Eine neue Methode zur Vermessung möglicher Glasfaserrouten

Sep 05, 2023

Um unsere Vision für das Metaversum zu verwirklichen, müssen wir eine Netzwerkinfrastruktur neu konzipieren, die in der Lage ist, die Computerplattformen der Zukunft zu unterstützen. Obwohl das Metaversum noch in weiter Ferne liegt, sind Teile davon bereits im Gange und wir arbeiten bereits mit Telekommunikationsunternehmen auf der ganzen Welt zusammen, um gemeinsame, offene Glasfasernetze zu entwickeln, die diese Arbeit unterstützen können. Durch die Kostenteilung und die Bereitstellung von Netzwerkkapazität für ganze Marktökosysteme tragen offene Netzwerke dazu bei, heute mehr Menschen reichliches, erschwingliches und qualitativ hochwertiges Internet zur Verfügung zu stellen – und schließlich das Versprechen des Metaversums einzulösen.

Als wir begannen, darüber nachzudenken, potenzielle Glasfaserrouten in der Demokratischen Republik Kongo (DRC) zu vermessen, wussten wir, dass befestigte Straßen (die für die Verlegung dieser Glasfaserkabel von entscheidender Bedeutung sind) knapp waren, was bedeutete, dass wir einen anderen Ansatz benötigen würden, um eine zu ermitteln Umfangreicher Datensatz zur Information über unsere Baukostenschätzungen. In Zusammenarbeit mit Sofrecom und seinen Partnern Groupe CVA und SOTEK Group haben wir eine neuartige Technik zur Vermessung von Glasfaserrouten implementiert, die dynamische Kegelpenetrometer (DCP) und Gammastrahlenspektrometer nutzt, um den Vermessungsprozess zu beschleunigen und die Kostengenauigkeit zu verbessern Kostenvoranschläge für den Netzwerkbau, mit denen Unternehmen schnell feststellen können, ob ein neues Projekt realisierbar ist.

Bei den meisten Meta-Glasfaserprojekten arbeiten wir mit Partnern aus der Telekommunikationsbranche zusammen, um Netzwerke zu planen und bereitzustellen. Der Prozess beginnt mit der Identifizierung von Standorten, die Meta und unsere Partner verbinden möchten, und dann verwenden wir OpenStreetMap-Daten (OSM) mit unseren Netzwerkplanungstools, um Routenoptionen zu iterieren und ein optimales Design auf mittlerer Ebene auszuwählen (d. h. welche Straße). Nach einer weiteren Feinabstimmung der Entwürfe in Zusammenarbeit mit Projektpartnern gehen wir zum letzten Schritt über: Fertigstellung eines Entwurfs auf niedriger Ebene (d. h. auf welcher Straßenseite) mithilfe verschiedener Felduntersuchungstechniken, um Daten über potenzielle Bauhindernisse zu sammeln.

Im Rahmen des Prozesses ermitteln wir auch die Menge der für ein Projekt benötigten Materialien sowie die bevorzugten Baumethoden. Anhand dieser Daten können wir dann sowohl den Zeit- als auch den Kostenaufwand für die Bereitstellung eines Glasfasernetzes abschätzen. Beides sind wichtige Inputs für die Beurteilung der finanziellen Machbarkeit eines Projekts.

Eine Möglichkeit, die Genauigkeit von Kostenschätzungen für unterirdische Glasfasernetze zu verbessern, ist die Klassifizierung der Bodenbedingungen. Dies ist wichtig, da das Volumen des zu grabenden Bodens ein wesentlicher Kostenfaktor und die Bodendichte ein anderer ist: Je härter der Boden, desto mehr Aufwand ist erforderlich und desto höher sind die Kosten.

Eine gängige Methode zur Erfassung von Bodendichtedaten ist die Verwendung eines dynamischen Kegelpenetrometers (DCP). Dieses Gerät schätzt die Bodendichte (gemessen in Megapascal), indem es die Kraft, die erforderlich ist, um einen Stahlstab in den Boden zu treiben, mit der durch diese Kraft erreichten Stabtiefe korreliert. Durch wiederholtes Schlagen der Stange bis zur gewünschten Tiefe (z. B. zwei Meter) kann ein Bodendichteprofil von der Oberfläche bis zur Endtiefe berechnet werden. Ein DCP ist ein relativ kostengünstiges Instrument und einfach zu verwenden, aber es ist kein schneller Prozess. Darüber hinaus sind die Messungen stark örtlich begrenzt. Um wirklich einen Mehrwert zu liefern, müssen viele Tests durchgeführt werden – leicht Dutzende pro Kilometer –, was den Zeit- und Kostenaufwand für eine Vermessung erheblich erhöht.

Eine weitere Methode zur Schätzung der Bodendichte sind Daten, die mit einem Gammastrahlenspektrometer gesammelt werden. Dieses Gerät ist in der Bergbauindustrie weit verbreitet und macht sich die Tatsache zunutze, dass in vielen Mineralien Spurenmengen radioaktiver Elemente vorhanden sind. Ein Spektrometer kann Gammastrahlungsemissionen von Elementen wie Uran, Thorium und Kalium erkennen und messen. Solche Daten können analysiert und zur Schätzung der Bodendichte verwendet werden, da die Strahlungsquelle und die Strahlungsniveaus von der Bodenzusammensetzung und der Bodenpartikelgröße abhängen. Obwohl die Datenerfassung mit einem Spektrometer teurer und komplexer als ein DCP ist, erfolgt sie hochgradig automatisiert, und eine Person kann schnell darin geschult werden, Daten für die Fernnachbearbeitung und -analyse durch Spezialgeologen zu sammeln.

Eine weitere Stärke eines Spektrometers ist seine Fähigkeit, Bodenheterogenität zu erkennen. Es kann erkennen, wo Veränderungen im Untergrundzustand auftreten. Wenn die Emissionen in einem Gebiet ähnlich sind, kann man relativ sicher davon ausgehen, dass der Boden im gesamten Gebiet homogen ist. Dies ist wichtig, da die Spektrometerergebnisse eine Kalibrierung anhand von Kontrolldaten erfordern. In unserem Fall werden die Steuerdaten über DCP erfasst.

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Straßen sind für den zeitnahen und kostengünstigen Ausbau von Glasfasernetzen von entscheidender Bedeutung. Das Verlegen von Glasfaserkabeln entlang von Straßen ermöglicht einen einfachen Transport der für die Installation eines Netzwerks erforderlichen Materialien, Geräte und Arbeitskräfte. Straßen vereinfachen auch künftige Abläufe, da Netzwerktechniker zurückkehren müssen, um die Glasfaser für ihre mehr als 20-jährige Lebensdauer zu überwachen und zu warten.

Der Bau und die Instandhaltung von Straßen (und Brücken) sind jedoch teuer. Dies gilt insbesondere für einige Länder wie die Demokratische Republik Kongo. Mit einer riesigen Geographie von 2,3 Millionen Quadratkilometern (von der ein großer Teil mit Regenwald bedeckt und von Flüssen und Bächen durchzogen ist) und einem jährlichen Pro-Kopf-BIP von etwa 1.000 US-Dollar konnte die Demokratische Republik Kongo nur 3.000 km asphaltierte Straßen entwickeln (ähnlich wie Luxemburg, ein Land, das 0,1 Prozent so groß ist wie die Demokratische Republik Kongo). Dies bedeutet, dass die Logistik von Glasfaserprojekten in der Demokratischen Republik Kongo kompliziert und kostspielig ist.

Als wir also begannen, über die Untersuchung potenzieller Glasfaserrouten in der Demokratischen Republik Kongo nachzudenken, wussten wir, dass möglicherweise ein anderer Ansatz erforderlich sein könnte, um einen umfassenden Datensatz zu sammeln, der unsere Baukostenschätzungen besser unterstützen könnte. Wir machten uns auf die Suche nach einer innovativen und bahnbrechenden Technik zur Routenvermessung und fanden sie in einer von Sofrecom und seinen Partnern Groupe CVA und SOTEK Group vorgeschlagenen Lösung.

Mithilfe eines DCP in Verbindung mit einem Spektrometer, das an einem Allradfahrzeug mit hoher Bodenfreiheit montiert ist, haben wir einen Hochgeschwindigkeitsprozess zur Klassifizierung der Bodendichte entwickelt:

Auf diese Weise wurde die Anzahl der DCP-Tests für die Untersuchung minimiert, wobei eine relativ kleine Sammlung von DCP-Testergebnissen zur Kalibrierung einer großen Menge an Spektrometerdaten verwendet wurde. Parallel zu den DCP-Messungen wurde eine auf einem mobilen Gerät mit GPS laufende Anwendung verwendet, um herkömmliche Vermessungsdatenpunkte wie Bauhindernisse sowie ökologisch und kulturell sensible Bereiche zu erfassen. Mit diesem Verfahren konnten wir eine detaillierte Karte des geografischen Informationssystems erstellen, die typische Vermessungsdaten mit detaillierten Informationen zum Bodenzustand kombiniert, und das alles ohne Verlängerung des Vermessungszeitraums.

Eine Einschränkung eines Spektrometers besteht darin, dass es nicht zur Datenerfassung unter gepflasterten Oberflächen verwendet werden kann, da die Materialien in Asphalt und Beton einige der gleichen radioaktiven Elemente enthalten, die auch in Böden vorkommen, sodass alle Ergebnisse stark verzerrt wären. Da es in der Demokratischen Republik Kongo jedoch so wenige befestigte Straßen gibt, konnten wir die Straßenverhältnisse zu unserem Vorteil nutzen.

Wirtschaftliche Faktoren stellen oft ein Hindernis für die Konnektivität dar, insbesondere in Schwellenländern, wo die Projektkosten oft denen in entwickelten Märkten ähneln. Darüber hinaus sind die kurzfristigen Renditen im Vergleich zu entwickelten Märkten häufig geringer, was auf Faktoren wie eine geringe Internetverbreitung und ein geringes Einkommen zurückzuführen ist. Wir hoffen, dass Methoden wie die oben beschriebenen das Projektrisiko auf der ganzen Welt durch solide Basisdaten reduzieren, mehr Projekten dabei helfen, ihre anfänglichen Business-Case-Hürden zu überwinden und einige der Unbekannten zu beseitigen.

Mit dieser Technik haben wir die Vermessung von mehr als 5.000 km potenzieller Glasfaserrouten in der gesamten Demokratischen Republik Kongo abgeschlossen, es ist jedoch möglich, diese Methode zu verbessern. Auch andere Technologien wie hyperspektrale Bildgebung und Bodenradar sind als Datenerfassungstechniken vielversprechend. Natürlich sind wir führend in den Bereichen Computer Vision und maschinelles Lernen, Bereiche, die für die Bearbeitung dieser Art von Umfragen sehr nützlich sind. Unsere Fähigkeiten in diesen Bereichen können auf diese Art von Datensätzen angewendet werden, um zukünftige Routenvermessungen zu unterstützen, indem:

Im letzten Jahrzehnt haben wir gemeinsam mit Partnern aus der Telekommunikationsbranche Milliarden von Dollar investiert, um die Konnektivität auf der ganzen Welt zu verbessern. Zu diesen offenen, kollaborativen Bemühungen gehören Internetaustausch und betreiberneutrale Colocation, um die Vorteile unserer grundlegenden Infrastrukturinvestitionen wie Glasfaser- und Unterseekabel zu erweitern. Wir haben aus erster Hand gesehen, wie branchenweite Zusammenarbeit die globale Konnektivität verbessern und erweitern kann. Während wir dazu beitragen, die Grundlage für das Metaversum zu schaffen, werden wir weiterhin Projekte vorantreiben, die dazu beitragen, dass Menschen überall auf der Welt in dieser kühnen Zukunft erfolgreich sein können.

Wir möchten Ibrahima Ba, Fabrice Ouandji und Clive Van Hilten für ihre Arbeit an diesem Projekt danken.