.

⇑Дешевле и с большим числом измерений

Вторая сильная сторона системы SAFE – деньги. Её капитальные и эксплуатационные затраты как минимум в десять раз ниже, чем у массивов донных сейсмометров и буёв DART. Преимущество складывается из нескольких элементов:

• существующая инфраструктура – не нужно прокладывать новые кабели и размещать новые устройства на дне,
• плотность измерений – вместо отдельных точек измерения есть сеть из тысяч датчиков в одном волокне,
• непрерывная работа – детектор рассчитан на круглосуточную работу в реальном времени,
• меньшие затраты – и при создании системы, и при поддержании её в рабочем состоянии.

Эрраэс подводит итог так: «Если добавить к этому, что остальные технологии – это точечные датчики, а система SAFE даёт тысячи показаний с помощью одного устройства, то ясно, что у нашей технологии много технических и экономических преимуществ».

⇑Для кого это решение

Низкая цена здесь – не просто коммерческий аргумент. Сочетание более высокой надёжности и меньших затрат особенно привлекательно для развивающихся прибрежных стран: многие из них наиболее уязвимы для цунами, но не имеют ресурсов, нужных для внедрения традиционных систем раннего предупреждения.

«Наше решение чрезвычайно универсально: его можно использовать, чтобы значительно повысить возможности предупреждения о цунами в развитых странах, либо как экономичную альтернативу для тех районов, которые не могут позволить себе развёртывать и обслуживать буи DART или массивы OBS», – заключает Эрраэс. Партнёры проекта, в частности Aragon Photonics Labs, сейчас работают над дальнейшим развитием сенсорных решений SAFE и в конечном счёте над выводом их на рынок.

⇑Чему эта история учит студентов

SAFE – хороший пример того, как выглядят современные исследования в области безопасности. Речь не только о спасательных службах и процедурах, но и о физике света, обработке сигналов и знании моря. Студенты инженерных и естественно-научных специальностей и управления кризисными ситуациями могут увидеть здесь, что их области порой удивительно близки.

Стоит также обратить внимание на подход исследователей. Вместо того чтобы спрашивать, что ещё нужно построить, они спросили, как использовать то, что уже есть. Такой образ мышления пригодится и в дипломной работе, и в командном проекте, и на первой работе.

⇑Итог

Команда из Университета Алькалы хочет превратить подводные оптоволоконные кабели в круглосуточный детектор цунами. Технология DAS обнаруживает изменения уровня моря с точностью выше 20 см и позволяет подтвердить волну за 50 км от берега, а следующая цель – 100 км. Капитальные и эксплуатационные затраты системы как минимум в десять раз ниже, чем у буёв и сейсмометров, что даёт шанс странам, которые сегодня не могут позволить себе дорогую защиту побережья.

⇑Пять вопросов: мыслишь ли ты как проектировщик систем раннего предупреждения? (тест)