交通基础设施物联网智能监测关键技术

文/ 供图 | 交通运输部公路科学研究院

无线智能传感网络拓扑结构示意图

针对交通基础设施物联网智能监测瓶颈问题，项目组经过持续攻关，系统建立了“布置方案-网络架构-安全评估”的物联网安全监测技术体系，创建了无线传感网络能耗精准认知和多源异构传感器优化布置理论方法，为促进新型交通基础设施安全监测物联网建设向精细化、信息化、智能化方向转变提供了科学依据和理论支撑；攻克了网络泛在接入技术、高精度光纤干涉技术、数据压缩传输边缘处理技术、微秒级时间同步技术等协同式物理网络构架关键支撑技术，解决了服役环境多变、监测参量众多、数据量庞大等基础设施监测系统的难题；创新性构建了“分区域诊断、分层次融合”物联网安全评估技术框架，提出了基于多层次局部诊断信息融合的基础设施整体安全评估方法，显著提高了交通基础设施安全预警和运维决策效能。

项目组提出的多源异构传感器布置方法，可降低监测系统能耗30%以上；无线智能传感节点通信距离大于或等于500米；分布式光纤传感器软件解调技术可替代调制解调硬件设备；数据压缩传输边缘处理技术数据传输效率比直接传输方式提高85%以上，延长传感节点寿命2倍至5倍；协同式物理网络构架与精准时间同步技术同步误差小于60微秒；多层级局部损伤诊断数据融合技术可减少网络间数据传输量55%以上，监测时效性提升两倍以上。

该项目提出了无线监测网络传感器测点的优化布置理论，建立了高效智能的协同式监测网络构架，通过网络数据多层级融合实现了大型基础设施的安全评估预警，成果引领了智慧交通基础设施的健康发展方向，极大地推动了交通基础设施运维保障领域的科技进步。

项目研发的关键技术成果已在交通运输部两项桥梁结构健康监测试点工程进行了率先应用，并指导建立了科技部示范工程两项，未来拟继续面向公路长大桥梁结构健康监测开展推广应用。

成套物联网监测技术产品成功应用于广东深圳市光明新区智慧交通一期项目，并逐步面向交通行业重点工程推广实施，涵盖桥梁、隧道、边坡等，应用案例多达30余项，通过实际应用节省养护费用5095万元，取得了显著的经济效益。

项目研究共获授权国家发明专利11项，软件著作权两项；在国内外SCI/EI检索期刊发表学术论文32篇，其中JCR一区论文9篇，出版专著两部，参编深圳市交通设施病害养护技术指引3项。

无线智能节点的元器件单元