1 概 述
1.1 目前橋梁智能化監(jiān)控的現(xiàn)狀
智能橋梁系統(tǒng)（Intelligent Bridge System），它是以橋梁結(jié)構(gòu)為平臺(tái)，通過(guò)結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、綜合報(bào)警系統(tǒng)、信息網(wǎng)絡(luò)及分析處理系統(tǒng)及它們之間的最優(yōu)化組合，向管理者提供一套對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期的實(shí)時(shí)使用狀態(tài)綜合監(jiān)控，以期提高大橋的整體管理技術(shù)水平，確保橋梁安全運(yùn)營(yíng)，預(yù)診斷橋梁病害，延長(zhǎng)橋梁使用壽命。
另外，通過(guò)對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的綜合分析，可以更為準(zhǔn)確地把握橋梁在各種荷載下真實(shí)的受力及變形狀態(tài)，對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及科研具有極高的技術(shù)價(jià)值。
自二十世紀(jì)50年代以來(lái)，進(jìn)行橋梁智能化監(jiān)測(cè)的重要性就逐漸被認(rèn)識(shí)，但受檢測(cè)、監(jiān)測(cè)手段比較落后的限制，在應(yīng)用上一直未得到推廣和重視。近年來(lái)隨著大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)的輕柔化、形式與功能的復(fù)雜化，這項(xiàng)技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界、工程界的研究熱點(diǎn)。許多國(guó)家包括我國(guó)都在一些已建和在建的大跨橋梁上進(jìn)行了有益的嘗試，部分橋梁的監(jiān)控取得了一定的效果，象香港青馬大橋、江陰大橋、南京長(zhǎng)江二橋等，但根據(jù)現(xiàn)有資料介紹，有些橋梁主要監(jiān)控成功的均是輔助監(jiān)控系統(tǒng)，諸如，環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)、交通監(jiān)控系統(tǒng)及部分GPS系統(tǒng)，對(duì)結(jié)構(gòu)安全至關(guān)重要的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成功實(shí)現(xiàn)的例子國(guó)鮮有報(bào)道。某些橋梁成功實(shí)現(xiàn)了部分構(gòu)件（比如主纜、吊桿、斜拉索）的內(nèi)力變化監(jiān)測(cè)，但對(duì)于其海量數(shù)據(jù)的處理分析，則顯得力不從心，而且部分?jǐn)?shù)據(jù)的失真，也使得管理者對(duì)于整體監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)產(chǎn)生懷疑；另外，對(duì)數(shù)據(jù)管理、分析及遠(yuǎn)程監(jiān)控、自動(dòng)報(bào)警等工作，在這些橋梁上遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到智能化程度。
1.2當(dāng)前橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的主要技術(shù)問(wèn)題
當(dāng)前已經(jīng)安裝運(yùn)行和正在開發(fā)的橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)存在的主要技術(shù)問(wèn)題：
?。?）硬件系統(tǒng)龐大，因此造成系統(tǒng)出現(xiàn)故障的幾率增加，可靠性降低，而且不便于維護(hù)和操作；
?。?）傳感器信號(hào)傳輸信噪比低，每一個(gè)傳感器的信號(hào)，通過(guò)信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)距離傳送，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集處理服務(wù)器，而后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、分析、存檔。數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的噪聲降低了傳感器的信噪比，從而降低了測(cè)量數(shù)據(jù)的可信度；
（3）數(shù)據(jù)量大，雖然數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)來(lái)自各個(gè)傳感器的響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行連續(xù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，但由于所采集的數(shù)據(jù)量過(guò)于龐大，如何有效地處理、分析和管理這些數(shù)據(jù)是當(dāng)前結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)亟需解決的問(wèn)題。
?。?）因系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)理解不深，對(duì)所測(cè)數(shù)據(jù)的力學(xué)相關(guān)性分析不足，不利于對(duì)橋梁進(jìn)行預(yù)警。
?。?）部分傳感器使用壽命短，漂移值不穩(wěn)定。
?。?）預(yù)警設(shè)計(jì)域值確定工作量極大，各類參數(shù)區(qū)分識(shí)別較困難。
綜合分析可知，數(shù)據(jù)采集過(guò)程中的許多因素均會(huì)影響數(shù)據(jù)的可靠性，能否對(duì)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)處理決定了系統(tǒng)存在的必要性，而能否深刻理解橋梁結(jié)構(gòu)、掌握各傳感器采集信號(hào)的關(guān)連性、正確設(shè)置預(yù)警值則決定了系統(tǒng)的成敗。
1.3橋梁智能化監(jiān)控的發(fā)展方向
基于以上認(rèn)識(shí)，橋梁智能化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)積極鼓勵(lì)橋梁設(shè)計(jì)專家、結(jié)構(gòu)分析專家、傳感器專家及其網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)軟硬件工程師參與相關(guān)工作，成功的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)該是上述各方面專家共同智慧的結(jié)晶。認(rèn)識(shí)到以橋梁設(shè)計(jì)專家、結(jié)構(gòu)分析專家為龍頭，以傳感器專家及其網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)軟硬件工程師為堅(jiān)強(qiáng)后盾的重要性，可以使我們真正實(shí)現(xiàn)以最少的、最精良的傳感器及其采集處理系統(tǒng)掌握橋梁的現(xiàn)實(shí)工作狀態(tài)。減少硬件系統(tǒng)意味著系統(tǒng)出現(xiàn)故障的幾率減少，可靠性增加，而且便于維護(hù)和操作；減少硬件系統(tǒng)同時(shí)意味著減少所采集的數(shù)據(jù)量，使各類參數(shù)區(qū)分識(shí)別變得容易。
在智能化采集傳感器的研究方面，數(shù)字化的振弦式應(yīng)力計(jì)、光纖傳感器（加速度及應(yīng)力）、利用磁通原理制成的EM傳感器已經(jīng)逐漸替代原有的應(yīng)變片、加速度計(jì)和誤差較大的索力測(cè)量力錘系統(tǒng)，加上GPS系統(tǒng)的日益成熟，利用GPS和傾斜儀組成結(jié)構(gòu)變形監(jiān)測(cè)也成為現(xiàn)實(shí)和主要方向。
在工作站方面，固定在橋梁上的高度集成的、能自動(dòng)預(yù)處理采集數(shù)據(jù)的工作站將逐漸取代移動(dòng)式工作站，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)。
光纜使長(zhǎng)距離傳輸?shù)男盘?hào)損失達(dá)到最小，互聯(lián)網(wǎng)使我們能夠在世界任何地方遙控橋梁管理站內(nèi)的主服務(wù)器，它們也是橋梁智能化監(jiān)控必不可少的工具。
要認(rèn)識(shí)到橋梁的監(jiān)測(cè)內(nèi)容并不需要而且目前也不可能完全實(shí)現(xiàn)智能化，完全實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，應(yīng)該采用實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和定期監(jiān)測(cè)相結(jié)合的方法， 象對(duì)于結(jié)構(gòu)腐蝕的監(jiān)測(cè)、結(jié)構(gòu)沖刷的監(jiān)測(cè)、船撞力的監(jiān)測(cè)等等，既然在大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室尚且不能實(shí)現(xiàn)的內(nèi)容，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室（被監(jiān)測(cè)橋梁實(shí)際處于大自然的巨大實(shí)驗(yàn)室中）當(dāng)然亦很難實(shí)現(xiàn)。
2湛江海灣大橋簡(jiǎn)介
湛江海灣大橋位于廣東省西南湛江市,跨越雷州半島麻斜海峽,連接湛江市赤坎與玻頭兩區(qū)。橋址處地震強(qiáng)度大，風(fēng)速高，海床淤泥層較厚，海水腐蝕性較強(qiáng)，雷暴多，環(huán)境溫度及濕度較高。雖然在設(shè)計(jì)中已充分考慮讓橋梁結(jié)構(gòu)滿足上述條件的要求,但是作為國(guó)家的生命線工程,橋梁結(jié)構(gòu)建成后,在上述惡劣的環(huán)境下，其運(yùn)營(yíng)安全性如何將成為更重要的問(wèn)題。因此，需要對(duì)大橋在施工及運(yùn)營(yíng)期間的健康狀況進(jìn)行全過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
結(jié)構(gòu)概況如下：
主橋全長(zhǎng)840米，跨度組成為60+120+480+120+60米。（見圖2-1）
主橋橋面全寬為28.5m，如圖2-2所示。為雙塔雙索面流線型混合梁。邊跨60米為流線型預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，在輔助墩處與鋼箱梁相接，主跨及其余邊跨皆為流線型鋼箱梁，鋼箱梁與混凝土箱梁外形保持一致。斜拉索采用空間索面扇形布置，兩索面在橋面的橫向間距為27.8米。斜拉索在鋼梁段索距為16m，在邊跨混凝土梁段索距為7.5m，主塔中心線斜拉索豎向索距2米。斜拉索采用平行鋼絞線。
主塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，塔高自承臺(tái)以上155.1米。橋面以上塔高113.8米，主塔的上部?jī)伤⒑希虚g以弧形板連接，下橫梁以下兩塔柱內(nèi)收與上塔柱呼應(yīng)。
圖2-1 橋式布置圖
圖2-2 主橋橫斷面布置圖
3本橋監(jiān)控系統(tǒng)主要監(jiān)控內(nèi)容、部位及階段
3.1監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容、部位
監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容包括：
(1) 橋梁工作環(huán)境監(jiān)測(cè)：
橋梁工作環(huán)境監(jiān)測(cè)主要包括車輛荷載監(jiān)測(cè)、環(huán)境溫度、濕度、橋址處風(fēng)速及風(fēng)向的監(jiān)測(cè)。溫度的變化是否在設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，是影響結(jié)構(gòu)受力變形狀況的一個(gè)重要因素；濕度的變化會(huì)影響混凝土結(jié)構(gòu)的收縮徐變狀況及鋼結(jié)構(gòu)的銹蝕情況；大橋位于強(qiáng)風(fēng)區(qū)，其基準(zhǔn)設(shè)計(jì)風(fēng)速高達(dá)46米／秒，因此風(fēng)速的大小對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀況有很大的影響，同時(shí)也會(huì)影響大橋的正常運(yùn)營(yíng)。環(huán)境監(jiān)測(cè)有著十分重要的意義，首先，它可以為后期結(jié)構(gòu)自動(dòng)損傷識(shí)別提供不可缺少的資料和依據(jù)；其次，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)和結(jié)果分析對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)者和建造者是非常重要的資料，可以為以后的項(xiàng)目提供設(shè)計(jì)和建造參考依據(jù)。
(2) 斜拉索監(jiān)測(cè)：
斜拉索是湛江海灣大橋的主要傳力構(gòu)件，活載和橋面系自重荷載均由斜拉索傳遞到橋塔，斜拉索的拉力不僅關(guān)系到橋塔的受力狀態(tài)，而且直接影響到橋面線型和行車舒適度。湛江海灣大橋采用雙塔雙索面體系，結(jié)構(gòu)超靜定次數(shù)高，受力情況較為復(fù)雜，斜拉索采用夾片式錨具，同時(shí)處于海洋環(huán)境中，易于銹蝕，另一方面，結(jié)構(gòu)某個(gè)部位的損傷或狀態(tài)改變會(huì)影響斜拉索索力，因此索力的變化與結(jié)構(gòu)的安全性緊密相關(guān)，通過(guò)對(duì)索力變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可以得到斜拉索的實(shí)際應(yīng)力值，若超限時(shí)及時(shí)預(yù)警，以保證全橋的安全。
因此對(duì)斜拉索索力在各種環(huán)境荷載情況下的變化監(jiān)測(cè)是本健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重點(diǎn)內(nèi)容。
?。?）主梁
斜拉橋主梁分預(yù)應(yīng)力混凝土梁及鋼梁兩部分。主要監(jiān)測(cè)截面的變形、應(yīng)力、動(dòng)力特性及溫度效應(yīng)。監(jiān)測(cè)截面主要為：主梁塔根支點(diǎn)截面、主跨跨中截面、輔助跨跨中截面及結(jié)合面的應(yīng)力幅值。同時(shí)，主梁的位移及動(dòng)力特性還直接影響到橋面線型和行車舒適度，因此必須進(jìn)行監(jiān)測(cè)。
(4) 橋塔結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)：
斜拉橋具有跨越能力大和結(jié)構(gòu)輕盈等特點(diǎn)，但也存在剛度較小及穩(wěn)定性較差的缺點(diǎn)。主塔是斜拉橋的主要受力構(gòu)件，它既承受縱橋向的荷載，又承受橫向風(fēng)荷載及溫度荷載，橋塔的受力及變形狀況是斜拉橋結(jié)構(gòu)的重要健康控制指標(biāo)。主要監(jiān)測(cè)主塔各控制截面的變形、應(yīng)力、動(dòng)力特性及溫度效應(yīng)。
在塔根、下塔柱與下橫梁交界處、下橫梁與中塔柱交界處、中塔柱與錨固區(qū)實(shí)體段交界處這四個(gè)可能出現(xiàn)拉應(yīng)力及較大壓應(yīng)力的部位進(jìn)行實(shí)時(shí)應(yīng)變監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)兩座主塔的傾角，位移及動(dòng)力特性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，此項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)還可以間接反映斜拉橋結(jié)構(gòu)整體的工作狀態(tài)。
3.2監(jiān)測(cè)的主要階段
為得到結(jié)構(gòu)最初狀態(tài)的各項(xiàng)參數(shù)，監(jiān)控應(yīng)從施工初期進(jìn)行。這也是本系統(tǒng)區(qū)別與已有各類橋梁監(jiān)控系統(tǒng)的特點(diǎn)所在，通過(guò)對(duì)施工過(guò)程的詳細(xì)監(jiān)測(cè)，不但得到了結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)參數(shù)，對(duì)施工過(guò)程的安全也能進(jìn)行相關(guān)監(jiān)控及預(yù)警，例如：風(fēng)速風(fēng)向的監(jiān)測(cè)、獨(dú)塔狀態(tài)各階段結(jié)構(gòu)的受力情況、變形及模態(tài)等等，這對(duì)于湛江海灣地區(qū)施工期間可能多次經(jīng)受較大臺(tái)風(fēng)的現(xiàn)實(shí)具有重要意義。部分設(shè)備尚可以用于結(jié)構(gòu)的施工監(jiān)控，例如：GPS系統(tǒng)、EM傳感器等。
本橋階段性監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)主要有：
(1）施工期間的橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)；
● 主要參考點(diǎn)應(yīng)變；
● 主要參考點(diǎn)溫度；
● 橋址處的風(fēng)速及風(fēng)向；
● 橋址處的空氣濕度；
● 斜拉索內(nèi)力；
● 橋塔施工過(guò)程受力狀態(tài)及動(dòng)力特性。
● 部分參考點(diǎn)位移值；
施工期間的橋梁監(jiān)測(cè)以橋梁設(shè)計(jì)部門的要求和建議為基礎(chǔ)。
(2）一年運(yùn)行期內(nèi)的健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：
● 所有參考點(diǎn)應(yīng)變；
● 所有參考點(diǎn)溫度；
● 所有參考點(diǎn)傾斜度；
● 所有參考點(diǎn)位移值；
● 所有參考點(diǎn)加速度；
● 橋址處的風(fēng)速及風(fēng)向；
● 橋址處的空氣濕度；
一年運(yùn)行期內(nèi)的健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以橋梁設(shè)計(jì)和管理部門的要求和建議為基礎(chǔ)。整個(gè)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的調(diào)試在全部安裝完成后開始。
(3）一年運(yùn)行期滿之后的健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)：
●所有參考點(diǎn)應(yīng)變；
●所有參考點(diǎn)溫度；
●所有參考點(diǎn)傾斜度；
●所有參考點(diǎn)位移值；
●所有參考點(diǎn)加速度；
●橋址處的風(fēng)速及風(fēng)向；
●橋址處的空氣濕度；
●橋梁健康報(bào)告；
●橋梁維護(hù)建議。
一年運(yùn)行期滿之后的整個(gè)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將被調(diào)試完畢，正式滿負(fù)荷運(yùn)行，定期自動(dòng)給出橋梁健康報(bào)告及維護(hù)建議。
4本橋監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件及軟件簡(jiǎn)介
根據(jù)當(dāng)前監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展，結(jié)合橋梁設(shè)計(jì)、管理、維護(hù)的要求，以及在橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工程方面的經(jīng)驗(yàn)，我們研究開發(fā)的湛江海灣大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，力求用最少的傳感器和最小的數(shù)據(jù)量，對(duì)大橋及其關(guān)鍵構(gòu)件（部位）的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，多級(jí)報(bào)警，并可通過(guò)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析處理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的異常行為自動(dòng)診斷，對(duì)當(dāng)前結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行評(píng)估，并具有數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存和查詢功能。
4.1監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件：
智能橋梁監(jiān)測(cè)硬件系統(tǒng)是由多級(jí)數(shù)據(jù)采集硬件和數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)組成，包括：
?。?） 用于數(shù)據(jù)處理、存檔和多用戶服務(wù)的中心服務(wù)器；
?。?） 用于進(jìn)行傳感器數(shù)據(jù)采集的子系統(tǒng)(傳感器工作站)；
?。?） 用于服務(wù)器與子系統(tǒng)之間通訊聯(lián)系的光纖以太網(wǎng)絡(luò)。
中心服務(wù)器直接與橋上的數(shù)據(jù)采集、分析傳感器工作站實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)連接和數(shù)據(jù)交換，并允許授權(quán)用戶通過(guò)因特網(wǎng)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享。這樣的多層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，縮短了傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間的距離，減少了信號(hào)傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的噪聲，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。
由于數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)在因特網(wǎng)傳輸過(guò)程中在時(shí)間上有一定的延遲，因此在底層網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置了智能型傳感器工作站，數(shù)據(jù)的預(yù)處理和初級(jí)預(yù)警軟件則嵌入在傳感器工作站之中。該工作站在采集數(shù)據(jù)的同時(shí)，就對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和實(shí)時(shí)分析。在傳感器工作站的設(shè)置上，充分考慮到工作站的處理能力，重點(diǎn)監(jiān)控參數(shù)的種類與重點(diǎn)監(jiān)控部位的相關(guān)性。
此外系統(tǒng)服務(wù)器以及傳感器工作站均設(shè)有不間斷電源，以便在失去動(dòng)力電或者通訊線路發(fā)生故障期間，整個(gè)系統(tǒng)或傳感器工作站仍然能夠在一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)采集傳感器的輸出數(shù)據(jù)。
本系統(tǒng)使用主要硬件及傳感器如下：
?。?）系統(tǒng)服務(wù)器
系統(tǒng)服務(wù)器是由兩并聯(lián)的PC服務(wù)器組成，其中一個(gè)工作站作為系統(tǒng)的后備服務(wù)器，以便在一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)服務(wù)器仍然能支持系統(tǒng)運(yùn)行。服務(wù)器裝備有后備不間斷電源，以便在供電系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)仍能維持一定時(shí)間的電力供應(yīng)。
?。?）傳感器工作站
傳感器工作站是具有CPU， 可編程的，具有數(shù)據(jù)采集、處理和通訊功能的控制器。傳感器工作站將對(duì)從傳感器采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，利用包括數(shù)字濾波，識(shí)別等信號(hào)處理技術(shù)，濾除信號(hào)的噪聲和寄生頻率信號(hào)，提高信號(hào)的可靠性和可信度。
?。?）風(fēng)速傳感器；
（4）加速度傳感器；用于測(cè)量結(jié)構(gòu)模態(tài)及配合GPS系統(tǒng)。
?。?）應(yīng)變傳感器；
?。?）溫度傳感器；
（7）濕度傳感器；
（8）EM索力傳感器；
?。?）GPS 系統(tǒng)；
?。?0）傾斜傳感器；配合GPS系統(tǒng)。
(11)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通訊、數(shù)據(jù)電纜種類（略）
4.2監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件：
系統(tǒng)軟件以UNIX 或者WINDOWS為操作系統(tǒng)平臺(tái)，集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)處理、橋梁健康預(yù)報(bào)與診斷和多用戶服務(wù)系統(tǒng)于一體。
它分為以下幾個(gè)模塊：
● 系統(tǒng)參數(shù)控制模塊；
● 嵌入在傳感器工作站的數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理模塊；
● 系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集模塊；
● 數(shù)據(jù)綜合處理與橋梁數(shù)據(jù)分析模塊；
● 健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)警模塊；
● 多用戶服務(wù)、數(shù)據(jù)顯示、網(wǎng)絡(luò)通信模塊；
● 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)
限于篇幅，具體的軟件說(shuō)明詳見另一篇論文《大型橋梁分布式智能監(jiān)控系統(tǒng)-DIBHM》介紹。
4.3本系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：
?。?） 多級(jí)分布式數(shù)據(jù)采集和處理，數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和硬件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，信號(hào)傳輸距離短，減少了信號(hào)傳輸噪聲，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。多級(jí)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理結(jié)構(gòu)，具有以下功能：
?。幔畬?shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，數(shù)字信號(hào)和數(shù)據(jù)預(yù)處理，以及實(shí)時(shí)超限預(yù)報(bào)；
?。猓诰€二次預(yù)數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)存檔，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)分析；
?。?） 系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)傳感器的輸出作出響應(yīng)。傳感器工作站是智能型的信息處理器，它對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、預(yù)處理和實(shí)時(shí)預(yù)警，提高了系統(tǒng)的效率。在傳感器工作站的設(shè)置在重點(diǎn)監(jiān)控的參數(shù)種類和重點(diǎn)監(jiān)控部位。提高監(jiān)測(cè)的有效性。
（3） 健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)預(yù)警系統(tǒng)包括：初級(jí)預(yù)警，二級(jí)預(yù)警和全橋預(yù)警，每一級(jí)預(yù)警分三級(jí)：預(yù)警可信度高.
?。?） 傳感器工作站具有系統(tǒng)自校驗(yàn)功能，系統(tǒng)將定期對(duì)傳感器的工作性能及其工作狀態(tài)，以及系統(tǒng)的漂移進(jìn)行檢測(cè)與修正，保證系統(tǒng)能夠長(zhǎng)期地對(duì)結(jié)構(gòu)的變化有正確的相應(yīng)。
?。?） 橋梁健康評(píng)估和診斷系統(tǒng)。橋梁整體和部件結(jié)構(gòu)綜合分析包括：ａ．靜態(tài)分析：幾何建模和應(yīng)力分析，并與標(biāo)準(zhǔn)模型比較；ｂ．載荷分析：溫度載荷，交通載荷，風(fēng)載荷；ｃ．動(dòng)態(tài)分析：模態(tài)分析；橋梁健康狀態(tài)的定期評(píng)估、超域值事件的評(píng)估、異常狀態(tài)的分析和識(shí)別、結(jié)構(gòu)建模和分析、靜力承載能力分析和動(dòng)力特性評(píng)估。
?。?） 橋梁靜態(tài)校驗(yàn)在系統(tǒng)軟件中，設(shè)置了大橋靜態(tài)載荷校驗(yàn)?zāi)K，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁的定期靜態(tài)校驗(yàn)，多用戶橋梁檢測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)多用戶在位在線分析，檢測(cè)和觀察。
?。?） 多數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)量小，完整，有效。
?。?） 多用戶橋梁監(jiān)測(cè)平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)多用戶在位在線分析，監(jiān)測(cè)和觀察。
5主要工程數(shù)量及概算
全橋共設(shè)傳感器291套，工作站總數(shù)11套，服務(wù)站3套。其中
風(fēng)速傳感器：主跨梁體2，東塔2 ，合計(jì)4；
加速度傳感器：主跨梁體13，東塔3 ，西塔3 ，合計(jì)19；
應(yīng)變傳感器：主跨梁體50，東塔32 ，西塔32 ，合計(jì)114；
溫度傳感器：主跨梁體10，東塔2 ，西塔2，合計(jì)14；
濕度傳感器：東塔1；
EM索力傳感器：斜拉索 128；
GPS 系統(tǒng)：主跨梁體3，東塔1 ，西塔1，地面1，合計(jì)6；
傾斜傳感器；配合GPS系統(tǒng)，合計(jì)5；
工作站：主跨梁體7，東塔2 ，西塔2，合計(jì)11；
服務(wù)站：管理處1，東塔1，西塔1，合計(jì)3 。
系統(tǒng)估算造價(jià)：760萬(wàn)元。
6 結(jié)語(yǔ)：
國(guó)際國(guó)內(nèi)已有較多關(guān)于橋梁健康監(jiān)控方面的相關(guān)論述，但真正實(shí)踐并獲成功者在世界范圍內(nèi)亦寥寥無(wú)幾，丹麥人對(duì)Faroe 跨海斜拉橋進(jìn)行施工階段及通車首年的監(jiān)測(cè)，后期監(jiān)測(cè)結(jié)果就放棄了深入分析，中國(guó)香港在機(jī)場(chǎng)聯(lián)絡(luò)線上三座橋上較成功地利用了GPS系統(tǒng)，美國(guó)人1996年在Kishwaukee橋上安裝了第一代的橋梁智能監(jiān)控系統(tǒng)，目前仍在正常工作，我國(guó)作為目前橋梁建設(shè)大國(guó)，橋梁設(shè)計(jì)和施工水平已經(jīng)躋身世界先進(jìn)行列，在橋梁智能監(jiān)控方面也理應(yīng)不能落后，但愿有志者和我們一起努力，堅(jiān)持不懈，使我國(guó)盡快在大橋智能監(jiān)控上取得真正的成功。
