（中電建冀交高速公路投資發(fā)展有限公司，河北石家莊050000）

橋梁工程在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)交通系統(tǒng)中占據(jù)著極為重要的位置，同時(shí)，橋梁工程的質(zhì)量和人們的交通出行、社會(huì)結(jié)構(gòu)的完整及國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展息息相關(guān)?，F(xiàn)階段，國內(nèi)諸多橋梁工程建造單位仍運(yùn)用傳統(tǒng)的造橋工藝技術(shù)。盡管傳統(tǒng)的造橋工藝技術(shù)確有諸多值得參考之處，但是由于當(dāng)時(shí)造橋材料和交通環(huán)境的制約，導(dǎo)致年代久遠(yuǎn)的橋梁工程存在一定的安全隱患。為了保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，需注重和提高橋梁的健康監(jiān)測質(zhì)量。

一、系統(tǒng)應(yīng)用

（一）傳感子系統(tǒng)

傳感子系統(tǒng)是利用多樣化傳感器全程監(jiān)測橋梁，并如實(shí)記錄所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。監(jiān)測重點(diǎn)為結(jié)構(gòu)響應(yīng)與荷載(10ad)。其中諸如地震、溫度、風(fēng)、交通荷載等屬于荷載范圍，而位移、加速度、應(yīng)變等則屬于結(jié)構(gòu)相應(yīng)的范疇。針對(duì)荷載監(jiān)測而言，采取動(dòng)態(tài)地秤對(duì)交通荷載進(jìn)行準(zhǔn)確測定；在測量風(fēng)荷時(shí)，可運(yùn)用超聲式或螺旋式風(fēng)速儀；通過光纖光柵溫度傳感器、熱電阻溫度計(jì)、熱電偶溫度計(jì)等測量溫度；利用地震儀監(jiān)測地震。針對(duì)響應(yīng)監(jiān)測，測量可采取光纖光柵應(yīng)變傳感器、振弦式應(yīng)變計(jì)或電阻應(yīng)變計(jì)等，借助壓電式加速度傳感器、電容式加速度傳感器或壓阻式加速度傳感器測量加速度；位移可以運(yùn)用電子測距儀、傾角計(jì)、位移計(jì)等測量，就懸索橋、斜拉橋，其索力可以借助加速度或測量應(yīng)變獲得。傳感器的具體選型主要應(yīng)考慮測量范圍和測量精度。舉例來說，車輛與風(fēng)載荷產(chǎn)生的微笑震動(dòng)一般在幾百ug（g指的是重力加速度），對(duì)其的測量就可借助SDl221L型加速度傳感器，其具有測量范圍小、精度高的優(yōu)勢；而由于自然災(zāi)害，如地震等引起的大幅振動(dòng)一般約為29，在測量上主要選擇ADXL202E型加速度傳感，其優(yōu)勢在于測量范圍大、精度低。

（二）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要選擇信息的信號(hào)，根據(jù)信號(hào)的傳輸頻率作出決定，這和系統(tǒng)的運(yùn)行成本有著極為密切的聯(lián)系，所以必須借助實(shí)驗(yàn)和檢測試劑情況，科學(xué)考慮相關(guān)設(shè)計(jì)。其次，為了保證采集結(jié)果的真實(shí)性，相關(guān)監(jiān)測人員檢查和清晰化處理工程的硬件設(shè)施和所獲取的信號(hào)，最大化去除信號(hào)中的噪音，并將信息變成數(shù)字信號(hào)。在此過程中，需要采集節(jié)點(diǎn)共同開展，其在采集中一般會(huì)和其他變量因素有關(guān)，導(dǎo)致偶爾會(huì)有信號(hào)失真等情況出現(xiàn)。所以，在一般實(shí)際運(yùn)行中，若是網(wǎng)絡(luò)信號(hào)比較穩(wěn)定，展開實(shí)時(shí)傳輸；若是已經(jīng)在節(jié)點(diǎn)處完成了存儲(chǔ)，則在完成采樣后一同處理傳輸；還有一種情況是采集信號(hào)在節(jié)點(diǎn)便已處理好，將加入算法加入節(jié)點(diǎn)后，可以獲得實(shí)時(shí)結(jié)果。

（三）數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)

平面結(jié)構(gòu)中，全部階段的功能特點(diǎn)相同，但等級(jí)存在差異及缺少層次，同時(shí)可以將平面結(jié)構(gòu)劃分成星型、樹形、線性等多種拓?fù)湫问?。以金門大橋健康監(jiān)測系統(tǒng)為例，由于整個(gè)大橋具有很長的主跨，橋上共部署了64個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，以此來組建成46跳的長線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，要想對(duì)寬帶予以全面的運(yùn)用，并降低數(shù)據(jù)傳輸存在的時(shí)延，需使用管道傳輸方式，指的是距離K跳的階段對(duì)數(shù)據(jù)予以同時(shí)發(fā)送，同時(shí)K不小于3，從而保證信號(hào)被外界因素所影響。國外相關(guān)領(lǐng)域研究者研究設(shè)計(jì)的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)為樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)基站構(gòu)建多跳樹，0屬于根節(jié)點(diǎn)深度，其他節(jié)點(diǎn)則對(duì)自身節(jié)點(diǎn)與深度信息予以如實(shí)記載。數(shù)據(jù)傳遞過程中，節(jié)點(diǎn)要做的就是對(duì)自己發(fā)送的父節(jié)點(diǎn)及轉(zhuǎn)發(fā)目的地有關(guān)數(shù)據(jù)。有國外研究人員在高速公路橋健康監(jiān)測系統(tǒng)之中應(yīng)用了星型結(jié)構(gòu)，且設(shè)計(jì)了20多個(gè)加速傳感器，將數(shù)據(jù)發(fā)送到系統(tǒng)之中。

在層次網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)主要分為三部分，即匯聚節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)以及普通傳感器節(jié)點(diǎn)，其中匯聚與中繼節(jié)點(diǎn)涉及到的功能十分強(qiáng)大。有國外研究人員設(shè)計(jì)了兩層式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其主要由3部分構(gòu)成，分別是中央主節(jié)點(diǎn)CSM(centralsitemaster)、普通傳感器節(jié)點(diǎn)、外源供電的本地主節(jié)點(diǎn)LSM（localsitemaster）。其次，高層網(wǎng)絡(luò)在形成方面，需要將LSM和CSM的通信作為基礎(chǔ)。借助底層網(wǎng)絡(luò)，傳感器階段可報(bào)所搜集的信息迅速傳遞到LSM，而LSM則可以借助高層網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)迅速傳遞到CSM。相關(guān)領(lǐng)域研究人員根據(jù)實(shí)際情況編訂了層次不同的橋梁監(jiān)測體系，由傳感器節(jié)點(diǎn)、收集裝置及路由器形成三層拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，感器階段借助路由器發(fā)送數(shù)據(jù)，再由路由器集合多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，發(fā)送給收集裝置。

二、技術(shù)應(yīng)用

（一）節(jié)點(diǎn)部署

節(jié)點(diǎn)部署應(yīng)用需要立足于橋梁建設(shè)工程的實(shí)際情況展開規(guī)劃，同時(shí)和施工單位預(yù)期的成本效益展開綜合排演。若是節(jié)點(diǎn)部署的設(shè)計(jì)質(zhì)量好，則能顯著提高最終檢測的質(zhì)量，同時(shí)可以有效完善整個(gè)系統(tǒng)的信息采集能力和信息輸送能力。但在選擇檢測系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)時(shí)，工作人員必須立足于監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)際情況展開操作。

（二）時(shí)間同步

在展開后期的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，前期節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間能否時(shí)間同步，直接影響了最終評(píng)估和分析的結(jié)構(gòu)。同時(shí)，在現(xiàn)階段橋梁健康監(jiān)測體系中，信息同步問題仍存在一定的缺陷。節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的布置直接決定傳送速度，但節(jié)點(diǎn)在傳輸時(shí)，其他不穩(wěn)定因素也會(huì)影響速度。

（三）能量管理

電力是無線傳感器運(yùn)行不可或缺的重要支撐，要想整個(gè)系統(tǒng)長時(shí)間保持良好的運(yùn)行狀態(tài)，必須獲得電力的支持，若電量耗盡時(shí)工作人員沒有第一時(shí)間更換，無線傳感器收集到的數(shù)據(jù)就會(huì)出現(xiàn)缺漏現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)果丟失或延遲。

三、結(jié)語

經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展導(dǎo)致交通荷載增速過快，通行流量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)需求，橋梁在運(yùn)行一段時(shí)間后必然會(huì)發(fā)生一定程度的損毀。借助構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)用靜態(tài)測試數(shù)據(jù)的傳感技術(shù)及實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測的信號(hào)監(jiān)測分析橋梁結(jié)構(gòu)，可以監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)的健康，有利于降低橋梁使用過程中的安全隱患。