交通基礎設施物聯網智能監測關鍵技術

文/ 供圖 | 交通運輸部公路科學研究院

無線智能傳感網絡拓撲結構示意圖

針對交通基礎設施物聯網智能監測瓶頸問題，項目組經過持續攻關，系統建立了“布置方案-網絡架構-安全評估”的物聯網安全監測技術體系，創建了無線傳感網絡能耗精準認知和多源異構傳感器優化布置理論方法，為促進新型交通基礎設施安全監測物聯網建設向精細化、信息化、智能化方向轉變提供了科學依據和理論支撐；攻克了網絡泛在接入技術、高精度光纖干涉技術、數據壓縮傳輸邊緣處理技術、微秒級時間同步技術等協同式物理網絡構架關鍵支撐技術，解決了服役環境多變、監測參量眾多、數據量龐大等基礎設施監測系統的難題；創新性構建了“分區域診斷、分層次融合”物聯網安全評估技術框架，提出了基于多層次局部診斷信息融合的基礎設施整體安全評估方法，顯著提高了交通基礎設施安全預警和運維決策效能。

項目組提出的多源異構傳感器布置方法，可降低監測系統能耗30%以上；無線智能傳感節點通信距離大于或等于500米；分布式光纖傳感器軟件解調技術可替代調制解調硬件設備；數據壓縮傳輸邊緣處理技術數據傳輸效率比直接傳輸方式提高85%以上，延長傳感節點壽命2倍至5倍；協同式物理網絡構架與精準時間同步技術同步誤差小于60微秒；多層級局部損傷診斷數據融合技術可減少網絡間數據傳輸量55%以上，監測時效性提升兩倍以上。

該項目提出了無線監測網絡傳感器測點的優化布置理論，建立了高效智能的協同式監測網絡構架，通過網絡數據多層級融合實現了大型基礎設施的安全評估預警，成果引領了智慧交通基礎設施的健康發展方向，極大地推動了交通基礎設施運維保障領域的科技進步。

項目研發的關鍵技術成果已在交通運輸部兩項橋梁結構健康監測試點工程進行了率先應用，并指導建立了科技部示范工程兩項，未來擬繼續面向公路長大橋梁結構健康監測開展推廣應用。

成套物聯網監測技術產品成功應用于廣東深圳市光明新區智慧交通一期項目，并逐步面向交通行業重點工程推廣實施，涵蓋橋梁、隧道、邊坡等，應用案例多達30余項，通過實際應用節省養護費用5095萬元，取得了顯著的經濟效益。

項目研究共獲授權國家發明專利11項，軟件著作權兩項；在國內外SCI/EI檢索期刊發表學術論文32篇，其中JCR一區論文9篇，出版專著兩部，參編深圳市交通設施病害養護技術指引3項。

無線智能節點的元器件單元