（中電建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司，河北石家莊050000）

目前，在橋梁安全監(jiān)測領(lǐng)域仍主要趨向于傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)檢查，對于內(nèi)部結(jié)構(gòu)及臨界反應(yīng)數(shù)據(jù)不易察覺，安全事故發(fā)生的風(fēng)險難以消除，為此基于物網(wǎng)聯(lián)技術(shù)的實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用，對橋梁持續(xù)安全運(yùn)行具備重要的應(yīng)用價值及現(xiàn)實(shí)意義。

一、物聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用價值

（一）物聯(lián)網(wǎng)概述

物聯(lián)網(wǎng)（TheInternetof Things，IOT）誕生于網(wǎng)絡(luò)信息時代，也是當(dāng)代信息技術(shù)的重要體現(xiàn)。物聯(lián)網(wǎng)提倡“萬物互聯(lián)”概念，即利用信息傳感系統(tǒng)，包括射頻識別系統(tǒng)（RFID）、傳感網(wǎng)絡(luò)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、GPS全球定位系統(tǒng)等，在通信協(xié)議的融合傳輸下，實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)的實(shí)時生成與交互，從而發(fā)揮系統(tǒng)化、智能化的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控及管理結(jié)構(gòu)。不斷打造社會整體布局下的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)而完成社會系統(tǒng)的整合、管理及控制。

（二）物聯(lián)網(wǎng)的價值

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)本身源于社會需求。在智慧城市建設(shè)進(jìn)程中，將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，可以真正地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時化、自動化、集成化及網(wǎng)絡(luò)化，尤其是重要的現(xiàn)代化橋梁設(shè)施，能夠形成全方位的安全監(jiān)測與保障，全面獲取橋梁相關(guān)的安全數(shù)據(jù)，以保證橋梁時刻處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，并在提升橋梁安全性的同時，節(jié)約大量的橋梁維護(hù)及管理經(jīng)費(fèi)。同時，現(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在橋梁健康監(jiān)測中的應(yīng)用，不僅是滿足智慧城市建設(shè)的需求，更是適應(yīng)未來社會發(fā)展的大勢所趨。

二、物聯(lián)網(wǎng)背景下橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用

（一）橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)方案

橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)主要依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，在不同感知節(jié)點(diǎn)傳感器支撐下，快速獲取橋梁運(yùn)行的狀態(tài)信息，以滿足對橋梁健康監(jiān)測的需求。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案主要以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN）為基礎(chǔ)，在其低成本、低功耗、靈活高效特點(diǎn)下，適應(yīng)于各種應(yīng)用場景下的監(jiān)測，因此在橋梁監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)建上，可以選擇大范圍部署傳感節(jié)點(diǎn)的方式，以提升運(yùn)行數(shù)據(jù)采集的深度與廣度，從而為系統(tǒng)提供更全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并利用實(shí)時無線傳輸技術(shù)向搭建的健康監(jiān)控云平臺傳遞數(shù)據(jù)，最終完成對橋梁安全運(yùn)行的評估及預(yù)警。系統(tǒng)方案如圖1所示。

圖1 橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

（二）橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)功能應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)勢日益顯現(xiàn)，在完成整體網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建的基礎(chǔ)上，還完善了各子系統(tǒng)，提升了自身的功能性及實(shí)效性。為適應(yīng)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用需求，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)主要包含了傳感器系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)等，具體功能分析如下：

1.傳感器系統(tǒng)

對于橋梁健康監(jiān)測而言，由于影響橋梁安全的因素較為復(fù)雜，因此在傳感器系統(tǒng)的應(yīng)用上，應(yīng)充分考慮和滿足對各類因素的監(jiān)測。從傳感器的具體應(yīng)用上看，一是荷載監(jiān)測，主要監(jiān)測風(fēng)、地震等自然因素，采用的傳感設(shè)備為風(fēng)度儀及強(qiáng)震儀。風(fēng)度儀主要記錄風(fēng)速、風(fēng)向等信息，并依托所收集的數(shù)據(jù)繪制風(fēng)功率譜，強(qiáng)震儀用于對地震作用的評估。二是表面形貌監(jiān)測，重點(diǎn)是收集橋梁的靜態(tài)、動態(tài)位置信息，及時發(fā)現(xiàn)橋梁的沉降、傾斜及位移，傳感器主要選擇位移計(jì)、傾角儀、GPS及監(jiān)控器等。三是結(jié)構(gòu)強(qiáng)度監(jiān)測，橋梁結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是安全的基礎(chǔ)，對應(yīng)變、應(yīng)力、索力、動力反應(yīng)、扭矩等監(jiān)測尤為關(guān)鍵，一般選擇應(yīng)變儀、測力計(jì)等來實(shí)現(xiàn)。四是振動監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)構(gòu)的振動、沖擊、機(jī)械導(dǎo)納及模態(tài)參數(shù)等。

2.數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)下的橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，核心功能是傳感信息數(shù)據(jù)的采集與傳輸，借助對相關(guān)信息數(shù)據(jù)的分析及處理，能夠及時獲取橋梁的結(jié)構(gòu)形變、結(jié)構(gòu)環(huán)境及動靜態(tài)影響振弦、電流電壓等信號，并進(jìn)行大數(shù)據(jù)存儲及處理，從而反饋橋梁健康監(jiān)測狀態(tài)。信息的傳輸主要依賴于通信線纜等設(shè)備完成，快速、便捷、實(shí)時的應(yīng)用特征使監(jiān)測數(shù)據(jù)的獲取更為高效，大幅提升了橋梁健康監(jiān)測的實(shí)效性。

（三）數(shù)據(jù)處理與應(yīng)用系統(tǒng)

橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，需要完成信息生成、傳輸、獲取、處理及反饋等一系列過程，要求系統(tǒng)具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，以及建立完成的反饋系統(tǒng)，最終形成橋梁健康監(jiān)測的閉合回路。

1.數(shù)據(jù)智能處理

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷更新的背景下，智能化的數(shù)據(jù)處理已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及傳感系統(tǒng)的共同作用下，為橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)提供了海量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，這些信息也是對橋梁健康狀態(tài)的集中反映，因此數(shù)據(jù)信息智能化處理尤為關(guān)鍵。針對橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)的復(fù)雜性特點(diǎn)，主要依托大數(shù)據(jù)處理功能優(yōu)勢，借助專業(yè)的數(shù)據(jù)分析處理軟件，對各個傳感監(jiān)測節(jié)點(diǎn)實(shí)施處理，并根據(jù)數(shù)據(jù)的特征進(jìn)行優(yōu)先權(quán)限評定、分類分時段處理，完成對數(shù)據(jù)的智能選擇及過慮，提升數(shù)據(jù)處理的智能化水平和監(jiān)測效率。

2.安全預(yù)警與損傷識別

為適應(yīng)橋梁健康監(jiān)測的安全需要，在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中需設(shè)定橋梁安全參數(shù)，當(dāng)所采集的數(shù)據(jù)中應(yīng)變、撓度、傾角、支座位移、橋梁固有頻率超過閾值時，系統(tǒng)可以迅速預(yù)警，根據(jù)數(shù)據(jù)變化的程度可劃分為紅、橙、黃等級別。如在橋梁受外力撞擊或地震等影響時，系統(tǒng)的小波包能量損傷預(yù)警功能，可以充分發(fā)揮其適用性、敏感性和噪聲魯棒性優(yōu)勢，快速對橋梁結(jié)構(gòu)損傷實(shí)施評估，依據(jù)橋梁的基頻、振型發(fā)生變化確定損傷的時域，并借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法識別損傷。

3.結(jié)構(gòu)評估及決策輔助

結(jié)構(gòu)評估是系統(tǒng)中的重要功能之一，它利用分層綜合評估法，分析對比大量的橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測信息數(shù)據(jù)，包括靜位移、動撓度、支座位移、傾角、應(yīng)變、加速度、頻率等方面，從全局性、綜合性的角度對其功能作出判斷，參照評分標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重進(jìn)行評估。與此同時，相關(guān)部門在獲取橋梁完整的監(jiān)測信息數(shù)據(jù)后，借助MIDAS模型實(shí)施分析，以獲取最終的橋梁安全參數(shù)，并以預(yù)警信號及評估結(jié)果作為決策輔助，快速啟動應(yīng)急響應(yīng)機(jī)制，為橋梁養(yǎng)護(hù)及管理部門提供維護(hù)建議。

三、結(jié)語

綜上所述，網(wǎng)絡(luò)信息時代的發(fā)展，使物聯(lián)網(wǎng)的“萬物互聯(lián)”理念獲得認(rèn)同，也推動了其在各領(lǐng)域中的深度應(yīng)用。在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)踐中，物聯(lián)網(wǎng)所展現(xiàn)的應(yīng)用優(yōu)勢日益明顯，逐步改善了橋梁的安全運(yùn)行狀態(tài)，確保了健康監(jiān)測信息的實(shí)效性及智能性，滿足了社會在安全領(lǐng)域上的需求。與此同時，為更好地發(fā)揮監(jiān)測優(yōu)勢，還應(yīng)進(jìn)一步提升系統(tǒng)的智能化水平，完善和豐富監(jiān)測功能，為橋梁安全運(yùn)管及管理提供有力支撐。