物联网背景下桥梁健康监测系统分析

（中电建冀交高速公路投资发展有限公司，河北石家庄050000）

目前，在桥梁安全监测领域仍主要趋向于传统结构检查，对于内部结构及临界反应数据不易察觉，安全事故发生的风险难以消除，为此基于物网联技术的实时监测系统应用，对桥梁持续安全运行具备重要的应用价值及现实意义。

一、物联网及其应用价值

（一）物联网概述

物联网（TheInternetof Things，IOT）诞生于网络信息时代，也是当代信息技术的重要体现。物联网提倡“万物互联”概念，即利用信息传感系统，包括射频识别系统（RFID）、传感网络、红外感应器、激光扫描器、GPS全球定位系统等，在通信协议的融合传输下，实现信息数据的实时生成与交互，从而发挥系统化、智能化的识别、定位、跟踪、监控及管理结构。不断打造社会整体布局下的物联网网络，进而完成社会系统的整合、管理及控制。

（二）物联网的价值

物联网技术的出现本身源于社会需求。在智慧城市建设进程中，将物联网应用于桥梁健康监测系统，可以真正地实现数据的实时化、自动化、集成化及网络化，尤其是重要的现代化桥梁设施，能够形成全方位的安全监测与保障，全面获取桥梁相关的安全数据，以保证桥梁时刻处于良好的运行状态，并在提升桥梁安全性的同时，节约大量的桥梁维护及管理经费。同时，现代物联网技术在桥梁健康监测中的应用，不仅是满足智慧城市建设的需求，更是适应未来社会发展的大势所趋。

二、物联网背景下桥梁健康监测系统应用

（一）桥梁健康监测系统方案

桥梁健康监测系统主要依托物联网技术，在不同感知节点传感器支撑下，快速获取桥梁运行的状态信息，以满足对桥梁健康监测的需求。该系统的设计方案主要以无线传感器网络（WSN）为基础，在其低成本、低功耗、灵活高效特点下，适应于各种应用场景下的监测，因此在桥梁监测系统的构建上，可以选择大范围部署传感节点的方式，以提升运行数据采集的深度与广度，从而为系统提供更全面的基础数据，并利用实时无线传输技术向搭建的健康监控云平台传递数据，最终完成对桥梁安全运行的评估及预警。系统方案如图1所示。

图1 桥梁健康监测系统设计方案

（二）桥梁健康监测系统功能应用

物联网技术的优势日益显现，在完成整体网络的构建的基础上，还完善了各子系统，提升了自身的功能性及实效性。为适应桥梁健康监测系统的应用需求，桥梁健康监测系统主要包含了传感器系统、数据采集与传输系统等，具体功能分析如下：

1.传感器系统

对于桥梁健康监测而言，由于影响桥梁安全的因素较为复杂，因此在传感器系统的应用上，应充分考虑和满足对各类因素的监测。从传感器的具体应用上看，一是荷载监测，主要监测风、地震等自然因素，采用的传感设备为风度仪及强震仪。风度仪主要记录风速、风向等信息，并依托所收集的数据绘制风功率谱，强震仪用于对地震作用的评估。二是表面形貌监测，重点是收集桥梁的静态、动态位置信息，及时发现桥梁的沉降、倾斜及位移，传感器主要选择位移计、倾角仪、GPS及监控器等。三是结构强度监测，桥梁结构强度是安全的基础，对应变、应力、索力、动力反应、扭矩等监测尤为关键，一般选择应变仪、测力计等来实现。四是振动监测，监测结构的振动、冲击、机械导纳及模态参数等。

2.数据采集与传输系统

基于物联网技术下的桥梁健康监测系统，核心功能是传感信息数据的采集与传输，借助对相关信息数据的分析及处理，能够及时获取桥梁的结构形变、结构环境及动静态影响振弦、电流电压等信号，并进行大数据存储及处理，从而反馈桥梁健康监测状态。信息的传输主要依赖于通信线缆等设备完成，快速、便捷、实时的应用特征使监测数据的获取更为高效，大幅提升了桥梁健康监测的实效性。

（三）数据处理与应用系统

桥梁健康监测系统的应用，需要完成信息生成、传输、获取、处理及反馈等一系列过程，要求系统具备强大的数据处理能力，以及建立完成的反馈系统，最终形成桥梁健康监测的闭合回路。

1.数据智能处理

在物联网技术不断更新的背景下，智能化的数据处理已经被广泛应用，在数据采集系统及传感系统的共同作用下，为桥梁健康监测系统提供了海量的监测数据，这些信息也是对桥梁健康状态的集中反映，因此数据信息智能化处理尤为关键。针对桥梁健康监测系统数据的复杂性特点，主要依托大数据处理功能优势，借助专业的数据分析处理软件，对各个传感监测节点实施处理，并根据数据的特征进行优先权限评定、分类分时段处理，完成对数据的智能选择及过虑，提升数据处理的智能化水平和监测效率。

2.安全预警与损伤识别

为适应桥梁健康监测的安全需要，在系统的设计中需设定桥梁安全参数，当所采集的数据中应变、挠度、倾角、支座位移、桥梁固有频率超过阈值时，系统可以迅速预警，根据数据变化的程度可划分为红、橙、黄等级别。如在桥梁受外力撞击或地震等影响时，系统的小波包能量损伤预警功能，可以充分发挥其适用性、敏感性和噪声鲁棒性优势，快速对桥梁结构损伤实施评估，依据桥梁的基频、振型发生变化确定损伤的时域，并借助神经网络法识别损伤。

3.结构评估及决策辅助

结构评估是系统中的重要功能之一，它利用分层综合评估法，分析对比大量的桥梁结构监测信息数据，包括静位移、动挠度、支座位移、倾角、应变、加速度、频率等方面，从全局性、综合性的角度对其功能作出判断，参照评分标准及权重进行评估。与此同时，相关部门在获取桥梁完整的监测信息数据后，借助MIDAS模型实施分析，以获取最终的桥梁安全参数，并以预警信号及评估结果作为决策辅助，快速启动应急响应机制，为桥梁养护及管理部门提供维护建议。

三、结语

综上所述，网络信息时代的发展，使物联网的“万物互联”理念获得认同，也推动了其在各领域中的深度应用。在桥梁健康监测系统的实践中，物联网所展现的应用优势日益明显，逐步改善了桥梁的安全运行状态，确保了健康监测信息的实效性及智能性，满足了社会在安全领域上的需求。与此同时，为更好地发挥监测优势，还应进一步提升系统的智能化水平，完善和丰富监测功能，为桥梁安全运管及管理提供有力支撑。