地下聲波反向探測新技術：美國研究團隊成功揭露道路與鐵路下方隱藏隧道

反向聲波探測：從地下向上發射信號

美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory, ORNL）研究團隊近期展示了一種全新的地下隱藏隧道探測方法，透過從目標下方而非上方傳送聲波信號，成功辨識出威脅道路、鐵路及其他關鍵基礎設施的地下隱蔽結構。

該研究由 ORNL 的 Mike Kass 博士領導，團隊在實驗室園區進行了實地測試。他們將傳統的探測流程翻轉過來，從隧道下方向上傳送聲波，藉此產生獨特的次諧波信號。

Kass 博士表示：「我們的假設是，如果反轉信號方向，從潛在隧道下方而非上方發射信號，就能捕捉到原本會散逸的信號散射，進而提升探測效果。」

突破傳統探測的瓶頸

從地表探測地下隧道一直是工程界的一大挑戰。工程師通常仰賴多種感測技術，包括地震調查、透地雷達（Ground-Penetrating Radar）及電阻率法等。然而，這些方法在富含黏土的土壤及複雜的地下環境中往往效果有限。

從地表發射的高頻信號雖能偵測小型空洞，但在地下傳播時會快速衰減；低頻信號雖能傳得更遠，卻常常遺漏較小的細節。為了克服這些挑戰，ORNL 團隊決定反轉整個探測流程。

研究團隊發現，當聲波繞過隧道結構時，會產生獨特的次諧波信號，這成為隱藏空洞存在的明確指標。地表感測器即可捕捉該信號，確認隧道的存在。

據團隊說明，這項方法的靈感來自廣泛應用於石油與天然氣探勘的「垂直地震剖面法」（Vertical Seismic Profiling）。傳統上，該技術是將感測器設置在鑽孔外部，記錄地表的能量波。而 ORNL 團隊則反其道而行，將聲源放置在地下，在地表測量產生的振動。

實地驗證成果

為了在真實環境中驗證這套系統，團隊在地下約 10 英尺（約 3 公尺）處安裝了一條 40 英尺（約 12 公尺）的鋼製隧道，並透過鑽孔將聲源降至最深 30 英尺（約 9 公尺）的深度。

在地表，他們佈設了一系列地音器（geophone）——一種高靈敏度的振動感測器——用以記錄隧道安裝前後聲波在地下傳播的變化。

ORNL 資深研發研究員 Charles Finney 博士在聲明中表示：「測試過程中，地音器偵測到了明顯的次諧波信號。後續量測顯示，該信號僅在隧道存在、且聲源位於其下方時才會出現。」

未來發展方向

研究結果揭示了一種能有效提升隱藏地下結構辨識能力的探測方法。團隊認為，由於次諧波信號僅在聲源位於隧道下方時出現，這項技術還可能協助估算隧道的深度。

研究團隊計劃進一步精進這項技術，未來將評估其在不同土壤類型中的表現，同時探索是否能利用信號的時間差與強度，建構更精細的地下結構影像。這項突破性技術若能成熟應用，將對道路、鐵路等關鍵基礎設施的地下安全檢測帶來重大助益。

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