نرم‌افزار گوشی‌های هوشمند می‌تواند یکپارچگی ساختاری پل‌ها را با کمک ارتعاشات طبیعی ارزیابی کند

طبق یک مطالعه، یک برنامه کاربردی گوشی هوشمند می‌تواند وجود داشته باشد که نشان دهد آیا پل گلدن گیت سن فرانسیسکوس، یا هر پل دیگری برای این منظور، به خوبی در دست اقدام است یا خیر. ​

مطالعه جدید نشان می‌دهد که تلفن‌های همراه قرار داده‌شده در وسایل نقلیه، مجهز به نرم‌افزار خاص، می‌توانند داده‌های یکپارچگی ساختاری مفید را هنگام عبور از پل‌ها جمع‌آوری کنند. با انجام این کار، آن‌ها می‌توانند به یک جایگزین ارزان‌تر برای مجموعه‌ای از سنسورهای متصل به خود پل‌ها تبدیل شوند. ​

کارلو راتی، یکی از نویسندگان این مطالعه می‌گوید: " یافته اصلی این است که اطلاعات مربوط به سلامت ساختاری پل‌ها را می توان از داده‌های شتاب‌سنج جمع‌آوری‌شده با گوشی‌های هوشمند استخراج کرد."

این تحقیق تا حدی بر روی پل گلدن گیت انجام شد. این مطالعه، شامل محققان موسسه تکنولوژی ماساچوست (‏MIT)، ایالات‌متحده، نشان داد که دستگاه‌های تلفن همراه می‌توانند اطلاعات مشابهی را در مورد ارتعاشات پل که سنسورهای ثابت را جمع‌آوری می‌کنند، به دست آورند. ​

محققان همچنین تخمین می‌زنند که بسته به سن پل جاده‌ای، نظارت بر وسایل موبایل می‌تواند از ۱۵ درصد به ۳۰ درصد سال دیگر به طول عمر سازه اضافه شود. ​

این نتایج نشان می‌دهد که مجموعه داده عظیم و ارزان جمع‌آوری‌شده توسط گوشی‌های هوشمند می‌تواند نقش مهمی در نظارت بر سلامت زیرساخت‌های حمل و نقل موجود داشته باشد. ​

پل‌ها به طور طبیعی ارتعاش دارند، و برای مطالعه "فرکانس‌های مودال" ضروری آن ارتعاشات در بسیاری از جهات، مهندسان معمولا سنسورها، مانند شتاب‌سنج‌ها را بر روی خود پل‌ها قرار می‌دهند. ​

تغییرات در فرکانس‌های معین در طول زمان ممکن است نشان‌دهنده تغییرات در تمامیت ساختاری یک پل باشد. ​

برای انجام این مطالعه، محققان یک برنامه تلفن همراه مبتنی بر اندروید را برای جمع‌آوری داده‌های شتاب‌سنج در زمانی که دستگاه‌ها در وسایل نقلیه در حال عبور از پل قرار داده شدند، توسعه دادند. ​

سپس آن‌ها می‌توانستند ببینند که این داده‌ها تا چه حد با داده‌های ثبت‌شده توسط سنسورها بر روی خود پل‌ها مطابقت دارند، تا ببینند که آیا روش تلفن همراه کار می‌کند یا خیر. ​

پائولو سانتی محقق ارشد گفت: " در کار ما، ما روشی را برای استخراج فرکانس‌های ارتعاش مودال از داده‌های نویزی که از گوشی‌های هوشمند جمع‌آوری شده‌اند، طراحی کرده‌ایم."

همانطور که داده‌های سفرهای متعدد بر روی یک پل ثبت می‌شوند، صدای تولید شده توسط موتور، تعلیق و ارتعاشات ترافیک، (‏و)‏ آسفالت، تمایل به لغو دارد، در حالی که فرکانس‌های غالب زیرین ظاهر می‌شوند. ​این مطالعه می‌گوید: در مورد پل گلدن گیت، محققان ۱۰۲ بار با دستگاه‌های خود از روی پل عبور کردند و این تیم از ۷۲ سفر رانندگان اوبر با تلفن‌های فعال استفاده کرد. ​

سپس این تیم داده‌های حاصل را با داده‌های حاصل از گروهی متشکل از ۲۴۰ حسگر که به مدت سه ماه بر روی پل گلدن گیت قرار داده شده‌بودند، مقایسه کرد. ​

براساس این مطالعه، نتیجه این بود که داده‌های حاصل از تلفن با داده‌های حاصل از سنسورهای پل مطابقت داشت؛ برای ۱۰ نوع خاص از مهندسین ارتعاشات فرکانس پایین که بر روی پل اندازه‌گیری شده بودند، تطابق نزدیکی وجود داشت و در ۵ مورد هیچ گونه اختلافی بین روش‌ها وجود نداشت. ​

سانتی می‌گوید: " ما توانستیم نشان دهیم که بسیاری از این فرکانس‌ها با دقت زیادی با فرکانس‌های مودال برجسته پل مطابقت دارند."

با این حال، تنها یک درصد از تمام پل‌های ایالات‌متحده، پل‌های معلق هستند. حدود ۴۱ درصد از آن‌ها پل‌های فراخنای بتنی بسیار کوچک‌تری هستند. بنابراین، محققان همچنین بررسی کردند که روش آن‌ها در آن محیط چقدر خوب خواهد بود. ​

برای انجام این کار، آن‌ها پلی را در سیامپینو ایتالیا مورد مطالعه قرار دادند، و ۲۸۰ سفر وسیله نقلیه از روی پل را با شش سنسور مقایسه کردند که به مدت هفت ماه بر روی پل قرار داده شده‌بودند. ​

در اینجا نیز، محققان توسط یافته‌ها تشویق شدند، اگرچه آن‌ها تا ۲.۳ درصد اختلاف بین روش‌های فرکانس‌های معین در کل ۲۸۰ سفر و ۵.۵ درصد اختلاف در یک نمونه کوچک‌تر را یافتند. این نشان می‌دهد که حجم بیشتری از سفرها می‌توانند داده‌های مفیدتری به دست آورند. ​

سانتی می‌گوید: " نتایج اولیه ما نشان می‌دهد که تنها مقدار کمی از سفرها در طول چند هفته برای به دست آوردن اطلاعات مفید در مورد فرکانس‌های معین پل کافی است."

بوهلر گفت: "با نگاهی به این روش به عنوان یک کل، استاد MIT، مارکوس بوهلر مشاهده می‌کند که امضاهای زنده به عنوان یک ابزار قدرتمند برای ارزیابی ویژگی‌های سیستم‌های بزرگ و پیچیده، از ویژگی‌های ویروسی عوامل بیماری زا گرفته تا یکپارچگی ساختاری پل‌ها همانطور که در این مطالعه نشان‌داده شده‌است، در حال ظهور هستند."

بوهلر گفت: " این یک سیگنال جهانی است که به طور گسترده در محیط طبیعی و ساخته‌شده یافت می‌شود و ما در حال حاضر در حال بررسی آن به عنوان یک ابزار تشخیصی و تولیدی در مهندسی هستیم."

همانطور که راتی اذعان دارد، راه‌هایی برای اصلاح و گسترش تحقیق وجود دارد، از جمله محاسبه اثرات نصب گوشی هوشمند در وسیله نقلیه، تاثیر نوع وسیله نقلیه بر داده‌ها و غیره. ​

راتی گفت: " ما هنوز کاری برای انجام دادن داریم، اما معتقدیم که رویکرد ما می‌تواند به آسانی در تمام طول مسیر به سطح یک کشور برسد."

"ممکن است به دقتی که می­توان با استفاده از سنسورهای ثابت نصب‌شده بر روی یک پل به دست آورد، نرسد، اما می‌تواند به یک سیستم هشدار اولیه بسیار جالب تبدیل شود. سپس ناهنجاری‌های کوچک می‌توانند زمان انجام تحلیل‌های بیشتر را نشان دهند."