Kosmická technologie pomáhá detekovat slabiny v hrázích

Danube river: soil moisture map
Řeka Dunaj: mapa vlhkosti
4 září 2009

Firma z jednoho inkubátorů ESA (Business Incubation Center) použila kosmickou technologii k tomu, aby vyvinula skener schopný detekovat slabiny ve strukturách přehradních hrází. Zařízení bylo vyzkoušeno při inspekci hrází a přehrad na Dunaji a v Nizozemí.

Přístroj od nizozemské start-upové společnosti Miramap může nahlédnout pod povrch a změřit množství vody v hornině. To je důležité pro sledování stability přehrad a hrází. Místa s vysokým obsahem vody mohou naznačovat oslabené nebo nebezpečně nestabilní místo ve struktuře. Umístěním skeneru na letadlo je možné snadněji zmapovat velké plochy, identifikovat místa, která by měla být důkladně prohlédnuta a v případě potřeby opravena.

Přístroj APMR (Miramap Airborne Passive Microwave Radiometry) je technologicky založený na zařízení PMR (Passive Microwave Radiometry), které je schopné detekovat vlhkost v půdě a slanost oceánů z oběžné dráhy.

TheESA’s Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) satellite
Družice SMOS

„Upravili jsme kosmický senzor pro letecké operace, abychom zvýšili jeho rozlišovací schopnost z desítek kilometrů na jednotky metrů. Tento nárůst rozlišení společně se souběžným sběrem dat na různých frekvencích a spojení všech měření s daty ze satelitní navigace umožňuje sledovat změny vlhkosti pod zemí a detekovat tak průsaky vody,“ říká Roland Haarbrink, vynálezce přístroje a ředitel společnosti Miramap. „Je to v podstatě stejná technologie, kterou ESA používá na své misi SMOS a která operuje v pásmu L. Adaptovali jsme tuto technologii a vylepšili ji pro pozorování země z letadla.“

Mise ESA SMOS (Soil Moisture and Ocean Salinity) bude provádět pozorování půdní vlhkosti v pevninách a slanost oceánů. Toto zlepší naše pochopení koloběhu vody na Zemi, zlepší modely počasí a klimatu, bude užitečné i pro zemědělství a řízení vodních zdrojů. Start družice SMOS je plánovaný na závěr letošního roku.

Miramap scanning in the Netherlands
Miramap skenuje

První letová kampaň se zařízením APMR byla provedena společností Miramap v roce 2006, kdy provedla ve spolupráci s nizozemskou vládou průzkum zdejších hrází. Měření byla velmi úspěšná, a tak byl skener znovu použití při hodnocení přírodních rizik a projektu řízení záplav na řece Dunaj v Bulharsku. To bylo v roce 2007. Dnes je systém běžně užívaný v Nizozemí ke sledování stavu systému hrází.

Nastartováno v inkubátoru ESA

Soil moisture map of Dutch dam
Mapa průniků vlhkosti přehrady v Nizozemí

Technologie Miramapu byla vyvinuta v inkubátoru ESA v Nizozemí jako součást programu TTP (Technology Transfer Programme). Tento má za cíl maximálně využít kosmickou technologii a znalosti pro přínos pozemské ekonomice a vědě.

Po dvou letech výzkumu a vývoje nového skeneru, který byl podporovaný experty ESA, získala společnost několik kontraktů. Jeden byl s nizozemským Ministerstvem dopravy a vodního řízení k monitorování vlhkosti ve vodních zábranách pro detekci nebezpečně oslabených zón.

Miramap’s instrument mounted on cart
Vozík pro měření v přehradních hrázích

„Náš skener může být umístěný na letadlo, čímž snadněji vytváří mapy pevniny i vodních povrchů. S jeho pomocí můžeme dokumentovat odchylky od vlhkosti pod suchým i vlhkým povrchem až do hloubky několika metrů,“ vysvětluje Haarbrink. „Můžeme také naložit senzor na vozík a přejet s ním po přehradní hrázi, abychom pečlivě prověřili její konstrukci a identifikovali případné odchylky od stabilního stavu tím, že najdeme průsaky.“

Zástupce nizozemského Ministerstva dopravy a řízení vodních zdrojů doplňuje: „Náš úřad považuje technologii od Miramapu za velmi užitečnou. Jejími hlavními výhodami je rychlé skenování, podrobnost a především skutečnost, že můžeme nahlédnout tam, kam jinak nevidíme.“

Kontrola bulharské řeky a přilehlých hrázních struktur

The Danube dams
Komponovaná mapa dunajských přehrad z několika senzorů

Miramap následně vyvinul svůj senzor do složitějšího zařízení, které souběžně sbírá data o podzemní vlhkosti s vysokou přesností, data o teplotě horniny, data o digitální elevaci a geometricky korelované snímky s vysokým rozlišením. Skládá se z trojice senzorů operujících v pásmech X, C a L, teplotní infračervené kamery, lidarového skeneru a digitálního fotoaparátu s tím, že všechna měření jsou doplněna o záznam polohy ze satelitní navigace.

V roce 2007 Miramap použil své senzorové zařízení, aby zkontroloval protipovodňové zábrany kolem velkých říčních systémů v Bulharsku pro organizaci Státní agentura pro informační technologie a komunikace (SAITC) a Agenturu pro udržitelný rozvoj a evropskou integraci (ASDE).

Miramap scanning illustration
Metoda skenování

Senzory byly umístěné na malém letounu a pracovaly souběžně tak, aby pokryly dvě oblasti: řeku Rusenski Lom a její přehrady v Nikolově nedaleko Rousse stejně jako přehradní struktury na řekách Dunaj a Jantra.

„Během projektu se počasí rapidně změnilo ze suchého na velmi vlhké, takže se nám podařilo získat i unikátní informace o změnách vlhkosti půdy,“ vysvětluje Haarbrink. „Souběžné sbírání dat z několika senzorů bylo konečně zkombinováno se systémem řízení rizik.“

„Projekt demonstroval přínosy našeho zařízení, které operovalo malých letounů, pro vyhledávání slabin kritických pozemních struktur. Data byla získaná za pouhé čtyři dny, a to jsme ještě stihli sledovat lesní požár, který propuknul během konání projektu.“

Miramap rozšiřuje služby s pomocí „geokoptéry“

Kontrola továrních komínů

Společnost Miramap rozšířila rozsah možností svého unikátního produktu o schopnost senzoru mapovat energetické ztráty budov nebo o sledování integrity továrních komínů s pomocí leteckých teplotně-infračervených pozorování. Produkt byl představený minulou zimu v nizozemském Nijmegenu, aby zvýšil zájem občanů o zbytečné tepelné ztráty skrze neizolované střechy. Letos v listopadu plánuje společnost zmapovat Amsterodam. Tyto trojrozměrné inspekce jsou prováděné sesterskou společností od Miramapu Geocopter, která používá malou a dálkově ovládanou bezpilotní helikoptéru.

Inkubátor firem

Map of heat loss in Amsterdam taken by Miramap
Teplotní mapa Amsterodamu

Program firemních inkubátorů je jednou z hlavních iniciativ úřadu ESA TTP (Technology Transfer Programm). Jako součást snahy o podporu transferu a komercionalizaci kosmických technologií založila ESA čtyři inkubátory (Business Incubation Centres) v Itálii, Německu a Nizozemí. Centra podporují vybrané podnikatelské aktivity významnou komerční a technickou asistencí, aby jim pomohly rozjet podnikatelské záměry, které používají kosmickou technologii v nekosmickém průmyslu, vědeckých a komerčních aplikacích.

Kancelář programu pro transfer technologií ESA (TTPO)

Hlavním posláním kanceláře TTPO je zajistit využití kosmických technologií a kosmických systémů pro nekosmické účely a upozorňovat na přínos evropského kosmického programu pro evropské občany. Kancelář je zodpovědná za návrh celkového přístupu a strategie pro transfer kosmických technologií včetně inkubace start-upových společností a jejich financování. Pro další informace kontaktujte:

ESA’s Technology Transfer Programme Office
European Space Agency ESA
Keplerlaan 1, 2200 AG, Noordwijk ZH
The Netherlands
Tel: +31 (0) 71 565 6208
ttp @ esa.int
http://www.esa.int/ttp

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.