Το σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης της Ιταλίας
Το σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης της Ιταλίας προστατεύει τα τρένα υψηλής ταχύτητας εκδίδοντας ειδοποιήσεις για σεισμούς σε δευτερόλεπτα.
Ερευνητές αναφέρουν ότι το πρώτο πλήρως ενσωματωμένο σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης σεισμών στην Ιταλία για σιδηροδρομικές γραμμές υψηλής ταχύτητας μπορεί να εκδίδει στοχευμένες ειδοποιήσεις εντός τριών έως δέκα δευτερολέπτων, ενώ παράλληλα προβλέπει σωστά τη δόνηση σε πάνω από 90% των περιπτώσεων.
Αυτή η δυνατότητα επαναπροσδιορίζει τον τρόπο διαχείρισης του σεισμικού κινδύνου στις γραμμές ταχείας κυκλοφορίας, περιορίζοντας τη διακοπή στο ακριβές τμήμα της γραμμής που είναι πιθανότερο να επηρεαστεί.
Κατά μήκος 124 μιλίων σιδηροδρομικής γραμμής μεταξύ Ρώμης και Νάπολης, ένα ειδικό δίκτυο θαμμένων αισθητήρων παρακολουθεί έναν από τους πιο σεισμικά ενεργούς διαδρόμους της Ιταλίας.
Αναλύοντας αυτά τα συνεχή σήματα, μηχανικοί στο Πανεπιστήμιο της Νάπολης Federico II ( UNINA ) απέδειξαν ότι η πρώτη σεισμική κίνηση μπορεί να μεταφραστεί σε αποφάσεις σε πραγματικό χρόνο σχετικά με το πού πρέπει να επιβραδύνουν ή να σταματήσουν τα τρένα.
Καθώς περισσότερο από το σεισμικό σήμα φτάνει σε κοντινούς σταθμούς, το σύστημα βελτιώνει αυτές τις προβλέψεις και προσαρμόζει το επηρεαζόμενο τμήμα της τροχιάς μέσα σε δευτερόλεπτα.
Αυτή η εξελισσόμενη, ειδική για κάθε τμήμα απόκριση περιορίζει την αναστάτωση, αλλά εξαρτάται επίσης από την ταχεία ερμηνεία των ελλιπών πρώιμων σημάτων, η οποία διαμορφώνει τον τρόπο με τον οποίο το σύστημα εξισορροπεί την ταχύτητα με τη βεβαιότητα.
Γιατί τα δευτερόλεπτα έχουν σημασία
Τα τρένα υψηλής ταχύτητας καλύπτουν το έδαφος γρήγορα, επομένως ακόμη και μια σύντομη προειδοποίηση μπορεί να κρατήσει ένα κινούμενο τρένο μακριά από τις κατεστραμμένες γραμμές.
Όταν τα πρώτα ασθενή σεισμικά σήματα, γνωστά ως κύματα P, φτάσουν στους αισθητήρες, η ισχυρότερη δόνηση του εδάφους εξακολουθεί να κινείται προς την περιοχή.
Αυτό το μικρό κενό είναι το μόνο που χρειάζεται το σύστημα για να δώσει στον έλεγχο των σιδηροδρόμων μια απόφαση πριν φτάσει η χειρότερη κίνηση.
Σε μια γρήγορη γραμμή επιβατών, τα δευτερόλεπτα δεν είναι γενναιόδωρα, αλλά μπορούν να αλλάξουν ποιος φτάνει στο κατεστραμμένο τμήμα.
Ανάγνωση του πρώτου παλμού
Κάθε τοποθεσία χρησιμοποιεί θαμμένα επιταχυνσιόμετρα, όργανα που μετρούν την κίνηση του εδάφους, για να καταγράψει τον πρώτο σεισμό και να μεταδώσει δεδομένα αμέσως.
Πέντε τοποθεσίες προσθέτουν βαθύτερα όργανα 66 πόδια (20 μέτρα) υπόγεια, όπου η λιγότερη επιφανειακή ακαταστασία βοηθά το σήμα του σεισμού να ξεχωρίζει.
Ένα αποκλειστικό δίκτυο στέλνει αυτές τις μετρήσεις μέσω οπτικών ινών στη Νάπολη, όπου οι διακομιστές της γραμμής υψηλής ταχύτητας Rete Ferroviaria Italiana ( RFI ) Ρώμης-Νάπολης μειώνουν τις καθυστερήσεις που θα σπαταλούσαν το παράθυρο προειδοποίησης.
Αυτές οι επιλογές έχουν σημασία επειδή η έγκαιρη προειδοποίηση ζει ή πεθαίνει με καθυστέρηση, όχι με την τέλεια λεπτομέρεια την πρώτη στιγμή.
Φιλτράρισμα σεισμικού θορύβου
Οι αισθητήρες των σιδηροδρόμων ακούν τα διερχόμενα τρένα εκατοντάδες φορές κάθε μέρα, επομένως το λογισμικό ρωτά πρώτα αν ένα τράνταγμα είναι σεισμικό.
Το φίλτρο του ζυγίζει το πλάτος και τη συχνότητα, επειδή οι δονήσεις των τρένων συνήθως μεταφέρουν περισσότερη ενέργεια υψηλής συχνότητας από τις απαρχές των σεισμών.
Χρειάζονται μόνο 1,5 δευτερόλεπτα σήματος για την πρώτη διακοπή καθυστέρησης, η οποία είναι κρίσιμη σε μια γραμμή τόσο γρήγορη.
Οι ψευδείς συναγερμοί εξακολουθούν να είναι πιθανοί, αλλά η έγκαιρη απόρριψη κάποιου θορύβου των τρένων αποτρέπει τη διακοπή της κανονικής κυκλοφορίας χωρίς λόγο.
Χαρτογράφηση επικίνδυνων ζωνών
Μόλις το σύστημα δεχτεί έναν σεισμό, εκτιμά τη μέγιστη επιτάχυνση του εδάφους, την ισχυρότερη δόνηση που αναμένεται σε κάθε τοποθεσία.
Αυτή η πρόγνωση αυξάνεται από την πρώτη κίνηση και στη συνέχεια ενημερώνεται κάθε δευτερόλεπτο καθώς περισσότερο από το κύμα φτάνει σε κοντινούς σταθμούς.
Αντί να σταματήσει ολόκληρη τη διαδρομή, το λογισμικό σχεδιάζει ένα τμήμα με ειδοποίηση και προσθέτει ένα buffer ασφαλείας και στα δύο άκρα.
Ο κίνδυνος για τις σιδηροδρομικές γραμμές εξαρτάται από το πού η δόνηση ξεπερνά ένα όριο, επομένως ο εξελισσόμενος χάρτης έχει μεγαλύτερη σημασία από μια εκτίμηση ενός μεμονωμένου επίκεντρου.
Στέλνοντας φρένα το μήνυμα
Στη γραμμή υψηλής ταχύτητας Ρώμης-Νάπολης, η RFI συνέταξε την προειδοποίηση σε συνεργασία με ερευνητές, ώστε να παραδώσει τις σεισμικές αποφάσεις στον έλεγχο των σιδηροδρόμων.
Όταν ξεπεραστούν τα όρια, τα συστήματα ελέγχου διατάσσουν επιβράδυνση ή πλήρη στάση στο επηρεαζόμενο τμήμα.
«Έχουμε αναπτύξει, σε συνεργασία με το RFI, το πρώτο σύστημα προειδοποίησης για τρένα υψηλής ταχύτητας, ικανό να ανιχνεύει εκ των προτέρων τα σεισμικά κύματα που παράγονται από σεισμούς και θα μπορούσαν να επηρεάσουν το σιδηροδρομικό δίκτυο», δήλωσε ο Άλντο Ζόλο, καθηγητής σεισμολογίας στο UNINA.
Μετά το τέλος της δόνησης, οι χειριστές επιθεωρούν τη διαδρομή και ανοίγουν ξανά τα τμήματα που δεν επηρεάστηκαν νωρίτερα από ό,τι θα επέτρεπε ένα κλείσιμο ολόκληρης της γραμμής.
Μέτρηση πραγματικής απόδοσης
Για να δοκιμάσουν σκληρά το σύστημα, οι ερευνητές επανέλαβαν εκατοντάδες αρχεία σεισμών και επικάλυψαν πολλά από αυτά με θόρυβο τρένων.
Σε αυτές τις προσομοιώσεις, οι πρώτες ειδοποιήσεις έφταναν σε 3 έως 10 δευτερόλεπτα, με σωστές κλήσεις τρέμουλου σε πάνω από 90% των περιπτώσεων.
Πέντε δευτερόλεπτα αργότερα, η ακρίβεια αυξήθηκε περαιτέρω, επειδή το επιπλέον σήμα επιτρέπει στο λογισμικό να βελτιώσει την ένταση της σεισμικής δόνησης κάθε τοποθεσίας.
Οι ρυθμίσεις υψηλότερης βεβαιότητας επιβράδυναν την πρώτη ειδοποίηση χωρίς να προσθέσουν μεγάλο όφελος, ένα συμβιβασμό που έχει σημασία στους πραγματικούς σιδηροδρόμους.
Πόσο κομμάτι διατρέχει κίνδυνο
Πιο συνηθισμένοι σεισμοί σε κοντινή απόσταση θα απειλούσαν μόνο περίπου 6 μίλια της τροχιάς, όχι ολόκληρο τον διάδρομο.
Χρησιμοποιώντας δεδομένα δύο μηνών για την κυκλοφορία των τρένων , η ομάδα διαπίστωσε ότι τα περισσότερα τρένα θα παρέμεναν εκτός αυτής της ζώνης κατά τη διάρκεια αυτών των πιο πιθανών γεγονότων.
Ένα τμήμα 62 μιλίων (100 χλμ.) που έχει σημάνει συναγερμό εμφανίζεται κυρίως σε σπάνιους μεγάλους σεισμούς κοντά στη γραμμή, με περιόδους επαναφοράς κοντά στα 2.000 χρόνια.
Οι πιο συνηθισμένοι μέτριοι σεισμοί κοντά στον σιδηρόδρομο συνήθως απομονώνουν ένα πολύ μικρότερο τμήμα, αφήνοντας το μεγαλύτερο μέρος της υπηρεσίας διαχειρίσιμο.
Πέρα από έναν σιδηρόδρομο
Η πλατφόρμα κατασκευάστηκε για να συνδέεται με άλλες σιδηροδρομικές γραμμές, εφόσον τα σεισμικά δεδομένα τους έφταναν σε πραγματικό χρόνο.
Η διέλευση γραμμών θα βελτίωνε επίσης τον εντοπισμό σεισμών, επειδή ένα αραιό δίκτυο σταθμών καθορίζει τη θέση καλύτερα από μία γραμμή.
Αυτό έχει σημασία για τους μελλοντικούς χάρτες σεισμών, γρήγορους χάρτες αναμενόμενων σεισμών, οι οποίοι θα μπορούσαν να καθοδηγήσουν τα πληρώματα επιθεώρησης μέσα σε λίγα λεπτά.
Το σύστημα είναι επεκτάσιμο, αλλά η εργασία δείχνει επίσης ότι οι διασταυρούμενες διαδρομές και η πυκνότερη κάλυψη βελτιώνουν ακόμη περισσότερο τις αποφάσεις.
Εξυπνότερη σιδηροδρομική ασφάλεια
Το σύστημα προειδοποίησης για τους σιδηροδρόμους της Ιταλίας μετατρέπει λίγα δευτερόλεπτα φυσικής σε ένα πρακτικό περιθώριο ασφαλείας για μία από τις ταχύτερες διαδρομές της.
Η μεγαλύτερη υπόσχεσή του δεν είναι να σταματήσει κάθε τρένο παντού, αλλά να σταματήσει τα σωστά τρένα αρκετά σύντομα ώστε να αποφευχθούν χειρότερα αποτελέσματα.
Η μελέτη δημοσιεύεται στο Natural Hazards and Earth System Sciences .
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα earth.com
περισσότερα,
The first Earthquake Early Warning System for the high-speed railway in Italy: enhancing rapidness and operational efficiency during seismic events- Simona Colombelli, Aldo Zollo, Francesco Carotenuto, Alessandro Caruso, Luca Elia, Gaetano Festa, Sergio Gammaldi, Antonio Giovanni Iaccarino, Giovanni Iannaccone, Alberto Mauro, Matteo Picozzi, Giulia Polimanti, Rosario Riccio, Stefania Tarantino, Francesco Cirillo, Andrea Vecchi, and Franco Iacobini
https://www.earth.com/news/italys-early-warning-system-protects-high-speed-trains-earthquake-alerts-in-seconds/#google_vignette