桥梁结构健康监测系统

1、系统概述

桥梁结构健康监测基本思路为：

1）根据桥梁的具体结构形式，进行结构有限元建模，确定桥梁的安全敏感点，从而确定桥梁监测传感器的布设数量和位置。利用尽可能少的传感器获取尽可能多的结构响应信息。

2）前端传感器采集的信息汇聚后通过网络传输至监控中心。

3）监控中心负责对各类传感器信息进行预处理，并提供多种预测预警模型以及数据分析的模型，一旦监测数据超出设定的阈值或容许值，系统就产生报警。桥梁管理部门根据预警类型及级别等采取相关的措施，如交通管制、维修处理等。

4）同时系统提供在线评估、离线评估等功能，对桥梁的结构安全等级进行评估，包括桥梁技术状况评估、桥梁安全性评估等。根据评估的等级给出桥梁巡检维护的建议，并推送至相关管理部门。

桥梁健康监测系统是对常规的检查、检测和载荷试验的重要补充，其不可替代性主要表现在连续性、同步性、实时性和自动化四个方面；连续性，有目的的长期积累桥梁监测数据，用于结构损伤识别和趋势分析；同步性，各参数可同时采集，便于分析桥梁响应与载荷作用之间的相关性，及时掌握影响桥梁性能退化的关键因素；实时性，实时掌握桥梁结构动态、静态、环境、载荷等响应，及时预警；自动化，通过自动化采集方式，获取监测数据，克服人工巡检无法到达、无法操作、人员安全等问题。

健康监测系统特点有以下几点：

桥梁健康监测项目根据具体情况和用户需求，包括设计、建设、软件和后期服务4个部分。其中设计阶段主要完成项目立项和方案设计，系统建设阶段也就是现场施工过程，包括传感器布设、传输网络建设、硬件集成调试，有的项目还包括监控中心建设；软件服务有两种方式，一种是建设方提供整套软件系统，由监管机构运行；还有一种方式是建设方托管，定期提供桥梁监测和评估报告；系统后期服务包括系统运行维护、对软硬件的定期检查、软件升级和人员使用培训；这些服务内容都是根据实际项目需求，可以单独进行，也可以提供一体化整体服务。

2、系统价值

桥梁结构健康监测价值体现，我们初步总结有以下几个方面：1、提高桥梁管养效率，包括快速实现桥梁状态的评估和分析，及时发现病害源或桥梁运行异常情况，指导管养；通过交通监测，辅助超限车管控，预测桥梁结构损伤和寿命；价值体现2是提升桥梁管理科技品质与质量，包括建立完备的桥梁数字化档案，提高桥梁作为交通设施的智能化管理水平，随时远程掌控桥梁性能和工作状态，提高数据监测的精度；价值体现3是加强抗灾应急能力，包括及时发现并监测突发灾害等特殊事件的发展变化，记录完整的突发事件过程，便于时候评估处理；价值体现4是推动行业发展，通过对桥梁健康监测系统的研究，推动了物联网、大数据、云计算等先进信息化技术在桥梁工程中的应用。

3、系统构成

典型健康监测系统构成如图所示，主要包括5个子系统：自动化监测子系统、数据库子系统、预警评估子系统、用户界面子系统和三维仿真子系统。

主要监测项目分为三大类，1是环境荷载，包括环境温湿度、风速风向、交通荷载等；2是结构整体响应，包括结构振动、位移、变形；3是结构局部响应，包括应力、裂缝、索力、索塔桥墩偏位等。

监测点安装位置及典型监测数据如图所示：

4、硬件集成

健康监测系统硬件集成如下图所示：

以下为现场安装情况，包括现场集成采集站和监控中心建设。

5、软件架构

系统软件架构如图所示，包括数据采集、数据处理、数据存储、应用支撑和用户界面5个层次；包括结构监测、专题监测、阈值报警、趋势分析、监测报告、桥梁档案等12大功能模块。

6、系统特点

智能化采集平台

标准通讯协议兼容各种传感器，实现智能化快速数据采集、解算、存储和实时转发

多样化实时监测与分析

常规结构监测与专题监测分析相结合，实时监测与历史数据查询结合，提供全面、有针对性的结构监测解决方案

自动化监测报告与报警

丰富的监测报警方案、用户自定义流程、分组分权限接收不同报警信息；自动分析系统运行情况、桥梁结构监测状态，生产统计分析报告，支持灵活选配

三维可视化

三维全景、BIM集成展示监测数据，提升系统用户体验和管理工作效率

视频监控

集成各大厂家视频监控接口，实现web和app端实时视频监控集成

移动智能终端

随时远程监测与报警推送，及时处置、专题数据分析

7、系统典型应用界面

8、系统展望

桥梁结构健康监测有以下几点新趋势：健康监测应用向标准化和规范化推进，从特大型桥梁向中小型桥梁群应用转变，自动化监测和数字化巡检管养融合并重，全寿命信息化与建管养一体化；面临的调挑战有：有限测点的最优化布置理论和设计方法，更为科学的数据分析与状态评估方法，海量异构监测数据“隐秘”规律挖掘，全寿命期信息模型建立，更直观高效的管理方式，新传感技术的研发与应用。

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