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

Các ứng dụng đột phá trong cứu hộ thiên tai

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

Điểm đột phá cốt lõi của công nghệ nằm ở việc tích hợp radar sóng liên tục điều tần (FMCW) với các thuật toán xử lý tín hiệu tiên tiến. Hệ thống sử dụng hai chuỗi đo chính xác để khắc phục nhiễu tín hiệu từ đống đổ nát: chuỗi đầu tiên ước tính và bù trừ sự biến dạng do các vật cản lớn gây ra, trong khi chuỗi thứ hai tập trung vào việc phát hiện các chuyển động nhỏ của ngực (thường có biên độ 0,5-1,5 cm) từ hơi thở để xác định vị trí người sống sót. Các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm chứng minh khả năng của hệ thống trong việc 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 kịch bản 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 tín hiệu thở của tất cả các đối tượng thử nghiệm, duy trì hiệu suất đáng tin cậy ngay cả trong điều kiện tường dày 40 cm khó khăn nhất. Phương pháp không tiếp xúc này loại bỏ nhu cầu người cứu hộ phải đi vào các 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 cứu hộ "72 giờ vàng" quan trọng.

Bảng: So sánh hiệu năng của các công nghệ phát hiện sự sống bằng phương pháp xuyên thấu

Giá trị đột phá của hệ thống không chỉ nằm ở thông số kỹ thuật mà còn ở khả năng triển khai thực tiễn. Toàn bộ thiết bị chỉ bao gồm ba thành phần: mô-đun radar FMCW, bộ xử lý nhỏ gọn và pin lithium 12V – tất cả đều dưới 10kg, dễ dàng mang theo bởi một người. Thiết kế nhẹ này rất 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 này với máy bay không người lái và các nền tảng robot sẽ mở rộng hơn nữa phạm vi hoạt động của nó đến các khu vực khó tiếp cận.

Từ góc độ xã hội, radar dò tìm sự sống xuyên thấu có thể tăng cường đáng kể khả năng ứng phó thảm họa của Indonesia. Trong trận động đất-sóng thần Palu năm 2018, các phương pháp truyền thống tỏ ra không hiệu quả trong đống đổ nát bê tông, dẫn đến thương vong có thể tránh được. Việc triển khai rộng rãi công nghệ này có thể cải thiện tỷ lệ phát hiện người sống sót từ 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 của Đại học Telkom Indonesia đã nhấn mạnh, mục tiêu cuối cùng của công nghệ này hoàn toàn phù hợp với chiến lược giảm thiểu thiệt hại của Cơ quan Quản lý Thảm họa Quốc gia (BNPB): “giảm thiểu thiệt hại về người và đẩy nhanh quá trình phục hồi”.

Các nỗ lực thương mại hóa đang được tích cực tiến hành, với các nhà nghiên cứu hợp tác cùng các đối tác trong ngành để chuyển đổi nguyên mẫu trong phòng thí nghiệm thành thiết bị cứu hộ bền chắc. Xét đến hoạt động địa chấn thường xuyên ở Indonesia (trung bình hơn 5.000 trận động đất mỗi năm), công nghệ này có thể trở thành thiết bị tiêu chuẩn cho BNPB và các cơ quan phòng chống thiên tai khu vực. Nhóm nghiên cứu ước tính việc triển khai thực địa trong vòng hai năm, với chi phí đơn vị dự kiến ​​giảm từ 15.000 đô la Mỹ hiện tại của nguyên mẫu xuống dưới 5.000 đô la Mỹ khi được sản xuất hàng loạt – giúp chính quyền địa phương trên khắp 34 tỉnh thành của Indonesia có thể tiếp cận được.

Ứng dụng quản lý giao thông thông minh

Tình trạng tắc nghẽn giao thông kinh niên ở Jakarta (xếp hạng thứ 7 tệ nhất thế giới) đã thúc đẩy việc ứng dụng sáng tạo radar Doppler trong các hệ thống giao thông thông minh. Sáng kiến ​​“Thành phố thông minh 4.0” của thành phố tích hợp hơn 800 cảm biến radar tại các giao lộ trọng yếu, đạt được:

• Giảm 30% tình trạng tắc nghẽn giờ cao điểm nhờ hệ thống điều khiển tín hiệu thích ứng.
• Tốc độ trung bình của xe tăng 12% (từ 18 lên 20,2 km/h)
• Giảm 45 giây thời gian chờ đợi trung bình tại các giao lộ thí điểm.

Hệ thống sử 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 mưa lớn) để theo dõi tốc độ, mật độ và chiều dài hàng xe trong thời gian thực. Việc tích hợp dữ liệu với Trung tâm Quản lý Giao thông Jakarta cho phép điều chỉnh thời gian tín hiệu giao thông linh hoạt cứ sau 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 4,3 km.
• Hệ thống 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% số vụ vi phạm giao thông được phát hiện thông qua hệ thống giám sát tự động.

Giám sát thủy văn phục vụ phòng chống lũ lụt

Hệ thống cảnh báo sớm lũ lụt 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 đo lưu lượng dòng chảy đo vận tốc bề mặt cứ mỗi 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 giờ lên 6 giờ tại khu vực Đại Jakarta.

Phương pháp đo không tiếp xúc của radar tỏ ra đặc biệt hữu ích trong điều kiện lũ lụt nhiều mảnh vụn, nơi các thiết bị đo dòng chảy truyền thống không hoạt động hiệu quả. Việc lắp đặt trên cầu giúp tránh các nguy hiểm dưới nước đồng thời cung cấp khả năng giám sát liên tục không bị ảnh hưởng bởi sự lắng đọng phù sa.

Bảo tồn rừng và bảo vệ động vật hoang dã

Tại Hệ sinh thái Leuser ở Sumatra (môi trường sống cuối cùng của đười ươi Sumatra), radar Doppler hỗ trợ trong việc:

1. Giám sát chống săn trộm

• Radar 60GHz phát hiện chuyển động của con người xuyên qua tán lá rậm rạp.
• Phân biệt kẻ săn trộm với động vật với độ chính xác 92%.
• Mỗi thiết bị có phạm vi hoạt động 5km (so với 500m đối với camera hồng ngoại).

2. Giám sát tán cây

• Radar sóng milimét theo dõi các kiểu rung lắc của cây.
• Phát hiện hoạt động khai thác gỗ trái phép trong thời gian thực
• Đã giảm nạn khai thác gỗ trái phép 43% tại các khu vực thí điểm.

Hệ thống có mức tiêu thụ điện năng thấp (15W/cảm biến) cho phép hoạt động bằng năng lượng mặt trời ở những địa điểm xa xôi, đồng thời truyền cảnh báo qua vệ tinh khi phát hiện các hoạt động đáng ngờ.

Những thách thức và định hướng tương lai

Mặc dù đạt được những kết quả đầy hứa hẹn, việc áp dụng rộng rãi vẫn gặp phải một số rào cản trong quá trình thực hiện:

1. Hạn chế về mặt kỹ thuật

• Độ ẩm cao (>80% RH) có thể làm suy giảm tín hiệu tần số cao.
• Môi trường đô thị dày đặc tạo ra nhiễu đa đường truyền.
• Thiếu chuyên môn kỹ thuật địa phương cho công tác bảo trì.

2. Các yếu tố kinh tế

• Chi phí cảm biến hiện tại (3.000-8.000 đô la/đơn vị) là một thách thức đối với ngân sách địa phương.
• Cách tính ROI không rõ ràng đối với các đô thị đang thiếu tiền mặt.
• Sự phụ thuộc vào nhà cung cấp nước ngoài đối với các linh kiện cốt lõi

3. Những trở ngại về mặt thể chế

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

Các giải pháp mới nổi bao gồm:

• Phát triển hệ thống 77GHz chống ẩm
• Thiết lập các cơ sở lắp ráp địa phương để giảm chi phí.
• Xây dựng các chương trình chuyển giao kiến ​​thức giữa chính phủ, giới học thuật và ngành công nghiệp.
• Thực hiện các chiến lược triển khai theo từng giai đoạn, bắt đầu từ những khu vực có tác động cao.

Các ứng dụng tiềm năng trong tương lai bao gồm:

• Mạng lưới radar dựa trên máy bay không người lái để đánh giá thiệt hại do thiên tai
• Hệ thống phát hiện sạt lở đất tự động
• Giám sát khu vực đánh bắt cá thông minh để ngăn ngừa đánh bắt quá mức.
• Theo dõi xói mòn bờ biển với độ chính xác sóng milimét.

Với sự đầu tư và hỗ trợ chính sách phù hợp, công nghệ radar Doppler có thể trở thành nền tảng của quá trình chuyển đổi số của Indonesia, tăng cường khả năng phục hồi trên khắp 17.000 hòn đảo của quốc gia này, đồng thời tạo ra các cơ hội việc làm công nghệ cao mới tại địa phương. Kinh nghiệm của Indonesia cho thấy cách 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 Công ty TNHH Công nghệ Honde.

Email: info@hondetech.com

Trang web công ty:www.hondetechco.com

Điện thoại: +86-15210548582