Τα καλώδια οπτικών ινών που χρησιμοποιούνται για την καλωδιακή τηλεόραση, τα τηλεφωνικά συστήματα και το παγκόσμιο δίκτυο έχουν πλέον τη δυνατότητα να βοηθήσουν στη μέτρηση των σεισμικών δονήσεων χάρη στις πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις, αλλά η αξιοποίηση αυτής της καινοτομίας έχει αποδειχθεί προβληματική.
Μια νέα εργασία που δημοσιεύεται την Τρίτη (04/02) στο Geophysical Journal International επιδιώκει να αντιμετωπίσει αυτές τις προκλήσεις προσαρμόζοντας έναν απλό αλγόριθμο που βασίζεται στη φυσική ώστε να συμπεριλάβει δεδομένα οπτικών ινών, τα οποία μπορούν στη συνέχεια να χρησιμοποιηθούν χέρι-χέρι με τις παραδοσιακές σεισμομετρικές μετρήσεις.
Αυτή η «συναρπαστική» πρόοδος όχι μόνο θα μπορούσε να ενσωματωθεί στα υπάρχοντα συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης σεισμών, αλλά μπορεί επίσης να βοηθήσει στον εντοπισμό σεισμικής δραστηριότητας που σχετίζεται με εκρήξεις ηφαιστείων, γεωθερμικές γεωτρήσεις και παγετώνες παγετώνων.
«Η δυνατότητα μετατροπής των καλωδίων οπτικών ινών σε χιλιάδες σεισμικούς αισθητήρες έχει εμπνεύσει πολλές προσεγγίσεις για τη χρήση ινών για την ανίχνευση σεισμών. Ωστόσο, η ανίχνευση σεισμών με οπτικές ίνες δεν είναι μια εύκολη πρόκληση για να επιλυθεί», δήλωσε ο επικεφαλής ερευνητής Δρ. Τόμας Χάντσον, ανώτερος ερευνητής στο ETH της Ζυρίχης.
«Εδώ, στηριζόμαστε στον συνδυασμό του πλεονεκτήματος των χιλιάδων αισθητήρων με μια απλή προσέγγιση βασισμένη στη φυσική για την ανίχνευση σεισμών με τη χρήση οποιουδήποτε καλωδίου οπτικών ινών, οπουδήποτε.
«Το συναρπαστικό είναι ότι η μέθοδός μας μπορεί να συνδυάσει μετρήσεις με οπτικές ίνες και παραδοσιακές σεισμομετρικές μετρήσεις, επιτρέποντας την ενσωμάτωση της ανίχνευσης με οπτικές ίνες στα υπάρχοντα συστήματα έγκαιρης προειδοποίησης σεισμών».
Η κατανεμημένη ακουστική ανίχνευση (DAS) είναι μια νέα τεχνολογία που χρησιμοποιεί καλώδια οπτικών ινών για την ανίχνευση ακουστικών σημάτων και δονήσεων. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση διαφόρων πραγμάτων, όπως αγωγών, σιδηροδρόμων ή του υπεδάφους.
Επομένως, έχει τη δυνατότητα να μετατρέψει τα δίκτυα οπτικών ινών - τα οποία μεταφέρουν δεδομένα εξαιρετικά γρήγορα - σε μετρήσεις της σεισμικής δραστηριότητας που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την ανίχνευση σεισμών.
Αυτό είναι δελεαστικό, διότι τα δίκτυα οπτικών ινών είναι παρόντα σε κατοικημένες περιοχές και διασχίζουν ακόμη και ωκεανούς, παρέχοντας τη δυνατότητα πολύ πιο λεπτομερών και αποτελεσματικών δικτύων σεισμικής παρακολούθησης από αυτά που υπάρχουν σήμερα.
Ωστόσο, η μετατροπή αυτής της δυνατότητας σε πραγματικότητα είναι μια πολύ πιο δύσκολη υπόθεση.
Οι γεωμετρίες των ινών στον πραγματικό κόσμο είναι συχνά πολύπλοκες - και οι σεισμολόγοι δεν έχουν κανέναν έλεγχο της γεωμετρίας. Συν τοις άλλοις, τα καλώδια οπτικών ινών συχνά βρίσκονται σε θορυβώδη αστικά περιβάλλοντα, γεγονός που καθιστά δύσκολη τη διαφοροποίηση μεταξύ της σεισμικής δραστηριότητας και άλλων πηγών με τον τρόπο που το κάνουν τα παραδοσιακά σεισμόμετρα.
Μια άλλη πρόκληση είναι ότι οι μετρήσεις DAS είναι ευαίσθητες μόνο στην παραμόρφωση στον άξονα της ίνας, ενώ τα σεισμόμετρα μετρούν τρισδιάστατη εδαφική κίνηση. Αυτό καθιστά τα επιφανειακά καλώδια οπτικών ινών πολύ πιο ευαίσθητα στα βραδύτερα κύματα S (τα οποία διαπερνούν μόνο τα στερεά και είναι τα δεύτερα κύματα που φτάνουν κατά τη διάρκεια ενός σεισμού) από τα ταχύτερα κύματα P (τα οποία διαπερνούν τα υγρά και τα στερεά), πράγμα που σημαίνει ότι είναι δυσκολότερο να ανιχνεύσουν σεισμούς και να τους εντοπίσουν.
Μια λύση είναι ο συνδυασμός πληροφοριών τόσο από τα παραδοσιακά σεισμόμετρα όσο και από τα καλώδια οπτικών ινών για τον εντοπισμό σεισμών, αλλά αυτό δεν είναι εύκολο λόγω των διαφορετικών ευαισθησιών των οργάνων και των μονάδων μέτρησης.
Το άλλο ζήτημα είναι ότι η μετατροπή ενός καλωδίου οπτικών ινών σε χιλιάδες αισθητήρες που παράγει πολλά δεδομένα. Η επεξεργασία αυτών των δεδομένων σε πραγματικό χρόνο είναι απαραίτητη για την παρακολούθηση των σεισμών, οπότε απαιτούνται αποτελεσματικοί αλγόριθμοι επεξεργασίας δεδομένων.
Ο νέος αλγόριθμος λειτουργεί λαμβάνοντας την ενέργεια που παρατηρείται στους δέκτες - είτε κανάλια καλωδίων οπτικών ινών είτε και σεισμόμετρα - και μεταναστεύοντας την ενέργεια αυτή πίσω στο χώρο και στο χρόνο για να βρει μια συνεκτική κορυφή ενέργειας που αντιστοιχεί σε έναν πιθανό σεισμό.
Η προσέγγιση αυτή βρέθηκε επίσης αποτελεσματική στην ανίχνευση σεισμών σε εκρήξεις ηφαιστείων, γεωθερμικές γεωτρήσεις και παγετώνες.
«Ένα βασικό πλεονέκτημα αυτής της προσέγγισης που βασίζεται στη φυσική είναι ότι λειτουργεί καλά ακόμη, δεδομένου ότι ο θόρυβος είναι γενικά λιγότερο συνεκτικός από ένα σεισμικό σήμα», δήλωσε ο Δρ Hudson.
«Μπορεί επίσης να εφαρμοστεί out-of-the-box σε οποιοδήποτε δίκτυο οπτικών ινών».
Και πρόσθεσε: «Αν και δεν ισχυριζόμαστε ότι έχουμε λύσει πλήρως το πρόβλημα του μεγάλου όγκου δεδομένων, παρουσιάζουμε ρεαλιστικούς τρόπους αντιμετώπισής του και ο αλγόριθμός μας τρέχει σε πραγματικό χρόνο για τα σύνολα δεδομένων που δοκιμάστηκαν.
«Η μέθοδος παρέχεται με ανοιχτό κώδικα, ώστε η ευρύτερη κοινότητα της σεισμολογίας να μπορεί να επωφεληθεί άμεσα».
Πηγή:sciencedaily.com
