基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的研究

魏云峰，張 劼

(九江市公路管理局永修分局)

0 引 言

橋梁質(zhì)量安全是橋梁工程建設(shè)的重要組成部分，橋梁的長期實(shí)用性和穩(wěn)固性直接影響日常交通運(yùn)輸，直接影響經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展與社會的穩(wěn)定進(jìn)步。尤其是在當(dāng)前現(xiàn)實(shí)情況中，橋梁工程中一些橋梁老化、橋體受損等問題層出不窮，且有愈演愈烈之勢。針對這一問題，橋梁工程人員不僅要著力解決好橋體檢修、維護(hù)工作，更要從源頭上防范橋梁問題，建立起基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，通過對橋梁進(jìn)行及時有效的監(jiān)控工作，保障橋梁工程質(zhì)量。

1 基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的特點(diǎn)

要建立起完善的基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，首先要對橋梁安全監(jiān)測工作有一個清醒客觀的認(rèn)識。當(dāng)前國內(nèi)外的橋梁安全監(jiān)控工作主要是采用收集監(jiān)測單個橋梁數(shù)據(jù)情況的方法，在實(shí)際操作中，往往由于測點(diǎn)的數(shù)量與距離的限制、運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)成本的昂貴、多個目標(biāo)同時監(jiān)控技術(shù)的匱乏等問題，造成監(jiān)測工作效率不高，有效率低的結(jié)果。而基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)物則彌補(bǔ)了上述傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題。所謂物聯(lián)網(wǎng)，是基于計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過無線數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)燃夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)的自動化整理與分類。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)質(zhì)是將計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)自動識別整理的數(shù)據(jù)信息在信息網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫里發(fā)布，以數(shù)據(jù)共享的形式建立起數(shù)據(jù)監(jiān)測體系。

基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的另一特點(diǎn)是可以有效節(jié)約人力資源成本。傳統(tǒng)的橋梁安全檢測工作一般采取人工監(jiān)測的方式，人工監(jiān)測不僅耗費(fèi)大量的人力物力，而且由于監(jiān)測人員的個體差異問題，一旦發(fā)現(xiàn)橋梁安全問題往往不能及時解決或者進(jìn)行信息數(shù)據(jù)采編工作，最終造成人力資源及相關(guān)設(shè)備器材的浪費(fèi)，甚至造成重大的橋梁安全隱患問題。而基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)采用力學(xué)傳感器等先進(jìn)檢測設(shè)備，將監(jiān)測的主體從人變?yōu)榱思夹g(shù)，通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將收集采編到的橋梁數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)叫畔⒅行倪M(jìn)行高效化和便捷化的分析處理，從而達(dá)到全面監(jiān)控橋梁安全狀況，對橋梁相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行及時分析與評估，將安全隱患扼殺在搖籃里的目的。

2 監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的具體工作流程

基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)其基本運(yùn)作過程是在目標(biāo)監(jiān)控橋梁上安裝橋梁安全信息數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，并在后臺信息中心設(shè)立橋梁安全實(shí)施監(jiān)測中心，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將從橋梁安全信息數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)中得來的最新信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)綐蛄喊踩珜?shí)施監(jiān)測中心，從而提高監(jiān)控的快捷性和有效性。同時對多個橋梁實(shí)施監(jiān)控，將分別得來的數(shù)據(jù)在橋梁安全實(shí)施監(jiān)控中心進(jìn)行匯總分析，又能夠在數(shù)據(jù)對比中對橋梁進(jìn)行科學(xué)客觀的質(zhì)量評估。基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)具體運(yùn)作流程，詳見下圖1。

圖1 橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖

3 橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)具體實(shí)現(xiàn)方式

3.1 橋梁安全信息數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)

橋梁安全信息數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括橋梁環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)、橋梁整體振動監(jiān)控系統(tǒng)、橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)控子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)預(yù)處理與無線發(fā)送系統(tǒng)四個組成部分。其中橋梁環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)主要是進(jìn)行橋梁環(huán)境參數(shù)的測量工作，測量橋梁周邊環(huán)境的風(fēng)向、溫度、氣壓等參數(shù)，在環(huán)境監(jiān)控工作中常用的監(jiān)控儀器有風(fēng)向傳感器、溫度傳感器、氣壓傳感器等;橋梁整體振動監(jiān)控系統(tǒng)主要是為了測量橋梁整體結(jié)構(gòu)的振動參數(shù)，在監(jiān)測工作中一般采用GPS 振動測量技術(shù);橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)控子系統(tǒng)主要是收集橋體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)，在監(jiān)測工作中一般采用應(yīng)力應(yīng)變傳感系統(tǒng);數(shù)據(jù)預(yù)處理與無線發(fā)送系統(tǒng)主要是保證橋梁監(jiān)測信息的數(shù)據(jù)正常傳播和網(wǎng)絡(luò)通暢，在監(jiān)測工作中一般采用SAM9G10 微處理器和無線通訊模塊等專業(yè)性設(shè)備。

3.2 橋梁安全監(jiān)測預(yù)警中心

橋梁安全監(jiān)測預(yù)警中心包括橋梁結(jié)構(gòu)分析模型和橋梁安全監(jiān)控分析系統(tǒng)兩部分。橋梁結(jié)構(gòu)分析模型主要是通過將監(jiān)控預(yù)警中心從橋梁安全信息數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中傳輸而來的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)模型，利用橋梁結(jié)構(gòu)模型來驗(yàn)證橋梁安全指標(biāo)的具體參數(shù)，從結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)、結(jié)構(gòu)動態(tài)等多方面進(jìn)行橋梁數(shù)據(jù)監(jiān)控與分析。橋梁安全監(jiān)控分析系統(tǒng)則是通過橋梁結(jié)構(gòu)分析模型已得出的橋梁安全指標(biāo)參數(shù)，將橋梁指標(biāo)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效對比分析，從而對橋梁安全狀態(tài)評估、橋梁壽命預(yù)測、橋梁維護(hù)保養(yǎng)策略等均有一個科學(xué)而客觀的認(rèn)識。

以某地的橋梁安全監(jiān)測工作為例，該地橋梁興建于上世紀(jì)六十年代，當(dāng)?shù)厝骄鶞囟燃s為22 度，年降水量較大，土質(zhì)疏松，在橋梁檢修過程中發(fā)現(xiàn)有橋體老化、部分橋體出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。針對這一問題，當(dāng)?shù)罔F路部門成立專門的橋梁安全監(jiān)測小組，就該地橋梁建立完善的基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，橋梁安全監(jiān)測預(yù)警中心設(shè)立在距離橋體約5 公里的城市遠(yuǎn)郊地區(qū)，配備有專業(yè)的橋梁工程師與維修人員。通過對該地目標(biāo)橋梁實(shí)施監(jiān)控，將橋梁安全信息數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中該橋梁的信息數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)測預(yù)警中心，發(fā)現(xiàn)該地橋梁在應(yīng)力應(yīng)變方面存在一定的數(shù)據(jù)偏差。跟著這一監(jiān)測結(jié)果，監(jiān)測預(yù)警中心派出專業(yè)的工程師與維修人員，在討論修復(fù)方案之后達(dá)到目的橋體區(qū)域?qū)崟r進(jìn)行維修工作。事實(shí)說明，基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測橋梁安全質(zhì)量問題，有利于規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，確保橋梁安全監(jiān)測工作的效率。

基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)組成示意圖，詳見下表1。

表1 基于物聯(lián)網(wǎng)的橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)示意表

續(xù)表1

4 結(jié) 語

基于物聯(lián)網(wǎng)的集群式橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，能夠有效利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在橋梁安全信息數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)與橋梁安全監(jiān)測預(yù)警中心之間進(jìn)行橋梁數(shù)據(jù)信息的運(yùn)輸船舶，能夠有效監(jiān)測預(yù)警工作，規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，保障橋梁工程質(zhì)量。

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