周玉华，韦松柳，黎重军
柳州市桥厦科技发展有限公司广西柳州545112
摘要：随着经济和科技水平的快速发展，桥梁是道路中重要的交通枢纽节点，在公共交通中起着至关重要的作用，随着社会、经济、交通的快速发展，重车、超重车等重型车辆对桥梁的损害也不断加重。为保证桥梁运营安全，应建立桥梁监测系统，提供安全预警，避免发生造成人员伤亡的安全事故。
关键词：健康监测；缆索支撑桥梁；传感系统
引言
缆索支撑桥梁结构健康监测的主要目标是通过处理和分析传感器收集的数据，评估可能对服务或安全可靠性产生不利影响的操作。城市高架桥安全事故偶有发生，为保证城市公共交通安全，桥梁结构健康监测系统亟待普遍应用于在役的城市高架桥。讨论城市高架桥结构健康监测系统应用的意义及其构成，并详细分析检测内容及测点布置等，提出监测系统应具备实时性、连续性及全面性等要求，以现有的5G、物联网等技术提高系统的智慧化程度。
1桥梁结构健康监测系统的构成
桥梁结构健康监测系统是一种可实现自动采集桥梁结构不同形式的物理量（如位移、应变、温度、振动加速度等），对测量结果进行预处理（如数据换算、主应变计算等）后通过无线传输至监控中心，利用人工智能技术监测桥梁的系统工作站。在整个桥梁的监测系统当中，基本的功能模块分为传感器系统、桥梁结构分析系统、数据管理系统等。在数据的采集和传输过程当中，会利用视频或者图像结合接触式的传感器，将桥梁实际运营的数据储存入数据库中，之后将所有的数据和相关信号全部传送给监控中心。然而桥梁分析是利用三维的数据，将实际的工作状态和健康状况进行演绎。将可能存在结构损伤的地方或损伤程度做出智能化的分析，在此基础上保障让整个桥梁的安全评估。整个过程需要非常多的时间，甚至会耗费几天时间都在对结构做出分析。然而人工智能可以通过网络技术进行学习，能够更加快速地对整个桥梁的结构问题做出判断，当桥梁结构受到破坏，就会及时发出警报。
2桥梁结构监测系统
2.1数据处理与控制系统
数据处理与控制系统对数据采集、处理、传输、归档备份、显示和操作进行全面控制。现有的结构健康监测系统有定制的MATLAB、GPS软件和MATLAB的数据分析套件。除了MATLAB数据分析套件，LABVIEW软件将用于监测系统中，因为数据采集和传输系统的硬件基于PXI实时控制器，该控制器与LABVIEW软件最为兼容，可用于数据采集和相关工作。所有数据处理和分析工具都必须具备推导或计算振幅域、时域、频域和频率计数所需函数的能力。
2.2桥梁动态荷载监测系统
超载车辆是影响桥梁结构安全的重要因素之一，因此，对于桥梁超载车辆监控具有十分重要的意义，同时，桥上荷载监测有助于与其他参数联动分析，对于数据清洗及预警具有重要意义，为桥梁结构分析提供依据。本项目对桥梁动态荷载监测采取图像识别加动态称重的组合式监测方法，从而提高动态荷载监测的准确性。1）车辆视频图像识别。视频监控接入与图像分析：对桥上已有摄像头数据接入结构安全监测平台，并对视频数据进行图像识别分析，按不同车型进行车流量统计，2）动态称重系统动态称重系统即在桥梁沥青铺装层埋入称重传感器，在车辆运动状态下获取车辆轴数、轴重、轴距等信息，完成对车辆荷载相关数据的采集，并设定预警阈值，与视频图像识别联动分析，识别现场超载车辆并现场警示。
2.3实现智能化重点技术突破
研发基于深度学习的病害识别技术，通过计算机视觉自动提取病害的特征，实现病害高精度识别；研发基于磁致伸缩导波的无损性拉吊索断丝检测技术，对于断丝截面损失情况进行精准化评估；研发准静态快速荷载试验技术，缩短荷载试验时间并降低试验成本，同时精准评价桥梁的承载力状况；研发同步压缩变换瞬时频率算法，有效提取重车通过时索承桥的索力极值，为超载报警和突发事件的安全评估做出及时预判；研发更高精度、高频率的位移测量技术，如长标距的光纤传感、微波干涉雷达等技术。此外，在数据处理与状态评估方面，充分利用云计算、人工智能技术推进数据处理自动化与智能化；并研发时空数据融合计算，推进检测监测一体化大数据分析，建立桥梁健康状态时空演化模型。新型数字温度传感器测温系统，运用无源摆幅速率控制和瞬时强上拉技术，提升监测效率且成本较低，具有作为长监测手段的可能。基于长标距光纤光栅技术，通过推算结构挠度转角、动力特征、交通荷载等关键数据，实现应变处理、变形解析、模态解析、全桥荷载识别、损伤识别及异常分析。基于分布式传感导电涂料对裂缝具有电阻强敏感性，对桥梁混凝土裂缝的宽度计算、发展阈值报警，实现了实时监测裂缝进展的方法。对于监测过程中采集的海量数据，采用深度神经网络的异常数据自动探测，在数据缺失时补充数据，利用实测和预测的差异进行探测异常。综合发展传感设备与监测系统管理制度，并面向自动化、智能化发展桥梁数据分析技术，从而实现现有桥梁健康监测技术发展问题的突破。
2.4监测方案的制定与实施
钢结构桥梁位移监测工作主要包括基准点控制测量和位移监测点监测。基准点、监测点埋好并稳固后方可进行首次监测。为保障监测精度，监测须遵循“五固定原则”，即固定基准点、工作基点及监测点；固定测量员；固定仪器；固定监测线路、程序、方法；基本固定各周期监测环境。监测时，若突遇监测点位移量严重不均或出现较大裂缝等异常情况，须及时向甲方及设计单位递交监测报告，并缩短监测周期进行连续监测。施测方法及注意点为：（1）位移基准点联测，即各周期监测前须进行基准点联测，以距离监测区域最近且稳固的相同基准点作为工作基点，按闭合导线施测，计算施测前基准点坐标；（2）监测点位移监测，即基准点联测后，依次监测各监测点的三维坐标，监测点相邻两次监测的坐标差为该监测点相邻周期的位移量。
2.5声发射监测法
材料的损伤、断裂，都伴随着能量的产生，这种应变能以弹性波的形式释放，即声发射现象。当能量足够大的时候，人耳可以听到声音。然而在拉索损伤、断裂时，释放的能量微小，只能借助传感器捕捉。辐射出的能量以应力波方式，被传感器接收并转换成易于检测处理的电信号，经中间处理环节，将接受的信号前置放大、调制、放大、滤波、积分、微分及A/D转换等，转换成具有一定幅值的电压或数值信号，最后经过对电压或数值信号的记录、处理和分析，实现对拉索损伤的预警和定位。传统声发射信号处理方法为参数分析法，近十几年来兴起了一种基于小波分析、现代谱分析、神经网分析的波形分析法。
2.6拉索受力监测
在斜拉桥中，索系是抵抗荷载的关键构件，特别是对于竖向荷载。在桥梁结构健康监测系统中，索力监测由加速度计、水平传感站和GPS进行。通过从环境振动的时程加速度数据中提取频率，可以确定每根电缆中的当前张力。在斜拉桥中，通过对斜拉索振动幅值的监测，可以估算出斜拉索在桥面和索塔上的竖向力和水平力。水准仪和GPS还可以通过转换实测的缆索净位移来评估活载作用下的索力。然后将计算的索力与正常使用和极限状态下的设计值进行比较。
结语
建立的桥梁安全监测系统及动态荷载监测系统，基于大桥施工和运营的实际情况，紧密结合预应力混凝土空心板桥的基本特点和运营期的病害、损伤状况，重点针对截面应力、变形及振动等情况进行监测。
参考文献
[1]何琪琪.盾构隧道穿越武广高铁高架桥对其桩基础影响分析[D].绵阳:西南科技大学,2018.