“分布式”传感系统或许是未来桥梁健康监测的趋势

想到这个原题,源自于一本书和一篇博士学位论文。这本书叫做《失控:机器、社会与经济的新生物学》,这篇论文是武汉大学结构工程学科汪琴的《基于多Agent的大跨连续梁桥施工控制系统及其关键技术研究》。

关于《失控》,百度百科里有详细介绍,这里就不多说了。只是太多的IT界、互联网界和创新产业界对这本书推崇备至,而作为“传统行业”的制造业、建筑业以及我们桥梁业界对这么个“新思想”还没能转过弯来——话说这已经是在该书出版20年之后的今天了。书中介绍的“分布式智能”观点,即用若干个思维简单的小单位取代看似完善的大系统,已经开始在生活的方方面面有所体现,尤其是以“云技术”为代表的互联网行业中。

在桥梁行业中,几十年都没有很大的技术革新。拿桥梁监控、监测为例,如今所谓“国内领先国际先进”的技术方案,无外乎也是使用成熟的传感设备,用现成的计算理论和分析软件,最终出一个漂漂亮亮的研究报告,解决几个实际工程中的问题,如是而已。

施工现场需要监测的内容方方面面,比如构件截面尺寸、施工临时荷载、混凝土容重、弹性模量、温度、湿度、应力应变、主梁挠度(形变)、悬臂施工中的挂篮变形、墩台沉降观测、预应力管道摩阻损失……这些项目中的任何一个,都没有太多可挖掘的创新点。高精度传感器的开发(如何屏蔽掉混凝土应力测试中的诸多干扰因素)、施工期间各参数指标对长期收缩徐变的影响(这没有个几年的数据都白搭)、传感器传输方式创新(无线传感器、传感器的远程数据传回与控制等)算是几个方向,但都称得上是劳民伤财,效果还不一定很好。

于是,把思路打开,让这些指标混在一起,协同发挥效果,如何?

汪博士在其论文中给Agent下了定义:“Agent应该是这样的一个计算单元,它具有能够控制问题求解机理的功能,这个计算单元可能是一段程序,也可能是一

个机器人……Agent需要具备在没有其他干预时控制其自身行为和内部状态的自治能力、进行Agent与Agent或Agent与环境交互的社交能力、能对所处环境的变化

做出反应并通过行为改变环境的反应能力、并具有能采取积极主动的目标驱动的行为的主动性。”

在某个具体实际工程案例中,这个多Agent系统体现为用.NET技术编写的软件:

在这个系统中,桥梁结构分析的数据部分是用桥梁博士做的,基于灰色-神经网络的参数识别系统数据是由Matlab做的,软件本身并不具备有限元分析或其他数据分析的功能——按我的理解,这实际上是个专家系统,根据现场数据进行比对、调取和优化。

但是这个“多Agent”的概念还是不错,若是再进一步,把这几个环节再分得彻底一些,而且用单片机而不是PC做中转,把有限元和数据分析功能集成到软件中——这样就可以实现完全通过传感器网络自身进行施工监测了——人连看数据都不需要,出现应力过大等问题的时候软件直接报警,那可就真正的高大上了。

这个想法完全有可能实现的。

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