Bridge Lightweight Structure Safety Monitoring System

随着交通量的增加和桥梁服役年限的增长，桥梁结构面临着越来越多的挑战，如环境侵蚀、材料老化、荷载的长期效应等，这些因素都可能导致桥梁结构损伤积累和抗力衰减，进而引发安全事故。因此，保障桥梁的服役安全，已经成为桥梁领域亟需解决的关键问题。传统的桥梁监测系统通常需要在桥梁结构中安装大量传感器和数据采集设备，这些设备体积大、布设复杂，且需要依赖外部电源支持，导致监测成本高昂，难以实现大规模推广。此外，传统的监测方式往往偏向于对桥梁外观的检测，对于内部病害的掌握存在局限性，且受限于检查频率，无法做到桥梁运营情况的全过程跟踪。为了解决这些问题，轻量化监测技术应运而生。轻量化监测系统采用小型化、低功耗的传感器，结合无线通信技术和智能算法，能够实现对桥梁结构的实时、精准监测，同时大幅降低设备部署和维护成本。这些传感器体积小、重量轻，适用于各种类型的桥梁结构，能够多维度监测桥梁的健康状态，包括桥梁挠度、振动、应变、温度等关键参数。通过无线通信技术，轻量化监测系统能够将传感器采集的数据实时传输至云端平台，结合智能分析算法，对桥梁的健康状态进行实时评估，并在发现潜在风险时及时发出预警信息。

二、系统组成

桥梁轻量化结构安全监测科学布设多种类型监测设备，耦合物联网、大数据、GIS、BIM建模等技术，实现对桥梁温度、应变、拉线位移、静态挠度、倾角、加速度、风速风向的实时在线监测，并利用对比分析、关联分析、模态分析、频谱分析等功能对桥梁健康运行状态进行监测、分析、预警。耦合视频监测、超载监测统计分析功能，对超载车辆车重、类型、通过时段、来源地等进行抓拍与统计分析。为桥梁相关权属单位提供桥梁运行健康状态、特殊气象条件、桥梁超载监察等事件的数据支撑与辅助决策，并为桥梁日常运营管理、巡检养护提供咨询与建议服务。

三、系统功能

实时监测：现在线监测的地图显示、查看，包括监测设备的快速查询显示、监测数据展示、报警情况显示及监测数据曲线图的实时展示，通过系统主界面的显示功能，可以查看设备的位置、运行状态，掌握其桥梁的位移、沉降、倾斜、加速度、振幅、频率等结构参数的实时监测桥梁的环境条件、结构响应等，一旦发现异常，系统立即自动推送预警信息，确保问题得到及时处理。

及时报警：通过布设在桥梁表面的各种类型的传感器，桥梁的位移、沉降、倾斜、加速度、振幅、频率等结构参数的监测。这些参数可以直接反映桥梁的结构状态，如是否存在变形、受力是否均衡等。传输到相关软件系统，实现对整个坝体的全方位实时监测。等数据超过告警上限时系统自动根据该预警数据发布不同级别的报警信息。可设置多级报警，支持弹出软件窗口报警、邮件报警、短信报警及声光报警等功能多种方式传达至相关领导和责任人。

视频远程监控：实时视频监控，用户可以从监控终端中实时的看到现场的视频图像，同时还可以通过软件控制现场摄像机镜头以及云台，根据需要调整光圈大小、焦距远近、变倍高低以及视频角度等，满足用户对现场多方位视频图像的监控需要，确保桥梁运行安全。

数据分析与预判：采用B/S架构，用户可随时随地访问系统，查看桥梁的实时数据和历史记录。同时，系统还能自动生成报表，帮助用户轻松管理桥梁数据。通过对监测数据的追溯和分析，系统能够及时发现桥梁潜在的安全问题，并提供准确的诊断报告。这有助于桥梁管理单位更好地了解桥梁的运行状况，制定科学的维护计划。

GIS模拟建模：在适用前提下将桥梁轻量化结构监测管理过程中的新思想、新方法融入到系统开发，做到数据和图形相融合、GIS与数学模型相结合，把科学计算的结果通过三维情景表现和动态的形式直观表现。

四、主要相关设备

遥测终端机集传统遥测终端机功能、2G/3G/4G全网通/NB-IoT短报文无线长距离传输功能、LoRa无线短距离传输功能于一体，实现水文/水资源/地灾监测/气象等数据的采集、存储、传输、显示、控制、报警及传输等综合功能，同时支持GNSS定位功能。该产品采用高性能的工业级32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供RS232、RS485、SDI、有线网口、4~20mA及0~5V模拟量输入、开关量输入、继电器输出和开关量输出接口，可满足各种不同应用的需求。该产品可广泛应用于各种信息化建设领域，如水文、水资源、水环境、水污染、山洪灾害、水库安全、大坝安全的远程测控领域。

视频遥测终端机集传统遥测终端机功能、4G路由器功能于一体，实现水文/水资源/地灾监测/气象等数据的采集、存储、传输、显示、控制、报警及传输等综合功能。该产品采用高性能的工业级32位通信处理器和工业级无线模块，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，同时提供RS232、RS485、SDI、有线网口、4~20mA及0~5V模拟量输入、开关量输入、继电器输出和开关量输出接口，可满足各种不同应用的需求。 

GNSS接收机是一种将来自全球导航卫星系统的信号接收、解算以及定位导航处理的设备。它能够接收全球范围内多颗卫星发射的信号,通过对这些信号进行解算和处理,提供高精度的位置、速度、时间等信息。GNSS接收机广泛应用于航空航天、地理测量、资源勘探、地质灾害监测、智能交通等领域。

低功耗无线倾角传感器是辰迈智慧自主研发低功耗、远程无线倾角传感器，针对户外无供电使用条件或无需时刻量测但必须定期检测物体姿态角度的行业应用而开发的低功耗远程NB-IOT双轴倾角传感器。传感器长期处于待机状态，待机功耗低至0.4mA。传感器根据用户设置的唤醒可定时上传数据到相关平台上，通过网络服务平台用户无需实地勘测便可知被测物体状态。设定角度阀值，当超过传感器检测到物体突发超出角度阀值时会主动唤醒设备并立刻上传信息。设定加速度阀值，当超过传感器检测到物体突发加速度超出设置的加速度阈值值时会主动唤醒设备并第一时间上传警报信息。该产品主要用于控制各种大型工程设施或设备状态监测，能够”实时”监控物体三轴倾斜状态。

北斗数传终端是针对北斗通信和4G通信应用推出的一款支持北斗RDSS/RNSS和4G通信功能的一体化终端。M20C-V31北斗数传终端内部集成了北斗多频天线、射频、基带以及主控等功能单元，可实现RDSS定位、短报文通信和RNSS导航定位等功能。同时M20C-V31型北斗数传终端内置4G模块，支持通过4G传输数据。除此之外，本产品内置RTU芯片，因此具有RTU的功能，如支持定时采集、上报数据；支持程序版本升级，且配置不丢失，完美兼容旧版本配置。

五、方案价值

桥梁轻量化结构安全监测系统不仅具备提升监测效率与精确度的能力，而且能够有效降低桥梁的运维成本。通过这种先进的监测技术，可以显著增强桥梁的安全性能，确保桥梁结构的稳定性和耐久性。此外，该系统对于推动公路信息化建设也具有重要的意义，它能够为公路管理部门提供实时、准确的数据支持，从而实现更加智能化和精细化的桥梁管理。这种监测系统通常包括各种传感器和数据采集设备，它们能够24小时不间断地收集桥梁的运行数据，包括但不限于应力、应变、位移、振动等关键指标。通过这些数据的分析，可以及时发现桥梁潜在的问题和损伤，从而采取预防性维护措施，避免重大事故的发生。同时，轻量化设计使得安装和维护更加便捷，减少了对桥梁结构的额外负担，进一步提高了监测系统的可靠性和桥梁的整体安全性。