Raspberry Pi против георадара в обнаружении пустот: экономичное и эффективное решение
Китайские учёные разработали систему обнаружения пустот в облицовке железнодорожных туннелей, используя популярный мини-компьютер Raspberry Pi. Эта новая технология, описанная в статье журнала Buildings, может значительно повысить безопасность и надёжность туннельных конструкций.
Железнодорожные туннели обычно строятся с первичной и вторичной отделкой, где последняя повышает прочность и способность выдерживать локальные напряжения. Однако если во вторичной отделке образуются пустоты, то целостность туннеля может быть нарушена, что приведёт к повреждению конструкции или даже обрушению.
Существующие методы обнаружения пустот, такие как ручная инспекция или использование георадара, имеют ограничения. Георадары, хотя и точны, дороги и не обеспечивают непрерывного мониторинга. Чтобы преодолеть эти ограничения, исследователи из Gansu Road & Bridge Construction Group Co и Школы гражданского и гидравлического строительства Хуачжунского университета науки и технологий разработали систему на основе Raspberry Pi для обнаружения пустот в процессе строительства туннеля.
Система использует 40 контактов ввода-вывода общего назначения (GPIO) Raspberry Pi для измерения проводимости бетона. Когда проводимость падает, это указывает на возможные пустоты в облицовке туннеля. Авторы встроили провода во вторичную обшивку недавно построенного 600-метрового туннеля и подключили их к контакту 2 в качестве источника тока и к контакту 34 для заземления цепи.
Click here to preview your posts with PRO themes ››
«Если цепь остаётся разомкнутой (что указывает на пустую полость), то Raspberry Pi не обнаруживает ток. Когда цепь замкнута (что указывает на заполненную полость), ток протекает, и Raspberry Pi регистрирует это как завершённый процесс заливки», — поясняется в статье.
Для защиты устройств от подземной среды исследователи использовали водонепроницаемые корпуса. Кроме того, система включает датчик давления Honeywell и датчик температуры и влажности. Показания всех датчиков загружаются в Alibaba Cloud через соединение 5G и сохраняются в базе данных MySQL для мониторинга в реальном времени и исторического анализа.
Авторы предполагают, что к собранным данным датчиков можно применить машинное обучение или даже создать цифровые двойники туннелей и обеспечеть поддержку принятия решений в режиме реального времени. Отправка данных в облако также означает, что к ним можно получить удалённый доступ, что исключает необходимость спуска инженеров под землю для оценки состояния туннеля.
Сравнительный анализ результатов, полученных с помощью Raspberry Pi, и данных георадара показал, что новая система справляется с задачей весьма достойно, за исключением нескольких ограничений, таких как трудности в обнаружении пустот неправильной формы или очень малых размеров.
