Ключевым средством предотвращения катастроф и защиты жизни и имущества является мониторинг вулканов. С помощью технологии Интернета вещей мы теперь можем беспрецедентным образом ощущать «пульс» вулканов в режиме реального времени и непрерывно. Развернув сеть датчиков внутри и вокруг вулкана, мы можем собирать ключевые данные, такие как движение грунта, деформация, газ и температура, и передавать их в аналитический центр через сеть в режиме реального времени, тем самым достигая точного и интеллектуального мониторинга вулканической активности. Это не только повышает своевременность и точность раннего оповещения, но и значительно снижает риски полевых операций по наблюдению за персоналом.
Зачем использовать Интернет вещей для мониторинга вулканической активности
Традиционный мониторинг вулканов основан на ручном сборе данных через регулярные промежутки времени. В то время сайтов было мало, и были временные слепые зоны. Технология Интернета вещей основана на плотном размещении различных датчиков для формирования бесперебойной сенсорной сети. Например, на вулкане Мерапи в Индонезии развернутые узлы Интернета вещей могут передавать сейсмические сигналы каждую секунду, что позволяет ученым фиксировать малейшие изменения давления в магматическом очаге.
Этот непрерывный поток данных изменил парадигму исследований. Это позволяет нам выявить тонкие закономерности эволюции вулканов от бездействия до предшественников извержений в огромных массивах данных. Краткосрочные ускоренные мероприятия, которые могли быть упущены из виду в прошлом, теперь могут быть четко отражены. Это обеспечивает более надежную основу для оценки состояния вулканов и эффективно обеспечивает переход от «анализа после события» к «предварительному предупреждению».
Какое ключевое оборудование включает в себя Интернет вещей для мониторинга вулканов?
Существует полноценная и надежная система мониторинга IoT вулкана, которая в основном охватывает уровень восприятия, уровень передачи и уровень приложений. Основная часть чувствительного слоя — это различные датчики, такие как широкополосные сейсмометры, которые используются для регистрации вулканических толчков, а также GPS и инклинометры, которые используются для мониторинга деформации земли. Кроме того, мультигазовые анализаторы могут измерять изменения концентрации выбрасываемых газов, таких как SO₂, CO₂ и т. д., в режиме реального времени.
Эти устройства должны соответствовать условиям экстремальной среды, быть устойчивыми к высоким температурам, обладать антикоррозийными свойствами, иметь низкое энергопотребление и долговременную стабильность. Передача данных зависит от спутниковой связи, радиосвязи на большие расстояния или сотовых сетей, что обеспечивает стабильную обратную связь даже в отдаленных горных районах. В большей части электроснабжения используются солнечные панели в сочетании с высокопроизводительными батареями, позволяющие справляться с продолжительной дождливой погодой.
Как развернуть IoT-датчики мониторинга вулканов
Акт установки датчиков относится к научной категории. При реализации этого закона для осуществления планирования необходимо всесторонне учитывать множество факторов, таких как геологические структуры, исторические характеристики извержений и топография. В качестве общей практики мы будем размещать круги мониторинга керна в районе кратера, где расположены основные зоны трещин, и непосредственно над потенциальными магматическими каналами. В склоновых районах с относительно низким уровнем риска и в удаленных ориентирах будут реализованы мероприятия по размещению вспомогательных станций с целью разграничить локальные деформационные условия от региональных условий движения земной коры.
При выполнении работ, связанных с развертыванием, возникает множество проблем. Вертолеты часто необходимы как вспомогательное средство для перевозки тяжелой техники на вершину горы. Техническому персоналу пришлось быстро завершить установку оборудования, калибровку и тестирование сети. Есть успешный пример. На горе Этна в Италии исследователи полагались на оптимизированное распределение точек, чтобы точно отобразить весь процесс расширения горы, вызванный поднимающейся магмой.
Как Интернет вещей может повысить точность предупреждений о вулканах
Обладая высоким пространственным и временным разрешением, данные, предоставляемые Интернетом вещей, привели к обновлению моделей раннего предупреждения, основанных не на эмпирической статистике, а на физических механизмах. Объединяя данные из нескольких источников, такие как сейсмические, деформационные, газовые и тепловые инфракрасные данные, система может выполнять перекрестную проверку, чтобы уменьшить количество ложных тревог. Например, если число одиночных землетрясений увеличивается, это может быть тектоническое землетрясение. Однако если одновременно наблюдается расширение гор и резкий рост выбросов SO₂, то можно с большой долей вероятности подозревать магматическую активность.
Алгоритмы машинного обучения, которые играют огромную роль, основаны на текущей ситуации. Они могут постоянно изучать уникальные «поведенческие привычки» конкретного вулкана, а затем идентифицировать аномальную последовательность сигналов, которая появляется перед извержением вулкана. На вулкане Сакурадзима в Японии с помощью системы анализа в реальном времени, основанной на данных Интернета вещей, время предварительного предупреждения было увеличено с нескольких минут до нескольких часов, тем самым получив драгоценное окно для эвакуации персонала.
Каковы основные проблемы IoT-мониторинга вулканов?
Несмотря на значительные преимущества, IoT-мониторинг вулканов по-прежнему сталкивается с очень серьезными проблемами. Первое, с чем ему предстоит столкнуться, — это проверка работоспособности оборудования в экстремальных условиях. Высокие температуры, сильные кислоты, молнии и проливные дожди станут причиной поломок. Далее, узкими местами являются электроснабжение и покрытие сетей связи в отдаленных районах. Хотя солнечная энергия и спутниковая связь являются решениями, стоимость и стабильность все равно необходимо сбалансировать.
Терабайты данных, генерируемые изо дня в день, требуют эффективного хранения и вычислительных возможностей. Управление данными и их интерпретация одинаково сложны. Что еще более важно, то, как извлечь реальную информацию о прекурсорах из сложных сигналов, чтобы избежать ложных тревог в форме «плачущего волка», зависит от глубокого понимания учеными конкретного вулканического поведения и постоянной оптимизации алгоритмов.
Будущая тенденция развития мониторинга вулканов в Интернете вещей
В будущем мониторинг вулканов будет развиваться в направлении интеграции «воздуха, неба, земли и моря». БПЛА и микроспутники дополнят стационарную сенсорную сеть для обеспечения быстрого реагирования и трехмерного мониторинга. Сами датчики станут более миниатюрными, интеллектуальными и маломощными. Возможно даже создание «чувствительной пыли», которую можно будет забрасывать во внутренние трещины вулканов.
Искусственный интеллект активно участвует в создании периферийных вычислений. Сенсорные узлы могут выполнять предварительный анализ данных локально и передавать только ключевую аномальную информацию, что значительно снижает нагрузку на связь. Конечная цель — построить глобальную сеть вулканов, обмениваться данными, проверять модели друг друга и всесторонне улучшить понимание человечества и возможности реагирования на огромную природную силу вулканов. Предоставляйте глобальные услуги по закупкам слабых текущих интеллектуальных продуктов!
Можете ли вы подумать об этом: в такой специализированной профессиональной области, как мониторинг вулканов, будет ли широкая популяризация технологии Интернета вещей в конечном итоге больше зависеть от снижения затрат на оборудование, или она по-прежнему будет зависеть от прорывов в моделях анализа данных? Вы можете поделиться своим личным мнением в комментариях. Если вы чувствуете, что эта статья была для вас полезна, пожалуйста, поставьте лайк, чтобы поддержать ее.
Добавить комментарий