每天都有成千上萬的駕駛員過哥斯達黎加的橋梁，人們從不擔心橋梁的安全問題。公眾對這些結構的信心源于政府在監控其安全性和可靠性方面的成功。但是，政府如何就如何分配有限的橋梁維護資源做出明智的決定，以確保公眾安全呢？

參與哥斯達黎加理工學院（TEC）電子橋梁項目的教授和學生已經收集并分析了許多橋梁的數據，以建立橋梁評估系統。他們的目標是使政府在進行嚴格數據分析的支持下，更輕松快捷地制定橋梁維修決策。

對于一個關鍵的橋梁，使用Minitab統計軟件分析的數據幫助政府在緊急情況發生之前就認識到需要維修。現在，項目團隊正在通過監視來自選定橋梁的數據，評估其可靠性并向政府提供其發現，來完善其評估系統。

挑戰

這座橫跨哥斯達黎加卡塔戈的普瑞斯河的橋梁每天承受11,318輛汽車的重量。鑒于在全國范圍內每年用于橋梁維護的資源有限，政府需要確定該橋梁是否需要立即關注，或者是否可以繼續依賴它數年。

eBridge項目的團隊成員將傳感器放置在橋下，以測量車輛通過時在鋼混結構中的運動和振動。他們收集了90,000多個數據點，需要進行分析以預測橋梁的可靠性并確定結構的高應力點。

該任務涉及多個步驟和許多統計方法。他們需要根據他們的數據建立橋梁性能的數學模型，然后創建和分析模擬數據以預測橋梁在未來在不同情況下的性能。

Minitab如何提供幫助

該團隊使用Minitab對傳感器數據進行時間序列分析，從而揭示了橋梁的鋼材和混凝土在長時間承受交通壓力方面的承受能力。“通過Minitab，我們能夠輕松找到異常點并確定應力點，” eBridge項目的研究員Federico Picado說。

為了建立橋梁評估方法，團隊成員在Minitab中進行了時間序列分析，以識別隨時間變化的數據模式。在上圖中，我們可以看到橋梁的變形或運動發生在什么時間。

該團隊還使用了蒙特卡洛模擬來簡化對橋梁的分析。這種方法使用已知參數和描述變量之間關系的方程式創建大量模擬數據，從而使研究人員可以在收集相似數量的實際數據成本高昂或不可能的情況下預測結果。

eBridge團隊使用他們收集的傳感器數據以及有關橋梁的機械和結構特性的已知信息，使用Minitab模擬了負載和阻力數據，這些數據模擬了從中收集傳感器數據的交通壓力。從這里開始，他們進行了可靠性分析，以預測橋梁的可靠性并確定發生故障的可能性。準確的可靠性分析取決于為您的數據選擇正確的統計分布，Minitab可以輕松確認團隊的數據是否遵循正態分布。

上面的概率圖顯示了在第一次數據模擬中使用的數據。

該團隊使用其初始可靠性分析的結果為第二個橋流量場景生成了正態分布的數據，并進行了另一次可靠性分析。然后，他們比較了兩種情況的結果，查看模擬的負載和阻力應力源是否超出了橋梁安全處理這些應力源的能力。

直方圖評估數據的形狀，可以與分析結合使用，以幫助確認假設。上面顯示了兩種情況下的負載和電阻值。

如果橋梁的容量大于預定的壓力源，那么可靠性指標將足夠高，可以認為橋梁是安全的。如果可靠性指標較低，則可以使用國際安全法規立即確定橋梁的使用和維護。

結果

團隊的分析表明，在Purires上的橋梁的可靠性指標很低-鋼和混凝土的承載能力不足以始終如一地承受預計的交通量，因此橋梁有遭受破壞的風險。根據國際法規進行評估時，橋梁不滿足安全要求。哥斯達黎加政府在確定橋梁維修計劃時參考了這些發現。

Picado說：“我們在Minitab中進行的分析幫助我們得出結論，認為過橋的卡車引起了很大的變形。” 實際上，分析后兩個月，橋梁的一根鋼梁坍塌了。幸好沒有人受傷。我們很高興得知我們的預測是準確的，并且一旦我們意識到這座橋遇到了麻煩，政府可以進行干預。”

隨著對Purires河上橋梁的維修工作的繼續，eBridge項目將其方法學應用于哥斯達黎加的其他橋梁，并使用蒙特卡洛模擬和可靠性分析完善其橋梁評估過程。預測潛在的故障可確保哥斯達黎加公民的安全，并通過在發生安全隱患之前進行預測來降低維修成本。

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