无线传感器为交通基础设施“诊脉”

前不久，《国家综合立体交通网规划纲要》（以下简称《纲要》）发布。为了全面提升交通设施安全水平，《纲要》提出，“强化交通基础设施预防性养护维护、安全评估，加强长期性能观测，完善数据采集、检测诊断、维修处治技术体系”“推广使用新材料新技术新工艺，提高交通基础设施质量和使用寿命”……

“无线传感器技术可有效监测交通基础设施的物理状况，并能为交通系统提供进一步分析决策的实时信息，提高交通网络的流通效率。”IEEE高级会员、北京交通大学计算机与信息技术学院副院长李浥东说。

无线传感器：从技术到网络

无线传感器设备也称为无线传感器节点，它的基本组成模块包含传感单元、处理单元、无线通信单元以及电源单元。“根据具体的应用需求，节点还可以包含额外的辅助元件，如附加存储器及驱动单元。”李浥东介绍道。

他进一步解释，传感单元可以包括一个或多个传感器，用于获取所需的物理现象数据，如温度、湿度、压力和加速度等；传感器收集到的模拟信号，通过信号调理单元中的模拟数字转换器转换为数字信号，从而进行进一步的分析处理；而处理单元是无线传感器节点的主控制器，负责管理传感单元和无线通信单元，通常由具有处理和数据存储能力的车载计算机组成。

李浥东表示，如在监测桥梁等交通基础设施时，目前可应用大量的传感器节点构建一个无线传感器网络。

具体而言，无线传感器网络可以通过数据采集子系统（收集关键的信息数据）、控制和数据分析子系统（处理收集到的数据，帮助交通系统进行决策），以及通信子系统（通过无线链路实现无线传感器节点之间的通信）共同发挥作用，使得未来交通系统更加高效及安全。

安装24小时在线联网的“听诊器”

以桥梁为例，它作为交通基础设施中重要的一环，需要定期维护以确保过桥车辆及行人的安全。然而，日常生活中许多桥梁已有50年甚至更久的建造历史。

试想，如果人们每天穿行于这些桥梁，将面临很大的危险。

“无线传感器可以监测和报告桥梁的物理状况，如滑移系数和湿度。”在李浥东看来，桥梁结构健康监测是一种基于无线传感器的主动防御型方法，即将无线传感器网络安置于桥梁上，就像为桥梁装了一个24小时在线联网的“听诊器”，帮助相关部门进行桥梁物理状况的日常监控及维护。

“而对于严重老化急需维修的桥梁，无线传感器还可以帮助我们作出最高效的维修决策。”IEEE高级会员、美国罗格斯大学规划与公共政策学院副院长Clint Andrews介绍，在有很多地方都需要投资维修的情况下，可以根据无线传感器收集到的实时状态信息，确定维修的先后次序。

除此之外，无线传感器还可以应用于罕见大型突发事件的监测。对于灾难性的桥梁结构故障如结构坍塌，传感器可以通过对异常数据的监测，向维修人员发布早期预警。

使交通更智慧

除了可以监测桥梁的健康状况以外，无线传感器技术还能帮助我们对交通状况进行分析和决策，助力智慧交通。李浥东表示：“在城市交通中，无线传感器收集到的数据，可以用在对不同路段交通量的预估上，为智慧交通系统提供有用的分析决策信息，从而提高交通流通的效率。”

例如，智慧交通系统可以与手机短信服务相结合，利用无线传感器收集到的数据，提醒用户交通拥堵的情况；还可以结合地理信息系统，帮助政府高效地管理交通和规划交通网络的扩展。

对于应对偏远地区的紧急情况，IEEE高级会员Aiyappan Pillai解释说，如果在偏远地区出现紧急的情况，由于交通拥堵无法联系到附近的支援服务，可以通过附近的无线传感器连接自动呼叫应急车辆，将事发现场的详细位置信息第一时间共享到附近的救急服务网点。

除了无线传感器技术外，“边缘计算、5G、物联网、人工智能和机器学习等技术也与其他尖端技术相结合，为许多国家的基础设施建设取得突破性进展提供支撑。”Aiyappan Pillai补充道。