Ứng dụng thực tế và phân tích tác động của cảm biến radar Doppler tại Indonesia

Ứng dụng đột phá trong cứu hộ thảm họa

Là quốc gia quần đảo lớn nhất thế giới nằm dọc theo Vành đai Lửa Thái Bình Dương, Indonesia phải đối mặt với các mối đe dọa liên tục từ động đất, sóng thần và các thảm họa thiên nhiên khác. Các kỹ thuật tìm kiếm cứu nạn truyền thống thường tỏ ra kém hiệu quả trong các tình huống phức tạp như sập nhà hoàn toàn, trong khi công nghệ cảm biến radar dựa trên hiệu ứng Doppler mang đến các giải pháp tiên tiến. Năm 2022, một nhóm nghiên cứu chung giữa Đài Loan và Indonesia đã phát triển một hệ thống radar có khả năng phát hiện hơi thở của người sống sót xuyên qua tường bê tông, đánh dấu một bước nhảy vọt về khả năng phát hiện sự sống sau thảm họa.

Cải tiến cốt lõi của công nghệ này nằm ở việc tích hợp radar Sóng Liên tục Điều biến Tần số (FMCW) với các thuật toán xử lý tín hiệu tiên tiến. Hệ thống sử dụng hai chuỗi đo lường chính xác để khắc phục nhiễu tín hiệu từ đống đổ nát: chuỗi đầu tiên ước tính và bù trừ độ méo do chướng ngại vật lớn gây ra, trong khi chuỗi thứ hai tập trung vào việc phát hiện các chuyển động nhỏ của lồng ngực (thường có biên độ 0,5-1,5 cm) từ hơi thở đến vị trí chính xác của người sống sót. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm chứng minh khả năng xuyên qua các bức tường bê tông dày 40 cm và phát hiện hơi thở ở khoảng cách lên đến 3,28 mét phía sau, với độ chính xác định vị trong phạm vi ±3,375 cm – vượt xa các thiết bị phát hiện sự sống thông thường.

Hiệu quả hoạt động đã được kiểm chứng thông qua các tình huống cứu hộ mô phỏng. Với bốn tình nguyện viên được bố trí phía sau các bức tường bê tông có độ dày khác nhau, hệ thống đã phát hiện thành công tất cả các tín hiệu thở của đối tượng thử nghiệm, duy trì hiệu suất đáng tin cậy ngay cả trong điều kiện tường dày 40 cm đầy thách thức. Phương pháp tiếp cận không tiếp xúc này giúp nhân viên cứu hộ không cần phải vào khu vực nguy hiểm, giảm đáng kể nguy cơ chấn thương thứ cấp. Không giống như các phương pháp âm thanh, hồng ngoại hoặc quang học truyền thống, radar Doppler hoạt động độc lập với bóng tối, khói hoặc tiếng ồn, cho phép hoạt động 24/7 trong "khung thời gian vàng" cứu hộ quan trọng.

Bảng: So sánh hiệu suất của các công nghệ phát hiện sự sống xâm nhập

Giá trị sáng tạo của hệ thống không chỉ nằm ở thông số kỹ thuật mà còn ở khả năng triển khai thực tế. Toàn bộ thiết bị chỉ bao gồm ba thành phần: mô-đun radar FMCW, bộ phận tính toán nhỏ gọn và pin lithium 12V – tất cả đều dưới 10kg, dễ dàng di chuyển chỉ với một người vận hành. Thiết kế gọn nhẹ này hoàn toàn phù hợp với địa hình quần đảo và điều kiện cơ sở hạ tầng bị hư hại của Indonesia. Kế hoạch tích hợp công nghệ với máy bay không người lái và nền tảng robot sẽ mở rộng phạm vi tiếp cận của nó đến những khu vực khó tiếp cận hơn nữa.

Từ góc độ xã hội, radar phát hiện sự sống xuyên thấu có thể cải thiện đáng kể năng lực ứng phó thảm họa của Indonesia. Trong trận động đất-sóng thần Palu năm 2018, các phương pháp thông thường tỏ ra kém hiệu quả trong các đống đổ nát bê tông, dẫn đến thương vong đáng lẽ có thể phòng ngừa được. Việc triển khai rộng rãi công nghệ này có thể cải thiện tỷ lệ phát hiện người sống sót lên 30-50% trong các thảm họa tương tự, có khả năng cứu sống hàng trăm hoặc hàng nghìn người. Như Giáo sư Aloyius Adya Pramudita thuộc Đại học Telkom Indonesia nhấn mạnh, mục tiêu cuối cùng của công nghệ này hoàn toàn phù hợp với chiến lược giảm thiểu thiệt hại về người và đẩy nhanh quá trình phục hồi của Cơ quan Quản lý Thảm họa Quốc gia (BNPB): “giảm thiểu thương vong và đẩy nhanh quá trình phục hồi”.

Các nỗ lực thương mại hóa đang được tích cực triển khai, với việc các nhà nghiên cứu hợp tác với các đối tác trong ngành để biến nguyên mẫu phòng thí nghiệm thành thiết bị cứu hộ bền bỉ. Xét đến hoạt động địa chấn thường xuyên của Indonesia (trung bình hơn 5.000 cơn địa chấn mỗi năm), công nghệ này có thể trở thành thiết bị tiêu chuẩn cho BNPB và các cơ quan quản lý thảm họa khu vực. Nhóm nghiên cứu ước tính việc triển khai thực địa sẽ diễn ra trong vòng hai năm, với chi phí đơn vị dự kiến sẽ giảm từ 15.000 đô la hiện tại xuống còn dưới 5.000 đô la ở quy mô lớn - giúp chính quyền địa phương trên khắp 34 tỉnh thành của Indonesia dễ dàng tiếp cận.

Ứng dụng quản lý giao thông thông minh

Tình trạng tắc nghẽn giao thông kinh niên của Jakarta (xếp hạng 7 toàn cầu) đã thúc đẩy các ứng dụng sáng tạo của radar Doppler trong hệ thống giao thông thông minh. Sáng kiến "Thành phố Thông minh 4.0" của thành phố kết hợp hơn 800 cảm biến radar tại các giao lộ quan trọng, đạt được:

• Giảm 30% tình trạng tắc nghẽn giờ cao điểm thông qua kiểm soát tín hiệu thích ứng
• Cải thiện 12% tốc độ trung bình của xe (từ 18 đến 20,2 km/h)
• Giảm 45 giây thời gian chờ đợi trung bình tại các giao lộ thí điểm

Hệ thống tận dụng hiệu suất vượt trội của radar Doppler 24GHz trong điều kiện mưa nhiệt đới (độ chính xác phát hiện 99% so với 85% của camera trong điều kiện mưa lớn) để theo dõi tốc độ, mật độ phương tiện và độ dài hàng đợi theo thời gian thực. Việc tích hợp dữ liệu với Trung tâm Quản lý Giao thông Jakarta cho phép điều chỉnh thời gian tín hiệu động mỗi 2-5 phút dựa trên lưu lượng giao thông thực tế thay vì lịch trình cố định.

Nghiên cứu điển hình: Cải thiện hành lang đường Gatot Subroto

• 28 cảm biến radar được lắp đặt dọc theo đoạn đường dài 4,3km
• Tín hiệu thích ứng đã giảm thời gian di chuyển từ 25 phút xuống còn 18 phút
• Lượng khí thải CO₂ giảm 1,2 tấn mỗi ngày
• Giảm 35% vi phạm giao thông được phát hiện thông qua hệ thống thực thi tự động

Giám sát thủy văn để phòng chống lũ lụt

Hệ thống cảnh báo lũ lụt sớm của Indonesia đã tích hợp công nghệ radar Doppler trên 18 lưu vực sông lớn. Dự án lưu vực sông Ciliwung là một ví dụ điển hình cho ứng dụng này:

• 12 trạm radar dòng chảy đo vận tốc bề mặt cứ sau 5 phút
• Kết hợp với cảm biến mực nước siêu âm để tính toán lưu lượng xả
• Dữ liệu được truyền qua GSM/LoRaWAN đến các mô hình dự báo lũ lụt trung tâm
• Thời gian cảnh báo được kéo dài từ 2 đến 6 giờ ở vùng đô thị Jakarta

Tính năng đo không tiếp xúc của radar đặc biệt hữu ích trong điều kiện lũ lụt ngập tràn mảnh vỡ, nơi các đồng hồ đo dòng chảy thông thường không thể hoạt động. Việc lắp đặt trên cầu giúp tránh các mối nguy hiểm dưới nước, đồng thời cung cấp khả năng giám sát liên tục mà không bị ảnh hưởng bởi lắng đọng.

Bảo tồn rừng và bảo vệ động vật hoang dã

Trong Hệ sinh thái Leuser của Sumatra (môi trường sống cuối cùng của loài đười ươi Sumatra), radar Doppler hỗ trợ:

1. Giám sát chống săn trộm

• Radar 60GHz phát hiện chuyển động của con người qua tán lá rậm rạp
• Phân biệt kẻ săn trộm với động vật với độ chính xác 92%
• Bao phủ bán kính 5km cho mỗi đơn vị (so với 500m đối với camera hồng ngoại)

2. Giám sát tán cây

• Radar sóng milimet theo dõi các kiểu lắc lư của cây
• Xác định hoạt động khai thác gỗ bất hợp pháp theo thời gian thực
• Đã giảm 43% tình trạng khai thác gỗ trái phép ở các khu vực thí điểm

Mức tiêu thụ điện năng thấp của hệ thống (15W/cảm biến) cho phép hoạt động bằng năng lượng mặt trời ở những vị trí xa xôi, truyền cảnh báo qua vệ tinh khi phát hiện các hoạt động đáng ngờ.

Thách thức và định hướng tương lai

Mặc dù có kết quả khả quan, việc áp dụng rộng rãi vẫn gặp phải một số rào cản sau:

1. Hạn chế kỹ thuật

• Độ ẩm cao (>80% RH) có thể làm suy giảm tín hiệu tần số cao hơn
• Môi trường đô thị dày đặc tạo ra nhiễu đa đường
• Chuyên môn kỹ thuật địa phương hạn chế về bảo trì

2. Các yếu tố kinh tế

• Chi phí cảm biến dòng điện (3.000-8.000 đô la/đơn vị) là thách thức đối với ngân sách địa phương
• Tính toán ROI không rõ ràng đối với các thành phố đang thiếu tiền mặt
• Sự phụ thuộc vào các nhà cung cấp nước ngoài đối với các thành phần cốt lõi

3. Những rào cản về thể chế

• Việc chia sẻ dữ liệu giữa các cơ quan vẫn còn nhiều vấn đề
• Thiếu các giao thức chuẩn hóa để tích hợp dữ liệu radar
• Sự chậm trễ trong việc phân bổ phổ tần theo quy định

Các giải pháp mới nổi bao gồm:

• Phát triển hệ thống 77GHz chống ẩm
• Thiết lập cơ sở lắp ráp tại địa phương để giảm chi phí
• Tạo ra các chương trình chuyển giao kiến thức giữa chính phủ-học viện-ngành công nghiệp
• Thực hiện các chiến lược triển khai theo từng giai đoạn bắt đầu từ các khu vực có tác động cao

Các ứng dụng trong tương lai bao gồm:

• Mạng lưới radar dựa trên máy bay không người lái để đánh giá thảm họa
• Hệ thống phát hiện lở đất tự động
• Giám sát vùng đánh bắt cá thông minh để ngăn chặn tình trạng đánh bắt quá mức
• Theo dõi xói mòn bờ biển với độ chính xác sóng milimet

Với sự đầu tư đúng mức và hỗ trợ chính sách, công nghệ radar Doppler có thể trở thành nền tảng cho quá trình chuyển đổi số của Indonesia, nâng cao khả năng phục hồi trên 17.000 hòn đảo, đồng thời tạo ra các cơ hội việc làm công nghệ cao mới tại địa phương. Kinh nghiệm của Indonesia cho thấy các công nghệ cảm biến tiên tiến có thể được điều chỉnh để giải quyết những thách thức đặc thù của các quốc gia đang phát triển khi được triển khai với các chiến lược bản địa hóa phù hợp.

Vui lòng liên hệ với Công ty TNHH Công nghệ Honde.

Email: info@hondetech.com

Trang web của công ty:www.hondetechco.com

Điện thoại: +86-15210548582