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谈桥梁健康监测(2/5)-方案设计决定成败
导读上一篇我与大家讨论了☞当监测遇上5W1H分析，怎么破？基本认识了什么是桥梁健康监测，接下来将与大家展开讨论一下其相关技术。
应该说，监测系统中的方案设计是决定一个监测系统成败的关键。一般来讲，一个成功的桥梁健康监测系统的方案主要由四大部分组成，即结构、机电、软件、施工。下面我以中小跨径梁桥为例展开介绍这四部分的内容。
一、结构工程
此处的设计应该是整个健康监测系统的重中之重，其他都是为此服务的。具体内容包括：
了解桥梁运行现状。需要的基础资料一般包括三部分：基本设计文件、近期检测报告和近期荷载试验报告，重点关注病害多发位置、是否存在单向板受力等。只有理论分析和实际检测结果相结合才能对症下药，开好桥梁的化验单。
明确监测目的。我们切忌目标设定过高，神化健康监测，要根据现状制定合理的监测目标，如对于中小跨径桥梁，车辆荷载实时高频响应是监测重点，一是能捕捉桥梁结构在突发事件（强风、地震和船舶撞击）下的响应，即突发性损伤；二是及时发现在长期运营过程中累积的疲劳损伤，即累积性损伤。
设计监测内容。此处起到承上启下的作用，从监测目的出发，应选择合理的监测项，结合现状分析和结构特点分析，确定测点数量和位置，根据数据处理的要求设置合理的采样频率。对于中小跨径桥梁来说，可选择动挠度和动应变作为主监测项，在跨中和主行车道布置挠度测点，在应力集中区域布置应变测点。根据采样定理的要求，为保证时域不失真，频域不出现频率混叠的现象，采样频率应至少为分析频率的5倍以上。
△ 监测内容设计
二、机电工程
机电工程主要解决了传感器、信号采集传输的问题，主要内容包括三方面。
传感器选型：根据监测项和采样频率的要求，选择合适的传感器。以动挠度监测和应变监测为例，目前的传感器选型主要考虑的因素见下表：
传感器选型参考
数据采集硬件设备：根据传感器种类、数量、信号特征、信号采样频率、I/O数据吞吐量及对信号的预处理等要求，决定数据采集硬件系统的基本方式和具体硬件设备的选择，遵循标准协议和标准接口，作为向传感器发送采集指令的载体与通道。
智能网关设备：通常采用嵌入式系统，实现传感信号的可靠转换、时间同步、数据前处理、边缘计算、远程可控、可扩展等功能。一般与传输系统统一设计，采用集中式或分布式传输，通过4G或光纤网络技术传输。
△ 智能网关设备
三、软件工程
软件工程是整个系统的出口，通过图形化的交互操作，查看监测系统的最终成果，主要包括：关系数据库的设计、数据存储设计、数据安全机制设计、用户界面设计等。这部分具体的设计属于软件工程师的工作内容，超出笔者认知范畴，就不在此献丑了。
从应用的角度来看，应实现的功能包括：系统管理、安全认证、数据高效存储、高性能访问、报警服务、丰富的前处理算法、可自定义的数据后处理、界面友好的展示系统。
△ 软件功能应用
四、施工工程
在方案设计阶段，施工工程主要是施工图的绘制，包括以下三个方面。
△ 施工工程设计
说明部分：设计说明、图例说明、编码说明；
传感器布置及安装：总体布置图、各监测项布置图、设备安装图；
数据采集传输系统：系统图、采集站布置图、硬件索引表、线缆索引表、电气原理图、采集站内部设备布置图、接线图、线缆路由图。在这就不一一详述了。
下篇预告：监测系统中方案设计环节的内容就与大家分享到这，下一篇我将与大家讨论一下健康监测系统中施工工程的相关话题，敬请大家交流指正。
作者简介
张硕玉
路安交科（北京）监测科技有限公司技术工程师
毕业于北京工业大学
硕士学位
桥隧检测师
发明专利2项
主要从事基础设施智慧管养和智能监测相关工作
主持参与了城市桥梁智慧管养平台、布达拉宫健康监测平台等多项软件开发工作
参与了多项行业技术规程的编制；参与了华清大桥、金城公铁立交大桥等多个大桥的健康监测工作
