Ученые Томского политехнического университета и Томского государственного архитектурно-строительного университета разрабатывают уникальный дистанционный метод для мониторинга состояния мостов и других инженерных сооружений. Он основан на регистрации лазерных спеклов — это буквально темные и светлые «пятнышки», которые появляются при освещении несущей конструкции лазером. По ним можно судить о мельчайших дефектах конструкции. Такая технология для контроля несущих конструкций в России применяется впервые. Исследование проводится при поддержке гранта Сибирского химического комбината.
Фото: пресс-служба ТГАСУ.Полевой этап работ в рамках исследования прошел в начале июня. Объектом для апробации новой технологии стал мост через речку Бурундук возле поселка Петрово Томского района, который был отремонтирован в прошлом году. Для мониторинга ученые направляли лазерный луч на балки пролетных строений моста, чтобы зафиксировать их прогибы и колебания при прохождении транспорта. Далее регистрировались отраженные спекл-изображения и проводилась обработка информации с использованием разработанного авторами программного обеспечения.
«Принцип работы метода основан на том, что объект освещается когерентным лазерным излучением в точках контроля. Далее проводится регистрация спекл-изображений. Спеклы (от англ. speckle – пятнышко) представляют собой условные темные и светлые пятна, которые складываются в рисунок, или паттерн. Затем проводится компьютерный анализ перемещения паттернов. Дело в том, что когда луч отражается от поверхности какого-либо сооружения, он меняет фазу. Благодаря этому эффекту можно отследить перемещение конструкции, в данном случае — прогиб или колебания балок моста»,
— комментирует доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Федор Губарев .
После верификации данных с сенсорного датчика можно определять такие важные параметры, как частота и относительная амплитуда колебаний, оценивать интенсивность ударов в процессе движения автотранспорта. Основываясь на них, можно судить о характере и силе воздействия на несущие конструкции.
«Оптический датчик, компьютерное оборудование и информационные ресурсы, программное обеспечение представляют собой модель единой киберфизической системы,
— поясняет заведующий кафедрой инженерной геологии, мостов и сооружений на дорогах ТГАСУ Павел Елугачев . — Главная характеристика подобных систем — прямое взаимодействие между измерениями и вычислительными процессами и принятием решений».
Например, при проектировании какого-либо механизма или сооружения киберфизические системы позволяют минимизировать рутинные вычисления, которые берет на себя искусственный интеллект. Но, для того чтобы искусственный интеллект принимал решения, нужно его обучить. С этой целью в единую киберфизических систему совмещаются сенсоры различных физических свойств со специальными алгоритмами.
Совместив датчики с вычислительными ресурсами и проанализировав результаты измерений, киберфизическая система самообучается, самонастраивается. То есть системы обладают элементами искусственного интеллекта. Ученые предполагают, что в перспективе можно будет вести мониторинг мостов и прочих сооружений в режиме реального времени и автоматически, без участия человека. Например, с помощью беспилотных летательных аппаратов.
