Akıllı binalar, akıllı şehirler depremlerin yıkıcılığını nasıl azaltabilir?

Maliyeti 300 dolar seviyesinde olacak olan her bir özel IoT ağ geçitleri ve maliyetleri 4-5 dolar seviyesinde olan sensörler günümüz şartlarında ülkemiz içerisinde yerli bir şekilde geliştirilip kullanılabilinir. Her bir ağ geçidine yaklaşık 1.000 sensörün bağlandığını ve veri ilettiğini düşünecek olursak bu çalışmanın maliyeti geleneksel çözümlerden kat be kat daha ekonomik olacaktır. Bina başına yaklaşık 75 dolar gibi bir maliyet ile uygulanabileceğini öngördüğüm bu sistem teknoloji bilgisi (know-how) ve üretimini sağlayacak alt yapı ile hali hazırda ülkemizde rahatlıkla karşılanacaktır.

*****

Cemal AKBABA

Başımız sağ olsun Türkiye. 6 Şubat sabahı güne Pazarcık’tan gelen çok acı bir haberle uyandık. Henüz olup biteni anlamaya çalışırken gün ortası Elbistan’la beraber bir kez daha yıkıldık. Keşke bu yaşanılanlar kötü bir rüya olsa ve 6 Şubat sabahına yeniden uyansam, diye çok iç geçirdim. İnsanların yol olup bölgeye aktığı, büyük bir yardım seferberliği başlattığı bu süreçte birçok can kaybı, maddi ve manevi bir yıkım yaşadık maalesef.

Kahramanmaraş merkezli depremler bize acı bir şekilde deprem gerçeğini tekrar hatırlattı. Bu yüzden Türkiye coğrafyasının birçok bölgesinin fay hatları ile çevrili olduğunu düşünecek olursak, kalıcı ve sürdürülebilir önlemleri hemen her alanda uygulamak durumundayız.

Dijitalleşen dünyada akıllı uygulamalar hızla etrafımızı sarıyor, insanlığı ileri ufuklara taşıyor. İşte bu gerçeklerden yola çıkarak akıllı şehirler inşa ederken binalarımızı da teknoloji olarak akıllı bir hale getirmeli, deprem vb. afetler için önleyici tedbirler kapsamında projeler geliştirmek zorundayız. Bu bağlamda afetlerin maddi ve manevi zararlarının yönetimi konusunda bilgi ve iletişim teknolojilerinin kullanımı önemli faydalar sağlayacaktır.

Afet yönetim sistemleri büyük veriyi yorumlayacak ve karar destek uygulamaları ile eşzamanlı çalışabilecek şekilde konumlanmalı ve akıllı şehir ağ sistemleri ile entegre bir çözüm olarak çalışabilmelidir.

Akıllı şehir nedir?

Akıllı şehirler, ‘nesnelerin interneti’ (IoT) teknolojisini kullanarak sensörler aracılığıyla veri toplama yönetimiyle şehirlerin kaynaklarını, hizmetlerini ve varlıklarını verimli bir şekilde yöneten, stratejik planlar üretmede destek sağlayan, çevreye uyumlu dijital ve fiziksel sistemleri ile kişilerin yaşam kalitesini artıran fonksiyonel, sürdürülebilir ve yaşamsal teknolojiler ile desteklenmiş şehirlerdir.

Akıllı şehirlerde büyük veriyi üretecek çözümler, deprem ve afet gibi acil yönetim sistemlerinde kritik bir bilgi akışı için büyük önem arz edecektir. Bu büyük veri şehirlerde; hastaneler, okullar, trafik ve ulaşım sistemleri, su şebekeleri, enerji santralleri, kamu vb. hizmetleri izlemek ve yönetmek için insanlardan, nesne ve cihazlardan toplanan veriler ve analizler içermelidir.

Nesnelerin interneti (IoT) tabanlı deprem uyarı sistemleri

Günümüzde Japonya, dünyadaki en gelişmiş erken uyarı sistemine sahiptir. Bu sistemler, fay hatlarının yakınında son derece hassas algılayıcılar yerleştirerek çalışırlar. Bunlar, merkezi sunucular ile uydu, telefon, internet ve diğer iletişim kanalları vasıtasıyla iletişim kurarlar. Sistem Japonya’da yaklaşık bir milyar dolara mal olmuş. Bu sistemler yerine maliyeti azaltıp etkinliği artıran IoT tabanlı erken uyarı sistemlerinin kullanılması, doğrudan insan hayatına etki eden bu önemli teknolojiyi yaygınlaştıracaktır.

Stanford Üniversitesi tarafından finanse edilen özel bir şirket binlerce deprem sensörünü bulut tabanlı bir sunucuya bağlamak için interneti kullanan bir çözüm geliştirmişti. Kullanılan her bir sensör, depremleri saptayan tremorları ve algoritmaları ölçen bir ivmeölçer içermekte olup bir deprem tespit edildiğinde saniyede yüzlerce sinyal gönderir. Sensör verileri, tek tek cihazlar arasında bir araya toplanır ve deprem merkezinin bulunduğu ve sismik dalgaların zarar verdiği yerlerin belirlenmesi için hesaplama motorları tarafından işlenir.

Geliştirilen bu sensör ağı, kullanıcı ile merkez üssü arasındaki mesafeye bağlı olarak 90 saniyeye kadar uyarı sağlayabilir. Sismik dalgalar saniyede yaklaşık 2 mil hareket ettiğinden, eğer deprem merkezinizden 30 mil uzakta yaşıyorsanız, deprem sizin yerinizi etkilemeden önce 15 saniyelik bir uyarı alırsınız. Uyarı sisteminin kullanıcıları, güvenliği sağlamak için zamana sahip olacaklardır. Bu veriler ışığında depremler bulunduğunuz alana gelmeden birtakım önlemler alınıp can kaybı azalacaktır.

Geleneksel deprem sensörleri binlerce dolara mal oluyor. Nesnelerin internetinin burada bize sağlayacağı en önemli fayda, sensör maliyetlerini büyük miktarda azaltıyor olmasıdır. İkinci büyük faydası, algılayıcıların bulut tabanlı sunuculara ara bağlantısını sağlayan, internet bağlantısının her yerde olmasıdır. Geçen her saniye, binlerce ileti, algılayıcılardan, analiz ve uyarı için sunuculara gönderilir. Veri bilimcileri, daha önce erişilemez olan verileri toplamakta, böylece şehirlerimizi daha akıllı ve daha güvenli hale getiren çözümlerin geliştirilmesine yönelmektedir. IoT çalışmaları ile yaklaşan bir deprem için ileri uyarının olması yaralanmaları önleyecek ve hayat kurtaracaktır. Düşük maliyetli sensörler, internet bağlantısı ve bulut servislerinin kullanılması şehirlerin ve ülkelerin bu yatırımları yapmasına olanak sağlayacaktır.

Depremde haberleşme altyapısı ve akıllı cihazların rolü

Deprem yönetimi ile ilgili süreci iki aşama olarak ele almamız gerekiyor. İlki, yıkıcı depremler öncesi bina izleme sistemleri ve tedbir alıcı önlemler, ikincisi ise deprem sonrası hasar takibi ve afet yönetim sistemleri.

Akıllı şehir çözümlerinin, ulaşımdan hastaneye, enerji hatlarından yoğunluk haritasına varıncaya kadar bir bütün olarak ele alınması gerektiğini vurgulamıştık.

Büyük veriyi sağlayacak bu akıllı uygulamaların anlık olarak veri paylaşması ve birbiriyle entegre çalışabilmesi için en öncelikli konulardan biri iletişim ağının kesintisiz olarak hizmet vermesidir.

Yaşadığımız depremde telekomunikasyon operatörlerinin baz istasyonlarının da depremden dolayı hasar görmesinden kaynaklı ve aşırı yoğunluk nedeniyle iletişimde aksaklıklar meydana geldi. Sesli görüşme ve veri hattı (internet) deprem vb. afetlerde hayati önem taşıyor ve kesintisiz hizmet vermesi gerekiyor.

Haberleşme altyapısı fiber hatlar kadar mobil ve uçan baz istasyonları ile mümkünse de uydu üzerinden desteklenmelidir. Afet bölgesinde acil sistemlerin, akıllı şehir uygulamaları ve insanların kullandığı akıllı cihazların iletişimde kalması için internetin kesintisiz olarak hizmet vermesi kritik önem taşımakta.

Haberleşmede nesnelerin interneti (IoT), yani internete bağlanacak sensörler iletişim ağı için mobil internete ihtiyaç duymaksızın radyo frekansı üzerinden elde ettiği verileri en yakınındaki ağ geçidine, yaklaşık 10-15 kilometrelik uzaklıktaki bir mesafeye kadar iletebilen bir teknoloji sunuyor. Bu sensörler farklı alanlardan topladıkları yolların durumu, enerji hatları, yangın, su şebekeleri, hava şartları (sıcaklık, rüzgâr, karbondioksit vb.) ve binalara uygulanacak olan sensörlerden elde ettiği verileri afet bilgi sistemi ya da akıllı şehir platformu ile anlık olarak paylaşarak coğrafi bilgi sistemleri ve tematik haritalar üzerinden karar destek mekanizmalarının daha hızlı aksiyon almasına yardımcı olacaktır.

Afet öncesi tedbirler ve teknoloji

Maalesef deprem ülkemizin gerçeği ve üzülerek belirtmek lazım ki bu yaşadığımız son deprem olmayacak. Depremlere dayanıklı binalar inşa etmek, inşa edilen binanın konumu ve üretilirken kullanılması gereken teknik detaylar konunun uzmanları tarafından düzenli olarak vurgulanıyor. Tüm bu önleyici önlemler ve sismik izolatör vb. çözümler ile binalarımızı güçlendirirken teknoloji ile de desteklemeliyiz. Bu alanda yürütülen teknoloji çalışmalarının büyük bir çoğunluğu deprem uyarı sistemleri üzerine kurgulanırken binaların kendi özelinde takibi de bir o kadar önem arz ediyor. Binalarımızı teknoloji ile akıllandırırken yalnızca bina yönetim otomasyonları ya da yeşil enerji ile değil aynı zamanda olası titreme, salınım ve ivmelenme gibi hareketlerini izlenebilir ve takip edilebilir bir şekilde planlamalıyız.

İnternete bağlı olan sensörler (IoT) ile geliştirilecek olan çözümler ilgili mercilere binalarımızın hareketleri hakkında bilgileri anlık olarak iletebilir ve bu doğrultuda raporlar üretebilir. Örneğin belirli bir bölgedeki binalara geliştirilen deprem takip sistemi sensörleri yerleştirildiğini düşünelim.

Bu sensörlerden biri ivmeölçer olsun. Üç eksende (x,y,z) ivmelenmeyi ölçen, serbest düşüş ve eğim gibi durumlarda bilgileri anlık olarak yakaladığını düşünün.

İkinci sensörümüz Jiroskop sensörü olsun. Bu sensör yardımıyla binadaki açısal değişiklikler algılanarak raporlanır.

Üçüncü sensörümüz de Piezzo olsun. Titreşim sensörü olan Piezzo ile binadaki titreşimler yüksek hassasiyetli olarak algılanabilir.

Bu üç sensöre ek olarak ısı vb. sensörler eklenerek binanın ısı değeri ya da ölçmek istediğimiz diğer değerleri anlık olarak takip edebiliriz.

Bu saydığım sensörleri bir araya getirip tek bir ürüne dönüştürdüğümüzü düşünelim ve yazılım ile sensörlerin okuduğu tüm değerleri belli bir algoritmik hesap ve yapay zekâ desteği ile yorumlayıp, binalara göre kalibre edilmiş bu veriyi dilediğimiz kuruma iletebilir ve binanın hareketleri ile ilgili tüm verileri radyo frekansı üzerinden akıllı veri olarak paylaşabiliriz.

Kalibre edilmiş veri önemlidir, çünkü her binanın fiziksel özelliği ve konumuna göre belli eşik değerleri olacaktır. Örneğin yanından tren vb. raylı bir araç geçen bir binanın düzenli titreşimleri olacaktır.

Şimdi elimizdeki bu bina izleme sensörümüzün uygulandığı 100 binanın 4 şiddetinde bir depreme maruz kaldığını varsayalım. Yıkıcı olmayan bu depreme maruz kalan binaların elde ettiği verileri incelerken 90 binanın gönderdiği veriler 4 şiddetindeki bir depreme verilecek olan normal salınım verileri iken geriye kalan 10 binanın verdiği tepkiler 5 ve üzeri şeklinde hareket etmiş ya da tepki vermiş olsun. Yıkıcı olmayan bu depremin sonucunda biz 10 binanın normal tepki vermediğini ve olası daha büyük bir depremde bu binaların ayakta kalıp kalamayacağı konusunda elde ettiğimiz verilerden dolayı uyarı almış olacağız. Böylece bu binaların uzman kişiler tarafından gerekli teknik inceleme yapılması için ilgili kişi ya da kurumlara sistem tarafından raporlanmış olacaktır.

Afet anı ve sonrası koordinasyon

Akıllı şehir uygulamalarının, şehir sensörlerinin ve bina sensörlerinin eş zamanlı verilerini paylaştığı bir platformda afet koordinasyon sistemi için şehrin uçtan uca izlenmesi ve anlık durumunun takip edilmesi son derece önemlidir. Binalara uygulanan sensörler (IoT) olası bir kötü senaryoda serbest düşüş, ivmelenme, açısal değerler ve bina konumları gibi bilgileri internet ya da radyo frekansı üzerinden platforma iletebilir yapay zeka destekli yazılım bu sonuçları anlık olarak değerlendirip kaç binanın yıkıldığını harita destekli sistemde binaların konumları ile beraber paylaşıp acil müdahale için afet koordinasyon birimlerinin harekete geçmelerine yardımcı olabilir.

Yine akıllı şehir sensörleri ile afet bölgesinde trafiğin ve yolların durumu, enerji hatlarının ve su şebekelerinin durumu, ısı sensörleri ile yangın olan lokasyonlar, hastane ve okullardan gelen anlık veriler ile şehrin afet anında koordinasyonlu bir şekilde yönetimi, ekiplerin ivedi bir şekilde yönlendirilmesi, zarar tespit çalışmaları, hasarların belirlenmesi ve öncelik planlamaları akıllı şehir nesnelerinden gelen veriler ile daha hızlı ve sağlıklı olacaktır.

Tüm bu nesnelerden gelen verilere, insanların da cep telefonundan acil yardım için kullanabileceği bir mobil uygulama sağlandığında ve tüm bu kanallardan gelen veriler akıllı şehir platformuna iletildiğinde elimizde büyük bir veri havuzu olacaktır. Bu büyük veri kaç binanın yıkıldığını, kaçında açısal sapmasından dolayı ağır hasar olduğunu, insanların deprem mobil uygulamasından enkaz altından gönderdiği S.O.S ile konumu vb. bilgiler, depremin olduğu lokasyondaki enerji hatlarının durumu, altyapı bilgisi, trafik ve ulaşım bilgisi, bölgede yangın olup olmadığı vb. sayısız parametre anlık olarak takip edilebilir bir şekilde teknolojiden yararlanabiliriz.

Optimum sonuçlar için öneri

Şehirler ve binalar inşa ederken öncelikle teknik ve coğrafi tüm kriterler dikkate alınarak binalar yapmalı ve kontrol mekanizmalarımızı daha aktif kullanmalıyız. Depremin olmasını engelleyemeyiz, ancak ciddi tedbirler alıp yıkım gücünü minimize edebilir olası yıkım ile sonuçlanan depremlerde ise afet koordinasyonu ve karar destek süreçlerini teknoloji ile destekleyebilir ve hayati önemde sonuçlar alabiliriz.

Binalara uygulanacak her bir sensörün telekomünikasyon data hattı (sim kart) ile iletişim kurması ciddi maliyetler oluşturacağı için LoRaNetwork (Uzun menzil ağ) ve NB-IoT (Narrow band – işlemlerin belli bir frekans bandında yoğunlaşması) benzeri radyo frekansı boyutunda maliyetsiz bir iletişim ağına ihtiyaç var. Bu ağların yaklaşık 15 kilometrelik uzaklıktaki bir mesafeye kadar veri iletebilen bir teknoloji olduğunu tekrar hatırlatmak isterim. Benzer bir çözüm için IoT ağ sisteminin şehirlerde aktif hale gelmesi başta afet sistemleri olmak üzere sayısız şehircilik projesi için büyük bir alt yapı ve nesneler arası iletişim ağı sağlamış olacaktır.

IoT ağ geçitleri için henüz yeterli bir kapsamda olmasa da Nb-IoT sinyalleri GSM operatörleri tarafından sağlanmaya başladı, bunlara ek olarak yerel yönetimler de kendi özel IoT ağlarını kuracakları LoRaWan vb. ağ geçitleri ile destekleyebilir ve kapsama alanlarını yaygınlaştırabilirler.

Daha önceleri sensörlerin enerji sorunları, donanım ve veri hattı(sim kart) gibi iletişim maliyetlerinden dolayı sürdürülebilirlik açısından dezavantajlı bu sistemler artık uygulanabilir bir noktaya geldi. Haberleşme ve iletişim maliyeti LoRaWan ya da NB-IoT vb. radyo frekansları üzerinden maliyetsiz çözülürken, sensörlerin besleneceği enerji ise yaşam ömrü 10 yıla kadar olan bataryalar ile çözüme kavuşmuş durumda. Belli yıllarda yapılacak batarya değişimleri ile enerji sorunu olan yerlerde dahi sürekli ağa bağlı sensörler ile şehrin ritmi tutulabilir bir seviyede olacaktır.

Ürünler donanım seviyesinde planlanırken katmanlı bir yapıda olmalı ve ürünün sürdürebilir olması için katmanlar tak-çıkar mantığıyla kurgulanmalıdır. IP67 gibi ısıya, soğuğa ve sert darbelere dayanıklı bir kutu içerisinde muhafaza edilmelidir.

Örnek;

Ölçümünü yapacak olan sensörler (örn.: ivmeölçer, titreşim, ısı vb.)
Batarya (10 yıla kadar ömürlü)
Haberleşme katmanı (GSM, LoRaWan, NB-IoT vb)
Güvenlik katmanı

Şehirler inşa edilirken gerek binaların teknik olarak yapılma süreçleri olsun gerekse de teknoloji ile şehirleri uçtan uca çevreleyen sensör ağları olsun tüm bu çalışmalar insan hayatını daha güvenli ve konforlu olarak yaşaması içindir. Ancak şehirler ve binalar o coğrafyanın gerçeklerine göre inşa edilmeli ve planlanmalıdır.

Unutmayalım; şehirlerin de bir ruhu vardır.

————————————————

Kaynak:

https://fikirturu.com/insan/akilli-binalar-akilli-sehirler-depremlerin-yikiciligini-nasil-azaltabilir/