Een team van onderzoekers uit heel UC San Diego ontwikkelt een nieuwe aanpak voor het detecteren van schade aan gebouwen tijdens aardbevingen en andere extreme gebeurtenissen.

Ze kwamen onlangs samen in de Geisel Library om lasers en drones te gebruiken om een ​​digitaal document van de structuur te maken dat zal dienen als een baseline gezondheidsbeoordeling. Mocht er in de buurt een flinke aardbeving plaatsvinden, het team komt opnieuw bij elkaar om de digitale metingen opnieuw te doen en eventuele schade aan het gebouw, zoals kantelen of scheuren, te beoordelen. (Bekijk fotogalerij.)

De informatie is bedoeld om zowel onderzoekers als hulpverleners meer gedetailleerde informatie te geven over hoe constructies reageren tijdens de aardbevingen - afgezien van de eenvoudige visuele inspectie van gebouwen die momenteel in gebruik zijn - voordat ze worden heropend.

Volgens onderzoekers van de Scripps Institution of Oceanography en Jacobs School of Engineering aan UC San Diego, die het project leiden, de iconische bibliotheek is de perfecte locatie om te beginnen met wat ze hopen dat een poging zal worden om de hele campus te digitaliseren.

"We gebruiken dit cultureel belangrijke gebouw op de campus als referentiemodel om structurele veranderingen in de loop van de tijd te detecteren, " zei Falko Kuester, een professor in bouwtechniek die fungeert als directeur van het Jacob's School Cultural Heritage Engineering Initiative (CHEI) en DroneLab.

Voor Yehuda Bock, een vooraanstaand onderzoeker en directeur van het Orbit and Permanent Array Center bij Scripps Oceanography, de belangrijkste motivatie voor het recente onderzoek van Geisel Library was om structurele monitoring te integreren in zijn prototypesysteem voor vroegtijdige waarschuwing voor aardbevingen en tsunami's.

"Ons systeem volgt grondbewegingen tot op de millimeter nauwkeurig, "zei Bock. "Hierdoor kunnen we grote aardbevingen detecteren binnen de kritieke eerste minuut voordat het schudden begint."

Zes maanden geleden, Bock rustte de Geisel Library uit met sensoren die continu de grondbeweging meten van de vele fouten die Zuid-Californië doorkruisen. De techniek die hij hielp pionieren, genaamd seismogeodesie, vertrouwt op een combinatie van GPS-ontvangers en versnellers om zeer snel de locatie en de omvang van sterke aardbevingen - 6,0 magnitude of meer - te lokaliseren voordat het gevaarlijke beven begint.

Het project van eind juli omvatte bijna twee uur dronevluchten onder leiding van CHEI-onderzoeker Eric Lo, meer dan 1 vastleggen 000 afbeeldingen met hoge resolutie van de Geisel-bibliotheek die zullen worden omgezet in een fotorealistisch model van de structuur. Lo's drone-onderzoek ging gepaard met een grondonderzoek van enkele uren door professionele landmeter Richard Maher met behulp van lidar (lichtdetectie en bereik), een instrument dat pulserende laserlichten naar een object stuurt om een ​​nauwkeurig 3D-model te maken. Door deze technieken te combineren, het team zal een geometrisch en visueel gedetailleerd en nauwkeurig eindmodel maken.

De GPS-sensoren van Bock bieden een nauwkeurige 3D-referentie om de drone- en lidar-beelden met hoge resolutie aan elkaar te koppelen, waardoor nauwkeurige detectie van subtiele permanente verplaatsingen van de buitenschil van de constructie mogelijk is als een maatstaf voor de integriteit ervan na een gebeurtenis.

Kuester leidt momenteel onderzoeksteams die drone-technologie ontwikkelen voor crisisbeheersing en respons, evenals het toepassen van het werk om oude Maya-structuren in Mexico te bestuderen en te helpen behouden, Neanderthalergrotten in Italië, en scheepswrakken en koraalriffen in Bermuda. Voor hem, dit project is een eerste stap om een ​​digitaal surrogaat te creëren of zoals hij het noemt, een "cyber-twin" van de campus, voordat nieuwe gebouwen en bruggen het fysieke uiterlijk van de campus in de toekomst veranderen.

Hoewel Kuester vaak naar oude gebouwen en ruïnes kijkt, hij wijst erop dat "het belangrijk is om ook moderne gebouwen te documenteren voordat de gevaren van tijd of extreme gebeurtenissen ervoor zorgen dat ze verslechteren of een nog minder gelukkig resultaat opleveren."

Het digitale record van de staat van gebouwen zoals ze nu bestaan, biedt een basis voor vergelijking in de toekomst naarmate een gebouw ouder wordt, of in geval van brand, aardbeving of ander natuurlijk gevaar, bruikbare gegevens, volgens de onderzoekers om snel te reageren en risico's te beperken.

Binnen een paar minuten na het voltooien van de dronevluchten, Lo had een snelle 360-graden roterende weergave van het geometrisch gevormde gebouw van de afbeeldingen die tijdens de vluchten werden verzameld voor weergave in 3D.

Een andere belangrijke motivatie voor Bock en Kuester is om studenten te betrekken bij echte onderzoeksprojecten, zowel ter plaatse als als lesmateriaal in de klas.

"Als opvoeder het is belangrijk dat ik mijn studenten blootstel aan reële omstandigheden, "zei Falko. "De bijdrage aan de wetenschap moet nuttig en bruikbaar zijn."

Kuester en Lo zullen de drone-beelden ook veranderen in een virtual reality-ervaring voor diegenen die geïnteresseerd zijn om zelf rond de buitenkant van de bibliotheek te vliegen.

Bock en Kuester hopen dat het project meer belangstelling en financiering zal aantrekken om alle gebouwen op de campus van UC San Diego seismisch te monitoren en digitaal te archiveren.

In de tussentijd, bij Bock's lab bij Scripps Oceanography, de seismische monitoringgegevens worden continu in realtime gestreamd. Wanneer de volgende krachtige aardbeving toeslaat, het systeem zal hem eerst waarschuwen voor het primaire signaal, een P-golf genoemd, wat aangeeft dat er een aardbeving heeft plaatsgevonden, en dat de destructieve S-golf, degene die verantwoordelijk is voor de sterke wereldschokkende, is seconden tot minuten verwijderd. De GPS- en seismische sensoren op de Geisel-bibliotheek zullen snel aangeven of deze aanzienlijk is geschud en verplaatst.

Voor Bock en Kuester, hoe deze gebouwen en andere reageren op invloeden van buitenaf is een belangrijk onderdeel om ons als samenleving beter voor te bereiden op extreme gebeurtenissen in de toekomst.