傳統(tǒng)檢測技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)檢測中得到了充分的應(yīng)用，但由于需要進(jìn)行傳輸線纜的布設(shè)，往往造成工作量大、干擾因素多等諸多不便?；跓o線技術(shù)的橋梁智能監(jiān)測技術(shù)，在無線收發(fā)模塊以及移動技術(shù)成熟之后，豐富了橋梁測試技術(shù)。無線傳感測試以及無線傳輸?shù)燃夹g(shù)給橋梁檢測帶來了諸多方便。本文在分析基于無線傳感器的智能監(jiān)測技術(shù)發(fā)展歷史以及無線采集系統(tǒng)的特點的基礎(chǔ)上，探討了智能無線技術(shù)在橋梁檢測中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：
橋梁監(jiān)測；
智能檢測；無線技術(shù)
一、基于無線技術(shù)的智能檢測概述
智能檢測系統(tǒng)一般包括傳感器、無線數(shù)據(jù)傳送模塊、中心管理、數(shù)據(jù)收集器以及相應(yīng)的軟件設(shè)備共同組成，這五個模塊是智能檢測系統(tǒng)的技術(shù)核心部分，五個部分缺少任何一個都不能夠?qū)崿F(xiàn)智能檢測的功能。無線傳輸技術(shù)應(yīng)用于橋梁檢測首先開始于 20 世界 90 年代中后期，完整的集成橋梁檢測系統(tǒng)是由美國斯坦福大學(xué)研發(fā)的。在橋梁檢測的無線電通信應(yīng)用中，根據(jù)無線電組網(wǎng)方式的不同，目前主要劃分成兩類，一類是以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)的無線電通信橋梁檢測技術(shù)，另一類是基于公用網(wǎng)路的無線電通信橋梁檢測技術(shù)。下面我們將就這兩類不同的無線電通信技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。
1、以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)的無線電通信
橋梁檢測技術(shù) 采用局域網(wǎng)組網(wǎng)方式為基礎(chǔ)是由橋梁檢測應(yīng)用的時間周期和待檢橋梁規(guī)模的大小而決定的。局域網(wǎng)組網(wǎng)方式一般主要應(yīng)用于各種規(guī)模，橋梁檢測周期較短的各種需求。受限于局域網(wǎng)的實現(xiàn)機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)通信形式，這種檢測技術(shù)對數(shù)據(jù)采集傳感器之間的同步傳輸要求比較的嚴(yán)格。其主要的實現(xiàn)原理是通過設(shè)立多個無線傳輸模塊，應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶鴤骷夹g(shù)，通過與各個無線信號發(fā)射和收集中心與這些模塊之間的協(xié)作運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)實際檢測統(tǒng)計，這個傳輸距離一般可以超過 10 km。以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)的的無線電通信技術(shù)其主要的組成構(gòu)件主要有三個部分。這三個部分分別是傳感器、無線中繼、無線信號收發(fā)設(shè)備。傳感器是數(shù)據(jù)收集的起點和開始，通過傳感器檢測，將橋梁的溫度、硬度等以無線信號的形式傳輸出去。中繼器的主要作用是數(shù)據(jù)的續(xù)航，也成數(shù)據(jù)的重新發(fā)送，這是實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳送所必不可少的設(shè)備。無線信號收發(fā)中心，這個部分是數(shù)據(jù)的收集點和發(fā)送源，因此，接口和一些相配套的軟件設(shè)備都是必不可少的。
2、以公用網(wǎng)路為基礎(chǔ)的無線電通信橋梁檢測技術(shù)
公用網(wǎng)絡(luò)具有穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)含量大、范圍廣、傳送機(jī)制完善的特點。因此基于公用網(wǎng)路的無線電通信檢測技術(shù)主要被應(yīng)用與規(guī)模不是很大的各種橋梁的長期檢測。因為網(wǎng)路的架構(gòu)比較固定且覆蓋的范圍也較為廣泛，這就省去了局域網(wǎng)為基礎(chǔ)的無線電通信檢測技術(shù)中需要多布無線信號收發(fā)中心的工作，而且能夠檢測地域分布距離較遠(yuǎn)的橋梁并不需要嚴(yán)格的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)定。無線公用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在我國已經(jīng)十分的成熟了，中國三大移動通信巨頭，中國電信、中國移動、中國聯(lián)通都相繼推出了自己比較成熟的無線公用局域網(wǎng)，只需要擁有賬號和密碼，在信號覆蓋地區(qū)都能實現(xiàn)全天候、全區(qū)域?qū)崟r的無線數(shù)據(jù)接收功能。這些功能的實現(xiàn)主要是基于 GPRS和 GSM 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
二、
橋梁智能檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用
1、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)管理
數(shù)據(jù)采集是橋梁智能檢測系統(tǒng)的起點，同時也是整個系統(tǒng)的核心部件?；跓o線數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)管理的構(gòu)成主要包括數(shù)據(jù)傳感器，無線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三個重要部分。傳輸技術(shù)的橋梁智能檢測的基本原理：利用數(shù)據(jù)傳感器感應(yīng)橋梁的各項參數(shù)形成信號數(shù)據(jù)，經(jīng)由無線信號發(fā)射把這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行儲存，然后通過數(shù)據(jù)管理進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取和處理分析。
由于
橋梁檢測設(shè)計的參數(shù)種類較多，傳統(tǒng)的有線橋梁檢測系統(tǒng)因為應(yīng)用的傳輸網(wǎng)線連接各個數(shù)據(jù)采集設(shè)備的形式，這項為了實現(xiàn)橋梁測試點與點，面與面之間的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離通信交流就需要大量的設(shè)備。傳統(tǒng)形式的數(shù)據(jù)采集與管理就會出現(xiàn)許多的問題，這些問題主要表現(xiàn)為以下兩種：第一，因為距離遠(yuǎn)、參數(shù)繁瑣、設(shè)備多，大量的通信電纜是保證采集數(shù)據(jù)正常傳輸?shù)囊粋€必要條件。這種情況下會產(chǎn)用較多的時間和設(shè)備，投入大量的人員和資金，而且數(shù)據(jù)傳輸容易受外界物理條件的影響，比如空氣的溫度和濕度等。第二，大量的通信電纜也帶來了管理的困難和通信數(shù)據(jù)可靠性差的問題，同時需要預(yù)設(shè)大量的空間以備電纜鋪設(shè)使用?；跓o線的橋梁檢測系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集和管理端相比于傳統(tǒng)的電纜通信橋梁檢測來講具有傳輸方便、占用空間小、適應(yīng)性較強、自動組網(wǎng)方便、線損率較少、數(shù)據(jù)傳輸可靠性較大的優(yōu)點。
2、無線傳感器組網(wǎng)
橋梁檢測系統(tǒng)中的傳感器不僅僅包括數(shù)據(jù)采集的功能，同時它還是集傳感、數(shù)據(jù)加工、傳輸為一體的獨立系統(tǒng)。無線傳感器組網(wǎng)就是把這些獨立的系統(tǒng)單元以隨機(jī)的形式隨機(jī)布置，構(gòu)成一個個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。這些由隨意布置的無線傳感器節(jié)點能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點與節(jié)點之間的無線通信，通過自我網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)構(gòu)成無線網(wǎng)絡(luò)，每個節(jié)點都能夠獨立的對分布在其周圍的橋梁環(huán)境和數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，這些數(shù)據(jù)主要包括，橋梁的溫度、濕度、速度等等。無線傳感器組網(wǎng)的應(yīng)用對于橋梁檢測來講，具有其它網(wǎng)絡(luò)無可比擬的優(yōu)越性，這些優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下三個方面：
（1）節(jié)點與節(jié)點之間協(xié)調(diào)運作能力較強
在無線傳感器組網(wǎng)的過程中，系統(tǒng)為每個節(jié)點設(shè)置固定的全局網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點地址標(biāo)識，就如同互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址一樣。每個節(jié)點不但能夠清楚的記錄自身的節(jié)點地址，還能夠記錄自己周圍節(jié)點的地址。這樣通過節(jié)點之間的相互協(xié)調(diào)運作對數(shù)據(jù)信號及通信傳輸進(jìn)行處理，能夠產(chǎn)生較高的協(xié)調(diào)能力。
（2）網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高
普通的無線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會隨著每個節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的移動而發(fā)生不停的變化，使得網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性性對較差。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的維持主要是靠節(jié)點所具有的能量。無線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化只會發(fā)生在節(jié)點能量耗盡的情況下。
（3）數(shù)據(jù)采集具有較高的靈活性
靈活性也稱之為適應(yīng)性和不受限制性。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于不需要電纜設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸。
3、橋梁壽命檢測
針對橋梁的檢測工作可以按照檢測頻率和檢測時間間隔長短劃分為短期檢測和中期檢測以及長期檢測。在檢測工作選擇無線組網(wǎng)類型時，應(yīng)當(dāng)根據(jù)檢測工作的具體特點而定。基于無線通信技術(shù)的橋梁智能檢測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁全壽命周期的自由靈活工作。在前面的無線智能檢測技術(shù)概述中我們已經(jīng)提到無線局域網(wǎng)形式的智能檢測系統(tǒng)對短期橋梁檢測工作具有很強的適用性。但這個過程中有兩個問題需要特別注意，首先必須保證無線傳感器天線之間是暢通無阻的，即天線與天線之間盡量不要出現(xiàn)物體的阻擋，這是因為天線之間的物體會減弱信號傳遞的強度，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。其次，如果傳感器節(jié)點與無線電通信的收發(fā)中心相距較遠(yuǎn)時就可能導(dǎo)致通信傳輸?shù)闹袛?，這就需要在它們之間設(shè)置信號的中繼器，使得信號通過中繼器繼續(xù)重新發(fā)送，以保證數(shù)據(jù)傳輸能夠回到終端。相比較大中型橋梁的檢測來講，小規(guī)模的橋梁檢測往往要求比較簡單，需要的參數(shù)和測量節(jié)點都會相對較少，這樣為了節(jié)省假設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)的工作，可以適當(dāng)?shù)目紤]采用 GPRS 和 GSM 這種基于公用的無線網(wǎng)絡(luò)模式。
總而言之，就目前而言，國內(nèi)橋梁智能檢測技術(shù)的應(yīng)用還在初級階段，相信隨著無線技術(shù)與橋梁檢測技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的不斷深入，必將帶給我國橋梁檢測工作極大的便利，推動橋梁工程的良性發(fā)展。
