近日，省廳公路局在南京組織有關(guān)專家對(duì)蘇州市公路管理處與同濟(jì)大學(xué)聯(lián)合申報(bào)的“智慧型橋梁長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究”進(jìn)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(cè)系統(tǒng)存在的諸多不足以及橋梁運(yùn)營(yíng)管理者對(duì)橋梁健康狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估的迫切需求，該項(xiàng)研究首先提出了有別于傳統(tǒng)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的傳感器布置策略，將重點(diǎn)監(jiān)測(cè)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(guò)對(duì)支座和錨頭的受力監(jiān)測(cè)，不僅能對(duì)橋梁上通過(guò)的交通荷載進(jìn)行實(shí)時(shí)的識(shí)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(jìn)行實(shí)時(shí)的評(píng)估，彌補(bǔ)了常規(guī)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(jìn)行智能化升級(jí)，使其成為能夠?qū)χё湾^頭的內(nèi)力變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的工業(yè)級(jí)無(wú)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(shí)時(shí)采集所關(guān)心的結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息。其次，運(yùn)用
橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)于每一個(gè)傳感器模塊可以與處理器模塊、無(wú)線通信模塊以及能量供應(yīng)模塊連接起來(lái)組成一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。它具有傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)、融合和轉(zhuǎn)發(fā)。它的缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力相對(duì)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(diǎn)連接到數(shù)據(jù)處理能力、存儲(chǔ)能力和通信能力較強(qiáng)的匯聚節(jié)點(diǎn)，相當(dāng)于建立了一個(gè)局域網(wǎng)，它負(fù)責(zé)連接局域網(wǎng)與外部商業(yè)運(yùn)營(yíng)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(gè)大的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中去，實(shí)現(xiàn)了橋梁健康監(jiān)測(cè)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(jī)器學(xué)習(xí)能力的交通荷載識(shí)別系統(tǒng)和橋梁結(jié)構(gòu)損傷診斷系統(tǒng)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)上實(shí)時(shí)通過(guò)的交通荷載以及橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的識(shí)別和評(píng)估。
專家組認(rèn)為，本課題針對(duì)中、小橋梁長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的需求，將普通橋梁預(yù)應(yīng)力錨頭進(jìn)行智能升級(jí)，擬實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁受力狀況的在線監(jiān)測(cè)與評(píng)估，對(duì)中、小橋梁的安全運(yùn)營(yíng)具有重要的意義。課題在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)并在實(shí)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(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的數(shù)值仿真功能；開(kāi)發(fā)了用于錨頭實(shí)測(cè)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(cè)系統(tǒng)的思想，與傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)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(cè)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(jìn)行實(shí)時(shí)識(shí)別和評(píng)估，實(shí)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(cè)與評(píng)估的在線管理，節(jié)省大量的人力和物力資源，也能為未來(lái)智能交通工程的綠色、可持續(xù)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
