苏州公路创新开展智慧型桥梁长期监测技术应用研究

近日，省厅公路局在南京组织有关专家，对苏州市公路管理处与同济大学联合申报的“智慧型桥梁长期监测技术应用研究”中期成果审查。
近二十年以来，国内、外用于监测和评估现役桥梁的结构健康监测技术已经取得了长足的进步。长期的结构健康监测系统已经在欧洲、美国、加拿大、日本、韩国、中国以及其他国家的大型桥梁上得到实践。
鉴于世界范围内现役桥梁的健康监测系统存在的诸多不足以及桥梁运营管理者对桥梁健康状态进行实时评估的迫切需求，研究首先提出了有别于传统健康监测系统中的传感器布置策略，将重点监测的部位聚焦于中、小型桥梁结构中的最重要的传力构件--支座和锚头。通过对支座和锚头的受力监测，不仅能对桥梁上通过的交通荷载进行实时的识别，而且能够对预应力钢筋混凝土桥梁结构损伤的部位及其程度进行实时的评估，弥补了常规健康监测系统中监测点布置不够合理的缺陷。
本研究首先将这些常规的支座和各类常规的锚头进行智能化升级，使其成为能够对支座和锚头的内力变化进行实时监测的工业级无线低功耗的传感器模块，这如同激活了桥梁结构中类似人体内的“神经中枢”，这样就能将实时采集所关心的结构响应信息；其次，运用桥梁结构健康监测系统的物联网技术，对于每一个传感器模块可以与处理器模块、无线通信模块以及能量供应模块连接起来组成一个传感器节点。它具有传统网络节点和路由器的双重功能，不仅能收集和处理本传感器模块采集到的数据信息，还能够对其它节点转发来的数据信息进行存储、融合和转发。它的缺点是数据处理能力、存储能力和通信能力相对较弱，并且电池能量较小。如果支座和锚头传感器的数据采样频率不高，依然能够满足要求。最终将每座桥梁的所有传感器节点连接到数据处理能力、存储能力和通信能力较强的汇聚节点，相当于建立了一个局域网，它负责连接局域网与外部商业运营的网络。这样就可以将指定区域内的所有座桥梁纳入到一个大的物联网系统中去，实现了桥梁健康监测功能的物联网化；最后，在大数据环境下采用具有机器学习能力的交通荷载识别系统和桥梁结构损伤诊断系统对桥梁结构上实时通过的交通荷载以及桥梁结构的健康状况进行实时的识别和评估。
专家组认为，本课题针对中、小桥梁长期监测的需求，将普通桥梁预应力锚头进行智能升级，拟实现对桥梁受力状况的在线监测与评估，对中、小桥梁的安全运营具有重要的意义。课题在充分调研国内外相关资料的基础上，开发并在实际桥梁中安装了智慧型的锚头传感器；建立了包含智能锚头的有限元模型，实现了实时的数值仿真功能；开发了用于锚头实测数据分析的app软件。 按照本研究提出的基于物联网技术的桥梁结构健康监测系统的思想，与传统的结构健康监测系统相比，不仅能有效地减少传感器的安装数量，大大降低了健康监测系统的成本，还能够对指定区域内所有桥梁结构的交通荷载及其健康状况进行实时识别和评估，实现了指定区域内路网层面桥梁结构安全监测与评估的在线管理，节省大量的人力和物力资源，也能为未来智能交通工程的绿色、可持续发展打下坚实的基础。


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