刍议桥梁集群监测设计的要点
2015-04-14
随着城市桥梁病害的增多,桥梁养护与维修工作日趋繁重,管理者亟需一套针对城市桥梁结构的实际安全性能,进行远程动态监测与实时评估的智能管理系统,以确保城市桥梁以及整个交通运输体系的安全运营。因此将现代城市桥梁管理理论与“数字城市”技术相结合从而形成城市桥梁集群化、网络化的监测管理，将是未来城市桥梁信息化管理的新模式。
1. 城市桥梁健康监测现状
我国已有约60座以上的大型桥梁安装了桥梁健康监测系统，其中包括了一部分城市桥梁，这些健康监测系统由少则50、多则500个以上的传感器组成，其费用约占到桥梁总造价的0.5-2.0%，但是按照功能要求和效益-成本分析两大准则来看，系统还存在着以下问题。
1）监测范围满足不了需求。开展监测的范围较小，一般只注重大江大河，而随着城市桥梁的发展，城市干道桥梁的管养任务日益繁重。
2）只针对具体某一座或某几座桥梁，还只能作为单个的“信息孤岛”，并没有从城市桥梁管理的角度集成为统一的平台，信息不共享，缺乏与其它管理系统的有机衔接。
3）缺乏引导与规划，系统功能还不够全面，偏重监测内容和技术轻视测试数据处理和评价的设计方案越来越不易被桥梁业主所接受，系统投入使用后，后续升级及再开发困难。
4）软硬件开发平台不统一，由于城市桥梁的类型众多，监测项目不尽相同，针对每一座具体桥梁开发出一套专用的监测软件，存在着开发周期长，代码可移植性差，不能重复等缺点，造成人力资源和开发成本的增加。
5）目前的健康监测系统由于监测时间较短，尚未能充分利用监测数据在各种时间尺度上蕴含的信息，实现从中挖掘数据演变规律的长效机制，也还没有将桥梁结构的健康状态监测上升为对结构整个生命过程的跟踪式监测，从而实现指导养护管理的目的。
2 . 城市桥梁集群监测系统的内容及其设计
2.1集群监测系统设计的关键因素
城市桥梁集群监测系统是一个“开放”式的系统，它的建立和完善是一个相当庞大的工程，在系统设计和规划时，应考虑以下关键因素：
1）资金规划
目前我国大规模的桥梁建设其投入是巨大的，进行健康监测系统的开发有充足的资金支持，这也是目前健康监测系统建立的主要资金来源，但对于大范围的城市在役桥梁，其养护管理的投入严重不足。因此，城市桥梁集群监测系统研发资金的一次性筹集存在一定的困难，在现阶段，提倡“综合规划，分步实施”的集散型方式更具有现实意义。
2）技术规划
在技术上，由于健康监测所面临问题的解决不可能一蹴而就，高新技术和自动化设备的研制和应用在我国还刚刚起步，许多关键性的技术还有待突破，目前的理论研究与实践应用还存在着较大差距，需要在实践中逐步发展完善，以达到最佳的效果。
3）桥梁寿命
对于新建桥梁，其建成初期安全状况大多良好，此时建立健康监测系统主要是为桥梁积累重要的原始数据以及监测突发性事故(地震、撞击等)下结构的响应，因此只需在关键部位布设测点即可。
4）仪器寿命
桥梁健康监测系统自身也有使用期及寿命的问题，而且由于系统大多使用电子设备，在恶劣环境中损坏的可能性更大。根据桥梁的实际情况采取分阶段实施的方案，不仅可以节省费用，还可以延长系统使用周期。
2.2 集群监测系统及其功能分析
桥梁集群监测系统，包括安装于桥梁上的竖杆，竖杆上安装着摄像头，竖杆还安装着与摄像头配合连接的供电装置和无线发送装置，摄像头通过无线发送装置将视频信号传送至与无线发送装置相匹配连接的无线接收装置，无线接收装置通过有线或无线的方式与一级可视接警终端相配合连接或者无线接收装置通过有线或无线的方式与二级可视接警终端相配合连接，安装在一级可视接警终端上的智能声光警示装置与一级接警终端相配合连接，一级接警终端与二级可视接警终端通过有线或无线的方式相配合连接。本实用新型接警响应时间短，使出警及时，避免出警的目的地误报，提高出警效率。
在国内外桥梁健康监测系统设计准则研究的基础上，城市桥梁集群监测系统以基于GIS的城市桥梁管理系统为基础，增加分布式远程桥梁监测系统、数据传输网络系统、系统集成管理平台等三个核心部件，具体由不同的模块组成，GIS系统的电子地图技术将与桥梁属性相关联，方便对城市全部范围的桥梁分布状况及属性的把握。
2.2.1 分布式远程桥梁监测系统
主要包括传感器模块、数据动态采集模块和远程数据传输模块。其中传感器模块由各种类型的传感器及二次仪表等部分组成，主要监测载荷变化、结构所处环境变化及结构实际工作状况；数据采集模块主要由微机控制的数据采集仪器组成，功能是收集由传感器传来的原始信号，并进行信号调理、根据系统功能要求对数据进行分解、变换等预处理，以获取所需要的参数；数据传输模块主要是建立远程传输的通讯链路，实现网络传输。分布式远程桥梁监测系统是集群监测系统最前端和最基础的系统。
2.2.2 数据传输网络系统
主要由监测系统局域网模块、与其它局域网或主干网的连接模块及远程控制模块组成，以实现数据远程通讯、传输及远程控制功能，是联系分布式远程桥梁监测系统与系统集群管理平台的桥梁。
2.2.3 系统集群管理平台
系统集群管理平台由中心数据库管理模块、数据分析及处理模块、结构状态评估模块、决策支持模块以及监测系统控制管理与维护模块组成。
上述三个组成部分分别在不同的硬件和软件环境下运行，承担着各自不同的功能，它们之间的协同工作，将实现集群监测系统对城市重要桥梁的在线监测及评估的功能。
3 结论
本文为保障城市桥梁的公共安全，提出了城市桥梁集群监测系统的概念，此系统利用现代信息技术构建了一个覆盖城市重要桥梁的结构安全远程在线监测系统，对保障城市交通安全畅通具有极其重要的意义和价值，并随着研究的深入，逐步实现桥梁管理的信息化和科学化。
