Menu

مقالات

شهر هوشمند و سامانه‌های آمادگی در برابر زلزله

شهر هوشمند و سامانه‌های آمادگی در برابر زلزله
در این نوشتار، نخست به معرفی محیط‌زیست هوشمند و کاربرد فناوری اینترنت اشیا در مدیریت بحران در کلان‌شهرهای امروزی می‌پردازیم و سپس مهم‌ترین سامانه‌های آمادگی در برابر زلزله را در جهان مورد بررسی قرار می‌دهیم و در نهایت، به نمونه‌هایی از موفق‌ترین تجربه‌های جهانی در این زمینه اشاره خواهیم کرد.
 
در هزاره‌ی سوم، فناوری اطلاعات به بنیادی‌ترین محورِ تحول و توسعه در جهان تبدیل شده و دستاوردهای حاصل از آن، چنان با زندگی روزمره‌ی شهروندان عجین شده است که بی‌توجهی به آن، رفاه، آسایش و آرامش مردم را با اختلالی عظیم روبه‌رو می‌کند. از این رو، نقش کلیدی فناوری‌های نوین اطلاعات و ارتباطات را در عرصه‌های اقتصادی و اجتماعی نمی‌توان نادیده انگاشت.
رشد افسارگسیخته‌ی جمعیت و تمرکز آن در شهرهای پرتراکم در سراسر جهان، بر دورنمای زندگی اغلب انسان‌ها اثر می‌گذارد. شهرهای امروز به‌ویژه در کشورهای درحال‌توسعه، به‌شکلی فزاینده، در معرض بحران‌های ناگوار قرار دارند. زلزله، سیل، فقر، آسیب‌های زیست‌محیطی، فقدان خدمات شهری، ضعف زیرساخت‌های موجود، فقدان دسترسی به زمین و سرپناه و در یک جمله، اتلاف سرمایه‌های طبیعی و انسانی از جمله بحران‌های موجود در این‌گونه شهرها هستند. در این زمینه، «شهر هوشمند» با بهره‌گیری از راهکارهای خلاقانه‌ی «اینترنت اشیا»، برای رفع بسیاری از مشکلات شهرهای امروزی مطرح شده است. در واقع، شهرهای هوشمند، دیگر تخیلی دور از ذهن از آینده نیستند. با گسترش مفهومِ اینترنت اشیا و تأثیرات انکارناپذیر آن بر حوزه‌ی خدمات‌رسانی شهری، امروزه به‌تدریج شاهد پیدایش شهرهای هوشمند هستیم.
 

محیط‌ زیست هوشمند و مدیریت بحران

یکی از مهم‌ترین گستره‌های شهر هوشمند و اینترنت اشیا که با مدیریت بحران و مقاوم‌سازی در برابر بلایای طبیعی ارتباط نزدیک دارد، «محیط‌زیست هوشمند» است. در عصر امروز، اتصال اشیا به شبکه‌های رایانه‌ای و اینترنت، به‌سرعت روبه‌افزایش است و انسان برای مدیریت شایسته‌ی وضع موجود و منابعی که در اختیار دارد، ناگزیر است اطلاعات را با بهره‌گیری از حسگرهای گوناگون، از این اشیا گردآوری و تحلیل کند و بر پایه‌ی این تحلیل‌ها، تصمیم‌گیری نماید. در یک شهر هوشمند، اطلاعات توسط حسگرها (سنسورها) جمع‌آوری می‌شود و با تبادل و به‌اشتراک‌گذاری این اطلاعات، امکان مدیریت لحظه‌ای سیستم‌های پیچیده‌ی شهری فراهم می‌شود. امروزه، به لطف پیشرفت در حوزه‌ی حسگرها و تجهیزات مخابراتی، امکان بهره‌گیری گسترده و ارزان‌قیمت از آنها در مناطق گوناگون شهری و غیرشهری فراهم شده است. بدیهی است با پایشِ هوشمندانه‌ی رخدادهای کوچک زیست‌محیطی، می‌توان از بروز بسیاری از فجایع بزرگ جلوگیری کرد و دستِ‌کم از خسارت‌های جانی و مالی فراوانی که برای شهروندان و طبیعت ایجاد می‌شود، به میزان چشمگیری کاست.
به طور کلی، سامانه‌های مطرح در محیط‌زیست هوشمند را می‌توان در سه گروه زیر دسته‌بندی کرد:
  • سامانه‌های پایش کیفیت و سلامت هوا، آب و خاک (داخل و خارج شهر، خروجی کارخانجات و ...)
  • سامانه‌های تشخیصِ زودهنگام سیل، زلزله، طوفان، آتش‌سوزی جنگل‌ها و ...
  • سامانه‌های پایش از راه دورِ انواع گونه‌های جانوری
 

اینترنت اشیا و زلزله

هرساله 70 تا 75 زمین‌لرزه در سراسر جهان در یک منطقه‌ی جمعیتی با شدت کافی برای تخریب رخ می‌دهد که مرگ هزاران نفر را در پی دارد. بر پایه‌ی آمار موجود، به طور میانگین، هر 10 سال یک زمین‌لرزه با بزرگی بیش از 7 و هر سال 1.3 زمین‌لرزه با بزرگی بین 6 تا 7 و 10 زمین‌لرزه با بزرگی 5 تا 6 در ایران روی داده است. در ایران، بی‌توجهی به اصول مقاوم‌سازی در برابر زلزله، به‌ویژه در ساخت‌وساز روستایی، باعث شده است تا حتی زمین‌لرزه‌هایی با بزرگای متوسط نیز با تلفات جانی و خسارات مالی فراوان همراه باشد.
آیا می‌توان زمین‌لرزه‌ها را پیش‌بینی کرد؟ بسیاری از کارشناسانِ زلزله‌شناس احتمالا پاسخ خواهند داد: خیر. برخی از دانشمندان، به طور کلی ایمان خود را در پیش‌بینی زلزله از دست داده‌اند. آنها بر این باورند که زمین‌لرزه ممکن است به لحاظ عملی پیش‌بینی‌ناپذیر باشد. واقعیت آن است که زلزله بدون هیچ‌گونه هشدار قبلی رخ می‌دهد و از همین رو، یکی از دلخراش‌ترین بلایای طبیعی به شمار می‌رود؛ اما اگر بتوان چند ثانیه پیش از وقوع آن، به ساکنان منطقه هشدار داد و تدابیر خودکار ایمنی را به کار بست، از خسارات جانی این پدیده‌ی طبیعی، تا حد زیادی کاسته می‌شود؛ در همین زمان کوتاه، فعالیت دستگاه‌های خطرآفرین در کارخانه‌ها متوقف می‌شود و ساکنان شهر سرپناه مناسبی پیدا می‌کنند.
پرسش اساسی این است که آیا IoT یا اینترنت اشیا می‌تواند به پیش‌بینی زلزله کمک کند یا خیر. حقیقت آن است که وقتی به شهر می‌اندیشیم، مجموعه‌ای از ساختمان‌ها، پل‌ها، کابل‌های زیرزمینی، خطوط آب و فاضلاب، ترافیک، کیفیت هوا و ... به ذهن‌مان می‌آید؛ روشن است که همه‌ی این بخش‌ها با یکدیگر ارتباط دارند و هنگامی که این تعاملات را درک می‌کنید، می‌توانید فرایندهای پیشگیری و ریکاوری را به شکلی موثر مدیریت کنید.
یک ایده‌ی اساسی در پیش‌بینی زمین‌لرزه این است که گسل‌ها، هشدارهای ظریف، اما قابلِ‌تشخیص را پیش از لرزش ارسال کنند. دانشمندان به شماری از سیگنال‌های هشداردهنده، از جمله رفتار عجیب حیوانات، تغییرات در جدول آب و الگوهای جریان الکتریکی در زمین دست یافته‌اند. اگر دستگاه های IoT با حسگرهای چندگانه‌ی جاسازی‌شده در ساختمان‌ها، پل‌ها، ایستگاه‌های اتوبوس، چاله‌های زیرزمینی، دریاچه‌ها، جاده‌ها، کوه‌ها و... نصب شوند، می‌توان داده‌های گوناگون را دریافت و تحلیل کرد؛ اگرچه این پیش‌بینی کامل نیست؛ اما به کمک آن، دانشمندان بهتر درک می‌کنند که زمین‌لرزه‌ها در آینده چگونه رخ می‌دهند و در نتیجه، مدیران شهری می‌توانند شهروندان را برای زمین‌لرزه‌ی نهایی آماده کنند.
 

سامانه‌های آمادگی در برابر زلزله در جهان

به طور کلی، در سطح بین‌المللی، دو نوع سامانه‌ی «هشدار سریع» و «پاسخ سریع» برای آمادگی کلان‌شهرها در برابر زلزله مورد بهره‌برداری قرار می‌گیرد. هریک از این سامانه‌ها دارای ویژگی‌های خاص و کاربرد ویژه هستند.
 

سامانه‌ی هشدار سریع (Early Warning System)

امروزه در برخی از کشورهای توسعه‌یافته، سامانه‌های هشدار سریعِ زمین‌لرزه با بهره‌گیری از اختلاف زمانِ دریافت موج P و S کار می‌کنند. این نوع سامانه‌ها، امکان هشدار را، چند ثانیه پیش از رسیدن امواج ویرانگر زلزله (موج S) فراهم می‌کنند. مهم‌ترین چالش پیرامون راه‌اندازی سامانه‌های الکترونیکی هشدار زلزله، هزینه‌های اولیه‌ی پیاده‌سازی سیستم و مخارج بالای نگهداری آن است. در این نوع سامانه‌ها، توزیع شمار فراوانی از حسگرها در یک منطقه‌ی جغرافیایی گسترده، برای انتقال سریع اطلاعاتِ مربوط به زلزله ضروری است. در مطلوب‌ترین حالت، این سامانه‌های الکترونیکی اخطارها را چند ده ثانیه پیش از رویداد زمین‌لرزه اعلام می‌کنند که زمانی بسیار اندک است؛ اما همین زمان اندک، با قطع جریان سیستم‌های خطرآفرین و آمادگی نسبی نهادهای مسئول و نیز شهروندان می‌تواند خسارات را تا حد زیادی کاهش دهد. به طور کلی، سامانه‌های هشدار سریعِ زلزله، برای شهرهایی که فاصله‌ی بیشتری از کانون لرزه دارند، مناسب‌ترند.
سامانه‌ی هشدار سریعِ زلزله شهر مکزیکوسیتی با شمار زیادی دستگاه شتاب‌نگار، یکی از نمونه‌های بارز این سیستم است. در این شهر، کانون‌های لرزه‌خیز، در فاصله‌ی 300 کیلومتری شهر قرار گرفته‌اند. بنابراین، اختلاف زمانِ دریافت امواج طولی و عرضی زلزله حدود 40 ثانیه است. این زمان، امکان واکنش سریع بسیاری از مراکز پرخطر، از جمله شبکه‌ی برق، گاز و... را ممکن می‌سازد. همچنین، سامانه‌ی توقف اضطراری قطارهای مدیترانه (فرانسه)، یکی دیگر از سامانه‌های هشدار سریع در جهان است. در این سامانه، 24 حسگر در طول 240 کیلومتر از خطوط ریلی فرانسه نصب شده است. در شرایط رویداد زمین‌لرزه و احتمال خسارت به خطوط ریلی، سامانه‌ی مزبور قطار را به طور خودکار متوقف می‌کند.
 

سامانه‌ی پاسخ سریع (Rapid Response System)

سامانه‌های پاسخ سریع، پس از دریافت اطلاعات زمین‌لرزه، با توجه به مشخصات زلزله، ویژگی‌های ژئوتکنیکی رسوبات و مشخصات فنی ساختمان‌ها را از نظر استحکام و آثار مخرب زلزله به بافت شهری ارزیابی کرده و با ارائه‌ی بهنگامِ نقشه‌های خسارت، مدیریت بحران زلزله و یکپارچه‌سازی عملیات امداد و نجات را در زمان طلایی پس از وقوع آن ممکن می‌سازند. از جمله سامانه‌های پاسخ سریع زلزله، سامانه‌ی هشدار و پاسخ سریع شهر استانبول است. پژوهش‌ها حاکی از آن است که به احتمال 70 درصد، در طی 25 سال آینده، زمین‌لرزه‌ای با بزرگی بیش از 7.2 ریشتر در شهر استانبول رخ می‌دهد. بنابراین، با توجه به تراکم جمعیت و موقعیت این شهر به عنوان قطب اقتصادی ترکیه، ضرورت وجود سامانه‌ی پاسخ سریع در این شهر به‌شدت احساس می‌شد و در پی آن، این سامانه با 152 دستگاه شتاب‌نگار در این کلان‌شهر نصب شد. این سامانه ترکیبی از دو سامانه‌ی هشدار سریع و پاسخ سریع است که علاوه بر محدوده‌ی استانبول، با ارسال SMS، مناطق مجاور را نیز از وقوع زلزله آگاه می‌کند.
      

نمونه‌هایی از تجربه‌های جهانی

سامانه‌ی پیشرفته‌ی لرزه‌نگاری ملی ایالات متحده، از شتاب‌سنج‌ها و تجزیه‌و‌تحلیل داده‌های زمان واقعی برای نظارت بر سلامت ساختاری ساختمان‌ها در مناطق زلزله‌خیز بهره‌گیری می‌کند. حسگرها درجه‌ی حرکت جنبش را تشخیص می‌دهند و می‌توانند سرعتی را که امواج لرزه‌ای از طریق ساختمان عبور می‌کنند و چهارچوب ساختمان را تغییر می‌دهند، شناسایی کنند. نرم‌افزارِ به‌کاررفته می‌تواند داده‌ها را بلافاصله برای تعیین ساختار ساختمان، تجزیه‌وتحلیل کند و گزارش را به سازمان مربوطه ارسال نماید.
گفتنی است پُلی در کره‌ی جنوبی یکی از نخستین پل‌های هوشمندِ تمام‌اتوماتیک در دنیاست که به سامانه‌ای بیش از 600 حسگرِ بی‌سیم مجهز شده است؛ این سامانه، به طور مداوم، سلامت ساختاری پل را پایش می‌کند.
در این میان، پژوهش‌ها و دستاوردهای شرکت آمریکایی Zizmos بسیار چشمگیر است. این شرکت، پژوهش‌های ۸ساله‌ی خود را از دانشگاه استنفورد آغاز کرد و فناوری پیش‌بینی زلزله را به ‌جایی رساند تا هزاران حسگر به یک سرور متصل شوند. هر حسگر مجهز به یک شتاب‌نگار است که می‌تواند حرکات غیرعادی زمین را شناسایی کند. این داده‌ها سرانجام به سرورهای ابری منتقل می‌شوند تا با تحلیل این اطلاعات، در صورت نیاز، به ساکنان مناطقِ در معرض زلزله هشدار داده شود. همچنین تحلیل این اطلاعات کمک می‌کند تا میزان خسارتِ وارده به مناطقِ زلزله‌زده تا حد خوبی برآورد شود و با ارسال راهنمایی‌های لازم روی نقشه به مراکز امدادرسانی، فرایند کمک‌رسانی تسهیل شود. گفتنی است که این شبکه می‌تواند تا ۹۰ ثانیه پیش از وقوع زلزله را به ساکنان هشدار دهد که این مدت‌زمان به فاصله‌ی کانون زلزله تا مناطق مسکونی بستگی دارد. موج زلزله با سرعت تقریبی 3.2 کیلومتر بر ثانیه حرکت می‌کند؛ حال با فرض اینکه شهری از کانون زلزله 32 کیلومتر فاصله داشته باشد، ساکنان این شهر 10 ثانیه زمان دارند تا در مکان امنی پناه بگیرند. خسارت به زیرساخت‌ها نیز با غیرفعال‌کردنِ خودکار سیستم حمل‌ونقل عمومی و کارخانه‌ها به‌شدت کاهش می‌یابد. طی 10 سال گذشته، با پیشرفت حسگرهای الکترومکانیکی یا MEMS، قیمت سنسورهای حرکت‌سنج به پایین‌ترین حد خود یعنی حدود 1 دلار رسیده است. کاهش قیمت حسگرها و سادگی اتصال به اینترنت، یکی از دلایل استقبال دولت‌ها از فناوری اینترنت اشیا به شمار می‌رود.
ژاپن به ‌عنوان یکی از کشورهای زلزله‌خیز، پس از زلزله‌ی مرگبار 7.3 ریشتری در سال 1995 که 6434 کشته بر جای گذاشت، سرمایه‌گذاری وسیعی در پیاده‌سازی راهکارهای کاهش تلفات زلزله انجام داد. گفتنی است در این زمین‌لرزه، حدود 700 نفر در آتش‌سوزی تأسیسات شهری، جان خود را از دست دادند؛ درحالی‌که در زلزله‌ی 8.9 ریشتری و سونامی مهیب 2011 در سندای ژاپن، به کمک سامانه‌های هوشمند، علاوه بر جلوگیری از حوادث ثانویه و اطلاع‌رسانی 8 دقیقه پیش از سونامی به روش‌های گوناگون برای تخلیه‌ی ساحل، شمار کشته‌ها به 1500 نفر کاهش یافت. امروز ژاپن، با بیش از یک میلیارد دلار سرمایه‌گذاری، پیشرفته‌ترین سامانه‌ی پیش‌بینی زلزله را دارد.
همچنین، به‌تازگی شرکت ژاپنی پاناسونیک با تبدیل بخشی از شهر فوجی‌ساوا (Fujisawa) در پنجاه‌و‌یک کیلومتری جنوب توکیو، آن را به نمونه‌ای از یک شهر هوشمند در برابر زلزله تبدیل کرده است. در این شهر، فناوری‌هایی برای تأمین نیازهای اولیه و انرژی شهروندان در زمان وقوع بحران، پیش‌بینی شده است. برخی از ویژگی‌ها و فناوری‌های به‌کاررفته در این شهر هوشمند عبارت‌اند از: میزهایی که به اجاق‌گاز و ابزار گرمایشی و پخت‌و‌پز تبدیل می‌شوند؛ دست‌شویی‌ها و توالت‌های ویژه و دور از دید و پنل‌های انرژی خورشیدی که برق شهر را در شرایط اضطراری تأمین می‌کنند. همچنین، خانه‌های طراحی‌شده برای این شهر، در برابر زمین‌لرزه‌هایی با شدت بسیار زیاد نیز مقاوم خواهند بود.
 

نتیجه‌گیری

در پایان باید گفت زمین‌لرزه تقریباً هرگز مردم را به طور مستقیم نمی‌کُشد. مرگ‌و‌میر و بسیاری از صدمات، افزون بر سقوط اجسام و فروپاشی سازه‌ها، ناشی از آتش‌سوزیِ حاصل از شکستگی خطوط گاز یا اختلال خطوط برق است. نشت مواد شیمیایی خطرناک نیز در طول زلزله نگران‌کننده است.
در شرایطی که گسل‌ها، حدود 90 درصد از مساحت کشور را تشکیل می‌دهند، با بهره‌گیری از فناوری اینترنت اشیا می‌توانیم محیط‌زیستی امن‌تر برای خود و شهروندان‌مان فراهم کنیم. از این رو، هم‌اکنون طراحی سامانه‌ای جامع و روزآمد برای کاهش تلفات جانی و مالی ناشی از زلزله برای ایران، در کنار دیگر راهکارهای مقاوم‌سازی در برابر زلزله، بیش از هر زمان دیگری ضروری به نظر می‌رسد. آریاهمراه، به عنوان یکی از پیشگامان اینترنت اشیا در ایران و با بیش از یک دهه تجربه‌ی عملی، امیدوار است در پی گسترش بهره‌برداری از این فناوری در داخل کشور و به‌کارگیری آن در حوزه‌ی مدیریت بحران، تلفات ناشی از زلزله در کشور عزیزمان در آینده به حداقل برسد.
 
منابع: