Wykrywanie lawin przy użyciu radaru pasywnego

Wykrywanie lawin przy użyciu radaru pasywnego Fraunhofer FHR

Zimą lawiny stanowią największe zagrożenie w górach. Monitorowanie lawin jest zatem kluczowe dla zapewnienia bezpieczeństwa ludzi i infrastruktury. Naukowcy z Instytutu Fizyki Wysokich Częstotliwości i Techniki Radarowej Fraunhofera otwierają nowe możliwości w zakresie wykrywania lawin. Dzięki wykorzystaniu sygnałów z nowych mega-konstelacji satelitarnych, takich jak Starlink i OneWeb, radar pasywny umożliwia określenie, czy po kontrolowanych detonacjach rzeczywiście doszło do uruchomienia lawin, nawet w odległych regionach pozbawionych infrastruktury naziemnej. W ramach studium wykonalności badacze udowodnili, że mega-konstelacje satelitarne nadają się do wykrywania lawin.

Każdej zimy, wraz ze wzrostem ilości śniegu, ryzyko lawin w górach rośnie. Jednym z działań prewencyjnych zmniejszających zagrożenie dla ludzi i infrastruktury są kontrolowane detonacje. Wywołują one zejście ogromnych mas śniegu, które spływają w dół dolin wyznaczonym szlakiem. Jednak wciąż pozostaje pytanie: czy lawina rzeczywiście została wywołana zgodnie z planem? Potwierdzenie tego faktu jest niezbędne. Obszar objęty ryzykiem musi być monitorowany w sposób ciągły, niezależnie od widoczności i warunków pogodowych.

Aktualnie zadanie to realizowane jest za pomocą mechanicznych przewodów, które pękają pod wpływem ruchu lawiny, lub poprzez monitorowanie terenu z helikopterów podczas detonacji. W wielu przypadkach stosowane są również technologie radarowe, umożliwiające ciągły monitoring zdalny w każdych warunkach atmosferycznych. Jednak wszystkie te metody mają istotne wady: przewody mechaniczne wymagają ponownego napinania po każdej lawinie, co naraża techników na niebezpieczeństwo, helikoptery mogą latać tylko przy sprzyjającej pogodzie, a radary aktywne wymagają licencji na nadawanie.

Radar pasywny – idealne rozwiązanie do odległych regionów

Radar pasywny może stanowić odpowiednią alternatywę w monitorowaniu lawin. W przeciwieństwie do tradycyjnego radaru aktywnego, radar pasywny nie emituje energii elektromagnetycznej, lecz korzysta z istniejących sygnałów radiowych lub komunikacji mobilnej. Nie wysyła więc wiązek radarowych, które odbijają się od obiektów i wracają do odbiornika, lecz wykorzystuje już dostępne fale. Radar pasywny jest nie tylko bardziej ekonomiczny i energooszczędny, ale także łatwiejszy do instalacji i obsługi, ponieważ nie wymaga licencji na nadawanie.

Radar pasywny, dzięki temu, że nie wymaga anteny nadawczej i składa się z mniejszej liczby komponentów, jest tańszy i prostszy w instalacji. Można go łatwo zainstalować bez potrzeby uzyskiwania licencji – wyjaśnia dr Diego Cristallini, lider grupy badawczej w Fraunhofer FHR.

Problemem pozostaje jednak brak sygnałów radiowych w odległych regionach górskich. Dlatego dr Cristallini i jego zespół wykorzystują sygnały z mega-konstelacji satelitarnych OneWeb i Starlink, które oferują stałe usługi satelitarne na całym świecie. Sieci te mają na celu zapewnienie szerokopasmowego dostępu do internetu w każdym miejscu na Ziemi. W ramach studium wykonalności zleconego przez ESA-ESTEC (Europejskie Centrum Badań i Technologii Kosmicznych), naukowcy badają, czy satelity Starlink i OneWeb nadają się do wykrywania lawin, a w szczególności, czy potrafią skutecznie wykryć i potwierdzić zejście lawiny po detonacji.

Stacjonarny radar pasywny umożliwia obrazy SAR

Satelity wykorzystywane są wszędzie tam, gdzie sieci naziemne są niedostępne, przeciążone lub uszkodzone. Podobnie jak OneWeb, Starlink to system satelitów LEO (low Earth orbit), czyli satelitów krążących na niskiej orbicie okołoziemskiej. Taka bliskość jest korzystna ze względu na niskie opóźnienia – odległość od ziemi do satelity i z powrotem wynosi zaledwie kilkaset kilometrów – tłumaczy dr Cristallini.

Duża liczba satelitów Starlink pozwala na uzyskiwanie ciągłych obrazów radarowych powierzchni Ziemi. Gdy jeden satelita znika za horyzontem, pojawia się kolejny, tworząc dwuwymiarowe obrazy terenu, które są łatwe do interpretacji.

Mówimy tutaj o radarze z syntetyczną aperturą (SAR), który pozwala na rejestrowanie obrazów odległych regionów górskich, znacznie wykraczających poza samo wykrywanie lawin. Mega-konstelacje satelitarne są zawsze dostępne jako źródło sygnału. Sygnały elektromagnetyczne wysyłane są do obszarów górskich pod różnymi kątami, dzięki czemu możliwe jest zobrazowanie miejsc niewidocznych przy użyciu pojedynczego nadajnika.

Na podstawie danych topograficznych gór, dr Cristallini i jego zespół opracowali środowisko symulacyjne, które umożliwiło symulowanie lawin i analizowanie, czy można je wykryć za pomocą sygnałów Starlink. Aby przetestować obiecujące wyniki symulacji w praktyce, badacze zastosowali swój system radarowy do wykrywania małych, kontrolowanych osuwisk w dawnej kopalni bazaltu nad Renem, w pobliżu niemieckiego miasta Remagen. Osuwiska te powstają, gdy koparka zrzuca ładunek do wciąż otwartego wyrobiska.

Zarówno symulacje, jak i test praktyczny wykazały, że radar pasywny korzystający z sygnałów mega-konstelacji satelitarnych nadaje się do wykrywania i potwierdzania lawin – podsumowuje dr Cristallini.

Źródło: Fraunhofer FHR

O Autorze

MM Magazyn Przemysłowy jest międzynarodową marką medialną należącą do holdingu Vogel Communications Group. W ramach marki MM Magazyn Przemysłowy wydawane jest czasopismo, prowadzony jest portal magazynprzemyslowy.pl oraz realizowana jest komunikacja (różnymi narzędziami marketingowymi) w przemysłowym sektorze B2B.

MM Magazyn Przemysłowy 11–12/2024

Chcesz otrzymać nasze czasopismo?

Zamów prenumeratę