SKATE が火山監視の安全性を強化

昨年7月、数百人の火山学者が世界最大規模の火山調査のためにジュネーブに集まったとき、 火山学会議、イタリアの 国立地球物理火山研究所 (INGV) 特に注目を集めた。 INGVがプレゼンしてました 結果 地中海で最も監視されている火山の 1 つであるストロンボリ島の 5 年間にわたる超至近距離観察から得た成果です。小規模な噴火が頻繁に発生するため、この島は火山学者にとっては自然の実験室であると同時に、島の約 500 人の住民と数千人の観光客にとっては常に安全上の懸念となっています。

過去 3 年間の綿密な観測は、爆発的噴火の運動学的捕捉セットアップ (SKATE) と呼ばれる可搬型天文台によって可能になりました。スーツケースサイズのこのシステムには、噴火を毎秒数百フレームで捉え、その轟音と熱を同期して記録する技術が詰め込まれています。

爆発的噴火を間近で何時間も撮影し、その熱、音、動きに関するデータを収集しながら分析することは、歴史的には困難で危険でした。しかし、それは噴火がどのように機能し、時間の経過とともに進化するかを理解するためにデータサイエンティストが必要とするものです。 SKATE は、観測データの同期ストリームを自律的に記録し、研究者が火山の斜面で費やす時間を最小限に抑えることで、そのプロセスをより安全かつ簡単にします。

「爆発的噴火は、トラックや粉塵ほどの大きさの粒子を伴う非常に速いプロセスであり、秒速数メートルから超音速で移動する可能性があります」と述べています。 ヤコポ・タドゥッチ、INGVの上級研究員。 「原因と結果を理解するには、毎秒数百フレームを撮影するカメラと、噴火を一度に見て、聞いて、感じることができる機器が必要です。」

ストロンボリ島以外でも、SKATE は近隣の国々でテストされています。 エトナ山、同様に グアテマラの山火事 そして サンティアグイト火山。世界中で、 5億人 活火山の近くに住んでおり、その多くは火山です。 】 監視システムなしで。 INGV は現在、次のような他の火山への配備を計画しています。 バヌアツのヤスール山、 白熱の溶岩とガスのリズミカルな爆発を特徴とするほぼ継続的な噴火で「太平洋の灯台」として知られています。

SKATEの革新的な火山技術

SKATEを組み立てたのは、 テクノロジー 機器エンジニアリング ソリューション (TEES) は、カスタム科学機器のイタリアのメーカーです。 デューソフト、高速データ収集および測定システムを専門とするスロベニアの会社。両社 INGV の仕様に従い、50,000 ユーロ (約 58,000 米ドル) の予算で天文台全体を硬質ポリプロピレンのシェルに詰め込みました。

SKATE は、FAMoUS (Fast Multiparametric Setup) として知られる初期の INGV プロトタイプの合理化された後継製品であり、高速センサー、熱センサー、音響センサーを組み合わせる価値を初めて証明しました。しかし、これには重大な欠点もありました。重くてかさばり、現場での設置に時間がかかり、手動でトリガーする必要があるため、研究者はほんの一握りの配列を捕捉するために危険地帯で何時間も過ごす必要がありました。

SKATE は、以前の FAMoUS と呼ばれるシステムよりも移植性が高く、導入が簡単です。ピエルジョルジョ・スカルラートとヤコポ・タドゥッチ

SKATEの中では、 防水PC 32 フレーム/秒で記録するサーマル カメラを調整し、 ハイスピードカメラ 突然の温度上昇を検出すると、バースト映像を記録します。 1 日の 4K 録画には SKATE の 100 倍のメモリが必要になるため、実際、継続的に 4K ビデオをキャプチャすると、すぐに SKATE のデータ ストレージがいっぱいになってしまいます。

「本当の課題は、カメラやセンサーを接続することではありませんでした」と Dewesoft のエンジニアである Alessia Longo 氏は言います。 「完全に同期された単一のファイルに書き込むことが強制され、データの洪水が抑えられていました。」

そのデータは合計最大 6 テラバイトの 2 台の SSD に保存され、システムはソーラー パネルと交換可能なバッテリーを頼りに、天気の良い日には丸 1 日自律的に動作します。

「火山学者の創造性は、スポーツ イベントで使用される高速カメラや軍事用熱画像装置など、他の産業向けに開発された技術を活火山の科学研究に応用できる能力にあります。」 ピエルジョルジョ・スカルラートINGVのリサーチディレクター。

モジュール設計で火山監視を強化

ストロンボリの活発な噴気孔から 300 ～ 900 メートルの距離にある SKATE は、ほぼ単独で運営されています。研究者はバッテリーとメモリカードを交換するために 1 日に 1 回だけ登ります。

デザインもモジュール式です。 INGV は現在、熱センサー、高速センサー、音響センサーに加えて、UV カメラを使用して SKATE をテストし、定量化しています。 二酸化硫黄 排出量。また、火山の噴煙や火口縁までの距離、または移動する斜面までの距離を 1 秒あたり 10 回測定するレーザー距離計のテストも行っています。また、噴火中に放出された個々の溶岩爆弾や岩石の破片を分析することもでき、それらの軌道や着弾エリアを正確に再構築することができます。

「深度は、壮大な画像を測定値に変えるものです。火山弾がどのように発射され、どのくらいの距離を移動し、どこに落ちるかを理解することで、噴火が人々、インフラ、周囲の環境に与える影響をより適切に評価できるようになります。」とスカルラト氏は言います。

ストロンボリ島では、INGV チームが 2019 年から 2024 年の間に記録された 1,000 件以上の爆発を分析し、高速ビデオ、温度、音と照合しました。研究者らは、各噴出孔がそれぞれ独自の個性を持っていることを発見した。ガスを多く含む噴流の音はより柔らかく、より長く持続する一方、火山弾（噴火中に飛び散る溶岩の塊）や灰を多く含む爆風は短時間轟音を立て、白熱の破片を空中に高く投げ上げる。

火山データ分析におけるSKATEの役割

SKATE は 24 時間年中無休のアラームではありません。クレーターの縁からリアルタイムでストリーミングするには、あまりにも複雑で大量のデータを必要とします。その代わりに、クレーターから遠く離れた場所にあるサーマルカメラ、超低周波音響アレイ、その他の機器などの固定監視ネットワークが信号をより正確に把握できるようにするのに役立ちます。

研究者は SKATE を使用して火山を監視しています。ピエルジョルジョ・スカルラートとヤコポ・タドゥッチ

SKATE からのデータは科学者を助けています 仮説をテストする マグマ内でガスの泡がどのように上昇して破裂するのか、火山の火道がどのように形成されるのか、そして通常のモニタリングでは見ることができない地下のプロセスを研究します。 INGV は、いくつかの繰り返しパターンを参照ライブラリに変換し、ライブ データ ストリーム内の早期警告サインを認識するように自動化システムをトレーニングできるようにすることを目的としています。

SKATE の成功により、火山学者が活火山の危険信号を監視する方法が変わりました。しかし、火山が真に予測可能な環境や安全な環境になることは決してありません。湿気はケーブルを腐食させたり、カメラのレンズを蒸気で濡らしたりすることがよくあります。最近のある配備中に、ヤギがマイクケーブルを食べてしまいました。そして、ストロンボリ島に関する最近の記事で、INGVは夜間に光る爆弾を追跡するのに最適な新しい白黒の高速センサーを実験したが、ストロンボリ島の爆発は数秒しか続かず、センサーが爆弾に焦点を合わせるのが難しいため、予想よりもトリッキーであることが判明した。

ハードルはあるものの、SKATE が提供する迅速かつ詳細なデータは歓迎されています。 「湿気、ガス、急激な温度変化などの極端な条件での作業は、あらゆるテクノロジーにとって真の試練です」と Scarlato 氏は言います。 「今の違いは、私たちの介入が数時間ではなく数分で終わることです。」