传感测量技术在桥梁施工现场监测中的应用研究

陈春江

摘要：文章立足于桥梁施工现场监测中的各类需求，分析了建立施工现场监测系统的必要性，介绍了传感測量技术的主要架构与核心功能，完成了基于传感测量技术的桥梁施工现场监测系统设计与工程验证工作，证明了无线传感技术应用于桥梁施工现场监测系统的可行性。

关键词：传感测量;施工;监测;研究

中图分类号：U446 文献标识码：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.032

文章编号：1673-4874（2019）07-0102-03

0引言

桥梁工程现场施工中所涉及的工序众多，施工人员、施工设备等都需要统筹部署，对桥梁工程现场施工的有效监控与管理能够在一定程度上提高桥梁工程的整体质量及安全性。而如何对桥梁工程的施工现场进行高效、精准地监测是当前各路桥施工企业所面临的首要问题。传统的桥梁施工现场监测主要依靠施工监理人员来完成，这种人为的施工现场监测方式很难保证监测数据的真实性和有效性，使监测出现偏差的偶然性较大。为此，对于桥梁工程庞杂的施工现场环境，应建立高效、稳定、精准的施工监测系统。传感测量技术是伴随着计算机和网络技术而发展起来的一种新型技术，由于其具有高效、稳定、精准的数据监测功能，使其工程应用的范围十分广泛。本文研究了传感测量技术的主要架构与功能，分析了建立桥梁施工现场监测系统的必要性，完成了基于传感测量技术的桥梁施工现场监测系统的设计工作，并通过工程案例进一步证明了该系统在桥梁工程施工现场监测中的实际性能。

1传感测量技术核心架构与主要功能分析

1.1核心架构

传感测量技术是计算机和网络技术高速发展后的产物，它通过部署在现场的大量传感器，实现数据的实时采集和上传功能，控制主机对上传的数据进行搜集、存储、分析和处理。传感器类型有温度传感器、压力传感器以及液位传感器等，视工程的需要选取合适的传感器。传感器也被称为测量节点，因为传感器是负责进行数据采集的，传感器与后台控制主机之间的连接需要通过特殊的网络协议和网关进行设置。常见的网络协议有802.3协议等，另外还有TCP/IP等信息传输协议。在实际工程应用中应根据具体的网络配置和接口方式选择合适的网络通信传输协议。传感测量技术的核心架构如图1所示。

1.2主要功能

进行数据的实时采集是传感测量技术的主要功能，通过部署的各类型传感器，实现数据实时、准确的采集功能。各传感器之间通过通信规约（通信协议）与无线网络连接，将采集到的数据上传至控制主机的数据库中。数据库根据所采集到的现场施工数据类型可分为结构型数据库和非结构型数据库。结构型数据库主要存放施工文本信息;非结构型数据库主要存放施工过程中所产生的音视频等管理信息。

无线传感技术一般通过较为便利的手持终端设备来实现数据的质量分析过程，也可待上传到控制主机后进行统一分析、处理。无线传感技术所依托的信息通信架构主要有WIFI、蓝牙、UWB以及ZigBee等技术。WIFI通过无线路由的方式在信号覆盖范围内接入用户实现联网，具有覆盖范围广、传输速度快等优点。蓝牙作为一种近距离无线网络通信技术，可在一定程度上简化各类移动设备之间的通信过程。UWB是超宽带网络通信技术，具有抗干扰能力强、加密性好等优势。ZigBee属于近距离、低功耗的无线网络通信技术，具有功耗低、可靠性高等特点，在工业控制和远程监测领域使用较为常见。常用的信息通信架构优势对比分析如表1所示。

2建立桥梁施工现场监测系统的必要性

桥梁施工现场监测系统能够实现全天候的无人值守监测功能，对桥梁施工现场各个角落的施工状况能够全面掌握。监测系统不依赖于操作人员的经验和技术水平，可长期保持稳定的运行工况，降低了因人为因素而导致的监测数据混乱的情况发生。从工程成本预算的角度来看，建立桥梁施工现场监测系统能够节省人员的经费开支，对于控制工程的总预算具有重要作用。因桥梁施工现场部分位置的特殊性和危险性，某些施工区域是工程监理人员无法触及的盲区。而施工现场监测系统部署有大量的传感设备，这类设备在现场危险区域仍可随时工作，对现场环境条件的依赖性较低，能够实现自主的闭环运行过程，且采集到的数据具有较高的准确性和连续性，为工程数据分析提供了较为可信的数据结构，对于桥梁施工现场具体情况的把握和下一阶段施工方案的制定起到了基础支撑作用。因此，建立桥梁施工现场监测系统显得尤为必要。

3基于传感测量技术的桥梁施工现场监测系统设计与应用

3.1系统功能需求分析

桥梁施工现场监测系统功能需求分析如表2所示。

（1）可靠性

可靠性是指监测系统能够持续、稳定地运行，不能发生因施工环境而引起的宕机情况，能够在规定时间内实现施工现场环境的持续、稳定监测功能。

（2）低功耗

低功耗是指监测系统的能耗级别应符合行业标准规范要求，具有较好的综合能效，为施工企业节约能源消耗。

（3）易维护

监测系统应能够便于维护，当系统出现故障时，能通过零部件简单的更换或修理便可继续工作，缩短维护时间、降低维护成本。

（4）成本低

监测系统的软硬件更新换代较快，为此，企业无需投入昂贵的费用来设计或研发此类系统。根据各企业自身实际需求，建立相应的施工现场监测系统。

3.2监测系统应用研究

以南宁市某公路斜拉桥施工现场的监测工作为例，通过部署多个位移和角度传感器，来分析该桥梁在施工过程中桥体结构发生的位移和角度变化。

3.3监测结果与分析

将本文所研究的基于传感测量技术的施工现场监测系统应用于南宁某大桥斜拉桥的施工现场监测中。工程试验中主要进行了斜拉桥空心板位移和角度在施工前后变化信息的监测工作（如图2～3所示）。

由图2、图3对比可知，该斜拉桥施工过程中保持了桥体纵轴线恒定不变，空心板Z1、Z3在施工过程中的角度呈对称状态，空心板z1施工后位移稍有变化。该监测系统也给出了该斜拉桥BMl～BM4的具体锚固位置，可见位移和角度传感器在该试验中起到了关键性作用。试验结果表明，本文所研究的基于传感测量技术的桥梁施工现场监测系统能够满足实际现场施工中的监测需要，具有一定的工程推广意义。

4结语

无线传感技术在当今诸多工程领域中应用广泛，其数据采集的准确性和精度是其大范围应用的优势，且其对于较为恶劣的施工现场环境仍能够良好适应。本文将无线传感技术应用到桥梁施工现场监测系统中，通过位移传感器和角度传感器的有效布置，对南宁市某桥梁的斜拉桥空心板在施工前后的状态变化进行了有效监测，论证了本文提出的基于传感测量技术的桥梁施工现场监测系统的实际功能。