橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)

劉利峰 劉雙 高愛強

【摘? 要】橋梁作為道路的重要交通樞紐節(jié)點，在公共交通中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。隨著時間的推移，加上環(huán)境、氣候的作用，在橋梁結(jié)構(gòu)、材料等方面逐步出現(xiàn)老化問題，安全隱患問題日益突出，安全事故的發(fā)生概率越來越高。為減少事故的發(fā)生，論文提出構(gòu)建橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)，利用傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等先進技術(shù)，對橋梁進行連續(xù)監(jiān)測、科學(xué)分析，及時作出應(yīng)急響應(yīng)。

【Abstract】As an important transportation hub node of road， bridge plays a vital role in public transportation. With the passage of time， coupled with the role of the environment and climate， the aging problems gradually appear in bridge structures， materials and other aspects， safety risks and problems become increasingly prominent， the occurrence probability of safety accidents is getting higher and higher. In order to reduce the occurrence of accidents， this paper proposes to construct a safety monitoring system for the bridge， which uses advanced technologies such as sensors， internet of things， big data， etc. to continuously monitor and scientifically analyze the bridge and make timely emergency response.

【關(guān)鍵詞】橋梁;安全監(jiān)測;傳感器;物聯(lián)網(wǎng)

【Keywords】bridge; safety monitoring; sensors; internet of things

【中圖分類號】U446? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文章編號】1673-1069（2021）06-0187-02

1 引言

橋梁是道路中重要的交通樞紐節(jié)點，在公共交通中起著至關(guān)重要的作用[1]，隨著社會、經(jīng)濟、交通的快速發(fā)展，重車、超重車等重型車輛對橋梁的損害也不斷加重。橋梁在自然條件下，結(jié)構(gòu)、材料等方面都產(chǎn)生眾多病害，雖可進行多次維修，但仍然存在較高的安全風(fēng)險。為保證橋梁運營安全，應(yīng)建立橋梁監(jiān)測系統(tǒng)，提供安全預(yù)警。目前，國內(nèi)諸多學(xué)者在橋梁健康監(jiān)測方面都得出研究成果[2，3]，本論文提出的監(jiān)測系統(tǒng)主要通過對核心表征數(shù)據(jù)進行連續(xù)監(jiān)測、實時反饋、科學(xué)分析，及時作出應(yīng)急響應(yīng)，避免發(fā)生造成人員傷亡的安全事故。

2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案總體框架

橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)由傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理與控制系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)健康評估與報警系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)健康數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、檢查與維護系統(tǒng)這6部分組成[4]。數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)應(yīng)采用基于傳感器、通信網(wǎng)絡(luò)、計算機等硬件設(shè)備構(gòu)成的計算機集成系統(tǒng)，如圖1所示，橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)拓撲圖，如圖2所示。

3 平臺設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)

橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)主要通過對橋梁進行分析，并對橋梁主梁應(yīng)力、主梁撓度、裂縫、橋梁振動、橋梁視頻等參數(shù)進行監(jiān)測。同時，根據(jù)以上監(jiān)測內(nèi)容，對現(xiàn)場進行傳感器安裝、橋梁監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)試、橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估等工作。圖3為現(xiàn)場安裝示意圖。

3.2 橋梁動態(tài)荷載監(jiān)測系統(tǒng)

超載車輛是影響橋梁結(jié)構(gòu)安全的重要因素之一，因此，對于橋梁超載車輛監(jiān)控具有十分重要的意義，同時，橋上荷載監(jiān)測有助于與其他參數(shù)聯(lián)動分析，對于數(shù)據(jù)清洗及預(yù)警具有重要意義，為橋梁結(jié)構(gòu)分析提供依據(jù)。本項目對橋梁動態(tài)荷載監(jiān)測采取圖像識別加動態(tài)稱重的組合式監(jiān)測方法，從而提高動態(tài)荷載監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

3.2.1 車輛視頻圖像識別

視頻監(jiān)控接入與圖像分析：對橋上已有攝像頭數(shù)據(jù)接入結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測平臺，并對視頻數(shù)據(jù)進行圖像識別分析，按不同車型進行車流量統(tǒng)計，如圖4所示。

3.2.2 動態(tài)稱重系統(tǒng)

動態(tài)稱重系統(tǒng)即在橋梁瀝青鋪裝層埋入稱重傳感器，在車輛運動狀態(tài)下獲取車輛軸數(shù)、軸重、軸距等信息，完成對車輛荷載相關(guān)數(shù)據(jù)的采集，并設(shè)定預(yù)警閾值，與視頻圖像識別聯(lián)動分析，識別現(xiàn)場超載車輛并現(xiàn)場警示。

動態(tài)稱重系統(tǒng)的組成共分為4個部分，分別為傳感器、數(shù)據(jù)采集器、感應(yīng)線圈、導(dǎo)軌電氣組件。圖5為現(xiàn)場測點布置。

4 結(jié)語

本文建立的橋梁安全監(jiān)測系統(tǒng)及動態(tài)荷載監(jiān)測系統(tǒng)，基于大橋施工和運營的實際情況，緊密結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土空心板橋的基本特點和運營期的病害、損傷狀況，重點針對截面應(yīng)力、變形及振動等情況進行監(jiān)測。通過建立安全監(jiān)測系統(tǒng)，提供安全預(yù)警;通過對核心表征數(shù)據(jù)的連續(xù)監(jiān)測、實時反饋、科學(xué)分析，及時對各種問題作出應(yīng)急響應(yīng)，以期達到避免造成人員傷亡的安全事故發(fā)生的目的。

【參考文獻】

【1】李思陽.公路橋梁健康監(jiān)測與安全預(yù)警研究簡述[J].四川建筑，2019，39（6）：110-111.

【2】林璋璋，張奕.大跨徑混凝土橋梁健康監(jiān)測的智慧化管理[J].山西建筑，2020，46（22）：120-122.

【3】李春，陳超，夏宏達，等.大跨度連續(xù)剛構(gòu)橋健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J].四川建筑，2020，40（5）：319-321+325.

【4】鄧思勉.橋梁監(jiān)測傳感器子系統(tǒng)研究現(xiàn)狀[J].冶金管理，2020（13）：26-27.