張春進(jìn)

蘇交科集團(tuán)股份有限公司 江蘇 南京 211112

正文：

1、引言

隨著這些年橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用逐步從特大跨徑橋梁向常規(guī)橋梁拓展，常規(guī)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分散性強(qiáng)、單個(gè)項(xiàng)目規(guī)模小、現(xiàn)場(chǎng)供電通訊等基礎(chǔ)條件差、系統(tǒng)免維護(hù)要求高等特點(diǎn)，我們現(xiàn)有的主要針對(duì)跨江越海特大型橋梁的以工控機(jī)為采集系統(tǒng)核心的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)表現(xiàn)出越來(lái)越多的不適應(yīng)性，其系統(tǒng)龐大復(fù)雜，成本缺乏競(jìng)爭(zhēng)力，配置靈活度不足，功耗高造成難以應(yīng)用太陽(yáng)能發(fā)電等新型供電技術(shù)，系統(tǒng)對(duì)后期維護(hù)要求高。同時(shí)，江蘇省作為全國(guó)的橋梁大省和強(qiáng)省，在十三五期間結(jié)合普通干線公路重點(diǎn)橋梁監(jiān)測(cè)部署實(shí)施序列主要考慮“需求導(dǎo)向”、“分布實(shí)施”等原則，分5年完成實(shí)施75座干線公路橋梁安全監(jiān)測(cè)。因此，急需要形成輕型健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)低功耗嵌入式現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)、有線無(wú)線混合組網(wǎng)等技術(shù)，并形成面向工程需求的干線公路橋梁輕型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案。

2 、橋梁輕型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)研究

干線公路橋梁輕型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要針對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，重點(diǎn)關(guān)注主要結(jié)構(gòu)部位應(yīng)力變化、混凝土裂縫發(fā)生與發(fā)展、大的結(jié)構(gòu)變形以及車輛荷載等指標(biāo)。由于中小橋梁量大面廣、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，以及資金與人力等方面的限制。系統(tǒng)應(yīng)具有有效性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性及靈活性的特點(diǎn)。橋梁輕型健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由以下兩大子系統(tǒng)構(gòu)成：傳感器、數(shù)據(jù)采集與無(wú)線傳輸子系統(tǒng)；中心控制及數(shù)據(jù)管理與分析子系統(tǒng)。不同于特大型大跨度橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不同，輕型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、易于保養(yǎng)與維修，需要將各個(gè)橋梁上采集的信號(hào)，集中傳送到一個(gè)數(shù)據(jù)中心。

2.2 嵌入式現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)研究

傳統(tǒng)橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通常在采集現(xiàn)場(chǎng)配置專用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，搭載各種擴(kuò)展接口，如RS232、RS485等，以適應(yīng)多種測(cè)量參數(shù)的要求。為了達(dá)到系統(tǒng)簡(jiǎn)易性同時(shí)提高系統(tǒng)穩(wěn)定性，本項(xiàng)目提出了一種嵌入式現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)，嵌入式系統(tǒng)的廣闊應(yīng)用為數(shù)據(jù)的處理和傳輸提供了堅(jiān)實(shí)的處理平臺(tái)。嵌入式系統(tǒng)的三個(gè)基本要素——“嵌入性”，“專用性”，“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”為橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的結(jié)合提供了保證。工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)是由傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、顯示和數(shù)據(jù)記錄設(shè)備等組成，用于監(jiān)視和控制電氣設(shè)備的系統(tǒng)。由于工業(yè)控制系統(tǒng)特別強(qiáng)調(diào)可靠性和實(shí)時(shí)性?？刂凭W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信以引發(fā)物質(zhì)或能量的運(yùn)動(dòng)為最終目的。用于測(cè)量與控制的數(shù)據(jù)通信的主要特點(diǎn)是：允許對(duì)實(shí)時(shí)的事件進(jìn)行驅(qū)動(dòng)通信，具有很高的數(shù)據(jù)完整性。

3 、工程應(yīng)用

3.1 概況

二干河橋位于無(wú)錫市江陰市S228區(qū)段，運(yùn)營(yíng)中心樁號(hào)為K8+602。該橋全長(zhǎng)108.232米，橋?qū)?4米，主橋?yàn)橐豢子?jì)算跨徑為56m的下承式預(yù)應(yīng)力系桿拱橋，南北岸側(cè)引橋均為兩孔20m跨簡(jiǎn)支T梁。根據(jù)二干河橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合輕型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，建立了二干河橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括關(guān)鍵截面應(yīng)力（溫度）監(jiān)測(cè)、線形監(jiān)測(cè)以及車輛荷載監(jiān)測(cè)3項(xiàng)指標(biāo)。無(wú)錫市普通國(guó)省干線公路橋梁（二干河橋）輕型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要將由下列兩大系統(tǒng)組成，每個(gè)系統(tǒng)分別有兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。

場(chǎng)端系統(tǒng)；

監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)；

這四個(gè)子系統(tǒng)將按一下工作流程運(yùn)行：第一步是傳感與采集子系統(tǒng)的各傳感器在線拾取大橋關(guān)鍵部位的信號(hào)；第二步是采用實(shí)時(shí)采集與間斷采集相結(jié)合方式獲取數(shù)據(jù)，并通過(guò)PAD、無(wú)線或傳輸光纜將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理與管理子系統(tǒng)，將采集到數(shù)字信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)射回控制中心；第三步是由計(jì)算機(jī)服務(wù)器與工作站組成的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)的后處理、歸檔、顯示及存儲(chǔ)；并根據(jù)結(jié)構(gòu)預(yù)警與評(píng)估的指令為其提供特定格式和內(nèi)容的數(shù)據(jù)以及處理結(jié)果；第四步是結(jié)構(gòu)預(yù)警與評(píng)估子系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)、閾值判別給出評(píng)估意見(jiàn)及報(bào)警信息，并為養(yǎng)護(hù)工作提出建議。

4、結(jié)論

面向干線公路橋梁的輕型態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究，突破了一系列大中型橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的瓶頸，形成了一系列實(shí)用化和標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)成果，該技術(shù)成果的提出與應(yīng)用有助于改變傳統(tǒng)的被動(dòng)式大中橋梁養(yǎng)護(hù)管理及交通運(yùn)輸管理理念，樹(shù)立有預(yù)見(jiàn)性、針對(duì)性、及時(shí)性和整體性的主動(dòng)式大中橋梁養(yǎng)護(hù)管理及交通運(yùn)輸管理理念，拓展與提升橋梁安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和智能交通體系，顯著降低橋梁安全風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)橋梁服役壽命，也便于全面統(tǒng)籌交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)，提升突發(fā)事件應(yīng)急處理水平。項(xiàng)目成果有望反饋到橋梁設(shè)計(jì)方面，改變傳統(tǒng)的橋梁設(shè)計(jì)理念，切實(shí)促進(jìn)橋梁養(yǎng)護(hù)管理、交通運(yùn)輸管理及橋梁設(shè)計(jì)等方面的重大變革。