다리의 상태가 양호한지 휴대전화로 알 수 있습니까?
새로운 연구에 따르면 다리를 건너는 동안 수집된 모바일 데이터가 무결성을 평가하는 데 도움이 될 수 있습니다.
날짜:
2022년 11월 3일
원천:
매사추세츠 공과 대학
요약:
연구원들은 휴대폰으로 수집한 데이터가 교량의 구조적 무결성을 평가하는 데 사용될 수 있음을 발견했습니다.
금문교가 잘 버티고 있는지 알고 싶으십니까? 이를 위한 앱이 있을 수 있습니다.
MIT 연구원들이 참여한 새로운 연구에 따르면 특수 소프트웨어가 장착된 차량에 휴대전화를 장착하면 다리를 건너는 동안 유용한 구조적 무결성 데이터를 수집할 수 있습니다. 그렇게 함으로써 브리지 자체에 부착된 센서 세트에 대한 저렴한 대안이 될 수 있습니다.
"핵심 발견은 교량의 구조적 상태에 대한 정보가 스마트폰으로 수집된 가속도계 데이터에서 추출될 수 있다는 것입니다."라고 연구 결과를 요약한 새 논문의 공동 저자인 MIT 센서블 시티 연구소 소장인 Carlo Ratti가 말했습니다.
연구는 부분적으로 금문교 자체에서 수행되었습니다. 연구에 따르면 모바일 장치는 고정 센서가 수집하는 브리지 진동에 대한 동일한 종류의 정보를 캡처할 수 있습니다. 연구원들은 또한 도로 교량의 수명에 따라 모바일 장치 모니터링이 구조물의 수명을 15%에서 30% 더 추가할 수 있다고 추정합니다.
저자들은 새로운 논문에서 "이러한 결과는 스마트폰으로 수집된 대규모의 저렴한 데이터 세트가 기존 교통 인프라의 상태를 모니터링하는 데 중요한 역할을 할 수 있음을 시사합니다.
"스마트폰 차량 여행을 통한 크라우드소싱 브리지 바이탈 사인" 연구는 Nature Communications Engineering 에 게재되었습니다 .
저자는 West Point에 있는 미 육군 사관학교의 토목 및 기계 공학 조교수인 Thomas J. Matarazzo입니다. 비엔나에 있는 Complexity Science Hub의 박사후 연구원인 Daniel Kondor; Senseable City Lab의 연구원인 Sebastiano Milardo; DiDi Labs의 수석 연구원이자 Senseable City Lab의 전 구성원인 Soheil S. Eshkevari; Senseable City Lab의 수석 연구 과학자이자 이탈리아 국립 연구 위원회의 연구 책임자인 Paolo Santi; Shamim N. Pakzad, 교수이자 Lehigh University의 토목 및 환경 공학과 학과장; Markus J. Buehler, Jerry McAfee 공학 교수이자 MIT의 토목 및 환경 공학 및 기계 공학 교수; 그리고 MIT의 실습 교수이기도 한 Ratti'
교량은 자연적으로 진동하며 여러 방향에서 이러한 진동의 필수 "모달 주파수"를 연구하기 위해 엔지니어는 일반적으로 교량 자체에 가속도계와 같은 센서를 배치합니다. 시간에 따른 모드 주파수의 변화는 교량의 구조적 무결성의 변화를 나타낼 수 있습니다.
연구를 수행하기 위해 연구원들은 장치가 다리를 지나가는 차량에 배치될 때 가속도계 데이터를 수집하는 Android 기반 휴대폰 애플리케이션을 개발했습니다. 그런 다음 해당 데이터가 교량 자체의 센서에 의한 데이터 기록과 얼마나 잘 일치하는지 확인하여 휴대전화 방식이 작동하는지 확인할 수 있습니다.
"우리 작업에서 우리는 스마트폰에서 수집된 노이즈 데이터에서 모달 진동 주파수를 추출하는 방법을 설계했습니다."라고 Santi는 말합니다. "교량을 통한 여러 번 이동한 데이터가 기록됨에 따라 엔진, 서스펜션 및 교통 진동 및 아스팔트에서 생성된 소음은 상쇄되는 경향이 있으며 기본 주파수가 나타납니다."
금문교의 경우 연구원들은 장치가 작동된 상태로 다리를 102번 운전했고, 팀은 활성화된 전화로 Uber 운전자의 72번 여행을 사용했습니다. 그런 다음 팀은 결과 데이터를 금문교에 3개월 동안 배치된 240개 센서 그룹의 데이터와 비교했습니다.
결과는 전화기의 데이터가 브리지 센서의 데이터와 수렴된다는 것이었습니다. 엔지니어가 교량에서 측정한 10가지 특정 유형의 저주파 진동에 대해 거의 일치했으며 5가지 경우에는 방법 간에 차이가 전혀 없었습니다.
"우리는 이러한 주파수 중 많은 부분이 브리지의 두드러진 모달 주파수와 매우 정확하게 일치한다는 것을 보여줄 수 있었습니다."라고 Santi는 말합니다.
그러나 미국의 모든 교량 중 현수교는 1%에 불과합니다. 약 41%는 훨씬 작은 콘크리트 스팬 교량입니다. 그래서 연구자들은 그들의 방법이 그 환경에서 얼마나 잘 작동하는지 조사했습니다.
이를 위해 이탈리아 치암피노(Ciampino)에 있는 다리를 연구하여 다리를 건너는 280대의 차량을 7개월 동안 다리에 설치된 6개의 센서와 비교했습니다. 여기에서 연구원들은 280번의 여행 전체에 걸쳐 특정 모드 주파수에 대한 방법 간에 최대 2.3%의 차이를 발견하고 더 작은 샘플에 대해 5.5%의 차이를 발견했지만 발견에 의해 고무되었습니다. 이는 여행의 양이 많을수록 더 유용한 데이터를 얻을 수 있음을 시사합니다.
"우리의 초기 결과는 몇 주에 걸쳐 [적당한 양의] 여행만이 브리지 모달 주파수에 대한 유용한 정보를 얻기에 충분하다는 것을 시사합니다."라고 Santi가 말했습니다.
Buehler는 방법을 전체적으로 살펴보면 "진동 신호는 병원체의 바이러스 특성에서 이 연구에서 볼 수 있듯이 브리지의 구조적 무결성에 이르기까지 크고 복잡한 시스템의 특성을 평가하는 강력한 도구로 부상하고 있습니다. 이는 보편적인 신호입니다. 우리가 이제 막 엔지니어링의 진단 및 생성 도구로 탐색하기 시작한 자연 및 건축 환경에서 널리 발견됩니다."
Ratti가 인정하듯이, 차량에 스마트폰 마운트가 미치는 영향, 차량 유형이 데이터에 미치는 영향 등을 설명하는 것을 포함하여 연구를 개선하고 확장하는 방법이 있습니다.
Ratti는 "아직 할 일이 있지만 우리의 접근 방식이 쉽게 확장될 수 있다고 믿습니다. "교량에 설치된 고정 센서를 사용하여 얻을 수 있는 정확도에 도달하지 못할 수도 있지만 매우 흥미로운 조기 경보 시스템이 될 수 있습니다. 그러면 작은 이상 징후가 추가 분석을 수행할 시기를 제안할 수 있습니다."
출처 : https://www.sciencedaily.com/