Connect with us

Hi, what are you looking for?

Наука и технологии

Новое исследование предполагает, что мобильные данные, собранные во время путешествия по мостам США, могут помочь оценить их целостность

Хотите знать, хорошо ли держится мост Золотые Ворота? Для этого может быть приложение.

Новое исследование с участием ученых из Массачусетского технологического института показывает, что мобильные телефоны, размещенные в транспортных средствах, оснащенных специальным программным обеспечением, могут собирать полезные данные о структурной целостности при пересечении мостов. При этом они могли бы стать менее дорогой альтернативой наборам датчиков, прикрепленных к самим мостам.

«Основной вывод заключается в том, что информацию о структурном состоянии мостов можно извлечь из данных акселерометра, собранных смартфоном», — говорит Карло Ратти, директор лаборатории Sensable City Массачусетского технологического института и соавтор новой статьи, обобщающей результаты исследования.

Частично исследование проводилось на самом мосту Золотые Ворота. Исследование показало, что мобильные устройства могут собирать такую ​​же информацию о вибрациях моста , которую собирают стационарные датчики. Исследователи также подсчитали, что, в зависимости от возраста автомобильного моста, мониторинг с помощью мобильных устройств может увеличить срок службы конструкции на 15-30 процентов.

«Эти результаты показывают, что массивные и недорогие наборы данных, собираемые смартфонами, могут сыграть важную роль в мониторинге состояния существующей транспортной инфраструктуры», — пишут авторы в своей новой статье.

В журнале Nature Communications Engineering опубликовано исследование под названием «Краудсорсинговый мост показателей жизнедеятельности с использованием смартфонов в транспортных средствах» .

Авторами являются Томас Дж. Матараццо, доцент кафедры гражданского строительства и машиностроения Военной академии США в Вест-Пойнте; Даниэль Кондор, постдоктор в Центре сложных наук в Вене; Себастьяно Милардо, научный сотрудник Senseable City Lab; Сохейл С. Эшкевари, старший научный сотрудник DiDi Labs и бывший член Senseable City Lab; Паоло Санти, главный научный сотрудник Senseable City Lab и директор по исследованиям Итальянского национального исследовательского совета; Шамим Н. Пакзад, профессор и заведующий кафедрой гражданской и экологической инженерии Университета Лихай; Маркус Дж. Бюлер , профессор инженерных наук Джерри Макафи, профессор гражданской и экологической инженерии , а также машиностроения .в Массачусетском технологическом институте; и Ратти, который также является профессором практики на факультете городских исследований и планирования Массачусетского технологического института.

Мосты естественным образом вибрируют, и для изучения основных «модальных частот» этих вибраций во многих направлениях инженеры обычно размещают датчики, такие как акселерометры, на самих мостах. Изменения модальных частот с течением времени могут указывать на изменения в структурной целостности моста.

Для проведения исследования исследователи разработали приложение для мобильного телефона на базе Android для сбора данных акселерометра, когда устройства были помещены в транспортные средства, проезжающие по мосту. Затем они могли увидеть, насколько хорошо эти данные совпадают с данными, записанными датчиками на самих мостах, чтобы увидеть, работает ли метод мобильного телефона .

«В нашей работе мы разработали методологию извлечения модальных частот вибрации из шумовых данных, собранных со смартфонов», — говорит Санти. «Поскольку записываются данные о нескольких поездках по мосту, шум, создаваемый двигателем, подвеской и вибрациями движения, [и] асфальтом, имеет тенденцию к устранению, в то время как основные доминирующие частоты появляются».

В случае с мостом Золотые Ворота исследователи проехали по мосту 102 раза с включенными устройствами, и команда также использовала 72 поездки водителей Uber с активированными телефонами. Затем команда сравнила полученные данные с данными группы из 240 датчиков, которые были размещены на мосту Золотые Ворота в течение трех месяцев.

В результате данные с телефонов совпали с данными датчиков мостика; для 10 конкретных типов низкочастотных вибраций инженеры, измеряемые на мосту, имели близкое соответствие, а в пяти случаях не было расхождений между методами вообще.

«Мы смогли показать, что многие из этих частот очень точно соответствуют основным модальным частотам бриджа», — говорит Санти.

Однако только 1 процент всех мостов в США являются висячими. Около 41 процента составляют мосты с бетонными пролетами гораздо меньшего размера. Таким образом, исследователи также проверили, насколько хорошо их метод будет работать в этих условиях.

Для этого они изучили мост в Чампино, Италия, сравнив 280 поездок автомобилей по мосту с шестью датчиками, которые были размещены на мосту в течение семи месяцев. Здесь исследователи также были воодушевлены результатами, хотя они обнаружили расхождение до 2,3% между методами для определенных модальных частот по всем 280 поездкам и расхождение на 5,5% по меньшей выборке. Это говорит о том, что большее количество поездок может дать больше полезных данных.

«Наши первоначальные результаты показывают, что только [небольшого количества] поездок в течение нескольких недель достаточно, чтобы получить полезную информацию о модальных частотах моста», — говорит Санти.

Глядя на метод в целом, Бюлер отмечает: «Вибрационные сигнатуры становятся мощным инструментом для оценки свойств больших и сложных систем, начиная от вирусных свойств патогенов и заканчивая структурной целостностью мостов, как показано в этом исследовании. Это универсальный сигнал. широко распространен в естественной и искусственной среде, которую мы только сейчас начинаем исследовать в качестве диагностического и генеративного инструмента в инженерии».

Как признает Ратти, есть способы уточнить и расширить исследование, в том числе учесть влияние крепления смартфона в автомобиле, влияние типа автомобиля на данные и многое другое.

«Нам еще есть над чем работать, но мы считаем, что наш подход можно легко масштабировать — вплоть до уровня всей страны», — говорит Ратти. «Возможно, она не достигнет той точности, которую можно получить с помощью стационарных датчиков, установленных на мосту, но она может стать очень интересной системой раннего предупреждения. Небольшие аномалии могут подсказать, когда следует проводить дальнейшие анализы».

Новое исследование предполагает, что мобильные данные, собранные во время путешествия по мостам США, могут помочь оценить их целостность

Теги: приложение