城市橋梁集群監測系統設計研究
摘要：城市橋梁集群監測系統是一個(gè)以城市干道橋梁結構為對象，應用現代傳感、通訊和網(wǎng)絡(luò )等信息技術(shù)，集結構監測、環(huán)境監測、交通監測、信息分析處理、橋梁評估和養護管理等各功能子系統為一體的綜合監管平臺。本文結合城市橋梁健康監測的現狀，以及設計的關(guān)鍵因素整合現有的相關(guān)技術(shù)，提供綜合性、前瞻性的系統設計方案，以消除或減少目前單一監測系統的重復建設，實(shí)現信息共享和互聯(lián)互通。關(guān)鍵詞：城市橋梁；健康監測；集群監測；系統；平臺
隨著(zhù)城市橋梁病害的增多,橋梁養護與維修工作日趨繁重,管理者亟需一套針對城市橋梁結構的實(shí)際安全性能,進(jìn)行遠程動(dòng)態(tài)監測與實(shí)時(shí)評估的智能管理系統,以確保城市橋梁以及整個(gè)交通運輸體系的安全運營(yíng)。因此將現代城市橋梁管理理論與“數字城市”技術(shù)相結合從而形成城市橋梁集群化、網(wǎng)絡(luò )化的監測管理，將是未來(lái)城市橋梁信息化管理的新模式。
1 城市橋梁健康監測現狀
我國已有約60座以上的大型橋梁安裝了橋梁健康監測系統，其中包括了一部分城市橋梁，這些健康監測系統由少則50、多則500個(gè)以上的傳感器組成，其費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-成本分析兩大準則來(lái)看，系統還存在著(zhù)以下問(wèn)題。
1）監測范圍滿(mǎn)足不了需求。開(kāi)展監測的范圍較小，一般只注重大江大河，而隨著(zhù)城市橋梁的發(fā)展，城市干道橋梁的管養任務(wù)日益繁重。
2）只針對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(méi)有從城市橋梁管理的角度集成為統一的平臺，信息不共享，缺乏與其它管理系統的有機銜接。
3）缺乏引導與規劃，系統功能還不夠全面，偏重監測內容和技術(shù)輕視測試數據處理和評價(jià)的設計方案越來(lái)越不易被橋梁業(yè)主所接受，系統投入使用后，后續升級及再開(kāi)發(fā)困難。
4）軟硬件開(kāi)發(fā)平臺不統一，由于城市橋梁的類(lèi)型眾多，監測項目不盡相同，針對每一座具體橋梁開(kāi)發(fā)出一套專(zhuān)用的監測軟件，存在著(zhù)開(kāi)發(fā)周期長(cháng)，代碼可移植性差，不能重復等缺點(diǎn)，造成人力資源和開(kāi)發(fā)成本的增加。
5）目前的健康監測系統由于監測時(shí)間較短，尚未能充分利用監測數據在各種時(shí)間尺度上蘊含的信息，實(shí)現從中挖掘數據演變規律的長(cháng)效機制，也還沒(méi)有將橋梁結構的健康狀態(tài)監測上升為對結構整個(gè)生命過(guò)程的跟蹤式監測，從而實(shí)現指導養護管理的目的。
2 城市橋梁集群監測系統設計
2.1集群監測系統設計的關(guān)鍵因素
城市橋梁集群監測系統是一個(gè)“開(kāi)放”式的系統，它的建立和完善是一個(gè)相當龐大的工程，在系統設計和規劃時(shí)，應考慮以下關(guān)鍵因素：
1）資金規劃
目前我國大規模的橋梁建設其投入是巨大的，進(jìn)行健康監測系統的開(kāi)發(fā)有充足的資金支持，這也是目前健康監測系統建立的主要資金來(lái)源，但對于大范圍的城市在役橋梁，其養護管理的投入嚴重不足。因此，城市橋梁集群監測系統研發(fā)資金的一次性籌集存在一定的困難，在現階段，提倡“綜合規劃，分步實(shí)施”的集散型方式更具有現實(shí)意義。
2）技術(shù)規劃
在技術(shù)上，由于健康監測所面臨問(wèn)題的解決不可能一蹴而就，高新技術(shù)和自動(dòng)化設備的研制和應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)踐應用還存在著(zhù)較大差距，需要在實(shí)踐中逐步發(fā)展完善，以達到最佳的效果。
3）橋梁壽命
對于新建橋梁，其建成初期安全狀況大多良好，此時(shí)建立健康監測系統主要是為橋梁積累重要的原始數據以及監測突發(fā)性事故(地震、撞擊等)下結構的響應，因此只需在關(guān)鍵部位布設測點(diǎn)即可。
4）儀器壽命
橋梁健康監測系統自身也有使用期及壽命的問(wèn)題，而且由于系統大多使用電子設備，在惡劣環(huán)境中損壞的可能性更大。根據橋梁的實(shí)際情況采取分階段實(shí)施的方案，不僅可以節省費用，還可以延長(cháng)系統使用周期。
2.2 集群監測系統及其功能分析 在國內外橋梁健康監測系統設計準則研究的基礎上，城市橋梁集群監測系統以基于GIS的城市橋梁管理系統為基礎，增加分布式遠程橋梁監測系統、數據傳輸網(wǎng)絡(luò )系統、系統集成管理平臺等三個(gè)核心部件，具體由不同的模塊組成，如圖1所示。GIS系統的電子地圖技術(shù)將與橋梁屬性相關(guān)聯(lián)，方便對城市全部范圍的橋梁分布狀況及屬性的把握。
2.2.1 分布式遠程橋梁監測系統
主要包括傳感器模塊、數據動(dòng)態(tài)采集模塊和遠程數據傳輸模塊。其中傳感器模塊由各種類(lèi)型的傳感器及二次儀表等部分組成，主要監測載荷變化、結構所處環(huán)境變化及結構實(shí)際工作狀況；數據采集模塊主要由微機控制的數據采集儀器組成，功能是收集由傳感器傳來(lái)的原始信號，并進(jìn)行信號調理、根據系統功能要求對數據進(jìn)行分解、變換等預處理，以獲取所需要的參數；數據傳輸模塊主要是建立遠程傳輸的通訊鏈路，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )傳輸。分布式遠程橋梁監測系統是集群監測系統最前端和最基礎的系統。
2.2.2 數據傳輸網(wǎng)絡(luò )系統
主要由監測系統局域網(wǎng)模塊、與其它局域網(wǎng)或主干網(wǎng)的連接模塊及遠程控制模塊組成，以實(shí)現數據遠程通訊、傳輸及遠程控制功能，是聯(lián)系分布式遠程橋梁監測系統與系統集群管理平臺的橋梁。
2.2.3 系統集群管理平臺
系統集群管理平臺由中心數據庫管理模塊、數據分析及處理模塊、結構狀態(tài)評估模塊、決策支持模塊以及監測系統控制管理與維護模塊組成。
上述三個(gè)組成部分分別在不同的硬件和軟件環(huán)境下運行，承擔著(zhù)各自不同的功能，它們之間的協(xié)同工作，將實(shí)現集群監測系統對城市重要橋梁的在線(xiàn)監測及評估的功能。
3 結論
本文為保障城市橋梁的公共安全，提出了城市橋梁集群監測系統的概念，此系統利用現代信息技術(shù)構建了一個(gè)覆蓋城市重要橋梁的結構安全遠程在線(xiàn)監測系統，對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(zhù)研究的深入，逐步實(shí)現橋梁管理的信息化和科學(xué)化。
參考文獻：
[ ]馮良平,李娜,張革軍,張新越.中國長(cháng)大跨橋梁結構安全監測系統研發(fā)現狀及趨勢[J].公路,2009,(5):176-181.
[2] 肖汝誠, 郭瑞, 莊侃. 中小橋梁安全性能動(dòng)態(tài)監測與分析系統的研究與開(kāi)發(fā)[J]. 華東公路,2006,(3):42-46.
[3]項貽強,李毅,周暢,周遜盛.橋梁結構在線(xiàn)健康監測預警系統 1--監測評估預警體系和模塊設計.交通科學(xué)與工程(原《長(cháng)沙交通學(xué)院學(xué)報》),2009,25(1):26-31.
【城市橋梁集群監測系統設計研究】相關(guān)文章：
城市地標系統整合研究論文提綱03-29
城市建筑暖通設計新理念探索研究02-21
公路與橋梁施工管理研究11-30
導示系統設計中的圖形語(yǔ)言研究提綱11-17
智能健康監護系統軟件設計研究02-27
研究產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展與知識產(chǎn)權保護03-28
- 相關(guān)推薦