第二次世界大战后，各国政府为现代化和基础设施建设投入了大量资金：高速公路，桥梁，铁路。 从那时起已经过去了半个多世纪，所有这些沥青混凝土遗留物逐渐瓦解，导致了经济损失，甚至造成人员伤亡，并且将带有探伤仪的跟踪器置于各个末端是昂贵，漫长且无效的。 我们告诉科学家科学家如何建议在道路基础设施上倾听，触摸和凝视，以解决其老化问题。
根据世界银行的数据，今天的道路是地球上投资最少的基础设施元素。 与港口，铁路，电力，供水，电信，机场相比，投入到这一领域的资金要少得多。 分析人士认为，到2040年，地球的道路网络将获
得不到 8万亿美元的现代化和发展资金。
这意味着，如果我们不提出更有效，更经济的维修方法，将会破坏道路以及道路结构（天桥，桥梁，隧道）。 结构健康监测（SHM）现在是物质和劳动密集程度最高的行业之一。
我们缺少：
- 人们，因为基础架构的长度是如此之大，以致无法在专家的亲自参与下通过移动手段来有效地诊断其状况；
- 技术，因为探伤设备本身会很快磨损，但同时价格非常昂贵；
- 时间，因为用这种方法不可能确保必要的检查频率，以免错过已经看到的立交桥列中的新裂纹。
往哪个方向走？ 一般的向量如下：SHM工具应该是小型，众多，便宜，自动化，互连且远程的，并且来自它们的分析流程应该是连续的。 换句话说，物联网革命还应该涵盖SHM领域，那里有许多传感器和数据收集实践，但为此没有交流基础。 需要将哪些监视道路和建筑物的方法整合到物联网中？ 看起来像什么？ 我们以东芝和其他国家/地区同事的做法为例。
听：日本桥梁和隧道中的声学传感器
2012年，日本许多公路隧道之一的拱门坍塌了。 4公里长的隧道上的30米长的天花板支架在过往的汽车上倒塌。 如随后的检查所示，其原因是自1970年代以来未得到适当维修的结构的陈旧老化。 在有超过15万座桥梁和隧道的山区国家，这种事故是不允许发生的。 此外，到2033年，大约63％的此类建筑将庆祝其五十周年甚至更多的周年纪念日。
东芝公司与京都大学共同开发了用于混凝土结构声学分析的技术，以可视化桥梁元件的内部缺陷。 它基于声发射，即在不同材料的动态过程中产生的应力波。 简而言之，任何破坏都会产生声音（声波），例如树枝在跌倒之前折断。 当然，肉眼几乎无法捕获所有这些波，因此，特殊的传感器可以“听到”声音。
声发射传感器可以沿着桥梁，隧道和其他结构的整个结构放置。 遥测几乎可以连续获取和分析，并且几乎不需要干预交通。 资料来源：东芝YouTube频道
对材料的内部损坏会在波形中反映出来，使您能够准确了解混凝土板中哪里有裂缝，折断，空隙等。 而且，声音的强度可以预测材料及其来源进一步破坏的速度。 在这种情况下，我们不需要物理地影响混凝土或切出任何样本进行研究-一切都在无损检测技术的框架内进行了，顺便
说一句，
我们已经谈到过 。
通过对声发射强度进行着色，您可以了解混凝土结构的哪个部分中已经存在较大的断层，这些断层在哪里出现，以及材料仍在哪里保持其完整性。 资料来源：东芝
传感器可以连接到网络，连接到地理定位系统，并且可以使用节能的远程网络（LPWAN，BLE）以及5G进行通信，在远程模式下的数据处理中心中分析收集的数据。 无需旁路，监控几乎可以连续进行。 的确，对混凝土进行这种彻底分析的需要并不总是存在的，这种混凝土自古罗马时代就已经证明了它的耐久性，这种需求并不总是存在的，对于路面-基础设施中最易受伤害的要素-不能这么说。
触摸：德国高速公路上的振动传感器
如您所知，在德国，这是世界上最长的国家公路网之一，因此这样的经济不容易得到照顾是合乎逻辑的。 到2030年，德国政府计划斥资2700亿欧元进行维修和建设新的通讯线路，其中69％将用于对现有基础设施进行现代化改造。 分配的资金中有一半将用于道路，而这确实很困难：在德国，只有177公里的道路需要进行频繁的诊断分析，而505公里的道路是不规则的。 同时，仅高速公路的总长度为13000公里。 显然，您无法绕过所有这些公里，甚至不能乘坐特殊的诊断车。 因此，卡尔斯鲁厄技术学院的一组科学家提出了一种原始的解决方案-将普通德国人的私人汽车变成诊断汽车。
为此，工程师建议为机器配备廉价的测量仪器-带有GPS模块的惯性传感器。 惯性传感器位于车辆重心附近。 加速度和角速度记录器还可以在特定地理位置收集数据。 一旦汽车返回停车场，收集到的信息就可以通过Wi-Fi自动传输到服务器-这是如果汽车所有者不希望以某种方式记录和存储其运动的地理位置的情况。 但是，如果监控操作员能够确保数据的安全性，并且机器所有者不介意，则可以将惯性传感器和GPS模块集成到IoT生态系统中。 这将使您实时接收有关道路状况的信息。 例如，如果由于滑坡而在道路上形成裂缝，那么连接到系统的第一台机器越过裂缝，道路网络运营商就会立即知道。 然后，基于机器学习算法和从车辆的振动和动态计算得出的统计数据，系统可以对道路的特征进行分类并评估其状况。
最主要的是正确放置传感器，否则将无法正确读取数据。 资料来源：Masino，J.，Frey，M.，Gauterin，F.，＆Sharma，R.（2016）。 开发用于现场操作测试的高精度，低成本测量设备。 2016 IEEE惯性传感器和系统国际研讨会。
实际上，汽车变成了移动设备，可以“感觉”路面的平坦度。 振动越强烈且越频繁，道路质量越差。 即使只为汽车的一小部分配备设备，也可以使用诊断程序覆盖德国的大部分道路。 该技术非常适合德国设备完善的高速公路，但在铁路重要性很高的俄罗斯，则使用了另一种技术。
仔细看看：俄罗斯的光纤传感器和铁路
就铁路长度而言，俄罗斯在世界上仅次于美国和中国，位居世界第三-长达8.5万公里（略大于地球的两个赤道）。 同时，大多数铁路都在气候和地理条件困难的难以到达的地方通过，这使得基础设施的退化速度比其他国家更快。
在俄罗斯跟踪铁路并不容易，因为它需要大量的探伤设备，实际上是配备有大量传感器的专门火车。 它们的速度低，成本高，因此无法提供连续的信息流。 而且诊断车本身也已迅速过时：到2020年，该设备的磨损率将达到84％。
如何更换它们？ 俄罗斯公司Laser Solutions的工程师提供了通过分布式光纤传感器来监视铁路状况的信息。 为了测量环境变化，光信号通过光纤电缆传输。 由于光纤中的光速是已知的，因此脉冲输入与记录到达终点之间的时间延迟可能表示对电缆的物理影响-温度，变形，振动和声振动。 它们局部改变了光的起源特征。 因此，光缆变成了一个长传感器，就像它一样，沿着整个长度“照看”基础设施对象。 这样的电缆可以在例如铁路轨道的土基中挖出-这是铁路基础设施的脆弱部分，因为土壤的不断运动会磨损并破坏道路。 在轨道的关键部分，光纤变形和温度传感器放置在路基中。 变形传感器监控土壤的运动，温度传感器对于地球解冻的季节性过程是必需的。
到目前为止，由于纯粹的技术原因和众所周知的经济原因，由光纤传感器控制的铁路轨道段的长度不超过60 km-在即使铜线也可能被盗的情况下挖掘高科技电缆充满了负面后果。
同时，必须理解，在上述技术和上述技术中，我们正在创建用于监视道路运输基础设施的单独基础设施，这也需要维护-收集和处理信息，解释数据以及做出响应。 总有一天，传感器，电缆，数据中心的并行网络将不得不改变。 为了摆脱这种技术递归，我们需要教导基础设施的自我修复。
“自救！”
近年来，科学家一直在尝试开发可以（几乎）自行修复的新建筑材料。 因此，在代尔夫特理工大学（荷兰）创造了沥青，可以用感应加热对其进行处理。 粗略地说，沥青是砾石和沙子的混合物，粘稠的粘性沥青。 逐渐地，在侵蚀，氧化，温度和物理压力的影响下，这种“胶水”磨损了，此后沥青开裂，然后被孔覆盖。 荷兰人建议在沥青中加入薄的刨花，然后使用特殊的路面机械通过电磁感应来不时加热。 同时，沥青吸收热量并恢复粘度，从而固定了沥青的成分。 据科学家称，这种维修沥青的方法将使它的使用寿命加倍。
但是作为混凝土处理过程的一部分，一些科学家建议任命特殊细菌-减少硫酸盐的微生物。 它们可以在施工阶段植入混凝土中，并保持悬浮状态，直到栖息地发生变化，例如直到出现微裂纹为止。 然后，这些细菌从冬眠中解脱出来，开始繁殖并产生碳酸钙和其他物质，将破碎的混凝土固定在一起。
因此，将来将所有上述传感器集成到物联网生态系统中将使我们能够真正实现连续监控，这实际上将消除或显着减少技术事故的可能性，同时降低维护成本和新基础设施建设的成本，并导致释放世界各地成千上万的条件路线制图员所做的更有趣的任务。