防设施老朽(大自然的智慧)

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1、防设施老朽】(一)多传感器自动监控掌握“健康”状态     【日经BP社报道】       “我们希望整合收集到的数据，构筑起防患于未然的机制”（日本国土交通省）。       “应该把传感器安装到各种各样的建筑物上”（日本物质材料研究机构的研究人员）。       “要去掉传感器电源的有线布线，最好能连电池也不用更换”（NTT数据）。       为了保护老化的社会基础设施，多种监控措施正在日本全面展开，监控系统的理想形态也逐步明确。那就是“利用通过能量采集获得的电源来驱动传感器和无线模块，并由此收集数据。通过分析数据，准确把握建筑物的状态，做到防患于未然”（图1）。图1：社会基础设施监

2、控需要的四大要素基础设施监控需要在人员难以进入的场所设置大量的传感器，在远程获取检测数据。因此，传感器节点需要在设置后长期无需更换电池。日本国家开始灵活利用传感器防设施老朽】(一)多传感器自动监控掌握“健康”状态日本国家开始灵活利用传感器        日本国土交通省在内部设立了跨部门的基础设施老化应对组织“社会资本老化对策委员会”。该委员会在紧急全面排查的同时，还在着手推进使用无线传感器的基础设施监控系统的实用化。负责这一任务的日本国土交通省综合政策局表示，“对策委员会刚一成立，‘需要哪些传感器’、‘验证实验何时开始’的咨询便纷至沓来”（综合政策局工作人员）。       日本物质材料研

3、究机构MANA纳米电子材料、MANA半导体器件材料团队的主管知京丰裕觉得，为桥梁、隧道、道路等基础设施安装大量传感器蕴藏着巨大的可能性，“如果能够在基础设施损坏之前就察觉变化并采取对策，就可以大幅减少维护的成本”。而且，如果能够远程全面监控基础设施，那么，在少子老龄化情况严重的日本，技术人员不足的问题也可以得到解决。必须低成本化       知京说：“倘若构筑起汇集基础设施数据的传感器网络，新的业务模式就会诞生。”例如，根据传感器数据做出“这座桥安全”的判断后，就可以把这个信息标注在地图上作为附加值。在大地震爆发之时，还可以随时找出“可以通行的道路”。       为了使这些“梦想”成真，

4、日本物质材料研究机构已经联合日本产业技术综合研究所（产综研）、日本信息通信研究机构、日本土木研究所等研究机构及企业，就合作开发传感器监控系统展开了探讨。日本物质材料研究机构表示，该机构目前正在开发使用半导体技术的廉价应力传感器。开发目标是“以1/100的价格，实现性能与目前价格在1万日元左右的应变计相同的传感器”（知京）。       对于结合了能量采集技术的无线传感器网络，曾在NTT数据担任代表董事社长至2012年6月的山下彻（现董事顾问）寄予了厚望。山下说：“在验证传感器网络效果的阶段，有线也无妨。但是，要想作为一项业务广泛推广，就必须实现无线化。”他还针对电源表示，“有线一旦断线，系

5、统就会瘫痪，从防灾的角度考虑，独立电源具有巨大的价值”（山下）。而如果使用一次电池，更换将需要耗费大量的人工和成本。       为了实现理想的无线传感器网络，围绕（1）检测现场情况的“传感”、（2）对所得数据的“分析”、（3）连接传感器的“无线通信”、（4）产生驱动力的“能量采集”这4个要素，开发正日趋活跃。传感：加速度传感器唱主角，力争使用通用产品传感：加速度传感器唱主角，力争使用通用产品       传感包括两种，一种是在基础设施的检查中使用，对持续性的劣化、损伤等实施长期监控的“健康监控”，另一种是对地震等灾害中受损部位的变化进行观察的“本地监控”。       健康监控有望成为定

6、期检查中“目测”的补充及替代方法。这种方法可以看作是人体保健的定期测量体重和体温。使用的传感器估计包括检测振动的加速度传感器、温度传感器和水分传感器等。       而本地监控更像是体检，主要目的是在短期内收集大量数据。除了加速度传感器之外，还需要使用检测位移的应变传感器，检测腐蚀程度的腐蚀传感器，检测破损的AE（acousticemission）传感器*等。*AE（acousticemission）传感器＝将材料变形时产生的声音作为弹性波检测的传感器。广泛应用于产品的测试和建筑物安全监控等。目前还是光纤占主流       就建筑物传感领域而言，已经投入实用的是光纤传感器。在大型桥梁、隧道

7、等交通枢纽的监控之中，已经有了采用的先例。       光纤传感器的作用是根据反射光相对于入射光的变化，测量光路上发生的应变和振动等。利用的是光纤发生变形时，反射光的强度、偏振面、光波长等随之变化的物理性质。因为传感器是玻璃质地，所以腐蚀带来的劣化较小，即使有水分干扰，电信号也不会发生变化，出现异常值的几率较低。       NTT数据正在推进使用光纤的桥梁监控系统“BRIMOS”（图2），目前已经得到了2012年2月开