Plataforma web para monitoração em tempo real de estruturas de engenharia civil usando rede de sensores sem fio: deformação, aceleração, rotação, temperatura, posicionamento e vibrações (grades de Bragg em fibra óptica)

Resumo

Os avanços tecnológicos da Engenharia Civil, permitiram a construção de estruturas cada vez mais altas, longas, esbeltas e leves. Paralelamente a estes avanços, o Monitoramento de Integridade Estrutural (SHM - Structural Health Monitoring), campo emergente na engenharia que vem reunindo vários avanços tecnológicos, como: dinâmica estrutural, materiais, testes não destrutivos, processamento de sinais, sistemas de comunicação, eletrônica, sensoriamento remoto e processos de tomada de decisão; está permitindo, a cada momento durante a vida de uma estrutura, fornecer um diagnóstico do seu estado e um prognóstico da vida restante. Isso vem sendo feito por meio de sistemas completos que reúne sensores e atuadores, sistemas de transmissão de dados e unidades de processamento de dados, dos quais parte (pelo menos os sensores) são incorporados na própria estrutura. Uma das principais motivações para a adoção e uso do SHM, são: aumentar a segurança, otimizar e antecipar as operações de manutenção e estender a vida útil da estrutura. Os recentes avanços tecnológicos de redes de baixo consumo de energia LPWAN (Low Power Wide Area Network), que vem impulsionando rapidamente o crescimento do mercado de IoT, em conjunto às ferramentas de Big Data na nuvem, técnicas computacionais de Machine Learning para a identificação automática de parâmetros e grandezas físicas estruturais e obtenção de conhecimento de grande volume de dados gerados por sistemas de monitoramento; possibilitarão a massificação de plataformas de SHM em grande escala local e global, no paradigma IoT e Smart Cities. Atualmente as redes de sensores sem fio (RSSF) utilizadas no SHM, baseadas em padrões WiFi e ZigBee, possuem alguns gargalos não superados, principalmente como, o alto consumo de energia e curto alcance de transmissão de dados; dificultando assim o seu uso no monitoramento contínuo em grandes áreas. Neste sentido, pesquisa e desenvolvimento de novas formas de RSSF para o SHM em tempo real são necessárias. Por tanto, no presente projeto nos propomos pesquisar e desenvolver uma plataforma web para o SHM em tempo real usando RSSF (SHM-IoT) baseados em tecnologias de IoT (redes LPWAN), mais especificamente, redes LoRa. Basicamente as redes LoRa são de baixíssimo consumo de energia e de longo alcances, e são voltadas para soluções IoT. Nesta fase do projeto se implementará o sistema web em nuvem, armazenamento, visualização e coleta de dados para dois tipos de RSSF, a serem desenvolvidos também nesta fase do projeto. A implementação do sistema web terá como base o uso de tecnologias não bloqueantes (Tornado/Python), base de dados NoSQL (Casandra) e JavaScript (Redux e React). As RSSF serão desenvolvidas usando tecnologia LoRa. O primeiro tipo de RSSF será baseado em sensores de aceleração, posicionamento, deformação, rotação e temperatura; o segundo tipo de rede será baseado em sensores de vibração em fibra óptica, grade de Bragg (FBG - fiber Bragg grating), dispostos em série. (AU)