基于物聯(lián)網(wǎng)與DDDAS的橋梁監(jiān)測與損傷評估系統(tǒng)設(shè)計監(jiān)測

橋梁在長期的使用下，一般會出現(xiàn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)的疲勞及損傷，在出現(xiàn)大型交通事故或者是地震的情況下，很容易出現(xiàn)橋梁的坍塌，造成不可估量的損失和危害。在這樣的環(huán)境背景下，實行對于橋梁健康情況的監(jiān)測具有非常重要的意義和作用。傳統(tǒng)的監(jiān)測方式一般采用人工定檢，這種方式勞動強度相對較大，并且在監(jiān)測效率與檢測結(jié)果方面都存在很大漏洞。由于我國相關(guān)研究人員的不斷努力，“智能橋梁”被提出，打破了傳統(tǒng)人工監(jiān)測的形式，有效促進(jìn)我國橋梁監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于物聯(lián)網(wǎng)與DDDAS的橋梁監(jiān)測與損傷評估系統(tǒng)主要包括傳感器、數(shù)據(jù)采集器、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、無線網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控終端和仿真資源等系統(tǒng)組成，如下圖所示。傳感器利用了嵌入式的現(xiàn)代化微型傳感器，這種傳感器具有極強的可靠和穩(wěn)定性以及低耗性，體積較小利于安裝和移動，主要適用在橋梁的應(yīng)力和震動以及位移檢測等方面，是現(xiàn)代化橋梁監(jiān)測系統(tǒng)重要的構(gòu)成部分。數(shù)據(jù)采集器是通過zigbee SOC芯片來實現(xiàn)傳感器各類信息和數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、處理和傳輸，同時與傳感器結(jié)合在一起，構(gòu)成無線傳感網(wǎng)的各個傳感節(jié)點。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器在內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面與數(shù)據(jù)采集器有很多相同點，唯一的區(qū)別就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器含有GPRS模塊，可以作為WSN網(wǎng)關(guān)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)管理和數(shù)據(jù)整合以及遠(yuǎn)程傳輸，為遠(yuǎn)程橋梁監(jiān)測起到了重要的作用。無線網(wǎng)絡(luò)是整個物聯(lián)網(wǎng)體系的關(guān)鍵部分，主要分為WSN與GPRS兩方面，WSN和傳感器以及數(shù)據(jù)采集器三者組合在一起構(gòu)整個物聯(lián)網(wǎng)體系的感知域，可以對物理量進(jìn)行感知和采集以及轉(zhuǎn)換，并可以將采集器中的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行有效的匯總，分析出橋梁的監(jiān)測結(jié)果后再進(jìn)行信息傳輸。GPRS是比較常見的移動數(shù)據(jù)資源，可以對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，是系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)測功能中的重要組成部分。仿真資源主要是由服務(wù)器或者是小型機和先進(jìn)專用仿真軟件以及管理軟件等部分組成，仿真資源可以利用 “云計算”來實現(xiàn)對外服務(wù)，從而使得資源共享。

二、DDDAS系統(tǒng)的構(gòu)建與設(shè)計

（一）系統(tǒng)概述

傳統(tǒng)的模擬分析主要是將測量完成的實驗數(shù)據(jù)人工輸入到現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型中，利用仿真技術(shù)來對系統(tǒng)現(xiàn)狀和未來變化趨勢的監(jiān)測形式，輸入?yún)?shù)值一般情況下呈靜態(tài)，無法動態(tài)反映出監(jiān)測對象的具體變化。而DDDAS系統(tǒng)可以把數(shù)學(xué)模型和仿真技術(shù)進(jìn)行有效的結(jié)合，并模擬真實的監(jiān)測對象變化過程，采集實際系統(tǒng)中產(chǎn)生的動態(tài)數(shù)據(jù)，使得監(jiān)測結(jié)果更具精確性和高效性以及直觀性，充分反應(yīng)出橋梁健康情況的變化過程，如下圖所示。在橋梁監(jiān)測中應(yīng)用DDDAS系統(tǒng)技術(shù)主要目的是通過傳感器對實際測量數(shù)據(jù)的采集和整理，將數(shù)據(jù)采用動態(tài)注入輸入到系統(tǒng)中，并利用模擬仿真技術(shù)，準(zhǔn)確的分析目前橋梁的實際健康狀況，為管理部門各項決策和工作的提供有利的依據(jù)。

（二）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

DDDSA系統(tǒng)是利用傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段進(jìn)行遠(yuǎn)程橋梁物理性信息獲取，其信息主要是橋梁結(jié)構(gòu)的測量數(shù)據(jù)，并將測量后的數(shù)據(jù)信息輸入橋梁三維有限元模型中。橋梁三維有限元模型是一種三維數(shù)字模型，主要是以ASNESYS模型為核心，通過Solid45模型來進(jìn)行橋梁結(jié)構(gòu)的仿真模擬，從而通過三維有限元模型真實反映出橋梁物理性結(jié)構(gòu)的變化。數(shù)據(jù)在三維模型中利用動態(tài)數(shù)據(jù)計算算以及有限元修正計算方式，分析出目前橋梁的健康狀況。

三、結(jié)束語：

本文主要通過對基于物聯(lián)網(wǎng)與DDDAS的橋梁監(jiān)測與損傷評估系統(tǒng)設(shè)計監(jiān)測的分析，讓我們知道了基于物聯(lián)網(wǎng)與DDDAS的橋梁監(jiān)測是一種新型的監(jiān)測技術(shù)，可以對橋梁健康情況進(jìn)行系統(tǒng)性的檢測和的損傷評估，有效提升監(jiān)測效率，降低監(jiān)測成本?；谖锫?lián)網(wǎng)與DDDAS的橋梁監(jiān)測與損傷評估系統(tǒng)主要包括傳感器和數(shù)據(jù)采集器以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器等系統(tǒng)組成。而DDDSA系統(tǒng)是利用傳感器與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)手段進(jìn)行遠(yuǎn)程橋梁物理性信息獲取，并將信息植入到三維有限元模型中進(jìn)行計算，從而實現(xiàn)橋梁健康情況和損傷評估的監(jiān)測。

（作者單位：韶關(guān)市城市管理信息中心）