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1、物联网技术在桥梁安全监测中的应用摘要：文章以桥梁为例，阐明了物联网技术可以让桥梁拥有感知，并简单介绍 了桥梁安全监测中常用的传感器类型及其主要作用。最后简述了物联网技术在桥 梁安全监测中常见的组网方式、数据传输及数据处理过程。关键词：物联网；在线监测；桥梁；传感器 目前，每年全世界建造的大跨度桥梁中，有一半以上在中国，在世界桥梁四 大桥型排行榜上，中国在梁桥、拱桥、斜拉桥三种桥型中位居世界第一，悬索桥 也位居世界第二。此外，随着国家经济的发展以及城市化进程的加快，公路桥梁 的建设发展成为解决城市交通拥堵的重要交通基础设施 1-2。然而桥梁建成之后 受环境、气候等自然因素以及日益增多的车流及超重
2、车辆的影响，加剧了我国桥 梁的老化速度，桥梁的安全性和耐久性逐年降低3-4。为防止安全事故的发生， 我们迫切希望得到桥梁的健康数据，以此来评估桥梁的安全状况。然而普通的人 工检测，不仅周期较长，而且多数检测点多在拱顶、桥塔、箱梁等需要特种车辆 才能到达的位置。人工检测远无法满足众多桥梁的检测需求，更无法实现对桥梁 的连续监测。1 物联网技术物联网顾名思义就是连接物品的网络，即通过各种传感技术和各种通讯手段， 将任何物体与互联网相连接，从而实现远程监视、自动报警、控制、诊断和维护， 进而实现“管理、控制、营运”一体化的一种网络5。桥梁作为无生命的物体并不 能像人和动物一样可以把自身的疾苦告诉我们
3、，更不可能上传到网络。我们想要 了解到桥梁的安全状况就必须借助于传感设备，以此来帮助我们感知桥梁的疾苦， 让无生命的桥梁拥有动物的感知。传感器可以将感知到的桥梁信息通过网络上传 到互联网，同时人们可以通过网络向传感器下达命令，从而实现信息的互联互通。 物联网的发展将使得万物拥有感知。2 信息传感设备 信息传感设备即用来感知桥梁健康数据的监测设备，就是我们通常所说的传 感器。在桥梁安全监测中，针对不同的桥型，应用的传感设备也有所不同。一般 常见的传感器主要有振弦式表面应变计、磁通量传感器、盒式测斜仪、GNSS、振 动传感器、温湿度传感器、裂缝计、风速风向仪、过载监测等。（1）振弦式表面应变计 振
4、弦式表面应变计弹性模量小，与被测物体的随动性好，主要用于钢结构桥梁、混凝土桥梁等，监测结构物表面的应变量。桥梁因损坏以及温度变化导致的 应变均会被感知。（2）磁通量传感器 磁通量传感器是一种基于磁致弹性效应原理的传感器6-7，该传感器可以有效的测量缆索的受力，是一种无损检测技术。该传感器主要安装在缆索上，用于 监测缆索的受力状态。（3）盒式测斜仪盒式测斜仪是一种基于MEMS技术开发生产的高精度双轴倾角传感器。主要 安装在桥塔、高墩上，用于桥塔倾角的长期自动化监测。（4）GNSSGNSS即全球导航卫星系统定位，主要通过接收卫星信号来计算所处位置的水 平和竖向位移。主要用于监测拱顶、塔顶以及桥面的
5、位置偏移。(5) 振动传感器 振动传感器安装在箱梁内部，用于测量桥面因车流等变化引起的振动。(6) 温湿度传感器 温湿度传感器主要安装在箱梁内部及外部桥体上，感知温度、湿度的环境变 化。(7) 裂缝计 桥梁投入使用后，因环境变化以及载荷作用，在混凝土表面会产生大小不同 的裂缝。为监测裂缝变化，确保桥梁安全，裂缝计一般安装在桥体上已有的裂缝 处，对裂缝进行实时监测。通过在桥体上安装传感器设备，使得桥梁拥有像人一样的感知功能。3 组网传输方式组网设备主要由服务器、DTU、采集仪和各类传感器组成。服务器主要用于 下发指令、接收桥梁信息数据；DTU主要用于接收服务器的指令、向采集仪下传 指令、接收采集
6、仪回传的数据并将数据发送给服务器；采集仪主要用于采集传感 器数据。整个信息的采集将由服务器发出采集指令下发给DTU，DTU接收到采集 指令后下发给采集仪，采集仪接收到指令后开始对各个传感器进行数据采集工作 采集到的信息由采集仪回传给DTU，再由DTU上传至服务器，完成整个信息的采 集。DTU与服务器之间一般采用蜂窝网络通信。DTU、采集仪及各类传感器之间 一般采用信号线现场组网，三者之间通过信号线上传和下达信息。示意图如下：4 数据处理与系统控制 传感器可以将应变、温度、力等非电量数据的变化转化为电流或电压信号的变化，使得非电量的数据得以被感知和传输。这些电流或电压的变化经过采集仪 初步处理后
7、通过DTU上传至服务器。服务器接收到经采集仪初步处理的数据后通 过软件内置的计算程序输出所需要的数据。例如：振弦类传感器，由于回传的数 据是传感器内钢弦的振动频率，并不能直接使用，故需要将频率数据转化为应变 值。通过服务器端已经编写好的计算程序可将回传的频率数据转换为应变值，这 样就完成了数据的后期处理。整个系统搭建好之后，可以在服务器上安装编写好的控制程序，通过程序控 制定时自动发出指令、接收数据，从而实现数据的在线监测和实时监测。随着时 间的推移，桥梁的健康数据不断的被积累下来，为后期的安全评估提供了重要的 依据。当回传的数据超出安全值时可以及时预警，避免灾难的发生。5 小结 物联网技术的
8、发展让传感器和互联网基本替代了传统的人工检测方式，完成了人工检测难以想象的工作量，实现了桥梁安全的在线监测和实时监测。参考文献1 王文江.大数据、物联网技术在智慧城市中的应用J.通讯世界,2018(03):1-2.2 张明.基于移动通信网络的物联网应用研究J.中国新通信,2017,19(18):128. 黄侨，任远，许翔，刘小玲.大跨径缆索承重桥梁状态评估的研究现状与发展J.哈尔滨工业大学学报,2017,49(09):1-9.何磊.基于物联网的桥梁健康监测系统研究D.重庆交通大学,2016.张纯，李蕾，夏海山.城市规划视角下智慧城市的审视和反思J.国际城市规 划,2016(01):19-25.修成竹，任亮，李宏男.自感式拉力传感器理论模型与实验研究J.仪器仪表学 报,2016,37(12):2797-2804.7邵磊，冯志敏湖海刚.基于旁路结构的磁弹效应索力传感器研究J.传感技术 学报,2015,28(07):997-1002.作者简介张亮(1988-)，男，河北邢台人，助教。E-mail:1098308148。
物联网技术在桥梁安全监测中的应用
