基于物联网的桥梁安全监测预警系统的研究

魏云峰，张 劼

(九江市公路管理局永修分局)

0 引 言

桥梁质量安全是桥梁工程建设的重要组成部分，桥梁的长期实用性和稳固性直接影响日常交通运输，直接影响经济的持续发展与社会的稳定进步。尤其是在当前现实情况中，桥梁工程中一些桥梁老化、桥体受损等问题层出不穷，且有愈演愈烈之势。针对这一问题，桥梁工程人员不仅要着力解决好桥体检修、维护工作，更要从源头上防范桥梁问题，建立起基于物联网的桥梁安全监测预警系统，通过对桥梁进行及时有效的监控工作，保障桥梁工程质量。

1 基于物联网的桥梁安全监测预警系统的特点

要建立起完善的基于物联网的桥梁安全监测预警系统，首先要对桥梁安全监测工作有一个清醒客观的认识。当前国内外的桥梁安全监控工作主要是采用收集监测单个桥梁数据情况的方法，在实际操作中，往往由于测点的数量与距离的限制、运输网络成本的昂贵、多个目标同时监控技术的匮乏等问题，造成监测工作效率不高，有效率低的结果。而基于物联网的桥梁安全监测预警系统物则弥补了上述传统监测系统存在的问题。所谓物联网，是基于计算机互联网技术的基础上，通过无线数据通信传输等技术，实现监测数据的自动化整理与分类。物联网技术的实质是将计算机互联网中网络自动识别整理的数据信息在信息网络数据库里发布，以数据共享的形式建立起数据监测体系。

基于物联网的桥梁安全监测预警系统的另一特点是可以有效节约人力资源成本。传统的桥梁安全检测工作一般采取人工监测的方式，人工监测不仅耗费大量的人力物力，而且由于监测人员的个体差异问题，一旦发现桥梁安全问题往往不能及时解决或者进行信息数据采编工作，最终造成人力资源及相关设备器材的浪费，甚至造成重大的桥梁安全隐患问题。而基于物联网的桥梁安全监测预警系统采用力学传感器等先进检测设备，将监测的主体从人变为了技术，通过计算机网络技术将收集采编到的桥梁数据信息传输到信息中心进行高效化和便捷化的分析处理，从而达到全面监控桥梁安全状况，对桥梁相关数据信息进行及时分析与评估，将安全隐患扼杀在摇篮里的目的。

2 监控预警系统的具体工作流程

基于物联网的桥梁安全监测预警系统其基本运作过程是在目标监控桥梁上安装桥梁安全信息数据采集处理系统，并在后台信息中心设立桥梁安全实施监测中心，通过物联网技术将从桥梁安全信息数据采集与处理系统中得来的最新信息数据传输到桥梁安全实施监测中心，从而提高监控的快捷性和有效性。同时对多个桥梁实施监控，将分别得来的数据在桥梁安全实施监控中心进行汇总分析，又能够在数据对比中对桥梁进行科学客观的质量评估。基于物联网的桥梁安全监测预警系统具体运作流程，详见下图1。

图1 桥梁安全监测预警系统整体结构示意图

3 桥梁安全监测预警系统具体实现方式

3.1 桥梁安全信息数据采集处理系统

桥梁安全信息数据采集处理系统包括桥梁环境监控子系统、桥梁整体振动监控系统、桥梁结构应力应变监控子系统、数据预处理与无线发送系统四个组成部分。其中桥梁环境监控子系统主要是进行桥梁环境参数的测量工作，测量桥梁周边环境的风向、温度、气压等参数，在环境监控工作中常用的监控仪器有风向传感器、温度传感器、气压传感器等;桥梁整体振动监控系统主要是为了测量桥梁整体结构的振动参数，在监测工作中一般采用GPS 振动测量技术;桥梁结构应力应变监控子系统主要是收集桥体结构的应力应变参数，在监测工作中一般采用应力应变传感系统;数据预处理与无线发送系统主要是保证桥梁监测信息的数据正常传播和网络通畅，在监测工作中一般采用SAM9G10 微处理器和无线通讯模块等专业性设备。

3.2 桥梁安全监测预警中心

桥梁安全监测预警中心包括桥梁结构分析模型和桥梁安全监控分析系统两部分。桥梁结构分析模型主要是通过将监控预警中心从桥梁安全信息数据采集处理系统中传输而来的信息数据进行结构模型，利用桥梁结构模型来验证桥梁安全指标的具体参数，从结构变形、结构疲劳状态、结构动态等多方面进行桥梁数据监控与分析。桥梁安全监控分析系统则是通过桥梁结构分析模型已得出的桥梁安全指标参数，将桥梁指标参数与标准数据进行有效对比分析，从而对桥梁安全状态评估、桥梁寿命预测、桥梁维护保养策略等均有一个科学而客观的认识。

以某地的桥梁安全监测工作为例，该地桥梁兴建于上世纪六十年代，当地全平均温度约为22 度，年降水量较大，土质疏松，在桥梁检修过程中发现有桥体老化、部分桥体出现裂缝的现象。针对这一问题，当地铁路部门成立专门的桥梁安全监测小组，就该地桥梁建立完善的基于物联网的桥梁安全监测预警系统，桥梁安全监测预警中心设立在距离桥体约5 公里的城市远郊地区，配备有专业的桥梁工程师与维修人员。通过对该地目标桥梁实施监控，将桥梁安全信息数据采集处理系统中该桥梁的信息数据传送到监测预警中心，发现该地桥梁在应力应变方面存在一定的数据偏差。跟着这一监测结果，监测预警中心派出专业的工程师与维修人员，在讨论修复方案之后达到目的桥体区域实时进行维修工作。事实说明，基于物联网的桥梁安全监测预警系统能够有效监测桥梁安全质量问题，有利于规避风险，确保桥梁安全监测工作的效率。

基于物联网的桥梁安全监测预警系统的主要结构组成示意图，详见下表1。

表1 基于物联网的桥梁安全监测预警系统具体结构示意表

续表1

4 结 语

基于物联网的集群式桥梁安全监测预警系统，能够有效利用物联网技术在桥梁安全信息数据采集处理系统与桥梁安全监测预警中心之间进行桥梁数据信息的运输船舶，能够有效监测预警工作，规避风险，保障桥梁工程质量。

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