才茂通信桥梁远程实时监测预警系统应用方案

▋概述

桥梁作为交通运输的重要组成部分，随着我国交通事业的发展，其安全性、耐久性和正常使用功能，越来越被人们所关注。我国是个桥梁大国，据交通部最新数据统计，截至2020年末，中国现代桥梁总数超过100万座。影响桥梁的因素居多，人为因素、车辆长期超载、材料自身退化、自然灾害等，导致现役桥梁出现承载力降低、结构受损等各种病害，同时缺乏及时到位的管理养护。损伤如果不能及时得到检测和维修，轻则影响行车安全和缩短桥梁使用寿命，重则导致桥梁突然破坏和倒塌，而过去检查桥梁病害，全凭人工巡查，效率不高，也不够精准，传统的变形监测手段越来越不能满足变形监测要求。因此，建立一套针对桥梁的智能在线监测系统，及时发现桥梁结构的损伤显得尤为迫切。

▋系统应用概述

为实现桥梁实时监测，保障桥梁安全，才茂联合桥梁监测平台相关企业，推出桥梁远程实时监测预警系统，根据桥梁实际情况结合高精度北斗形变监测技术、计算机技术，物联网通讯技术实现对桥梁沉降、位移、倾斜、挠度等变形的自动化在线监测预警，一旦变形量指标超标，监控中心声光报警，同时短信、通知到相关负责人桥梁形变危险状况，提前做相应处理，避免大桥灾难性事故的发生，指导预防式维修管理。

▋系统结构

桥梁安全在线监测系统主要是由四大部分组成：数据采集设备、网络传输设备、桥梁监测管理平台、预警终端等系统组成。通过采集到的桥梁沉降、倾斜度、振动大小、挠度、位置等数据实时传到桥梁监控中心，实现对桥梁变形、受力、环境等全自动化在线监测，实时掌握桥梁运行状态。

（1）数据采集终端：通过在桥梁的相关部位加装压差变形测量传感器、盒式固定测斜仪 、表面式应变计/内埋式应变计、磁通量传感器、振动传感器 、GNSS、温湿度传感器、风速风向传感器、雨量计等各类仪器仪表对桥梁重要数据进行实时的采集，同时可在桥梁入口、桥面加装压力传感器以及摄像头设备等动态称重系统对超载车辆进行锁定，及时对超载车辆进行拦截，并且可以实时统计桥梁总载重量。

（2）网络传输设备：能实现桥梁监测数据全天候不间断的采集，利用才茂CM520 工业4G路由器将采集到的数据进行无线网络远程传输，将实时数据传输到远程控制中心进行实时监测以及存储，方便控制中心通知相应管理人员对突发状况进行处理。

（3）桥梁监测管理平台：实现对所有终端产品的集中、统一的监控管理和远程运维，桥梁巡查人员无需去现场即可查看到桥梁的运行状态，节省了人员成本

（4）预警终端： 通过软件对监测参数的实时在线分析，系统检测到设备有异常状态，通过短信报警，提醒相关人员采取措施，预防事故发生。

▋主要监测内容

（1）结构变形监测：主要有梁体线性变形等；

（2）结构应力（应变）监测：桥梁重要部位（桥梁跨中关键部位等）静态的应力（应变）测试；

（3）结构振动特性与振动水平：主要有桥梁振动特性的测试与分析；

（4）结构温度监测：桥梁重要部位的结构温度测试；

（5）伸缩缝/裂缝监测：主桥伸缩缝的变化及箱梁内裂缝变化；

（6）环境监测：监测大桥箱梁内及桥面所处环境的温湿度等；

▋网络设备介绍

工业级4G/3G/2G WIFI无线网关，是一款带无线局域网WIFI，1个WAN口，4个以太网口RJ45接口，工业级设计的无线网关。设备应用于中小企业上网，家庭上网以及工业设备数据传输。设备支持局域网WIFI功能（802.11 a/b/g/n）和广域网3G/4G/WIFI无线网络功能，同时系统加载了广域网通信VPN隧道、WIFI局域网传输的安全认证等安全功能，实现无线局域网和无线广域网的无缝连接，为用户提供高速、安全、可靠的移动宽带服务。设备采用高性能的工业级MIPS通信处理器，以嵌入式实时操作系统为软件支撑平台，系统集成了全系列从逻辑链路层到应用层通信协议，支持VPN（包括PPTP+L2TP+MPPE和IPSEC+GRE）,IPTABLE防火墙，静态及动态路由，PPPOE，PPP server及PPP client，DHCP server及DHCP client，DDNS，防火墙，SNAT/DNAT，DMZ主机，WEB配置，支持APN/VPDN，支持上电自动拨号，自动维护通信链路，保证链路永远在线，支持自动定时上线和下线，定时开关机等功能。

产品功能：

Ø 在线维持专利技术：智能防掉线，在线检测，在线维持，掉线自动重拨，异常自动复位，确保设备永远在线。

Ø 三层系统保护：在原来两级（软件保护+CPU内置看门狗WDT保护）系统保护的基础上，增加一级系统虚拟值守VWM（Virtual Man Watch）检测保护功能，确保系统稳定可靠。

Ø UIM/SIM卡ESD保护：1.8V/3V/5V标准的推杆式用户卡接口，内置15KV ESD保护。

Ø 串口ESD保护：串口RS232内置15KV ESD保护。

Ø 金属外壳：采用金属外壳，防辐射，抗干扰；外壳和系统安全隔离，防雷设计；符合电力安规要求；防护等级为IP41；特别适合于环境恶劣的工业控制领域。

Ø 所有无线模块都有通过CGD认证或者FCC认证或者CE认证。

Ø 高速处理CPU：采用高速的工业级CPU，可以更加高速地处理各种协议数据转换；解决了业内“假在线”、“假死机”、“当机”等疑难问题。

Ø 内存管理MMU：新款CPU 带内存管理MMU，可以防止系统内存异常问题导致的系统不稳定现象。

Ø 超大内存：FLASH 128Mbits，SDRAM 1GMbits，有超大的内存来缓存客户发送数据，同时接收超大数据包，数据不丢失。

Ø 完善的协议栈：新系统加载了完善的TCP/IP协议栈，采用了完善的TCP/IP协议栈；使网络通信性能优异，掉线概率极大降低。

Ø EMC性能优异：通过电力3000V电击测试，特别适合在工业领域环境恶劣下使用；系统EMC/EMI优异，系统稳定可靠。

▋监测意义

（1）建立桥梁健康监测系统，保证系统的稳定可靠，为桥梁的长期安全运营和养护提供强有力的技术支持；

（2）提供专属桥梁云资源服务，适应海量数据的存储、处理、分析要求；

（3）建立远程控制监测系统,通过远程网络发送日报表,及时了解大桥的运行情况及各测点的特征值和预处理结果。

（4）通过大量的特征值和实时采集数据的分析，实现桥梁损伤识别，并建立实用的安全评估和预警系统。

（5）积累桥梁状态数据,为大桥长期运营和养护、维修提供必要的决策依据。

（6）为同类桥梁的健康监测、设计和养护维修提供宝贵经验,推进桥梁健康监测的发展。

▋典型应用

随着国民经济的不断发展，越来越多的大型、特大型桥梁进入了人们的视野， 桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展，与此同时桥梁的载重、跨径和桥面宽度不断增长，结构形式不断变化。建立的智能化、信息化、自动化的桥梁在线监测系统，能够全面掌握桥梁施工、运营的安全状况，为桥梁建设、日常养护、管理和突发事件应急处置发挥巨大作用。桥梁运行状况监测也变得越来越重要，未来才茂将不断进行通信技术创新，实现更精准的监测，助力桥梁安全运营。