桥梁健康监测技术的发展与挑战
7.桥梁结构健康监测技术-发展与挑战——江苏省交通科学研究院股份有限公司 副总工程师 张宇峰
苏通大桥
崇启大桥
南京四桥
2. 健康监测技术及其发展
技术政策
交通运输部对桥梁健康监测已有制度要求 •《公路桥梁养护管理工作制度》：对特别重要的特大桥，应建立符合自 身特点的养护管理系统和健康监测系统 •《十二五公路养护管理发展纲要》：重点加强桥隧养护管理工作，强化 健康监测和实施监控系统建设……
400
500
600
更准确进行苏通大桥等大桥在强/台风作用下的影响分析与可能损伤分析； 对今后类似大桥的抗风设计具有指导意义
3. 应用案例
案例3：崇启大桥TMD设计与抑振作用分析——指导与验证设计
六跨钢连续梁桥
102m+4*185m+102m=944m
主跨
安装TMD前后（2012年5月 VS 2013年8月）
3. 应用案例
案例4：伸缩缝监测——找出常规检测无法发现的病因
钢梁被拉开
不锈钢滑板 伸缩梁与承载箱相碰
滑动支座
•江阴大桥主桥伸缩缝病害
1999年建成，2003年出现伸缩缝病害，2006年更换
设计寿命40年
3. 应用案例
案例4：伸缩缝监测——找出常规检测无法发现的病因
装置下部
装置上部
磨损情况
磨损情况
支座病害
突 发 事 件
船只碰撞
列车冲击
地震破坏
货车超载
1. 健康监测系统应用的必要性
疾病
检查
诊断
治疗
监测
检查
诊断
维修
1. 健康监测系统应用的必要性
健康监测——为桥梁构建神经系统
大脑 神经中 枢
状态评估
传输网 神经末 梢 传感器
人体神经系统
2024年桥梁健康监测系统市场环境分析
2024年桥梁健康监测系统市场环境分析1. 引言桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，其健康状况对于道路交通的安全性和畅通性至关重要。
然而，长期以来桥梁的健康监测一直面临着挑战，传统的手动巡检方式耗时费力且容易忽略隐患。
随着智能化技术的快速发展，桥梁健康监测系统应运而生，为桥梁维护和管理提供了新的解决方案。
本文将从市场环境的角度对桥梁健康监测系统进行分析。
2. 市场规模根据市场研究数据，全球桥梁健康监测系统市场在过去几年内保持了稳定的增长态势。
预计到2025年，全球的桥梁健康监测系统市场规模将达到X亿美元。
其中，亚太地区是当前市场规模最大的地区，同时也是增长最快的地区，其增长率预计将超过X%。
3. 市场驱动因素3.1 基础设施投资增加随着全球经济的发展，各国对基础设施建设的投资不断增加。
桥梁作为基础设施的重要组成部分，其健康监测系统得到了越来越多的关注和需求。
3.2 安全意识提高近年来，桥梁事故频发，给人们的出行安全带来了威胁。
加强桥梁安全监测和预警成为各国政府的重要任务，桥梁健康监测系统得到了广泛应用。
3.3 技术创新随着物联网、大数据、人工智能等技术的不断进步，桥梁健康监测系统的功能和性能不断提升，为市场需求的增长提供了有力的支持。
4. 市场竞争格局目前，全球桥梁健康监测系统市场竞争激烈，主要的参与者包括ABB、Huawei、Cisco等知名企业。
这些企业凭借其技术实力和品牌影响力占据了市场的一定份额。
此外，一些创新型企业也在不断涌现，它们通过引入新技术、提供个性化解决方案等不同角度进行竞争。
5. 市场前景与挑战5.1 市场前景随着全球桥梁数量的增加和老化桥梁的更新需求，桥梁健康监测系统市场有望继续保持增长态势。
并且，随着智能化技术的不断创新，桥梁健康监测系统的功能和性能将进一步提升，市场潜力巨大。
5.2 市场挑战桥梁健康监测系统市场面临一些挑战，如技术标准的不统一、高成本的投入、数据安全与隐私保护等问题。
长大桥梁健康监测系统现状及未来发展趋势
长大桥梁健康监测系统现状及未来发展趋势摘要：为了促进长大桥梁健康监测系统的发展，系统总结了近年来国内外桥梁健康监测的学术研究现状、热点前沿、存在问题及发展前景。
桥梁运维方面总结了桥梁检测、监测数据挖掘、模态识别与状态评估的最新研究；探讨了当前长大桥梁健康监测系统面临的关键问题；同时对健康监测系统在未来桥梁建设中的发展趋势进行了展望。
关键词：长大桥梁；健康监测系统；数据挖掘；状态评估近年来，随着人工智能与工程领域的不断深度融合，桥梁智能化及其智能运维受到广泛关注。
国内长大桥梁健康监测系统的建设及应用越来越广泛，如何利用健康监测系统服务桥梁科学管养及安全风险防控一直是社会各界及行业人士关心的重要问题。
尽管国内外在桥梁健康监测报警及状态评估的应用与研究已有部分研究成果，但由于桥梁类型和结构形式多样、使用环境复杂性和作用荷载差异性大等原因，导致桥梁健康监测系统在传感布设方法、监测信息的可靠性、评估与预警方法等方面的研究尚存在不足。
1 研究现状桥梁健康监测系统已在国内外桥梁中得到越来越多的应用，总体而言，国内在健康监测实践及数据处理应用方面处于先进或领先位置，从科研角度看，目前在健康监测传感测试技术、结构损伤诊断理论与方法、监测数据分析与评估方面仍有值得深入研究的问题。
1.1监测系统传感测试技术传感器故障自诊断技术研究方面，罗浩恩[1]基于广义似然比检验原理，提出传感器故障自诊断方法，基于相关向量机的分类原理，建立传感器故障类型判别方法，并将这些方法应用于甄别实桥监测系统的传感器故障，从而为保证结构健康监测系统自身的正常运营提供了新的手段。
郭旭[2]提出基于卷积神经网络和深度卷积生成对抗网络的结构加速度传感器故障自诊断，以加速度时程数据为输入，建立基于CNN的传感器故障诊断模型，判断传感器故障类型和故障位置。
安星等[3]基于多元统计分析的过程控制理论，建立了基于主元分析（PCA）的传感器故障诊断方法，实现加速度传感器的故障诊断。
钢结构桥梁的健康监测与维护
钢结构桥梁的健康监测与维护随着城市建设的快速发展和交通运输的不断完善，钢结构桥梁作为重要的交通设施也逐渐增多。
然而，由于长期的使用和环境因素的影响，钢结构桥梁往往容易出现各种问题。
因此，针对钢结构桥梁进行健康监测与维护显得尤为重要。
一、健康监测的意义和方法对于钢结构桥梁而言，健康监测是及时了解其结构变化和病害状况的重要手段，能够提供数据支持，确保桥梁的正常运行和安全性。
健康监测主要采用物理、化学、力学等多种手段和方法进行，包括但不限于以下几种。
1. 非破坏性检测技术：通过利用超声波、电磁波、红外热像等非破坏性手段对桥梁结构进行检测，可以有效发现潜在的裂纹、锈蚀等问题。
2. 环境监测：监测桥梁所处环境的变化，包括气候、温度、湿度等因素，以评估其对桥梁结构的影响。
3. 病害诊断技术：通过对桥梁各部位进行详细的检测和分析，确定潜在的病害及其严重程度，并制定相应的维修计划。
二、钢结构桥梁维护的重要性钢结构桥梁维护是延长其使用寿命、确保安全运行的关键环节。
及时维护可以修复已经出现的病害，同时预防未来可能发生的问题。
以下是保持桥梁良好状态的几个维护要点。
1. 表面涂层维护：钢结构桥梁常常受到氧化、腐蚀等环境因素的影响，定期进行表面涂层维护可以有效防止钢材锈蚀、疲劳断裂等问题。
2. 病害修复：根据健康监测结果，及时修复桥梁上出现的各类病害，如裂缝、断裂、锈蚀等问题，以防止其扩大和进一步损坏。
3. 支座检修：支座是桥梁承受荷载的重要部分，定期检测和维护支座的稳定性和可靠性，以确保桥梁的正常承载力。
4. 定期检测：定期对桥梁进行全面检测，包括主梁、连接件、桥面、栏杆等部位，以及关键构件的疲劳寿命和强度的评估。
三、桥梁健康监测与维护的挑战与发展在钢结构桥梁健康监测与维护的过程中，仍然面临一些挑战。
比如，监测手段的准确性、监测频率的确定、维修材料的选择等问题。
同时，随着科技的进步与应用，桥梁健康监测与维护也在不断发展。
桥梁监测技术的应用现状与前景
桥梁监测技术的应用现状与前景桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，在经济发展和社会生活中发挥着至关重要的作用。
随着桥梁建设规模的不断扩大以及使用年限的增加，桥梁的安全性和可靠性受到了广泛关注。
桥梁监测技术作为保障桥梁安全运行的重要手段，近年来得到了迅速发展和广泛应用。
一、桥梁监测技术的应用现状1、传感器技术的应用传感器是桥梁监测系统的核心部件，用于采集桥梁结构的各种物理参数，如应变、位移、加速度、温度等。
目前，常用的传感器包括应变片、位移传感器、加速度传感器、光纤传感器等。
这些传感器具有精度高、可靠性强、稳定性好等优点，能够实时准确地监测桥梁结构的状态变化。
应变片是一种广泛应用于桥梁监测中的传感器，通过测量桥梁结构在荷载作用下的应变变化，来评估结构的受力情况。
位移传感器则用于测量桥梁结构的位移，如梁端位移、墩顶位移等，以了解结构的变形情况。
加速度传感器可以测量桥梁结构的振动加速度，从而分析结构的动力特性。
光纤传感器具有抗电磁干扰、耐腐蚀、精度高等优点，在桥梁监测中也得到了越来越多的应用。
2、数据采集与传输技术数据采集与传输系统负责将传感器采集到的数据进行收集、处理和传输。
目前，数据采集系统通常采用分布式或集中式架构，能够实现多通道、高速、同步的数据采集。
数据传输方式主要包括有线传输和无线传输两种。
有线传输方式如以太网、RS485 等，具有传输稳定、速度快等优点，但布线较为复杂。
无线传输方式如 WiFi、蓝牙、GPRS 等，具有安装方便、灵活性高等优点，但受信号强度和干扰等因素的影响较大。
为了提高数据采集和传输的可靠性，通常采用数据冗余、纠错编码、加密传输等技术手段，确保数据的完整性和安全性。
3、数据分析与处理技术采集到的桥梁监测数据需要进行有效的分析和处理，以提取有用的信息和特征。
数据分析与处理技术包括时域分析、频域分析、小波分析、神经网络分析等。
时域分析主要通过对监测数据的时间序列进行分析，如均值、方差、峰值等，来评估桥梁结构的状态。
浅议桥梁健康监测系统发展现状及存在的问题
Ｏ概 述 ． 表 １２ 典型桥梁 Ｂ ． ＨＭＳ建设情况 桥梁健康 监测系统 （ ｒ ｇ Ｈ ａ ｈＭ ｎ ０ ｎ ｙ ｅ Ｂ ｄｅ ｅｌ ｏ ｉ ｒ ｇＳｓ ｍ．以下简称 ｉ ｔ ｔｉ ｔ 序 结构 建立／ 建 Ｂ Ｍ 建设信息 Ｈ Ｓ 成时间 地点 Ｂ Ｍ ） 是一个 以桥梁结构为平 台， Ｈ Ｓ， 应用现代传感 、 通讯 和网络技术 ． 号 桥名 类型 优化组合结构监测、 环境监测 、 交通监测 、 设备监测 、 损伤识别 、 综合报 警、 信息 网络分析处理和桥梁养护管理等子功能系统为一体 的综合监 Ｅ 传感器 监测斜 拉索 索力变 化 ： Ｍ 温 湛 江 度传感器记录箱梁温度梯度 ：振 弦式 测 系统 。 它可以实现对桥梁结构整体损伤 的长期跟踪监测 ， 是对局部 、 ｌ 海湾 斜拉桥 应力计监测主桥应力应变 ：风速仪监 ２ Ｏ 广东 大桥 测风 速风向 ： Ｐ 接 收器用 于分析两 ０ ４ ＧＳ 短期损伤诊断技术的有益补充 ．极大地拓展 了桥梁检测领域 的内涵 ． 个桥塔和主跨位移 ：振弦式倾斜仪 分 提高 了预测评估 的可靠性 析扭转和变形 自２ ０世纪 ８ Ｏ年代 以来 ．ＨＭＳ经历 了由概念提 出到实际应用近 Ｂ ３ Ｏ的发展 ， 术、 在技 设施 、 专业理论等方面都有 了较大提高 ． 国内外一 ２ 甯尿 拉桥 安装有应变计 位移传感器 、 长江 斜 加速 度计 ２ ０ 南京 和离线监测系统 ０５ 些 大桥和 特大桥 安装 了 Ｂ Ｍ 。它有 以下优点 ： Ｈ Ｓ 能够实现测试技术现 三 桥 代化， 节省大量时间和人力 ； 能实时 、 在线监测 ， 由预警系统随 时发 现 问题 ， 时解决 问题 ； 及 能实时评估 ， 速度快 ， 受人为 因素影 响小 。但是 ， 阳逻 采用光纤光栅传感器及钢 弦应 变传感 ＧＳ 压电 Ｂ Ｍ 在发展应用 中也存在一些 问题 ： Ｈ Ｓ 系统本身 问题 、 研究应用 问题、 ３ 长江 悬索桥 器测力 ： Ｐ 测量实时动态位移 ： 大桥 传感器测试动态特性 ：另外还有疲劳 ２０ 武汉 ｏ７ 缺乏规范性指导等 ． 这些都 制约着 Ｂ Ｍ Ｈ Ｓ的发展 ． 只有逐渐解 决这些 腐蚀监测 、 荷载和安 防监测 问题 ， 才能有 Ｂ ＨＭＳ更好的发展 、 广泛 的应用 。 更
桥梁健康监测发展现状
浅谈桥梁健康监测的发展现状摘要：回顾桥粱健康监测的发展历程。
介绍结构检测与健康监测概况，分析桥梁健康监测意义。
介绍桥梁健康监测系统的组成、监测内容功能及特点。
针对目前国内外桥梁健康监测系统的研究现状，深入总结和思考了目前桥梁健康监测研究存在的问题。
关键词：桥梁；健康监测系统；损伤检测；工作流程；信号分析与处理中图分类号：k928.78 文献标识码：a一、结构检测与健康监测概况结构检测与健康监测概况工程结构一般会受到两种损伤一突发性损伤和累积性损伤。
突发性损伤由突发事件引起，使损伤在短期内达到或超过一定限值；累积损伤则有缓慢积累的性质，达一定程度会引起破坏影响安全和使用。
健康检测能够在突发性损伤发生时及时做出判断和警报，以便采取处理措施，防止发生进一步的破坏和引发其它事故。
对于累积损伤，能够定期对损伤的状态做出描述，以便根据情况采取相应措施。
二、桥梁健康监测意义（一）监控与评估。
桥梁健康检测的基本内涵是通过对桥梁结构状态的监控与评估，为工程在特殊气候、交通条件下或运营状况严重异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导。
为此，监测系统通常对以下几个方面进行监控：①桥梁结构在正常环境与交通条件下运营的物理与力学状态；②桥梁重要非结构构件和附属设施的工作状态；③结构构件耐久性；④工程所处环境条件等等。
（二）设计验证。
由于大型桥梁的力学和结构特点以及所处的特定环境，在大桥设计阶段安全掌握和预测其力学特性和行为特性是非常困难的。
因此，通过桥梁健康检测所获得的实际结构的动静力行为来检验大桥的理论模型和计算假定具有重要意义。
不仅对设计理论和设计模型有验证作用，而且有益于新的设计理论的形成。
（三）研究与发展。
桥梁健康监测带来的将不仅是监测系统和某种特定桥梁设计的反思，它还可能并成为桥梁研究的现场实验室。
由于运营中的桥梁结构及其环境所获得信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，而且可以提供有关结构行为与环境规律的最真实的信息。
桥梁监测技术的现状与发展趋势
桥梁监测技术的现状与发展趋势桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，对于保障交通运输的安全和顺畅具有至关重要的作用。
随着科技的不断进步，桥梁监测技术也在不断发展和完善，为桥梁的安全运营提供了更加可靠的保障。
一、桥梁监测技术的现状（一）传感器技术传感器是桥梁监测系统的核心组成部分，用于采集桥梁的各种物理参数，如应变、位移、加速度、温度等。
目前，常用的传感器包括电阻应变片、光纤光栅传感器、压电式传感器、加速度传感器等。
这些传感器具有精度高、稳定性好、可靠性强等优点，能够满足桥梁监测的需求。
（二）数据采集与传输技术数据采集是将传感器采集到的信号转换为数字信号，并进行存储和处理的过程。
目前，数据采集系统通常采用分布式或集中式架构，具有多通道、高速、高精度等特点。
数据传输技术则包括有线传输和无线传输两种方式。
有线传输方式如以太网、RS485 等具有传输稳定、可靠性高的优点，但布线成本较高；无线传输方式如 WiFi、蓝牙、Zigbee 等则具有安装方便、灵活性强的特点，但传输距离和稳定性相对有限。
（三）数据分析与处理技术数据分析与处理是桥梁监测的关键环节，其目的是从大量的监测数据中提取有用的信息，评估桥梁的健康状况。
目前，常用的数据分析方法包括时域分析、频域分析、小波分析、模式识别等。
同时，人工智能技术如机器学习、深度学习等也逐渐应用于桥梁监测数据分析中，提高了数据分析的准确性和效率。
（四）健康监测系统桥梁健康监测系统是一个集成了传感器、数据采集与传输、数据分析与处理等功能的综合系统。
通过对桥梁结构的实时监测，可以及时发现桥梁的损伤和病害，为桥梁的维护和管理提供决策依据。
目前，许多大型桥梁都建立了健康监测系统，如香港的青马大桥、上海的南浦大桥等。
二、桥梁监测技术的发展趋势（一）多传感器融合技术单一类型的传感器往往存在局限性，无法全面反映桥梁的结构状态。
多传感器融合技术将不同类型的传感器数据进行融合，可以更准确、全面地获取桥梁的结构信息。
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桥梁健康监测技术的发展与挑战（练习）
单项选择题（共3 题)
1、以下哪点不是目前桥梁健康监测技术的发展趋势
A,逐步从特大跨径桥梁向常规桥梁拓展
B,与电子化人工巡检系统逐步融合
C,全面代替传统人工检查
D,和养护管理系统逐步融合
正确答案：C
2、江苏省长大桥梁健康监测数据中心依托以下哪家单位组建
A,苏交科集团
B,中设集团
C,中交集团
D,东南大学
正确答案：A
3、美国30年以上桥梁在其桥梁总数中的占比从18%增长到60%，大约用了多少年
A,30年
B,40年
C,50年
D,60年
正确答案：D
多项选择题（共2 题)
1、就目前健康监测系统所能发挥的作用，以下正确的是：
A,提高对突发性损伤的发现速度
B,使累积性损伤的发展趋势推演成为可能
C,实现隐蔽部位的观察
D,全面代替人工检测
E,验证设计，并指导今后类似桥梁的设计
正确答案：ABCE
2、传统人工检查方法存在诸多缺点，限制决定了其无法直接有效地应用于大型桥梁的健康状况检查。
其主要表现在：
A,需要大量人力、物力和财力并有诸多检查盲点；
B,主观性强，难于量化；
C,缺少整体性；
D,影响正常交通运行；
E,周期长，实时性差
正确答案：ABCDE
判断题（共2 题)
1、面向常规桥梁的健康监测系统从技术要求来看可认为与面向特大跨径桥梁的健康监测系统是一样的
A、正确
B、错误
正确答案：B
2、《十二五公路养护管理发展纲要》要求：重点加强桥隧养护管理工作，强化健康监测和实施监控系统建设。
A、正确
B、错误
正确答案：A。