一种一体化远程桥梁养护系统的制作方法

本实用新型涉及桥梁安全监测技术领域，具体涉及一种一体化远程桥梁养护系统。

背景技术：

桥梁是我国重要的工程项目之一，对于我们交通事业以及经济和社会的发展具有重大的意义，其中水泥混凝土构建在桥梁建设中占有重要位置。水泥构件强度性能受多方面影响，比如用水量、水泥矿物成分以及后期养护等。混凝土浇捣后，之所以能逐渐凝结硬化，主要是因为水泥水化作用的结果，而水化作用则需要适当的温度和湿度条件。当桥梁成型后，桥梁等结构的温度会随着环境温度的变化而发生变化，材料的温度变化将引起结构构件的变形，从而在构件内部产生应力。因此，对大型桥梁的温湿度参数进行监测、诊断、控制及评价，从而及时发现并消除结构的安全隐患，确保结构的安全性和可靠性，是当前国际学术界和工程界普遍关注和高度重视的热点。

当前对大型桥梁的温湿度监测就是采用传感设备或者元件，监测桥梁温湿度参数，评价结构的运营状况，为维修、报警决策提供可靠的依据。测温方式有接触式和非接触式两种，数据传输方式分为总线式和光纤方式。

(1)接触式桥梁温度检测：

常用的接触式桥梁温度检测采用各类温度传感器，有热电偶、热电阻、热敏电阻、晶体管温度传感器等，这些传感器事先要进行标定。有的传感器测量准确度还与导线长度、转换开关的接触电阻有关，有的则要求高稳定、高准确度的放大器。有些传感器的输出为模拟信号，必须经过专门的接口电路转换成数字信号后才能由微处理器进行处理。目前大多采用数字式温度传感器。

(2)光纤传感技术：

形变温度监测单元采用光纤光栅传感技术，该系统主要由光纤光栅传感系统、光纤光栅网络分析系统、光纤通讯传输网络、信息处理和分析系统构成。在该网络中，不同类型的传感器可以连接在同一个测量通道中，温度传感器的精度为0.5℃。网络分析仪的扫描频率一般是1～200Hz。

(3)非接触式路面温度传感技术：

红外成像检测技术是20世纪发展起来的一种新的无损检测技术。红外线是波长0.78～1000um的电磁波，任何高于绝对零度的物体都是红外辐射源。当通过接收物体发出的红外辐射，将其热像显示在图片上，通过测量结构表面的温度场分布情况来判断结构的内部缺陷。

对以上实现方案进行技术比较之后，各方案的不足在于：

(1)红外成像测温技术不利于工程应用

红外成像技术容易形成大容量数据，其传输方式对数据处理和分析存在局限性。

(2)有线方式存在多种技术问题

桥梁现场施工环境比较恶劣，常规的有线温湿度检测受到极大的限制，无法满足温湿度监测点分布广而且零散的需求。采用光纤方式，探头和导线总体成本高；采用总线方式，更存在数量上限，系统能够容纳的测点少，数据误差大，实时性低，无法满足大体积混凝土的现代化施工要求，且多个传感器的信号在总线上易于串扰。总线损坏，所有传感器立即失效。

(3)只能现场办公，不能远程控制

大多数桥梁监控都是部署在现场，必须有值班人员或者定期巡检。当外界环境变化，桥梁周围环境不满足养护要求时，施工人员必须现场控制一些养护设备比如洒水设备等，无法进行远程控制，导致一些情况处理不及时，缺乏处置的灵活性等。

鉴于上述缺陷，本实用新型创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本实用新型。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种一体化远程桥梁养护系统，包括监测模块、后台数据管理平台、客户端和互联网，所述监测模块包括若干个传感装置和网关节点，所述传感装置和网关节点通过无线传感网络相互连接，所述网关节点通过移动网络与后台数据管理平台连接，所述后台数据管理平台和客户端与所述互联网连接。

进一步，所述无线传感网络为ZigBee技术。

进一步，所述移动网络为GPRS网络。

进一步，每个所述传感装置由传感器和MCU组成。

进一步，所述MCU的数量为两个，分别为第一MCU和第二MCU。

进一步，所述传感器的数量为两个，分别为温度传感器和磁场传感器。

进一步，所述后台数据管理平台包括相互连接的数据库服务器和应用服务器，所述应用服务器与所述互联网连接。

进一步，所述客户端包括移动客户端和PC客户端，所述PC客户端与所述互联网连接，所述移动客户端通过移动网络与所述互联网连接。

进一步，所述网关节点上设有一温湿度传感器。

进一步，所述传感装置通过粘贴、螺母安装或捆绑的方式进行固定。

与现有技术比较本实用新型的有益效果在于：

本实用新型中的一体化远程桥梁养护系统，设备包括不需标定、布设快速，适合大体积混凝土粗放式施工的传感装置，采用节点多、覆盖范围广的大规模无线传感网络进行通讯，智能化软件能够实现桥梁混凝土温度信息的采集、存储、显示与预警，管理者通过智能客户端即可进行远程管理与分析，来确保桥梁安全监控过程的顺利实施。

附图说明

图1为本实用新型一体化远程桥梁养护系统的结构图；

图2为本实用新型一体化远程桥梁养护系统的传感装置的结构图；

图3为本实用新型一体化远程桥梁养护系统的网关节点的结构图；

图4为本实用新型一体化远程桥梁养护系统的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施例一

请参阅图1所示，其为本实用新型一体化远程桥梁养护系统的结构图。

如图1所示，一种一体化远程桥梁养护系统，包括监测模块1、后台数据管理平台2、客户端4和互联网3，所述监测模块1包括若干个传感装置11和网关节点12，所述传感装置11和网关节点12通过无线传感网络相互连接，所述网关节点12通过移动网络与后台数据管理平台2连接，所述后台数据管理平台2和客户端4与所述互联网3连接。

其中，所述无线传感网络为ZigBee技术，所述ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，它是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议；所述移动网络为GPRS网络；所述网关节点12除了普通节点的功能外，主要实现所述传感装置11测量数据的汇聚和转发；多个所述传感装置11自动组网，能够自动寻找所述网关节点12并把数据汇聚到网关节点12。

所述后台数据管理平台2包括相互连接的数据库服务器21和应用服务器22，所述应用服务器21与所述互联网3连接。所述数据库服务器21作为控制系统数据的存储中心，负责数据读、写、存储和事务处理；所述应用服务器22主要提供应用系统的业务处理、数据运算、数据访问以及与下位机通信等功能，所述控制系统所有的功能组件都封装在应用服务器中。

所述客户端4包括移动客户端41和PC客户端42，所述PC客户端42与所述互联网3连接，所述移动客户端41通过移动网络与所述互联网3连接。所述PC客户端42完成系统用户操作，用户可以查看相关数据统计以及控制节点信息等；所述移动客户端41，本实施例中为移动手机，其供用户现场查看各所述传感装置11采集的测量数据以及远程控制网关的状态。

所述控制系统能够通过TCP/IP协议，实时接收传感装置11的测量数据和网关节点12的运行状态；能够存储和查询网关节点12的历史测量数据，并包括将数据进行实时显示、分析、预警等功能；能够对所述网关节点12进行管理，进行授权和节点控制；所述移动客户端41可通过微信进行报修信息的上报和审批管理，方便进行野外现场作业和移动办公。

本实用新型中的一体化远程桥梁养护系统，设备包括不需标定、布设快速，适合大体积混凝土粗放式施工的传感装置，采用节点多、覆盖范围广的大规模无线传感网络进行通讯，智能化软件能够实现桥梁混凝土温度信息的采集、存储、显示与预警，管理者通过智能客户端即可进行远程管理与分析，来确保桥梁安全监控过程的顺利实施。

实施例二

如上所述的一种一体化远程桥梁养护系统，本实施例与其不同之处在于，每个所述传感装置11由传感器111和MCU 112组成，具备成本低、功耗低、自组网的特点，其中所述MCU 112为CC2530单片机；所述传感装置11可以通过粘贴、螺母安装和捆绑的方式进行固定，安装拆卸方便，可操作性强。

实施例三

请参阅图2和图3所示，其为本实施例中的一体化远程桥梁养护系统的传感装置的结构图和网关节点的结构图。

如上所述的一种一体化远程桥梁养护系统，本实施例与其不同之处在于，如图2所示，所述MCU 112的数量为两个，分别为第一MCU 1121和第二MCU1122，有助于增加可靠性保障。所述传感器111都通过GPIO接口分别与第一MCU 1121和第二MCU 1122相连。如图3所示，所述网关节点12上还连接有定时器121，其用于对所述网关节点12采集传感器数据定时提醒。

在正常情况下，所述第一MCU 1121采集传感器数据，并发送至所述网关节点12；当第一MCU 1121发生故障时，所述网关节点12将超时收不到数据，此时网关节点12激活第二MCU 1122进行数据采集工作。所述第二MCU 1122在正常情况下长期处于休眠状态，只采用所述定时器定时激活，才和所述网关节点12进行通讯。

如图2所示，所述传感器111的数量为两个，分别为温度传感器1111和磁场传感器1112，分别用于监测温度和磁场变化，以更加精确的确定状态。

其中，所述温度传感器1111采用智能温度传感器，其适合在触点、接头等设备的表面进行温度测量，可以实现(-55～+125)℃的温度检测范围，正常工作时间为5年，能够满足桥梁工程的一般监测要求，并且具有体积小、测量精度高、抗干扰能力强、性能可靠的优点。

实施例四

如上所述的一种一体化远程桥梁养护系统，本实施例与实施例一不同之处在于，如图3所示，所述网关节点12上设有一温湿度传感器122，所述温湿度传感器用于监测大气环境状况；结合桥梁上所述传感装置11采集的测量数据，对温度等状况可以作出更精确的判断。其中所述网关节点12上还设有第三MCU 123，所述第三MCU 123为CC2530单片机，所述CC2530单片机将充当ZigBee网络中的汇聚节点，接收所述传感装置11的测量数据，并通过GPRS网络发送给远程的后台数据管理平台2。

实施例五

请参阅图4所示，其为本实施例中的一体化远程桥梁养护系统的结构示意图。

如上所述的一种一体化远程桥梁养护系统，本实施例与其不同之处在于，如图4所示，一种一体化远程桥梁养护系统的控制步骤：

S10，各传感装置11将测量数据通过无线传感网络传至网关节点12。

本实施例中所述传感装置11的传感器111为温度传感器1111，所述温度传感器1111实时监测桥梁检测点的温度数据，多个所述传感装置11自动组网，能够自动寻找所述网关节点12，并把所述温度数据汇聚到所述网关节点12。每个局域网的网关节点12的个数可以灵活配置，可动态实现测量点数的增加或删除，并且支持一对多及多对一传输，并具有传输退避机制。

S20，所述网关节点12通过移动网络将所述测量数据传至后台数据管理平台2。

所述一体化远程桥梁养护系统运行在互联网3环境下，其中所述数据库服务器21直接和应用服务器22相连，所述应用服务器22和PC客户端42连接在互联网3上，所述移动客户端41通过移动网络和互联网3相连，所述测量数据通过GPRS网络发送至后台数据管理平台2，实现远程传输。

S30，管理者通过客户端4远程对所述后台数据管理平台2进行管理和控制。

举例如下：

例一

某桥梁的温度日常监测工作，在所述桥梁主航道斜拉桥上安装有45个温度传感器1111，其中空气温度测点1个，钢结构温度测点24个，混凝土温度测点20个，分别安装在主梁和主塔上。所述网关节点12定期收到传感装置11的数据，将其通过GPRS网络发送到远程的后台数据管理平台2。管理者在所述客户端4上运行桥梁日常温度监测程序，就能以报表、折线等方式看到各个传感装置11的温度数据。

例二

在进行远程报修和移动办公工作时，通过所述移动客户端41监控程序，本实施例中所述移动客户端41为智能手机，养护人员使用所述智能手机，可进行远程监控和管理。如点击网关信息，相应的节点信息会自动更新，显示网关号、网关状态以及网关租赁到期时间。可以统计某个节点及其所属网关湿度的日变化曲线、月变化曲线和年变化曲线。单位管理员可以控制所有节点的状态、开关以及网关的控制信号输出。可以查看本单位下所有网关及其对应所有节点的温度、湿度、电量以及状态开关等。当确定某个节点出现故障，显示报修节点号、故障描述、联系人、联系电话等。单位管理员可以增加、查看、删除报修信息，也可以对报修信息进行确认。

本实用新型中的一种一体化远程桥梁养护系统，利用物联网技术和移动通信技术，在桥梁上设置多个传感装置和网关节点，采用先进的无线传感网络ZigBee技术进行组网通讯，管理者通过智能客户端即可远程管理和控制系统。所述控制系统能够获得桥梁结构的长期监测数据，系统地建立具体桥梁的状态监测与预警方法，分析环境温度对桥梁健康，例如伸缩缝位移的影响规律，从而形成基于长期监测数据的环境温度与桥梁结构的相关模型，对其健康状况进行概率统计分析和预警。

实施例六

如上所述的一种一体化远程桥梁养护系统，本实施例与其不同之处在于，还包括步骤S11，每个所述传感装置11上设有第一MCU 1121和第二MCU 1122，所述第一MCU 1121实时采集传感器111数据，并发送至所述网关节点12；所述第二MCU 1122处于休眠状态，只有当所述第一MCU 1121发生故障时才被激活并开始采集传感器111数据。

本实用新型中的一种一体化远程桥梁养护系统，采用双MCU的结构设计，使得所述传感装置11的工作得到更高保障，提升整个一体化远程桥梁养护系统的工作有效性和效率。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。