傳感測量技術在橋梁施工現場監(jiān)測中的應用研究

陳春江

摘要：文章立足于橋梁施工現場監(jiān)測中的各類需求，分析了建立施工現場監(jiān)測系統(tǒng)的必要性，介紹了傳感測量技術的主要架構與核心功能，完成了基于傳感測量技術的橋梁施工現場監(jiān)測系統(tǒng)設計與工程驗證工作，證明了無線傳感技術應用于橋梁施工現場監(jiān)測系統(tǒng)的可行性。

關鍵詞：傳感測量;施工;監(jiān)測;研究

中圖分類號：U446 文獻標識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.032

文章編號：1673-4874（2019）07-0102-03

0引言

橋梁工程現場施工中所涉及的工序眾多，施工人員、施工設備等都需要統(tǒng)籌部署，對橋梁工程現場施工的有效監(jiān)控與管理能夠在一定程度上提高橋梁工程的整體質量及安全性。而如何對橋梁工程的施工現場進行高效、精準地監(jiān)測是當前各路橋施工企業(yè)所面臨的首要問題。傳統(tǒng)的橋梁施工現場監(jiān)測主要依靠施工監(jiān)理人員來完成，這種人為的施工現場監(jiān)測方式很難保證監(jiān)測數據的真實性和有效性，使監(jiān)測出現偏差的偶然性較大。為此，對于橋梁工程龐雜的施工現場環(huán)境，應建立高效、穩(wěn)定、精準的施工監(jiān)測系統(tǒng)。傳感測量技術是伴隨著計算機和網絡技術而發(fā)展起來的一種新型技術，由于其具有高效、穩(wěn)定、精準的數據監(jiān)測功能，使其工程應用的范圍十分廣泛。本文研究了傳感測量技術的主要架構與功能，分析了建立橋梁施工現場監(jiān)測系統(tǒng)的必要性，完成了基于傳感測量技術的橋梁施工現場監(jiān)測系統(tǒng)的設計工作，并通過工程案例進一步證明了該系統(tǒng)在橋梁工程施工現場監(jiān)測中的實際性能。

1傳感測量技術核心架構與主要功能分析

1.1核心架構

傳感測量技術是計算機和網絡技術高速發(fā)展后的產物，它通過部署在現場的大量傳感器，實現數據的實時采集和上傳功能，控制主機對上傳的數據進行搜集、存儲、分析和處理。傳感器類型有溫度傳感器、壓力傳感器以及液位傳感器等，視工程的需要選取合適的傳感器。傳感器也被稱為測量節(jié)點，因為傳感器是負責進行數據采集的，傳感器與后臺控制主機之間的連接需要通過特殊的網絡協(xié)議和網關進行設置。常見的網絡協(xié)議有802.3協(xié)議等，另外還有TCP/IP等信息傳輸協(xié)議。在實際工程應用中應根據具體的網絡配置和接口方式選擇合適的網絡通信傳輸協(xié)議。傳感測量技術的核心架構如圖1所示。

1.2主要功能

進行數據的實時采集是傳感測量技術的主要功能，通過部署的各類型傳感器，實現數據實時、準確的采集功能。各傳感器之間通過通信規(guī)約（通信協(xié)議）與無線網絡連接，將采集到的數據上傳至控制主機的數據庫中。數據庫根據所采集到的現場施工數據類型可分為結構型數據庫和非結構型數據庫。結構型數據庫主要存放施工文本信息;非結構型數據庫主要存放施工過程中所產生的音視頻等管理信息。

無線傳感技術一般通過較為便利的手持終端設備來實現數據的質量分析過程，也可待上傳到控制主機后進行統(tǒng)一分析、處理。無線傳感技術所依托的信息通信架構主要有WIFI、藍牙、UWB以及ZigBee等技術。WIFI通過無線路由的方式在信號覆蓋范圍內接入用戶實現聯(lián)網，具有覆蓋范圍廣、傳輸速度快等優(yōu)點。藍牙作為一種近距離無線網絡通信技術，可在一定程度上簡化各類移動設備之間的通信過程。UWB是超寬帶網絡通信技術，具有抗干擾能力強、加密性好等優(yōu)勢。ZigBee屬于近距離、低功耗的無線網絡通信技術，具有功耗低、可靠性高等特點，在工業(yè)控制和遠程監(jiān)測領域使用較為常見。常用的信息通信架構優(yōu)勢對比分析如表1所示。

2建立橋梁施工現場監(jiān)測系統(tǒng)的必要性

橋梁施工現場監(jiān)測系統(tǒng)能夠實現全天候的無人值守監(jiān)測功能，對橋梁施工現場各個角落的施工狀況能夠全面掌握。監(jiān)測系統(tǒng)不依賴于操作人員的經驗和技術水平，可長期保持穩(wěn)定的運行工況，降低了因人為因素而導致的監(jiān)測數據混亂的情況發(fā)生。從工程成本預算的角度來看，建立橋梁施工現場監(jiān)測系統(tǒng)能夠節(jié)省人員的經費開支，對于控制工程的總預算具有重要作用。因橋梁施工現場部分位置的特殊性和危險性，某些施工區(qū)域是工程監(jiān)理人員無法觸及的盲區(qū)。而施工現場監(jiān)測系統(tǒng)部署有大量的傳感設備，這類設備在現場危險區(qū)域仍可隨時工作，對現場環(huán)境條件的依賴性較低，能夠實現自主的閉環(huán)運行過程，且采集到的數據具有較高的準確性和連續(xù)性，為工程數據分析提供了較為可信的數據結構，對于橋梁施工現場具體情況的把握和下一階段施工方案的制定起到了基礎支撐作用。因此，建立橋梁施工現場監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤為必要。

3基于傳感測量技術的橋梁施工現場監(jiān)測系統(tǒng)設計與應用

3.1系統(tǒng)功能需求分析

橋梁施工現場監(jiān)測系統(tǒng)功能需求分析如表2所示。

（1）可靠性

可靠性是指監(jiān)測系統(tǒng)能夠持續(xù)、穩(wěn)定地運行，不能發(fā)生因施工環(huán)境而引起的宕機情況，能夠在規(guī)定時間內實現施工現場環(huán)境的持續(xù)、穩(wěn)定監(jiān)測功能。

（2）低功耗

低功耗是指監(jiān)測系統(tǒng)的能耗級別應符合行業(yè)標準規(guī)范要求，具有較好的綜合能效，為施工企業(yè)節(jié)約能源消耗。

（3）易維護

監(jiān)測系統(tǒng)應能夠便于維護，當系統(tǒng)出現故障時，能通過零部件簡單的更換或修理便可繼續(xù)工作，縮短維護時間、降低維護成本。

（4）成本低

監(jiān)測系統(tǒng)的軟硬件更新?lián)Q代較快，為此，企業(yè)無需投入昂貴的費用來設計或研發(fā)此類系統(tǒng)。根據各企業(yè)自身實際需求，建立相應的施工現場監(jiān)測系統(tǒng)。

3.2監(jiān)測系統(tǒng)應用研究

以南寧市某公路斜拉橋施工現場的監(jiān)測工作為例，通過部署多個位移和角度傳感器，來分析該橋梁在施工過程中橋體結構發(fā)生的位移和角度變化。

3.3監(jiān)測結果與分析

將本文所研究的基于傳感測量技術的施工現場監(jiān)測系統(tǒng)應用于南寧某大橋斜拉橋的施工現場監(jiān)測中。工程試驗中主要進行了斜拉橋空心板位移和角度在施工前后變化信息的監(jiān)測工作（如圖2～3所示）。

由圖2、圖3對比可知，該斜拉橋施工過程中保持了橋體縱軸線恒定不變，空心板Z1、Z3在施工過程中的角度呈對稱狀態(tài)，空心板z1施工后位移稍有變化。該監(jiān)測系統(tǒng)也給出了該斜拉橋BMl～BM4的具體錨固位置，可見位移和角度傳感器在該試驗中起到了關鍵性作用。試驗結果表明，本文所研究的基于傳感測量技術的橋梁施工現場監(jiān)測系統(tǒng)能夠滿足實際現場施工中的監(jiān)測需要，具有一定的工程推廣意義。

4結語

無線傳感技術在當今諸多工程領域中應用廣泛，其數據采集的準確性和精度是其大范圍應用的優(yōu)勢，且其對于較為惡劣的施工現場環(huán)境仍能夠良好適應。本文將無線傳感技術應用到橋梁施工現場監(jiān)測系統(tǒng)中，通過位移傳感器和角度傳感器的有效布置，對南寧市某橋梁的斜拉橋空心板在施工前后的狀態(tài)變化進行了有效監(jiān)測，論證了本文提出的基于傳感測量技術的橋梁施工現場監(jiān)測系統(tǒng)的實際功能。