1、课题背景

传统人工桥梁监控方式存在的监测效率低、灵活性差、检测结果不严谨等问题,因此提出了基于物联网技术的桥梁监测系统。万物互联是当今智能城市发展的趋势,随着物联网技术的快速发展,对获取城市重要基础设施的实时状态信息提供了良好的契机。通过多种类型传感器和视频节点实时采集桥梁动态数据,而后通过无线多跳网络将感知数据汇聚传输至桥梁健康监测云平台进行处理和分析,从而实现对桥梁安全状况的实时监测、预警、分析与评估,对实际桥梁安全工程有重大意义。对海量桥梁运营监测数据的分析能够准确掌握桥梁健康状态,更好地为桥梁养护措施决策提供依据。对海量监测数据的分析,需要从各种时间尺度上进行挖掘和分析。面对庞大监测数据集,传统方法未能充分利用监测数据在各种时间尺度上蕴含的信息,从海量数据中高效挖掘数据演变规律。

2、发展和研究现状

文献[1]选取监测数据完整性作为切入点,探究了数据完整性保障的原则、方法和技术体系,对结构状态评价和后续桥梁养护有深远的意义。桥梁的监测通过分析影响数据完整的因素,分别从桥梁结构特征、监测系统、外部环境方面建立了数据完整性保障技术体系。在学习有关桥梁监测系统方面的国内外文献基础上,通过了解桥梁监测系统发展动态和应用前景,并研究桥梁监测系统的组成和目前使用的先进方法后,提出了桥梁监测系统数据完整性的定义和具体内容。并结合设计描述和结构特性,对桥梁进行具体的分析。同时,在工程实际中受到外部荷载作用和地理环境因素影响,导致桥梁监测系统所要采集分析的数据各不相同。分析桥梁可能面对的结构响应类型,并考虑影响桥梁监测系统的地理环境因素,得出数据完整性的外部影响因素,提出了环境荷载条件下的数据完整性保障原则,并进一步阐述温度和活载对数据的影响。系统地提出数据级、网络级、传输级和应用级的数据完整性保障技术与体系。通过对桥梁监测系统各组成部分进行详细分析,在了解各组成部分特点基础上,分别给出各组成部分保障数据完整性的方法,构建出多层次数据完整性保障技术体系。

3、桥梁监控安全目的

在桥梁施工过程中, 由于桥梁跨径大, 施工荷载重, 施工工艺复杂, 施工现场环境复杂等因素导致现场施工控制难度大, 在施工过程中如不实施监控将存在重大的施工安全隐患。如果施工控制不到位将有可能发生桥梁裂缝甚至坍塌事故, 严重的将会导致重大的经济损失以及人员的伤亡事故, 给社会和企业造成无可估量的损失。桥梁施工安全监控的目的是确保施工能够安全正常进行, 防止桥梁形变超出设计规范值, 确保在桥梁施工过程中其结构体系的内力和变形始终处于规范允许的范围以内, 让桥梁在施工过程中始终处于安全稳定的状态。根据桥梁的具体结构特性、现场施工环境、施工荷载、二期恒载以及活载等因素, 结合相关设计和控制参数对不同桥梁制定相应的监控项目, 桥梁施工过程中主要的监控项目有竖直度、沉降量、位移量、预拱度等。桥梁施工过程中制定安全监控项目时需要结合施工现场环境和桥梁结构特性进行制定。制定监控指标时需要严格按照图纸设计和技术规范要求进行, 监控指标必须科学、严谨、全面, 切忌仅仅根据以往的施工经验去设定。在施工过程中监控人员通过制定的监控项目进行观察记录, 时时分析观测数据, 如果监控数据偏离预设指标时需要及时预警, 将信息和数据通知专业技术人员以及项目总工程师, 必要时需停止施工待找出监控数据偏离预设值的原因, 制定好补救措施, 待整改完成后监测数据达到安全指标方可继续进行施工。

进行施工时, 施工人员的素质水平参差不齐, 譬如说, 施工人员没有遵循施工程序实施工程, 在施工的过程中没有制定出一套严格、周密、全面的技术方案, 安全系数达不到相关的要求, 处理基坑不及时等情况都属于施工人员方面的原因, 而这一系列因素都极其容易带来安全方面的问题。从设计的角度看, 目前在设计桥梁的耐用性能上做出了更详细、精确的方案, 没有使用更加行之有效、系统科学的管理措施, 再加上在耐久性设计方面的研究缺乏周密的考虑, 因此大众对桥梁的耐用、安全的关注较低, 使得在使用的过程中存在使用期限缩短、缺乏安全保障等问题, 之前的工作通常会将这一类问题的原因归为管理不精细, 思考不全面等。在公路桥梁工程进行施工时, 有很多的自然原因会对安全产生影响, 譬如洪水、暴雨等, 这些都属于不可抗拒的因素, 因为它们的存在将影响桥梁公路施工的安全性能, 进行施工时, 如果没有及时监测到它们, 那么将难以控制住这些因素带来的危害。

4、采用技术

(1)模式构架的选择