城市橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)設計研究

1、<p>　　城市橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)設計研究</p><p>　　摘要：城市橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)是一個以城市干道橋梁結構為對象，應用現(xiàn)代傳感、通訊和網絡等信息技術，集結構監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、交通監(jiān)測、信息分析處理、橋梁評估和養(yǎng)護管理等各功能子系統(tǒng)為一體的綜合監(jiān)管平臺。本文結合城市橋梁健康監(jiān)測的現(xiàn)狀，以及設計的關鍵因素整合現(xiàn)有的相關技術，提供綜合性、前瞻性的系統(tǒng)設計方案，以消除或減少目前單一監(jiān)測系統(tǒng)的重復建設，實現(xiàn)信

2、息共享和互聯(lián)互通。 </p><p>　　關鍵詞：城市橋梁；健康監(jiān)測；集群監(jiān)測；系統(tǒng)；平臺 </p><p>　　隨著城市橋梁病害的增多,橋梁養(yǎng)護與維修工作日趨繁重,管理者亟需一套針對城市橋梁結構的實際安全性能,進行遠程動態(tài)監(jiān)測與實時評估的智能管理系統(tǒng),以確保城市橋梁以及整個交通運輸體系的安全運營。因此將現(xiàn)代城市橋梁管理理論與“數(shù)字城市”技術相結合從而形成城市橋梁集群化、網絡化的監(jiān)測管理，

3、將是未來城市橋梁信息化管理的新模式。 </p><p>　　1 城市橋梁健康監(jiān)測現(xiàn)狀 </p><p>　　我國已有約60座以上的大型橋梁安裝了橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)，其中包括了一部分城市橋梁，這些健康監(jiān)測系統(tǒng)由少則50、多則500個以上的傳感器組成，其費用約占到橋梁總造價的0.5-2.0%，但是按照功能要求和效益-成本分析兩大準則來看，系統(tǒng)還存在著以下問題。 </p><p

4、>　　1）監(jiān)測范圍滿足不了需求。開展監(jiān)測的范圍較小，一般只注重大江大河，而隨著城市橋梁的發(fā)展，城市干道橋梁的管養(yǎng)任務日益繁重。 </p><p>　　2）只針對具體某一座或某幾座橋梁，還只能作為單個的“信息孤島”，并沒有從城市橋梁管理的角度集成為統(tǒng)一的平臺，信息不共享，缺乏與其它管理系統(tǒng)的有機銜接。 </p><p>　　3）缺乏引導與規(guī)劃，系統(tǒng)功能還不夠全面，偏重監(jiān)測內容和技術輕視

5、測試數(shù)據處理和評價的設計方案越來越不易被橋梁業(yè)主所接受，系統(tǒng)投入使用后，后續(xù)升級及再開發(fā)困難。 </p><p>　　4）軟硬件開發(fā)平臺不統(tǒng)一，由于城市橋梁的類型眾多，監(jiān)測項目不盡相同，針對每一座具體橋梁開發(fā)出一套專用的監(jiān)測軟件，存在著開發(fā)周期長，代碼可移植性差，不能重復等缺點，造成人力資源和開發(fā)成本的增加。 </p><p>　　5）目前的健康監(jiān)測系統(tǒng)由于監(jiān)測時間較短，尚未能充分利用監(jiān)測

6、數(shù)據在各種時間尺度上蘊含的信息，實現(xiàn)從中挖掘數(shù)據演變規(guī)律的長效機制，也還沒有將橋梁結構的健康狀態(tài)監(jiān)測上升為對結構整個生命過程的跟蹤式監(jiān)測，從而實現(xiàn)指導養(yǎng)護管理的目的。 </p><p>　　2 城市橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)設計 </p><p>　　2.1集群監(jiān)測系統(tǒng)設計的關鍵因素 </p><p>　　城市橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)是一個“開放”式的系統(tǒng)，它的建立和完善是一個相當

7、龐大的工程，在系統(tǒng)設計和規(guī)劃時，應考慮以下關鍵因素： </p><p><b>　　1）資金規(guī)劃 </b></p><p>　　目前我國大規(guī)模的橋梁建設其投入是巨大的，進行健康監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)有充足的資金支持，這也是目前健康監(jiān)測系統(tǒng)建立的主要資金來源，但對于大范圍的城市在役橋梁，其養(yǎng)護管理的投入嚴重不足。因此，城市橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)資金的一次性籌集存在一定的困難，在現(xiàn)

8、階段，提倡“綜合規(guī)劃，分步實施”的集散型方式更具有現(xiàn)實意義。 </p><p><b>　　2）技術規(guī)劃 </b></p><p>　　在技術上，由于健康監(jiān)測所面臨問題的解決不可能一蹴而就，高新技術和自動化設備的研制和應用在我國還剛剛起步，許多關鍵性的技術還有待突破，目前的理論研究與實踐應用還存在著較大差距，需要在實踐中逐步發(fā)展完善，以達到最佳的效果。 </p&

9、gt;<p><b>　　3）橋梁壽命 </b></p><p>　　對于新建橋梁，其建成初期安全狀況大多良好，此時建立健康監(jiān)測系統(tǒng)主要是為橋梁積累重要的原始數(shù)據以及監(jiān)測突發(fā)性事故(地震、撞擊等)下結構的響應，因此只需在關鍵部位布設測點即可。 </p><p><b>　　4）儀器壽命 </b></p><p&g

10、t;　　橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)自身也有使用期及壽命的問題，而且由于系統(tǒng)大多使用電子設備，在惡劣環(huán)境中損壞的可能性更大。根據橋梁的實際情況采取分階段實施的方案，不僅可以節(jié)省費用，還可以延長系統(tǒng)使用周期。 </p><p>　　2.2 集群監(jiān)測系統(tǒng)及其功能分析 </p><p>　　在國內外橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設計準則研究的基礎上，城市橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)以基于GIS的城市橋梁管理系統(tǒng)為基礎，增加分布式遠程

11、橋梁監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據傳輸網絡系統(tǒng)、系統(tǒng)集成管理平臺等三個核心部件，具體由不同的模塊組成，如圖1所示。GIS系統(tǒng)的電子地圖技術將與橋梁屬性相關聯(lián)，方便對城市全部范圍的橋梁分布狀況及屬性的把握。 </p><p>　　2.2.1 分布式遠程橋梁監(jiān)測系統(tǒng) </p><p>　　主要包括傳感器模塊、數(shù)據動態(tài)采集模塊和遠程數(shù)據傳輸模塊。其中傳感器模塊由各種類型的傳感器及二次儀表等部分組成，主要監(jiān)測載荷

12、變化、結構所處環(huán)境變化及結構實際工作狀況；數(shù)據采集模塊主要由微機控制的數(shù)據采集儀器組成，功能是收集由傳感器傳來的原始信號，并進行信號調理、根據系統(tǒng)功能要求對數(shù)據進行分解、變換等預處理，以獲取所需要的參數(shù)；數(shù)據傳輸模塊主要是建立遠程傳輸?shù)耐ㄓ嶆溌?，實現(xiàn)網絡傳輸。分布式遠程橋梁監(jiān)測系統(tǒng)是集群監(jiān)測系統(tǒng)最前端和最基礎的系統(tǒng)。 </p><p>　　2.2.2 數(shù)據傳輸網絡系統(tǒng) </p><p>　

13、　主要由監(jiān)測系統(tǒng)局域網模塊、與其它局域網或主干網的連接模塊及遠程控制模塊組成，以實現(xiàn)數(shù)據遠程通訊、傳輸及遠程控制功能，是聯(lián)系分布式遠程橋梁監(jiān)測系統(tǒng)與系統(tǒng)集群管理平臺的橋梁。 </p><p>　　2.2.3 系統(tǒng)集群管理平臺 </p><p>　　系統(tǒng)集群管理平臺由中心數(shù)據庫管理模塊、數(shù)據分析及處理模塊、結構狀態(tài)評估模塊、決策支持模塊以及監(jiān)測系統(tǒng)控制管理與維護模塊組成。 </p>

14、;<p>　　上述三個組成部分分別在不同的硬件和軟件環(huán)境下運行，承擔著各自不同的功能，它們之間的協(xié)同工作，將實現(xiàn)集群監(jiān)測系統(tǒng)對城市重要橋梁的在線監(jiān)測及評估的功能。 </p><p><b>　　3 結論 </b></p><p>　　本文為保障城市橋梁的公共安全，提出了城市橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)的概念，此系統(tǒng)利用現(xiàn)代信息技術構建了一個覆蓋城市重要橋梁的結構安

15、全遠程在線監(jiān)測系統(tǒng)，對保障城市交通安全暢通具有極其重要的意義和價值，并隨著研究的深入，逐步實現(xiàn)橋梁管理的信息化和科學化。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[ ]馮良平,李娜,張革軍,張新越.中國長大跨橋梁結構安全監(jiān)測系統(tǒng)研發(fā)現(xiàn)狀及趨勢[J].公路,2009,(5):176-181. </p><p>