Proiectul GUNDETECT vizeaza o cercetare in domeniul tehnicilor, metodologiilor si instrumentatiei de monitorizare, achizitie si prelucrare a infrasunetelor. Are ca scop principal realizarea unei instalatii pilot si a unor metode cu ajutorul carora sa poata fi: detectate, localizate, identificate gurile de foc in campuri de tragere. Socurile acustice produse de armele de foc si de exploziile chimice sau nucleare, care de cele mai multe ori sunt asociate situatiilor de criza locala, regionala sau globala, sunt printre cele mai puternice surse de infrasunete. Exista, in acelasi timp o multitudine de surse tehnologice care genereaza infrasunete in atmosfera terestra (avioane, turbine, utilaje cu motoare Diesel, etc).

    Eruptiile vulcanice, cutremurele de pamant, alunecarile masive de teren, avalansele, caderile de apa, valurile tsunami, viiturile, fenomenele meteo extreme (furtuni violente, uragane), meteoritii patrunsi in atmosfera terestra, etc., produc zgomot de joasa frecventa cu o componenta spectrala predominanta in domeniul infrasunetelor.

    Proiectul ofera o alternativa complementara, sigura, viabila si stiintifica de a obtine de la distanta si in timp cat mai scurt o serie de informatii preliminare despre locatia gurilor de foc in campuri de tragere.

    Originalitatea solutiei propuse consta in faptul ca toate aceste informatii, deosebit de utile in managementul situatiilor de criza generate de dezastre, pot fi obtinute independent de alte surse, prin monitorizarea in timp real a fondului infrasonic din atmosfera si asocierea unei posibile identitati a evenimentelor detectate.

    Infrasunetele sau sunetele de frecventa joasa sunt situate sub spectrul audibil uman (16 - 17 Hz) si coboara pana la 0,001 Hz, acoperind practic domeniul utilizat de seismografe pentru monitorizarea miscarilor seismice. Spre deosebire de undele seismice care se propaga prin pamant, infrasunetele se propaga prin atmosfera, pana la distante foarte mari si ocolesc obstacolele. Atmosfera terestra este mediul prielnic de propagare pana la distante foarte mari a infrasunetelor generate de socurile acustice produse de unii factori generatori de dezastre cum sunt: eruptiile vulcanice, fenomenele meteo extreme (furtuni violente, uragane), valuri tzunami, caderi de meteoriti, exploziile chimice sau nucleare, etc.

    In ultima vreme, cercetarile in domeniul infrasunetelor au evoluat rapid, mai ales datorita aplicatiilor militare, dar si necesitatii de monitorizare globala. Din pacate, in Romania cercetarile in acest domeniu sunt mult ramase in urma. Preocupari si rezultate in acest domeniu exista in primul rand in cadrul INCDFP, care prin reteaua seismica detecteaza bangurile sonice aferente unor explozii sau altor evenimente extreme. Trebuie spus ca infrasunetele nu sunt detectate in acest caz de senzori acustici specializati, ci indirect datorita efectului seismic local indus de undele infrasonice in senzorii seismici. Un exemplu, relevant in acest sens, a fost inregistrarea de mai multe statii seismice a suflului exploziei unui camion cu ingrasaminte chimice produs la Mihailesti, jud.Buzau, in mai 2004.

    In prezent, cercetarile avansate in acest domeniu se petrec, in primul rand, in Statele Unite unde o serie de universitati si institutii au laboratoare si retele moderne de monitorizare a infrasunetelor. National Center for Physical Acoustics, Infrasound Laboratory-University of Hawaii, US Army Space, Laboratory for Amosferic Acoustics-University of California din San Diego, Los Alamos Infrasound Monitoring Laboratory sunt principalele promotoare ale cercetarilor avansate legate de monitorizarea infrasunetelor. CTBTO, AFTAC si NORSAR sunt institutii cu traditie in monitorizarea infrasunetelor, care detin si exploateaza numeroase retele de tipul "Infrasound Array" utilizate in vederea monitorizarii globale.

    Proiectul GUNDETECT vizeaza cercetarea in domeniul tehnicilor, metodologiilor si instrumentatiei de monitorizare, achizitie si prelucrare a infrasunetelor. Obiectivul principal al proiectului a fost realizarea unei instalatii pilot si a unor metode cu ajutorul carora sa poata fi: detectate, localizate, identificate gurile de foc in campuri de tragere. Astfel pe parcursul derularii proiectului s-au incercat mai multe configuratii de senzori si sisteme de achizitie a datelor de la senzorii pe care echipa i-a avut in vedere. In conformitate cu recomandarile privind functionarea sistemului in conditii meteo deosebite am realizat doua modele instalatii pilot care au caracteristici diferite si anume:

• "Sistem de detectie multisenzor" folosind senzori de infrasunete, senzor seismic (geofon) si microfon - Instalatia pilot 1
• "Sistem de detectie folosind inregistrator cu esantionare ridicata (50000SPS) si array de microfoane" - Instalatia pilot 2

     Instalatia pilot "Sistem de detectie multisenzor" folosind senzori de infrasunete, senzor seismic (geofon) si microfon este compusa din patru elemente, fiecare continand un detector de infrasunete, un sistem de achizitie a datelor si un sistem de comunicatie catre un Centru local, unde un soft dedicat calculeaza coordonatele unde s-a produs evenimentul generator de infrasunete.

     Instalatia pilot "Sistem de detectie folosind inregistrator cu esantionare ridicata (50000SPS) si array de microfoane" se bazeaza pe detectia semnalelor folosing microfoane directionale.

Exemplu de instalare a unui element aferent instalatiei pilot 1

Histograma polara a detectiilor infrasonice utilizand instalatia pilot 1

Dispunerea in teren a instalatiei pilot 1

Instalatia pilot 2 - Dispozitiv de achizitie date pentru sunet si vibratii

ROLLUP GUNDETECT

Studies for development of a system for rapid localization of the guns position in firing fields

OBIECTIVE GENERALE:

Dezvoltarea de tehnici si metodologii inovative privind monitorizarea infrasunetelor din zone beligerante, in conexiune cu aplicatiile spatiale de observare a Terrei.

Realizarea unei instalatii pilot compusa din: Retea de senzori acustici tip "Infrasound Array", Centru de prelucrare si arhivare a datelor si Sistem de comunicatie.

Elaborarea de metode si solutii cu ajutorul carora sa poata fi identificate si alarmate evenimentele generate de guri de foc sau alte tipuri de surse generatoare de infrasunete pe baza monitorizarii infrasunetelor utilizand tehnici specifice de monitorizare, prelucrare si informare, in conexiune cu aplicatiile de management al dezastrelor.

Generarea de parteneriate si schimburi de date cu institutii care au experienta in domeniul proiectului, comunicarea prin mijloace diverse a rezultatelor proiectului (articole, prezentari simpozione) in vederea sincronizarii cu nivelul cercetarilor pe plan mondial si a cresterii competitivitatii Romaniei in domeniul cercetarilor legate de infrasunete.

Activitatea 1. Studiu privind tehnici, metodologii si instrumente specifice pentru monitorizarea si prelucrarea infrasunetelor, detectabile in atmosfera terestra.

In cadrul acestei activitatii ne propunem imbunatatirea raportului semnal / zgomot al semnalelor infrasonice, aplicand tehnici asemanatoare celor folosite in monitorizarea seismica si dezvoltarea tehnicilor de detectie a surselor de infrasunete de slaba intensitate pe directii si unghiuri preferentiale. Astfel se testeaza diferite configuratii de amplasare a senzoriilor pentru detectarea infrasunetelor prin identificarea sosirii primei unde sonice la fiecare senzor si aplicarea unui algoritm specific localizarii sursei generatoare de semnal.

Pentru elaborarea si testarea in laborator si in situ a unor modele partenerii isi propun identificarea tehnicilor de observare a terenului monitorizat acustic cat si testarea diferitelor tehnici de prelucrare prin achizitionarea de senzori infrasonici cu sensibilitate ridicata, achizitie in timp real a semnalului, consum redus, greutate mica pentru o instalare rapida si eficienta. De asemenea se vor testa programe dedicate de recunoastere a amprentei infrasonice provenite de la diverse surse.

Activitatea 2. Realizarea, testarea instalatiei "Infrasound Array". Elaborarea metodelor, soluțiilor și procedurilor pentru evenimentele infrasonice generate de arme în zonele beligerante.

Obiectivele acestei activitati sunt cercetari și studii privind selectarea amplasamentelor unde se vor face masuratori acustice, se vor dezvolta solutii inovatoare privind senzorii si echipamentele de achizitie a datelor , precum și utilizarea și dezvoltarea de noi tehnici, software și instrumente de analiză. Acesta include investigații privind dezvoltarea și replicarea potențială a instrumentelor de prototip, care ar putea sau ar trebui să completeze instrumentele existente. Infrasunetele pot fi detectate de microfoane și microbarometre foarte sensibile, care sunt senzori de presiune specializați să detecteze mici variații de presiune diferențială în intervalul sub-pascal (microbar) (Ponceau și Bosca 2010). De obicei, microbarometrele sunt colocate cu sistemele de reducere a zgomotului vântului într-o configurație de matrice de cel puțin trei senzori (Christie și Campus 2010 ; Walker et al. 2010). Utilizarea diferitelor configuratii permite estimarea direcției de unde vine semnalul de infrasunet înregistrat de un array de infrasunete, împreună cu parametrii de frecvență și amplitudine (Brachet și colab. 2010 ; Garcés 2013). Identificarea semnăturilor infrasonice, care provin de la același eveniment la doi sau mai multi senzori, permit apoi o localizare a sursei prin intersectarea celor două (sau mai multe) estimări ale direcției de azimuth, aplicand metoda inversa.

Activitatea 3. Testare privind operabilitatea și siguranța în funcționare a instalației pilot.

Pentru realizarea acestei activitati se au in vedere urmatoarele: a) caracterizarea evenimentelor infrasonice cu identitate cunoscuta si personalizarea acestora printr-o “amprenta acustica”; b) asocierea unei posibile identitati evenimentelor acustice necunoscute detectate in fondul atmosferic de instalatia pilot.

Acest studiu are in vedere: (1) localizarea surselor infrasonice pentru a pune în practică metodele de monitorizare și procedurile de analiză a semnalelor corelate cu conditiile atmosferice si implementarea unui model de propagare a infrasunetelor (Garcés și colab. 1998; Drob și colab., 2003; Pilger și colab., 2013); (2) variațiile sezoniere și diurne ale surselor și activitatea infrasonică detectată sunt evidențiate mai detaliat; (3) rezultatele sunt comparate cu informații de la senzori seismici, de exemplu, din explozii identificate folosind date seismice în diferite studii seismo-acustice (Evers și Schweitzer 2011 ; Gibbons et al. 2015a; Ghica și colab. 2016 ). În detecția evenimentelor infrasonice și a altor pericole naturale care utilizează infrasunete, se foloseste un model atmosferic pentru a prezice observarea semnalelor de la sursa dată. De exemplu pentru vulcani, capacitatea de a estima sursa pe baza observațiilor de la distanță va depinde foarte mult de fidelitatea modelelor de propagare a sunetului. În Europa, există multe surse generatoare de explozii: industriale (de exemplu, explozii de carieră), militare (de exemplu, distrugere de muniție), accidentale (de exemplu, gazexplozii) pentru care semnalele infrasunetare pot fi detectate pe distanțe mari iar coordonatele sunt determinate cu exactitate folosind date seismice sau alte date instumente.

Infrasunetul este un sunet de frecvență joasă sub pragul auzului uman, adică sub 20 Hz. Diverse surse, fie de origine naturală, fie de origine antropică, generează sunet cu componente de frecvență infrasonică (Campus și Christie 2010 ; Hedlin și colab. 2012 ), mai ales când sunt implicate procese explozive sau eruptive. În consecință, lansările de rachetă, explozii militare și industriale, activitatea vulcanică și intrările de meteoriti sunt printre cele mai puternice surse de infrasunete (Mc Laughlin și colab. 2000 ; Stevens și colab. 2002 ; Ceranna și colab. 2009 ; Matoza și colab., 2011 ; Marchetti et al. 2013 ; Le Pichon și colab. 2013 ; Pilger și colab. 2015). Alte semnături infrasunetare mai puțin intense sunt generate de zborurile supersonice, microbaromele, vremea severă, activitatea minieră și turbinele eoliene (Le Pichon et al. 2002 ; Garcés et al. 2004 ; Sindelarova și colab. 2009 ; Gibbons et al. 2015a ; Pilger și Ceranna 2017 ). Acest studiu se concentrează pe semnăturile cu infrasunete antropice și, prin urmare, interesul principal este asupra infrasunetei de înaltă frecvență (HF) peste 0,7 Hz. Sursele cu frecvențe dominante mai scăzute, de exemplu, valurile de munte, microbaromele, cutremurele, vulcani și meteoroizi sunt suprimate în mare parte de această alegere.

RAPORT ŞTIINŢIFIC FINAL    PREZENTARE SUCCINTĂ

    Atat INCDFP cat si partenerul dispun de o buna experienta in ceea ce priveste cercetarea stiintifica in domeniul abordat si in utilizarea mijloacelor tehnice de inalt nivel. Colaborarea dintre cele doua institutii este menita sa asigure un inalt nivel de abordare a temei proiectului.

    Livrabile asociate cu fiecare activitate sunt:

• Identificarea parametrilor evenimentelor infrasonice din observații de infrasunete;
• Evaluarea valorii adăugate a tehnologiei infrasunetelor pentru monitorizarea de la distanță a exploziilor în comparație cu alte tehnologii;
• Determinarea locației infrasonice pentru evenimentele naturale;
• Evaluarea tehnologiilor utilizate;
• Evaluarea optimizării rețelei pentru studiul evenimentelor infrasonice;
• Elaborarea unor metode de discriminare si de alertare a evenimentelor infrasonice;
• Testarea operativitatii si sigurantei in fuctionare a instalatiei pilot;
• Raport final al proiectului. Inscriere cerere de brevet;
• Raportul final al proiectului. Publicații și comunicari științifice.

    INCDFP dispune de un personal cu inalta calificare si cu capacitate manageriala care participa la proiectele nationale, europene si internationale. Directorul de proiect are o considerabila experienta in domeniul masurarilor acustice, precum si in managementul unor proiecte similare. Ca un exemplu, in calitate de director de proiect, a reusit sa proiecteze si sa realizeze, Reteaua seismoacustica de tipul ARRAY din VRANCEA (localitatea Plostina, Comuna Vrancioaia), obiectiv destinat monitorizarii seismoacustice a zonei Vrancea.