Ny dronebaseret tilgang til at opdage strukturelle skader under ekstreme hændelser som jordskælv

Et team af forskere fra hele UC San Diego udvikler en ny tilgang til at opdage skader på bygninger under jordskælv og andre ekstreme hændelser.

De kom sammen på Geisel -biblioteket for nylig for at bruge lasere og droner til at oprette en digital registrering af strukturen, der vil tjene som en grundlæggende sundhedsvurdering. I tilfælde af at et betydeligt jordskælv rammer i nærheden, teamet vil genkalde sig for at genoptage de digitale målinger og vurdere eventuelle skader på bygningen såsom vippe eller revner. (Se fotogalleri.)

Oplysningerne er beregnet til at give både forskere og beredskabsfolk mere detaljerede oplysninger om, hvordan strukturer reagerer under jordskælvene - ud over den simple visuelle inspektion af bygninger, der i øjeblikket er i brug - før de kan åbnes igen.

Ifølge forskere ved Scripps Institution of Oceanography og Jacobs School of Engineering ved UC San Diego, der står i spidsen for projektet, det ikoniske bibliotek er det perfekte sted at starte, hvad de håber vil blive et forsøg på at digitalisere hele campus.

"Vi bruger denne kulturelt betydningsfulde bygning på campus som en referencemodel til at hjælpe med at opdage strukturelle ændringer over tid, "sagde Falko Kuester, en professor i konstruktionsteknik, der fungerer som direktør for Jacob's School Cultural Heritage Engineering Initiative (CHEI) og DroneLab.

For Yehuda Bock, en fornem forsker og direktør for Orbit and Permanent Array Center ved Scripps Oceanography, den primære motivation for den nylige undersøgelse af Geisel Library var at integrere strukturel overvågning i hans tidlige advarselsprototypesystem for jordskælv og tsunamier.

"Vores system sporer jordbevægelser med et millimeters nøjagtighedsniveau, "sagde Bock." Dette giver os mulighed for at opdage store jordskælv inden for det kritiske første minut, før rystelsen begynder. "

For seks måneder siden, Bock udstyrede Geisel -biblioteket med sensorer, der løbende måler jordbevægelse fra de mange fejl, der krydser det sydlige Californien. Den teknik, han hjalp med at pionere, kaldet seismogeodesi, er afhængig af en kombination af GPS -modtagere og acceleratorer til meget hurtigt at lokalisere placeringen og størrelsen af ​​stærke jordskælv - 6,0 eller større - før den farlige rysten begynder.

Slutningen af ​​juli-projektet involverede næsten to timers droneflyvninger ledet af CHEI-forsker Eric Lo, fange mere end 1, 000 billeder i høj opløsning af Geisel-biblioteket, der bliver til en fotorealistisk model af strukturen. Lo's droneundersøgelse blev ledsaget af en flere timers jordundersøgelse af professionel landinspektør Richard Maher ved hjælp af lidar (lysdetektering og -interval), et instrument, der sender pulserende laserlys til et objekt for at give en præcis 3D-model. Ved at kombinere disse teknikker, teamet vil skabe en geometrisk såvel som visuelt detaljeret og præcis slutmodel.

Bocks GPS-sensorer giver en præcis 3D-reference til at forbinde højopløselige drone og lidar-billeder, muliggør nøjagtig påvisning af subtile permanente forskydninger af strukturens ydre skal som et mål for dets integritet efter en begivenhed.

Kuester leder i øjeblikket forskerhold, der udvikler droneteknologi til krisestyring og reaktion, samt at anvende arbejdet til at studere og hjælpe med at bevare gamle maya -strukturer i Mexico, Neanderthal -huler i Italien, og skibsvrag og koralrev i Bermuda. For ham, dette projekt er et første skridt til at skabe en digital surrogat eller som han kalder det, en "cyber-tvilling" på campus, før nye bygninger og broer forvandler campusens fysiske udseende i fremtiden.

Selvom Kuester ofte ser på gamle bygninger og ruiner, han påpeger, at "det er vigtigt også at dokumentere moderne bygninger, før tidens farer eller ekstreme begivenheder får dem til at forringes eller skabe et endnu mindre heldigt resultat."

Den digitale rekord om bygningers tilstand, som de eksisterer i dag, giver en basislinje til sammenligning i fremtiden, når en bygning ældes, eller i tilfælde af brand, jordskælv eller anden naturlig fare, anvendelige data, ifølge forskerne, at reagere hurtigt og afbøde risici.

Inden for et par minutter efter afslutningen af ​​droneflyvningerne, Lo havde en hurtig 360-graders roterende udsigt over den geometrisk formede bygning fra de billeder, der blev indsamlet under flyvningerne for visning i 3-D.

En anden vigtig motivation for Bock og Kuester er at få studerende involveret i virkelige forskningsprojekter, både på stedet og som undervisningsværktøjer i klasseværelset.

"Som pædagog, det er vigtigt, at jeg udsætter mine elever for virkelige forhold, "sagde Falko." Bidraget til videnskaben skal være nyttigt og brugbart. "

Kuester og Lo vil også gøre dronebillederne til en virtual reality -oplevelse for dem, der er interesseret i at flyve rundt på ydersiden af ​​biblioteket.

Bock og Kuester håber, at projektet vil tiltrække mere interesse og finansiering til seismisk at overvåge og digital arkivere alle bygninger på hele UC San Diego campus.

I mellemtiden, på Bocks laboratorium på Scripps Oceanography, de seismiske overvågningsdata streames løbende tilbage i realtid. Når det næste kraftige jordskælv rammer, systemet vil først advare ham om det primære signal, kaldet en P-bølge, hvilket indikerer, at der har fundet et jordskælv sted, og at den destruktive S-bølge, den der er ansvarlig for den stærke jordrystelse, er sekunder til minutter væk. GPS- og seismiske sensorer på Geisel -biblioteket vil hurtigt indikere, om den har lidt betydelig rystelse og forskydning.

For Bock og Kuester, hvordan disse bygninger og andre reagerer på påvirkninger udefra, er en vigtig komponent i, hvordan vi bedre forbereder os som samfund på ekstreme begivenheder i fremtiden.