护航“百年大计”：数据技术让民生基础设施更智能

塔科马海峡大桥是位于美国华盛顿州塔科马的悬索桥。第一座塔科马海峡大桥于1940年7月1日通车。

当时人们发现这座大桥在微风的吹拂下会出现晃动甚至扭曲变形的情况，当地人幽默地将大桥称为“舞动的格蒂”。通车仅仅4个月后，这座大桥便戏剧性地被微风摧毁。重建的大桥于1950年通车，被称为“强壮的格蒂”。

2007年8月1日，美国明尼苏达州I-35W密西西比河大桥在傍晚交通高峰时段垮塌，约50辆汽车坠入河中，造成13人死亡，145人失踪。该桥于1967年建成，预计每天可通行66,000辆汽车。但是，到了2004年后，每天通行的车辆高达141,000辆，远远超过当初设计的通行量，这也导致了上述事故的发生。

美国科学基金会民用基础设施系统工作组曾经说过，停止投资基础设施是文明走向衰落的第一步。一个国家的民用基础设施的质量决定了这个国家的经济潜力、国家财富和人民生活质量。因此，公路、铁路、桥梁等基础设施的毁坏在社会上造成的影响很大。

基础设施作为“百年大计”，很重要，同时也都是天价工程，美国由于关键桥梁或隧道的损毁而产生的费用可能超过100亿美元。幸运的是，我们现在有了大数据，大数据可以在帮助提高基础设施安全性的同时，大幅节省这些“百年大计”的维护开支。

监控防洪大堤

在荷兰，“防洪大堤监测”项目已经推进了长达10年，这一项目旨在改善堤防监测，提高防洪能力。政府集结了很多机构和组织，共同努力将传感器技术和数据科学相结合，打造了一个强大的堤防监测系统，可以将防洪大堤的状况实时可视化地展现出来。

这个系统的核心是防洪大堤数据服务中心（DDSC），它集中、统一地存储实时监控的数据，进行处理和分析。大堤收集的数据也可用于检测影响人体健康的多项与水有关的指标，比如水生生物变化趋势和水体污染等，还可用于对河流和沿海水域灾害的预警。

堤坝能通过大数据变智能，其他的基础设施同样也能通过大数据变智能，比如桥梁。监测桥梁结构的健康度现在受到极大的重视。无线传感器成本的下降和数据科学的发展让桥梁监测变得更普遍，也更专业。目前世界各地智能桥梁的应用案例比比皆是。

新圣安东尼瀑布桥

2007年，美国明尼阿波利斯圣安东尼瀑布桥垮塌，一年之后，新桥建成通车。这座新桥是一座智能桥梁，配备了300多个传感器。这些传感器用来测量结构腐蚀、天气条件、水平和垂直运动以及交通状况等对大桥的影响。桥梁上设置的温度传感器还可以与防冻喷雾系统进行通讯，在温度较低时自动释放防冻喷雾，防止桥梁结冰影响通行。

这些传感器每天都会收集大量的数据，用于实时监控桥梁的状况，利用数据分析技术，桥梁运营方和监管方可以更全面地了解桥梁的应力分布和其他能够描述桥梁状态的数据。这些信息将用于改进新桥梁的设计，以便更好地处理桥梁的受力。

韩国第二珍岛大桥

珍岛大桥是连接珍岛和朝鲜半岛西南端的双斜拉桥，横跨鸣梁海峡。为了分担珍岛大桥的交通压力，第二珍岛大桥于2006年建成，它是一座三跨钢箱梁斜拉桥，主跨344m，侧跨70m。第二珍岛大桥也是一座典型的智能大桥，桥体配有113个传感器节点，可以测量桥梁上的加速度、温度、湿度、光线和风力等数据。 

第二珍岛大桥布有15个温度传感器、15个拉力传感器、4个双轴倾角仪、2个拉线位移传感器、2个激光位移传感器、24个光纤布拉格光栅传感器、20个单轴电容式加速度计、2个双轴力平衡式加速度计和3个三轴地震加速度检测仪。这些传感器加起来会收集大量的数据，以通过数据分析不断监测桥梁以及进行科学研究。

第二珍岛大桥上的传感器监控系统绝大多数都采用无线传输技术，传感器布置和数据收集极为方便，这座大桥也成为大数据技术将桥梁变智能的典型案例。

智能民用基础设施的优点

防洪堤和桥梁只是民生基础设施智能化的几个例子，基本上任何基础设施都可以通过传感器进行升级，使其变得更加智能化，并利用大数据技术进行实时监测分析和可视化呈现。民用基础设施智能化将带来5个优势：

1．提高基础设施监测水平

直到现在，世界上大部分基础设施的监测还是采用定期检视人工统计的传统方法，这种方法不光费时费力，而且频率低、效率低、缺乏数据支持。仅仅美国1个国家就有60多万座桥，推及到全世界，这将是一项非常艰巨的任务，而且要耗费难以估量的财力。如果给民生基础设施配备传感器，将其智能化，自动和实时监控各种变量，将是一件利在千秋的举措。

2．预防性维护，降低成本

装有监控系统的民生基础设施可以在需要维护之前就进行预警，这将大大延长基础设施的使用寿命，同时防止意外情况的发生，避免严重事故和灾害的发生。

3．提高安全性

全天候监控的基础设施绝对要比每年只巡检几次的设施更安全。此外，由于可以采用预防性维护，基础设施的结构会保持更好的状态。此外，智能化桥梁还能额外地创造安全的驾驶条件，比如新圣安东尼瀑布桥，当温度传感器检测到气温较低时，可以自动启动防冻喷雾，从而在恶劣天气下显著改善大桥路面通行状况。

4．降低运营成本

智能化基础设施运营起来会更节省成本，坐在监控中心里就能了解基础设施的实时状况，而且不受天气影响，做到全天候监控。通过精心安排和有针对性地进行早期维护，可以比事后维修节省5倍的成本。

5．提供其他支持

配备高科技传感器的基础设施还可以提供有关交通状况、环境、经济或者人口变化的方面的重要信息，这些信息可用于提高政府监管水平，并能够为当地经济决策提供数据支持。

未来的基础设施

未来，基础设施将能够通过复杂的高科技传感器网络实时监控自己的健康状况，它能够提供其结构的完整评估，甚至能在必要时自动采取纠正措施。当来自传感器的数据与其他数据源（如气象数据、经济数据等）相结合时，可以预测未来对基础设施和环境的影响，同时降低运营成本并显着提高安全性。