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**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**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。
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**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:有限测点的较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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