才茂通信橋梁遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用方案

▋概述

橋梁作為交通運(yùn)輸?shù)闹匾M成部分，隨著我國(guó)交通事業(yè)的發(fā)展，其安全性、耐久性和正常使用功能，越來(lái)越被人們所關(guān)注。我國(guó)是個(gè)橋梁大國(guó)，據(jù)交通部最新數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2020年末，中國(guó)現(xiàn)代橋梁總數(shù)超過(guò)100萬(wàn)座。影響橋梁的因素居多，人為因素、車輛長(zhǎng)期超載、材料自身退化、自然災(zāi)害等，導(dǎo)致現(xiàn)役橋梁出現(xiàn)承載力降低、結(jié)構(gòu)受損等各種病害，同時(shí)缺乏及時(shí)到位的管理養(yǎng)護(hù)。損傷如果不能及時(shí)得到檢測(cè)和維修，輕則影響行車安全和縮短橋梁使用壽命，重則導(dǎo)致橋梁突然破壞和倒塌，而過(guò)去檢查橋梁病害，全憑人工巡查，效率不高，也不夠精準(zhǔn)，傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)手段越來(lái)越不能滿足變形監(jiān)測(cè)要求。因此，建立一套針對(duì)橋梁的智能在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的損傷顯得尤為迫切。

▋系統(tǒng)應(yīng)用概述

為實(shí)現(xiàn)橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保障橋梁安全，才茂聯(lián)合橋梁監(jiān)測(cè)平臺(tái)相關(guān)企業(yè)，推出橋梁遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，根據(jù)橋梁實(shí)際情況結(jié)合高精度北斗形變監(jiān)測(cè)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)，物聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁沉降、位移、傾斜、撓度等變形的自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)預(yù)警，一旦變形量指標(biāo)超標(biāo)，監(jiān)控中心聲光報(bào)警，同時(shí)短信、通知到相關(guān)負(fù)責(zé)人橋梁形變危險(xiǎn)狀況，提前做相應(yīng)處理，避免大橋?yàn)?zāi)難性事故的發(fā)生，指導(dǎo)預(yù)防式維修管理。

▋系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

橋梁安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是由四大部分組成：數(shù)據(jù)采集設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備、橋梁監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)、預(yù)警終端等系統(tǒng)組成。通過(guò)采集到的橋梁沉降、傾斜度、振動(dòng)大小、撓度、位置等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳到橋梁監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁變形、受力、環(huán)境等全自動(dòng)化在線監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握橋梁運(yùn)行狀態(tài)。

（1）數(shù)據(jù)采集終端：通過(guò)在橋梁的相關(guān)部位加裝壓差變形測(cè)量傳感器、盒式固定測(cè)斜儀 、表面式應(yīng)變計(jì)/內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)、磁通量傳感器、振動(dòng)傳感器 、GNSS、溫濕度傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、雨量計(jì)等各類儀器儀表對(duì)橋梁重要數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的采集，同時(shí)可在橋梁入口、橋面加裝壓力傳感器以及攝像頭設(shè)備等動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)對(duì)超載車輛進(jìn)行鎖定，及時(shí)對(duì)超載車輛進(jìn)行攔截，并且可以實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)橋梁總載重量。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備：能實(shí)現(xiàn)橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)全天候不間斷的采集，利用才茂CM520 工業(yè)4G路由器將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程傳輸，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程控制中心進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及存儲(chǔ)，方便控制中心通知相應(yīng)管理人員對(duì)突發(fā)狀況進(jìn)行處理。

（3）橋梁監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)：實(shí)現(xiàn)對(duì)所有終端產(chǎn)品的集中、統(tǒng)一的監(jiān)控管理和遠(yuǎn)程運(yùn)維，橋梁巡查人員無(wú)需去現(xiàn)場(chǎng)即可查看到橋梁的運(yùn)行狀態(tài)，節(jié)省了人員成本

（4）預(yù)警終端： 通過(guò)軟件對(duì)監(jiān)測(cè)參數(shù)的實(shí)時(shí)在線分析，系統(tǒng)檢測(cè)到設(shè)備有異常狀態(tài)，通過(guò)短信報(bào)警，提醒相關(guān)人員采取措施，預(yù)防事故發(fā)生。

▋主要監(jiān)測(cè)內(nèi)容

（1）結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)：主要有梁體線性變形等；

（2）結(jié)構(gòu)應(yīng)力（應(yīng)變）監(jiān)測(cè)：橋梁重要部位（橋梁跨中關(guān)鍵部位等）靜態(tài)的應(yīng)力（應(yīng)變）測(cè)試；

（3）結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性與振動(dòng)水平：主要有橋梁振動(dòng)特性的測(cè)試與分析；

（4）結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測(cè)：橋梁重要部位的結(jié)構(gòu)溫度測(cè)試；

（5）伸縮縫/裂縫監(jiān)測(cè)：主橋伸縮縫的變化及箱梁內(nèi)裂縫變化；

（6）環(huán)境監(jiān)測(cè)：監(jiān)測(cè)大橋箱梁內(nèi)及橋面所處環(huán)境的溫濕度等；

▋網(wǎng)絡(luò)設(shè)備介紹

工業(yè)級(jí)4G/3G/2G WIFI無(wú)線網(wǎng)關(guān)，是一款帶無(wú)線局域網(wǎng)WIFI，1個(gè)WAN口，4個(gè)以太網(wǎng)口RJ45接口，工業(yè)級(jí)設(shè)計(jì)的無(wú)線網(wǎng)關(guān)。設(shè)備應(yīng)用于中小企業(yè)上網(wǎng)，家庭上網(wǎng)以及工業(yè)設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸。設(shè)備支持局域網(wǎng)WIFI功能（802.11 a/b/g/n）和廣域網(wǎng)3G/4G/WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能，同時(shí)系統(tǒng)加載了廣域網(wǎng)通信VPN隧道、WIFI局域網(wǎng)傳輸?shù)陌踩J(rèn)證等安全功能，實(shí)現(xiàn)無(wú)線局域網(wǎng)和無(wú)線廣域網(wǎng)的無(wú)縫連接，為用戶提供高速、安全、可靠的移動(dòng)寬帶服務(wù)。設(shè)備采用高性能的工業(yè)級(jí)MIPS通信處理器，以嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)為軟件支撐平臺(tái)，系統(tǒng)集成了全系列從邏輯鏈路層到應(yīng)用層通信協(xié)議，支持VPN（包括PPTP+L2TP+MPPE和IPSEC+GRE）,IPTABLE防火墻，靜態(tài)及動(dòng)態(tài)路由，PPPOE，PPP server及PPP client，DHCP server及DHCP client，DDNS，防火墻，SNAT/DNAT，DMZ主機(jī)，WEB配置，支持APN/VPDN，支持上電自動(dòng)撥號(hào)，自動(dòng)維護(hù)通信鏈路，保證鏈路永遠(yuǎn)在線，支持自動(dòng)定時(shí)上線和下線，定時(shí)開(kāi)關(guān)機(jī)等功能。

產(chǎn)品功能：

? 在線維持專利技術(shù)：智能防掉線，在線檢測(cè)，在線維持，掉線自動(dòng)重?fù)埽惓Ｗ詣?dòng)復(fù)位，確保設(shè)備永遠(yuǎn)在線。

? 三層系統(tǒng)保護(hù)：在原來(lái)兩級(jí)（軟件保護(hù)+CPU內(nèi)置看門狗WDT保護(hù)）系統(tǒng)保護(hù)的基礎(chǔ)上，增加一級(jí)系統(tǒng)虛擬值守VWM（Virtual Man Watch）檢測(cè)保護(hù)功能，確保系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

? UIM/SIM卡ESD保護(hù)：1.8V/3V/5V標(biāo)準(zhǔn)的推桿式用戶卡接口，內(nèi)置15KV ESD保護(hù)。

? 串口ESD保護(hù)：串口RS232內(nèi)置15KV ESD保護(hù)。

? 金屬外殼：采用金屬外殼，防輻射，抗干擾；外殼和系統(tǒng)安全隔離，防雷設(shè)計(jì)；符合電力安規(guī)要求；防護(hù)等級(jí)為IP41；特別適合于環(huán)境惡劣的工業(yè)控制領(lǐng)域。

? 所有無(wú)線模塊都有通過(guò)CGD認(rèn)證或者FCC認(rèn)證或者CE認(rèn)證。

? 高速處理CPU：采用高速的工業(yè)級(jí)CPU，可以更加高速地處理各種協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換；解決了業(yè)內(nèi)“假在線”、“假死機(jī)”、“當(dāng)機(jī)”等疑難問(wèn)題。

? 內(nèi)存管理MMU：新款CPU 帶內(nèi)存管理MMU，可以防止系統(tǒng)內(nèi)存異常問(wèn)題導(dǎo)致的系統(tǒng)不穩(wěn)定現(xiàn)象。

? 超大內(nèi)存：FLASH 128Mbits，SDRAM 1GMbits，有超大的內(nèi)存來(lái)緩存客戶發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)接收超大數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)不丟失。

? 完善的協(xié)議棧：新系統(tǒng)加載了完善的TCP/IP協(xié)議棧，采用了完善的TCP/IP協(xié)議棧；使網(wǎng)絡(luò)通信性能優(yōu)異，掉線概率極大降低。

? EMC性能優(yōu)異：通過(guò)電力3000V電擊測(cè)試，特別適合在工業(yè)領(lǐng)域環(huán)境惡劣下使用；系統(tǒng)EMC/EMI優(yōu)異，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

▋監(jiān)測(cè)意義

（1）建立橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，為橋梁的長(zhǎng)期安全運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持；

（2）提供專屬橋梁云資源服務(wù)，適應(yīng)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、分析要求；

（3）建立遠(yuǎn)程控制監(jiān)測(cè)系統(tǒng),通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)發(fā)送日?qǐng)?bào)表,及時(shí)了解大橋的運(yùn)行情況及各測(cè)點(diǎn)的特征值和預(yù)處理結(jié)果。

（4）通過(guò)大量的特征值和實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的分析，實(shí)現(xiàn)橋梁損傷識(shí)別，并建立實(shí)用的安全評(píng)估和預(yù)警系統(tǒng)。

（5）積累橋梁狀態(tài)數(shù)據(jù),為大橋長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)和養(yǎng)護(hù)、維修提供必要的決策依據(jù)。

（6）為同類橋梁的健康監(jiān)測(cè)、設(shè)計(jì)和養(yǎng)護(hù)維修提供寶貴經(jīng)驗(yàn),推進(jìn)橋梁健康監(jiān)測(cè)的發(fā)展。

▋典型應(yīng)用

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的大型、特大型橋梁進(jìn)入了人們的視野， 橋梁結(jié)構(gòu)逐步向輕巧、纖細(xì)方面發(fā)展，與此同時(shí)橋梁的載重、跨徑和橋面寬度不斷增長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)形式不斷變化。建立的智能化、信息化、自動(dòng)化的橋梁在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能夠全面掌握橋梁施工、運(yùn)營(yíng)的安全狀況，為橋梁建設(shè)、日常養(yǎng)護(hù)、管理和突發(fā)事件應(yīng)急處置發(fā)揮巨大作用。橋梁運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)也變得越來(lái)越重要，未來(lái)才茂將不斷進(jìn)行通信技術(shù)創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)，助力橋梁安全運(yùn)營(yíng)。