NEW YORK , 3. oktober 2025: Forskere ved Pennsylvania State University har vist at eksisterende fiberoptiske kabler, som ofte brukes i telekommunikasjonsinfrastruktur, kan ombrukes for å oppdage underjordiske geofarer som synkehull med høy grad av nøyaktighet. Studien, publisert i Journal of Geophysical Research: Solid Earth, skisserer en ny metode for undergrunnsovervåking som kan forbedre tidlige varslingssystemer for bakkeustabilitet betydelig. Teamet brukte et distribuert akustisk sensorsystem (DAS) koblet til seks kilometer med eksisterende fiberoptisk kabel gravd ned under universitetets campus.
DAS-enheten sender lyspulser langs kabelen og måler lyset som reflekteres tilbake på grunn av bakkevibrasjoner. Disse refleksjonene gjør det mulig for forskere å oppdage endringer i undergrunnen, inkludert oppsprukne soner og potensielle hulrom, ved å analysere variasjoner i seismiske bølgehastigheter. Tilnærmingen er avhengig av omgivelsesstøy generert av hverdagskilder som fotgjengertrafikk og kjøretøy. Ved å bruke krysskorrelasjonsteknikker på disse vibrasjonene, konverterte forskerne dem til brukbare seismiske data. Resultatet var et høyoppløselig kart over seismiske overflatebølgehastigheter langs kabelens lengde, noe som muliggjør deteksjon av anomalier hundrevis av meter under overflaten.
I løpet av analysen identifiserte forskerne et område under campusen hvor seismiske bølger avtok betydelig, noe som indikerer et potensielt hulrom eller en svekket sone i undergrunnen. Selv om ingen umiddelbar strukturell trussel ble bekreftet, støttet funnet systemets effektivitet i å oppdage potensielle geofarer ved hjelp av infrastruktur som allerede er på plass. Konvensjonelle geofysiske verktøy, som geofoner, krever individuelle installasjoner og leverer begrensede romlige data. Disse systemene er også dyre og arbeidskrevende. I motsetning til dette gir det fiberoptiske DAS-systemet kontinuerlig overvåking over lange avstander uten behov for nytt underjordisk utstyr.
Gjenbruk av infrastruktur reduserer kostnadene for seismisk overvåking
Denne fordelen gjør det til en mer skalerbar og kostnadseffektiv metode for å overvåke grunnstabilitet i både urbane og landlige omgivelser. Forskningen er en del av et bredere prosjekt kalt FORESEE (Fiber-Optic foR Environmental SEnsEing), som tar sikte på å utvikle miljøovervåkingsapplikasjoner ved hjelp av eksisterende fibernettverk. Prosjektet støttes av National Science Foundation og involverer samarbeid med flere kommunale myndigheter. Kommende utplasseringer er planlagt i urbane områder, inkludert Pittsburgh, hvor forskere har til hensikt å integrere systemet i storbyinfrastruktur for å studere ytelsen i tette, virkelige miljøer.
En av begrensningene som forskerteamet erkjenner, er at følsomheten til fiberoptiske kabler avhenger av hvor godt de er koblet til omkringliggende jord eller stein. I tillegg oppdager systemet primært vibrasjoner langs kabelens retning, noe som kan påvirke dens evne til å registrere vertikal eller vinkelrett bakkebevegelse. Til tross for disse tekniske begrensningene har teknologien vist seg pålitelig når det gjelder å fange opp relevante seismiske signaler og produsere handlingsrettede data. Funnene kommer på et tidspunkt hvor infrastrukturens robusthet er en økende bekymring på grunn av økende tilfeller av grunninnsynkning og synkehullaktivitet i ulike deler av verden.
Ved å konvertere sovende eller underutnyttede fiberoptiske kabler til tette sensorarrayer, mener forskere at tilnærmingen kan forbedre eksisterende geologiske overvåkingsnettverk uten behov for omfattende ny infrastruktur. Studien ble ledet av Tieyuan Zhu, førsteamanuensis i geofysikk ved Penn State, som bemerket effektiviteten av å bruke det som tradisjonelt ble ansett som støy som datakilde. Systemet tilbyr en ny måte å overvåke grunnstabilitet på ved hjelp av infrastruktur som allerede er innebygd i det bygde miljøet, noe som potensielt kan transformere hvordan tidlige varsler om farer i undergrunnen leveres. – Av Content Syndication Services .