“北斗+物联网+大数据”构建智慧桥梁监测新体系

桥梁监测作为《城市运行管理服务平台技术标准》中燃气、供水、排水、供热、环卫、内涝、管廊、路面塌陷、建筑施工、危房、桥梁、隧道、人员密集场所等十三个风险专项监测中一个重要监测专项。桥梁作为城市生命线的重要组成部分，桥梁监测是城市安全运行监测预警中必不可少的一个风险监控因子。

桥梁健康监测是通过实时监测桥梁内在和外部指标，以及内部指标对外部指标的响应来判断其健康状况。系统一旦检测到大桥处于亚健康状态时，便会对“患病”部位发出预警，并适时告知管理者是否对桥梁结构加以调控。在出现紧急情况时，系统能够通过声、光、广播、通信等手段实现实时预警，从而有效减少因灾害造成的财产损失及人员伤亡。

一、总体建设思路

在运营期的健康监测中，应综合考虑其力学状态改变（内力、变形等结构静力响应和结构动力响应）及结构损伤，这两个方面互相联系、密不可分。大多数情况下，当结构损伤达到较为危险的程度时会引起结构状态的改变，也存在部分结构损伤不足以引起结构状态发生显著的改变，但仍然可能造成结构破坏（例如钢构件的局部变形导致失稳破坏）。因此，仅依靠传感器系统对桥梁结构的进行自动监测是远远不够的，需要采用多种技术手段，构建一个桥梁结构健康监测综合系统，全面掌握桥梁的健康状态，确保为桥梁的养护和维修提供科学的服务支持。

桥梁健康监测综合系统采纳了创新的“北斗+”思维，融合了北斗定位、物联网感知、大数据技术以及政府各部门业务平台，为城市桥梁监测构造了一个以“北斗+物联网+大数据”为核心的服务模式，通过北斗高精度定位服务，打造一个精密的定位服务生态。同时，室内采用UWB、WiFi、超声波、红外、RFID等先进技术，实现精准定位，旨在为各大中城市提供全面的户外桥梁监测解决方案。

二、总体建设目标

提高桥梁管理信息化水平。构建完善的桥梁电子化档案系统，确保每座桥梁都有其专属的档案和信息卡，实现“一桥一档”、“一桥一卡”的精细化管理。通过建立统一的桥梁管养平台，实现信息共享，通过系统能够实时了解区域范围内桥梁动态信息，并提供各种统计报告，为高层决策提供坚实的信息支持。

提高管养工作效率和科技水平。采用手机等移动设备进行日常巡检工作，做到数据录入规范化、巡检路径可追溯、数据自动归档、提供自动报表等，提高了工作流程的透明度和效率。通过监测系统的深入数据分析，能够了解桥梁结构的变化趋势，实施更为科学的预防性养护策略，确保桥梁的长期稳定与安全。

监测结构病害保障运营安全。对已发现的结构病害进行持续跟踪、自动化监测，分析病害的发展趋势，评估对桥梁结构安全的影响，一旦病害发展达到或超过设定的预警阈值时，系统能够及时提出维修建议。此外，对于可能对桥梁结构运营安全构成威胁的隐患部位，同样采取自动化监测，确保能够及时发现并处理问题，从而保证持续的安全运营。

为养护作业提供指导依据。监测系统积累大量的桥梁监测数据，以科学数据为基准，实时映射桥梁的健康状况。这些数据不仅为桥梁养护决策提供依据，也为日后的养护工作提供指南。通过整个监测系统收集的数据，并结合现场桥梁的实际情况，便于明确养护需求，合理规划养护费用，从而实现最佳的经济效益和资源利用效率。

三、系统监测内容

桥梁健康监测与安全监测主要涉及以下内容：

①确定大桥监测项目和各项目监测手段；

②筛选或研制合适的传感器、优化布置传感器；

③制定监测数据采集与传输策略；

④构造大桥健康监测数据库，实现数据存储的自动化和最优化；

⑤研究大桥人工检查子系统；

⑥研究针对大桥特点的损伤识别与安全评估方法；

⑦根据评估结果，为大桥检查与养护维护提供建议。

结合桥梁结构特点、测试技术水平及实际可行性，确定桥梁健康监测内容如下：

①环境与荷载：

◆温湿度

◆结构温度、车辆荷载

②结构几何状态：

◆主梁线型

◆主拱肋线性变化

◆基础沉降、桥梁墩台变位

③结构受力与损伤：

◆主梁、拱肋、拱角、墩台应力

◆吊杆索力

◆局部损伤检测

④动态特性与振动响应：

◆结构的频率、振型和阻尼特性，振动响应

四、系统建设方案

健康与安全信息数据的获取主要通过自动化监测数据采集和人工检测（包括定期测量和人工巡检）两种手段来实现。上海城勘信息科技有限公司（以下简称“城勘科技”）通过一系列创新的监测解决方案，为城市生命线管理工作提供了强有力的支持。这些解决方案涵盖了桥梁健康自动化监测系统、桥梁结构评估系统和桥梁灾害预警系统等，全方位地提升桥梁管理的信息化水平和安全性能。通过这一系列的监测解决方案的应用，城勘科技有效地助力城市生命线的管理工作，确保桥梁等关键基础设施安全稳定运行。

1、桥梁健康自动化监测系统

该系统主要为桥梁结构状态识别及部分损伤识别服务，负责采集所需要的关键数据。其子系统包括桥梁监测传感器、数据采集与传输系统以及数据处理与控制系统三大部分。具体而言，桥梁健康自动化监测系统具备以下功能：

①向结构状态及损伤识别子系统提供充足且精确的监测数据；

②实现数据的同步采集，以满足部分数据实时采集查看的需求；

③为满足长期稳定工作的要求，选择合适的传感器数量及布设位置；

④具备故障报警、定位功能，并能够有效控制故障影响范围；

⑤对监测数据进行校验及选择性存储；

⑥既可以按照既定程序自动采集数据，也支持在用户干预下进行数据采集

2、桥梁结构评估系统

桥梁健康状况主要通过综合考虑其设计信息、施工阶段信息、成桥鉴定信息、自动化监测系统以及人工检查结果来全面评估的。桥梁结构安全综合评估系统涵盖了模态识别分析与损伤识别、结构状态分级和红线预警、桥梁承载能力评估以及桥梁详细评估等多方面内容。桥梁结构评估系统通过相应的评价软件，完成数据分析与解释、结构健康状况评价、结果数据管理、生成结构健康状况报告等功能。

（文章转自城勘科技）