以通訊力協助人力,設施技術中心發展無線動態應變技術在橋梁結構健康監測

設施技術中心 2021-07-28

為了拉近增進民眾交通的便利,縮短城鄉距離,跨河橋、高架橋等各式樣橋梁橫亙於天際線上。只不過,近年來,因為地球暖化,氣候變遷造成的極端天候狀況,高溫、低溫與洪水、地震等大自然之力,甚至是因為交通量大增,載重車輛長時間的輾壓下,對於公路橋梁所帶來的結構性損壞一年勝過一年。為了確保橋梁上用路人的安全,已經興建完成且啟用的既有橋梁需透過人力目視或感測設備儀器進行定時、不定時檢測及監測。但是此作為所需經費亟高,常需不計成本而行。為了民眾行的安全,這是不得不且必須要進行的預防項目。

 

隨著網際網路之物聯網時代及高階微電機技術的控制器與邊緣運算進步,主動即時結構健康監測(SHM)成為可實現的目標。過去監測模式以集中式在多點感測器以有線方式連接現地主機房作資料收集,再將龐大數據量利用網際網路傳輸於後端平台(伺服器),其造成線路複雜有礙市容、安裝設備空間侷限、主機易受環境影響損毀及龐大數據量傳送,間接造成維護成本高、資訊收集速度慢等不利因素;現今開發監測技術以分散無線方式感測器直接執行邊緣運算後,利用NB-IoT通訊模組傳送到電信商的基地台,再傳送到網際網路,其優勢無礙市容、安裝簡單、維修容易及維護成本低廉。中華顧問工程司指出,橋梁結構健康監測(SHM)乃在現場結構上配置各類型感測器,例如加速規、傾斜儀、位移計、應變計、荷重計、溫度計等,作為監測結構對外在刺激所產生之反應。所測得之結構物理反應經由結構系統特性分析,透過無線通訊的輔助下,監測端可即時檢知結構損傷或劣化情況,以達到橋梁結構使用安全之目的。

 

無線動態橋梁監測技術系統架構圖

設施技術中心SHM研究室指出,此計畫的目的針對預力混凝土橋梁的預力變化導入最先進的邊緣運算搭配物聯網監測技術,能讓橋梁結構健康監測可以達到「定量」與「即時」的目標。而且有不受溫度變化影響、可以直接感應各類型車輛通過引起的即時動態應變、可讓橋梁安全管理值定量化以及可隨時監控橋梁預力損失情況四項優點。SHM研究室強調,無線動態應變監測所需要的門檻十分高,為了讓這個目標實現,特別與中興大學團隊共同合作,經過專案發想到技術發展最終的實地驗證,而應用此技術的橋梁所傳回之資料已經發現有出現值得關注的數值變化,是以往人工目測或簡單儀器難以發現的,確認此技術值得應用與推廣。


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