一个基于边缘计算的轻量级结构健康监测系统的原型
Yinhao Wang1,2, Zhiyi Tang1,2, Guangcai Qian1,2
1Department of Civil Engineering, Faculty of Civil Engineering and Mechanics, Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China.
Sensors (Basel, Switzerland)
|September 27, 2025
概括
本研究介绍了一种无线桥梁结构健康监测系统,使用边缘计算实时检测极端事件. 轻量化系统为桥梁提供了成本效益和可靠性.
科学领域:
- 工程 工程师 工程师 工程师
- 计算机科学 计算机科学
- 材料科学 材料科学 材料科学
背景情况:
- 传统的有线桥梁结构健康监测 (BSHM) 系统是昂贵而复杂的.
- 现有的无线BSHM系统在成本,同步和可靠性方面面临挑战.
- 基于云的极端事件检测方法不适合边缘环境,因为实时和带宽的限制.
研究的目的:
- 开发一个轻量级的无线BSHM系统,利用边缘计算进行本地数据采集和实时极端事件检测.
- 提高BSHM在中小型桥梁的效率和可靠性.
主要方法:
- 一个无线BSHM系统,具有用于加速数据收集的传感器节点和用于数据处理的智能枢纽.
- 将加速数据转换为时间频率图像,用于训练MobileNetV2模型.
- 实施模型量化和神经处理单元 (NPU) 加速,以实现高效的设备内推断.
主要成果:
- 该系统在实验室测试中展示了高采集精度,精确的时钟同步和强大的反干扰能力.
- 与ARM CPU上的未量子化模型相比,NPU上的量子化模型实现了26倍的推理加速度,35%的功率减少和<1%的精度损失.
- 在实验室钢桥上成功验证了系统的性能.
结论:
- 拟议的轻量级无线BSHM系统为结构健康监测提供了具有成本效益和可靠的解决方案.
- 边缘计算可实现局部智能和快速响应,用于在桥梁中检测极端事件.
- 该系统显示了在桥梁安全和维护方面的现实应用的巨大潜力.
