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基于物联网的桥梁健康监测技术研究

发表时间：2020/11/9 来源：《建筑科技》2020年6月下作者：唐毅1，杨松1，叶长青2

[导读] 针对目前中小跨径桥梁缺乏经济实用的结构健康监测系统的现状，本文介绍了一套经济实用的桥梁健康监测系统，并提出具体实施方案，为将来建立一套有效的桥梁结构安全预警系统，提高预警应急处理的能力和效率奠定基础。

1.浙江省交通运输科学研究院 311300，2.浙江杭徽高速公路有限公司 311300 唐毅1，杨松1，叶长青2

摘要：针对目前中小跨径桥梁缺乏经济实用的结构健康监测系统的现状，本文介绍了一套经济实用的桥梁健康监测系统，并提出具体实施方案，为将来建立一套有效的桥梁结构安全预警系统，提高预警应急处理的能力和效率奠定基础。
关键词：桥梁健康、监测、物联网技术
        引言:改革开放以来，我国的经济持续高速发展，公路交通在经济发展中扮演的角色显得越发重要。桥梁是跨越山涧、不良地质或满足其他交通需要而架设的使通行更加便捷的结构物，在公路交通中起到纽带的作用。就公路桥梁的运行现状监测而言,前公路运营单位主要还是依靠人工定期巡检桥梁的外观、桩机结构、裂缝等情况，尚未形成一套行之有效，节约人力的桥梁巡检模式和健康监测技术[1-2]。针对此，研发了一套经济实用的桥梁健康监测系统，并提出具体实施方案,后建立一套有效的桥梁结构安全预警系统，提高预警应急处理的能力和效率。
        1.实施方案
        考虑到桥梁监测过程的实用性和经济性，研究时选取桥梁的挠度参数作为主要监测对象，通过位移传感器，采集到桥梁的微小形变位移数据，然后通过物联网网关、特定的网络，回传到云控制平台，云控制平台对传回的数据进行分析，实时监测桥梁的挠度变化。
        桥梁结构物位移或变形监测应用的主要方法有GPS法、水准仪法、近景摄影测量法等。GPS监测技术具有高采样频率（20Hz）和可以进行静动态监测等特点外，但由于卫星信号被遮挡及多路基效应的影响，其监测精度和可靠性不高；水准仪法在实际生产中，工作量大，很难满足实际监测的要求；近景摄影测量法可同时测定多点在某一瞬间的空间位置，相片资料可随时进行比较，但在观测的绝对精度方面还不及传统的测量方法，近景摄影测量法的精度主要取决于纵距及焦距。利用激光良好的方向性，实现无接触远距离测量.着桥梁不同程度的变形，照射在被测点的反射板上的激光光斑中心发生变化，只要获取激光发射点与光斑中心位置的距离，通过计算方法，可得到桥梁扰度，适用于跨度不大的中小型桥梁，示意如图1所示。

（其中：1、桥墩；2、桥梁板；3、传感器连接杆；4、传感器调节架；5、激光位移传感器；6、485数据线；7、数据采集模块；8、连接角铁；9、太阳能电源线；10、太阳能板；11、太阳能板安装架；12、反光板）
        桥梁健康监测系统总体架构如图2所示，由监测子系统、信息数据处理子系统、状态评估及风险预警子系统三部分组成。整体运行流程是实时和定期采集桥梁、隧道状态的各项数据，将数据输入信息数据处理平台，之后信息数据处理平台将数据传输至云平台，云平台将评估和预警结果反馈到信息数据处理平台，为桥梁管养部门的下阶段养护决策提供科学依据。

物联网无线传输网络系统由无线传输网络由传感器、通用数据采集模块、LoRa网关和云平台组成。传感器和通用数据采集模块之间采用RS-485串行总线标准，系统总体组成及拓扑如下图3所示。

        2.试点应用
       桥梁健康监测试点工程在G56杭瑞高速（杭徽高速）九峰互通附近（位置：K16+800杭向），试点位置如图4所示。

传感器与相关设备安装如图5所示，由于传感器能耗较小，激光位移传感器采用太阳能光伏-蓄电池供电。
        3.数据采集与分析
        该试点工程实施完成后，监测设备以及太阳能光伏电池等单元各项指标均正常，后台云数据中心的监测系统显示监测桥梁的位移挠度曲线如图6所示。

        4.结语
       （1）研发了一套经济实用的桥梁健康监测系统，并提出具体实施方案，为将来建立一套有效的桥梁结构安全预警系统，提高预警应急处理的能力和效率奠定基础。
        （2）试点实施完成后，采集到相应的扰度数据，并传回云控制平台，生成了相应的扰度曲线和监测报表，该系统运行状态良好。
基金项目：2020年浙江省科技厅院所专项《基于物联网的桥梁、隧道安全智能化监测及预警技术研究》
参考文献
[1]敖毅. 大型桥梁健康监测概念与监测系统设计[J]. 城市建设理论研究:电子版, 2015, 5(28).
[2]韩宜轩, 巨永锋, 杜凯. 基于BIM的桥梁健康监测系统[J]. 电子设计工程, 2019, 27(07):48-52.