Како радарските сензори можат да спречат уривање на мостови

По делумното уривање на мостот Карола во Дрезден во септември 2024 година, германската јавност и надлежните институции го фокусираа своето внимание на алармантната состојба на инфраструктурата.

Според сегашните проценки, дури 8.000 мостови на автопатиштата и околу 18.000 километри железница бараат итна санација, а вкупната цена на работите би можела да достигне 100 милијарди евра. Иако континуираното следење на состојбата на објектите би можело да спречи вакви инциденти, досега тоа било занемарено поради високите трошоци.

Во Институтот за инженеринг на адаптивни системи, огранок на Fraunhofer институтот за интегрирани кола (IIS), истражувачите развиваат ефикасен и достапен систем за надзор кој користи радарска технологија од светот на автомобилската индустрија. Целта е да се продолжи животниот век на конструкциите, да се подобри безбедноста и попрецизно да се планираат работите за санација.

Недостаток на регулативи за континуиран мониторинг

Во моментов, стандардот DIN 1076 ги регулира инспекцијата и надзорот на градежните објекти во Германија, но предвидува само периодични проверки, без континуирано следење. Сепак, таков систем за следење би овозможил подобро собирање податоци и подобри проценки за тоа колку на некоја конструкцијата и е преостанат работен век.

Fraunhofer IIS е активен член на здружението Deutsche Gesellschaft für Bauwerksmonitoring e.V., кое се залага за воведувањето на надзор со помош на сензори како стандардна практика.

Сепак, специјализираните сензори наменети исклучиво за следење на градежните конструкции сè уште претставуваат висока финансиска препрека – нивната цена е многу пати повисока во споредба со решенијата од автомобилската индустрија што можат да се прилагодат за овие потреби.

Автомобилски сензори како исплатлива алтернатива

Тимот на Fraunhofer од Дрезден дојде до решение во форма на веќе развиена технологија која ги исполнува сите барања: висока прецизност, долг работен век, отпорност на оптоварувања и широк температурен опсег.

Christoph Sohrmann, раководител на истражувачката група, објаснува дека автомобилските сензори, особено оние што се користат за автономно возење, се покажаа како идеална основа за следење на инфраструктурните објекти.

Тој истакнува дека во соработка со MKP GmbH наскоро ќе се спроведе тестирање на MEMS сензорите што моментално се користат во мобилните телефони и возилата. Овие сензори можат да детектираат пукање на челични кабли во армирано-бетонски мостови. Сепак, главниот фокус на истражувањето останува на радарските сензори.

Техничките прилагодувања се клучни

Иако автомобилските сензори се финансиски исплатливи, нивната примена во градежен надзор бара дополнителни модификации. Обработката на сигнали базирана на фреквенција, типична за автомобилската индустрија, нема доволно висока резолуција за да открие мали промени во структурата на градежните објекти.

Затоа истражувачите од Fraunhofer институтот комбинирале тактилни сензори со радарски мерења без контакт. Експериментите се спроведени на тест мост долг 45 метри во реална лабораториска средина на Техничкиот универзитет во Дрезден (TUD), во местото Бауцен. Добиените податоци служат како основа за развој и валидација на нови концепти за мониторинг.

Sohrmann наведува дека радарските сензори овозможуваат лесно мерење на вибрации и статички поместувања на конструкциите – дури и во милиметарски или субмилиметарски опсег, со фреквентен распон што надминува 1.000Hz. Методот што го користат се базира на интерферометриска обработка на фазни податоци.

Интердисциплинарната соработка е клучна

Мерењата ги нарачале и анализирале надлежни институции и градежни бироа, а проектниот тим особено ја нагласува важноста на соработката помеѓу инженери од различни профили. Sohrmann нагласува дека за успешна примена на решението е важно однапред да се дефинира кои податоци треба да се собираат, со која фреквенција и со која прецизност, како и дека толкувањето на интерпретацијата на резултатите треба да биде едноставна.

Голем придонес во проектот дал професорот Steffen Marx, експерт за бетонски конструкции од TUD, кој дава професионални совети од перспектива на градежното инженерство уште од почетокот на проектот.

Нов проект RICARES: Фокус на железнички мостови

Користените сензори, како што се интерферометрите поставени на или под мостовите, овозможуваат краткорочни и долгорочни мерења. Кратките студии се завршуваат во рок од неколку недели, додека долгорочното следење трае со години.

Во продолжението на проектот наречен RICARES, планирано е подетално следење на стабилноста на железничките мостови. Сепак, технологијата може подеднакво успешно да се примени и на патните мостови. Истражувачите ќе се фокусираат на синхронизирање на повеќе сензори и оптимизирање на нивната функционалност со користење на леќи, антени или рефлектори.

Прифатлива технологија за поширока примена

Sohrmann истакнува дека достапните сензори отвораат можност не само за целни истражувања на објекти чија стабилност е доведена во прашање, туку и за воведување на систематски надзор на пошироко ниво. Собирањето стари податоци за оптоварувањето и однесувањето на конструкциите може да биде од клучно значење за рано откривање на потенцијални оштетувања.