基于云智慧技术的桥梁结构健康监测与预警系统研制

2016-05-04 10:02:35 阅读次数:23615

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摘要:针对大跨度的桥梁结构进行状态健康监测，由于采用集中布置测试系统存在成本高、施工周期长等技术难题，本文构建了一套基于云智慧分布式测试技术的桥梁结构健康监测与预警系统，降低了现场工作量，同时提高了桥梁动态参数实时控制性，为桥梁结构的动态性能评价提供了高科技数据平台。

关键词:云智慧测试技术,桥梁监测,预警系统

1 引言

桥梁结构是保障国家经济建设和人民生活的重要的社会基础设施，采用先进技术对桥梁结构进行有效的检测与评估、监测与预警、维修维护管理等技术措施，高效合理的利用有限资源，保障桥梁结构在寿命期内可靠运营。我国在桥梁监测领域的研究虽然起步较晚，但近年发展迅速，从早期的香港青马大桥、江阴长江大桥、东海大桥等，我国已经在重大桥梁结构中安装了100多套监控系统，并取得了重要的作用。但由于系统传感器布置、数据传输的实时性以及桥梁载荷激励的复杂性等客观限制，桥梁结构状态监控系统大面积推广存在一些问题。随着虚拟仪器和分布式测试技术的发展，桥梁结构健康监测与预警技术获得重大突破。

虚拟仪器的研究对国民经济发展有着重要的影响，虚拟仪器技术使得仪器仪表不再是功能单一和结构固定模拟仪表系统，而是向着柔性化、智能化、微型化、功能多样化方向发展，面对工程实际中提出的需求，专家学者在虚拟仪器智能化平台建设、信号处理技术、高性能处理芯片等方面开展了大量的研究，并取得了重大突变。为桥梁结构健康监测与预警评估等动力学特性研究提供了数据平台。

2 桥梁云智慧分布式测试技术

桥梁健康监测的主要目的是通过高精度的监测仪器、高精度的传感器和数据传输等技术构成桥梁状态监测系统，对桥梁结构的工作状态、动力学特性进行实时监测与评估，为桥梁结构在特殊环境、特殊交通载荷等运行状态恶化时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理决策提供数据支持。

2.1 桥梁结构健康状态参量分析

桥梁结构的健康状况主要受激励载荷为：风载荷、温度载荷、环境激励载荷、车辆运行载荷等；主要通过以下桥梁响应参量进行评估：振动幅值、结构频率、结构应变、沉降位移等参量。因此，综合激励载荷与桥梁结构属性参数，桥梁结构健康状态监测参量主要采用风速风向、温度、振动、应变、索力等如图1所示。

图1 桥梁健康状态监测与预警系统

2.2 分布式测试系统构建

桥梁结构健康监测系统主要由四部分组成：传感器系统、数据采集系统、数据通讯与数据处理分析系统。其中传感器布置、数据采集仪的布置和数据传输通讯设备的布置按照传统方式采用集中式测试系统如图2所示，将所有传感器信号通过信号线传输至中央控制室中的采集系统，然后使用PC系统进行桥梁状态监测，通过值班人员进行24小时轮流值守，对该桥梁状态进行监视与评价。该桥梁结构健康状态监测与预警系统存在结构复杂、施工困难、并且需要配置专人24小时值班等问题，随着虚拟仪器技术、网络分布式技术等测试技术的发展，以上桥梁监测瓶颈问题得到了彻底解决，即云智慧分布式测试系统如图3所示。该系统采用分布式布置测点与采集系统实现了快速施工，利用网络传输技术实现了桥梁状态特征实时通讯传输，进而节省了大量的人力物力。