城市橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

1、<p>　　城市橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究</p><p>　　摘要：城市橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)是一個(gè)以城市干道橋梁結(jié)構(gòu)為對(duì)象，應(yīng)用現(xiàn)代傳感、通訊和網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)，集結(jié)構(gòu)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、交通監(jiān)測、信息分析處理、橋梁評(píng)估和養(yǎng)護(hù)管理等各功能子系統(tǒng)為一體的綜合監(jiān)管平臺(tái)。本文結(jié)合城市橋梁健康監(jiān)測的現(xiàn)狀，以及設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素整合現(xiàn)有的相關(guān)技術(shù)，提供綜合性、前瞻性的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，以消除或減少目前單一監(jiān)測系統(tǒng)的重復(fù)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)信

2、息共享和互聯(lián)互通。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：城市橋梁；健康監(jiān)測；集群監(jiān)測；系統(tǒng)；平臺(tái) </p><p>　　隨著城市橋梁病害的增多,橋梁養(yǎng)護(hù)與維修工作日趨繁重,管理者亟需一套針對(duì)城市橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際安全性能,進(jìn)行遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測與實(shí)時(shí)評(píng)估的智能管理系統(tǒng),以確保城市橋梁以及整個(gè)交通運(yùn)輸體系的安全運(yùn)營。因此將現(xiàn)代城市橋梁管理理論與“數(shù)字城市”技術(shù)相結(jié)合從而形成城市橋梁集群化、網(wǎng)絡(luò)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(gè)以上的傳感器組成，其費(fèi)用約占到橋梁總造價(jià)的0.5-2.0%，但是按照功能要求和效益-成本分析兩大準(zhǔn)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(wù)日益繁重。 </p><p>　　2）只針對(duì)具體某一座或某幾座橋梁，還只能作為單個(gè)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(tái)，信息不共享，缺乏與其它管理系統(tǒng)的有機(jī)銜接。 </p><p>　　3）缺乏引導(dǎo)與規(guī)劃，系統(tǒng)功能還不夠全面，偏重監(jiān)測內(nèi)容和技術(shù)輕視

5、測試數(shù)據(jù)處理和評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)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(jí)及再開發(fā)困難。 </p><p>　　4）軟硬件開發(fā)平臺(tái)不統(tǒng)一，由于城市橋梁的類型眾多，監(jiān)測項(xiàng)目不盡相同，針對(duì)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(fù)等缺點(diǎn)，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(shí)間較短，尚未能充分利用監(jiān)測

6、數(shù)據(jù)在各種時(shí)間尺度上蘊(yùn)含的信息，實(shí)現(xiàn)從中挖掘數(shù)據(jù)演變規(guī)律的長效機(jī)制，也還沒有將橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)監(jiān)測上升為對(duì)結(jié)構(gòu)整個(gè)生命過程的跟蹤式監(jiān)測，從而實(shí)現(xiàn)指導(dǎo)養(yǎng)護(hù)管理的目的。 </p><p>　　2 城市橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　2.1集群監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素 </p><p>　　城市橋梁集群監(jiān)測系統(tǒng)是一個(gè)“開放”式的系統(tǒng)，它的建立和完善是一個(gè)相當(dāng)

7、龐大的工程，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和規(guī)劃時(shí)，應(yīng)考慮以下關(guān)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(shè)其投入是巨大的，進(jìn)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(duì)于大范圍的城市在役橋梁，其養(yǎng)護(hù)管理的投入嚴(yán)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(shí)施”的集散型方式更具有現(xiàn)實(shí)意義。 </p><p><b>　　2）技術(shù)規(guī)劃 </b></p><p>　　在技術(shù)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(shù)和自動(dòng)化設(shè)備的研制和應(yīng)用在我國還剛剛起步，許多關(guān)鍵性的技術(shù)還有待突破，目前的理論研究與實(shí)踐應(yīng)用還存在著較大差距，需要在實(shí)踐中逐步發(fā)展完善，以達(dá)到最佳的效果。 </p&

9、gt;<p><b>　　3）橋梁壽命 </b></p><p>　　對(duì)于新建橋梁，其建成初期安全狀況大多良好，此時(shí)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(jù)以及監(jiān)測突發(fā)性事故(地震、撞擊等)下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，因此只需在關(guān)鍵部位布設(shè)測點(diǎn)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(shè)備，在惡劣環(huán)境中損壞的可能性更大。根據(jù)橋梁的實(shí)際情況采取分階段實(shí)施的方案，不僅可以節(jié)省費(fèi)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(nèi)外橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則研究的基礎(chǔ)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(chǔ)，增加分布式遠(yuǎn)程

11、橋梁監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、系統(tǒng)集成管理平臺(tái)等三個(gè)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(shù)將與橋梁屬性相關(guān)聯(lián)，方便對(duì)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(yuǎn)程橋梁監(jiān)測系統(tǒng) </p><p>　　主要包括傳感器模塊、數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)采集模塊和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)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(jié)構(gòu)所處環(huán)境變化及結(jié)構(gòu)實(shí)際工作狀況；數(shù)據(jù)采集模塊主要由微機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集儀器組成，功能是收集由傳感器傳來的原始信號(hào)，并進(jìn)行信號(hào)調(diào)理、根據(jù)系統(tǒng)功能要求對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分解、變換等預(yù)處理，以獲取所需要的參數(shù)；數(shù)據(jù)傳輸模塊主要是建立遠(yuǎn)程傳輸?shù)耐ㄓ嶆溌?，?shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸。分布式遠(yuǎn)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(chǔ)的系統(tǒng)。 </p><p>　　2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) </p><p>　

13、　主要由監(jiān)測系統(tǒng)局域網(wǎng)模塊、與其它局域網(wǎng)或主干網(wǎng)的連接模塊及遠(yuǎn)程控制模塊組成，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程通訊、傳輸及遠(yuǎn)程控制功能，是聯(lián)系分布式遠(yuǎn)程橋梁監(jiān)測系統(tǒng)與系統(tǒng)集群管理平臺(tái)的橋梁。 </p><p>　　2.2.3 系統(tǒng)集群管理平臺(tái) </p><p>　　系統(tǒng)集群管理平臺(tái)由中心數(shù)據(jù)庫管理模塊、數(shù)據(jù)分析及處理模塊、結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)估模塊、決策支持模塊以及監(jiān)測系統(tǒng)控制管理與維護(hù)模塊組成。 </p>

14、;<p>　　上述三個(gè)組成部分分別在不同的硬件和軟件環(huán)境下運(yùn)行，承擔(dān)著各自不同的功能，它們之間的協(xié)同工作，將實(shí)現(xiàn)集群監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)城市重要橋梁的在線監(jiān)測及評(píng)估的功能。 </p><p><b>　　3 結(jié)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(shù)構(gòu)建了一個(gè)覆蓋城市重要橋梁的結(jié)構(gòu)安

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