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物联网防灾应用:断桥预警系统,可提前6小时预警

  台湾物联网防灾应用,利用传感器建立桥梁监控预警系统,可监测台风来袭时溪水暴涨冲刷桥墩的状况,提前6小时预警,供相关单位基于安全判断是否封桥。

  目前台湾约有2万座桥梁,不少桥梁年龄已有30到40年,由于年久失修,这几年每逢台风豪雨带来溪水暴涨,挟带大量土石及漂流木冲刷桥墩结构,经常因此导致断桥意外发生。例如2000年碧利斯台风使得高屏大桥断桥,有22人坠桥受伤。2001年桃芝台风台中东门桥断桥,1死1失踨。2008年辛乐克台风后丰大桥断桥,造成3车6人死亡,2009年莫拉克台风造成双园大桥断桥,导致6车10人死亡。

  根据研究,造成桥梁损害原因,溪水的强力冲刷占6成,是桥梁安全的最大杀手。因此台湾研究机构集结地震震中心、台洪中心、芯片中心、仪科中心、以及纳米实验室,运用物联网技术研发桥梁预警系统,使管理单位通过云端随时监控桥梁安全状况,作为桥梁平时维护,以及台风或地震时安全监控之用。

  研究中心研究员表示,传统桥梁监控是以水位计以及流速计测量溪水表面的流速、高度,以判断桥梁安全,但2000年高屏大桥断桥事件并非发生在台风溪水暴涨时,而是两天后溪水消退的时候。测量水面下的流速,以及河床下桥墩的冲刷深度相当重要。

  因此断桥预警系统在桥上安装传感器以监测桥体震动数据,水面下桥墩处安装压力传感器,以测量水面下水流速度,桥墩河床以下埋设感测节点,监测桥墩被冲刷的状况。所有数据再结合桥上实时影像监控画面输送到预警系统。

  桥墩河床下的感测节点,专门监测桥墩被溪水冲刷的深度。为了让传感器在土石、流木冲击下可以稳定搜集数据,感测节点被包里在金属圆球内,供电线路及网络经由金属圆筒及钢筋结构保护,河床下桥墩数据被传送到桥上的管理箱,再经由网络或Wi-Fi送到云端的预警系统。 

  研究中心与水利部门合作,现场模拟桥墩在砂质河床下受到水流强力冲刷下,从代表安全的绿灯,到桥墩被冲刷达一定程度亮起黄灯,到桥墩被冲刷最危险情形的红灯。研究员表示,未来在桥的两端安装预警用的红绿灯警示设备,车辆驾驶就可以根据灯号判断桥梁安全,这套预警系统可以事先判断,提前6小时警告可能发生断桥意外,从警告到实际断桥的时间会视水流、桥墩被冲刷情形变化。 

  亮起黄灯后,若冲刷更严重即亮起红灯,并发出哔哔声响警告车辆驾驶,再过一段时间模拟的桥梁无预警的倒下。

  目前研究中心已在浊水溪上下游,名竹大桥、自强大桥、中沙大桥三座桥,各选择1个桥墩布署传感器,搜集桥梁数据回传到预警系统,以监控桥梁安全。当系统监测到溪水强力冲刷桥墩,导致桥梁有安全疑虑时,系统便会发出黄灯警告,让相关单位进行封桥准备。红灯代表桥梁处在最危险状态。未来实验将扩大到位于出海口的西滨大桥。