柳州市广雅大桥健康监测系统设计说明.
桥梁健康状态在线监测预警系统的设计的探讨
桥梁健康状态在线监测预警系统的设计的探讨【摘要】桥梁作为市政交通基础设施，其健康状态与城市交通发展、市民安全出行存在密切关联。
本文从介绍系统的整体设计方案入手，围绕主控模块、GPRS通信电路、传感器模块、系统电源电路四个层面，针对桥梁健康状态在线监测预警系统的硬件模块进行了具体设计，并探讨了系统运行测试的结果，以供参考。
【关键词】桥梁健康状态;在线监测系统;预警模块近年来城市化与交通运输事业发展促使路桥工程建设规模日渐扩大，桥梁的质量问题对于施工阶段与后续使用阶段具有关键影响。
通常桥梁基础、桥墩、支座等部位的受力与变形情况较为复杂，因此需在施工阶段完善健康监测系统的布设，在线获取健康状态数据发挥预警功能、实现及时运维，保障桥梁质量安全。
1、系统设计方案1.1节点架构设计基于多节点形式进行桥梁监测系统结构设计，综合考虑桥梁在使用过程中存在的受力、变形、振动、应变等具体状态，由各节点独立承担获取监测数据的功能，借助GPRS与云服务器实现采集数据的上传，并利用远程计算机、移动端APP访问云服务器，将获取到的监测数据与标准数据值进行对比分析，以此评判桥梁的健康状态，并在出现质量安全问题时做到及时预警。
采用软件平台进行远程计算机监测系统设计，基于Ubuntu系统、Python语言与PYQT框架完成QY监测软件的建构，形成计算机系统的监测模块。
基于节点划分原则将桥梁监测预警系统划分为三部分：其一是信息采集模块，由ADXL345加速度传感器、应力传感器、DHT-11温湿度传感器、WFS-1风速传感器4个节点组成;其二是信号传输与网络传输模块，由ATMega2560微处理芯片、GPRS/GPS模块2个节点组成;其三是云服务与数据处理模块，由云平台、手机APP、远程监测计算机3个节点组成，其中远程监测计算机包含本地数据库、神经网络数据分析、数据可视化显示模块[1]。
1.2功能模块规划在功能模块设计方面，信號采集模块依靠四项传感器采集桥梁运行状态下的加速度、应力、温湿度与风速数据;信号处理与网络传输模块利用主控板实现数据处理功能的集成，针对采集到的原始数据进行处理，定位节点获取到精确的时间，并将数据传输至云服务器端，起到远程监测功能;云服务与数据处理模块主要利用计算机或移动智能设备获取下载监测数据，借助神经网络模型、算法进行数据分析，将分析结果进行可视化呈现、提供预警服务，并存储至数据库中供相关人员进行查询。
桥梁健康监测系统方案
桥梁健康监测系统方案1. 介绍本文档旨在提出一种桥梁健康监测系统方案，通过利用现代科技手段，实时监测和评估桥梁的结构健康状况，从而提早发现潜在的问题并及时采取措施进行维修和保养，确保桥梁的安全运行。
该方案利用传感器技术、数据采集与处理技术、远程监测与管理平台等关键技术，为桥梁管理部门提供全面的健康监测服务。
2. 方案设计2.1 传感器技术在桥梁健康监测系统中，将采用多种传感器来监测桥梁的各项关键指标。
例如，加速度传感器可以用于监测桥梁的振动情况，倾斜传感器可以用于监测桥梁的倾斜角度，温度传感器可以用于监测桥梁的温度变化等。
这些传感器将被安装在桥梁的关键位置，通过无线通信技术将采集到的数据传输到数据采集与处理系统。
2.2 数据采集与处理技术数据采集与处理技术是桥梁健康监测系统中的核心技术之一。
采集到的传感器数据将通过数据采集设备进行实时采集，并传输到数据处理系统。
在数据处理系统中，利用数据挖掘、机器学习等技术对采集到的数据进行分析和处理，从而得出桥梁健康状况的评估结果。
同时，数据处理系统还可以根据预设的规则进行异常检测，并及时发出报警。
2.3 远程监测与管理平台为了方便桥梁管理部门实时监测、管理和维护桥梁，本方案还将建立一个远程监测与管理平台。
该平台通过互联网连接数据处理系统和桥梁管理部门，实时接收和显示桥梁的健康状况数据，并提供数据可视化界面，方便管理人员进行数据分析和决策。
此外，远程监测与管理平台还可以通过短信、邮件等方式向管理人员发送桥梁健康状况的报告和警报。
3. 方案特点3.1 实时监测本方案利用传感器技术和数据采集与处理技术，实现对桥梁健康状况的实时监测。
监测到的数据可以立即传输到数据处理系统，并通过远程监测与管理平台进行实时显示和分析，从而及时发现潜在的问题并采取措施。
3.2 自动报警数据处理系统可以根据预设的规则进行异常检测，一旦发现桥梁健康状况异常，将自动发出报警。
报警信息可以通过远程监测与管理平台向管理人员发送，以便及时采取措施进行维修和保养，确保桥梁的安全运行。
广西城市桥梁健康监测系统技术规程
广西城市桥梁健康监测系统技术规程
一、技术规程的适用范围
该技术规程适用于广西地区城市桥梁的健康监测系统建设与管理。
二、监测系统的基础架构
（一）监测设备：监测设备应当安装在桥梁重要部位，并具备实时数据采集功能，包括但不限于应变、加速度、位移等数据。
（二）监测软件：监测软件应当能够实时分析监测数据，生成数据报告，并提供预警功能。
（三）通信设备：应当具备可靠的网络通信设备，实现远程监测和数据传输。
三、监测系统的建设和管理
（一）监测设备的选择：选择一定品质和性能的监测设备，以保证监测数据的准确可靠。
（二）监测系统管理：监测系统应当建立完善的管理制度，包括设备维护、数据备份、定期校准等方面。
（三）数据分析和报告：监测系统应当定期对监测数据进行分析和报告，并向相关部门汇报监测数据。
四、监测系统的应用
（一）盲区监测：监测系统应当设置盲区监测点，对桥梁中可能的盲区进行有效监测。
（二）预警：监测系统应当能够实现预警功能，提供及时有效的预警信息。
（三）控制决策：监测系统应当为相关部门提供数据支撑，对桥梁的修复、加固等决策提供参考。
以上是广西城市桥梁健康监测系统技术规程的主要内容。
为保证广西城市桥梁的安全和稳定，相关部门应当密切关注该技术规程，进行合理应用和管理。
桥梁健康监测系统的简要介绍及设计分析
监 测 系 统 的 目的 可 以 是桥 梁监 控 与 评 估 ， 是 设 计 验 证 ， 至 以研 或 甚 究 发 展 为 目的 ： 可 以是 三 者 之 二甚 至 全 部 。一 旦 建 立 系 统 的 目的 也 确定 ， 系统 的监测项 目就可 以基本上确定。另外， 监测系统 中各监测 项 目的规 模 以 及 所 采 用 的 传 感 仪 器 和 通 信 设 备 等 的确 定 需 要考 虑 投 资 的 限度 。因此 在 设计 监 测 系统 时 必须 对 监 测 系统 方案 进 行成 本
～
随着 人 们 对 重 要桥 梁 安 全 性 、 久 性 与 正 常 使 用功 能 的 日渐 关 耐 根 据 功 能 要 求 和 成 本 一 效 益 分 析 可 以将 监 测 项 目和 测 点 数 设 注 ， 梁 健康 监 测 的研 究 与 监 测 系 统 的 开 发 应 运 而 生 。 由于 桥 梁 监 桥 计 到 所 需 的 范 围 ， 以最 优 化 地 选择 并 安 装 系 统 硬件 设 施 。因此 ， 可 功 测 数据 可 以为 验 证 结 构 分 析模 型 、 算 假 定 和 设计 方 法提 供 反 馈 信 计 能 要 求和 效 益 一成 本 分 析 是 设计 桥 梁 健康 监测 系统 的两 大准 则 。 息 ， 可 用于 深 入 研 究 大 跨 度 桥 梁 结 构 及 其 环境 中 的 未知 或 不 确 定 并 ２ 监 测 项 目。不 同 的 功 能 目标 所 要 求 的监 测 项 目不尽 相 同。因 、 性问题 ， 因此 ， 桥梁设计理论 的验证 以及对桥梁结构和结 构环境未 此， 对于大跨度余支承桥 梁 ， 须要较多的传 感器布 置于桥塔、 加劲梁 知 问题 的调 查 与研 究 扩 充 了桥 梁 健 康 监 测 的 内 涵。 以及缆索 ／ 拉索各部位 ， 以获得较 为详细 的结 构动 力行为并验证 结 对桥梁 结构进行综合检测 的最终 目的是为 了使桥 梁管理人员 构设计时的动力分析模 型和 响应预测。 另外 ， 在支座 、 挡块 以及某些 对桥梁结构的当前状况有一个正确 的认识。 这就要求管理 系统具有 连结部位须安设传感器拾取反映其传 力、 约束状 况等的信息。 实 时监 测 和 智 能化 的 自行评 估 的功 能 。 目前， 某些监测 系统 以开发结构整体性 与安全性评估技术为 目 桥梁 健 康 监 测 新概 念 的之一。结合桥梁 问题研究 的监测系统虽不多见 ， 但有些系统也有 桥 梁健 康 监 测 的 基 本 内 涵 即是 通 过 对 桥 梁 结 构 状 态 的 监 控 与 监测项 目是专为研究服务的。与理 论研究相关的监测项 目可以根据 评估， 为大桥在特殊气候 、 交通条件下 或桥 梁运营状况严 重异常时 待研究问题 的性质来确定。从 目前桥 梁工程 的发展状况看 ， 以下几 触 发预 警 信 号 ， 为桥 梁维 护 潍 修 与 管理 决 策 提供 依据 和 指 导 。为 此 ， 方面的问题可 以借助桥 梁健康监测进 行深入研究或论证。 监 测 系统 对 以下 几个 方面 进行 监 控 ： （ ） 风 方面 ： 括 风 场 特 性 观 测 、 构 在 自然 风 场 中 的 行 为 以 １抗 包 结 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 ； 、 及 抗 风稳 定 性 。 ２ 桥 梁 重 要 非 结 构 构 件 （ 支 座 ） 附属 设 施 （ 振 动 控 制 元 、 加 和 如 （ 抗 震 方面 ： 括 研 究 各 种 场地 地面 运动 的 空 间与 时 间 变 化 、 ２） 包 件） 的工作状态 ； 土一 结 构相 互 作 用 、 波 效 应 、 点激 励 对 结 构 响 应 的 影响 等 。 过 行 多 通 ３ 结构 构 件 耐久 性 ： 、 对 墩 顶 与墩 底 应 变 、 形 及 加 速度 的监 测 建 立 恢 复 力 模 型 对桥 梁 的 变 ４ 大桥 所 处 环境 条件 ： 等 。 、 等 抗 震 分 析具 有重 要 的 意 义。 与传统的检 测技术不 同， 大型桥梁健康监测 不仅要求在测试上 （ 结 构 整 体 行 为 方面 ： ３） 包括研究结构在强 风、 强地面运动下的非 线 具 有快速大容量 的信息采集与通讯能力 ， 而且 力求对结构整体行为 性特性 ， 桥址 处环境条件变化对结构动力特性、 静力状态（ 内力分布、 变 的 实时 监 控 和对 结 构 状 态 的智 能 化 评 估 。 形 ） 向 这对于发展基于监测数据的整体性评估方法非常重要。 的 然 而 ，桥 梁 结 构 健 康 监 测 不 仅 仅 只 是 为 了结 构 状 态 监 控 与 评 （ ） 构局 部问题 ： ４结 例如边 界、 联接 条件 ， 钢梁 焊缝疲劳及其他 估 。 由于 大 型桥 梁 （ 尤其 是斜 拉桥 、 索 桥 ） 悬 的力 学 和 结 构 特 点 以及 疲 劳 问题 ， 结合 梁 结 合 面 （ 括剪力键 ） ２ 制 ， 包 的砀胡 等等。索支承 柯 缆 墚 所 处 的特 定 环境 ， 大桥 设计 阶段 完全 掌握 和 预 测 结 构 的 力 学 特 性 在 （ ） 拉 索和吊杆的振动与减振、 局部损伤机制等也值得进—步观察研究。 和 行 为 是 非 常 困难 的 。大跨 度 索 交 承桥 梁 的设 计 依 赖于 理 论 分 析 并 （ 耐 久性 问 题 ： 梁 结 构 中 的 耐 久 性 问题 尚 有 许 多 问 题 须 要 ５） 桥 过风洞、振动 台模 拟试验预 测桥梁 的动 力性能并验证其动 力安全 深 入研 究 。缆 （ ） 与 吊杆 的腐 蚀 、 蚀 问题 尤须 重 视 。 拉 索 锈 性 。 而 ， 构理 论 分 析 常 基于 理 想 化 的 有 限 元离 散 模 型 ， 且 分 析 然 结 并 （） 础： ６基 大直 径 桩 的 采 用 也 带来 一 些设 计 问题 ， 接套 用 原 先 直 时 常 以很 多假 定 条 件 为前 提 。 进行 风洞 或 振 动 台试 验 时 对 大 桥 的 在 用于 中等直径桩的计算方法不很合理 。 借助桥梁监测 系统调查大直 风环 境 和 地 面 运 动 的模 拟 也 可 能 与 真 实 桥 位 的 环境 不 全 相 符 。 因 径桩 的变形规律、 研究桩的承载 力问题 ， 也是设计 部门的需要。 此， 通过桥梁健康监测所获得的实际结构 的动静力行为来验证大桥 三 、 梁健 康监 测 意 义 桥 的理 论模 型 、 算假 定 具 有 重 要 的意 义 。事 实上 ， 计 国外 一 些 重 要桥 梁 １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 在 建 立健 康 监 测 系统 时都 强 调 利 用监 测信 息 验 证 结 构 的设 计 。 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 还应看 到， 桥梁健康监测 带来 的将不仅是监测系统和对某特定 异 常 时 发 出预 警 信 号 ， 桥 梁 维 护 、 修 与 管 理 决 策 提 供依 据 和 指 为 维 桥梁设计的反思 ， 它还 可 能 并 应 该 成 为 桥 梁 研 究 的 现 场 实验 室 “ 。 导。为此 ， 测系统通常对以下几个方面进行监控 ： 监 ①桥梁结构在正 尽管桥梁抗风 、 震领域 的研究成果 以及新材料新工艺的出现 不断 抗 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 推 动 着 桥 梁 的发 展 ， 是 ， 但 大跨 度 桥 梁 的 设 计 中还 存 在 很 多 未 知 和 件和 附属设施的工作状态 ； 结构构件耐 久性 ； 工程 所处环境条 ③ ④ 假定 ， 超大跨度桥梁 的设计也有许 多问题需要研究。同时， 桥梁结构 件等等。 控 制 与 健 康 评 估 技 术 的深 入 研 究 与 开 发 也 需 要 结 构 现 场 试 验 与调 ２ 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 查。 桥梁健康监测 为桥梁工程中的未知问题和超 大跨度桥梁的研究 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 提 供 了 新 的契 机 。由运 营 中 的桥 梁 结 构 及 其 环境 所 获 得 的 信 息 不仅 常 困难 的。 因此 ， 过 桥 梁 健 康 检 测 所 获 得 的 实 际 结 构 的动 静 力 行 通 是 理 论研 究 和 实 验 室 调查 的补 充 ， 且 可 以提 供 有 关 结 构 行 为 与环 而 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 境规律的最真实的信息。另外 ， 桥梁振动控制与健康评估技术 的开 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 。 发与应用性也需要现场试验 与调 查。 ３ 研 究与 发 展 。 梁 健 康 监测 带来 的 将 不仅 是 监 测 系统 和 某 种 、 桥 二 、 康监 测 系统设 计 健 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 １ 监 测 系统 设 计 ； 。显 然 ， 测 系 统 的 设 计 应该 首 先考 虑 建 、 隹则 监
基于物联网的桥梁健康监测系统设计
基于物联网的桥梁健康监测系统设计一、桥梁健康监测的重要性桥梁在长期的使用过程中，会受到各种因素的影响，如车辆荷载、环境侵蚀、自然灾害等，从而导致结构性能的逐渐退化。
如果不能及时发现和处理这些问题，可能会引发严重的安全事故。
因此，对桥梁进行健康监测，及时掌握其结构状态，对于保障桥梁的安全运营具有重要意义。
二、物联网技术在桥梁健康监测中的应用优势物联网是通过各种传感器、网络通信和数据处理技术，实现物与物之间的互联互通和智能化管理。
将物联网技术应用于桥梁健康监测，具有以下显著优势：1、实时性：能够实时采集桥梁的各种数据，如位移、应变、振动等，及时反映桥梁的运行状态。
2、远程监控：通过网络通信，可以实现对桥梁的远程监控，减少人工巡检的成本和风险。
3、多参数监测：可以同时监测多个参数，全面了解桥梁的结构性能。
4、智能化分析：利用数据分析和处理技术，对采集的数据进行智能分析和诊断，提前预警潜在的安全隐患。
三、基于物联网的桥梁健康监测系统的总体架构基于物联网的桥梁健康监测系统通常由感知层、传输层和应用层三部分组成。
1、感知层感知层是系统的基础，主要由各种传感器组成，如应变传感器、位移传感器、加速度传感器、温度传感器等。
这些传感器安装在桥梁的关键部位，用于采集桥梁的各种物理参数。
2、传输层传输层负责将感知层采集到的数据传输到应用层。
常见的传输方式包括有线传输（如光纤通信）和无线传输（如 WiFi、蓝牙、Zigbee 等）。
根据桥梁的实际情况和监测需求，选择合适的传输方式，确保数据的稳定、快速传输。
3、应用层应用层是系统的核心，包括数据处理服务器、数据库和用户界面等。
数据处理服务器对传输来的数据进行分析和处理，提取有用的信息，并进行健康评估和预警。
数据库用于存储监测数据和分析结果，以便后续查询和分析。
用户界面则为用户提供直观的监测数据展示和操作界面，方便用户进行监控和管理。
四、传感器的选择与布置1、传感器的选择根据桥梁的结构特点和监测需求，选择合适类型和精度的传感器。
城市桥梁健康监测系统技术规程
城市桥梁健康监测系统技术规程城市桥梁健康监测系统技术规程第一章总则第一条目的和依据为了保障城市桥梁安全、延长使用寿命，加强桥梁结构健康监测，本技术规程制定。
本技术规程依据《城市桥梁管理条例》等法律法规制定。
第二条适用范围本技术规程适用于城市桥梁健康监测系统的技术规范。
第三条定义城市桥梁健康监测系统：指用于实现对桥梁健康状态监测、数据采集、处理、分析、评估以及预测的一套设备和软件系统。
健康监测：指通过对桥梁结构的实时、连续监测，获取桥梁结构的健康状态信息。
桥梁结构：指桥梁构件在空间中的集合体。
第二章系统设计第四条设计原则城市桥梁健康监测系统的设计应满足功能齐全、数据准确、实时监测、易于管理等原则。
第五条系统构成城市桥梁健康监测系统应包括传感器、监测主机、通讯网络、数据处理与分析系统、监测数据管理系统等组成部分。
第六条系统参数1. 传感器参数：涵盖传感器种类、工作范围、采样周期、输出信号类型、最大采样频率等信息。
2. 监测主机参数：涵盖主机种类、CPU类型、存储容量、设备接口、适应环境温度等信息。
3. 通讯网络参数：涵盖通讯方式、传输速率、数据传输协议、数据分包大小等信息。
4. 数据处理与分析系统参数：涵盖数据处理方式、分析方法、数据处理软件、分析算法等信息。
5. 监测数据管理系统参数：涵盖数据存储方式、数据查询方式、数据传输管理方式、权限控制等信息。
第三章系统实现第七条系统实施城市桥梁健康监测系统的实施应按照设计方案进行实现，包括传感器布设、设备安装、通讯设施建设等。
第八条数据采集城市桥梁健康监测系统应能实现传感器的实时数据采集和存储，保证数据的完整性和准确性。
第九条数据处理与分析城市桥梁健康监测系统应能实现数据的处理、分析和综合评估，提供完整的评估报告和预测。
第十条数据管理城市桥梁健康监测系统应能记录、查询、传输和管理监测数据，保障数据的安全和可靠性。
第四章系统维护和管理第十一条维护管理城市桥梁健康监测系统应进行定期检查和维护，确保系统正常工作，及时处理故障。
桥梁健康监测系统方案
桥梁健康监测系统方案目录1 项目概况---------------------------------------------------------------- 11.1 桥梁概述----------------------------------------------------------- 11.2 监测目的----------------------------------------------------------- 11.3 监测依据----------------------------------------------------------- 11.4 监测内容----------------------------------------------------------- 12 基本思路--------------------------------------------------------------- 23 巴河特大桥健康监测断面及测点布置----------------------------------- 23.1 主梁关键截面竖向变形-------------------------------------------- 23.2 主梁关键截面应变监测-------------------------------------------- 33.3 箱梁温度、湿度--------------------------------------------------- 33.4 车辆荷载---------------------------------------------------------- 43.5 监测仪器设备------------------------------------------------------- 44 监测系统---------------------------------------------------------------- 44.1系统组成---------------------------------------------------------- 44.2 监测系统实施方案------------------------------------------------ 51项目概况1.1桥梁概述根据实际情况编制1.2 监测目的（1）建立一套稳定可靠、实时采集分析传输的健康监测系统，为大桥的长期安全运营和养护提供强有力的技术支持。
(完整版)桥梁健康监测系统
桥梁健康监测系统，是一个以桥梁结构为平台，结合实时监测与人工定期检测的优势，应用现代传感、通信和网络技术，以实现对桥梁在未来运营过程中健康状况的实时动态监测，及时发现和预警桥梁潜在的危险，为桥梁的安全运营、管理和养护维修提供科学的数据支持。
对于不同结构类型的桥梁和用户的具体需求，可依据实际情况制定适宜的监测方案。
高清摄像机在此监测中使用爱普华顿的APG-IPSD-645FR-4G型400万高清4G网络红外智能高速球作为视频监控终端。
详细技术参数如下：项目技术指标机芯参数传感器1/3"Progressive CMOS有效像素2592×1520变焦倍数20倍光学变焦 5.4-108mm数字变焦16倍菜单显示多语言菜单可选日夜转换双滤光片切换同步图像，自动，彩色，黑白，定时，阈值控制，翻转背光补偿关/背光补偿/强光抑制/宽动态/透雾功能数字降噪2D/3D白平衡自动1/自动2/室内/室外/手动/钠灯/日光灯最小物距Wide 1.5m,Tele 1.5m视场角水平50.2-2.9度(广角-望远)垂直37.9-2.1度最低照度0.01Lux@(F1.5,AGC ON)彩色，0.005Lux@(F1.5,AGCON)黑白球体参数旋转范围水平360°连续旋转，-10~90°，自动翻转水平键控制速度水平0.01°~120°/s，垂直:0.01°~35°/s 预置位255个巡航云台功能8条（每条32个预置位）线性扫描1条，左右边界可设自学习1条，最长2分钟操作红外距离150米，分两段开启红外角度多组透镜组合无线属性无线标准移动TD-LET,TD-SCDMA,联通FDD-LET,WCDMA,电信FDD-LET,CDMASIM卡槽1个（内置）天线接口1个支持运营商全网通连接方式web配置网络功能报警联动常开常闭模式、联动录像、预置点，报警触发抓取图智能报警移动侦测、联动E-mail支持协议TCP,UPNP,IP,HTTP,DHCP,PPPoE,RTSP,FTP,DDNS,NTP 网络接口10/100M网络自适应,RJ45适配器接入协议ONVIF或GB/T28181、主动注册信息显示镜头放大倍数、摄像机方位指示、日期时间显示通用功能密码保护，心跳，多用户访问控制压缩标准视频压缩标H.265/H.264 压缩输出码率50Kbps~7Mbps一般规范工作环境温-40℃~+65℃<95% 电源供应DC12V±10% 功耗<30W尺寸φ213.5*279.5mm 重量 6.5kg防护等级IP66现场安装示意图如下图所示：高清摄像机现场安装示意图。
桥梁健康监测系统的设计与实践
桥梁健康监测系统的设计与实践摘要：近几年，国内公路桥梁正大力推广与应用桥梁健康监测系统建设。
该文从健康监测方案设计以及体系设计两大环节着手，详细阐述桥梁健康监测系统中的相关设计内容，详细介绍各类型桥梁监测的关键性内容，设计规划监测系统的中体架构，桥梁监测设计提供帮助。
关键词：公路桥梁；健康监测；系统设计引言伴随着国内时代经济的飞速发展，国内公路桥梁设计技术获得显著提升，公路桥梁的发展趋势从以建设为主进展到以管养为主。
最近几年，国民主要采用人工巡检的方法对桥梁实行监测工作，一般情况下是在遇到较为危险的前提下进行监测，而这时桥梁已出现破损，若想进行修复工作将浪费大量的时间与人力。
1 关于国内传统的桥梁健康监测系统的现状1.1桥梁健康监测数据的可视化功较欠缺桥梁健康监测系统属于一项专业度极高的技术体系，具有四大显著特点：价值性、海量性、高效性以及多元性，其属于一种集合式的大数据体系。
站在桥梁管理部门角度而言，进行监测数据的研究分析属于一项枯燥且复杂的工作，且监测数据分析结果欠缺直观性，专业性的图标众多，因此理解起来极为困难。
以此为基础，该怎么成立桥梁健康监测数据的可视化，让监测结构更加明白与直观，并且可充分满足众多人们的要求也是尤为重要。
1.2监测数据的自我诊断与在线处理功能较欠缺在国内的桥梁健康监测体系中，采集到海量的监测信息数据，且具有繁杂性、海量性以及随机性等特点，所以，也会引发众多和其无关的干预类数据，进而导致监测信息数据欠缺精确度。
导致该情况的重要因素是缺少有效与优良的传感设备设施，缺少有效的处理信息传送以及接收的流程，因此，该怎么较好地进行监测数据的自我诊断和在线处理技术也是尤为重要的。
1.3突发事件下的安全评估较为欠缺在国内的桥梁经营过程中，会出现众多不可预算的突发安全事故，比如：龙卷风、地震、被船舶撞击以及狂风暴雨等危险，这些突发事件均会对桥梁的正常经营引起很大的危害。
因此，在进行监测桥梁工作时，需对这些有可能出现的突发事件进行提前的安全质量评估，成立全方位的安全运营管理平台，且能够完成对桥梁正常运营中出现的每一类动画、短消息、电子邮件、声音以及动画等多样式的全方位、可视化的动态监测。
健康监测与分析系统设计与开发
健康监测与分析系统设计与开发随着科技的不断进步，健康监测与分析系统在当今社会中变得日益重要。
这样的系统可以帮助人们监测和评估他们的健康状况，并提供针对性的建议和指导。
本文将探讨健康监测与分析系统的设计与开发，旨在实现人们的全面健康管理。
一、系统需求分析开发一个健康监测与分析系统需要对用户的需求进行全面深入的分析，以确保系统能够满足用户的期望并提供有效的解决方案。
用户可能希望跟踪他们的体重、身高、血压、心率等身体指标，并分析这些数据以获取健康状况的综合评估。
用户还可能需要定期接收健康建议、营养指导以及健身计划等，以促进他们的健康生活方式。
二、功能设计与开发1. 用户注册与信息录入健康监测与分析系统应提供用户注册功能，用户可以创建个人账户并输入他们的个人信息，例如年龄、性别、身高、体重等。
这些信息将成为后续数据分析的基础。
2. 数据采集与监测系统应与各种健康设备（如智能手环、智能手表等）或手机应用程序进行数据集成，以实时采集用户的健康数据。
这些数据可以包括体重、睡眠质量、活动量、血压、心率等。
数据的准确性和实时性对于系统的有效性至关重要。
3. 数据展示与分析系统应提供用户友好的数据展示界面，以直观地展示用户的健康状况。
系统可以使用图表、图像和可视化工具等方式，帮助用户更好地理解他们的健康数据。
此外，系统应根据用户的数据进行分析，输出综合评估结果和相关建议，如体重管理、运动方案、饮食计划等。
4. 营养指导与健康建议系统应基于用户的个人信息和健康数据提供个性化的营养指导和健康建议。
通过分析用户的饮食习惯、运动量和身体指标等信息，系统可以为用户制定合理的饮食计划和健身方案，帮助他们达到健康的生活目标。
5. 健康目标设置与追踪系统应支持用户设置健康目标，并实时追踪他们的进展。
用户可以设定体重目标、运动目标等，并通过系统的监测与分析功能了解他们是否达到了目标。
系统还可以根据用户的进展调整目标，并提供实时的反馈和激励，增强用户的运动动力和健康管理意识。
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健康监测系统绘图说明1系统总体方案1.1系统的总体方案1.1.1系统建立的目的和意义危害桥梁正常承载的主要因素包括:(1 . 结构内力状态的改变(2 . 结构损伤(3 . 两种因素综合作用运营健康监测系统必须能够对上述因素进行监测,因此,健康监测系统实施的目的是:(1 . 随时掌握桥梁结构的内力状态及损伤情况(2 . 尽早发现桥梁结构面临的危险状况(3 . 为桥梁结构的养护维修提供依据除了对结构运营状态进行监测外, 对桥梁的日常管理养护等工作也纳入综合管理系统, 以变实现:管养工作制度化、管养技术现代化、管养决策科学化。
运营健康监测和综合管理系统实施的重要意义在于:(1 . 能够随时掌握桥梁结构的内力状态及损伤情况(2 . 能够在桥梁结构危险萌芽阶段发出预警(3 . 对保障桥梁安全运营具有重要意义(4 . 能够尽量长地延长桥梁的运营寿命(5 . 对降低桥梁总体运营成本具有显著效果1.1.2结构健康监测系统建立的原则健康监测系统的最主要目的就是发现可能导致结构破坏的病害情况, 因此, 健康监测系统的建立应遵循以下逻辑原则:(1研究桥梁结构的各部分将可能面临什么样的病害?这些病害发生的概率是多少?这些病害将导致结构的局部破坏还是整体破坏?(2研究结构构件的病害有什么表现?这些表现是否能够为监测系统所监测?(3研究选用何种传感器来监测结构安全?传感器精度是否满足安全预警的要求?传感器布置位置是否恰当,数量是否合理?(4研究如何对监测信号进行信号处理及分析?如何从监测信号中提取与结构安全直接相关易于为管理人员所理解的结构安全信息或预警信息?从这些逻辑原则可以看出, 如何定义结构可能遭遇的危险是整个健康监测系统的基础, 我们称这个过程为“结构危险性分析”1.1.3结构危险性分析该系统通过危险性分析来确定监测哪些构件及监测方式的方法, 避免了健康监测系统中常见的目的性不强、针对性不明确的问题。
所谓结构危险性分析就是系统地分析桥梁中各部分结构所面临的危险、各项危险发生的概率、危险所导致后果严重程度以及各项危险的可监测性等问题。
广雅大桥的主要结构构件包括:系杆、吊杆、主梁、拱肋、非通航孔桥和下部结构。
应根据这些构件的受力特点、材料特性、使用环境等对其进行充分的危险性分析才能够确保健康监测系统的针对性和实用性。
危险性分析通常需要通过大量类似结构的调查并综合考虑本工程的环境及受力特点同时结合必要的结构分析计算才能够得到比较可靠的结论。
通过结构危险性分析我们可以非常明确我们需要监测那些构件、这些构件的重点监测部位、监测内容及监测频率等。
健康监测的监测手段大体可以分为:力学指标监测,损伤直接检测 (包括人工目视巡检及无损监测两种手段。
在指定各构件采用的监测手段一般应综合考虑危险性的程度、监测的经济性和有效性等问题。
健康监测的监测手段大体可以分为:传感器在线监测,人工巡检 (包括人工目视巡检两种手段;一般而言传感器在线监测具有连续把握监测对象的特点,但其经济代价大,且对诸如钢材锈蚀、混凝土开裂等病害难以监测到;人工定期巡检能够比较容易发现结构的早期病害造成的外观变化,且一次性投入相对较小,但其不具有连续及实时性。
1.1.3.1吊杆的危险性分析及监测策略吊杆锈蚀断丝是该桥的主要病害,其断丝隐蔽性强,应考虑对其进行监测。
吊杆结构危险性分析的主要结论是:(1 大范围的吊杆断丝将导致主梁的危险,应对吊杆的索力进行监测;(2 局部吊杆的断丝甚至整根破坏不会导致结构的整体危险,通过人工目视定期检查吊杆 PE 及锚具并结合部分吊杆的索力监测等是较为经济可行的方案;(3 从把握主梁内力的角度出发应对部分吊杆进行索力监测。
1.1.3.4主梁的危险性分析及监测策略本桥的加劲梁采用格子梁,其直接承受车辆荷载且为吊杆(拉索体系柔性支承。
因此, 对其安全状态的把握不仅在于病害的监测,还在于其内力状态演变的监测。
主梁恒载内力的演变主要来源以下几个方面:(1 主梁的变形;(2 吊杆刚度(索力的变化;(3 基础的沉降。
主梁结构危险性分析的主要结论是:(1 主梁内力状态的改变将有可能导致主梁的整体破坏,应加强对其的监测;(2 主梁在由于内力状态改变而发生危险前会产生显著恒载变形,可以通过变形的监测并辅助吊杆索力的监测来进一步确定及明确原因。
(3 主梁局部病害的监测可以考虑采用人工目视巡检及人工无损监测设备检查的方式进行。
1.1.3.5 非通航孔的危险性分析及监测策略非通航孔桥采用预应力混凝土连续梁,其病害主要来源于混凝土的劣化、基础沉降、预应力体系的病害等。
上述病害均属于缓慢发生过程且均伴随较为明显的外观变化,因此,引桥的监测将采用人工定期目视巡检的方式进行。
1.1.3.6 下部结构的危险性分析及监测策略本桥下部结构主要是基础沉降带来的危害, 因此, 可以通过人工定期沉降观测就可以避免此类病害的发生。
1.1.3.7 非主要结构的危险性分析及监测策略本桥的非主要结构的监测主要包括收缩缝、支座、路面等。
伸缩缝的破坏设置堵塞可能会导致结构内力状态的改变, 但考虑到收缩缝破坏、堵塞一般不足以导致其它结构的破坏且能够比较容易通过人工目视巡检来加以检查,因此,不对其进行传感器监测。
本桥支座病害一般情况下不足以导致结构其它部位的破坏, 只有当支座纵向位移受到意外限制时可能导致主梁、桥墩的开裂甚至破坏。
因此,对支座可以通过人工巡检加以检查。
路面的病害属于局部问题,对其只需通过人工巡检加以检查即可。
1.1.4系统建立的总体思路(a采用传感器在线监测与人工巡检的方案;(b传感器系统侧重于结构总体内力状态的把握;(c人工巡检侧重于局部损伤的探明;(d利用综合评估系统将二者结合起来;(e各项监测参数必须进行较为完善的后期处理才能够用于评估结构安全状态。
图 1.1.1 健康监测系统总体思路1.2系统集成及流程的方案1.2.1系统集成该方案的总体系统集成框图如图 1.2.1所示。
图 1.2.1 运营监测和综合管理系统集成总体框架图在上述系统总体框架中各部分的主要工作内容及关联关系分述如下:○ 1传感器子系统完成应变、结构温度、索力、几何变形环境等参数的参数采集工作。
○ 2数据采集与传输系统负责传感器信号的采集、调理、预处理、传输等。
○ 3数据处理与控制子系统将采集系统收集到的数据进行预处理后提交给后续子系统使用。
○ 4由传感器子系统、数据采集与传输子系统、数据处理与控制子系统共同构成了桥梁智能健康监测中的信息自动采集系统。
○ 5结构健康评估子系统主要对获取的各类信息进行相应的信息处理 (包括进行有模型的数据分析与和无模型的数据统计从而获得结构健康的信息,并且将这些信息以直观的形式向桥梁的管理者提供。
结构健康评估子系统包括:结构状态与损伤识别模块,结构健康综合评估模块。
结构状态与损伤识别模块主要完成基于静力测试数据的内力状态的识别、基于静力测试数据的损伤识别以及基于动力测试数据的损伤识别等工作。
结构健康综合评估模块主要根据监测信息 (来源于信息自动采集系统以及巡检信息 (来源于养护管理系统并结合状态与损伤识别模块的分析工作来对结构进行综合的健康状态的评估并对危险状态进行预警。
○ 6中心数据库子系统:由于结构健康安全监测及综合管理系统数据量庞大,数据信息的种类繁多,有多个系统共享数据信息,同时要支持分布式的处理与访问,也要支持多并发用户的操作,并且数据的安全性极为重要。
通过建立系统的中心数据库子系统,统一管理与组织数据信息,给系统的维护与管理提供便利,也为各应用子系统提供可靠的分布式数据交换与存储平台,方便开发与使用。
○ 7户界面子系统:安全监测系统由诸多子系统及功能模块组成,若各子系统及功能模块均采用各自的用户界面系统,用户操作就极为不便,因此必须建立统一的用户界面系统。
用户界面子系统主要实现诸如向用户提供操作及管理界面、向用户提供数据展示、提供系统的远程访问接口、向用户提供报告等功能。
○ 8人工巡检养护管理子系统:由于用于总体结构状态判别的方法无法发现一些局部损伤, 为了尽早检测到基于传感器监测识别系统无法发现的局部损伤并适时加以维修,根据前面的系统设计思路,将巡检养护管理子系统与常规健康监测系统融合,可形成更为实用的桥梁智能健康监测系统。
根据本项目的情况,应专门编制针对本桥的人工巡检养护手册。
2传感器子系统2.1传感器布设原则和总体方案分析2.1.1索力监测传感器的选择拉索构件索力长期在线监测的传感器必须满足以下基本要求。
(1 在螺母及锚垫板具别一定粗糙度及不平整的情况下保证足够的精度;(2 在螺母与传感器接触部分尺寸加工存在较大误差时保证足够的精度;(3 在承受偏心荷载时保证足够的精度;(4 高度尽量小,重量尽量轻,安装方便;(5 结构坚固耐久,不对主体结构安全产生影响;(6 能够长期可靠工作;(7 温度漂移、时间漂移小;(8 便于更换。
通常能够进行拉索索力长期在线监测的传感器类型很多, 大抵有图 2.1.1所示的几种类型。
图 2.1.1 索力长期在线测试设备分类附着式光纤传感器从 90年代开始在加拿大采用,其原理将铠装光纤当成一根钢丝来制造斜拉索,一根拉索内包含若干光纤,拉索索力改变时光纤感受其应变量从而获得测试索力。
这种方法的优点在于光纤的长期稳定性好,缺点在于制造工艺复杂,无法更换,采集设备价格昂贵,且目前尚未见其精度的相关资料,因此,本次方案不予考虑。
磁弹式索力仪国内从 2000年开始应用,典型的有早期采用直流激励的南京长江二桥和后期采用交流激励的湛江海湾桥。
磁弹式传感器的主要原理是导磁材料在不同应力水平下其磁通量是不同的。
磁弹式索力仪需要数百伏的高压交流激励、采集设备也非常复杂昂贵、采集速度也较低。
另外,在考察过程中发现,当我们将磁弹仪从标定位置滑移到索体的另外一个位置时,标定结果发生了至少 5%的变化,根据磁弹仪的测试原理,其读数受拉索截面积影响最大,因此,这种变化可能是由于拉索截面积不均匀造成。
实际工程中这种现象不可避免。
因此,我们认为磁弹仪的使用必须在其安装结束后进行现场标定,即使如此,其误差也可能超过 5%。
压力环式传感器式指将传感器参与吊杆或系杆的承力, 并对其承力进行测试来反映吊杆或系杆的索力。
其通常是安装在锚固螺母与锚垫板之间,承受与吊杆或系杆相同的荷载。
压力环式传感器由于是直接对弹性体进行应变测试,而弹性体可以在出厂前进行热处理、时效处理等以消除其残余应力从而增加其稳定性,因此,压力环式传感器精度可以做得很高 (优于 0.1% 。
电阻应变式压力环采用电阻应变片作为应变敏感元件,其大约有数十年的使用历史,目前计量标定机构换用电子式标准测力计大部分采用这种形式的压力环,应用的典型桥梁有南京长江三桥。