投稿邮箱

digitcw@163.com

您的位置:首页 > 产业观察 >
IEEE专家:交通基础设施监测,无线传感器大有可为
作者:数字通信世界   添加时间:2021-04-16
IEEE专家在本文阐述了无线传感器在交通基础设施监测中的巨大应用前景。
在我国,高速铁路、公路和桥梁所组成的庞大交通网络连接着广袤的高原与海岸,覆盖美丽的乡村和喧闹的城市。一方面,城市轨道交通贯穿城市中心,为千千万万的市民提供日常出行便利;另一方面,由于我国地理环境的复杂性,桥梁和隧道作为交通基础设施发挥了极其重要的作用。因此,如何通过科技实现对交通基础设施的长期稳定监测和及时维护,成为重要的议题。
IEEE高级会员、北京交通大学计算机与信息技术学院副院长李浥东教授表示,“无线传感器技术,可以有效监测桥梁等交通基础设施的物理状况,并能为交通系统提供进一步分析决策的实时信息,提高交通网络的流通效率。” IEEE专家Clint Andrews和Aiyappan Pillai也从他们的领域出发,分享了科技助力交通基础设施维护的相关见解。
 
无线传感器技术和无线传感器网络(WSN)
“无线传感器设备,也称为无线传感器节点, 它的基本组成模块包含传感单元、处理单元、无线通信单元以及电源单元。根据具体的应用需求,节点还可以包含额外的辅助元件,例如附加存储器及驱动单元。”李浥东教授介绍道。
 
传感单元可以包括一个或多个传感器,用于获取所需的物理现象数据,如温度、湿度、压力和加速度等;传感器收集到的模拟信号,通过信号调理单元中的模拟数字转换器(Analog-to-digital converter,ADC)转换为数字信号,从而进行进一步的分析处理;而处理单元是无线传感器节点的主控制器,负责管理传感单元和无线通信单元,通常由具有处理和数据存储能力的车载计算机(即微控制器单元)组成。
“在监测桥梁时,我们应用大量的传感器节点构建一个无线传感器网络。”李浥东教授进一步解释道,“无线传感器网络(wireless sensors network, WSN)可以通过数据采集子系统(收集关键的信息数据)、控制和数据分析子系统(处理收集到的数据,帮助交通系统进行决策),以及通信子系统(通过无线链路实现无线传感器节点之间的通信)共同发挥作用,使得未来交通系统更加高效及安全。
 
传感器为桥梁健康“听诊把脉”
桥梁,作为交通基础设施中重要的一环,需要通过定期维护,从而确保过桥车辆及行人的安全。然而,日常生活中许多桥梁已有50年甚至更久的建造历史,因此,市民有可能每天都穿行于存在结构危险的桥梁上。
 
桥梁结构健康监测(Structural Health Monitoring,SHM)是一种基于无线传感器的主动防御型方法,即将无线传感器网络安置于桥梁上,就像为桥梁装了一个24小时在线联网的“听诊器”,帮助我们进行桥梁物理状况的日常监控及维护。李浥东博士表示:“无线传感器可以监测和报告桥梁的物理状况,如滑移系数和湿度。“ 而对于严重老化急需维修的桥梁,无线传感器还可以帮助我们做出最高效的维修决策。IEEE高级会员Clint Andrews介绍道:”在有很多地方都需要投资维修的情况下,我们可以根据无线传感器收集到的实时状态信息,确定维修的先后次序。”
 
更进一步,无线传感器还可以应用于罕见大型突发事件的监测。对于灾难性的桥梁结构故障,例如结构坍塌,传感器可以通过对异常数据的监测,向维修人员发布早期预警;此外,在地震和飓风等自然灾害发生后,无线传感器还可以快速诊断其对桥梁等大型基础设施的影响,保障桥梁结构的稳定,避免造成无法弥补的损害。
 
无线传感器助力智慧交通
除了可以监测桥梁的健康状况以外,无线传感器技术还能帮助我们对交通状况进行分析和决策,助力智慧交通。李浥东博士表示:”在城市交通中,无线传感器收集到的数据,可以用在对不同路段交通量的预估上,为智慧交通系统提供有用的分析决策信息,从而提高交通流通的效率。“例如,智慧交通系统可以与手机短信服务相结合,利用无线传感器收集到的数据,提醒用户交通拥堵的情况;还可以结合地理信息系统,帮助政府高效地管理交通和规划交通网络的扩展。
 
此外,无线传感器还可以帮助应对偏远地区的紧急情况。IEEE高级会员Aiyappan Pillai解释说:“如果在偏远地区出现紧急的情况,而由于交通拥堵无法联系到附近的支援服务,在这种情况下,可以通过附近的无线传感器连接自动触发应急车辆,将事发现场的详细位置信息第一时间共享到附近的救急服务。“
 
除了无线传感器技术以外,IEEE高级会员Aiyappan Pillai补充道,边缘计算、5G、物联网、人工智能和机器学习等技术也与其他尖端技术相结合,正在为许多国家的基础设施建设提供突破性进展。
 
 
IEEE 专家简介
李浥东博士,IEEE高级会员,北京交通大学计算机与信息技术学院副院长。李浥东博士的研究方向主要在隐私保护与信息安全、数据挖掘与社会网络分析、云计算与物联网、并行与分布式计算、智能交通等,曾主持包括国家自然科学基金、国家重点实验室开放课题在内的6项省部级以上纵向科研项目及军工项目,并参与包括教育部创新团队、北京自然科学基金、基本科研业务费专项等在内的15项科研项目。