Radar vệ tinh độ nét cao mới có thể phát hiện các cây cầu có nguy cơ sụp đổ từ không gian

Cầu Morandi trước khi sập. Hình ảnh rada vệ tinh mới có thể chỉ ra các chuyển vị của kết cấu với độ chính xác millimeter.

Các nhà nghiên cứu từ Phòng thí nghiệm Động cơ phản lực của NASA (JPL) và Đại học Bath đã phát triển một hệ thống cảnh báo sớm dựa trên vệ tinh có thể phát hiện ra những chuyển vị nhỏ trong những cây cầu cho thấy chúng có thể sụp đổ.

Kết hợp dữ liệu từ một thế hệ vệ tinh mới với thuật toán tinh vi, hệ thống giám sát có thể được chính phủ hoặc nhà phát triển sử dụng để hoạt động như một hệ thống cảnh báo đảm bảo các dự án cơ sở hạ tầng quy mô lớn được an toàn.

Nhóm các chuyên gia do JPL của NASA và các kỹ sư từ  đại học Bath đã xác minh kỹ thuật này bằng cách xem lại hình ảnh vệ tinh 15 năm của cầu Morandi ở Genova, Ý, một phần bị sập vào tháng 8 năm 2018, làm 43 người thiệt mạng. Đánh giá, được công bố trên tạp chí Remote Sensing, cho thấy cây cầu đã có dấu hiệu cong vênh trong những tháng trước khi thảm kịch xảy ra.

Tiến sĩ Giorgia Giardina, Giảng viên Khoa Kiến trúc và Xây dựng của Đại học, cho biết: "Tình trạng của cây cầu đã được báo cáo trước đó, nhưng lần đầu tiên chúng ta có thể nhìn thấy sự biến dạng trước sự sụp đổ. Chúng tôi đã chứng minh rằng có thể sử dụng công cụ này, cụ thể là sự kết hợp các dữ liệu khác nhau từ các vệ tinh, với một mô hình toán học, để phát hiện các dấu hiệu sớm của sự sụp đổ hoặc biến dạng".

Trong khi các kỹ thuật giám sát cấu trúc hiện tại chỉ tập trung vào các điểm cụ thể nơi đặt cảm biến, có thể phát hiện các dấu hiệu chuyển vị trong cây cầu hoặc tòa nhà. Kỹ thuật mới có thể được sử dụng để theo dõi thời gian thực gần như toàn bộ cấu trúc.

Tiến sĩ Pietro Milillo cho biết: "Kỹ thuật này đánh dấu sự cải tiến so với các phương pháp truyền thống vì nó cho phép các nhà khoa học đánh giá được những thay đổi của biến dạng mặt đất trên một cơ sở hạ tầng đơn lẻ với tần suất và độ chính xác chưa từng thấy. Đây là việc phát triển một kỹ thuật mới có thể hỗ trợ đánh giá khả năng chịu lực của cây cầu và cơ sở hạ tầng khác. Chúng tôi không thể dự báo sự sụp đổ đặc biệt này bởi vì các kỹ thuật đánh giá tiêu chuẩn có sẵn tại thời điểm đó không thể phát hiện ra những gì chúng ta có thể thấy bây giờ. Nhưng về tương lai, kỹ thuật này, kết hợp với các kỹ thuật đã được sử dụng, có tiềm năng để làm rất nhiều điều tốt đẹp".

Điều này được thực hiện nhờ những tiến bộ trong công nghệ vệ tinh, cho phép thu thập dữ liệu chính xác hơn. Dữ liệu khẩu độ mở của Radar chính xác (SAR), khi được thu thập từ nhiều vệ tinh được chỉ ra ở các góc khác nhau, có thể được sử dụng để xây dựng hình ảnh 3D của tòa nhà, cây cầu hoặc đường phố.

Tiến sĩ Giardina nói thêm: " Các vệ tinh trước đây chúng tôi đã sử dụng cho nghiên cứu này có thể tạo ra hình ảnh radar chính xác trong từng centimet. Bây giờ chúng tôi có thể sử dụng dữ liệu chính xác trong từng milimet - và thậm chí còn hơn, nếu điều kiện phù hợp. Sự khác biệt giống như chuyển sang TV Ultra-HD - giờ đây chúng ta có mức độ chi tiết cần thiết để giám sát các cấu trúc một cách hiệu quả. Hiển nhiên tiềm năng này sẽ được áp dụng liên tục trên các cấu trúc lớn. Các công cụ cho việc này rẻ so với giám sát truyền thống và có thể mở rộng hơn nữa. Thông thường bạn cần cài đặt cảm biến tại các điểm cụ thể trong tòa nhà, nhưng với phương pháp này có thể giám sát nhiều điểm cùng một lúc".

Kỹ thuật này cũng có thể được sử dụng để giám sát chuyển vị của các cấu trúc trước khi đào dưới lòng đất, chẳng hạn như khoan đường hầm.

"Chúng tôi đã theo dõi sự dịch chuyển của các tòa nhà ở London phía trên tuyến đường Crossrail", Tiến sĩ Giardina nói. "Trong các dự án ngầm thường có rất nhiều dữ liệu được thu thập ở cốt mặt đất, trong khi có ít phép đo cấu trúc khả dụng. Kỹ thuật của chúng tôi có thể cung cấp thêm một lớp thông tin và xác nhận xem mọi thứ có đúng kế hoạch hay không".

Tiến sĩ Giardina đã được các tổ chức cơ sở hạ tầng ở Anh tiếp cận với mục đích thiết lập giám sát đường bộ và mạng lưới đường sắt.

Trần Mạnh Khải
https://www.eurekalert.org