Мониторинг структурной целостности часто используемых и стареющих мостов — сложная работа, которая часто включает в себя массивы дорогостоящих датчиков, но новое исследование продемонстрировало, как смартфоны однажды могут выполнять эту тяжелую работу. Ученые показали, как приложение можно использовать для обнаружения трудноуловимых вибраций, указывающих на вероятность обрушения моста, положив начало недорогому краудсорсинговому решению для поддержания такой важной инфраструктуры.
Чтобы отслеживать состояние моста, инженеры настраиваются на естественные вибрации, известные как модальные частоты, которые могут меняться со временем, чтобы выявить изменения в целостности структуры (конструкции). Этого можно достичь с помощью датчиков, таких как акселерометры, которые размещаются на мосте, и мы видели, как беспроводные сенсорные системы могут предложить более дешевый путь вперед, а также как автономные дроны могут упростить такие операции.
Вместо этого авторы нового исследования попытались использовать существующие сенсорные системы в повседневных смартфонах. Команда создала приложение для Android специально для сбора данных акселерометра смартфона о модальных частотах транспортных средств, проезжающих по мостам. Идея заключалась в том, чтобы заставить их работать и посмотреть, насколько хорошо данные совпадают с данными, собранными традиционным набором датчиков мониторинга моста.
Это было проверено на мосту Золотые Ворота в Калифорнии: исследователи проехали по мосту 102 раза с запущенным приложением, а также попросили водителей Uber сделать то же самое в течение 72 поездок. Затем данные сравнивались с данными модальной частоты от набора из 240 традиционных датчиков, которые были прикреплены к мосту Золотые Ворота в течение трех месяцев. Команда обнаружила, что данные телефона довольно точно отражают данные, собранные традиционными датчиками, предлагая довольно точное соответствие 10 типам низкочастотных вибраций, на которые инженеры обращают внимание в этих случаях. В пяти случаях разницы не было вообще.
«Мы смогли показать, что многие из этих частот очень точно соответствуют значимым модальным частотам моста», — сказал автор исследования Паоло Санти (Paolo Santi), главный научный сотрудник лаборатории Senseable City Lab Массачусетского технологического института.
Мост Золотые Ворота — это висячий мост, и на этот тип приходится всего 1% всех мостов в США. Чтобы расширить эти выводы и изучить, как эта технология может применяться к железобетонным пролетным мостам меньшего размера, которые составляют около 41 процента, команда обратилась к мосту этого типа в Чампино, Италия.
Эта часть исследования включала в себя 280 поездок автомобилей по мосту с установленным на борту приложением для смартфона, при этом данные сравнивались с данными набора из шести датчиков, которые были прикреплены к мосту в течение семи месяцев. Хотя исследователи обнаружили расхождение в данных по определенным модальным частотам до 2,3%, они с энтузиазмом относятся к потенциалу, поскольку это было улучшением по сравнению с расхождением в 5,5%, наблюдаемым в меньшем наборе данных. Это говорит о том, что дальнейшее расширение данных за счет большего количества поездок может еще больше повысить точность метода.
«Нам еще есть над чем работать, но мы считаем, что наш подход можно легко масштабировать — вплоть до уровня всей страны», — сказал соавтор Карло Ратти (Carlo Ratti). «Возможно, он не достигнет той точности, которую можно получить с помощью стационарных датчиков, установленных на мосту, но он может стать очень интересной системой раннего предупреждения. Затем небольшие аномалии могут подсказать, когда проводить дальнейшие анализы».
Команда также изучила, как включение такого рода данных со смартфонов в планы технического обслуживания мостов может повлиять на их долговечность, и подсчитала, что мониторинг с мобильных устройств может добавить от 15 до 30% дополнительных лет к их сроку службы.
«Эти результаты показывают, что массивные и недорогие наборы данных, собираемые смартфонами, могут сыграть важную роль в мониторинге состояния существующей транспортной инфраструктуры», — пишут авторы.
Исследование было опубликовано в журнале Communications Engineering.
Источник: MIT.