桥梁健康监测中的物联网与云计算

这俨然是一个新概念比新技术更多的时代。

早上看到学校通知,图书馆有关MOOC的讲座,一时感慨。这种大规模的公开课程,不就是五六年前的麻省理工公开课(我不清楚是不是麻省理工首先推出的这种形式),以及我国十多年前就开始推行的网络精品课程的同门兄弟么?只不过当今有了成熟的硬件设备以及大规模的互联网生态,促使这种内容形式以另一个名称重生了。于此类似的,网络脱口秀与单口相声,大概也可算作一例。

在桥梁结构健康监测领域,也有人弄出新概念,这就是物联网云计算等等。

那么,这两个新概念是如何应用到桥梁领域中的呢?

桥梁健康监测领域现存的问题

传统的桥梁监测多采用巡检与抽样监测技术,因难以长期实时监控,桥梁长期处在无监管的状态下。在桥梁部署实时监控系统是解决桥梁监测与管理的一种重要手段,但从目前实际应用情况来看,尚存在系统实施难度大、投入费用高、灵活性与可靠性差等弱点,尤其是已建成的混凝土桥梁及偏远地区桥梁,因为难以持续供电、远程数据传输,监测系统往往较难发挥作用。

实际工作中经常遇到的情况,要么是长期课题难以保证具有可操作性,要么是人到了桥梁现场发现传感器的线路大多已被破坏(很多时候是路人好奇,把传感器线路弄断了)。

解决方案

物联网的技术可分为四个层次:感知技术、传输技术、支撑技术与应用技术。于此对应地,需要有一个多层级的桥梁健康监测系统。

先看几篇文章的插图:

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首先,要通过传感器实现桥梁数据的获取。

包括三方面内容:

桥梁环境参数:如风向风速、温湿度、气压等,设置有风向风速传感器、温湿度传感器、气压传感器等;

桥梁整体振动监控子系统:测量桥梁整体结构沿纵、横向振动参数,设置有GPS振动测量系统;

桥梁结构应力应变监控子系统:采集结构的动静态应力应变参数,设置有电阻式应力应变传感系统或者光纤光栅传感系统,较好地掌握桥梁的受动态荷载(车辆、地震、台风)下结构的响应;

第二步,将数据传输到监控中心

这里用到的技术手段就太多了,从有线设备,到无线传输。无线传输也分为Wi-Fi和GPRS等多种方案,不知道以后会不会还能有蓝牙、可见光通信Li-Fi……

这个环节往往是电子专业的人士参与完成的。

第三步,桥梁模型分析

用于将每个桥梁安全状态数据采集与处理子系统上传的桥梁安全监控数据输入到对应桥梁的结构模型,计算得出在当前环境及受力状态下不同桥梁安全指标参数,包括结构变形、结构疲劳状态、结构动态响应等;

第四步,做出反馈

根据模型分析结果,对桥梁状态做出三方面的评估:

(1)承载能力评估,桥梁各组成部分在强度、刚度等方面是否满足现有运输荷载的要求以及能否适应运输荷载的进一步发展;

(2)耐久性评估,指建桥材料的耐久性和结构抗疲劳损伤的性能,即迄今为止的疲劳损伤度及剩余寿命;

(3)适用性评估,主要指车辆通过桥梁时走行的安全性和舒适度等

--------------------问题来了--------------------------

1.与以往的桥梁监测系统相比较,物联网的精髓,即物-物之间的联系体现在哪里了?整个系统如果在没有人的干预下,是否可以真正投入使用?

2.每一个环节都有技术瓶颈。至今,传感器获取的桥梁结构响应仍需要操作人员的经验对数据进行去伪存真,即便数据获取完全可靠,那模型分析结果也需要考虑太多的影响因素来做综合判断。虽然英国人已经做出了所谓基于物联网的智能桥梁,但机器发过来的预警信号是不是每次都准确,会不会经常误报搞成“狼来了”都不好说。

3.模型分析过程中的云计算的确是技术潮流。前几年PDF文本的OCR还比较困难,即便号称文字识别神器的ABBYY FineReader也时常会导致电脑死机。而如今小小的手机APPs涂书笔记竟然可以做到瞬间高质量识别,百度开发这么一款软件,还真是给他们的百度云计算服务做了一个大广告。

1_副本

或许类似以上的桥梁监测APP用上云计算之后,会有更大的用途

4.和开头聊的那些新概念一样,基于无线传输的桥梁长期健康监测系统也不是新生事物,我国的一些南方高校几年前也都做过。只不过还是那句话,计算机的人工智能时代还没有到来,比传输数据更高级的物-物通信协议还没有重大突破,今天看到的一切都还只是雏形。

未来是什么样?只有到时候了才知道。

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说不定我这一生涓滴意念,侥幸汇成河,而且是一条大长河

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