传统基础设施得到数字化升级

发布时间：2022-02-14 19:54:22来源：IEEE电气电子工程师

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物联网、5G和人工智能如何提高传统基础设施的安全性和可持续性。

道路、桥梁、水坝、城市列车线路、学校，和路灯——几十年来，这些基础设施一直是由混凝土、沥青和钢制成的。

然而，基础设施也越来越多地采用了数字技术，目标是让传统基础设施更安全、更可持续、更高效。

参考了最近的一些例子：当LED路灯与光、声音和其他信号的传感器配对时，美国圣地亚哥市的能源使用量下降了60%；在亚利桑那州，2018年，热摄像头和警告信号阻止了十几名错向司机进入高速公路；加州居民现在是地震预警系统的受益者，该系统为他们提供了到达安全地点的关键时间。

在纽约，新完成的TappanZee大桥更换件包括多个传感器，用于监测电缆应变、温度、疲劳和腐蚀等结构状况。其他传感器监测恶劣天气下的路况，而另一组传感器管理桥梁上的LED照明。

IEEE高级会员PreethyWarrier表示：“数字化改造为现有基础设施增加了一个新的技术层，从而使数据能够以标准化的方式传输。”

下面介绍了物理基础设施正在经历数字化转型的一些方式。

可持续发展的电网

电网是地球上最大的基础设施之一。它们正在升级，以适应更多的可再生能源。

据国际能源署（InternationalEnergyAgency）统计，2020年可再生能源在全球电力中的份额为29%，高于2019年的27%。据国际可再生能源机构（InternationalRenewableEnergyAgency）称，2020年新增的80%的新能源产能来自可再生能源。但可再生能源也是间歇性能源。太阳不能每天24小时提供电力，且有些最大风量的时段是夜间，而此时需求量却最低。

IEEE会员KyriBaker说：“越来越多的传感器和数据收集方法正在出现，这为利用这些数据加强基础设施的设计和运行创造了许多机会。例如，在电网中，这些传感器有助于在停电发生之前准确定位并预测问题，由此来避免大规模停电。在整个电网中收集的历史数据可以帮助电网运营商确定可能需要升级的位置，或某一设备可能出现故障的时间。”

即时报告

5G提供了从车辆网络进行协作感知的绝佳机会，而无需在道路上安装额外的传感器。这可能对自动驾驶汽车有用。但它也可能对道路的预测性维护有用。换句话说，你的车可能会在坑洼形成之前报告。

5G允许将车辆传感器数据和车辆运动发送到中央服务器，用于确定道路和基础设施问题，并用于以后的维护，”IEEE会员BilinAksun-Guvenc表示，“同样的工具也可用于指导道路使用者优化道路上的负载，使其能够持续更长时间。”

与数字孪生一起优化

数字孪生是现实世界中物体、机器或系统的虚拟模型，可以用来评估现实世界中的对应物的表现。数字孪生模型包括数字模拟和来自真实世界系统的实时传感器数据，以使模型保持最新。

听起来似乎很复杂？这样想一下：在港口，运营商有叉车、船只和集装箱。数字孪生可能会在所有这些资产上使用传感器来建立港口运营的模型。它还可以将该模型与天气数据或有关水流和航道泥沙深度的信息相结合。然后可以使用人工智能和机器学习来分析来自传感器的数据，以优化操作。数字孪生可以应用于港口、桥梁、公路和其他类型的基础设施。

还有待观察的是，正在改善基础设施的数字技术在多大程度上被集成到更全面的系统中。然而，显而易见的是，这些项目正在形成智慧城市发展的基石。

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