Спутники вскоре смогут помочь обнаружить самые слабые мосты в мире до того, как они рухнут.
С помощью спутников учёные выясняют, какие мосты по всему миру подвержены риску обрушения и как выявить проблемы до того, как случится катастрофа.
- Благодаря спутниковому мониторингу при обследовании мостов количество конструкций, отнесенных к категории высокого риска, сократилось примерно на треть.
- Примерно половина мостов, которые по-прежнему относятся к категории высокого риска, может быть обследована с помощью регулярных наблюдений из космоса.
- Наибольший эффект может быть достигнут в таких регионах, как Африка и Океания, где мониторинг мостов в настоящее время ограничен или практически отсутствует.
Исследователь из Хьюстонского университета помогает выявлять уязвимые мосты по всему миру и предлагает новый способ предотвращения потенциальных аварий до того, как они приведут к катастрофе.
В глобальном анализе 744 мостов, результаты которого были опубликованы в Nature Communications, Пьетро Милильо и его коллеги из нескольких международных организаций оценили состояние мостов по всему миру. Согласно их выводам, хуже всего обстоят дела с мостами в Северной Америке, за ней следует Африка. Команда также предложила стратегию, которая может изменить подход к мониторингу инфраструктуры во всем мире: использовать спутники для отслеживания стабильности мостов и раннего выявления тревожных признаков.
Устаревшая инфраструктура и растущие риски
Срок службы многих мостов, упомянутых в исследовании, подходит к концу. В 1960-х годах в Северной Америке резко возросло количество строящихся мостов, а это значит, что многим из этих сооружений уже несколько десятилетий и срок их службы подходит к концу или уже превысил проектный.
Чтобы решить эту проблему, исследователи обращаются к космическим системам мониторинга, основанным на радарах с синтезированной апертурой. Эта технология позволяет часто делать снимки с высоким разрешением и охватывать большие территории планеты, а также предоставляет доступ к обширным архивным данным.
«Наше исследование показывает, что космический радиолокационный мониторинг может обеспечить регулярный контроль более чем за 60 процентами всех большепролетных мостов в мире, — говорит Милильо, соавтор исследования и доцент кафедры гражданского строительства и экологической инженерии в Университете Хьюстона. — Интегрируя спутниковые данные в системы оценки рисков, мы можем значительно сократить количество мостов, отнесенных к категории особо опасных, особенно в регионах, где установка традиционных датчиков слишком затратна».
Обнаружение мельчайших движений из космоса
В международную исследовательскую группу вошли Доминика Малиновска из Делфтского технического университета (TU Delft) и Университета Бата, Кормак Риал и Крис Бленкинсопп из Университета Бата, а также Джорджия Джардина из TU Delft. Они использовали метод дистанционного зондирования, известный как многовременной интерферометрический радар с синтезированной апертурой (Multi-Temporal Interferometric Synthetic Aperture Radar, MT-InSAR).
Этот метод может дополнить традиционные методы обследования, позволяя выявлять даже самые незначительные смещения конструкций. Система может измерять смещения в несколько миллиметров, вызванные медленными геологическими процессами, такими как оползни или оседание грунта. Она также может выявлять необычные закономерности на обширных территориях, которые могут указывать на возникающие структурные проблемы.
Мосты — одни из самых хрупких элементов транспортных систем, однако существующие подходы к их мониторингу имеют очевидные ограничения. Визуальные осмотры, проводимые лично, могут быть дорогостоящими и порой субъективными. Кроме того, их обычно проводят всего два раза в год, а это значит, что первые признаки износа могут остаться незамеченными.
Датчики мониторинга состояния конструкций (Structural Health Monitoring, SHM) позволяют непрерывно отслеживать их состояние. Однако такие системы обычно устанавливают только на новых мостах или конструкциях, о проблемах с которыми уже известно. Согласно исследованию, этими датчиками оснащены менее 20% большепролетных мостов в мире, поэтому многие конструкции не подвергаются постоянному мониторингу.
Решение для спутникового мониторинга
«Дистанционное зондирование дополняет работу датчиков SHM, позволяет сократить расходы на техническое обслуживание и проводить визуальный осмотр, особенно в тех случаях, когда прямой доступ к конструкции затруднен, — говорит Миллило. — В частности, для мостов технология MT-InSAR позволяет чаще проводить измерения деформаций по всей инфраструктурной сети, в отличие от традиционных проверок, которые обычно проводятся всего несколько раз в год и требуют присутствия персонала на месте».
— сказала Малиновска. — Несмотря на то, что использование технологии MT-InSAR для мониторинга мостов хорошо зарекомендовало себя в научных кругах, власти и инженеры, отвечающие за их состояние, до сих пор не внедрили эту технологию повсеместно. Наша работа представляет собой глобальное исследование, доказывающее, что это действенный и эффективный инструмент, который можно использовать уже сейчас.
Исследователи обнаружили, что добавление данных MT-InSAR в оценку рисков, связанных с мостами, может повысить точность. Этот метод анализирует спутниковые пиксели, так называемые устойчивые отражатели (Persistent Scatterers, PS), которые стабильно отражают радиоволны. Использование этих сигналов снижает неопределенность и позволяет инженерам точнее определять, какие мосты требуют ремонта или более тщательного осмотра.
Подход, предложенный исследовательской группой, сочетает в себе мониторинг с помощью датчиков SHM и спутниковые наблюдения с использованием таких систем, как Sentinel-1 Европейского космического агентства и недавно запущенная миссия NASA NISAR. Интеграция этих источников данных в систему оценки структурной уязвимости позволяет инженерам получать более актуальную информацию, чем при использовании традиционных графиков проверок.
Благодаря более регулярному мониторингу власти смогут получить более четкое представление о состоянии моста и принимать более взвешенные решения по его обслуживанию и управлению рисками.
Подписывайтесь, чтобы узнавать новое о науке каждую неделю!