传感器如何监测桥梁以确保我们的安全

发布时间：2021-03-01 18:57:51来源：IEEE电气电子工程师

点击

上方“IEEE电气电子工程师”即可订阅公众号。网罗全球科技前沿动态，为科研创业打开脑洞。

桥梁对我们的基础设施至关重要，它需要定期维护，以确保汽车、卡车、铁路车辆和经常通过它们的行人的安全。但是，许多桥梁的历史都有50年或更长了，市民有可能每天都要穿过存在结构缺陷的桥梁。

IEEE高级会员ClintAndrews表示：“桥梁的结构健康监测阐明了哪些维修需要优先考虑。推迟中的维修积压已经变得如此严重，有很多地方需要进行投资维修，但正确的方法是根据及时的状态信息确定优先级。”

技术人员正在利用传感器和其他智能技术来监测和保护我们的桥梁，如果结构倒塌，则不会对基础设施或相关人员造成无法弥补的损害。

当传感器被用于探测灾难性结构故障的早期预警时，它们也在收集地震或飓风等自然天气事件后必要的结构维修的重要数据。

“在民用管理方面，无线传感器通常用于监测和报告桥梁的物理状况，如滑移系数和湿度，”IEEE会员李浥东表示。“预估不同路段的交通量将为系统进一步分析和决策提供非常有用的信息。”

收集此类数据也有助于城市管理，为公众提供实时交通状况。

李浥东说：“这个系统产生的信息可以与短信服务相结合，这些服务可以作为交通拥堵情况、自动红绿灯计时器、地理信息系统和分析工具来提醒用户，同时也有助于帮助管理交通和规划交通网络的扩展。这项技术将提高交通流通的效率，将设计和管理层面的风险和采取纠正措施的时间降到最低。”

传感器也用于偏远地区的紧急救援情况。IEEE高级会员AiyappanPillai解释说：“如果路边出现紧急情况，由于交通拥挤，附近无法提供紧急服务，在这种情况下，可以通过附近的无线传感器连接自动触发紧急车辆，将现场的位置详细信息共享给这些服务。”

传感器如何保护桥梁？

一种无线传感器装置，也称为无线传感器节点，具有连接到处理单元、通信单元和电源单元的传感单元。传感器还具有存储内存。

传感单元可以包括一个或多个传感器，用于获取感兴趣的任何物理现象的数据，例如温度、湿度、应变和加速度。还有一个信号调节单元，它包含一个模数转换器（analog-to-digitalconverter，ADC）单元，用于转换模拟信号。处理单元是节点的主控制器。它负责管理无线传感器节点的操作，包括感知和无线通信。它通常由具有处理和数据存储能力的车载电脑（即微控制器单元）组成。

“当我们监控桥梁时，我们应用大量的传感器节点来构建一个无线传感器网络（wirelesssensorsnetwork，WSN），而传感器则构建数据采集子系统，”李浥东补充道。

李浥东解释说，无线传感器网络可以获取两种类型的数据采集子系统：

控制和数据分析子系统

控制和数据子系统收集和处理数据，然后采取适当的预定措施来解决或防止交通问题。

通信子系统

通信子系统通过无线链路实现无线传感器节点之间的通信。这些链路依赖于传输介质，可以是射频（RF）、光、声或磁感应链路的形式。

传感器并不是利用技术确保我们基础设施安全的唯一方法。Pillai说，边缘计算、5G、物联网、人工智能和机器学习与其他尖端技术相结合，正在为许多国家的公民提供突破性的基础设施进步。

往期推荐

推荐阅读

2-01ElizaStrickland

2-03PrachiPatel

2-04MichelleHampson

2-20EvanAckerman