Исследователи Университета Аалто в Хельсинки разрабатывают интеллектуальную систему автоматического мониторинга состояния конструкции зданий и сооружений. Эта система способна оповещать о повреждениях в конструкциях мостов, атомных станции, парковых аттракционов и других сооружений.
Это позволит предотвратить дальнейшее развитие повреждений, а также лучше приготовиться к разрушениям следующим, например, за стихийными бедствиями.
Сенсоры прикрепляются к конструкции подвергающейся мониторингу, и измеряют любые изменения ее состояния. Эти измерения затем передаются по радиосвязи компьютеру, который обрабатывает и анализирует эти данные. Целью мониторинга является обнаружение любых повреждений конструкции, а также определение их местонахождения, размеров и серьезности. Полученные данные также можно использовать для предсказания времени оставшейся до разрушения конструкции.
Мониторинг необходим для обеспечения безопасности объектов инфраструктуры и для предотвращения угрозы жизни людей. Также систему можно использовать для наблюдения за состоянием исторических памятников. Всесторонний мониторинг может спасти жизни людей и сэкономить средства на ремонт.
«Спектр потенциального применения данной системы весьма широк, это мосты, небоскребы, трубопроводные системы атомных станций, ветряные электростанций, грузоподъемные краны, космические корабли, морские суда, парковые аттракционы», – перечисляет Юрки Куллаа (Jyrki Kullaa), руководитель проекта ISMO (Intelligent Structural Health Monitoring System).
Мониторинг состояния зданий особенно важен в регионах, где часто происходят стихийные бедствия. В дополнение к обычному мониторингу, система способна вести мониторинг состояния конструкции в режиме реального времени, там, где это необходимо.
«Например, во время землетрясения можно определить существует ли угроза обрушения здания или моста. Это даст возможность вовремя провести эвакуацию и предпринять другие меры предосторожности», – объясняет Куллаа.
Мониторинг состояния конструкции может быть основан на измерениях повторяющихся вибрации проводимых в разное время. Возможные повреждения определяются через выявление любых изменений в период после установки сенсоров. Например, уменьшение частоты вибрации конструкции может означать повреждение конструкции и уменьшение жесткости. При этом будут учтены другие факторы, влияющие на вибрацию, такие как температура и влажность. «Все конструкции вибрируют с различной частотой. Это как отпечатки пальцев у людей», – говорит Куллаа. Система может фиксировать также и другие показатели необходимые для выявления возможных повреждений.
Вибрация конструкции это очень быстрый процесс. Чтобы определить ее, сенсоры должны быть способны производить около 1000 измерений в секунду. Измерения должны быть также строго синхронизированы – максимальная разница во времени проведения измерения между разными сенсорами должна составлять не более пяти миллисекунд.
Количество сенсоров также влияет на всесторонность полученных данных. В принципе одного сенсора достаточно для выявления повреждения, но благодаря тому, что они являются беспроводными, возможна установка множества сенсоров. Система ассоциирует повреждение с наиболее близко расположенным сенсором; это означает, что чем большее число сенсоров установлено, тем с большей точностью будет определено местонахождение повреждения. Например, на трех мостах в Гонконге Цинг Ма, Тинг Кау и Кап Шу Мун установлено в общей сложности около 900 подобных сенсоров.
«Как мотивировать заказчиков инвестировать в систему, если мост предположительно начнет разрушаться после десятилетий эксплуатации? Часто такие системы мониторинга устанавливаются лишь по требованию властей или после того как произойдет какое-нибудь происшествие. Технологии имеют свойство развиваться благодаря авариям и катастрофам», – говорит Куллаа.
Стоимость системы состоит из первоначальных инвестиций, установки и обслуживания. Обслуживание системы будет максимально облегчено, система имеет способность оповещать о сломанных сенсорах. Также сенсоры будут настолько энергоэффективными насколько это возможно.
Источник: PHYS.ORG