桥梁结构监测中物联网技术的应用

桥梁结构监测中物联网技术的应用知识点：物联网（The In terne t of Things，简称IOT ）是指通过各 种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器 等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程,采集其声、光、热、电、力学、化 学、生物、位置等各种需要的信息，通 过各类可能的网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和 过程的智能化感知、识别和管理。阳療尸4交通市政魁行业 g轨道殳通rv古建文歿 城市背廊l人坝边谨育H金W数据H锯传辑数据显示，国内目前铁路营运里程 12.9万公里，桥梁20万座；公路 总里程14.26万公里，82.55万座桥梁；还有其他2万余座水电站、200 多个机场等大型公共基础设施。这些基建中，并非全部都有完整的安全监 测系统；并且，在新基建的加持下，相关监测系统的需求和市场将越来越 大。事实上，类似解决方案已在上海、武汉等地施行，物联网技术在结构 监测领域的应用案例也屡见不鲜。具体来说，一个完整的物联网监测系统包括数据采集、数据传输、数 据中台及应用端。数据采集包括智能传感器、传感网和巡检终端等；数据传输包括LoRa、 NB-IoT等；数据中台包括数据管理、分析以及可视化平台；应用层则对 应了各类基建设施，如轨道交通、能源行业等安全性需求较高的领域。而桥梁作为连接现代交通的“咽喉”，一旦投入使用，就会进入不断 退化、老化的阶段。近些年，相关桥梁损害甚至坍塌事故，时刻提醒我们必须高度重视桥 梁健康检测与安全评估，以及危桥损伤检测和监控，争取消除隐患。所以, 对桥梁进行监测和评价，掌握其健康状况意义重大。桥梁结构的监测，成 为桥梁结构安全养护和保障正常使用的主要技术手段。但该过程仅靠人力是不可能的，费时费力费成本，且无法实时监测。 上文中提及的“南方澳跨港大桥21年未做独立检测”的现象绝非个例， 因此，物联网技术在远程桥梁结构健康监测中， 成为一个不可缺少的重要 环节。物联网技术应用于桥梁监测主要体现在两个方面一、应对货车超载在高架桥两端加装路面压力传感器，通过物联网获取车辆载重、类型 识别、违规车辆车牌等信息，在进行分级告警的同时，还可以统计路面总 体载荷。案例：交通设施智能管理平台已在上海投入试运营。今后，超载货运车一旦 违规驶上高架桥梁，桥上埋设的线圈会自动感知微小受力变化， 同步向智 能管理平台报警，从而实时监测每一座设施的荷载和运行状况。一旦有超负荷车辆出现，传感器将实时感应并向监控平台自动报警， 工作人员上报信息，由执法者对违规车辆及时处理。目前，这项技术已在 松江辰塔大桥试运作。二、对桥梁健康状况进行日常监测在大桥中植入若干不同种类的传感设备，设立汇集节点 /网关和实时 监测平台，利用LPWAN等技术无线传输监测数据并发送数据至汇集节点， 再将数据传入平台层进行储存、处理与分析，并根据分析结果及时采取应 对措施。比如，当桥梁极限承载力损失严重时，考虑将其拆除。案例：在武汉，中铁大桥科研院的技术人员为 42座桥梁安装15种、1929 个传感器，硬件设备更是达到了 25类、共3053套。技术人员通过这些传 感器和硬件设备对桥梁的结构安全（即应变、裂缝、位移、挠度、倾角、 温湿度）、车辆荷载（即车型、车速、车重、轴重、车长）、独柱墩匝道 倾覆及滑移（即应变、位移、倾角）、沉降及桥面线形（即挠度、GPS）等关键参数进行监测。桥梁的结构状况、基础沉降、车辆监测抓拍等各种监测数据将通过互 联网实时存储至数据中心服务器中，实现“一桥一档”的电子化户籍式管 理。其次，技术人员还将到现场对桥梁外观进行检查，并将结果通过手机 APP上传。各级管理人员或技术人员可通过任何一台电脑的浏览器或手机 APP登录访问，实时掌握这42座桥梁的健康状况，便于及时处理突发事 件、修复病害桥梁、确保桥梁运营安全。另外，“智慧桥梁”系统还能自动生成维修建议，并通过查阅系统中 的监控视频、检测数据，为事后追溯、索赔提供依据。物联网在结构监测中的应用当然，不只是桥梁，未来隧道、楼宇、轨道等各种结构物都开始进入 长期的运营使用阶段。但是，在各种自然界不确定外力及经济发展需求的 影响下，结构物超载疲劳运营的现象频发。然而，前期的设计、施工并不能确定结构物是否正常运营，这需要一 种更实时、快捷的方式对运营状态进行全面的精细化监测，尤其是对已经 服役多年的老旧结构物。结构监测前景大有可为中国结构监测的市场刚起步，结合物联网、智慧城市的发展，未来五 年有望产生数十亿的市场份额。同时，随着现有建筑物的逐步老化，市场 还会越来越大。鉴于传感器的生命周期一般为8年左右，所以这基本是 个无限循环的市场。如果新建筑物在施工阶段就采用物联网结构监测方 案，那么整个市场无疑会扩大更多。序号结构类飆现存数預估監测撈用（人民币:万元）合计（人民币:万元）1桥梁兀万座1O7jM7D0E26000km50 万/km30-(33如)3000km50万伽和亿斗体育號1000栋40万腸j10亿510000栋旳万/栋北亿610000栋30万/栋30S7高层建就数鹹大却万/栋千0R市场8地馬害1D万平来千亿SR市场例如，一座普通的200米桥梁，监测费用需10万左右，每公里隧道 监测费用5万左右，每公里地铁监测费用5万左右，一座体育场馆监测费 用100万左右，高层建筑监测费用30万左右。据统计，截止2015年，国内现有大小桥梁70多万座，隧道8000多 座（总长度4000多公里），地铁总长度超过3000公里，大型体育场馆上 千座，老旧建筑，高层建筑数量庞大，未来都将具有实时在线监测预警的 需求。同时，日益增多的地质灾害也是一个庞大的监测市场。犹记得2018年5月9日，成都高新区联合成都高新减灾研究所，在成都高新区 60个 社区启用地震预警“大喇叭”，通过社区广播、手机、电视等多途径，在 地震波到达前提前预警，为民众避险争取了宝贵时间。在虎门大桥“深呼吸”的同时，我们看到了物联网监测系统在旧基建 中承担的安全责任和担当。同时，我们也应当看到，在新旧基建需求同时 增加后，物联网市场将得到进一步扩张。