自動化監測系統平臺在橋梁安全監測中的應用

王玉柱 溫州信達交通工程試驗檢測有限公司

橋梁結構物的檢查類型分為經常性檢查、定期檢查、特殊／專項檢查，不同的檢查類型包含不同檢測項目，不同檢測項目有多種參數指標，這其中既包括裂縫、缺損、變形這些外觀指標，又包含混凝土強度、碳化深度、鋼筋銹蝕、銅筋保護層厚度等耐久性指標。對于跨越長江、淮河的特大型橋梁，由于其結構規模宏大，構件數量繁多，每次“健康檢查”項目和參數都非常多，長期積累就會形成“海量”數據，如何從這些數據中篩選出影響結構安全的重要病害就顯得尤為重要。本文以某大橋為例，選擇裂縫、應變、撓度等對橋梁結構安全有著重要影響的檢測參數進行重點跟蹤監測研究，重點病害跟蹤監測的數據來源包括定期檢查數據及實時在線監測數據，根據檢測、監測數據進行橋梁“健康狀況”綜合分析評價。

一、橋梁健康監測產生的背景

橋梁結構在交通運輸中地位和作用非常突出，其投資規模和社會經濟影響巨大。然而受惡劣環境、超齡服役以及超載等影響，安全事故時有發生，目前我國橋梁數量已經突破100 萬座，調查顯示，接近1/3 的橋梁存在缺陷或者病害，因此，需要必要的措施以確保橋梁的安全，既有的橋梁檢測是目前采用較多的方法，但是檢測在很大程度上取決于管理者和技術人員的經驗，另外有數據離散不連續，偏遠地區檢測不方便，人員安全不能充分保障等弊端。而橋梁監測因為能夠客觀記錄和分析橋梁荷載及響應，實時把握橋梁安全狀態，不受環境影響等優點，現已成為工程領域普遍采用的一種安全保障手段。但由于不同結構監測系統獨立開發費用高、監測因素不統一、設備兼容性差等原因，單一監測系統向自動化監測平臺發展目前已經成為一種趨勢。自動化監測系統大大降低了物聯網產業升級下的成本問題，解決了監測多因素以及多產品兼容的問題，受到越來越多的行內專家支持。

二、自動化監測系統平臺在橋梁安全監測中的應用

（一）非接觸張力線橋梁監測技術

原有接觸式張力線監測技術主要通過人工讀數的方式感知橋梁位移變形情況，數據精準度不高，監測效率與預期目標存在一定的差距。而采用新型非接觸張力線橋梁監測系統，具有監測成本低、安裝與操作便捷、在線監測精度高等優勢，具有更加顯著的監測實用性。將其應用在橋梁撓度監測過程中，張力線組安裝在橋墩處，對張力線受拉的形變程度進行監測與自動采集，從而獲取橋梁撓度數值。

（二）建立健全安全管理機制

在橋梁監測工作的初始階段，安全管理機制和安全管理系統都要通過不斷的補充和改進變得更加全面。按照公路橋梁建設的實際情況，制定更加符合公路橋梁建設要求的安全管理機制，使其更加具有針對性并且更加實用。因而公路橋梁的監測安全管理機制中需要包括以下幾方面內容。首先，在對公路橋梁進行監測的過程中，現場的安全管理是不可缺少的。在做好相關的安全檢查和監督的基礎之上，如果發現建設過程出現任何差錯，要盡快彌補，始終保持公路橋梁的建設穩定和安全。其次，要落實各個環節的安全責任，讓監測人員能夠嚴格根據安全管理準則進行公路橋梁的監測，從根本上防止因為相關工作人員的態度不夠嚴謹，或管理過程不符合制度所造成的安全事故。再次，要保障監測設備的安全性，務必及時發現設備破損以及故障等各種問題，避免因為監測設備產生的問題而導致公路橋梁建設過程出現問題。最后，要注重對公路橋梁監測人員的心理和生活方面的疏導工作，一旦發現工作人員在工作中遇到任何困難，都應該及時對其心理方面進行有效疏導，也需做到讓工作人員的作息時間更加規律，確保公路橋梁監測人員在開展工作時能保持更好的集中注意力，防止因為心理疲勞而導致安全事故。

（三）數據分析平臺

數據分析平臺是整個安全預警平臺的核心組成，負責計算分析橋梁安全關鍵，數據分析平臺數據全部來源于采集系統上傳數據，分別從兩個方面實現數據分析：①大數據數據分析平臺，橋梁大數據分析基于Hadoop、Spark 平臺搭建，各類傳感器傳回的數據會以文檔的形式進行分類存儲和多種數據庫形式分布式保存，可進行歷史數據查詢。從采集日志進行數據清洗、批處理操作，實現離線處理和準實時處理。橋梁數據分析還需要橋梁專家提供每一個橋梁安全閾值參數進行對比處理，從而挖掘出橋梁存在的隱患及其他數據，保存分析結果數據。分析平臺還要定期對監測數據進行清洗，主要是刪除原始數據集中的無關數據、無效數據、重復數據、過期數據，達到數據的準確性、有效性、實時性。②智能識別系統，橋梁智能識別分析平臺主要處理前置采集系統上傳的圖像數據，采用多GPU 集群和tensorfow 框架實搭建并行神經網絡運行環境，算法基于fasterrcnn 和yolo3 完成圖像的網絡計算。實現橋梁過往車輛車牌識別、車型識別和統計，識別并判定橋梁擁堵狀態，在發生重大事故時自動報警并提供實時影像服務數據。

三、結語

橋梁是關系到我國民生的重要基礎設施，一旦出現問題就會引發災難性的后果，安全狀況一直是國家和人民重點關心的問題。在不損傷橋梁結構的情況下，評估其安全狀況必須依賴于物聯網監測技術與智能化分析系統，橋梁傳感器安全監測系統主要通過安裝不同類型傳感器監測數據，負責橋梁性能與安全相關監測以及突發事件的報警，從總體上把握全橋工作狀態。該預警平臺能夠精準、高效、穩定、可靠的實現橋梁安全監測技術，同時也能促進該領域快速發展，為國家培養更多的技術人才。