结构健康监测--珍岛大桥

Imote2结构健康监测
在美国，仅民用基础设施的投资大约为20万亿美元，在大多数工业化国家中，民用基础设施的投入占GDP的
8%-15%之间；近几年，基础设施如桥梁，高速公路和建筑物等的老化也引起了美国国内许多人的关注。

然而对建筑物的实时连续监测技术的实现有助于降低维护和检修成本，保证公众的安全。

桥梁在公路网络建设中，占用了建设资金的很大一部分，同时也是整个公路系统的安全和功能方面的关键因素。

桥梁信息管理系统需要在保证桥梁安全的同时为市民提供及时的交通信息。

传统依赖于人工的监测只能偶尔为之，耗费大量金钱，而且并不那么可靠。

近年来，人们极大地关注发展结构健康监测战略，以增强安全和主要目标可靠性，减少维护和检查费用。

伊利诺伊结构健康监测项目（ISHMP），以伊利诺伊大学香槟分校（UIUC）为基地，正在努力开发一种廉价，可靠的持续监测系统，该监测系统使用密集的无线传感器网络阵列。

研究人员设计，开发，生产和测试了传感器用来采集结构健康监测所需的高保真数据，另外还有应用于智能传感器平台可定制的软件框架。

传感器和软件系统可以为广大的土木工程师所用，而不需要额外的计算机知识。

Memsic的Imote2无线传感器节点引起了研究人员的注意，他们认为这是唯一可以满足结构健康监测高数据吞吐要求的商用无线传感器平台。

Imote2强大的处理器和板载的大内存使其脱颖而出，可以实现动态结构健康监测的高采样率。

此外Imote2配备了低功耗的X-Scale处理器（PXA271），拥有256KB的RAM，32MB的SDRAM，和32MB的flash。

结构健康监测传感器板（ISM400）专门为结构健康监测设计并授权给Memsic生产并商业化。

该传感器板提供用户可设置的采样率和滤波器，除了提供低频(DC-20Hz)的滤波，其中的抗混叠滤波功能可以为建筑物损伤监测的高频（高达500Hz）监测提供分析。

传感器板通过SPI和I2C接口与Imote2连接，配备有振动测量的3轴加速度计，一个通用模拟输入，和数字的温湿度，光照传感器。

温度传感器可以对加速度数据作一定的补偿。

SHM-A传感器板提供了前所未有的新技术，应用Imote2平台结构建康监测。

ISM400 Board
可定制的软件框架不仅大大减少了开发智能传感器平台的结构健康监测程序的复杂度，而且节约了时间。

ISHMP服务合集为用户提供了一个开源软件库，和应用SHM无线智能传感器的应用实例。

ISHMP还提供一系列的指导文档，帮助刚接触Memsic的Imote2的用户更快地熟悉其操作系统和开发语言。

ISHMP服务合集采用了面向服务的架构（SOA——Service-Oriented Architecture），进一步拓展了其应用空间，可扩展，定制，开发基于无线传感器网络的结构健康检测系统。

ISHMP提供完整的应用，涵盖整个SHM系统的设计，测试，部署，监测等内容，同时还提供基本的测试和调试命令，可以在第三方程序中调用。

此外，ISHMP服务合集还提供节点的远程控制，可以重置节点，列出节点通信范围内的节点，测试无线通讯性能，或者修改节点的通讯信道和发射功率。

ISHMP服务合集目前提供包括以下内容：
基础服务: 提供常用的的通讯和采集任务，为上层程序提供数据来源；
应用服务:提供结构健康监测所需的算法，并可在Imote2中单独运行；
工具集: 提供网络大规模无线传感器网络部署所需的调试工具。

工具集可根据网络状况估计系统参数的设置，能量消耗和系统的持续工作能力。

持续的自动的监测服务: 在确保功耗的情况下保证无线传感器网络系统的持续监测；软件框架允许更多的研究人员和最终应用工程师，轻松设计并部署结构健康监测系统，而不需要理解底层的服务和中间构架。

经过反复测试和实验工作，ISHMP的研究人员于2009年6月对韩国珍岛大桥（Jindo Bridge）实施了全面监测。

珍岛大桥是韩国的最大的主梁斜拉桥梁。

伊利诺伊大学的香槟分校，韩国科学技术院（KAIST），和日本的东京大学，共同完成这个项目。

这是斜拉桥监测部署的传感器网络中节点密度最大的一个。

这个项目安装了70个节点，是迄今为止在民用基础设施监测中部署的最大的无线传感器网络。

在珍岛大桥部署智能传感器网络之前，Imote2和传感器板装入密闭外壳以防止雨水和灰尘等环境条件对节点损害。

封装外壳还包括安装的垫圈固定的位置，可以非常方便地安装，有一些节点配备了大容量的电池，另外一些集成了太阳能供电模块。

用于结构健康监测的智能传感技术是一项新兴的领域，通过结合结构工程知识和传感器技术，信息管理和网络技术，提供了强大的，超低功耗的备选工具，丰富了传统结构的检测手段。

这种对损伤监测和新策略的实施为结构健康监测提供了一条新思路。