Исследователи из Института промышленных наук при Токийском университете впервые быстро и эффективно измерили дно моря до сантиметрового уровня с помощью беспилотного летательного аппарата.
Высокоточные измерения дна моря в реальном времени
Учёные из Токийского университета разработали беспилотный летательный аппарат (БПЛА), который может проводить высокоточные измерения дна моря в реальном времени и передавать данные на спутники для раннего предупреждения о землетрясениях и цунами.
Зона мегацунами у Нанкайского жёлоба
Нанкайский жёлоб у побережья японского острова Хонсю находится в зоне мегаземлетрясений. Мегаземлетрясения происходят вдоль разломов между границами тектонических плит и являются самыми мощными землетрясениями на Земле.
Вероятность того, что в этой зоне в течение следующих 30 лет произойдёт разрушительное землетрясение магнитудой 8 или 9, составляет 70%.
В марте Центральный совет по управлению стихийными бедствиями правительства Японии опубликовал оценки, согласно которым землетрясение в Нанкайском жёлобе в наихудшем сценарии может привести к разрушению 2,35 миллиона зданий и гибели 298 тысяч человек.
Такое землетрясение, вероятно, также вызовет цунами, которое приведёт к ещё большим разрушениям. Поэтому необходимы точные, частые измерения дна моря в реальном времени.
Текущие методы измерения
Сейчас измерения дна моря, которые могут обнаружить землетрясения, проводятся с помощью Глобальной навигационной спутниковой системы — Акустической системы (GNSS-A). Станции-ретрансляторы на дне моря собирают данные и передают их на спутники, обычно через корабли.
Однако существует несколько экономических и физических факторов, которые ограничивают частоту наблюдений с помощью кораблей. Авторы исследования были вдохновлены на создание более эффективной методики измерений.
Разработка беспилотного летательного аппарата
В статье, опубликованной в журнале Earth and Space Science, команда разработала беспилотный самолёт-дрон, который заменяет корабль для передачи информации на спутники.
«Мы провели начальные эксперименты в водном баке, — говорит ведущий автор исследования Юто Ёсицуми, — и обнаружили, что предложенная система может определять расстояния с точностью до 2,1 см».
Исследовательская группа также провела серию морских испытаний у побережья Японии в оптимальных морских условиях. На протяжении всех испытаний БПЛА смог провести частые наблюдения, которые были подтверждены как точные.
«Результаты были чрезвычайно обнадеживающими», — говорит старший автор Юсуке Ёкота.
Во время морских испытаний гидросамолёт двигался по поверхности океана со скоростью 6 км/ч, чтобы пузырьки не нарушали акустический сигнал.
«Эти измерения позиционирования дна моря — первые, когда-либо достигнутые с помощью БПЛА», — говорит Ёкота.
«Мы достигли среднеквадратичной горизонтальной ошибки приблизительно в 1–2 см, что легко сопоставимо с существующими системами на основе судов».
Важность точных измерений дна моря
Точные измерения дна моря в реальном времени имеют решающее значение для спасения жизней, поскольку они обеспечивают раннее предупреждение о землетрясениях и цунами. Система GNSS-A на основе БПЛА может обеспечить это за короткий промежуток времени в оптимальных условиях.
«[Результаты] показывают, что она может обеспечить возможность немедленного реагирования, чего было трудно достичь с помощью традиционных платформ на поверхности моря», — пишут авторы.
«Для достижения стабильной точности наблюдений важной темой будущих исследований может стать разработка алгоритмов, которые оценивают качество данных наблюдений в реальном времени и формулируют оптимальные маршруты наблюдений в зависимости от окружающей среды».
Авторы надеются, что при дальнейшей разработке гидросамолёт-БПЛА можно будет использовать вместе с существующими системами обнаружения.