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前不久，《國家綜合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》（以下簡稱《綱要》）發(fā)布。為了全面提升交通設(shè)施安全水平，《綱要》提出，“強(qiáng)化交通基礎(chǔ)設(shè)施預(yù)防性養(yǎng)護(hù)維護(hù)、安全評估，加強(qiáng)長期性能觀測，完善數(shù)據(jù)采集、檢測診斷、維修處治技術(shù)體系”“推廣使用新材料新技術(shù)新工藝，提高交通基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)量和使用壽命”……

“無線傳感器技術(shù)可有效監(jiān)測交通基礎(chǔ)設(shè)施的物理狀況，并能為交通系統(tǒng)提供進(jìn)一步分析決策的實(shí)時(shí)信息，提高交通網(wǎng)絡(luò)的流通效率。”IEEE高級會(huì)員、北京交通大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院副院長李浥東說。

無線傳感器：從技術(shù)到網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器設(shè)備也稱為無線傳感器節(jié)點(diǎn)，它的基本組成模塊包含傳感單元、處理單元、無線通信單元以及電源單元。“根據(jù)具體的應(yīng)用需求，節(jié)點(diǎn)還可以包含額外的輔助元件，如附加存儲(chǔ)器及驅(qū)動(dòng)單元。”李浥東介紹道。

他進(jìn)一步解釋，傳感單元可以包括一個(gè)或多個(gè)傳感器，用于獲取所需的物理現(xiàn)象數(shù)據(jù)，如溫度、濕度、壓力和加速度等；傳感器收集到的模擬信號，通過信號調(diào)理單元中的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，從而進(jìn)行進(jìn)一步的分析處理；而處理單元是無線傳感器節(jié)點(diǎn)的主控制器，負(fù)責(zé)管理傳感單元和無線通信單元，通常由具有處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力的車載計(jì)算機(jī)組成。

李浥東表示，如在監(jiān)測橋梁等交通基礎(chǔ)設(shè)施時(shí)，目前可應(yīng)用大量的傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)建一個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。

具體而言，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)（收集關(guān)鍵的信息數(shù)據(jù)）、控制和數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)（處理收集到的數(shù)據(jù)，幫助交通系統(tǒng)進(jìn)行決策），以及通信子系統(tǒng)（通過無線鏈路實(shí)現(xiàn)無線傳感器節(jié)點(diǎn)之間的通信）共同發(fā)揮作用，使得未來交通系統(tǒng)更加高效及安全。

安裝24小時(shí)在線聯(lián)網(wǎng)的“聽診器”

以橋梁為例，它作為交通基礎(chǔ)設(shè)施中重要的一環(huán)，需要定期維護(hù)以確保過橋車輛及行人的安全。然而，日常生活中許多橋梁已有50年甚至更久的建造歷史。

試想，如果人們每天穿行于這些橋梁，將面臨很大的危險(xiǎn)。

“無線傳感器可以監(jiān)測和報(bào)告橋梁的物理狀況，如滑移系數(shù)和濕度。”在李浥東看來，橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測是一種基于無線傳感器的主動(dòng)防御型方法，即將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)安置于橋梁上，就像為橋梁裝了一個(gè)24小時(shí)在線聯(lián)網(wǎng)的“聽診器”，幫助相關(guān)部門進(jìn)行橋梁物理狀況的日常監(jiān)控及維護(hù)。

“而對于嚴(yán)重老化急需維修的橋梁，無線傳感器還可以幫助我們作出最高效的維修決策。”IEEE高級會(huì)員、美國羅格斯大學(xué)規(guī)劃與公共政策學(xué)院副院長Clint Andrews介紹，在有很多地方都需要投資維修的情況下，可以根據(jù)無線傳感器收集到的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息，確定維修的先后次序。

除此之外，無線傳感器還可以應(yīng)用于罕見大型突發(fā)事件的監(jiān)測。對于災(zāi)難性的橋梁結(jié)構(gòu)故障如結(jié)構(gòu)坍塌，傳感器可以通過對異常數(shù)據(jù)的監(jiān)測，向維修人員發(fā)布早期預(yù)警。

使交通更智慧

除了可以監(jiān)測橋梁的健康狀況以外，無線傳感器技術(shù)還能幫助我們對交通狀況進(jìn)行分析和決策，助力智慧交通。李浥東表示：“在城市交通中，無線傳感器收集到的數(shù)據(jù)，可以用在對不同路段交通量的預(yù)估上，為智慧交通系統(tǒng)提供有用的分析決策信息，從而提高交通流通的效率。”

例如，智慧交通系統(tǒng)可以與手機(jī)短信服務(wù)相結(jié)合，利用無線傳感器收集到的數(shù)據(jù)，提醒用戶交通擁堵的情況；還可以結(jié)合地理信息系統(tǒng)，幫助政府高效地管理交通和規(guī)劃交通網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。

對于應(yīng)對偏遠(yuǎn)地區(qū)的緊急情況，IEEE高級會(huì)員Aiyappan Pillai解釋說，如果在偏遠(yuǎn)地區(qū)出現(xiàn)緊急的情況，由于交通擁堵無法聯(lián)系到附近的支援服務(wù)，可以通過附近的無線傳感器連接自動(dòng)呼叫應(yīng)急車輛，將事發(fā)現(xiàn)場的詳細(xì)位置信息第一時(shí)間共享到附近的救急服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)。

除了無線傳感器技術(shù)外，“邊緣計(jì)算、5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)也與其他尖端技術(shù)相結(jié)合，為許多國家的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)取得突破性進(jìn)展提供支撐。”Aiyappan Pillai補(bǔ)充道。