http://m.sharifulalam.com 2021-04-22 10:25 來(lái)源:中國(guó)科學(xué)報(bào)
前不久,《國(guó)家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》(以下簡(jiǎn)稱《綱要》)發(fā)布。為了全面提升交通設(shè)施安全水平,《綱要》提出,“強(qiáng)化交通基礎(chǔ)設(shè)施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)維護(hù)、安全評(píng)估,加強(qiáng)長(zhǎng)期性能觀測(cè),完善數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)診斷、維修處治技術(shù)體系”“推廣使用新材料新技術(shù)新工藝,提高交通基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量和使用壽命”……
“無(wú)線傳感器技術(shù)可有效監(jiān)測(cè)交通基礎(chǔ)設(shè)施的物理狀況,并能為交通系統(tǒng)提供進(jìn)一步分析決策的實(shí)時(shí)信息,提高交通網(wǎng)絡(luò)的流通效率。”IEEE高級(jí)會(huì)員、北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院副院長(zhǎng)李浥東說(shuō)。
無(wú)線傳感器:從技術(shù)到網(wǎng)絡(luò)
無(wú)線傳感器設(shè)備也稱為無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn),它的基本組成模塊包含傳感單元、處理單元、無(wú)線通信單元以及電源單元。“根據(jù)具體的應(yīng)用需求,節(jié)點(diǎn)還可以包含額外的輔助元件,如附加存儲(chǔ)器及驅(qū)動(dòng)單元。”李浥東介紹道。
他進(jìn)一步解釋,傳感單元可以包括一個(gè)或多個(gè)傳感器,用于獲取所需的物理現(xiàn)象數(shù)據(jù),如溫度、濕度、壓力和加速度等;傳感器收集到的模擬信號(hào),通過(guò)信號(hào)調(diào)理單元中的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),從而進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理;而處理單元是無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的主控制器,負(fù)責(zé)管理傳感單元和無(wú)線通信單元,通常由具有處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力的車載計(jì)算機(jī)組成。
李浥東表示,如在監(jiān)測(cè)橋梁等交通基礎(chǔ)設(shè)施時(shí),目前可應(yīng)用大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)建一個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。
具體而言,無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)(收集關(guān)鍵的信息數(shù)據(jù))、控制和數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)(處理收集到的數(shù)據(jù),幫助交通系統(tǒng)進(jìn)行決策),以及通信子系統(tǒng)(通過(guò)無(wú)線鏈路實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信)共同發(fā)揮作用,使得未來(lái)交通系統(tǒng)更加高效及安全。
安裝24小時(shí)在線聯(lián)網(wǎng)的“聽診器”
以橋梁為例,它作為交通基礎(chǔ)設(shè)施中重要的一環(huán),需要定期維護(hù)以確保過(guò)橋車輛及行人的安全。然而,日常生活中許多橋梁已有50年甚至更久的建造歷史。
試想,如果人們每天穿行于這些橋梁,將面臨很大的危險(xiǎn)。
“無(wú)線傳感器可以監(jiān)測(cè)和報(bào)告橋梁的物理狀況,如滑移系數(shù)和濕度。”在李浥東看來(lái),橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)是一種基于無(wú)線傳感器的主動(dòng)防御型方法,即將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)安置于橋梁上,就像為橋梁裝了一個(gè)24小時(shí)在線聯(lián)網(wǎng)的“聽診器”,幫助相關(guān)部門進(jìn)行橋梁物理狀況的日常監(jiān)控及維護(hù)。
“而對(duì)于嚴(yán)重老化急需維修的橋梁,無(wú)線傳感器還可以幫助我們作出最高效的維修決策。”IEEE高級(jí)會(huì)員、美國(guó)羅格斯大學(xué)規(guī)劃與公共政策學(xué)院副院長(zhǎng)Clint Andrews介紹,在有很多地方都需要投資維修的情況下,可以根據(jù)無(wú)線傳感器收集到的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息,確定維修的先后次序。
除此之外,無(wú)線傳感器還可以應(yīng)用于罕見大型突發(fā)事件的監(jiān)測(cè)。對(duì)于災(zāi)難性的橋梁結(jié)構(gòu)故障如結(jié)構(gòu)坍塌,傳感器可以通過(guò)對(duì)異常數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè),向維修人員發(fā)布早期預(yù)警。
使交通更智慧
除了可以監(jiān)測(cè)橋梁的健康狀況以外,無(wú)線傳感器技術(shù)還能幫助我們對(duì)交通狀況進(jìn)行分析和決策,助力智慧交通。李浥東表示:“在城市交通中,無(wú)線傳感器收集到的數(shù)據(jù),可以用在對(duì)不同路段交通量的預(yù)估上,為智慧交通系統(tǒng)提供有用的分析決策信息,從而提高交通流通的效率。”
例如,智慧交通系統(tǒng)可以與手機(jī)短信服務(wù)相結(jié)合,利用無(wú)線傳感器收集到的數(shù)據(jù),提醒用戶交通擁堵的情況;還可以結(jié)合地理信息系統(tǒng),幫助政府高效地管理交通和規(guī)劃交通網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。
對(duì)于應(yīng)對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)的緊急情況,IEEE高級(jí)會(huì)員Aiyappan Pillai解釋說(shuō),如果在偏遠(yuǎn)地區(qū)出現(xiàn)緊急的情況,由于交通擁堵無(wú)法聯(lián)系到附近的支援服務(wù),可以通過(guò)附近的無(wú)線傳感器連接自動(dòng)呼叫應(yīng)急車輛,將事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)的詳細(xì)位置信息第一時(shí)間共享到附近的救急服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)。
除了無(wú)線傳感器技術(shù)外,“邊緣計(jì)算、5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)也與其他尖端技術(shù)相結(jié)合,為許多國(guó)家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得突破性進(jìn)展提供支撐。”Aiyappan Pillai補(bǔ)充道。