Uzak Sensing Teknikleri İnşaat Köprüleri Post-disaster

Doğal bir felaket grevleri – deprem, sel, kasırga veya vahşi yangın – likoş köprüler hem yaşamsal hem de limuzinler haline gelir. Tek bir çökmüş durumda, toplumları, bu kritik varlıklarda yapısal zararları tespit etmek için, mühendislerin onarımları önceliklendirmelerini sağlamak, kamu güvenliğini sağlamak ve en tehlikeli, zaman alıcıları korumak için aynı tehlikeleri ortadan kaldırmak için çok sayıda imkansız hale getirebilir.

Hızlı Post-Disaster Bridge Değerlendirmesi için Eleştirel ihtiyaç

Felaketten sonra köprü başarısızlıkları varsayımsız değildir. 1995 Kobe depremi birden çok otoyol bölümü çöktü, 2005 Kasırgası onlarca sahil köprüleri yıkadı ve Yeni Zelanda'daki 2011 Christchurch depremi, her durumda, zemin denetimi ile bulmak için haftalar süren gizli kırıklarla büyük bir otoyol köprüsü bıraktı.

Geleneksel görsel denetimler, her yapısal elemente fiziksel olarak erişim gerektirir. Bir felaketten sonra, bu erişim, pis zemin veya su su suları ile engellenebilir.Inspectors, çoğu zaman güvenli, manuel denetimler yavaştır - bu şişeleri dikkatlice incelemek için günler veya haftalar sürebilir.

Hedef, el-on incelemesini tamamen yerine getirmez, triage için: hangi köprülerin hemen kapanmasına ihtiyacı olduğunu tespit etmek, hangi izleme ile açık kalabilir ve bu ayrıntılı adli soruşturma gerektirir. Uzaktan algılama, tarihsel veriler ve yapısal modeller ile birleştirildiğinde, genellikle çıplak gözle görünmez hasarları tespit edebilir.

Sivil Mühendislikte Uzaktan Sensing Genel Bakış

Sivil mühendislikte uzaktan algılama, fiziksel temas olmadan bir nesne veya alan hakkında bilgi edinmeyi ifade eder. Veriler, uydular, uçak, dronelar veya hatta zemin bazlı araçlar gibi platformlarda anlamlı ölçümler elde etmek için işlenir.Bu sensörler elektromanyetik radyasyonu yakalar (göremez ışık, kızılötesi, radar veya kapaklı) hedef tarafından yansıtılır veya yayılır.

Ortam için uzaktan algılama kullanımı yeni değildir. Aerial photogrammetri on yıllardır yol ve köprüleri haritalamak için kullanılmıştır. Ancak son on beş yıl, çözünürlükte, frekans ve erişilebilirlik içinde bir devrim gördü. Yüksek çözünürlüklü uydu görüntülü, sub-50 cm piksel, sentetik aperture radarı (SAR) algılamak için onlarca yıl boyunca endüstriyel zemin hareketini tespit edebilir ve tüketici sınıfı dronelar rakip profesyonel anket ekipmanlarını taşıyabilir.

Anahtar prensibi değişkeni algılamadır. Pre-disaster temel verileri post-event imagery veya nokta bulutları ile karşılaştırarak, mühendisler deformasyonları, çatlakları, eğimi, scour ve diğer hasar göstergeleri tespit edebilir.

Hasar Tespiti İçin Anahtar Teknikleri

Uydu Imagery

Uydu tabanlı uzaktan algılama, en geniş yersel kapsama ve en hızlı tekrar zaman sağlar.CAMFLT'dekiler gibi optik uydular:0)Landsat[Döneticiler 1 ) ve Sentinel-2 programları, 30 cm çözünürlükte ücretsiz görüntü sunar, büyük ölçekli yerleri tespit edebilir, yüzey suyu değişiklikleri ve çatlakları köprüler.For finer detay, WorldView-3 veya Pléiades Neo teslim panchromatik görüntü sunar, 30 cm çözünürlükte 30 cm çözünürlükte, büyük ölçekli yerleri tespit etmek için yeterli, yedeklenebilir veya kırık bekçileri tespit etmek.

Optik görüntü sınırlamaları vardır: bulutlar manzarayı gizler ve görüntüler sadece gün ışığı geçişleri sırasında yakalanır. Daha önemlisi, optik sensörler yüzey yansımalarını ölçemez, geometri değil. Bir köprünün bir yay eksik olduğunu gösterebilirler, ancak bir pier veya korozyon derinliğini ölçemezler.

[FONT=0]Syning radarı (SAR)[Döneticileri)[değiştir | kaynağı değiştir] (Aptal) veya İtalyan COSkyMed takımyıldızı, geceleyin bulutları ve çalışmayı etkileyen mikrodalgalar ile iletişim kurarlar. Birden çok geçişten radar dalgalarının aşamasını karşılaştırarak, akıtlı SAR sensörleri, ancak en uygun şekilde düzeltme işlemlerinin ardından (InSAR-1 uydular))[Döneticileri tespit edebilir ve yüzeysel genişlemeleri kontrol eder.

Unmanned Aerial Tools (UAVs)

Drones, ya da insansız hava araçları (UAVs), arka plandaki kameraların çalışmalarını yapıyor.Sürücük köprü denetimlerini taşıyorlar, yapılara yakın uçacak esneklik sunuyorlar, oblique açılarını yakalamak ve kutu zümreleri altında sıkı alanlara erişim – uyduların ve helikopterlerin ulaşamadığı yer. Modern denetimli kameraları, çok sayıda kameraları ve hatta panjurlu birimleri taşıyorlar.

[FONT=0]Fotoğrafgrammetri[[Dönetici 1] drone görüntülerinden gelen bir dijital ikiz oluşturabilirsiniz, yoğun 3D noktası bulutları ve hatta uçlu haritaları santimetre seviyesindeki doğrulukla algılayabilir.Kaçılışkanlıklı bir ağ modeli uçan bir operatör, bir köprünün içinde bir dijital ikiz oluşturabilir ve betonda bir teste kıyasla değişebilir.

UAV denetimleri zorluksız değildir. Flight Access sınırlı -tipik olarak 20-40 dakika batarya başına. Güçlü rüzgarlar, yağmur ve enkaz işlemleri zemin operasyonlarına rehberlik eden veriye sahiptir. Birçok ülkedeki tahminsel-yaşlı uçuş, büyük köprü ağları üzerinde tam otomasyonu engelleyebilir.

LiDAR Teknolojisi

Işık Tespiti ve Ranging (LiDAR) bir yüzeye mesafeleri ölçmek için lazer puls kullanıyor, yoğun bir 3D noktası bulut üretebiliyor. LiDAR, uçaklar veya zemin araçlar üzerinde monte edilebilir. köprü değerlendirme için, LiDAR'nın temel avantajı, aydınlatma koşulları veya yüzey dokusuna bakılmaksızın doğrudan önlemlerdir - gece ve üniformalı beton yüzeylerde fotogrammetri mücadeleleri.

[FONT:0) Hava yoluyla LiDAR[[Dönetici: 1) Hava yoluyla değiştirilebilir LiDAR[0], iki nokta bulutları farklı zamanlarda ele alır, mühendisler 1-2 cm kadar küçük deformasyonları tespit edebilir - taşıma hareketini tanımlamak için yeterli, pier yerleşimi veya güvertede.

2013 Colorado selsiğinden sonra LiDAR'nın kullanımı, Colorado Ulaşım Bakanlığının yüzlerce mil otoyol boyunca hasar görmesi, görsel denetim tarafından kaçırılmış olan birkaç köprüyü tespit etmek için, LiDAR verilerinin de yapısal bir sağlık yönetimi sisteminin temelini oluşturuyor.

Diğer Gelişen Teknikler

Üç ana alanının ötesinde, diğer birçok uzaktan algılama yöntemi, post-disaster köprü değerlendirmesi için söz veriyor.

[FONT:0] ⁇ kızılötesi görüntüleme[[Döneticiler veya uçaklardan elde edilen ısılar ve delaminasyonları tespit edebilir, çünkü bu kusurların ısı akışını güverteden değiştirir, diurnal çevrimler sırasında farklı yüzey sıcaklık desenlerine neden olur.

[FONT:0) Çok-spectral ve hiperspectral görüntüleme[[Dönetici:0) onlarca dar ⁇ grubu yakalamak, pas birikimi, klor ingress veya kaplama bozulması gibi maddi değişikliklerin tespit edilmesine izin vermek. büyük ölçüde köprüler için deney yaparken, hiperspectral sensörler drone para yükleri için daha küçük ve daha pratik hale gelir.

[FONT:0)Ground-based radar interferometri[[Dönetici:0) (GB-InSAR) bir köprüyü, alt metrede bir noktadan izleyebilir, statik veya dinamik yerlerin ölçülmesi, kablo titreşimlerini ve güverte defleksiyonunu birkaç yüz metre uzaklıkta izlemek için kullanılmıştır.

Yapısal Sağlık İzleme (SHM) ile entegrasyon

Uzaktan algılama sürekli yapısal bir sağlık izleme programı ile entegre edildiğinde en güçlü olanıdır. Kalıcı sensörler ile donatılmış köprüler - hız ölçümler, eğim ölçümler, eğimli dinamik davranışlar - bir felaket olduğunda, uzaktan algılama verileri bu sensör okumalarına karşı sabit hasarlar için kalibre edilebilir.

Örneğin, bir köprünün doğal frekansında bir değişiklik, hızlayıcıların bir hasar değerlendirmesi üretme kaybı anlamına gelir. Uzaktan algılama görüntüsü o zaman bu sertlik kaybının yerelleştirilmesi - görünürdeki çatlaklar veya deformasyonlar için görünüşe göre[Dönemli yerlerdeki ölçümler) Data füzyon algoritmaları, hava durumu ve hız değerlendirme için zamansal bir veri toplama süresini birleştirir.

Uzaktan Sensing Tekniklerinin Avantajları

Meydanlar ve Sınırlar

Birçok avantajlarına rağmen, uzaktan algılama teknikleri, post-disaster senaryolarında tam potansiyelini gerçekleştirmek için ele alınması gereken önemli engellerle karşı karşıyadır.

[FONT:0]Data processing karmaşıklığı:[Dönetici:[Dönetici:0)Data processing karmaşıklığı:[Dönetici:0)[Döneticileri:[Döneticileri): Bazı mühendislik ajansları, ham uydu veya LiDAR verileri hızlı bir şekilde işlemek için şirket dışı uzmanlıktan geri dönülebilir hasar raporun saat veya günlere kadar yavaş olan acil durum yanıtları için çok yavaştır.

[FONT:0)Environmental ve operasyonel kısıtlamalar: Optik uydu görüntüsü bulutlar tarafından engellenir; SAR, bulutlardan dolayı görülür ancak kentsel ortamlarda geometrik bozulmalardan muzdariptir.

[FONT=0)Resolution and Truth trade-offs:[Dönetici: 0 ) Yüksek çözünürlüklü uydu görüntüleyici (sub-30 cm) pahalı ve talep üzerine mevcut olmayabilir.Ad-existing bazlines olmadan, tek bir post-event ölçümünün mutlak doğruluğu, küçük kritik değişiklikleri tespit etmek için yetersiz olabilir.

[FONT:0]Yönerge ve lojistik engeller:[Dönetici: 0,3] Birçok ülkede, görsel görüş çizgisinin ötesinde drone uçuşları, hızlı bir şekilde verilmeyen özel feragat gerektirir. Airspace, kurtarma helikopterleri veya askeri uçaklar nedeniyle bir felaketten sonra kısıtlanabilir. Uydu görevi, günlerce yol açma süresine yol açıyor ve acil görev süresi her zaman garanti edilmez.

[FONT:0]Stpretation ve geçerlilik:[Döntme:0) Uzak bir sensör, bir pierde 3 cm yer değiştirme tespit edebilir. Ancak temel scour, termal genişleme veya ölçüm hatası nedeniyle mi? gözlemlenen değişikliklerin önemi olmadan mühendislik yargılanması gerekir.

Future Yol Tarifi

Sonraki on yıl, uzaktan algılamayı daha güvenilir, erişilebilir ve post-disaster köprü değerlendirmesi için harekete geçebilecek önemli ilerlemeler vaat ediyor.

[FONT:0]Artificial intelligence and machine learning:), Deep learning modelleri binlerce antlanmamış köprü görüntüleri otomatik olarak çatlakları tespit edebilir, spalls, korozyon ve uydu görüntülerini azaltır ve yükleri insan analistleri üzerindeki azaltımı azaltır.

[FONT:0] Özerk UAV swarms:[Dönetici: 0 ) Multix, her biri farklı sensörler taşıyan, paralel olarak tüm köprüyü kontrol etmek için koordinatör olabilir. çarpışmadan kaçınma, 5G iletişim ve dolap işlemedeki ilerlemeler, bu yığınların görsel çizginin ötesine geçmelerine izin verecektir, en az insan gözetiminde. Post-disaster, bir komut drone swarm her köprüyü bir komuta aracından başlatabilir ve her köprüyü yarı zamanlı olarak kapağın 20 km içinde, gerçek zamanlı olarak akış hasarı verileri geriletir.

DÖRT:0) Düşük maliyetli, yüksek performanslı uydu takımyıldızları: Gezegen Laboratuvarları ve Capella Uzay gibi şirketler, tüm Dünya'yı günlük olarak, genellikle alt-1 m kararına erişebilecek küçük uydular. Bu sistemler, minimum görev gecikmeden sonra bir felaket yakalayabilirler.

[FONT:0)Standartize protokolleri ve temel kütüphaneler:) Daha fazla ajanslar uzaktan algılamayı kabul ettiği gibi, standartlaştırılmış yöntemlere ihtiyaç - genişletici hedefler, uçuş planlama kılavuzları, veri formatları, raporlama şablonları - Federal Otoyol Yönetimi gibi ulusal bedenler drone tabanlı köprü denetimi için kurallar üzerinde çalışıyor ve uydu ve kapaklı veriler için benzer çabalar ortaya çıkıyor.

[FONT:0) Gerçek zamanlı kenar işleme:[Dönetici:[Dönetici: 0) Tüm ham sensör verilerini merkezi bir sunucuya göndermek yerine, drone veya uydularda işlem işlemi, gerçek zamanlı olarak ilk hasar sınıflandırmasını gerçekleştirebilir. Bu, kritik uyarıların tıklamasını ve hızlarını azaltır -örneğin, bir drone, çökmüş bir kesintiye uğramak için GPS koordinatlarını acil servislere iletebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Uzaktan algılama teknikleri, deneysel araştırmadan, çalışma sonrası köprü değerlendirmesinde operasyonel pratike taşındı. Uydu görüntüleri, UAV-öned kameralar ve kapaklı, ve zemin tabanlı radarlar, ve düşük maliyetli uydular, ve daha güvenli bir hasar raporu ile elde etmek imkansız olacak yapısal hasarlar.

Sivil mühendisler ve altyapı yöneticileri için, mesaj şu anda, bir sonraki felaketten önce, bir köprü envanterinin dijital ikizini geliştirmek, sensör dağıtım ve veri analizleri üzerinde eğitim personeli ve bina ortaklıklarını uzaktan algılama sağlayıcıları ile korumak, her saat sayıldığında ödeme karları ödemek için adımlardır.