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。
