基于物联网技术的桥梁监测系统研究

【摘

分析、发送等功能为一体的新型桥梁监测系统，并通过实践验证了要】针对桥梁监测工作，利用物联网技术，建立一个集数据采集、存储、它的可行性和有效性。【关键词】物联网；桥梁监测系统【中图分类号】U446.2

【文献标识码】A

【文章编号】（2019）2095-206605-0227-02

桥梁状态监测一直以来都是桥梁运营管理的重要内容袁物联网技术的出现和在工程监测领域的广泛应用袁使桥梁健康状况信息实时采集和自主分析预警成为可能袁为桥梁安全1全天系候监测提供了合理且有效的解决方案遥

基于统目前设计桥梁检测基本需要袁将物联网作为主要技术支

撑建立监测网络袁分别在汇聚与感知节点进行传感器安装袁以此对桥梁动态信息进行获取遥由无线传感器构成的网络袁不仅具有很高的效率与灵活性袁而且功耗较低袁成本合理袁可在很多不同的工业场景中使用遥基于此袁大型桥梁也可以进行传感节点部署袁用于提高数据采集精度及广度袁从而为桥梁的安全分析与养护决策提供数据支持[1]遥因节点布置比较分散袁而且还需要进行移动袁所以借助无线多跳可以使数据采集过程变得更加灵活袁将数据汇聚到相应的节点后袁利用有线网络或无线网络向平台中心实时传输这些数据袁开始评估预警袁经以上设计形成的方案见图1遥

图1桥梁监测方案

2测量根据桥参梁数实际交通负荷情况与结构恶化程度袁将监测的内容确定为院实际交通状况尧各结构的荷载及应变尧位置变形尧腐蚀情况尧开裂尧温度等遥可见所有监测指标统一分成三类袁如图2所示袁即结构类尧环境类与变形类遥其中袁变形类包括伸缩缝变形尧支座变形尧主体结构与墩身变形等曰结构类包括结构应变尧开裂与振动响应等曰环境类即温湿度条件遥对桥梁结构实施状况评估的过程中袁需要将当前的环境状态和所有响应信号充分结合到一起袁只有这样才能真实反映出结构所处实际状况[2]遥

在确定了测量参数以后袁应以不同类型桥梁所具有的受力特点为依据确定适宜的测量方式尧节点布置方案袁并配备符合3指标要求的所有测量设备和采集装置遥

3.1系系统统架架构构

及其各层模块的实现图2桥梁检测指标的分类

系统以物联网思维为核心袁将包含数据库尧数字传感和数据通信等在内的多项先进技术作为支撑来设计遥见图3袁系统总体架构可分成以下四层院位于最底层的是传感网络袁它由数据的采集节点与传感器两部分组成袁能按照一定周期对不同的数据进行采集袁并完成参数自动测量曰传感网络的上一层是传输汇聚层袁它由汇聚传输节点尧数据采集点与中间传输节点三部分构成袁主要负责数据的采集袁并将其导入数据库中曰传输汇聚层上一层是核心数据层袁它由用于存储监测数据的子系统与监测基本数据两部分构成袁能为健康状况综合分析与安全预警等提供可靠数据支持曰最上层是业务应用层袁采用可视化界面和清晰简明的方式对监测数据进行分析遥采用预警遥

尧实时显示与报表等有效的方法袁向客户端传输所有监测信息[3]图3系统总体架构

3.23.2.1各层模块对数数据据采集

实现

采集袁可分解为以下子模块院淤数据采集节点子模块曰于中继传输节点子模块曰盂汇聚传输节点子模块遥数据采集节点子模块由传感器与通信模块两部分组成遥其中袁传感器模块是系统重要基础袁用于完成状态监测袁它根据监测对象某种属性发生的变动袁把监测的信号转化成电信号袁使处理器因

227绿色交通触发而中断袁进而在中断中实现信息预处理遥

在数据的采集节点袁其工作流程为院淤系统上电袁芯片开始系统和硬件的初始化曰于申请添加到网络袁以扫描的结果为依据确定适宜的网络地址尧信道及网络号曰盂对网络实施监听袁同时启动定时器袁若接收入网请求袁则开始向节点分配相应的网榆络在定号袁时同器时达对到请预求设回的复时袁如间后果没袁开有始接预收处到理袁袁则完继续保持监听曰现成节后点上传[4]遥

对于中继传输节点袁它利用源路由发现实组网袁采取多跳传输模式向汇聚节点发送数据遥因监测对象上传感器的分布十分广泛袁而且还会为了满足监测要求而移动袁所以通过对它的应用能实现无线覆盖袁适应节点传输需要曰组网时袁因中继节点基本不移动袁处在节点之间的路由几乎没有变化袁所以能为组网提供良好条件袁从而降低节点能耗袁并减少路径发现遥在中继传输节点的作用下袁数据最终到达汇聚节点袁由汇3.2.2聚节数点据整管理

理并压缩所有数据袁再传输到数据平台中遥这部分主要负责对监测数据进行存储袁它分布在所有数据库当中袁能为上层业务的实现提供数据依据遥它主要包含两部分袁即桥梁健康数据与在线数据的监控及分析数据库遥其中袁前者将大数据平台作为基础而实现袁用于存储每个节点对应的数据袁如不同环境条件下的数据遥上层业务以具体的需要为依据袁在数据库当中对这些数据进行读取袁并将得到的分析结3.2.3果传业输务并存层

储至分析数据库[5]遥

这一部分主要是以采用传感器接收到的信息为依据袁对桥梁所处安全状况做综合判决袁然后进行预警袁再由现场的工作人员开展维护与管理工作遥其主要功能有院为数据的获取提供所有接口袁在传感器网络当中的不同采集单元中进行数据采集袁并通过控制命令的下发袁使传感器单元实际工作方式与有关参数改变曰结合桥梁健康状况监控基本要求实时提供所有类型的数据袁如历史数据和原始数据等袁并以监控结果为依据袁对参数列表进行适当调整曰将Web与APP接口充分结合到一起袁使远程监控成为可能遥系统将安全预警分成四个等级袁即红尧橙尧黄尧绿遥其中袁红与绿是两个极端袁红说明桥梁已经处在十分严重的危险情况中袁必须对其进行检修与维护袁而绿说明桥梁实际健康状况良好袁所有部件均正常工作曰橙说明桥梁存在安全隐患袁需开展常规检查曰黄说明桥梁中某个部件存在问题袁需及时开展检修遥

为保证检测的正确性袁需对上述状态设置相应的阈值袁如果检测结果超出阈值袁则立即进入预定处理流程袁使桥梁正常工作遥经分析可知袁针对处在正常工作状态中的桥梁袁它的结构检测结果和理论值基本相同袁这样绿色的阈值可通过理论计算确95%定袁如将其下限确定为设计荷载作用下结构的阈袁值将袁上将限其确下定限为确设定计为荷设载计作荷用下载作结构用下效结构应的效应的105%效115%曰应的红色袁上限确定为设计荷载作用下结构效应的125%曰而另外两个颜色袁均用经验值来设置阈值袁比如将下限确定为设计荷载作用下107%结构效应的105%袁上限确定为设计荷载作用下结构效应的[6]遥

系统中袁每个传感器都能实现全天候作业袁进而数据采集和处理的过程都是实时的遥与阈值对比后袁能判断出桥梁所处实际工作状态袁同时判断是否超负荷袁并进行预警处理遥通常情况下袁在预警发生之后袁会有两种不同的信息推送方式袁其中一种为在系统的控制界面上突然弹出袁另一种为将信息推送到工作人员的移动终端中遥该系统主要选择的是第二种袁当

228LOWCARBONWORLD2019/5桥3.3梁出监测现问题点的时袁管工理

作人员可以立即到达现场执行相关工作遥对监测点进行管理实际上就是控制和管理桥梁之间或不同检测区域之间的接入情况袁组要具有以下功能院完成传感器设备尧检测因素和网络拓扑结构等的配置遥当传感器失灵时袁能在后台重新配置曰当检测因素变化时袁能在后台重新配置曰当检测需求变化时袁通过部署位置调整袁达到拓扑管理目标袁从而3.4提现高场检管测效果理与遥

通过监测发现有维安护

全隐患存在时袁通知现场工作人员开展维护工作遥手持终端和数据中心实时相连袁能为预警情况的现场分析和检查提供数据支持遥客户端和对象间的连接袁按以下流程进行院对终端是否具备蓝牙通信功能进行检测袁然后开启蓝牙曰查询终端和适配器之间的配对记录袁若历史记录当中有配对记录袁则可自动配对袁而没有记录时操作配对曰连接成功4后结袁即束可语获取信息袁完成桥梁维护遥

综上所述袁充分借助物联网特点优势袁在结合桥梁需求的基础上袁设计出新型监测系统遥通过实际应用可知袁它能对桥梁进行全天候监控袁使传感器数据实现可视化袁并能对监测结果进行自主分析袁为桥梁维修和管理决策提供数据支持遥

[1]参考文献

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签名方案统汤58.

无线韬索袁邓力勇计军的袁设叶计华及荣应用袁李亚[J].袁电子李文技术华袁王应用鹏军袁2017袁邓北袁43星渊.桥12冤院梁52-54+监测系[5]系魏[6]统[J].星电子袁马正技术娟袁与冉软陈件思工.基于物程袁2016联网渊16RFID冤院技术的桥梁承重实时监测康隋监测莉与颖安袁刘全浩预袁警陈技术智宏研究袁黄[J].建玲公袁路王交立通勋114.

科.基于物技渊应用联技术网技术版冤袁的2015桥梁袁健11渊02冤院8-11.

收稿日期：2019-4-16作者简介：胡建新渊1983-冤袁男袁高级工程师袁硕士袁主要从事桥梁检测尧监测及科研工作遥