کاربردهای عملی و تحلیل تأثیر حسگرهای رادار داپلر در اندونزی

کاربردهای نوآورانه در امداد و نجات در بلایا

اندونزی، به عنوان بزرگترین کشور مجمع‌الجزایری جهان که در امتداد حلقه آتش اقیانوس آرام واقع شده است، با تهدیدات مداوم ناشی از زلزله، سونامی و سایر بلایای طبیعی روبرو است. تکنیک‌های سنتی جستجو و نجات اغلب در سناریوهای پیچیده‌ای مانند فروریختن کامل ساختمان‌ها بی‌اثر هستند، جایی که فناوری حسگر رادار مبتنی بر اثر داپلر، راه‌حل‌های نوآورانه‌ای ارائه می‌دهد. در سال ۲۰۲۲، یک تیم تحقیقاتی مشترک تایوانی-اندونزیایی یک سیستم راداری توسعه داد که قادر به تشخیص تنفس بازماندگان از طریق دیوارهای بتنی بود و جهشی کوانتومی در قابلیت‌های تشخیص حیات پس از فاجعه را نشان می‌داد.

نوآوری اصلی این فناوری در ادغام رادار موج پیوسته مدوله‌شده با فرکانس (FMCW) با الگوریتم‌های پیشرفته پردازش سیگنال نهفته است. این سیستم از دو توالی اندازه‌گیری دقیق برای غلبه بر تداخل سیگنال ناشی از آوار استفاده می‌کند: اولین توالی، اعوجاج ناشی از موانع بزرگ را تخمین زده و جبران می‌کند، در حالی که دومین توالی بر تشخیص حرکات ظریف قفسه سینه (معمولاً دامنه 0.5 تا 1.5 سانتی‌متر) ناشی از تنفس برای تعیین دقیق محل بازماندگان تمرکز دارد. آزمایش‌های آزمایشگاهی توانایی سیستم را در نفوذ به دیوارهای بتنی با ضخامت 40 سانتی‌متر و تشخیص تنفس تا 3.28 متر پشت سر، با دقت موقعیت‌یابی در محدوده ±3.375 سانتی‌متر نشان می‌دهد - که بسیار فراتر از تجهیزات تشخیص حیات مرسوم است.

اثربخشی عملیاتی از طریق سناریوهای نجات شبیه‌سازی‌شده تأیید شد. با قرار گرفتن چهار داوطلب در پشت دیوارهای بتنی با ضخامت‌های مختلف، سیستم با موفقیت سیگنال‌های تنفسی همه افراد مورد آزمایش را شناسایی کرد و عملکرد قابل اعتمادی را حتی در چالش‌برانگیزترین شرایط دیوار ۴۰ سانتی‌متری حفظ کرد. این رویکرد غیرتماسی، نیاز به ورود امدادگران به مناطق خطرناک را از بین می‌برد و خطرات آسیب ثانویه را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد. برخلاف روش‌های سنتی صوتی، مادون قرمز یا نوری، رادار داپلر مستقل از تاریکی، دود یا سر و صدا عمل می‌کند و امکان عملیات ۲۴ ساعته و ۷ روز هفته را در طول پنجره نجات حیاتی "۷۲ ساعته طلایی" فراهم می‌کند.

جدول: مقایسه عملکرد فناوری‌های تشخیص نفوذی حیات

ارزش نوآورانه این سیستم فراتر از مشخصات فنی، به قابلیت استقرار عملی آن نیز گسترش می‌یابد. کل دستگاه تنها از سه جزء تشکیل شده است: یک ماژول رادار FMCW، واحد محاسباتی جمع و جور و باتری لیتیومی ۱۲ ولتی - همگی کمتر از ۱۰ کیلوگرم برای قابلیت حمل توسط یک اپراتور. این طراحی سبک وزن کاملاً با جغرافیای مجمع‌الجزایری اندونزی و شرایط زیرساخت‌های آسیب‌دیده آن سازگار است. برنامه‌هایی برای ادغام این فناوری با پهپادها و پلتفرم‌های رباتیک، دسترسی به آن را به مناطق غیرقابل دسترس بیشتر خواهد کرد.

از منظر اجتماعی، رادار نفوذی تشخیص حیات می‌تواند قابلیت‌های واکنش به بلایای اندونزی را به طرز چشمگیری افزایش دهد. در طول زلزله و سونامی پالو در سال ۲۰۱۸، روش‌های مرسوم در آوار بتنی ناکارآمد بودند و منجر به تلفات قابل پیشگیری شدند. استقرار گسترده این فناوری می‌تواند میزان شناسایی بازماندگان را در بلایای مشابه ۳۰ تا ۵۰ درصد بهبود بخشد و به طور بالقوه جان صدها یا هزاران نفر را نجات دهد. همانطور که پروفسور آلویوس آدیا پرامودیتا از دانشگاه تلکام اندونزی تأکید کرد، هدف نهایی این فناوری کاملاً با استراتژی کاهش اثرات آژانس ملی مدیریت بلایای طبیعی (BNPB) همسو است: "کاهش تلفات جانی و تسریع بهبود".

تلاش‌های تجاری‌سازی به طور فعال در حال انجام است و محققان با شرکای صنعتی برای تبدیل نمونه اولیه آزمایشگاهی به تجهیزات نجات مقاوم همکاری می‌کنند. با توجه به فعالیت‌های لرزه‌ای مکرر اندونزی (به طور متوسط بیش از ۵۰۰۰ لرزش در سال)، این فناوری می‌تواند به تجهیزات استاندارد برای BNPB و آژانس‌های فاجعه منطقه‌ای تبدیل شود. تیم تحقیقاتی تخمین می‌زند که استقرار میدانی ظرف دو سال انجام شود و پیش‌بینی می‌شود هزینه‌های واحد از نمونه اولیه ۱۵۰۰۰ دلاری فعلی به کمتر از ۵۰۰۰ دلار در مقیاس بزرگ کاهش یابد - و آن را برای دولت‌های محلی در سراسر ۳۴ استان اندونزی قابل دسترسی کند.

کاربردهای مدیریت حمل و نقل هوشمند

ازدحام ترافیکی مزمن جاکارتا (رتبه هفتم بدترین ترافیک جهانی) باعث شده است تا کاربردهای نوآورانه‌ای از رادار داپلر در سیستم‌های حمل و نقل هوشمند ایجاد شود. طرح «شهر هوشمند ۴.۰» این شهر شامل بیش از ۸۰۰ حسگر راداری در تقاطع‌های مهم است و به موارد زیر دست می‌یابد:

• کاهش ۳۰ درصدی ازدحام در ساعات اوج ترافیک از طریق کنترل تطبیقی چراغ‌های راهنمایی
• ۱۲٪ بهبود در میانگین سرعت وسایل نقلیه (از ۱۸ به ۲۰.۲ کیلومتر در ساعت)
• کاهش ۴۵ ثانیه‌ای میانگین زمان انتظار در تقاطع‌های آزمایشی

این سیستم از عملکرد برتر رادار داپلر ۲۴ گیگاهرتز در باران‌های گرمسیری (دقت تشخیص ۹۹٪ در مقابل ۸۵٪ برای دوربین‌ها در هنگام بارندگی‌های شدید) برای ردیابی سرعت، تراکم و طول صف وسایل نقلیه به صورت بلادرنگ استفاده می‌کند. ادغام داده‌ها با مرکز مدیریت ترافیک جاکارتا، امکان تنظیم زمان‌بندی پویای چراغ‌ها را هر ۲ تا ۵ دقیقه بر اساس جریان واقعی ترافیک به جای برنامه‌های ثابت فراهم می‌کند.

مطالعه موردی: بهسازی کریدور جاده گاتوت سوبروتو

• ۲۸ حسگر راداری در امتداد ۴.۳ کیلومتر نصب شدند
• سیگنال‌های تطبیقی زمان سفر را از ۲۵ به ۱۸ دقیقه کاهش دادند
• میزان انتشار CO₂ روزانه ۱.۲ تن کاهش یافت
• ۳۵٪ کاهش تخلفات رانندگی شناسایی شده از طریق اجرای خودکار

پایش هیدرولوژیکی برای پیشگیری از سیل

سیستم‌های هشدار اولیه سیل اندونزی، فناوری رادار داپلر را در ۱۸ حوضه رودخانه اصلی ادغام کرده‌اند. پروژه حوضه رودخانه سیلیوونگ نمونه‌ای از این کاربرد است:

• ۱۲ ایستگاه رادار جریان آب، سرعت سطح آب را هر ۵ دقیقه اندازه‌گیری می‌کنند.
• همراه با سنسورهای سطح آب اولتراسونیک برای محاسبه دبی
• داده‌های منتقل شده از طریق GSM/LoRaWAN به مدل‌های پیش‌بینی سیل مرکزی
• زمان هشدار در جاکارتا بزرگ از ۲ به ۶ ساعت افزایش یافت

اندازه‌گیری غیرتماسی این رادار به ویژه در شرایط سیل مملو از آوار که در آن کنتورهای جریان سنتی از کار می‌افتند، ارزشمند است. نصب آن روی پل‌ها از خطرات درون آب جلوگیری می‌کند و در عین حال نظارت مداوم را بدون تأثیر رسوب‌گذاری فراهم می‌کند.

حفاظت از جنگل‌ها و حیات وحش

در اکوسیستم لوسر سوماترا (آخرین زیستگاه اورانگوتان‌های سوماترایی)، رادار داپلر در موارد زیر کمک می‌کند:

1. نظارت بر مبارزه با شکار غیرقانونی

• رادار ۶۰ گیگاهرتزی حرکات انسان را از میان شاخ و برگ درختان تشخیص می‌دهد
• شکارچیان غیرقانونی را از حیوانات با دقت ۹۲٪ تشخیص می‌دهد
• شعاع ۵ کیلومتری را در هر واحد پوشش می‌دهد (در مقایسه با ۵۰۰ متر برای دوربین‌های مادون قرمز)

2. نظارت بر سایبان

• رادار موج میلی‌متری الگوهای نوسان درختان را ردیابی می‌کند
• فعالیت‌های غیرقانونی ثبت وقایع را به صورت بلادرنگ شناسایی می‌کند
• قطع درختان غیرمجاز را در مناطق آزمایشی ۴۳ درصد کاهش داده است

مصرف کم برق این سیستم (۱۵ وات برای هر حسگر) امکان کار با انرژی خورشیدی را در مکان‌های دورافتاده فراهم می‌کند و هنگام شناسایی فعالیت‌های مشکوک، هشدارها را از طریق ماهواره ارسال می‌کند.

چالش‌ها و مسیرهای آینده

علیرغم نتایج امیدوارکننده، پذیرش گسترده با موانع اجرایی متعددی روبرو است:

1. محدودیت‌های فنی

• رطوبت بالا (>80% RH) می‌تواند سیگنال‌های فرکانس بالاتر را تضعیف کند
• محیط‌های شهری متراکم باعث تداخل چندمسیره می‌شوند
• تخصص فنی محلی محدود برای تعمیر و نگهداری

2. عوامل اقتصادی

• هزینه‌های فعلی حسگرها (۳۰۰۰ تا ۸۰۰۰ دلار برای هر واحد) بودجه‌های محلی را به چالش می‌کشد
• محاسبات بازگشت سرمایه برای شهرداری‌های کم‌درآمد نامشخص است
• وابستگی به تأمین‌کنندگان خارجی برای قطعات اصلی

3. موانع نهادی

• اشتراک‌گذاری داده‌ها بین سازمانی همچنان مشکل‌ساز است
• فقدان پروتکل‌های استاندارد برای ادغام داده‌های راداری
• تأخیرهای نظارتی در تخصیص طیف فرکانسی

راه‌حل‌های نوظهور عبارتند از:

• توسعه سیستم‌های مقاوم در برابر رطوبت ۷۷ گیگاهرتز
• ایجاد مراکز مونتاژ محلی برای کاهش هزینه‌ها
• ایجاد برنامه‌های انتقال دانش بین دولت، دانشگاه و صنعت
• اجرای استراتژی‌های مرحله‌ای برای اجرای طرح با شروع از مناطق با تأثیرپذیری بالا

کاربردهای آینده در افق عبارتند از:

• شبکه‌های راداری مبتنی بر پهپاد برای ارزیابی بلایا
• سیستم‌های تشخیص خودکار زمین‌لغزش
• نظارت هوشمند بر منطقه ماهیگیری برای جلوگیری از ماهیگیری بیش از حد
• ردیابی فرسایش ساحلی با دقت موج میلی‌متری

با سرمایه‌گذاری مناسب و حمایت سیاسی، فناوری رادار داپلر می‌تواند به سنگ بنای تحول دیجیتال اندونزی تبدیل شود و ضمن ایجاد فرصت‌های شغلی جدید با فناوری پیشرفته در سطح محلی، تاب‌آوری را در ۱۷۰۰۰ جزیره این کشور افزایش دهد. تجربه اندونزی نشان می‌دهد که چگونه می‌توان فناوری‌های پیشرفته سنجش را در صورت پیاده‌سازی با استراتژی‌های مناسب بومی‌سازی، برای مقابله با چالش‌های منحصر به فرد کشورهای در حال توسعه تطبیق داد.

لطفا با شرکت فناوری هونده (Honde Technology Co., LTD) تماس بگیرید.

Email: info@hondetech.com

وب‌سایت شرکت:www.hondetechco.com

تلفن: +86-15210548582