近日，省廳公路局在南京組織有關(guān)專家對蘇州市公路管理處與同濟大學(xué)聯(lián)合申報的“智慧型橋梁長期監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用研究”進行中期成果審查。
鑒于世界范圍內(nèi)現(xiàn)役橋梁的
健康監(jiān)測系統(tǒng)存在的諸多不足以及橋梁運營管理者對橋梁健康狀態(tài)進行實時評估的迫切需求，該項研究首先提出了有別于傳統(tǒng)健康監(jiān)測系統(tǒng)中的傳感器布置策略，將重點監(jiān)測的部位聚焦于中、小型橋梁結(jié)構(gòu)中的最重要的傳力構(gòu)件——支座和錨頭。通過對支座和錨頭的受力監(jiān)測，不僅能對橋梁上通過的交通荷載進行實時的識別，而且能夠?qū)︻A(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋梁結(jié)構(gòu)損傷的部位及其程度進行實時的評估，彌補了常規(guī)健康監(jiān)測系統(tǒng)中監(jiān)測點布置不夠合理的缺陷。
本研究首先將這些常規(guī)的支座和各類常規(guī)的錨頭進行智能化升級，使其成為能夠?qū)χё湾^頭的內(nèi)力變化進行實時監(jiān)測的工業(yè)級無線低功耗的傳感器模塊，這如同激活了橋梁結(jié)構(gòu)中類似人體內(nèi)的“神經(jīng)中樞”，這樣就能將實時采集所關(guān)心的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息。其次，運用
橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對于每一個傳感器模塊可以與處理器模塊、無線通信模塊以及能量供應(yīng)模塊連接起來組成一個傳感器節(jié)點。它具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和路由器的雙重功能，不僅能收集和處理本傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)信息，還能夠?qū)ζ渌?jié)點轉(zhuǎn)發(fā)來的數(shù)據(jù)信息進行存儲、融合和轉(zhuǎn)發(fā)。它的缺點是數(shù)據(jù)處理能力、存儲能力和通信能力相對較弱，并且電池能量較小。如果支座和錨頭傳感器的數(shù)據(jù)采樣頻率不高，依然能夠滿足要求。最終將每座橋梁的所有傳感器節(jié)點連接到數(shù)據(jù)處理能力、存儲能力和通信能力較強的匯聚節(jié)點，相當(dāng)于建立了一個局域網(wǎng)，它負責(zé)連接局域網(wǎng)與外部商業(yè)運營的網(wǎng)絡(luò)。這樣就可以將指定區(qū)域內(nèi)的所有座橋梁納入到一個大的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中去，實現(xiàn)了橋梁健康監(jiān)測功能的物聯(lián)網(wǎng)化。最后，在大數(shù)據(jù)環(huán)境下采用具有機器學(xué)習(xí)能力的交通荷載識別系統(tǒng)和橋梁結(jié)構(gòu)損傷診斷系統(tǒng)對橋梁結(jié)構(gòu)上實時通過的交通荷載以及橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況進行實時的識別和評估。
專家組認為，本課題針對中、小橋梁長期監(jiān)測的需求，將普通橋梁預(yù)應(yīng)力錨頭進行智能升級，擬實現(xiàn)對橋梁受力狀況的在線監(jiān)測與評估，對中、小橋梁的安全運營具有重要的意義。課題在充分調(diào)研國內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，開發(fā)并在實際橋梁中安裝了智慧型的錨頭傳感器；建立了包含智能錨頭的有限元模型，實現(xiàn)了實時的數(shù)值仿真功能；開發(fā)了用于錨頭實測數(shù)據(jù)分析的APP軟件。
按照本研究提出的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)的思想，與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)相比，不僅能有效地減少傳感器的安裝數(shù)量，大大降低了健康監(jiān)測系統(tǒng)的成本，還能夠?qū)χ付▍^(qū)域內(nèi)所有橋梁結(jié)構(gòu)的交通荷載及其健康狀況進行實時識別和評估，實現(xiàn)了指定區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)層面橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測與評估的在線管理，節(jié)省大量的人力和物力資源，也能為未來智能交通工程的綠色、可持續(xù)發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。
