Использование закладных датчиков в системах автоматизированного мониторинга состояния дорог

Использование закладных датчиков в системах автоматизированного мониторинга состояния дорог

Использование закладных датчиков в системах автоматизированного мониторинга состояния дорог

Дорожные службы стремятся автоматизировать мониторинг состояния и техническое обслуживание автомобильных дорог. Поэтому в дорожных сетях будет использоваться все больше и больше датчиков.В начале сентября 2021 года национальное агентство автомобильных магистралей Великобритании «National Highways», в прошлом «Highways England», объявило о своей новой стратегии «Цифровые дороги» (Digital Roads). В представленной стратегии одним из основных элементов видения перспектив развития дорожной сети было создание цифровых двойников дорог. Цифровые копии дорог помогут в прогнозировании изменения состояния дорог, требующего раннего вмешательства, что позволит продлить срок службы дорог и обеспечить бесперебойное движение транспорта.

В пресс-релизе дорожного агентства «National Highways» говорится: «Объединение данных, полученных от «умных» материалов, интегрированных в существующее дорожное покрытие, и возможностей визуализации дорожной сети и мониторинга состояния дорог, которые дает система цифровых двойников, позволит определить необходимость проведения ремонтных работ. При этом асфальтовое покрытие сможет восстанавливаться самостоятельно с помощью самовосстанавливающихся материалов. Это позволит значительно сократить потребность в проверках на местах, которые занимают много времени и требуют значительных средств, а также предотвратить ненужные задержки движения и сократить выбросы вредных веществ, возникающие в ходе производства дорожных работ».

Цифровые двойники — это не просто виртуальные копии физических объектов. Между физическим объектом и его цифровой копией должна быть установлена связь, позволяющая отправлять и получать данные, касающиеся, среди прочего, грузонапряженности движения, типов транспортных средств и результатов контроля состояния объектов. Для сбора этой информации дорожным сетям потребуется множество датчиков, часть которых должна быть интегрирована в дорожное покрытие.

На 7-м конгрессе «Евроасфальт и Евробитум» (Eurasphalt & Eurobitume (E&E)), который состоялся в июне 2021 года в дистанционном формате, участники узнали о разработках, которые осуществляются как научными учреждениями, так и коммерческими организациями в области создания систем датчиков, интегрируемых в дорожное покрытие. Такие исследования и разработки ведутся в Европе, а также в США, Китае и Японии.

Две декады «умных дорог»
Используемые в настоящее время способы проверки и оценки состояния дорожных покрытий занимают много времени и сопряжены со значительными расходами. Оценку состояния покрытия можно выполнить визуальными методами или с помощью автоматизированных средств, например, сканера. Оценку целостности дорожной одежды можно произвести с помощью специального оборудования или системы, например, дефлектометра с падающим грузом (ДПГ) или, возможно, радара подповерхностного зондирования (РПЗ). Зачастую приходится использовать методы разрушающего контроля, такие как отбор керна.

Но если в дорожное покрытие интегрировать датчики, это означало бы, что информация о состоянии дороги будет доступна всегда и без необходимости совершать дополнительные вмешательства. Датчики могли бы измерить такие параметры, как деформация, интенсивность движения и температура, а полученные с помощью датчиков данные использовались бы для определения необходимости технического обслуживания.

Эта идея не нова. В конце 90-х в США был реализовать проект «Virginia Smart Road». В рамках этого проекта на участке автомагистрали длиной 3,3 км в дорожное покрытие были интегрированы на разную глубину различные датчики.

В 2012 году французская подрядная организация Eiffage, совместно с Лионским университетом и Национальной школой архитектуры и строительства общественных зданий и сооружений (ENTPE), заложили на участке автомагистрали A41N недалеко от Лиона проволочные тензометры, датчики температуры и волоконные решетки Брэгга (ВБР).

Во Франции был проведен еще один эксперимент с закладными датчиками. Датчики были заложены в крайней правой полосе движения на участке автомагистрали A10, соединяющей города Париж и Бордо. Для сбора данных использовали беспроводной программно-технический комплекс PEGASE, разработанный Французским институтом науки и технологии развития транспорта и транспортных сетей (INRETS). Программно-технический комплекс PEGASE можно приобрести у французской компании I3IP

Разумеется, что с тех пор, как 20 лет назад были проведены первые эксперименты по интеграции средств измерения в дорожные покрытия, в разработке технологий для беспроводного сбора и передачи данных были достигнуты значительные успехи. Сегодня беспроводные датчики широко используются во многих областях применения, а возможности по обработке данных и искусственный интеллект (ИИ) открывают лучшие возможности для использования собранных данных.

Однако здесь все еще сохраняются различные сложности. Например, для работы датчиков необходимы аккумуляторные батареи, срок службы которых ограничен. До сих пор сохраняются вопросы, касающиеся стабильности работы датчиков, а также проблема, связанная с тем, как защитить и сохранить датчики, которые повреждаются в ходе укладки дорожного покрытия.

Влияние перегрузок
На конгрессе E&E исследователь Патриция Кара де Мейер (Patricia Kara De Maeijer) из Антверпенского университета рассказала об исследовательской программе, направленной на изучение воздействия большегрузных транспортных средств на дорожные покрытия. В исследованиях используются волоконные решетки Брэгга. Грузовые автомобили часто загружаются сверх допустимых пределов, что ускоряет повреждение дорожного покрытия и сокращает срок его службы.