為了提高橋梁的管養(yǎng)水平，更準(zhǔn)確判定橋梁實(shí)際工作狀況，為橋梁加固或大修提供依據(jù)，在橋梁外觀病害檢查的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有服役橋梁進(jìn)行安全監(jiān)控、實(shí)時掌握橋梁安全狀態(tài)數(shù)據(jù)，成為保障交通安全、促進(jìn)社會和諧的重大課題。
提出方案
長期以來，對橋梁的安全檢測一直以人工方法為主，該方法不僅需要大量的人力物力，且不能及時發(fā)現(xiàn)問題，無法完全滿足橋梁安全監(jiān)控信息采集的需要。
此外，目前國內(nèi)外大型橋梁安全監(jiān)控系統(tǒng)多針對單個橋梁進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與檢測，由于監(jiān)測點(diǎn)多、分布分散，彼此間相距甚遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸也多通過有線網(wǎng)絡(luò)完成，不僅安裝布線麻煩、成本高，而且也難以實(shí)現(xiàn)對多個大型橋梁（橋梁集群）安全狀況的同時監(jiān)控。為此，筆者提出一種集群式橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。
該橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)采用應(yīng)力、應(yīng)變、位移、速度、加速度等力學(xué)傳感器，以及溫度、濕度等環(huán)境傳感器構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)，通過現(xiàn)代通信技術(shù)，將采集到的信息實(shí)時傳輸?shù)叫畔⒅行倪M(jìn)行分析和處理，從而實(shí)現(xiàn)對橋梁安全狀況的監(jiān)測、分析、評估，并對危險橋梁及時經(jīng)行預(yù)警。
監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)的組成
本系統(tǒng)在被監(jiān)控的多座橋梁上，安裝橋梁安全狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)，在后臺安裝橋梁安全監(jiān)測預(yù)警中心，并采用物聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)橋梁安全狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)及橋梁安全監(jiān)測預(yù)警中心之間的數(shù)據(jù)傳輸，從而降低了施工難度與成本，監(jiān)控點(diǎn)的布置也更為靈活。圖1為基于W I-F I通信技術(shù)的集群式橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)現(xiàn)方式
橋梁安全狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)
橋梁環(huán)境監(jiān)控子系統(tǒng)：實(shí)時測量橋梁環(huán)境參數(shù)，包括風(fēng)向風(fēng)速、溫濕度、氣壓等，設(shè)置有風(fēng)向風(fēng)速傳感器、溫濕度傳感器、氣壓傳感器等；
橋梁整體振動監(jiān)控子系統(tǒng)：測量橋梁整體結(jié)構(gòu)沿縱、橫向的振動參數(shù)，設(shè)置有GPS振動測量系統(tǒng)；
橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)控子系統(tǒng)：采集結(jié)構(gòu)的動靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)，設(shè)置有電阻式應(yīng)力應(yīng)變傳感系統(tǒng)或者光纖光柵傳感系統(tǒng)，可以較好地掌握橋梁結(jié)構(gòu)在荷載作用（車輛、地震、臺風(fēng)）下的動態(tài)響應(yīng)。
數(shù)據(jù)預(yù)處理與無線發(fā)送系統(tǒng)：設(shè)置有SAM9G10微處理器和WI-F I無線通訊模塊，前者用于按照測量橋梁環(huán)境參數(shù)、橋梁整體結(jié)構(gòu)振動參數(shù)、結(jié)構(gòu)的動靜態(tài)應(yīng)力應(yīng)變參數(shù)等各種不同參數(shù)的采集頻率要求，對原始參數(shù)進(jìn)行平滑濾波處理，經(jīng)整理后形成橋梁安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，將之存儲到數(shù)據(jù)存儲表；后者用于將數(shù)據(jù)存儲表中的橋梁安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，以無線方式發(fā)送到橋梁安全實(shí)時監(jiān)測中心。
風(fēng)向風(fēng)速傳感器、溫濕度傳感器、海水鹽度傳感器分別通過D/A轉(zhuǎn)換模塊與S A M9G10微處理器相連接；G P S變形測量系統(tǒng)通過CA N接口與S A M9G10微處理器相連接；橋梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變監(jiān)控子系統(tǒng)設(shè)置有光纖光柵傳感系統(tǒng)，光纖光柵傳感系統(tǒng)通過T C P/I P網(wǎng)絡(luò)接口與S A M9G10微處理器相連接；W I-F I無線通信模塊通過C A N接口與SAM9G10微處理器相連接。
橋梁安全監(jiān)測預(yù)警中心
橋梁結(jié)構(gòu)分析模型：用于將每個橋梁安全狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)上傳的橋梁安全監(jiān)控數(shù)據(jù)，輸入到對應(yīng)橋梁的結(jié)構(gòu)模型，計算得出在當(dāng)前環(huán)境及受力狀態(tài)下，不同橋梁的橋梁安全指標(biāo)參數(shù)，包括結(jié)構(gòu)變形、結(jié)構(gòu)疲勞狀態(tài)、結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)等。
集群式橋梁安全監(jiān)控分析系統(tǒng)：根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)分析模型得出各個橋梁的安全指標(biāo)參數(shù)，通過橋梁設(shè)計指標(biāo)、相關(guān)橋梁規(guī)范的對比、分析，以及相似環(huán)境不同結(jié)構(gòu)橋梁、相似結(jié)構(gòu)不同環(huán)境橋梁安全狀態(tài)的對比性分析，分別得出所監(jiān)控橋梁集群的安全狀態(tài)、預(yù)測壽命以及維護(hù)保養(yǎng)策略和措施。
效益分析
這種基于物聯(lián)網(wǎng)的集群式橋梁安全監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)，采用物聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)橋梁安全狀態(tài)數(shù)據(jù)采集、處理子系統(tǒng)、橋梁安全監(jiān)測預(yù)警中心三者之間的數(shù)據(jù)傳輸，從而降低了施工難度與成本，監(jiān)控點(diǎn)的布置也更為靈活。由于可以對多座橋梁安裝安全狀態(tài)數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)，因而可對集群式橋梁實(shí)施安全監(jiān)測預(yù)警。
通過集群式橋梁安全監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)對散布在較大區(qū)域內(nèi)的多座橋梁安全狀態(tài)數(shù)據(jù)的橫向比較、統(tǒng)一管理，徹底改變了以往多座橋梁安全監(jiān)控系統(tǒng)彼此之間無法實(shí)現(xiàn)信息共享的“信息孤島”局面，更便于對區(qū)域內(nèi)相似環(huán)境、不同結(jié)構(gòu)橋梁或不同環(huán)境、相似結(jié)構(gòu)橋梁安全狀況的縱向、橫向分析比較與研究，從而有利于促進(jìn)橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，并實(shí)現(xiàn)多座橋梁的養(yǎng)護(hù)與加固。
