Misija – atklāt zemes dzīļu un zinātnes nezūdamības likuma noslēpumus

 

 

Par moderno tehnoloģiju iespējām var uzzināt ne tikai zinātniskās fantastikas romānos, bet arī zinātnieku laboratorijās. Viens no zinātnisko pētījumu virzieniem, kas pazīstams jau vairākus gadu desmitus, bet joprojām ir aktuāls un satraucošu atklājumu pilns, ir zemes dzīļu izpēte ar radiolokācijas un atstaroto radioimpulsu digitālo signālu apstrādes palīdzību. Protams, mūsdienās zinātnieki nemeklē nedz zelta dzīslas, nedz vecvectēva ābeļdārzā apraktu un pazudušu naudas podu, toties ar zinātnieku izstrādātām metodēm iespējams identificēt, piemēram, kara laikā nesprāgušas aviācijas bumbas, sena komunikāciju tīkla paliekas vai gruntsūdeņu izskalotus iežus, pirms sākusies kādas ēkas būvbedres rakšana un pirms notikusi kāda nelaime. Transporta un sakaru institūta (TSI) zinātnieki un studenti ar lielu aizrautību pēta metodes, kas ļauj ar radiolokācijas signāla palīdzību atklāt nekvalitatīvu šosejas segumu, un metodi, kā to vislabāk izmantot Latvijas tautsaimniecībā. Par šīm tēmām SP stāsta TSI Datorzinātņu un telekomunikāciju fakultātes Telekomunikāciju katedras vadītājs, Dr.sc.ing. asociētais profesors Aleksandrs GRAKOVSKIS.

 

No ikdienišķā līdz ģeniālajam – viens solis

Lasot par Latvijas zinātnieku pēdējo gadu pārsteidzošajiem atklājumiem Ēģiptē, faraona Džosera piramīdā, nevilšus nāk prātā doma, kāpēc tieši Latvijas zinātnieki bija tie, kas iedomājās meklēt līdz šim nezināmas pazemes telpas ar ļoti kvalitatīvu un dziļu (līdz 50 m) radiolokācijas mērījumu palīdzību, kuri uzrādīja vairākus tukšumus un ejas zemes dzīlēs. Precīzai pazemes konstrukciju, oriģinālā pazemes reljefa un piramīdas pamatu formu izpētei tika izmantotas Latvijā radītas iekārtas un datu apstrādes programmas, kas tika īpaši pielāgotas šai ekspedīcijai. Ne mazāk nozīmīga bija arī detalizēta arheoloģiskā inventarizācija, izmantojot trīsdimensiju skenējumu un fotogrammetrijas dokumentēšanu gan piramīdas fasādēs, gan septiņus kilometrus garajās pazemes galeriju sistēmās. Lūk, ko iespējams panākt ar it kā pazīstamu metožu izmantošanu neparastiem mērķiem! Tomēr tas nevarētu notikt, ja nebūtu šīs spožās zinātnieku idejas.

Lai gan šajā gadījumā Ēģiptes ekspedīcijas dalībnieku ceļi nekrustojās ar TSI zinātniekiem, arī profesora Grakovska un viņa kolēģu pētījumu virzieni ir visai līdzīgi, tikai šobrīd, iespējams, mazāk pamanāmi, jo viņi strādā pie ikdienišķākiem, toties Latvijas tautsaimniecībai ļoti nozīmīgiem projektiem. Viena no pamatatšķirībām ir tāda, ka TSI zinātnieku izpētes objekti neatrodas 50 metru, bet parasti ne vairāk kā sešus metrus zem zemes. Kāpēc? Izrādās, jo biezākam zemes slānim jātiek cauri radiolokācijas signālam, jo lielāks ir tā vājinājums un attiecīgi dziļāk par sešiem vai, maksimums, desmit metriem nav iespējams identificēt nelielus priekšmetus. Toties, ja pētniekiem ir cerība atrast platības ziņā lielu objektu (kādu no ārpuses aizgruvušu alu, faraonu atdusas vietas vai nogrimušu pilsētu), tad vajadzīga cita aparatūra, spēcīgāks radiosignāla avots un nedaudz atšķirīga lietojumprogramma, bet tehnoloģija ir tāda pati.  

- Radiolokācijā visi parametri, t. sk. arī signāla vājinājums, tiek noteikti ar viļņa garumu un ar raidītāja izstarotā signāla jaudu, - skaidro Aleksandrs Grakovskis. - Viļņa garums ir cieši saistīts ar vājinājumu: jo augstāka ir signāla frekvence, jo ātrāk notiek vājinājums, bet augstāka ir arī izšķirtspēja. Jo lielāks dziļums, jo samazinās iespēja atrast mazus objektus (līdz pat 10 cm). Iespējams, 50 metros šādai izpētei ir citi mērķi. Tādi, piemēram, ir seismopētījumi, akustiskie pētījumi: piemēram, dziļi zemē uzspridzinot dinamītu, seismouztvērēji uztver sprādziena vilni. Tādējādi var veikt pētījumus vai meklēt naftu kilometriem dziļi. Tā var atrast ko ļoti lielu, piemēram, 100 x 100 m, bet monētu ar šādu sistēmu nevarēs atrast pat tad, ja tā būtu no zelta. Viss atkarīgs no mērķa.

 

No Marsa pavadoņa līdz kvalitatīviem ceļiem

Atšķirot atpakaļ dažas vēstures lapas, vispirms derētu atcerēties pāris interesantu pētījumu no salīdzinoši nesenas institūta pagātnes, kad tas vēl bija pazīstams kā Rīgas Civilās aviācijas institūts (RCAI).

- Radiolokācijas metodes mūsu augstskolā nav radušās tukšā vietā, - stāsta profesors Grakovskis. - Pirmie uzdevumi, kuros piedalījās arī mūsu institūts, bija jau 20. gadsimta 70. gados, kad PSRS Ziemeļu jūras ceļā no helikoptera ar radiolokācijas zondēm mērīja ledus biezumu, lai kuģim palīdzētu izvēlēties virzienu, kur ir plānāks ledus. RCAI struktūrā darbojās specializēta akadēmiķa Mihaila Finkelšteina zinātniski pētniecisko zemvirsmas radiolokācijas problēmu laboratorija.

80. gados PSRS palaida uz Marsa pavadoni Fobosu kosmosa izpētes staciju ar pētniecisko aparatūru, kas darbojās pēc pazemes slāņu signāla apstrādes tehnoloģijas, kuru bija izstrādājuši toreizējā Rīgas Civilās aviācijas institūta zinātnieki, arī mani pašreizējie kolēģi, lai pētītu Fobosa ģeoloģiju. Tā kā savā ziņā bijām tikuši tālāk par Ēģipti.

Tā kā RCAI un tā pēcteča TSI vēsture cieši savijusies, te joprojām strādā liela daļa zinātnieku no spožajiem aviācijas augstskolas laikiem, un viņu lieliskā izglītība gluži kā vērtīgs mantojums tiek nodots tālāk – tagadējiem maģistrantiem un doktorantiem. Tagad šo darbu turpina Elektronikas katedras vadītājs profesors Valērijs Kutevs ar kolēģiem.

Šobrīd TSI lielākie projekti saistīti ar intelektuālo transporta sistēmu (ITS), bet tajā cieši iekļaujas radiosistēmu un signālu apstrādes pētījumi, pie kuriem strādā arī studenti, jo tas ir liels un ilgstošs komandas darbs – no sekmīgas studiju programmas apgūšanas līdz tautsaimniecības projektam.

Vērtīgs papildinājums ITS projektam ir arī TSI zinātnieku pētījumi, kā efektīvi izmantot signāla apstrādes metodes dažādiem ar transportu un ceļa seguma kvalitātes pārbaudi saistītiem mērķiem. Piemēram, ar signāla zondēšanas sistēmu aprīkots busiņš brauc pa ceļu, ik pēc brītiņa sūtot impulsus, lai kontrolētu ceļa seguma kvalitāti. Tā var pārbaudīt, vai grunts zem ceļa kādā vietā nesāk izskaloties, vai nesāk veidoties t.s. karsta parādības (ja ir šādi pētījumi, var laikus paspēt reaģēt, atslogojot transporta kustību vai nostiprinot ceļu). Otrs mērķis – regulāri kontrolēt, kā nolietojas veco vai visvairāk noslogoto šoseju segums, trešais – vai jaunās maģistrāles, kas būvētas par ES struktūrfondu naudu, precīzi atbilst ES standartiem. Izmantojot signāla zondēšanas sistēmu, to var pārbaudīt ar filigrānu precizitāti: vai sagatavots pietiekami līdzens zemes pamats, vai uzbērta pietiekami bieza akmens šķembu kārta, cik precīzi uzklāts asfalta segums u. tml. Tā nerastos arī iespēja ar kādu ieekonomētu akmens šķembu kravu netīšām nogriezties pa kreisi!

Ar tādu pašu mobilo laboratoriju jaunos ceļus vajadzētu pārbaudīt vismaz reizi gadā – vai pareizi uzbūvēti. Bet vecajiem ceļiem – var pārbaudīt drošību, lai neveidotos bedres vai avārijas (vēl pirms pāris gadiem bija gadījums, ka pie ceļa bija uzsprāgusi karstā ūdens caurule, smiltis izskalotas, bet asfalts pa gabalu nešķita bojāts, kamēr pāri gāja kāds bērns, iekrita un… neglābjami applaucējās). Lai šādas nelaimes nebūtu, celtniekiem vajadzētu uzmanīgāk izpētīt, kādas komunikācijas ir tajās vietās, kur paredzēts būvēt ceļu. Kas zina, vai negadās uzrakties virsū kādam aizmirstam gāzes vadam!

 

Birokrātija vai politika?

Pirms gadiem diviem TSI piedāvāja šo ideju kā Eiropas attīstības un rekonstrukciju fonda projekta Latgales Akadēmiskais Parks sastāvdaļu, lai varētu aprīkot busiņu ar pārvietojamo pazemes lokācijas laboratoriju un pārbaudīt ceļus Latgales reģionā. Rezultāts diemžēl tradicionāls: projekts saņēma atbalstu Latgales reģiona un vietējo pašvaldību līmenī, arī vairākos Rīgas rajonos, bet, nonākot līdz ERAF projektu konkursa vadībai (ministrijas līmenī), saņēma atteikumu formālu iemeslu dēļ (šie attīstības un rekonstrukcijas fondi esot paredzēti tikai valsts organizācijām, bet TSI tāda nav). Īstenībā to pat nevar dēvēt par formālu pieeju jautājuma risināšanā, jo nevienā ES dokumentā nav teikts, ka ERAF projektos nevarētu piedalīties privāti uzņēmumi, tieši pretēji – tas tiek veicināts. Pietiek atcerēties tik vien kā valsts un privātās partnerības karogu, kas tiek vicināts ik uz soļa! Vai tiešām ministriju ierēdņiem vēl jāpierāda, ka arī privātajā augstskolā var mācīties jebkurš Latvijas (un ne tikai Latvijas) iedzīvotājs, bet labuma guvējs no konkrētā projekta būtu Latgales reģions?! Tādos gadījumos nevilšus pasprūk tāda banāla frāze kā te ož pēc politikas…

Tomēr, par laimi, ne jau ierēdņi virza progresu, un tāpēc jau neapstājas pētījumi zinātnieku laboratorijās un augstskolu auditorijās. TSI iesniedzis jaunu projektu par līdzīgām tēmām un joprojām tic, ka izdosies sākt auglīgāku sadarbību arī ar Satiksmes ministriju. Sabiedrība būtu ieguvēja – ceļi būtu kvalitatīvāki, tik ātri nenodiltu, nebūtu tik bieži jālāpa.

 

Skatīties tikai uz priekšu!

Darbs dzen darbu un aizvien jaunas idejas tā vien laužas uz āru, lai tās pētītu, vērtētu, un galu galā izmantotu visas sabiedrības labā. Nav laika prātot, kas bijis, kas varētu būt, ceļš ir tikai viens – uz priekšu. Kā saka profesors Grakovskis, viņu institūta zinātnieku pienākums ir pētīt un veiksmīgākos risinājumus piedāvāt klientiem. Galvenais, lai klienti zina, kur šādus risinājumus meklēt, un ko viņi no tiem iegūs. Lūk, daži piemēri.

 

Ko iegūst celtnieki un viņu nākamie klienti - jaunbūves iemītnieki?  

Pirms sāk kaut ko būvēt, jāpārbauda, kas ir attiecīgajā vietā zem zemes. Ar radiolokācijas signālu apstrādes pētījumu palīdzību var iegūt pazemes komunikāciju analīzi, izpētīt, vai nav bīstamas situācijas, ja uzrokas virsū kam neparedzētam, piemēram, betona kanalizācijas kolektoram, elektrokabeļiem, nesprāgušām aviobumbām u.c.

Pēta arī grunts struktūru, pārbauda, vai pamats ir pietiekami stabils, vai kaut kur nav izskalots ģipša slānis (t.s. karsta parādība).

Šo metodi izmanto arī ēku pamata pārbaudei ne tikai pirms būvēšanas, bet arī uzceltai mājai, pētot diagnostiku, kāpēc parādās plaisas.

 

Ko iegūst ģeologi un tie, kas vēlas zem zemes ko atrast?

Radiolokācijas zondēm var ieprogrammēt dažādus uzdevumus, piemēram, var izpētīt t.s. ģeoloģisko šķērsgriezumu. Atsevišķie impulsi ir redzami atšķirīgās krāsās, tos var ieprogrammēt konkrētā attālumā citu no cita, atkarībā no tā, ko meklē un cik kvalitatīvus mērījumus vajag. TSI zinātnieki izstrādājuši metodi, kas palīdz atrastos objektus identificēt daudz ātrāk un precīzāk. Tā nodēvēta par morfoloģisko signāla apstrādes metodi, kurā tiek izmantotas skaitļošanas ģeometrijas principi.

 

Ko nākotnē varētu iegūt slēpotāju glābšanas dienesti kalnos?

- Mūsu kolēģi no bijušās zemvirsmas radiolokācijas problēmu laboratorijas sākuši veidot sadarbību ar Šveici, lai no helikoptera pēc lavīnas varētu atrast sniega apraktus cilvēkus, kurus ne vienmēr izdodas sameklēt ar suņiem, - stāsta Aleksandrs Grakovskis. - No helikoptera zondējot sniegu, var panākt labāku (un ātrāku) efektu. Cilvēks salīdzinājumā ar sniegu ir silts, ap viņu izveidojas ledus garoza, un tieši to uztver un atstaro radiolokatora antena. Šobrīd vēl notiek eksperimenti, bet gan jau pasaule uzzinās ko vairāk, kad pienāks laiks…

 

 

Gunta KĻAVIŅA

 

 

 

TSI, Telekomunikāciju katedra

Lomonosova ielā 1, Rīgā, LV – 1019

Tālr. (+371) 67100654

Fakss (+371) 67100535

E-pasts: tsi@tsi