隨著人口不斷向核心城市聚集，城市基礎設施的維運面臨的挑戰越趨複雜，其中降低安全隱患、減低災害造成的損失是全球關注的議題。澳門大學智慧城市物聯網國家重點實驗室城市公共安全與災害防治研究團隊，致力探索極端天氣條件下濱海城市海洋災害鏈、構建城市基建的健康監測預警智能維養、風險評估體系，保障居民安全。
探索濱海城市海洋災害鏈
粵港澳大灣區內濱海城市位於西太平洋颱風西移路徑，颱風季節常有洪澇、山體滑坡等次生災害鏈。研究團隊以颱風風暴潮災害和濱海城市岩土工程災害為主線，對極端天氣條件下濱海城市海洋災害鏈，開展模擬及風險評估研究。
實驗室於2023年2月搭建澳大遙感衛星地面站，通過接收氣象衛星、高分衛星數據，大幅提高災害要素的觀測精度和區域機動探測能力。這標誌著澳大研究在海洋科學、物聯網、遙感技術等領域的深度融合，有利開展氣候變化、颱風暴雨、海洋環境、濱海城市空氣污染等領域的研究。
研究團隊亦透過澳門城市水災害仿真平台，收集澳門風暴潮增水模擬結果、潮水位監測結果和預警級別、高精度地表水浸時空分佈、地表監測點對比情況、各氣象水文站點監測數據，以及當降雨或風暴潮造成洪澇時，地下管網的流量和水深的時空分佈等數據，助力探索災害的孕災致災機理，提升濱海城市的海洋災害綜合防治能力。
及時評估結構安全狀況
城市公共安全與災害防治研究團隊，探究災害對城市不同承載體（包括人、車、重要基礎設施）的影響，研究結構健康監測、智能運維等防災前沿性研究，著力提升濱海城市的韌性能力，獲多項國家級、省部級科研基金支持，並取得豐碩成果。
針對城市基建的健康監測，研究團隊提出極具創新價值的貝葉斯結構健康評估算法，可及時評估結構安全狀況和預測結構性能變化，對突發事件預警。土木及環境工程系特聘教授阮家榮長期研究貝葉斯分析與應用。阮教授帶領團隊構建了貝葉斯結構健康監測方法體系，為基礎設施安全服役提供重要的理論依據和技術支撐，並引領相關領域的研究。
大型建築會偶現突發問題，嚴重時誘發倒塌風險，阮教授說：「我們致力透過智能算法手段，以最短時間偵測建築的結構損傷。」鑒於大型結構運作複雜，團隊基於無線傳感，提出貝葉斯分佈式參數識別算法解決數據不同步問題，當傳感器失靈時，此算法亦能找出故障傳感器，保障數據分析的準確度。這些研究成果獲發表於Springer專著。
三維智慧運維
在複雜濱海環境及極端災害荷載的共同作用下，跨海交通基礎設施的安全運行面臨極大挑戰。團隊積極開展跨海交通基建的智能算法與評估研究，以保障基礎設施安全服役。實驗室2019年透過國家重點研發項目「港珠澳大橋智能化運維技術集成應用」和廣東省重點研發項目「重大跨海交通集群工程智能安全監測與應急管控」，與港珠澳大橋管理局及相關單位合作以前沿技術推進大橋的智慧營運、監測和維養。
針對島隧薄弱截面、沉管之間易變形位置，研究團隊為大橋開發了「基於光纖光柵的三維變形傳感系統」，結合物理模型、邊緣計算、無線網絡傳輸和大數據智能算法，有效預測和判斷結構的健康狀態。該項目負責人、土木及環境工程系主任、實驗室教授周萬歡說：「我們發明的基於光纖光柵技術的三維變形傳感系統可長期實時監測和判斷沉管結構的變形特徵，以確保適時採取必要維養措施。」
助力灣區跨海基建監測
研究團隊基於青州航道橋、橫琴二橋、澳大N21科研大樓等基礎設施的環境、荷載和動力響應等健康監測數據，以貝葉斯系統識別、隨機模型修正和概率機器學習等方面的理論優勢，搭建了「城市基礎設施健康監測平台」。此平台可實現複雜環境和荷載耦合作用下，對海量監測數據作智能分析，且能展示結構基準有限元模型、關鍵健康指標提取與預測等成果。
韌性城市建設是城市治理風險防控的先決條件。大灣區有眾多現存及在建的大型基建，包括跨海大橋、跨海隧道、高聳結構，均面臨長期維養和安全運營問題，涉及大灣區濱海城市群的融合發展。阮教授説：「通過智能化、自動化手段及早發現基建的結構損傷、受損程度和破損位置，有助我們爭取更多時間對建築物補強。我們將持續積累濱海城市防災及建築結構健康監測等實踐經驗，進一步健全城市基建公共安全體系。」
文 / 余偉業、實習校園記者張嘉禾
圖 / 何杰平，部分由受訪者提供
英文翻譯 / 蘇恩霆
來源：《澳大新語》第27期
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