Towards a sustainable monitoring: A self-powered smart transportation infrastructure skin

计算机科学 卷积神经网络 实时计算 深度学习 摩擦电效应 汽车工程 嵌入式系统 系统工程 人工智能 工程类 机械工程 复合材料 材料科学
作者
Qiang Zheng,Yue Hou,Hailu Yang,Puchuan Tan,Hongyu Shi,Zijin Xu,Zhoujing Ye,Ning Chen,Xuecheng Qu,Xi Han,Yang Zou,Xi Cui,Hui Yao,Yihan Chen,Wenhan Yao,Jinxi Zhang,Yanyan Chen,Liang Jia,Xingyu Gu,Dawei Wang,Ya Wei,Jiangtao Xue,Baohong Jing,Zhu Zeng,Linbing Wang,L. Zhou,Zhong Lin Wang
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:98: 107245-107245 被引量:39
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107245
摘要

Sustainable monitoring of traffic using clean energy supply has always been a significant problem for engineers. In this study, we proposed a self-powered smart transportation infrastructure skin (SSTIS) as an innovative and bionic system for the traffic classification of a smart city. This system incorporated the self-powered flexible sensors with net-zero power consumption based on the Triboelectric Nanogenerator (TENG) and an intelligent analysis system based on artificial intelligence (AI). The feasibility of the SSTIS was tested using the full-scale accelerated pavement tests (APT) and the long-short term memory (LSTM) deep learning model with a vehicle axle load classification accuracy up to 89.06%. This robust SSTIS was later tested on highway and collected around 869,600 pieces of signals data. The generative adversarial networks (GAN) WGAN-GP (Wasserstein GAN - Gradient Penalty) was used for data augmentation, due to the imbalanced data of different vehicle types in actual traffic. The overall accuracy for on-road vehicle type classification improved to 81.06% using the convolutional neural network ResNet. Finally, we developed a mobile traffic signal information monitoring system based on cloud platform and Android framework, which enabled engineers to obtain the vehicle axle-load information mobilely. This study is the emerging design and engineering application of the self-powered flexible sensors for smart traffic monitoring, which provides a significant advance for intelligent transportation and smart cities in future.
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