基于物联网的桥梁安全监测预警探析

基于物联网的桥梁安全监测预警探析

1 于文 2 叶之峰 3 于天宁

12 黑龙江省公路事业发展中心 ； 3 中交第二公路勘察设计研究院有限公司 黑龙江省哈尔滨市 150000

摘要：随着我国社会经济的快速发展，桥梁工程也得到了长足进步，桥梁的安全问题日益重要。目前，我国越来越多的桥梁存在老化问题，部分老化桥梁仍在使用，在一定程度上威胁着人身安全。为了提高桥梁管理水平，有必要深入研究基于物联网的桥梁安全监测预警系统。本文首先介绍了基于物联网的桥梁安全监测预警系统的特点。提出了相应的实施方案，分析了监测预警系统的组成，介绍了具体的实施方法，以供参考。

关键词：物联网；桥梁；监控预警系统；研究

前言

近年来，随着国家基础设施建设的加快，各种结构桥梁也在快速修建。然而，桥梁安全问题是由环境污染、车辆荷载、结构疲劳和事故(如车辆碰撞、地震破坏等)引起的。越来越多桥梁安全监测与诊断系统的建立已在国内外逐步得到应用。桥梁安全监测预警系统能快速监测桥梁安全问题，延长桥梁使用寿命，降低桥梁安全事故风险，保证行车安全。

1、物联网及其应用

“物联网”是指“物物相连的互联网”，主要包括两种含义：首先，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络。其次，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。物联网通过智能感知、识别技术、通用计算机和通用互联网技术，被称为继计算机和互联网之后的第三次全球信息产业发展浪潮。从物联网的技术架构来看，物联网可以将技术分为四个层次：感知技术、传输技术、支持技术和应用技术。感知层用于识别物体并收集属性信息。传输层是将信息传输到大脑进行处理的神经系统。可以承担复杂的任务。应用层由不同的传感器组成。物联网技术广泛应用于生活的各个领域，将传感器和设备集成到道路、桥梁、隧道、建筑物、管道等，然后将物联网和现有互联网结合起来，实现人类社会与物质系统的整合。这就是为什么我们可以改进生产和生活，使之更有活力，实现“智慧状态”，提高资源利用率和生产力，改善人与自然的关系。

2、桥梁安全与健康监测

2.1桥梁健康监测原因

桥梁管理非常复杂。影响桥梁安全健康运行的负面因素分为外部因素和内部因素。具体内容如下：不可抗力(如滑坡、地震等恶劣天气条件)的影响，桥梁设计误差的影响，桥梁施工材料的腐蚀和老化所带来的影响。这些因素不仅会影响人们的安全，还会影响桥梁的使用寿命。因此，识别和监测桥梁结构的健康状态，评估其安全性，是确保桥梁正常运行的重要因素之一。

2.2桥梁健康监测的概念

桥梁健康监测的概念旨在为特定气候条件、交通条件和桥梁运营中的严重异常条件下的桥梁维护和管理决策提供更好、更有效的依据和指导。

2.3桥梁健康监测的内容

2.3.1施工阶段的健康监测内容

在施工阶段，受到一些不利因素的影响，导致结构变形和荷载不能满足桥梁的施工条件。为了避免这些问题，我们必须在施工期间进行健康监测。监测桥梁的横向荷载，桥梁施工过程中钢筋混凝土和钢结构的监测也是一个非常重要的安全监测项目。温度对大型桥梁，特别是缆索和悬索桥的影响非常明显。悬索桥主缆随温度变化，需要进行温度监测。在大型桥梁如缆索桥和悬索张拉等情况下，由于基础支护的集中，荷载集中度很高，因此地基的内外变形很大，需要对其持续监测。

2.3.2运营阶段的健康监测内容及使用的传感器

荷载监测，包括利用风力、地震等传感器，监测桥梁所有部分的静态、动态、倾斜和位移。使用的传感器有：接收器、测角仪、GPS、数码相机等。结构强度监测，监测桥梁的变形、应力、缆索、动力反应和扭矩。所使用的传感器有拉力计，并经过数据处理后采集连接部件的电压，同时记录每个部件的反应速度，以连接数据处理后可用的结构模态参数。根据监测对象的不同，影响其性能的因素也不同，从而导致不同的物理参数。由于相同的物理参数对不同的结构具有不同的敏感性，因此影响是不同的。桥梁结构健康监测设施的选择是一个重要的步骤，对于大型桥梁结构，应将振动监测、荷载监测、强度监测和表面监测作为主要目标。监视器应选择高灵敏度的功能参数或参数组合。

3、基于物联网的桥梁安全监测预警系统的特征

安全监测和预警系统的特点是能耗低、成本低、对整个环境的精确监测、控制范围广和适应性强。用移动监控和预警设备替换异常工作场所。同时，主控中心利用无线通信技术从各个网络获取数字信息，比较数据库中的信息，创建相应的报警和实时语音报警等应急命令。然而，永久安装的室外工作站不需要电网，可采用太阳能供电，在一定程度上降低了外围设备的供电限制。它促进节能减排，保护人们赖以生存的环境。

4、物联网监测预警系统构成

4.1桥梁安全状态数据采集与处理子系统

在桥梁安全状态数据采集与处理子系统中，有四个重要组成部分：第一，桥梁环境监控子系统，它的主要作用是针对桥梁环境参数进行实时测量。第二，桥梁整体震动监控子系统。它着重于对桥梁整体结构沿纵、横向的振动参数进行测量。第三，桥梁结构应力应变监控子系统。它主要对动静态应力应变参数进行采集，有效掌握桥梁结构在荷载作用下的动态响应，例如：地震、台风、车辆等。第四，数据预处理与无线发送系统。它分为无线通信模块和微处理器两部分。对于无线通信模块来说，它主要是对各种不同参数的采集频率要求进行测量，例如：结构的动静态应力应变参数、桥梁环境参数及桥梁整体结构振动参数等，并处理好原始参数，从而形成桥梁安全监控数据，再将这些数据储存到数据存储表中。

4.2桥梁安全监测预警中心

桥梁安全监测预警中心由两部分组成：一是桥梁结构分析模型。二是集群网桥监测与分析系统。集群式桥梁监控分析系统主要将桥梁投影指标与相关桥梁标准进行比较。验证是否符合标准，并分析集群式桥梁安全监控分析系统。比较不同环境下桥梁与类似环境、类似结构的安全状态，确保其处于安全区域。即使出现问题，也可以及时采取措施，在一定程度上延长桥梁的使用寿命，促进桥梁的使用。

5、结束语

随着我国公路交通业的高速发展。各类已建桥梁结构满负荷甚至超负荷运营的情况十分普遍，除了各种自然灾害和人为因素对周围环境的影响外，桥梁的安全运营也备受关注。建立基于物联网技术的桥梁安全监测预警系统，目的是充分利用先进的物联网技术，建立科学、完善的桥梁安全健康监测体系。

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