中交路橋科技是從事工程檢測(cè)監(jiān)測(cè)、城市安全監(jiān)測(cè)預(yù)警與評(píng)價(jià)、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復(fù)合型高新技術(shù)集團(tuán)企業(yè)。
摘要：隨著城市化加快發(fā)展，區(qū)域之間聯(lián)系也愈加緊密，橋梁的建設(shè)對(duì)這一發(fā)展起到了絕對(duì)的推動(dòng)作用。然而，隨著橋梁的長(zhǎng)期以來收到各種因素影響或自身結(jié)構(gòu)影響，橋梁安全性受到了威脅，為了消除安全隱患，避免橋梁在使用過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題，橋梁檢測(cè)技術(shù)由此得到了發(fā)展，并且，隨著無線技術(shù)的興起，智能檢測(cè)系統(tǒng)也得到了充分的發(fā)展。
關(guān)鍵詞：橋梁；智能檢測(cè)技術(shù)；原理及應(yīng)用
引言
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)：美國(guó)現(xiàn)有公路橋梁接近62萬座，平均橋齡43.2年；日本現(xiàn)有道路橋梁跨徑大于15m的總數(shù)為16.1萬座，平均橋齡40.8年；我國(guó)公路橋梁總數(shù)達(dá)85萬座，平均橋齡22.7年?？傮w而言，各國(guó)平均橋齡均超過20年，且隨著時(shí)間的推移，橋梁服役時(shí)間將逐年增加。通常橋梁在投入運(yùn)營(yíng)20～30年，將面臨嚴(yán)重的耐久性和安全性及正常使用功能下降的問題，需采用精準(zhǔn)、高效、智能化的檢測(cè)技術(shù)對(duì)運(yùn)營(yíng)期橋梁的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)及評(píng)估，確保橋梁使用過程中的健康與安全。另外，我國(guó)高速鐵路已超過3萬公里，橋梁里程占50%以上，橋梁數(shù)量眾多、橋型多樣、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于高速鐵路采取封閉式運(yùn)營(yíng)方式，且運(yùn)營(yíng)期檢測(cè)及維護(hù)僅在天窗點(diǎn)時(shí)間進(jìn)行，檢測(cè)過程中對(duì)安全性及時(shí)效性要求較高，因此迫切需要采用智能化的檢測(cè)技術(shù)及裝備開展相關(guān)檢測(cè)工作，確保高速鐵路的安全運(yùn)營(yíng)。
1智能檢測(cè)技術(shù)原理
智能檢測(cè)系統(tǒng)主要基于無線傳感器，數(shù)據(jù)收集和處理器，管理程序加上檢測(cè)程序軟件所構(gòu)成橋梁檢測(cè)的核心內(nèi)容。最開始智能傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)源于美國(guó)，當(dāng)時(shí)僅僅只是用于國(guó)防研究，隨著無線技術(shù)的發(fā)展和成熟，從此在檢測(cè)技術(shù)上得到了充分的利用和發(fā)展。無線傳感技術(shù)在橋梁檢測(cè)上加以發(fā)展，給橋梁檢測(cè)技術(shù)帶來了便利，在智能檢測(cè)技術(shù)中，無線通信方法大致上分為基于無線局域網(wǎng)和公共無線網(wǎng)絡(luò)的兩種。
2橋梁檢測(cè)技術(shù)影響因素
2.1檢測(cè)儀器和設(shè)備影響
在橋梁檢測(cè)中，最基本的檢測(cè)工作都要通過一些想過儀器和設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)儀器和設(shè)備常常會(huì)受到各種原因的影響導(dǎo)致數(shù)據(jù)不正常和不準(zhǔn)確，這樣就不能保證檢測(cè)結(jié)果的正確性。目前，由于一些檢測(cè)相關(guān)部門由于對(duì)設(shè)備和儀器的經(jīng)費(fèi)不足以及對(duì)檢測(cè)的重視度不高，造成檢測(cè)儀器設(shè)備遲遲未曾更新和保養(yǎng)維修，再加上傳統(tǒng)的檢測(cè)方法和技術(shù)，使得一些橋梁檢測(cè)的正確性難以得到保證。因此，設(shè)備和儀器需要定期保養(yǎng)維修，必要時(shí)進(jìn)行更新更換，保證檢測(cè)儀器設(shè)備具有精確性和準(zhǔn)確性。
2.2檢測(cè)管理流程影響
目前，在橋梁工程建設(shè)期以及運(yùn)營(yíng)階段，有些相關(guān)規(guī)范條例對(duì)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行了約制，但這并不完善，需要建立專門的監(jiān)管部門對(duì)檢測(cè)單位以及檢測(cè)人員進(jìn)行監(jiān)管，保證檢測(cè)單位和人員的操作規(guī)范。同時(shí)，檢測(cè)單位也應(yīng)建立科學(xué)的檢測(cè)操作流程，這樣有助于檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，加強(qiáng)對(duì)檢測(cè)工作的監(jiān)管和把控，保證檢測(cè)工作的整體檢測(cè)質(zhì)量。
3橋梁智能檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用
3.1橋梁/路基豎向位移高精度自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)
路基、橋梁、隧道等在運(yùn)營(yíng)過程中的豎向位移值可直觀反映出結(jié)構(gòu)物當(dāng)前的工作狀態(tài)，是結(jié)構(gòu)狀態(tài)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。基于液—?dú)怦詈蠅翰顐鬟f機(jī)理，研發(fā)了一種微壓差半封閉連通管式高精度結(jié)構(gòu)豎向位移/沉降監(jiān)測(cè)傳感器，該傳感器在測(cè)點(diǎn)端部密閉微小段氣體，將液—?dú)怦詈蠅翰钪缔D(zhuǎn)換為豎向位移值。在該傳感器的整個(gè)測(cè)試過程中，管內(nèi)傳壓介質(zhì)（液體）處于準(zhǔn)靜止?fàn)顟B(tài)，有效克服了粘滯阻尼效應(yīng)，傳感器精度可達(dá)±0.1mm，可實(shí)現(xiàn)大跨度橋梁撓度及豎向位移的集中同步測(cè)試。
綜合考慮重力加速度、液體密度、溫度等參數(shù)對(duì)傳感器測(cè)試精度的影響，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)精度可控制在±1mm以內(nèi)，可在環(huán)境溫度-20～70℃條件下正常運(yùn)行。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，利用該傳感器可以建立高速鐵路基礎(chǔ)沉降的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)不受高速鐵路強(qiáng)、弱電系統(tǒng)的干擾，可實(shí)現(xiàn)封閉式運(yùn)營(yíng)中的高速鐵路路基和橋梁自動(dòng)監(jiān)測(cè)及預(yù)警。
3.2長(zhǎng)大橋梁線形快速檢測(cè)技術(shù)
采用GPS接收機(jī)和慣性單元（IMU）組成的雙天線光纖組合導(dǎo)航系統(tǒng)（該系統(tǒng)融合GPS定位的時(shí)間不相關(guān)性、長(zhǎng)期精確性和IMU測(cè)量的自主性、連續(xù)性及高數(shù)據(jù)更新率，提供目標(biāo)點(diǎn)更高精度的三維位置、速度和姿態(tài)解算結(jié)果），利用無線電臺(tái)實(shí)現(xiàn)基站與流動(dòng)站的通訊，形成了一整套基于車載的橋梁連續(xù)線形快速檢測(cè)裝備。在此基礎(chǔ)上通過研究基于光纖陀螺的IMU與GPS結(jié)合的數(shù)據(jù)緊耦合技術(shù)，解決了慣性導(dǎo)航長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)漂移和橋塔遮擋GPS失鎖兩大問題，采用激光測(cè)距儀對(duì)車體行進(jìn)過程中的顛簸進(jìn)行監(jiān)測(cè)并進(jìn)行誤差修正，最終研制了長(zhǎng)大橋梁及城市環(huán)線線形快速檢測(cè)車，實(shí)現(xiàn)了以厘米級(jí)的精度對(duì)長(zhǎng)大橋梁及城市環(huán)線線形的普通車載式快速檢測(cè)。該裝備已在武漢鸚鵡洲長(zhǎng)江大橋、武漢市二環(huán)線等實(shí)際工程中進(jìn)行了應(yīng)用，取得了較好的試驗(yàn)效果。
3.3智能無線檢測(cè)技術(shù)
3.3.1以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)的無線電通信橋梁檢測(cè)技術(shù)
采用局域網(wǎng)組網(wǎng)方式為基礎(chǔ)是由橋梁檢測(cè)應(yīng)用的時(shí)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(cè)周期較短的各種需求。受限于局域網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)通信形式，這種檢測(cè)技術(shù)對(duì)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(shí)現(xiàn)原理是通過設(shè)立多個(gè)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(gè)無線信號(hào)發(fā)射和收集中心與這些模塊之間的協(xié)作運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)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(shí)際檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，這個(gè)傳輸距離一般可以超過10km。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(gè)部分。這三個(gè)部分分別是傳感器、無線中繼、無線信號(hào)收發(fā)設(shè)備。傳感器是數(shù)據(jù)收集的起點(diǎn)和開始，通過傳感器檢測(cè)，將橋梁的溫度、硬度等以無線信號(hào)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(shí)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(hào)收發(fā)中心，這個(gè)部分是數(shù)據(jù)的收集點(diǎn)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。
3.3.2以公用網(wǎng)路為基礎(chǔ)的無線電通信橋梁檢測(cè)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(diǎn)。因此基于公用網(wǎng)路的無線電通信檢測(cè)技術(shù)主要被應(yīng)用與規(guī)模不是很大的各種橋梁的長(zhǎng)期檢測(cè)。因?yàn)榫W(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(cè)技術(shù)中需要多布無線信號(hào)收發(fā)中心的工作，而且能夠檢測(cè)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(guó)已經(jīng)十分的成熟了，中國(guó)三大移動(dòng)通信巨頭，中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)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(hào)和密碼，在信號(hào)覆蓋地區(qū)都能實(shí)現(xiàn)全天候、全區(qū)域?qū)崟r(shí)的無線數(shù)據(jù)接收功能，這些功能的實(shí)現(xiàn)主要是基于GPRS和GSM網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
結(jié)語
隨著橋梁檢測(cè)技術(shù)發(fā)展和人們對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全的重視，橋梁智能檢測(cè)技術(shù)成為了重要的發(fā)展方向。由無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)代替有線電纜，節(jié)省了人力物力，安裝方便且靈活性較強(qiáng)，成為了我國(guó)近年來檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。目前，基于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于橋梁檢測(cè)技術(shù)還未大面積普及，其智能檢測(cè)技術(shù)需加強(qiáng)完善。
