高速铁路桥梁健康监测数据采集系统设计研究
高速铁路桥梁设备智能监测系统设计
高速铁路桥梁设备智能监测系统设计高速铁路是现代交通工具之一，它在运输速度和效率方面具有独特的优势。
但是，施工和运营高速铁路所需的大型桥梁结构较多，而这些桥梁结构的维护和管理成本相当高。
因此，在现代化的高速铁路建设中，桥梁设备的维护和管理是非常重要的。
为了确保高速铁路设备的正常运行，必须采取智能化的方法来监测桥梁设备的状况。
智能监测系统的优势由于高速铁路的桥梁结构分布广泛，有时达到上千公里。
因此，为了简化维护和管理过程，必须采用能够从远程追踪和监视设备的技术。
智能监测系统可以满足这个要求，因为它可以从远程位置获取数据，并通过无线传输等技术来实时监测桥梁设备的情况。
智能监测系统有许多优势，其中包括：1. 智能化：智能监测系统可以自动检测设备的状态和运行状况，从而实时反馈报告，简化设备维护和管理过程。
2. 精确度高：智能监测系统可以通过传感器、相机和GPS定位等技术来精确记录设备的状态和运行信息。
3. 节省时间：智能监测系统可以减少手动检查的时间和成本，因为它可以从远程位置获取数据并实时处理。
4. 提高安全性：智能监测系统可以发现设备故障和危险，及时采取纠正措施，以提高设备的稳定性和安全性。
智能监测系统的设计智能监测系统是由多个技术部件组成的，其中包括传感器、相机、GPS定位、数据存储等。
每个部件都有不同的功能，应用程序可以收集并分析这些数据。
基于这些数据，设计出系统以确保高速铁路的桥梁设备处于最佳点。
首先，传感器被安装在设备上，以检测其中的数据。
这些数据包括振动、温度、压力和湿度等信息，这些信息以数字形式输入系统存储在数据库中。
随后，相机被安装在设备上以记录设备的状态以及其周围的状况，比如周围环境有没有影响设备的因素。
最后，定位器被用于确定机器所处的地理位置以及其周围的情况。
数据存储是智能监测系统的最后一步，这些数据是通过传感器、相机和GPS等这些不同服务组件生成的。
所有此类数据将存储在数据库中，并被分为逐日、逐周和逐月的时段记录。
桥梁结构健康监测系统的研究与应用
桥梁结构健康监测系统的研究与应用近年来，随着城市化的进程，大型桥梁已经成为城市的一道重要的风景线，而桥梁的安全与稳定性对于城市的发展也起到关键作用。
同时，鉴于桥梁的复杂形态和外力影响易造成桥梁的结构性破坏，因此桥梁结构健康监测系统的研发与应用也成为了一个重要的研究方向。
一、桥梁结构健康监测系统的概念桥梁结构健康监测系统是指通过传感器、数据采集器、通信技术、计算机技术等手段对桥梁结构实施现场在线监测、远程数据处理和维护管理的技术体系。
该技术能够实现对桥梁结构、荷载环境、随时间变化的变形等参数进行数据采集、处理和传输，从而评估桥梁的结构健康状态，解决桥梁应力、应变、振动、变形等问题，并及时发现结构病害，提高桥梁的安全性和可靠性。
二、桥梁结构健康监测系统的研究进展目前，国内外均有不少学者在桥梁结构健康监测系统方向进行深入研究，相关技术和理论已经趋于成熟，重点包含：传感器技术、数据传输技术和结构健康监测算法等方面。
传感器技术是实现桥梁结构健康监测系统的核心部分，其主要作用是采集桥梁结构的形变、振动、应力、应变等参数。
目前常用的传感器有应力传感器、应变传感器、振动传感器、加速度传感器、温度传感器等。
这些传感器能够采集准确的实时数据，能够帮助监测人员及时发现结构异变，进而通过合理调整来维护桥梁的健康状态。
在数据传输方面，无线传输方式成为了当前先进的传输方式，它能够实现远距离传输数据，并利用云计算的技术，实现数据的可视化、分析和管理。
比如利用物联网技术采集桥梁数据，并利用云端服务对数据进行处理、分析、记录和可视化，实现了数据的实时监控和管理。
通过结构健康监测算法的研究，能够有效地实现对监测数据进行分析和处理。
例如，信号处理技术、模型识别技术、数据挖掘技术等，能够识别出存在的结构异变信号、分析失效机理和寿命预测，并提供决策支持。
三、桥梁结构健康监测系统的应用现状目前，桥梁结构健康监测系统已经应用于不少项目中，如长江大桥、港珠澳大桥、上海市轨道交通、广东高速公路等。
高速铁路桥梁结构健康监测与评估技术研究
高速铁路桥梁结构健康监测与评估技术研究随着交通运输的发展和人们对出行速度的要求不断提高，高速铁路成为现代化交通系统中不可或缺的一部分。
作为高速铁路网络的核心组成部分，铁路桥梁的安全和稳定性成为建设和运营的重中之重。
因此，高速铁路桥梁结构的健康监测与评估技术研究具有重要的实际意义。
桥梁结构承载着高速列车的重量以及交通运输带来的动荷载和环境载荷，因此结构健康监测与评估技术对于确保桥梁的安全运营和延长使用寿命至关重要。
在高速铁路桥梁结构健康监测与评估技术研究中，常用的方法包括传感器监测、数据采集与处理、结构健康评估与预测等。
首先，传感器监测是高速铁路桥梁结构健康监测的关键步骤之一。
通过在桥梁的关键位置安装传感器，可以实时获取桥梁的结构响应和参数数据。
常用的传感器包括应变计、加速度计、位移计等。
这些传感器可以记录桥梁结构在运行中的动态响应，帮助监测人员及时发现异常情况，并作出相应的处理。
其次，数据采集与处理是高速铁路桥梁结构健康监测与评估技术中的重要环节。
通过传感器获取的数据需要进行采集和处理，以提取有用的信息并进行分析。
数据采集系统应具备快速、准确和可靠的特点，能够实时传输数据到监测中心。
数据处理应该包括数据滤波、降噪、校准和模型建立等步骤。
只有经过有效的数据采集与处理，才能得到准确可靠的桥梁结构健康信息。
然后，结构健康评估与预测是高速铁路桥梁结构健康监测与评估技术中的核心内容。
通过对采集到的数据进行分析与处理，可以实现对桥梁结构健康状况的评估与预测。
常用的评估指标包括结构位移、应力、裂缝扩展等。
通过建立结构模型和采用适当的剩余寿命理论，可以预测桥梁结构的剩余寿命，并制定相应的维修与保养方案。
此外，高速铁路桥梁结构健康监测与评估技术研究中还需要考虑考虑外部因素对桥梁结构的影响。
例如，温度、风荷载、震动等外部环境因素会对桥梁结构产生一定的影响，因此在监测与评估过程中需要充分考虑这些因素的综合影响。
总之，高速铁路桥梁结构健康监测与评估技术研究对确保高速铁路运行安全和延长桥梁使用寿命具有重要意义。
高速公路桥梁结构健康监测系统设计与实施
高速公路桥梁结构健康监测系统设计与实施高速公路桥梁是连接城市与城市之间、地区与地区之间的重要交通枢纽。
为保障公路桥梁的安全运行，及时发现潜在的结构问题和病害，高速公路桥梁结构健康监测系统设计与实施至关重要。
本文将探讨如何设计和实施这样的系统，确保公路桥梁的结构安全和运行可靠。
1. 系统设计前期工作在设计高速公路桥梁结构健康监测系统之前，需要进行一系列的前期工作。
首先，要对公路桥梁的设计和施工资料进行仔细的研究和分析，了解桥梁的结构特点和常见的问题。
其次，根据桥梁的使用环境和工况要求，确定监测系统需要监测的参数和指标，例如桥梁的挠度、应变、温度、风速等。
然后，选择适当的监测仪器设备和传感器，并确定传感器的布置位置和数量。
2. 系统设计与实施过程系统设计与实施分为硬件部分和软件部分。
硬件部分主要是指监测仪器设备和传感器的选择和布置，以及建立监测系统所需的数据采集和传输网络。
在选取监测仪器设备时，需要考虑其准确度、灵敏度和稳定性等因素。
传感器的布置要根据桥梁的结构特点和监测要求来确定，以实现全面的监测覆盖。
同时，需要建立稳定可靠的数据采集和传输网络，确保监测数据能够及时传输和储存。
软件部分主要是指监测系统的数据处理和分析功能，以及监测数据的可视化展示。
监测系统应具备数据处理和分析功能，以便对监测数据进行实时监控和预警。
同时，监测数据应以可视化的方式展示，以方便工程师和管理人员对桥梁结构健康状态进行评估和决策。
数据处理和分析的算法需要根据桥梁的特点和监测要求来确定，以实现准确的结构健康评估和预测。
3. 系统实施后的运维与管理系统实施后，需要进行运维和管理工作，以确保监测系统的长期稳定运行。
首先，要定期对监测仪器设备和传感器进行检查和校准，以确保其正常工作。
其次，监测数据应进行定期的备份和存储，以便长期保存和分析。
同时，需要建立相关的档案管理制度，对桥梁结构的监测数据和维护情况进行记录和归档。
另外，还应建立统一的运维和管理平台，方便管理人员对监测系统进行远程监控和维护。
桥梁健康监测系统研究
截 面。５孔共 计截 面 ２ ５个 ， 加上 ２个 边跨 跨 中截 面共
计 ２ ７个 。每个 截 面设应力 传感 器 ３个 ， ８ 个 ； 共 １ 温度
传 感器 ２个 。
３ ２ ２ 监测期 限 与监测 安排 ．．
长 期监测 的时 间长度 、 观测 时 间问隔 、 观测安 排等
方 面应 根据所 监测 对象 的特点 及外 部条件 来确 定 。当
工 程 测 量 与 检 测 器
Ｅｎ ｎ ｅｒｎｇ Ｓｕｒ ｅｙ＆ Ｄｅｔ ｃ ｉｎ ｇｉ ｅ ｉ ｖ ｅ ｔｏ
桥 梁 健 康 监 测 系统 研 究
郝 红 梅
（ 京 星 通联 华科 技 发 展有 限公 司 ， 京 １ ０ ９ ） 北 北 ０ １２
摘
要 ： 现 代 光 纤 传 感 器 与 无 线 电 遥 测 技 术 相 结 合 应 用 于桥 梁 的健 康 监 测 ， 以使 各个 环 节 得 到 优 化 ， 将 可 因此 以某 连续
２ １￣ ０１
２ ３一 第２ 卷 啼荭 川 ． １ ５ 期（ ） ９ 投 ∈ １ ｒ
器 工 程 测 量 与检 测
Ｅｎ ｎ ｅｒｎ ｒ ｅｙ＆ Ｄｅｔ ｃ ｉ ｇｉ ｅ ｉ ｇ Ｓｕ ｖ ｅ ｔ ｏｎ
桥 梁结 构 为连续 ５孔 ， 主跨 每孔 跨度 为 １０１， ０ 每 １ １ 孑 监 测截 面选 择跨 中 、／ Ｌ １ ４跨 、／ 跨 、 右 支座 共 ５个 ３ ４ 左
图 ２ 系 统 总 体 供 电 电源
桥 梁 周边 施工 及使 用 荷载 增 大 时 ， 测 的 时间 长度 易 监
延 长 ［ 至 于观 测 时 间间 隔 、 测 安 排 ， 根 据桥 梁 结 ５ １ ： 观 应
梁 桥 为 例 ， 其 监 测 系 统设 计 时 ， 绝 对 位 移 监 测 单 元 采 用 精 确 的 差 分 式 全 球 定 位 系 统 Ｇ Ｓ 在 形 变 温 度 监 测 单 元 采 用 就 在 Ｐ ， 光纤光栅 传感器 ， 传 输单元采用 Ｇ Ｒ 在 Ｐ Ｓ发 送 装 置 ， 数 据 处 理 单 元 采 用 Ｖ ｓ ａ Ｃ ＋ 立 相 应 的 数 据 库 等做 了 介 绍 ， 在 ｉ ｌ ＋ 建 ｕ 并
桥梁健康监测系统的设计
桥梁健康监测系统的设计桥梁在现代社会中扮演着重要的角色，连接着城乡、沟通着交通、承载着重要的交通和物流。
由于桥梁长期的风吹雨打和车辆的频繁行驶，桥梁的健康状况一直备受关注。
为了保障桥梁的安全和可靠性，桥梁健康监测系统应运而生。
本文将对桥梁健康监测系统的设计进行详细介绍，从整体结构、传感器选择、数据采集与处理、监测方法以及应用实例等方面进行阐述，希望能够为相关领域的研究和实践提供一些参考。
一、桥梁健康监测系统的整体结构桥梁健康监测系统的整体结构通常包括传感器、数据采集系统、数据传输系统、数据处理与分析系统以及信息展示与应用系统等组成部分。
传感器是整个系统的核心，用于实时感知桥梁的结构变化和环境参数；数据采集系统负责将传感器采集到的数据进行实时采集和存储；数据传输系统将采集到的数据通过有线或无线通信方式传输到数据处理与分析系统；数据处理与分析系统对传感器采集到的数据进行处理、分析和挖掘，发现桥梁的结构健康状态；信息展示与应用系统则向工程师和用户展示监测结果，并为决策提供依据。
二、传感器的选择传感器是桥梁健康监测系统的核心部件，传感器选择的合理与否直接影响着桥梁监测系统的性能和精度。
在桥梁健康监测系统中，通常会采用应变传感器、加速度传感器、位移传感器、温度传感器等多种传感器来对桥梁进行全面监测。
应变传感器用于监测桥梁的受力情况，加速度传感器用于监测桥梁的振动情况，位移传感器用于监测桥梁的变形情况，温度传感器用于监测桥梁的温度情况。
传感器的选择应根据具体的监测需求和桥梁的特点来决定，既要考虑监测的全面性和准确性，也要考虑成本和维护的便捷性。
三、数据采集与处理数据采集系统负责将传感器采集到的数据进行实时采集和存储。
在数据采集过程中，需要考虑数据的实时性和准确性，特别是对于桥梁动态监测来说，数据的实时性至关重要。
数据处理与分析系统则负责对采集到的数据进行处理、分析和挖掘，发现桥梁的结构健康状态。
在数据处理与分析过程中，通常会采用信号处理、模式识别、统计分析等方法来对数据进行处理和分析，以发现桥梁的潜在问题和隐患。
桥梁结构健康监测系统的设计与实现
桥梁结构健康监测系统的设计与实现桥梁结构是道路交通运输的重要组成部分，同时也是国家重点工程建设的关键领域之一。
桥梁结构的健康状况一直是工程师和政府部门关注的焦点，因此采用有效的检测手段、确保桥梁安全和可靠性是必不可少的。
桥梁结构健康监测系统是一种新型的检测手段，它可以实现对桥梁结构的全面、及时、精确的监测和诊断，为桥梁的运营和维护提供重要依据。
本文将讨论桥梁健康监测系统的设计与实现，包括系统结构、传感器选择、数据采集和处理等内容。
一、系统结构设计1. 系统总体架构桥梁健康监测系统的设计应基于整个桥梁结构的状况，欲实现对各个组成部分以及桥梁整体的实时监测。
因此，系统总体架构包括传感器网络、数据采集模块、数据存储与处理模块、数据通信模块以及用户界面等几个部分。
其中，传感器网络负责对桥梁不同部分进行实时监测，包括支承、桥墩以及桥面等等。
数据采集模块负责采集传感器获取的数据，实时传输到数据存储与处理模块，该模块主要负责对这些数据进行初步处理和挖掘。
数据通信模块实现系统数据的传递和交互，将获取的数据传输到用户界面，并对用户的指令进行响应，从而实现了数据的共享和交互。
2. 传感器选择传感器是桥梁健康监测系统中最重要的部分，其主要功能是采集桥梁各部分的物理量，并将数据实时传输到数据采集模块进行处理。
该模块采用预制和自主研发的传感器，具有高精度、高可靠性、低成本等特点。
常用的传感器有：（1）倾斜度传感器：此类传感器能够测量桥梁结构的倾斜角度和形变，对于长度、面积和体积等特征参数具有更准确的测量和描述。
（2）加速度传感器：通过加速度传感器，可以对桥梁的振动特性进行实时监测，同时也可以用于检测车辆通过桥梁时的荷载情况。
（3）应变传感器：应变传感器是桥梁健康监测系统中最重要的传感器之一，它可以测量桥梁各部分的应变情况，从而有效地监测其变形情况，为后续的准确分析提供重要依据。
二、数据采集与处理数据采集和处理是桥梁健康监测系统中的核心部分，其负责对采集到的数据进行处理和分析，以便后续的健康状况评估和安全预警。
高速铁路桥梁结构健康监测与维护技术研究
高速铁路桥梁结构健康监测与维护技术研究随着城市化进程的加速和交通运输的快速发展，高速铁路成为了人们最为便捷、高效的出行方式。
高速铁路作为一种大型公共设施，其建设和运营涉及的问题十分复杂，需要从多个方面进行综合考虑和解决。
其中，铁路桥梁结构的健康监测和维护技术研究成为了一个重要的议题。
本文将从多个角度来探究高速铁路桥梁结构健康监测和维护技术的研究现状及其未来发展。
一、高速铁路桥梁结构的重要性铁路桥梁是高速铁路运行过程中最为重要的部件之一，其主要作用就是承托列车荷载，对于高速铁路行车的安全和稳定性起到至关重要的作用。
而且，铁路桥梁的建设是高速铁路建设的重要组成部分，直接关系到高速铁路线路的通行能力和安全性。
高速铁路桥梁的建设和维护也面临着诸多困难和挑战。
比如，在桥梁设计、施工和维护中需要克服自然环境和地质条件的限制；需要考虑桥梁的结构形式和荷载状况，以提高桥梁建设的质量和安全性；需要进行长期而全面的维护工作，以保证铁路桥梁的正常运行。
二、高速铁路桥梁结构的健康监测技术随着科技水平的不断提高，高速铁路桥梁结构的健康监测技术也在不断发展和创新。
其主要目的就是对高速铁路桥梁结构的运行状况进行实时监测和分析，发现潜在的问题，并及时进行维护和修复。
当前，高速铁路桥梁结构的健康监测技术主要可以分为传统监测和智能监测两种方式。
传统监测技术主要采用人工巡检、手动测量和传统仪器测试等方式来进行监测，其缺点是监测精度低、监测范围狭窄、工作效率低等。
智能监测技术则是利用传感器、无线通讯、云计算、大数据等技术实现对高速铁路桥梁结构运行状态的全面监测和智能诊断，其优势是监测精度高、实时性强、工作效率高等。
三、高速铁路桥梁结构的维护技术高速铁路桥梁结构的维护也是保证高速铁路运行安全的重要环节。
维护的工作包括定期巡检、有针对性的调整和维护等。
在桥梁维护过程中，为了提高工作效率和维护质量，需要积极引入新技术和新材料。
目前，高速铁路桥梁维护技术主要包括物理维护、化学维护和生物维护等多种方式。
高速公路桥梁结构健康监测与预警系统设计
高速公路桥梁结构健康监测与预警系统设计随着经济的飞速发展和人民生活水平的提高，交通建设变得越来越重要。
高速公路作为城市道路的重要组成部分，承载着大量人员和货物的运输。
其中，桥梁是高速公路中最重要的部分之一，它不仅需要具备良好的承载能力，还要保持结构的稳定和安全。
因此，高速公路桥梁结构健康监测与预警系统的设计就显得尤为重要。
高速公路桥梁结构健康监测与预警系统的设计旨在实时监测和评估桥梁结构的运行状态，以及提供及时、准确的预警信息，以保证桥梁的安全运营。
该系统由传感器、数据采集、数据传输、数据分析和决策支持等部分组成。
首先，传感器是高速公路桥梁结构健康监测与预警系统中的核心组成部分。
它们负责获取桥梁结构的实时运行数据，包括振动、位移、应力、温度等信息。
传感器的选择应该根据桥梁结构的特点和要求进行合理配置，并确保其具备稳定性、可靠性和精度。
其次，数据采集是将传感器获取到的数据进行采集和处理的过程。
在高速公路桥梁结构健康监测与预警系统设计中，需要选择相应的数据采集设备，确保其能够实时获取传感器数据，并进行必要的预处理工作，以便后续的数据分析和决策支持。
数据传输是将采集到的数据从桥梁结构运输到数据分析和决策支持系统的过程。
由于高速公路桥梁分布广泛，传感器数据的传输距离较长。
因此，在设计高速公路桥梁结构健康监测与预警系统时，需要选择合适的数据传输方式，如有线传输、无线传输或移动网络传输等，以确保数据的及时传送和可靠性。
数据分析是将采集到的数据进行处理和分析，以评估桥梁结构的健康状况。
数据分析的目标是通过分析传感器数据，检测和诊断桥梁结构的异常情况，如裂缝、变形、疲劳等，从而实现对桥梁结构的健康监测和预警。
数据分析可以利用传统的数学模型或机器学习算法进行，以实现对桥梁结构健康状态的准确预测。
最后，决策支持是基于数据分析结果，提供给工程师和管理者的决策支持工具。
决策支持系统应该具备直观、实用、易于操作的特点，方便工程师和管理者根据桥梁结构的健康状况，制定相应的维修计划和管理策略，以确保桥梁的安全运营。
桥梁结构健康监测数据采集系统设计方法研究
感 器可输 出数字信 号 ， 类传 感器 通常 内置 Ａ Ｄ转 这 ／
响 的外 部 因 素 及 其 时 间历 程 。 主要 包 括 风 、 度 、 温
维普资讯
第 ８卷
第１ ３期
２０ ０ ８年 ７月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ ． Ｎｏ １ Ｊ ｌ ２ ０ １８ ．３ ｕｙ ０８
１７ —８９ ２ ０ ） ３３ ３ —４ ６ １１ １ （ ０ ８ １—６ ３０
Ｓ ｉｎ ｅ Ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｎ ｉ ｅ ｒ ｇ ｃｅ ｃ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ Ｅ ｇ ｎ ｅｉ ｎ
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学
技
术
与
工
程
８卷
（） ２ 传感器输 出信 息量 直接 影 响 到数据 采 集 系 统传 输方式 的选 择 。一 是 系统 中传 感 器总 数 ， 决定 了和计算 机 直接 相 连 的数 据 传输 设 备 和传 输 方 式 的选择 。二是 单个传 感器 的采样 频率 ， 中产 生 连 其 续 模拟信 号 的 传 感 器 的采 样 频 率 取 决 于 数 据 本 身 的动态特 征和数据 分析处 理系统 对 数据 的要求 ；产 生数字信 号 的传感 器采样 频率 通 常 已设 定好 ，只需 采集设 备获取 信号并传 输 即可。
的桥 梁 ， 因此 ， 据 采 集 子 系 统 在 整 个 监 测 系统 中 数
外 部荷载 作用 下 的响应 。上述 ３个 方面 的监测 内容
高速公路桥梁健康监测系统构建
高速公路桥梁健康监测系统构建高速公路桥梁健康监测系统构建随着交通运输的发展，高速公路桥梁的建设和维护变得尤为重要。
为了保障桥梁的安全和稳定运行，建立一套高速公路桥梁健康监测系统是至关重要的。
高速公路桥梁健康监测系统主要由传感器、数据采集装置、数据传输模块和数据分析处理平台等组成。
传感器是系统的核心组成部分，用于采集桥梁的结构变形、振动、温度等数据。
这些传感器可以安装在桥梁的关键部位，如桥墩、桥面、悬索等，通过实时监测这些数据的变化，可以及时发现桥梁结构的异常情况。
数据采集装置将传感器采集到的数据进行处理和存储，可以实现数据的实时传输和远程监控。
数据采集装置可以配备无线通信模块，将数据传输到数据分析处理平台，以方便工作人员进行实时监测和分析。
同时，数据采集装置还可以通过自主电源或太阳能等方式进行供电，确保系统的可靠性和稳定性。
数据传输模块可以选择有线或无线传输方式，根据具体情况来进行选择。
有线传输方式可以进行长距离传输，但需要铺设电缆，成本较高。
而无线传输方式可以克服有线传输方式的局限性，具有灵活性和便捷性，但也需要考虑信号稳定性和安全性的问题。
数据分析处理平台是整个系统的核心部分，通过对传感器采集到的数据进行实时分析和处理，可以快速发现桥梁结构的异常情况。
数据分析处理平台可以采用云计算的方式，将数据存储在云端，通过大数据分析和人工智能算法，进一步优化桥梁的结构设计和维护方案，提高桥梁的使用寿命和安全性。
高速公路桥梁健康监测系统的构建对于保障桥梁的安全和稳定运行具有重要意义。
通过实时监测和分析桥梁的结构变化，可以及时发现并解决潜在的问题，避免桥梁事故的发生。
同时，通过数据的分析和处理，可以为桥梁的设计和维护提供可靠的依据，提高桥梁的整体性能和使用寿命。
总之，高速公路桥梁健康监测系统的构建是保障桥梁安全和稳定运行的重要手段。
通过传感器、数据采集装置、数据传输模块和数据分析处理平台等组成，可以实现对桥梁结构的实时监测和分析，优化设计和维护方案，提高桥梁的使用寿命和安全性。
桥梁健康监测系统合理总体构架和数据采集模式探讨
大型桥梁健康监测远程数据采集系统设计_陈保平
第14卷 第4期石家庄铁道学院学报V ol.14 No.4 2001年12月 JOU RN AL OF S HI JIAZHU AN G RAILW AY IN ST ITU TE Dec.2001大型桥梁健康监测远程数据采集系统设计陈保平1) 苏木标1) 樊可清2)(石家庄铁道学院大型结构健康诊断与控制研究所1) 石家庄 050043 武邑大学电子系2) 江门 529000)【摘要】简要介绍了大型桥梁结构健康监测远程数据采集系统设计的思想,为桥梁健康监测的研究与实践提供参考。
【关键词】桥梁 健康监测 数据采集【中图分类号】U443 【文献标识码】A 【文章编号】1006-3226(2001)04-0014-04桥梁健康监测,即通过对桥梁结构状态的监测与评估,为大桥在特殊气候,特殊交通条件下或运营状况严重异常时触发预警信号,分析评估桥梁使用寿命,并为桥梁的养护、维修与管理决策,验证桥梁设计理论,改进桥梁设计方法和相应的规范标准提供科学的依据。
也就是说,桥梁健康监测具有结构状态监测与评估、设计验证和改进设计规范这三方面的意义。
近年来,大型桥梁健康监测技术已经成为国内外学术界和工程界研究的热点[1～5]。
桥梁健康监测系统一般由数据采集系统和结构健康状态与安全评估系统这两个子系统组成,而其中的数据采集子系统则是整个监测系统的基础。
桥梁健康监测系统能否对桥梁结构的健康状态和安全寿命作出正确的评估,能否为验证设计和修改规范提供科学的依据,取决于数据采集系统能否采集到准确、可靠、有代表性、能如实反映结构状态的各种特征信息。
为此,探讨大型桥梁健康监测系统中远程数据采集系统设计的有关问题。
1 远程数据采集系统的基本要求从信息获取的形式上看,数据采集可分为断续和连续两种。
对于每次采样持续时间较短,但频繁重复的采样过程,称之为断续数据采集;而把一次采样持续很长时间的采样过程,称为连续数据采集。
传统的桥梁检测工作是在很长的时间跨度上定期或不定期地(比如在结构意外受损、荷载突然增大、特殊气象环境等情况下)进行测试,并将现场测试数据带回实验室进行分析处理。
高速铁路桥梁结构健康监测与评估研究
高速铁路桥梁结构健康监测与评估研究随着高速铁路的快速发展，大量的铁路桥梁被广泛应用于交通建设领域。
这些桥梁作为高速铁路网络的重要组成部分，承担着承载列车荷载和保证行车安全的重要角色。
然而，由于长期受到列车荷载及外界环境影响，桥梁结构可能存在各种隐患和损伤，这对铁路交通的运行安全和效率提出了巨大的挑战。
因此，高速铁路桥梁结构健康监测与评估研究成为当前工程领域的一个热点，以保障高速铁路系统的正常运行和乘客的出行安全。
高速铁路桥梁结构健康监测与评估的目的在于及早发现和准确评估桥梁结构的损伤和疲劳情况。
通过采用先进的监测技术和方法，可以全面监控桥梁的结构状态，及时发现存在的问题，并进行相应的修复和加固。
这不仅有助于提高桥梁的安全性和可靠性，延长其使用寿命，还能降低维护成本和保障列车的正常运行。
高速铁路桥梁结构健康监测的技术包括传统的结构监测技术和新兴的无损检测技术。
传统的结构监测技术主要包括载荷试验、应变测量、振动与加速度测量等，通过监测桥梁的应力应变、振动响应等参数，评估桥梁的结构安全状况。
而新兴的无损检测技术，如红外热像法、激光测距法、超声波检测法等，可以对桥梁进行非接触性的、全面的检测和评估，准确分析桥梁的结构状况和问题。
在高速铁路桥梁结构健康监测和评估中，数据采集与处理是关键环节。
通过对桥梁结构进行长期的、连续的数据采集和分析，可以了解桥梁结构的变化和演化规律，预测潜在的结构问题。
同时，结合专业的结构分析软件和模型，可以对采集的数据进行处理和解读，定量评估桥梁的健康状况，提供有效的决策依据。
除了数据采集与处理，高速铁路桥梁结构健康监测与评估还需要建立可靠的评估方法和标准。
针对不同类型和结构形式的桥梁，需要制定相应的评估指标和评价体系，明确可接受的损伤和疲劳程度，并借鉴国内外的相关经验，结合实际情况进行修订和完善。
这样可以实现桥梁结构健康等级的准确划分，从而指导维护和修复工作的进行。
高速铁路桥梁结构健康监测与评估研究，旨在提供科学的监测和评估手段，为高速铁路系统的正常运行提供可靠的支持。
桥梁健康监测管理系统设计方案
桥梁健康监测管理系统设计方案为进一步提升我区设施部门对桥梁及智能化监管能力，同时响应考核要求，在建设市政综合监管平台的同时，同步完善綦江区桥梁健康监测管理系统的建设。
桥梁健康监测系统与智慧市政平台实现数据与统计结果的对接，一下为桥梁健康监测系统的详细情况：第一章系统功能架构根据桥梁监测系统的目的，本项目设计分为自动化传感监测子系统、数据存储与管理子系统、基于监测结果的综合预警和安全评估子系统、用户界面子系统4部分，分别为：1.自动化传感监测子系统本系统包含以下三个模块：(1)传感器模块：传感器是指能感受规定的被测物理量，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，其基本功能是检测信号和信号转换，通过传感器将各类监测信号转换为电(光)信号。
传感器处于监测系统的最前端，用于获取监测信号，其性能将直接影响整个健康监测系统，对测量精确度起着决定性作用。
(2)数据采集与传输模块：将监测信号转换为数字信号并完成远程传输。
(3)数据处理与控制模块：将监测信号进行预处理以及二次处理以向其它子系统提供有效的信息源或力学指标，根据需要设定程序控制监测参数的采集。
2.数据存储与管理子系统将监测信号进行预处理以及二次处理以向其它子系统提供有效的信息源或力学指标，根据需要设定程序控制监测参数的采集。
通过该子系统可实现整个健康监测所有数据的平台管理工作，完成数据的归档、查询、存储等操作，在系统全寿命期内统一组织与管理数据信息，为系统维护与管理提供便利，也为各应用子系统提供可靠的分布式数据交换与存储平台，方便开发与使用。
3.基于监测结果的综合预警和安全评估子系统通过该子系统实现根据监测数据进行结构状态与损伤识别，并综合识别的结果对结构的安全使用状况进行预警评估。
具体为：能够对监测及识别的结果进行趋势对比、分析与预测；对结构变形等监测参数建立明确的预警指标，能够对监测结果进行分级预警；通过人工干预综合各种监测数据、定期测量信息、内力状态信息对结构进行综合评估。
高速铁路桥梁结构健康监测与评估研究
高速铁路桥梁结构健康监测与评估研究摘要：高速铁路桥梁结构的健康监测与评估对于保障列车运行的安全性和可靠性具有重要意义。
本文将对高速铁路桥梁结构健康监测与评估的研究进行探讨，包括监测手段和方法、评估指标和技术、以及相关案例分析。
最后，本文提出了对高速铁路桥梁结构健康监测与评估研究的展望。
1. 引言高速铁路建设在我国发展迅猛，其中的桥梁结构是确保铁路线路安全稳定运行的重要组成部分。
由于高速列车的运行速度较快，对桥梁结构的安全性和可靠性提出了更高的要求。
因此，进行高速铁路桥梁结构的健康监测与评估研究意义重大。
2. 高速铁路桥梁结构健康监测的手段和方法为了确保高速铁路桥梁结构的安全性和可靠性，需要进行定期的健康监测。
目前，常用的高速铁路桥梁结构健康监测手段包括传感器、无损检测和影像监测等。
传感器主要用于测量桥梁结构的应力、振动、位移等参数，以评估其健康程度。
无损检测方法通过各种无损检测技术，如超声波、磁粉检测等，对桥梁结构进行缺陷检测和评价。
影像监测方法利用摄像头、红外热像仪等设备对桥梁结构进行实时监测和记录。
3. 高速铁路桥梁结构健康评估的指标和技术高速铁路桥梁结构健康评估需要依据一定的指标和技术进行。
常用的指标包括应力、挠度、位移、频率响应等。
应力指标可以通过传感器测量获得，用于评估桥梁结构的承载能力。
挠度指标可以反映桥梁结构的变形情况，通过传感器监测和分析可以评估桥梁的稳定性。
位移指标可以用于检测桥梁结构的位移变化，以评估其健康状态。
频率响应指标可以通过振动测试和分析获得，用于评估桥梁结构的动力特性。
高速铁路桥梁结构健康评估的技术主要包括有限元分析、模态分析、模型辨识等。
有限元分析可以通过数学建模和计算机模拟，对桥梁结构进行应力、挠度等参数的分析和评估。
模态分析是通过振动测试和频率分析，确定桥梁结构的固有频率和模态形态，以评估其健康状态。
模型辨识是通过对实测数据进行处理和分析，确定桥梁结构的动态特性和健康状态。
智能桥梁健康监测系统研究
智能桥梁健康监测系统研究随着城市规模的不断扩大和基础设施的不断完善，城市交通建设也呈现出了崭新的面貌。
在这样的大背景下，桥梁作为城市交通建设中的要素之一，也不断得到发展和完善。
然而，桥梁作为一种大型建筑物，其存在着一定的安全隐患和使用风险。
因此，如何保证桥梁的安全健康具有非常重要的意义。
而近年来，智能桥梁健康监测系统的研究与应用已经成为了当前的研究热点之一。
一、智能桥梁健康监测系统的基本概念智能桥梁健康监测系统是一种利用各种先进的传感技术和信息处理等技术，对桥梁进行日常检测、数据采集和全面分析的一种系统。
其基本工作原理就是通过对桥梁内部存在的各类性能参数进行实时监测和分析，从而保证桥梁长期的安全运行。
二、智能桥梁健康监测系统的技术特点智能桥梁健康监测系统具有如下的技术特点：第一，采用成熟的传感技术，能够对桥梁内部的各类信息进行实时采集和监测；第二，采用无线通信技术，使得数据的传输更加便捷和快速；第三，数据处理能力强，能够对传回数据进行全面、细致的分析和处理，找出桥梁存在的问题和隐患，及时完成维修和检修工作。
三、智能桥梁健康监测系统的应用前景智能桥梁健康监测系统的应用前景非常广阔。
首先，它能够大大增强桥梁的安全性和健康性，为城市交通建设提供坚实的保障；其次，由于智能桥梁监测系统具有大数据分析的功能，因此可以为城市交通大数据的分析提供基础数据，为城市交通优化提供更加全面、准确的数据支撑。
此外，智能桥梁健康监测系统还可以提高桥梁的运行效率，优化桥梁的维修和检测流程，并大大提高城市交通的整体运行效率。
四、智能桥梁健康监测系统的发展趋势智能桥梁健康监测系统的发展趋势将主要体现在以下几个方面。
第一，传感技术的不断发展和更新将使得智能桥梁监测系统进一步智能化和全面化；第二，无线通讯技术的不断发展将使得数据的传输速度和安全性得到提升；第三，大数据分析技术的不断深入将进一步提高系统的数据处理和分析能力；第四，更加严格的国家和地方标准将促进智能桥梁监测系统的规范化和普及化。
高速铁路工务工程健康监测系统设计方案研究
高速铁路工务工程健康监测系统设计方案研究作者：李静文刘健娜来源：《中国房地产业·中旬》2020年第04期摘要：高速铁路因列车速度快、运载量大，对铁路桥梁、隧道、路基和轨道等工务工程有着高平顺、高稳定性和高可靠性的要求。
目前，对于整体线路工程中包含的桥梁、隧道、路基、轨道结构建立整套健康监测系统相对较少。
针对这一情况，本文依托高速铁路工务工程中包含的桥梁、隧道、路基、轨道等结构设计出一套完整的运营健康监测系统方案。
关键词：高速铁路;健康监测;线路工程。
1 引言我国作为全世界运营里程最长，也是高速铁路在建规模最大的国家。
目前相关部门已经开始对已建成的高速铁路工务工程如何进行有效的结构监测开始研究，但是现在的监测系统多数都是对于单个的桥梁、隧道、路基或者轨道的某一部分进行实时监测，而对于整体线路工程建立健康监测系统相对较少。
为此，本文拟结合高速铁路工务工程的特点，设计出一套相应的监测方案。
2 高速铁路的主要特点高速铁路线路工程是典型的由不同结构物（桥梁、隧道、路基、轨道）相互串联组成一个集成化、系统化的复杂系统。
高速铁路有以下特点：2.1 高速列车为了保证速度快的特点，采用更多的桥梁和隧道来缩短距离。
2.2 高速列车行车速度快，密度大，对基础设施和设备的依赖性能更强。
3 建立高速铁路健康监测系统的总体目标和要求3.1 监测系统的总体目标3.1.1 获取桥梁、隧道、路基和轨道结构在正常环境与交通条件下运营的特征信息，评估结构的健康状态。
对于沿线整体性和关键部位的损伤，对结构整体做出健康状态评估和安全性评价。
3.1.2 评价高速铁路工务工程中桥梁、隧道和路基、轨道承受动、静荷载的能力和可靠性，为运营管理与养护维修提供依据。
3.2 系统的总体网络结构图高速铁路健康监测系统总体组成框架网络结构图。
健康监测系统包括：现场数据采集、数据传输（有线或无线）、数据处理管理、安全评估和信息显示等。
3.3 监测系统的模块的集成高速铁路监测子系统包括桥梁、隧道、路基、轨道四大子模块如图1所示。
桥梁健康监测数据采集系统设计方法探讨
桥梁健康监测数据采集系统设计方法探讨摘要：随着我国交通运输业的不断发展，越来越多的桥梁工程被应用于交通建设中。
桥梁工程在应用的过程中也需要加强维护，而在维护过程中需要对桥梁的健康情况进行实时监测，并且加强数据采集，这样才能够及时发现桥梁工程存在的安全隐患，进而对桥梁工程进行有效的维护。
针对长期以来桥梁工程在线实时监测的实际情况，系统性的研究健康监测系统做人做好数据采集对于桥梁的养护具有重要意义。
关键词：桥梁监测；数据采集；系统设计方法针对桥梁健康监测数据采集系统的设计，主要包括传感器系统、数据采集系统、数据处理系统、以及结构分析系统和远程综合管理系统等。
这几大系统相辅相成，缺一不可。
通过数据采集系统，将传感系统和数据处理系统搭建在一起，能够随时对桥梁工程的具体情况进行实时监测。
在当前的信息化时代背景下，针对桥梁的健康监测数据采集系统设计要领或者运用各种新型的传感器和新型的传感器数各性能的可用性。
为了进一步提高健康监测数据采集系统设计的有效性，首先就要明确桥梁结构监测的主要内容。
一、桥梁结构健康监测数据系统的主要监测项目（一）桥梁工程的工作环境监测1.桥梁位置的风速以及风向监测。
通过对桥梁位置的风速风向监测，获得相关的数据，与气象部门提供的资料进行比对，并且结合实时测得的风特性资料根据桥梁的风致振动响应可以制定对抗风的一系列方法。
2.桥梁环境温度以及桥上温度分布监测。
通过对环境温度和桥梁各部分温度的监测，能够将监测结果与设计时的假定取值相比较，这样能够对桥梁在温度作用下的安全性以及各项现场进行综合评估比对，通过对相对温度和湿度的监测，能够为桥梁各个结构的耐久性进行有效的评估。
3.车辆载荷检测。
对通过桥梁的车辆载荷资料进行分析监测能够分析车辆载荷对于桥梁带来的影响，从而对桥梁的性能进行评估。
（二）桥梁整体结构性能监测1.桥梁几何线形监测。
针对桥梁几何线形检测，主要包括混凝土徐变温度变化等情况引起的桥梁轴线位置变化。
桥梁结构健康数据采集存储系统的设计与实现
1 概述采许多桥梁在长期的使用过程中，受到材料老化、环境侵蚀、载荷增加、养护不当等因素的影响，桥梁不可避免地出现各种结构损伤，使得承载力与耐久性降低，影响运营的安全性。
为了能够数字化桥梁结构的健康状态，现在许多大跨桥梁都安装了传感器，建立起桥梁结构健康检测系统。
而且随着硬件技术和网络通信技术的发展，传感器数量越来越多，数据量也越来越大。
国内的上海长江大桥总计安装了369个传感器，每天产生数据量达到2GB。
桥梁结构健康监测系统主要是通过软件和硬件相结合，应用不同种类的传感器技术、测试技术，在桥梁的使用期间定期观测桥梁结构的动态响应，通过动态响应提取损伤敏感性特征并对这些特征进行统计分析，进而判定桥梁当前的健康状态。
随着系统使用时间的增加，平台接入的传感器数量会越来越多，存储的传感器数据量会越来越大，必然会带来由于数据量大而导致的查询效率和存储效率低的问题。
本文主要的解决思路是利用分布式存储和非结构化的文档数据库来解决这方面的问题。
2 数据采集存储系统架构设计本软件平台的原型设计与传感器数据接入对接的是国内的四渡河大桥的智能螺栓数据采集系统。
这个传感器数据采集系统由桥梁上的48个智能螺栓组成，这些智能设备构成了一个无线传感网络。
它能够把采集的监测数据通过网络实时传输至远程云端服务器。
当平台扩展接入其它桥梁的数据采集系统或是增加本桥梁的数据采集智能设备时，会出现数据网络接入的并发问题以及数据量的增大带来的存储和查询问题。
因此，本系统为了应对数据的可扩展性问题，在架构上设置了分布式存储和缓存层。
对接入的智能螺栓数据经过加工后进行分布式存储，并且借助缓存系统快速响应前端页面的实时状态查询与数据显示。
整个数据接入及存储系统部署如图1所示。
当智能螺栓定时产生相应数据后，经过无线传感网汇集到传感器网关，传感器网关利用4GDTU模块将数据通过4G移动网络传送至位于互联网的服务端，即数据接入子及存储子系统。
在数据接入子及存储子系统中，数据首先经过的是部署在最上层的是Nginx服务器集群，通过配置Nginx，这个服务器集群的作用是负载均衡传感器网关的连接和用户页面的查询连接到相应的Restful WebService服务器上。
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桥 梁被动防撞措施,并加强防范、监控措施,重点保护主要通航口的桥墩,同时不能忽视引桥部分的安全。
主动防撞措施方面,建议设置导航标等;被动防撞措施方面,可设置局部防撞措施,例如:在主通航孔的桥墩设置橡胶防护装置等。
对于重要桥梁,要建立主动防撞系统(如VTS 等),减少人为原因导致的船撞桥事故,降低年船撞桥概率。
参考文献:[1] 戴彤宇,聂 武,刘伟力.长江干线船撞桥事故分析[J].中国航海,2002(4).[2] 王朝军,陈传尧,章建军,等.桥墩防护装置数值模拟分析[J].国外桥梁,2001(4).[3] 陈国虞.桥墩的船撞力计算及柔性防撞装置设计综述[C ].上海海洋钢结构协会.2002年会议论文集:80 112.[4] 戴彤宇.船撞桥及其风险分析[D ].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2002.[5] 张子新,张 桓.崇启大桥运营期船撞风险评估[J].交通科学与工程,2009(3).[6] 梁 磊.船撞桥概率模型分析.物流工程与管理[J],2009(2).[7] 牟军敏,刘明俊,季永青.船舶撞桥概率研究[J].科技,2006(7).[8] 王增忠,王君杰,范立础.船撞桥风险评估与管理[J].自然灾害学报,2008(4).[9] 戴彤宇,刘伟力,聂 武.船撞桥概率分析与预报[J].哈尔滨工程大学学报,2003(1).[10] 辛济平,万国朝,张 文,等译.美国公路桥梁设计规范[M ].北京:人民交通出版社,1998.[11] 潘 晋.船桥碰撞机理及桥墩防护装置研究[D ].武汉:武汉理工大学,2003.[12] 黄 丹.船舶碰撞桥梁概率公式分析[J ].重庆:公路交通技术,2007(10).[13] 赵劲松.船 桥碰撞与南京长江大桥的防碰问题[J ].大连海运学院学报,1992,18(1).[14] 耿 波.桥梁船撞安全评估[D].上海:同济大学.[15] 林铁良,王君杰,陈艾荣.基于事故记录的船撞桥墩概率模型建立[J].同济大学学报(自然科学版),2007(2).[16] 项海帆,范立础,王君杰.船撞桥设计理论的现状与需进一步研究的问题[J].同济大学学报(自然科学版),2002(4).[17] 耿 波,王君杰,范立础,等.桥梁船撞风险评估体系总体研究[J].土木工程学报,2007(5).收稿日期:2010-03-23;修回日期:2010-04-09基金项目:铁道部科技研究开发项目重大课题(2008G032 10)作者简介:秦世强(1987 ),男,博士研究生,E m ai:l q s q i ang417@126.co m 。
高速铁路桥梁健康监测数据采集系统设计研究秦世强,蒲黔辉,施 洲(西南交通大学土木工程学院,成都 610031)摘 要:结合高速铁路桥梁健康监测的特点,从硬件和软件两个方面设计数据采集子系统;首先,分析各个监测项目中的传感器,以及传感器的选用原则和输出信号的特点,在此基础上进行数据采集系统的硬件设计;然后,比较各种数据采集软件设计平台,提出利用软件进行数据采集的模拟,详细论述各个模拟模块的建立过程;最后利用所述方法为某高速铁路桥梁设计了数据采集子系统,系统的建立为高速铁路桥梁健康监测理论研究提供了方法,为同类型数据采集系统设计提供参考。
关键词:高速铁路;健康监测;数据采集;桥梁;信号模拟中图分类号:U 441 3 文献标识码:A 文章编号:1004-2954(2010)10-0067-04随着经济发展对交通运输要求的提高,高速铁路成为目前铁路建设中的主要方向。
高速铁路封闭运营,线路近一半以上为桥梁。
如何保证桥梁(尤其是大跨度桥梁)在高速列车行驶下的安全,是目前高速铁路桥梁建设中所必须关注的议题。
大型桥梁投资规模大,服役周期长,通过在桥梁上布设各种传感器,测试桥址处的环境荷载以及桥梁本身的动力响应,实时动态的掌握桥梁在施工和运营期间的健康状况,已经成为许多大桥建设者们的共识。
通过桥梁健康监测,可以对桥梁结构状态进行监控和评估,在桥梁运营状况严重异常时发出警报,为桥梁的维护和管理提供依据;也可以验证桥梁的设计理论,为同类型的桥梁设计提供参考;还可以促进桥梁抗风、抗震的理论研究[1~2]。
芜湖长江大桥[3]布设了1套以环境监测、结构性能监测、行车安全监测等为主体的多参数、多传感器和相关调理仪的长期健康监测和报警系统,实现自动对结构的损伤识别和寿命评估,评价大桥的安全性和可靠性;南京长江大桥[4]通过安装风速风向仪、温度仪、加速度计、应变计、位移计等200个传感器,形成一套安全监测和状态评估系统,并建立了基准有限元模型,对已服役多年的大桥的状态进行了准确的把握。
一般而言,桥梁健康监测系统包括传感器子系统、数据采集子系统、数据分析处理子系统、损伤识别和性能评定子系统[5~7],各个系统之间紧密结合、协调工作,成为一个有机的整体,各个子系统缺一不可。
随着仪器设备学科的发展,光纤光栅传感器等新型传感器已经投入使用,传感器的测试精度得以大幅提高,传感器已不再是制约桥梁健康监测发展的主要因素;而近10年关于健康监测的理论研究主要集中于信号处理方法和桥 梁 秦世强,蒲黔辉,施 洲高速铁路桥梁健康监测数据采集系统设计研究结构损伤识别及状态评估,并发展出以小波变换、H il bert H uang变换为代表的时频分析方法以及以振动测试为基础的动力损伤识别方法,这些都大大促进桥梁健康监测理论发展;相比之下,数据采集子系统作为健康监测系统的前提,涉及到硬件及软件的设计,是整个系统开发中的一个难点,目前关于高速铁路桥梁健康监测系统数据采集的系统研究并不多见。
对高速铁路桥梁健康监测数据采集子系统进行系统的设计,首先分析高速铁路健康监测所用的传感器的特点、选择原则、传感器输出信号的特征,在此基础上进行数据采集子系统的硬件设计;然后对数据采集子系统软件设计进行详细概述,提出利用软件进行数据采集模拟的概念,并对数据采集模拟系统中的结构响应模拟、多媒体定时器和数据存储等三个模块进行详细分析;最后,对某高速铁路桥梁健康监测数据采集子系统的建立作简要概述。
1 传感器系统概述1 1 高速铁路桥梁健康监测项目及传感器传感器能否较全面和准确测试出桥梁周边环境、结构局部和整体信息,对桥梁健康监测起到至关重要的作用。
高速铁路桥梁列车行车速度快,桥梁结构本身振动效应明显,行车平稳和行车安全要求高;对于通过城市中心的高速铁路桥梁,还需控制其噪声,与这些要求相对应的是高速铁路健康监测中对振动效应及行车安全监测的投入。
高速铁路常用监测项目及其对应的传感器如下。
(1)桥址处环境监测:桥址处的温度湿度对材料耐久性有影响,温差更是会导致结构内力的重分布;风荷载会对桥梁结构产生风致振动,虽然大跨度桥梁设计中已经考虑了空气动力方面的因素,但仍需要加强对风速风向的安全监测,以考虑风荷载对结构的静动力效应。
对应于桥址环境监测的传感器主要有:监测风荷载的机械式或三向超声风速风向仪、测试温度荷载的电阻式温度计或光纤光栅温度传感器、测试空气湿度的湿度计。
(2)结构振动效应监测:结构在列车荷载及风荷载下的动力响应,包括动应变、动位移、竖向横向加速度,这些指标比较明确地反映了结构在活载下的状态。
对应的传感器有:测试动应变的电阻应变计、振弦式应变计和光纤光栅应变传感器,测试动位移的拉绳式位移传感器、电子测距仪和GPS,测试加速度的电容式加速度计和力平衡加速度计等。
(3)结构局部性能监测:结构局部性能监测主要包括支座沉降、特殊部位如短吊杆的疲劳、斜拉索索力等的监测,以防止结构出现局部失稳。
常用的传感器有:!测试支座位移和转角的位移计和倾角仪;∀测试短吊杆拉力的吊杆拉力测试仪;#测试斜拉索索力的压力传感器和磁通量传感器等。
(4)行车安全监测:主要监测列车的轴重、行车速度、列车的到达离开,对应的传感器有测试行车速度的测速仪、测试轴重的电子动态地秤、列车到达离开监测的计轴传感器等。
通过以上4个方面的监测,基本上涵盖了高速铁路桥梁在运营期间健康状况评估所需要的外部荷载和动力响应。
1 2 传感器选择原则针对上述的各个监测项目的多种传感器,在选择时一般遵循以下原则:!传感器的性价比;传感器设备是整个健康监测系统最昂贵的设备,选用时需考虑整个系统造价,在传感器的性能和价格之间作协调平衡;∀传感器的技术指标;包括量程、精度、灵敏度是否符合测试要求,阶跃响应和频率响应范围能否覆盖结构的频率等;#传感器对工作环境的要求,包括环境温度、湿度、结构对传感器的振动是否超出传感器的限值;∃传感器与其他设备的兼容性;传感器输出的信号一般较弱,需经过调理和放大,因此在选择时需考虑传感器与相关信号调理设备的兼容性;另外,多个传感器需协调工作,输出的信号需经过通信设备进行传输,因此传感器的组网能力、传感器能否与计算机通信、信号传输的距离等也是重要的指标。
1 3 传感器输出信号特征分析传感器输出信号一般可分为3类:一类是由惠斯顿电桥输出的mV级低电压信号,一类是模拟电流电压信号,一类是数字信号;对于输出低电压信号的传感器(如压电加速度传感器),其信号需经过放大、滤波和去噪等调理;可输出模拟信号的传感器有加速度传感器、振弦式应变计、风速风向仪、电子动态地秤、热电偶和热电阻式温度计、磁通量传感器等,这类传感器内置A/D转换模块,信号与计算机的通信遵循标准传输协议,如串口协议RS 232、RS 485等;可输出数字信号的传感器有倾角仪、GPS、温度传感器等。
传感器输出的信号量决定了整个数据采集子系统构建的难易程度,信号输出总量一般取决于传感器的总数以及单个传感器的采样频率,对高速铁路桥梁,由于振动测试传感器数量较多,而且对于动力响应测试,采样频率一般比较高,因此,传感器数量及位置的优化对整个系统的构建起到至关重要的作用,目前在这一方面的研究已取得一定成果。
总言之,传感器的类型、信号输出特征对数据采集子系统规模、通道数目、硬件的采样频率、数据的存储等方面提出了要求,是数据采集系统的基础。
秦世强,蒲黔辉,施 洲 高速铁路桥梁健康监测数据采集系统设计研究桥 梁2 数据采集硬件方案桥梁健康监测的硬件方案一般有两种。
(1)基于板卡的集中式数据采集系统,其数据采集依赖于数据采集卡,数据采集卡是实现数据采集功能的计算机扩展卡,目前常用的数据采集卡有I SA 、PX I 、PC I 总线数据采集卡。
利用这种方式组建的数据采集系统成本低、数据采集速度快,但是稳定性一般。
(2)基于现场总线的分布式数据采集系统,是一种基于公开化、标准化的数据采集系统组建方案,各种厂家生产的设备遵守同一协议规范,通过现场总线网络连接成一个系统,便于维护和管理。
目前常用的现场总线有USB 、RS 232、以太网、RS 485、PROFI B US 总线、Lon W or ks 总线、C AN 总线等。