Table of Contents
כאשר אסון טבע מכה - רעידת אדמה, שיטפונות, הוריקן או שריפות - גשרים אזרחיים הופכים להיות שני קווי חיים וחובות. רצף אחד התמוטט יכול לבודד קהילות, ליזום תגובה חירום, ולערער את הכלכלות המקומיות.אבל אותם סיכונים המאיימים על גשרים גם להפוך את העניינים קונבנציונליים, על הידיים על בדיקות מסוכנות, זמן, ולעתים קרובות בלתי אפשרי במקרים המיידיים, צצו טכניקות חיוניות לזיהוי, כדי להבטיח נזק חיוני עבור כלי תחבורה קריטיים אלה, כדי להבטיח את בטיחותיים, כדי להבטיח את כלי תחבורה קריטיים, כדי להבטיח את הנזקים, כדי להבטיח את המהנדסים קריטיים, כדי להבטיח את המשתנים במהירות, כדי להבטיח את המהנדסים קריטיים קריטיים, כדי להבטיח את הנזקים, כדי להבטיח את המשתנים במהירות, כדי להבטיח את המשתנים, כדי להבטיח את המשתנים קריטיים קריטיים קריטיים, כדי להבטיח את המשתנים במהירות, כדי להבטיח את הנזקים, כדי להבטיח את הנזקים קריטיים, כדי להבטיח את המשתנים במהירות, כדי להבטיח את המשתנים קריטיים קריטיים קריטיים קריטיים קריטיים, כדי להבטיח את הנזקים, כדי להבטיח את הטכניקות קריטיים, כדי להבטיח את הטכניקות קריטיים, כדי להבטיח את התקני בטיחותיים, כדי להבטיח את הטכניקות קריטיים, כדי
Need for Rapid Post-Disaster Bridge Assessment
כישלונות הגשר לאחר אסונות אינם היפותטיים. רעידת האדמה של קובי 1995 קרסה מספר חלקים מהירים, הוריקן קתרינה 2005 שטף עשרות גשרים החוף, רעידת האדמה של Christrch בשנת 2011 בניו זילנד הותירה גשר מנוע מרכזי עם שברים נסתרים שלקח שבועות למצוא על ידי בדיקה קרקעית.בכל מקרה, זמן בין האירוע לבין הערכה מבנית אמינה ישירות השפיעה על פעולות הצלה, התאוששות כלכלית, וסיכון של קריסת התמוטטות משנית.
בדיקות חזותיות מסורתיות דורשות מהנדסים מאונטנים לגשת פיזית לכל אלמנט מבני.לאחר אסון, גישה זו עשויה להיות חסומה על ידי פסולת, קרקע לא יציבה, או מי שיטפונות, להתמודד עם סיכון אישי של מחסומים, חרבר חשופים או חומרים רעילים.גם כאשר בדיקות בטוחות, ידניות איטיות - שינוי רב ברמת ההחלפה יכול לקחת ימים או שבועות כדי לבחון ביסודיות.
המטרה היא לא להחליף את הידות על הבדיקה לחלוטין, אלא גם לשלישייה: לזהות אילו גשרים זקוקים לסגירה מיידית, אשר יכול להישאר פתוח עם ניטור, אשר דורש חקירה משפטית מפורטת מספק את השורה הראשונה של סיווג מהיר, וכאשר בשילוב עם נתונים היסטוריים מודלים מבניים, זה יכול לעתים קרובות לזהות נזק בלתי נראה לעין העירומה.
סקירה של Sensing מרחוק בהנדסה אזרחית
חישה מרחוק בהנדסה אזרחית מתייחסת לרכישת מידע על אובייקט או אזור ללא מגע פיזי.המידע נאסף על ידי חיישנים רכובים על פלטפורמות כגון לווינים, מטוסים, מל"טים, או אפילו כלי רכב מבוססי קרקעיים.חיישנים אלה ללכוד קרינה אלקטרומגנטית (אור גלוי, אינפרא אדום, או לידר) משתקף או פולט על ידי המטרה, אשר לאחר מכן מעובד כדי להפיק מדידות משמעותיות על פירוק גיאומטריה, עיוות, מצב סביבתי.
השימוש בחישה מרחוק לתשתיות אינו חדש.צילום אווירי נעשה שימוש במשך עשרות שנים כדי למפות כבישים וגשרים.עם זאת, 15 השנים האחרונות ראו מהפכה ברזולוציה, תדירות ונגישות.דמי לוויין ברזולוציה גבוהה מציעים כיום רזולוציה גבוהה מציעות פיקסלים תת- 50-50 ס"מ, מכ"ם סינתטי (SAR) יכול לזהות תנועת קרקע בקנה מידה מילימטר, ורחפנים של צרכנים יכולים לשאת מטענים מקצועיים אלה שעשו בדיקות אפקטיביות.
העיקרון המרכזי הוא שינוי זיהוי.על ידי השוואת נתונים לפני-דיסקסטר עם תמונות לאחר או עננים נקודה, מהנדסים יכולים לזהות עיוותים, סדקים, הטיה, פיסול, ואינדיקטורים אחרים נזק.האתגר נמצא בזיהוי שינויים הקשורים לאסון משינוי סביבתי רגיל או רעש חיישן - משימה שטופלה יותר ויותר על ידי אלגוריתמים אוטומטיים.
טכניקות מפתח לגילוי נזקים
צילום: Satellite Imagery
חישה מרחוק מבוססת לוויין מספקת כיסוי מרחבי רחב ביותר ואת הזמנים המהירים ביותר של לוויינים אופטיים כמו אלה ב FLT:0Landsatph 1 ו- Sentinel-2 תוכניות מציעים תמונות חינם, מתון-resolution (10-30 מ"מ פיקסלים) שיכול לזהות עקירות בקנה מידה גדול, שינויים במים על פני השטח, ושדות סביב לפרטים, כגון קבוצות אוויריות מבוזרות או פתורות, כגון ריצוף 3, או פתורים, או פתורים, אשר עלולים, או פתורים, אשר עלולים, או רזולוציה של 30 פתורים, פתורים, פתורים, או פתורים, פתורים, פתורים, או פתורים, פתורים, או פתורים, פתורים, פתורים, 0 פתורים, פתורים, פתורים, פתורים, פתורים, פתורים, או פתורים, או פתורים, או פתורים, אשר יכולים לזהות פתורים, 0 פתורים, 0 פתורים, פתורים, פתורים, 0.
לדימויים אופטיים יש מגבלות: עננים מטשטשים את הנוף, ותמונות נתפסות רק במהלך ימי אור היום חולפות.חשוב יותר, חיישנים אופטיים מודדים את הרפתקת פני השטח, לא גיאומטריה.הם יכולים להראות כי גשר חסר תוחלת, אך לא יכול לכמת את הטיית פיזר או עומק קורוזיון.
(FLT:0) חיישנים אנתטיים (SAR) SAR (SAR)FLT) 1 מתגברים על כמה מהמגירות האלה. SAR חיישנים, כגון אלה על לוויינים Sentinel-1 או קבוצת COSMO-Skyed, משדר מיקרוגלנס שחדר עננים ועבודה בלילה.
כלי רכב אוויריים בלתי מאוישים (UAVs)
ד"רונים, או כלי רכב אוויריים בלתי מאוישים (UAVs), הפכו למטען העבודה של בדיקת גשר לאחר-דיסקסטר.הם מציעים את הגמישות לטוס קרוב למבנים, ללכוד זוויות של אובליק, ולעבור חללים הדוקים מתחת לסיפון או בתוך ג'ימי קופסה - מקומות שבהם לוויינים ומסוקים לא יכולים להגיע.
(FLT:0) photogrammetryFLT:1 מדמיינת מל"טים יכול לייצר עננים נקודתיים צפופים ומפות אורתומיסיות עם דיוק ברמה סנטימטרים.על ידי עף דפוס רשת מוגדר מראש סביב גשר, מפעיל יכול ליצור תאום דיגיטלי שניתן להשוות למודל דמוי-דלקתי או נתונים לפני LT, ספיקים, וחשוף מחדש של מחסנים ניתן לזהות תכונות של טמפרטורה של כדור הארץ, אך ניתן לזהות את ה-Framalraidanced, אך ניתן לזהות את התכונות של בדיקת טמפרטורה גבוהה יותר מאשר טמפרטורה או ריצוף של ריצוף, או ריצוף, או ריצוף של ריצוף מוקדם יותר מאשר טמפרטורה, אם כן, אם כן, אם כן, או ריצוף של ריצוף של ריצוף של , לדוגמה, או מחסנית של מחסנית של מחסנית של טמפרטורה של ריצוף של מחסנית של מחסנים, או מחסנית, מחסנית של מחסנית, מחסנית, מחסנית, או מחסנית, מחסנית של מחסנית של מחסנית, לדוגמה, לדוגמה, לדוגמה, מחסנית של מחסנית, מחסנית של ריצוף מוקדם של מחסנית טמפרטורה מחסנית של מחסנית של
בדיקות מל"ט אינן ללא אתגרים.סיבולת הטיסה מוגבלת - באופן זמני 20-40 דקות לסוללה. רוחות חזקות, גשם והריסות יכולות לקרקע פעולות.מגבלות רגולטוריות על טיסות מעבר לטווח הראייה במדינות רבות מונעות אוטומציה מלאה על רשתות גשר גדולות.
טכנולוגיית LiDAR
גילוי אור ו Ranging (LiDAR) משתמש הדופק לייזר כדי למדוד מרחקים אל פני השטח, יצירת ענן נקודה 3D צפוף. LiDAR יכול להיות רכוב על מל"טים, מסוקים, מטוסים או כלי רכב קרקעיים.עבור הערכת גשר, היתרון המרכזי של LiDAR על photogrammetry הוא כי זה ישירות אמצעי גיאומטריה ללא תנאי תאורה או משטח - זה עובד בלילה על משטחים קונקרטיים שבו מאבקי צילום.
(הופנה מהדף LT:0) ,LDARFLT 1 (המוקדש על מטוסים או מזל"טים) יכול ללכוד גשר שלם וסביבתו במעבר יחיד.על ידי השוואת שני עננים של נקודה שנלקחו בזמנים שונים, מהנדסים יכולים לזהות עיוותים קטנים כמו 1-2 ס"מ - חוסר יכולת לזהות תנועה, פירע, או סיפון:2Teralrial Restrir 3 (Lyd) אך ורק לאחר מכן יש צורך בדרגה גבוהה יותר גבוהה יותר, אך ורק לאחר מכן, אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם הוא גבוה יותר, אם הוא אינו בטוח, אם הוא אינו בטוח, הוא אינו בטוח, הוא מסוגל לזהות תנועה, או חסום, או חסום, או חסום, או חסום, או חסום, או , או , אם כי אם כי אם כי אם הוא גבוה יותר, הוא אינו בטוח, הוא אינו בטוח, הוא אינו בטוח, או חסום, הוא אינו בטוח, הוא אינו יכול להיות בעל משקל, הוא אינו יכול להיות בעל משקל, הוא אינו יכול להיות בעל משקל, הוא גבוה יותר, הוא אינו יכול להיות בעל משקל, אם הוא אינו בטוח, הוא אינו בטוח, אם הוא אינו בטוח,
מקרה בולט הוא השימוש של LiDAR לאחר הצפות בקולורדו 2013, שבו המחלקה של תחבורה בקולורדו השתמש ב- LiDAR כדי למפות נזק לאורך מאות קילומטרים של כביש המהיר, זיהוי כמה גשרים עם הטיה מושרה מפוספסת כי היו מפספסים על ידי בדיקה חזותית בלבד. .ליDAR נתונים משמש גם כבסיס מדויק למעקב עתידי, ויצרו את הבסיס של מערכת ניהול בריאות מבנית.
טכניקות מתפתחות אחרות
מעבר לשלושת התווך, מספר שיטות אחרות של חישה מרחוק מראות הבטחה להערכה של גשר לאחר-דיסקסטר.
(FLT:0) הדמיה אינפרא אדום אינפרא אדום אנדרטה 1 מלוויינים או מזל"טים יכול לזהות חללים תת-קרקעיים ומדכאות כי פגמים אלה משנים את זרימת החום דרך הסיפון, גרימת דפוסים נפרדים של טמפרטורת פני השטח במהלך מחזורים צלולים.
(FLT:0) Multi-spectral הדמיה של Hyperspectral Repher (ה-FLT) 1:1 ללכוד עשרות להקות ספקטרליות צרות, המאפשרות זיהוי של שינויים חומריים כגון הצטברות חלושה, כלור באגרסיביות, או ירידה בציפוי במידה רבה עבור גשרים, חיישנים היפר-ספקטרום הופכים קטנים יותר ומעשיים יותר עבור מטענים של מזל"טים.
(FLT:0Ground-based מכ"ם אינטרפרומטריה FIRLT:1) הוא טכניקה לוחית שיכולה לפקח על גשר מנקודת אחת מעבר לכך, מדידה של עקירות סטטיות או דינמיות עם דיוק תת-מילימטר.זה שימש כדי לעקוב אחר הרטטים הכבלים ונקודת תצפית מתחת לתנועה, אפילו ממרחק של כמה מאות מטרים.
שילוב עם מעקב בריאותי סטרקטי (SHM)
רגישות מרחוק היא החזקה ביותר כאשר משולב עם תוכנית ניטור בריאות מבנית מתמשכת.גשרים מצוידים בחיישנים קבועים - מדפי זנים, מדחות מתוחים, הטיטאמטרים - לספק התנהגות דינמית בסיס בסיס קבוע.כאשר אסון מתרחש, נתונים רגישים מרחוק ניתן לחלחל נגד קוראי חיישן אלה כדי להפריד נזק קבוע מאפקטים עומסים טרנספורמטיביים.
לדוגמה, שינוי פתאומי בתדר הטבעי של הגשר מזוהה על ידי accelerometers מציין אובדן של קשיחות.דמיית חישה מרחוק יכול אז למקם את אובדן הנוקשות - מחפש סדקים גלויים או עיוותים במקומות הצפויים. אלגוריתמי היתוך נתונים משלבים את הדיוק הזמני של חיישנים SHM עם כיסוי מרחבי של חישה מרחוק לייצר נזק מקיף זה מראה כי הוא מראה פוסט ק"מ של מחקר מודרני של 1 ק"מ הוא שילוב של נתונים.
היתרונות של טכניקות נסיונות מרוחקות
- (FLT:0Speed של הערכה: 1FLT) מעבר לווייני יחיד יכול לצלם רשת גשר שלמה בתוך דקות, בעוד צוותי מזל"ט יכולים לבדוק גשר בגודל בינוני בתוך שעה.
- (FLT:0) ,הסיכון של אנשי צוות: FLT:1 מפקחים נשארים במרחק בטוח מבניינים לא יציבים, מי שיטפון, או אזורים לאחר שהמידע מצביע על הגשר הוא בטוח מספיק קבוצות קרקע נכנס לאזור המסכן.
- (FLT:0) ברזולוציה גבוהה, נתונים מקיפים: FIRLT:1 חיישנים מודרניים מייצרים אלפי נקודות נתונים למ"ר רבוע, לכידת פרטים - סדקים, התיישבות מטבולית, פירוק עדין - שעין אנושית עשויה להחמיץ.התיעוד הדיגיטלי הוא קבוע, המאפשר השוואות עתידיות וניתוח טרנד.
- (FLT:0 היסטוריונים וגילויי שינוי: ארצ'רל 1) ודימוי אווירי קיימים עבור גשרים רבים היכרויות לאחור עשרות שנים.על ידי השוואת נתונים פוסט-דיסקסטריים הנוכחיים לארכיונים אלה, מהנדסים יכולים להעריך אם סטיות נצפות הן בשל האסון או ההידרדרות טרום-הסתירה.
- (FLT:0) calScalability: 1FLT) ניתן לפרוס במהירות על פני אזורים גיאוגרפיים גדולים.הוריקן עלול להשפיע על מאות גשרים לאורך קו החוף; ציים או מטוסים יכולים לכסות באופן שיטתי את האזור כולו, בעוד צוותי קרקע ייקחו שבועות.
- (FLT:0) מדידת ללא מגע: 1 גשרים הם לעתים קרובות בלתי נגישים - על פני מים, ravines, או מסדרונות גבוהים טרף לא דורש מגע פיזי, הימנעות מהצורך לסגור נתיבים או כלי ימי במהלך ההערכה הראשונית.
אתגרים ומגבלות
למרות היתרונות הרבים שלהם, טכניקות רגישות מרחוק להתמודד עם מכשולים משמעותיים שיש לטפל בהם כדי לממש את מלוא הפוטנציאל שלהם בתרחישים שלאחר-דיסקסטר.
מורכבות עיבוד נתונים:0 (FLT:1) נפח הנתונים שנוצר - גלגולי תמונות, מיליוני עננים של נקודה - דורש תוכנה מיוחדת ואנליסטים מיומנים. צינורות אוטומטיים לזיהוי שינוי הם עדיין מצלצלים, וסוכנויות הנדסיות רבות חסרות מומחיות בתוך בית כדי לעבד לוויין גולמי או נתונים לידר במהירות.
(FLT:0) מגבלות מבצעיות ומגבלות: ההרחבה של לוויינים אופטיים חסומה על ידי עננים; SAR יכול לראות דרך עננים אך סובל מעיוותים גאומטריים בסביבות עירוניות.ד"רונים לא יכולים לטוס ברוח גבוהה, גשם כבד או חשיפה נמוכה.לאחר אסון, אותו מזג אוויר שגרם לנזק לעתים קרובות מתמשכת.
(FLT:0) RESOLSOLTION ודיוק מסחר-offs: ההרחבה 1 (הדמיון ברזולוציה גבוהה (sub-30 ס"מ) היא יקרה, וייתכן שלא תהיה זמינה בביקוש.תמונות חופשיות מ- Sentinel-2 (10 מ') הוא גם קוהרזה לגילוי סדקים בודדים או עקירת עקירת עקירת חומרים.
(FLT:0) רגולציה ומכשולים לוגיסטיים: אנדרט 1 במדינות רבות, טיסות מל"טים מעבר לקו הראייה דורשות ויתורים מיוחדים שאינם ניתנים במהירות.מרחב האוויר עלול להיות מוגבל לאחר אסון בשל מסוקים מצילים או מטוסים צבאיים.
(FLT:0 Interpretation and אימות: FIRLT:1) חיישן מרחוק עשוי לזהות עקירה של 3 ס"מ על פיר.אבל הוא כי בשל פיסול יסוד, התרחבות תרמית, או טעות מדידה?ללא נתונים אמת קרקעיים או ניתוח מבני, המפרש את החשיבות של שינויים נצפים דורש שיפוט הנדסי.
כיוונים עתידיים
העשור הבא מבטיח התקדמות משמעותית שתגרום לחישה מרחוק יותר אמינה, נגישה, ופעולהיתאמת להערכה של גשר לאחר-דיסקסטר.
(FLT:0) אינטליגנציה מלאכותית ולמידה מכונה: FLT:1 מודלים למידה עמוקה מאומן על אלפי תמונות גשר מלוטשות יכול לזהות באופן אוטומטי סדקים, ספאלים, קורוזיה, ועיוות מדימויים של מל"טים ולוויינים. חברות וקבוצות מחקר מפתחים רשתות עצביות מהפכתיות המסווגות נזק ואפילו פלח נתונים סינתטיים מחיישנים מרובים (אופטימיים, תרמיים), כדי להפחית את הפערים של נתונים לאחר ניתוחי, אך ורק על מנת לצמצם את חומרת של אנליסטים.
(FLT:0) רחפנים של UAVDomous UAV:Builds:Builds:cioFLT:1 , כל אחד נושא חיישנים שונים, יכול לתאם כדי לבדוק רשת גשר שלמה במקביל.התקדמות בהימנעות מהתנגשות, תקשורת 5G, ועיבוד על הסיפון יאפשר לחיכים אלה לפעול מעבר לקו הראייה החזותי, תחת פיקוח אנושי מינימלי.
(FLT:0)Low-cost, קבוצות לוויין גבוהות של לווינינים: FLT:1 חברות כמו Planet Labs ו- Capella Space פועלות קבוצות של לווינים קטנים שדמיינו את כל כדור הארץ מדי יום, לעתים קרובות ברזולוציה של תת-1 מ'.מערכות אלה יכולות ללכוד גשר לפני ואחרי אסון עם עיכוב משימה מינימלי.ההגדלה של נתונים ללא תשלום או נמוך ממשימות ציבוריות (S-1, רפורמציה), כדי לפקח על גישה לדמוקרטית גישה לדמוקרטית).
(FLT:0) פרוטוקולים וספריות בסיס: אנדרט 1:1 ככל שיותר סוכנויות לאמץ חישה מרחוק, הצורך בשיטות סטנדרטיות - מטרות, מטרות מהירות, מדריכי תכנון טיסה, פורמטים של נתונים, תבניות דיווח -becomes קריטיים. גופים לאומיים כמו מינהל הכביש הפדרלי פועלים על הנחיות לבדיקה מבוססת-גשר, ומאמצים דומים ללוויינים והנתונים הם משותף של ענני זיהוי מוקדם יותר.
עיבוד קצה בזמן אמת:0 (FLT:1ir) במקום לשלוח את כל נתוני החיישן הגולמי לשרת מרכזי, עיבוד על לוחות זמנים או לווינים יכול לבצע סיווג הנזק הראשוני בזמן אמת.זה מקטין את רוחב הפס הדרוש ומזרז את העברת התראות קריטיות - למשל, מזל"טים יכול מיד לתייג פרק זמן התמוטט ולהעביר את ה- GPS שלו לשירותי חירום תוך המשך לקטעים אחרים.
מסקנה
טכניקות חישה מרחוק עברו ממחקר ניסיוני לפרקטיקה מבצעית בהערכה של גשר פוסט-דיסקסטר.דמיית לוויין, מצלמות בעלות AV ו-Ldar, ו מכ"ם מבוסס קרקע מספקים כעת מהנדסים בעלי השקפות מהירות, בטוחות ומפורטות של נזק מבני שלא ניתן להשיג באמצעות שיטות מסורתיות בלבד.בעוד אתגרים נשארים - עומס יתר, מגבלות סביבתיות, ואת הצורך בפירוש מיומן - מסלול זה ברור ודיווח מלאכותי, בין חללי אינטליגנציה נמוכה יותר, לבין חללים, לבין מכשולים עצמאיים.
עבור מהנדסים אזרחיים ומנהלי תשתיות, המסר הוא להשקיע בנתונים מרוחקים של נתונים, לפני האסון הבא.פיתוח תאום דיגיטלי של מלאי גשר, צוות הכשרה על פריסת חיישן וניתוח נתונים, ובניית שותפויות עם ספקים רגישים מרחוק הם צעדים שמשלמים דיבידנדים כאשר כל שעה ספירת החברה אינה מבטלת את הצורך לבדיקה פיזית, אלא היא תעשה אותם חכמים יותר, חוסכים חיים מהירים יותר, בטוחים יותר, משמרים את הניידים על פני החברה המודרנית.