Автоматизированная система мониторинга исскусственных сооружений АСМИС с использованием искусственного интеллекта

1111

Предлагается к рассмотрению, автоматизированная система мониторинга состояния искусственных сооружений (“АСМИС”) (мосты, эстакады и путепроводы) в реальном масштабе времени, с возможностью дистанционного зондирования, анализа, оценки и прогнозирования технико-эксплуатационного состояния сооружений, выявления повреждений и устранения их на ранней стадии образования, планирования и проведения мероприятий по выполнению ремонтных работ.

Объекты дорожной инфраструктуры, особенно мосты, эстакады и путепроводы, являются важнейшими элементами дорожного хозяйства. И по мере их эксплуатации искусственных сооружений (ИС), они стареют, подвергаясь  различного типа разрушительным механическим, гравитационным, климатическим и техногенным воздействиям, что в свою очередь влияет на их необходимый срок службы. В этом контексте мониторинг в реальном масштабе времени состояния ИС играет важнейшую роль по снижению затрат на техническое обслуживание и продления срока эксплуатации  ИС. 

Архитектура АМИС

В представленном нами проекте предложена архитектура АМИС, которая будет достаточно универсальной и гибкой, с возможностью подключения, приема-передачи данных от смартфонов, многофункциональных мобильных комплексов, включая спутники, пилотируемые и беспилотные летательные аппараты использующие лазерные сканеры, фотокамеры, линейные фотокамеры, видеокамеры и другие технические средства

Интеграция АМИС

Настоящим проектом предусмотрена интеграция автоматизированной системы мобильного зондирования со следующими системами дистанционного зондирования и существующими системами мониторинга таких как:

• получение данных в реальном масштабе времени от мобильных устройств участников движения пешеходы и водители;
• визуальная система мониторинга при помощи фото и видеоаппаратуры, которые могут быть установлены на автомобиле или на любом транспортном средстве;
• система мониторинга при помощи технических средств лазерного сканирования, гиперспектрального анализа и другие;
• система мониторинга технического состояния дорог, включая мониторинг дорожной остановки и трафика движения при помощи пилотируемых и  беспилотных летательных аппаратов;
• система мониторинга состояния технического состояния дорог, включая мониторинг дорожной остановки и трафика движения с помощью спутниковых изображений высокого разрешения;
• система мониторинга состояния дорог, включая мониторинг дорожной остановки и трафика движения при помощи стационарных технических средств, ручных приборов и устройств.

Современные смартфоны оснащены множеством датчиков, таких как акселерометр, гироскоп, GPS, датчики температуры и освещенности и т. д., которые являются архиважными составляющими мобильного устройства, и которые могут генерировать и поставлять ценные данные для системы АМИС

Мобильная платформа АМИС использует уникальную  мобильную технологию, которая сочетает в себе использование различных датчиков на смартфонах, таких как магнитометр, GPS, гироскоп и акселерометр, для обнаружения дефектов дорожного покрытия всех типов и размеров с последующим размещением их на карте. Разработанное мобильное приложение должно быть установлено на мобильный телефон пользователя для сбора сигнала вибрации, информации о местоположении и другие параметры. Установленная программа реализует первичную обработку получаемых данных (например; выборка, переориентация, фильтрация и т. д.) . АМИС — это платформа, встраиваемая в любое мобильное приложение.

Данные об обнаруженных дефектах дорожного покрытия сохраняются и динамически обновляются на сервере АМИС. После процесса обработки данные, передаются серверу через сети мобильной связи и др. Сервер получает, обрабатывает, анализирует и хранит информацию. Данные об аномалиях (дефектах) идентифицируются и классифицируются по определенному программному алгоритму  используя искусственный интеллект.   Обработанные данные об аномалиях хранятся в пользовательской базе данных, которая в последующем может быть использована дорожными службами и организациями по техническому обслуживанию дорог.

Сбор данных с датчиков смартфона

В настоящее время есть разные виды данных, которые можно получить с датчиков смартфона. Типы датчиков движения включают: акселерометр, гироскоп, линейный акселерометр и датчик вращения. Типы датчиков положения включают в себя: GPS, магнетометр и датчик вращения. 

Обработка данных

Настоящим проектом предусмотрена разработка специального мобильного приложения для сбора, предварительной обработки и обработки данных датчиков в двух разных режимах: онлайн и оффлайн. В онлайн-режиме сбор, предварительная обработка и обработка данных выполняются одновременно (в реальном масштабе времени), когда автомобиль проезжает выбоины или неровности. Предварительная обработка данных включает в себя преобразование данных, полученных с сенсоров смартфонов, в чистый и организованный набор данных. Целью предварительной обработки является сглаживание и фильтрование необработанных сигналов данных от датчиков устройства.

Современные смартфоны, как правило, имеют различные определенный набор беспроводных интерфейсов, такие как Bluetooth, Wi-Fi и сотовые сети, что делает их оптимальными для целей краудсорсинга и отправки уведомлений участникам дорожного движения. Фактически, обнаруженные аномалии дорожного полотна передаются на центральный облачный сервер через Wi-Fi или сотовые сети для их дальнейшей обработки и последующего информирования водителей, ответственных организаций и властей. 

Автоматизированная система 

Современные смартфоны, как правило, имеют различные наборы беспроводных интерфейсов, такие как Bluetooth, Wi-Fi и сотовые сети, что делает их оптимальными для целей краудсорсинга и отправки уведомлений участникам дорожного движения. Фактически, обнаруженные аномалии дорожного полотна передаются на центральный облачный сервер через Wi-Fi или сотовые сети для их дальнейшей обработки и последующего информирования водителей, ответственных организаций и властей. 

Автоматизированная система осуществляет:

• сбор, обработку, хранение и выдачу данных путем получения актуальной информации о состоянии дорожного покрытия от всех подключенных транспортных средств, включая и беспилотные автомобили;

• обмен данными между участниками дорожного движения. уведомляя участников о приближении к аномальным участкам.

Данные, полученные с одного или нескольких датчиков в сочетании с алгоритмом идентификации, расположенными на смартфоне, дает нам возможность сбора, обработки и передачи актуальных данных.

Метод мобильного краудсорсинга основан на большом количестве мобильных участников. После сбора данных и их предварительной обработки они отправляются от мобильного участника движения на облачный сервер, который выполняет задачи интеллектуального анализа, включая интеграцию принимаемой информации, анализ, хранение и выдачу. Применение методов интеграции данных на сервере повышает точность и эффективность обработки данных за счет реализации метода машинного обучения и операций классификации данных.

В проекте будет использоваться алгоритм постоянного обнаружения и классификации различных дефектов дорожного покрытия и состояния искусственных сооружений использованием потоковой передачи данных в реальном времени с датчиков смартфонов и других данных.

Значения данных от датчиков будут постоянно сглаживаться и переориентироваться в пространстве, чтобы предоставить пользователям смартфонов больше свободы, а также повысить точность и качество параметров обнаружения.

Предполагается, что система АМИС разработает алгоритмы самоадаптации и самообучения, таким образом чтобы была возможность адаптироваться к любой платформе, к динамическому поведению различных транспортных средств, а также к различным типам дорожного покрытия.