陳春江

摘要：文章立足于橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中的各類(lèi)需求，分析了建立施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性，介紹了傳感測(cè)量技術(shù)的主要架構(gòu)與核心功能，完成了基于傳感測(cè)量技術(shù)的橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與工程驗(yàn)證工作，證明了無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)應(yīng)用于橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：傳感測(cè)量;施工;監(jiān)測(cè);研究

中圖分類(lèi)號(hào)：U446 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.032

文章編號(hào)：1673-4874（2019）07-0102-03

0引言

橋梁工程現(xiàn)場(chǎng)施工中所涉及的工序眾多，施工人員、施工設(shè)備等都需要統(tǒng)籌部署，對(duì)橋梁工程現(xiàn)場(chǎng)施工的有效監(jiān)控與管理能夠在一定程度上提高橋梁工程的整體質(zhì)量及安全性。而如何對(duì)橋梁工程的施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行高效、精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)是當(dāng)前各路橋施工企業(yè)所面臨的首要問(wèn)題。傳統(tǒng)的橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)主要依靠施工監(jiān)理人員來(lái)完成，這種人為的施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方式很難保證監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和有效性，使監(jiān)測(cè)出現(xiàn)偏差的偶然性較大。為此，對(duì)于橋梁工程龐雜的施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，應(yīng)建立高效、穩(wěn)定、精準(zhǔn)的施工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。傳感測(cè)量技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而發(fā)展起來(lái)的一種新型技術(shù)，由于其具有高效、穩(wěn)定、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)功能，使其工程應(yīng)用的范圍十分廣泛。本文研究了傳感測(cè)量技術(shù)的主要架構(gòu)與功能，分析了建立橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性，完成了基于傳感測(cè)量技術(shù)的橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，并通過(guò)工程案例進(jìn)一步證明了該系統(tǒng)在橋梁工程施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中的實(shí)際性能。

1傳感測(cè)量技術(shù)核心架構(gòu)與主要功能分析

1.1核心架構(gòu)

傳感測(cè)量技術(shù)是計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展后的產(chǎn)物，它通過(guò)部署在現(xiàn)場(chǎng)的大量傳感器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和上傳功能，控制主機(jī)對(duì)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、存儲(chǔ)、分析和處理。傳感器類(lèi)型有溫度傳感器、壓力傳感器以及液位傳感器等，視工程的需要選取合適的傳感器。傳感器也被稱(chēng)為測(cè)量節(jié)點(diǎn)，因?yàn)閭鞲衅魇秦?fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的，傳感器與后臺(tái)控制主機(jī)之間的連接需要通過(guò)特殊的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)關(guān)進(jìn)行設(shè)置。常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有802.3協(xié)議等，另外還有TCP/IP等信息傳輸協(xié)議。在實(shí)際工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)配置和接口方式選擇合適的網(wǎng)絡(luò)通信傳輸協(xié)議。傳感測(cè)量技術(shù)的核心架構(gòu)如圖1所示。

1.2主要功能

進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集是傳感測(cè)量技術(shù)的主要功能，通過(guò)部署的各類(lèi)型傳感器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的采集功能。各傳感器之間通過(guò)通信規(guī)約（通信協(xié)議）與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，將采集到的數(shù)據(jù)上傳至控制主機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)所采集到的現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)類(lèi)型可分為結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫(kù)和非結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫(kù)。結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫(kù)主要存放施工文本信息;非結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫(kù)主要存放施工過(guò)程中所產(chǎn)生的音視頻等管理信息。

無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)一般通過(guò)較為便利的手持終端設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析過(guò)程，也可待上傳到控制主機(jī)后進(jìn)行統(tǒng)一分析、處理。無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)所依托的信息通信架構(gòu)主要有WIFI、藍(lán)牙、UWB以及ZigBee等技術(shù)。WIFI通過(guò)無(wú)線(xiàn)路由的方式在信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)接入用戶(hù)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，具有覆蓋范圍廣、傳輸速度快等優(yōu)點(diǎn)。藍(lán)牙作為一種近距離無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，可在一定程度上簡(jiǎn)化各類(lèi)移動(dòng)設(shè)備之間的通信過(guò)程。UWB是超寬帶網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、加密性好等優(yōu)勢(shì)。ZigBee屬于近距離、低功耗的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，具有功耗低、可靠性高等特點(diǎn)，在工業(yè)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)領(lǐng)域使用較為常見(jiàn)。常用的信息通信架構(gòu)優(yōu)勢(shì)對(duì)比分析如表1所示。

2建立橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的必要性

橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全天候的無(wú)人值守監(jiān)測(cè)功能，對(duì)橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)角落的施工狀況能夠全面掌握。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不依賴(lài)于操作人員的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平，可長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的運(yùn)行工況，降低了因人為因素而導(dǎo)致的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)混亂的情況發(fā)生。從工程成本預(yù)算的角度來(lái)看，建立橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠節(jié)省人員的經(jīng)費(fèi)開(kāi)支，對(duì)于控制工程的總預(yù)算具有重要作用。因橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)部分位置的特殊性和危險(xiǎn)性，某些施工區(qū)域是工程監(jiān)理人員無(wú)法觸及的盲區(qū)。而施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部署有大量的傳感設(shè)備，這類(lèi)設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)區(qū)域仍可隨時(shí)工作，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件的依賴(lài)性較低，能夠?qū)崿F(xiàn)自主的閉環(huán)運(yùn)行過(guò)程，且采集到的數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性和連續(xù)性，為工程數(shù)據(jù)分析提供了較為可信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)于橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)具體情況的把握和下一階段施工方案的制定起到了基礎(chǔ)支撐作用。因此，建立橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯得尤為必要。

3基于傳感測(cè)量技術(shù)的橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1系統(tǒng)功能需求分析

橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能需求分析如表2所示。

（1）可靠性

可靠性是指監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠持續(xù)、穩(wěn)定地運(yùn)行，不能發(fā)生因施工環(huán)境而引起的宕機(jī)情況，能夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的持續(xù)、穩(wěn)定監(jiān)測(cè)功能。

（2）低功耗

低功耗是指監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的能耗級(jí)別應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，具有較好的綜合能效，為施工企業(yè)節(jié)約能源消耗。

（3）易維護(hù)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)能夠便于維護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，能通過(guò)零部件簡(jiǎn)單的更換或修理便可繼續(xù)工作，縮短維護(hù)時(shí)間、降低維護(hù)成本。

（4）成本低

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟硬件更新?lián)Q代較快，為此，企業(yè)無(wú)需投入昂貴的費(fèi)用來(lái)設(shè)計(jì)或研發(fā)此類(lèi)系統(tǒng)。根據(jù)各企業(yè)自身實(shí)際需求，建立相應(yīng)的施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

3.2監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用研究

以南寧市某公路斜拉橋施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)工作為例，通過(guò)部署多個(gè)位移和角度傳感器，來(lái)分析該橋梁在施工過(guò)程中橋體結(jié)構(gòu)發(fā)生的位移和角度變化。

3.3監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

將本文所研究的基于傳感測(cè)量技術(shù)的施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用于南寧某大橋斜拉橋的施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)中。工程試驗(yàn)中主要進(jìn)行了斜拉橋空心板位移和角度在施工前后變化信息的監(jiān)測(cè)工作（如圖2～3所示）。

由圖2、圖3對(duì)比可知，該斜拉橋施工過(guò)程中保持了橋體縱軸線(xiàn)恒定不變，空心板Z1、Z3在施工過(guò)程中的角度呈對(duì)稱(chēng)狀態(tài)，空心板z1施工后位移稍有變化。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也給出了該斜拉橋BMl～BM4的具體錨固位置，可見(jiàn)位移和角度傳感器在該試驗(yàn)中起到了關(guān)鍵性作用。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文所研究的基于傳感測(cè)量技術(shù)的橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)施工中的監(jiān)測(cè)需要，具有一定的工程推廣意義。

4結(jié)語(yǔ)

無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)在當(dāng)今諸多工程領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，其數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和精度是其大范圍應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，且其對(duì)于較為惡劣的施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境仍能夠良好適應(yīng)。本文將無(wú)線(xiàn)傳感技術(shù)應(yīng)用到橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，通過(guò)位移傳感器和角度傳感器的有效布置，對(duì)南寧市某橋梁的斜拉橋空心板在施工前后的狀態(tài)變化進(jìn)行了有效監(jiān)測(cè)，論證了本文提出的基于傳感測(cè)量技術(shù)的橋梁施工現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際功能。