Review on smartphone sensing technology for structural health monitoring

Sensing is a critical and inevitable sector of structural health monitoring (SHM). Recently, smartphone sensing technology has become an emerging, affordable, and effective system for SHM and other engineering fields. This is because a modern smartphone is equipped with various built-in sensors and technologies, especially a triaxial accelerometer, gyroscope, global positioning system, high-resolution cameras, and wireless data communications under the internet-of-things paradigm, which are suitable for vibration- and vision-based SHM applications. This article presents a state-of-the-art review on recent research progress of smartphone-based SHM. Although there are some short reviews on this topic, the major contribution of this article is to exclusively present a compre- hensive survey of recent practices of smartphone sensors to health monitoring of civil structures from the per- spectives of measurement techniques, third-party apps developed in Android and iOS, and various application domains. Findings of this article provide thorough understanding of the main ideas and recent SHM studies on smartphone sensing technology

Автоматизированные приборы неразрушающего контроля на базе смартфона

Currently, non-destructive testing is an interdisciplinary field of science and technology that serves to ensure the safe functioning of complex technical systems in the face of multifactorial risks. In this regard, there is a need to consider new information technologies based on intellectual perception, recognition technology, and general network integration. The purpose of this work was to develop an ultrasonic flaw detector, which uses a smartphone to process the test results, as well as transfer them directly to an powerful information processing center, or to a cloud storage to share operational information with specialists from anywhere in the world.The proposed flaw detector consists of a sensor unit and a smartphone. The exchange of information between the sensor and the smartphone takes place using wireless networks that use "bluetooth" technology. To ensure the operation of the smartphone in the ultrasonic flaw detector mode, the smartphone has software installed that runs in the Android operating system and implements the proposed algorithm of the device, and can serve as a repeater for processing data over a considerable distance (up to hundreds and thousands of kilometers) if it necessary.The experimental data comparative analysis of the developed device with the Einstein-II flaw detector from Modsonic (India) and the TS-2028H+ flaw detector from Tru-Test (New Zealand) showed that the proposed device is not inferior to them in terms of such characteristics as the range of measured thicknesses, the relative error in determining the depth defect and the object thickness. When measuring small thicknesses from 5 to 10 mm, the proposed device even surpasses them, providing a relative measurement error of the order of 1 %, while analogues give this error within 2–3 %.В настоящее время неразрушающий контроль является междисциплинарной областью науки и техники, служащей обеспечению безопасного функционирования сложных технических систем в условиях многофакторных рисков. В связи с этим возникает необходимость рассмотреть в этой области новые информационные технологии, основанные на интеллектуальном восприятии, технологии распознавания, повсеместной сетевой интеграции. Целью данной работы являлась разработка ультразвукового дефектоскопа, который использует смартфон для обработки результатов контроля, а также передачи их непосредственно в центр обработки информации, обладающий мощным оборудованием, или в облачное хранилище, что позволит получать доступ к оперативной информации для её изучения и обработки любому специалисту из любой точки мира.Предложенный дефектоскоп состоит из сенсорного блока и смартфона. Обмен информацией между сенсором и смартфоном происходит с помощью беспроводных сетей, которые используют технологию «bluetooth». Для обеспечения работы смартфона в режиме ультразвукового дефектоскопа в смартфон инсталлировано программное обеспечение, которое работает в среде операционной системы Android и реализует предложенный алгоритм работы прибора, а при необходимости автоматически может выполнять роль ретранслятора для обработки данных на значительном расстоянии (до сотен и тысяч километров).Сравнительный анализ экспериментальных данных разработанного устройства с дефектоскопом Einstein-II компании Modsonic (India) и дефектоскопом TS-2028H+ компании Tru-Test (New Zealand) показал, что предложенное устройство не уступает им по таким характеристикам, как диапазон измеряемых толщин, относительная погрешность определения глубины залегания дефекта и толщины объекта. При измерении малых толщин от 5 до 10 мм, предложенное устройство даже превосходит их, обеспечивая относительную погрешность измерения порядка 1 %, в то время как аналоги дают эту погрешность в пределах 2–3 %

Бездротові технології в автоматизації неруйнівного контролю

Використання бездротових технологій нині спостерігається в багатьох галузях промисловості, і неруйнівний контроль не є винятком. Можливості сучасних смартфонів, які мають значну обчис- лювальну потужність і великі ресурси пам’яті, роблять їх привабливими для застосування в таких областях неруйнівного контролю, як моніторинг стану конструкцій, контроль цілісності об’єктів під- вищеної небезпеки, діагностика роботи обладнання тощо. Розвиток технологій неруйнівного контролю як основи для попередження техногенних катастроф і надзвичайних ситуацій, а також забезпечення експлуатації промислового обладнання та перевірки якості продукції, нині виходить на новий рівень. В умовах промислової революції «Індустрія 4.0» величезними темпами зростає ступінь автомати- зації виробництва завдяки впровадженню все більш складних і взаємопов’язаних промислових систем, що забезпечують оперативний обмін даними. Рушійними силами такої тенденції є: – зростаюча доступність мініатюрних бездротових датчиків; – повсюдність зв’язку через Інтернет; – найкоротші витрати на хмарне зберігання / обробку даних; – можливості швидкого аналізу й отримання рекомендацій, заснованих на отриманих даних, із використанням все більш доступних та ефективних сценаріїв штучного інтелекту. У зв’язку з розвитком IT технологій у сучасному промисловому виробництві можна сформулювати основні цілі, що стоять перед неруйнівним контролем в умовах Індустрії 4.0. Це підвищення швидкодії контролю, стійкості отриманих даних та оперативності прийняття рішення. Отже, майбутнє неруйнів- ного контролю тісно пов’язане з процесами, що характеризуються вищою точністю, меншою кількістю помилок і, отже, підвищеною ймовірністю виявлення дефектів, а також детальними цінними даними, які доступні в будь-який час із будь-якої точки світу. Оцінка результатів контролю може проводитися групами людей, а не окремими людьми, з вищою дисперсією навичок. Продуктивність і швидкість будуть відігравати все більшу роль. Таким чином, можна передбачити, що неруйнівний контроль, орієнтований на майбутнє, забезпечить економію коштів за одночасного поліпшенні результатів, значною мірою допомага- ючи користувачам скоротити або навіть повністю уникнути додаткових операцій контролю. Метою статті є огляд літератури, що присвячена популяризації впровадженню смартфонів у технологічні процеси традиційних методів неруйнівного контролю.The use of wireless technology is now seen in many industries and non-destructive testing (NDT) is no exception. The capabilities of modern smartphones, which have significant computing power and large memory resources, makes them attractive for use in such areas of non-destructive testing as structural control and health monitoring, the integrity of high-risk objects monitoring, equipment diagnostics and others. The development of non-destructive testing technologies as a basis for the prevention of man-made disasters and emergencies, as well as ensuring the operation of industrial equipment and product quality control today reaches a new level. The degree of production automation is growing rapidly in the conditions of the industrial revolution “Industry 4.0”. This is due to the introduction of increasingly complex and interconnected industrial systems that provide operational data exchange. The driving forces of this trend are: – increasing availability of miniature wireless sensors; – the ubiquity of their interconnection via the Internet; – the shortest consumption for cloud storage / data processing; – rapid improvement of analysis capabilities and recommendations based on the obtained data, using more and more affordable and effective methods of the artificial intelligence application. Because of development of IT technologies in modern industrial production, it is possible to formulate the main goals for NDT in the conditions of Industry 4.0. This is to increase the speed of control, the stability of the data and the efficiency of decision-making. Thus, the future of non-destructive testing is closely linked to processes characterized by higher accuracy, fewer errors and, as a result, increased probability of a flaw detection, as well as availability of valuable data at anytime from anywhere in the world. The groups of people with a higher variance of skills can evaluate obtained results instead of individuals. Productivity and speed will matter more. Thus, it is possible to predict that the future-oriented NDT will save money while improving results, greatly helping users to reduce or even completely avoid rework. The purpose of this article is to review the literature on the introduction of smartphones in the technological processes of the traditional NDT methods.Использование беспроводных технологий в настоящее время наблюдается во многих отраслях промышленности, и неразрушающий контроль не является исключением. Возможности современных смартфонов, имеющих значительную вычислительную мощность и большие ресурсы памяти, делают их привлекательными для применения в таких условиях. областях неразрушающего контроля, как мониторинг состояния конструкций, контроль целостности объектов повышенной опасности, диагностика работы оборудования. Развитие технологий неразрушающего контроля как основы для предупреждения техногенных катастроф и чрезвычайных ситуаций, а также обеспечение эксплуатации промышленного оборудования и проверки качества продукции, ныне выходит на новый уровень. В условиях промышленной революции «Индустрия 4.0» огромными темпами растет степень автоматизации производства благодаря внедрению все более сложных и взаимосвязанных промышленных систем. обеспечивающих оперативный обмен данными. Движущей силой такой тенденции являются: – растущая доступность миниатюрных беспроводных датчиков; – повсеместность связи через Интернет; – кратчайшие расходы на облачное хранение/обработку данных; – возможности быстрого анализа и получения рекомендаций, основанных на полученных данных, с использованием все более доступных и эффективных сценариев искусственного интеллекта.В связи с развитием IT технологий в современном промышленном производстве можно сформулировать основные цели, стоящие перед неразрушающим контролем в условиях Индустрии 4.0. Это повышение быстродействия контроля, устойчивости полученных данных и оперативности принятия решения Следовательно, будущее неразрушающего контроля тесно связано с процессами, характеризующимися более высокой точностью, меньшим количеством ошибок и, следовательно, повышенной вероятностью обнаружения дефектов, а также подробными ценными данными, которые доступны в любое время из любой точки мира. Оценка результатов контроля может проводиться группами людей, а не отдельными людьми, с высшей дисперсией навыков. Производительность и скорость будут играть все большую роль. Таким образом, можно предположить, что неразрушающий контроль, ориентированный на будущее, обеспечит экономию средств при одновременном улучшении результатов, в значительной степени помогая пользователям сократить или даже полностью избежать дополнительных операций контроля. Целью статьи является обзор литературы, посвященной популяризации внедрения смартфонов в технологические процессы традиционных методов неразрушающего контроля

Cyber-Physical Systems and Smart Cities in India: Opportunities, Issues, and Challenges

A large section of the population around the globe is migrating towards urban settlements. Nations are working toward smart city projects to provide a better wellbeing for the inhabitants. Cyber-physical systems are at the core of the smart city setups. They are used in almost every system component within a smart city ecosystem. This paper attempts to discuss the key components and issues involved in transforming conventional cities into smart cities with a special focus on cyber-physical systems in the Indian context. The paper primarily focuses on the infrastructural facilities and technical knowhow to smartly convert classical cities that were built haphazardly due to overpopulation and ill planning into smart cities. It further discusses cyber-physical systems as a core component of smart city setups, highlighting the related security issues. The opportunities for businesses, governments, inhabitants, and other stakeholders in a smart city ecosystem in the Indian context are also discussed. Finally, it highlights the issues and challenges concerning technical, financial, and other social and infrastructural bottlenecks in the way of realizing smart city concepts along with future research directions

Multisensory Smartphone Applications in Vibration-Based Structural Health Monitoring

Advances in sensor technology and computer science in the last three decades have boosted the importance of system identification and vibration-based structural health monitoring (SHM) in civil infrastructure safety and integrity assessment. On the other hand, practical and financial issues in system instrumentation, maintenance, and operation have remained as fundamental problems obstructing the widespread use of SHM applications. For this reason, to reduce system costs and improve practicality as well as sustainability, researchers have been working on emerging methods such as wireless, distributed, mobile, remote, smart, multisensory, and heterogeneous sensing systems. Smartphones with built-in batteries, processor units, and a variety of sensors, have stood as a promising hardware and software environment that can be used as SHM components. Communication capabilities with the web, enable them to compose a smart and participatory sensor network of outnumbered individuals. Besides, crowdsourcing power offered by citizens, sets a decentralized and self-governing SHM framework which can even be pertained by very limited equipment and labor resources. Yet, citizen engagement in an SHM framework brings numerous challenges as well as opportunities. In a citizen-induced SHM scenario, the system administrators have limited or no control over the sensor instrumentation and the operation schedule, and the acquired data is subjected change depending on the measurement conditions. The citizen-induced errors can stem from spatial, temporal, and directional uncertainties since the sensor configuration relies on smartphone users’ decisions and actions. Moreover, the sensor-structure coupling may be unavailable where the smartphone is carried by the user, and as a consequence, the vibration features measured by smartphones can be modified due to the human biomechanical system. In addition, in contrast with the conventional high fidelity sensors, smartphone sensors are of limited quality and are subjected to high noise levels. This dissertation utilizes multisensory smartphone features to solve citizen-induced uncertainties and develops a smartphone-based SHM methodology which enables a cyber-physical system through mobile crowdsourcing. Using smartphone computational and communicational power, combined with a variety of embedded sensors such as accelerometer, gyroscope, magnetometer and camera, spatiotemporal and biomechanical citizen-induced uncertainties can be eliminated from the crowdsourced smartphone data, and eventually, structural vibrations collected from numerous buildings and bridges can be collected on a single cloud server. Therefore, unlike the conventional platforms designed and implemented for a particular structure, citizen-engaged and smartphone-based SHM can serve as intelligent, scalable, fully autonomous, cost-free, and durable cyber-physical systems drastically changing the forthcoming trends in civil infrastructure monitoring. In this dissertation, iOS is used as the application development platform to produce a smartphone-based SHM prototype, namely Citizen Sensors for SHM. In addition, a web-based software is developed and cloud services are implemented to connect individual smartphones to an administrator base and automate data submission and processing procedure accordingly. Finally, solutions to citizen-induced problems are provided through numerous laboratory and field test applications to prove the feasibility of smartphone-based SHM with real life examples. Through collaborative use of the software, principles and methodologies presented in this dissertation, smartphones can be the core component of futuristic smart, resilient, and sustainable city and infrastructure systems. And this study lays down an innovative and integrated foundation empowering citizens to achieve these goals

Enabling the Development and Implementation of Digital Twins : Proceedings of the 20th International Conference on Construction Applications of Virtual Reality

Welcome to the 20th International Conference on Construction Applications of Virtual Reality (CONVR 2020). This year we are meeting on-line due to the current Coronavirus pandemic. The overarching theme for CONVR2020 is "Enabling the development and implementation of Digital Twins". CONVR is one of the world-leading conferences in the areas of virtual reality, augmented reality and building information modelling. Each year, more than 100 participants from all around the globe meet to discuss and exchange the latest developments and applications of virtual technologies in the architectural, engineering, construction and operation industry (AECO). The conference is also known for having a unique blend of participants from both academia and industry. This year, with all the difficulties of replicating a real face to face meetings, we are carefully planning the conference to ensure that all participants have a perfect experience. We have a group of leading keynote speakers from industry and academia who are covering up to date hot topics and are enthusiastic and keen to share their knowledge with you. CONVR participants are very loyal to the conference and have attended most of the editions over the last eighteen editions. This year we are welcoming numerous first timers and we aim to help them make the most of the conference by introducing them to other participants

Safety and Reliability - Safe Societies in a Changing World

The contributions cover a wide range of methodologies and application areas for safety and reliability that contribute to safe societies in a changing world. These methodologies and applications include: - foundations of risk and reliability assessment and management - mathematical methods in reliability and safety - risk assessment - risk management - system reliability - uncertainty analysis - digitalization and big data - prognostics and system health management - occupational safety - accident and incident modeling - maintenance modeling and applications - simulation for safety and reliability analysis - dynamic risk and barrier management - organizational factors and safety culture - human factors and human reliability - resilience engineering - structural reliability - natural hazards - security - economic analysis in risk managemen