Gør sensorer infrastrukturen mere sikker?

Blot at køre ned ad vejen giver dig en fornemmelse af den aktuelle tilstand af vores infrastruktur:smuldrer og trænger til reparation. Bortset fra eftermontering eller udskiftning af nuværende infrastruktur med ny konstruktion og materialer, ny teknologi som sensorer giver inspektører mulighed for at kigge ind i systemerne næsten kontinuerligt.

Men blot at placere en sensor på siden af ​​en bro, fører det ikke automatisk til omkostningsbesparelser og en mere sikker bro. I stedet er det dyrt at installere disse sensorer og afhænger af, hvordan en række faktorer arbejder sammen for at være gavnlige.

Forskere fra Carnegie Mellon University's Civil and Environmental Engineering (CEE) afdeling studerer virkningen af ​​information i beslutningstagning for infrastruktursystemer, udnytte tidligere arbejde med CEE-alumnen Milad Memarzadeh. I et papir for nylig offentliggjort i Strukturel kontrol Sundhedsovervågning , CEE-professor Matteo Pozzi og ph.d. studerende Shuo Li foreslog en generel ramme, der evaluerer fordelen ved at anvende sensor- og overvågningssystemer til infrastruktur baseret på information omkring infrastrukturkomponenten.

Forestil dig, at du er en broinspektør, og du vil vide, hvad der foregår inde i strukturen. De forskellige komponenter i broen ændrer tilstand på grund af aldring og nedbrydning, så der er usikkerhed om en komponents nuværende tilstand, og hvordan den vil nedbrydes over tid. En sensor eller et overvågningssystem ville give et flow af information, der ville give dig disse oplysninger, og du kan med jævne mellemrum kontrollere komponentens tilstand med et vist niveau af præcision. Hvis det bruges korrekt, systemet kunne forhindre et brokollaps. På samme tid, det kan også spare dig for unødvendig reparation, når broen ikke har brug for det.

"Det er ikke så indlysende, hvor meget af en investering der skal rettes mod sensorer, og hvor meget der skal bruges til eftermontering og udskiftning, " sagde Pozzi. "Det er stadig igangværende arbejde, vurdere, hvilke strukturer der skal overvåges, og hvor meget der skal investeres i hver af dem."

I en perfekt verden, vi ville anvende sensorer til ethvert infrastruktursystem. Men fordi finansieringsressourcerne er begrænsede, og sensorsystemer kan være dyre at implementere og vedligeholde, instrumentering af hver bro med et sensorsystem er ikke svaret. Derfor, det er vigtigt at evaluere den faktiske værdi af den information, som sensorerne leverer.

Rammen foreslået af Pozzi og Li fandt, at der er flere nøglefaktorer, der bestemmer værdien af ​​sansning:hvor hurtigt komponenten nedbrydes, hvilke handlinger du kan tage for at håndtere nedbrydningen, de økonomiske omkostninger forbundet med vedligeholdelse, udgifter til reparationer, omkostningerne i forbindelse med svigt eller fejlfunktion af selve sensoren, hvor præcis sensoren er, hvor ofte sensorerne giver dig et svar, og hvor hurtigt du kan reagere på informationen fra sensoren. For eksempel, hvis et sensorsystem giver nøjagtige oplysninger, men lederen ikke kan reagere hurtigt på informationen for at afhjælpe problemet i tide, det er måske ikke prisen værd at have sensorer. Når ressourcerne er begrænsede, og det er kompliceret at allokere midler i komplekse infrastruktursystemer, rammen søger at give kvantitativ vejledning.

"Investeringer i infrastruktur kan have en betydelig gevinst gennem øget sikkerhed og reduktion af trængsel og problemer på grund af transportnetværket, for eksempel, " sagde Pozzi. "Blandt disse investeringer, nogle kunne allokeres til eftermontering eller udskiftning af infrastrukturelle komponenter, og nogle kunne også allokeres til sensorer. Vores rammer er rettet mod enheder, der skal kontrollere og garantere sikkerheden i et bygget miljø, for at hjælpe dem med at træffe vigtige beslutninger vedrørende vores infrastruktursystemer."