中交路橋科技是從事工程檢測監(jiān)測、城市安全監(jiān)測預警與評價、數(shù)字智能化研發(fā)為一體的復合型高新技術集團企業(yè)。
隨著城市化進程的不斷推進，交通基礎設施尤其是橋梁的安全性與可靠性愈發(fā)受到重視。橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)（Bridge Health Monitoring System, BHMS）作為一種有效的管理手段，通過實時監(jiān)測橋梁結構狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患，為橋梁的維護與管理提供了科學依據(jù)。傳感器作為BHMS的核心組成部分，其布置策略直接關系到監(jiān)測系統(tǒng)的性能與效果。因此，研究如何優(yōu)化傳感器布置，實現(xiàn)對橋梁健康狀態(tài)的有效監(jiān)測，成為當前橋梁工程領域的重要課題。
一、傳感器布置的重要性
傳感器布置是橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)設計中的關鍵環(huán)節(jié)，合理的布置方案能夠確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的全面性與準確性，為橋梁健康評估提供可靠依據(jù)。傳感器布置不當不僅會導致監(jiān)測盲區(qū)，還可能增加系統(tǒng)的成本與復雜度。因此，科學合理的傳感器布置策略對于提高監(jiān)測系統(tǒng)的有效性至關重要。
二、傳感器類型及其功能
在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中，常用的傳感器類型包括但不限于：
1. 應變計：用于監(jiān)測橋梁結構在荷載作用下的變形情況。
2. 加速度計：用于測量橋梁在風荷載、車輛行駛等動態(tài)荷載作用下的振動響應。
3. 位移傳感器：用于監(jiān)測橋梁結構的位移變化，評估結構的整體穩(wěn)定性。
4. 裂縫檢測器：用于監(jiān)測橋梁構件表面或內(nèi)部的裂縫發(fā)展情況。
5. 溫濕度傳感器：用于監(jiān)測橋梁周圍的溫濕度變化，評估環(huán)境因素對橋梁的影響。
6. 光纖光柵傳感器：用于監(jiān)測橋梁的應力分布與應變情況，具有高精度、抗電磁干擾等優(yōu)點。
三、傳感器布置原則
在進行傳感器布置時，應遵循以下基本原則：
1. 全面覆蓋：確保傳感器能夠監(jiān)測到橋梁結構的關鍵部位，不留監(jiān)測死角。
2. 重點突出：根據(jù)橋梁結構特點與受力情況，優(yōu)先布置在易受損區(qū)域。
3. 經(jīng)濟高效：在滿足監(jiān)測需求的前提下，盡量減少傳感器數(shù)量，降低系統(tǒng)成本。
4. 便于維護：傳感器應易于安裝與維護，確保長期穩(wěn)定運行。
5. 技術兼容：選用的傳感器應具備良好的互操作性，便于系統(tǒng)集成。
四、傳感器優(yōu)化布置策略
傳感器優(yōu)化布置策略是指在滿足監(jiān)測需求的同時，通過科學的方法與技術手段，實現(xiàn)對傳感器數(shù)量、位置、類型等方面的最優(yōu)配置。以下是一些常見的優(yōu)化布置策略：
1. 基于結構分析的布置策略
· 有限元分析：利用有限元軟件對橋梁結構進行建模分析，找出應力集中區(qū)域與薄弱環(huán)節(jié)，據(jù)此布置傳感器。
· 模態(tài)分析：通過模態(tài)分析確定橋梁的主要振動模式，選擇關鍵節(jié)點布置加速度計，監(jiān)測橋梁的動態(tài)響應。
· 裂縫預測：結合橋梁的歷史數(shù)據(jù)與力學模型，預測可能發(fā)生裂縫的位置，提前布置裂縫檢測器。
2. 基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的布置策略
· 機器學習算法：利用機器學習技術對歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，識別傳感器布置的最佳位置。
· 聚類分析：通過對傳感器數(shù)據(jù)的聚類分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系，優(yōu)化傳感器布局。
· 深度學習：采用深度學習模型訓練監(jiān)測數(shù)據(jù)，識別橋梁結構的異常模式，指導傳感器的優(yōu)化布置。
3. 基于成本效益分析的布置策略
· 成本最小化：在保證監(jiān)測效果的前提下，通過減少傳感器數(shù)量或選擇性價比較高的傳感器類型，降低系統(tǒng)總成本。
· 效益最大化：綜合考慮傳感器的成本與所能提供的監(jiān)測信息價值，選擇最佳布置方案。
· 長期投資回報：從長遠角度出發(fā)，評估傳感器布置方案的經(jīng)濟效益，確保系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。
中交路橋科技有限公司（以下簡稱“中交路橋”）是國內(nèi)領先的橋梁健康監(jiān)測解決方案提供商之一。公司在橋梁健康監(jiān)測領域積累了豐富的經(jīng)驗，特別是在傳感器優(yōu)化布置方面有著深入的研究與實踐。在某跨江大橋健康監(jiān)測項目中，中交路橋采用基于結構分析的布置策略，通過有限元分析確定了橋梁結構的關鍵監(jiān)測點。公司還在橋墩、橋面等重要部位布置了高性能的光纖光柵傳感器，實現(xiàn)了對橋梁應力分布的高精度監(jiān)測。此外，中交路橋還引入了基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的優(yōu)化布置方法，利用機器學習算法對歷史監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，進一步優(yōu)化了傳感器的布置方案，提升了系統(tǒng)的監(jiān)測效果。
