Ett team av forskare från hela UC San Diego utvecklar en ny metod för att upptäcka skador på byggnader under jordbävningar och andra extrema händelser.

De samlades nyligen på Geisel -biblioteket för att använda lasrar och drönare för att skapa en digital registrering av strukturen som kommer att fungera som en grundläggande hälsobedömning. I händelse av att en betydande jordbävning inträffar i närheten, Teamet kommer att samlas igen för att göra om de digitala mätningarna och bedöma eventuella skador på byggnaden, såsom lutning eller sprickor. (Se fotogalleri.)

Informationen är avsedd att ge både forskare och räddningspersonal mer detaljerad information om hur strukturer reagerar under jordbävningarna – utöver den enkla visuella inspektionen av byggnader som för närvarande används – innan de tillåter dem att öppna igen.

Enligt forskare vid Scripps Institution of Oceanography och Jacobs School of Engineering vid UC San Diego som leder projektet, det ikoniska biblioteket är den perfekta platsen för att börja vad de hoppas ska bli ett försök att digitalisera hela campus.

"Vi använder denna kulturellt betydelsefulla byggnad på campus som en referensmodell för att hjälpa till att upptäcka strukturella förändringar över tid, "sa Falko Kuester, en professor i konstruktionsteknik som fungerar som chef för Jacob's School Cultural Heritage Engineering Initiative (CHEI) och DroneLab.

För Yehuda Bock, en framstående forskare och chef för Orbit and Permanent Array Center vid Scripps Oceanography, den främsta motivationen för den senaste undersökningen av Geisel Library var att integrera strukturell övervakning i hans prototypsystem med tidig varning för jordbävningar och tsunamier.

"Vårt system spårar markrörelser med en millimeters noggrannhet, ", sa Bock. "Detta tillåter oss att upptäcka stora jordbävningar inom den kritiska första minuten innan skakningen börjar."

För sex månader sedan, Bock utrustade Geiselbiblioteket med sensorer som kontinuerligt mäter markrörelsen från de många fel som korsar södra Kalifornien. Tekniken han hjälpte pionjären, kallas seismogeodesi, förlitar sig på en kombination av GPS -mottagare och acceleratorer för att mycket snabbt identifiera platsen och storleken på starka jordbävningar - 6,0 eller större - innan den farliga skakningen börjar.

Projektet i slutet av juli involverade nästan två timmars drönarflyg under ledning av CHEI-forskaren Eric Lo, fånga mer än 1, 000 högupplösta bilder av Geisel-biblioteket som kommer att förvandlas till en fotorealistisk modell av strukturen. Lo:s drönareundersökning åtföljdes av en flera timmar lång markundersökning av professionell lantmätare Richard Maher med lidar (ljusdetektering och intervall), ett instrument som skickar pulserande laserljus mot ett föremål för att ge en exakt 3D-modell. Genom att kombinera dessa tekniker, teamet kommer att skapa en geometriskt såväl som visuellt detaljerad och korrekt slutmodell.

Bocks GPS-sensorer ger en exakt 3D-referens för att knyta ihop högupplösta drönare och lidarbilder, möjliggör noggrann detektering av subtila permanenta förskjutningar av strukturens yttre skal som ett mått på dess integritet efter en händelse.

Kuester leder för närvarande forskargrupper som utvecklar drönarteknologi för krishantering och krishantering, samt att tillämpa arbetet för att studera och hjälpa till att bevara forntida mayastrukturer i Mexiko, Neandertalgrottor i Italien, och skeppsvrak och korallrev i Bermuda. För honom, detta projekt är ett första steg för att skapa ett digitalt surrogat eller som han kallar det, en "cybertvilling" av campus, innan nya byggnader och broar förändrar campus fysiska utseende i framtiden.

Även om Kuester ofta tittar på gamla byggnader och ruiner, han påpekar att "det är viktigt att också dokumentera moderna byggnader innan tidens faror eller extrema händelser gör att de försämras eller skapar ett ännu mindre lyckligt resultat."

Den digitala dokumentationen om byggnaders skick som de finns idag ger en baslinje för jämförelse i framtiden när en byggnad åldras, eller vid brand, jordbävning eller annan naturlig fara, handlingsbara data, enligt forskarna, att snabbt reagera och minska riskerna.

Inom några minuter efter att ha slutfört drönarflygningarna, Lo hade en snabb 360-graders roterande bild av den geometriskt formade byggnaden från bilderna som samlats in under flygningarna för visning i 3D.

En annan viktig motivation för Bock och Kuester är att få studenter att delta i verkliga forskningsprojekt, både på plats och som klassrumsundervisningsverktyg.

"Som utbildare, det är viktigt att jag utsätter mina elever för verkliga förhållanden, ", sa Falko. "Bidraget till vetenskapen måste vara användbart och användbart."

Kuester och Lo kommer också att förvandla drönarbilderna till en virtuell verklighetsupplevelse för dem som är intresserade av att flyga själva runt utsidan av biblioteket.

Bock och Kuester hoppas att projektet kommer att locka mer intresse och finansiering för att seismiskt övervaka och digitalt arkivera alla byggnader över hela UC San Diego campus.

Under tiden, vid Bocks labb vid Scripps Oceanography, den seismiska övervakningsdatan strömmas kontinuerligt tillbaka i realtid. När nästa kraftiga skalv slår till, systemet kommer att varna honom först om den primära signalen, kallas en P-våg, vilket tyder på att en jordbävning har ägt rum, och att den destruktiva S-vågen, den som är ansvarig för den starka jordskakningen, är sekunder till minuter bort. GPS- och seismiska sensorer på Geisel-biblioteket kommer snabbt att indikera om det har drabbats av betydande skakningar och förskjutningar.

För Bock och Kuester, hur dessa byggnader och andra reagerar på påverkan utifrån är en viktig komponent för hur vi bättre förbereder oss som samhälle för extrema händelser i framtiden.