专利名称：基于物联网技术桥梁健康监测系统的制作方法
技术领域：
本发明属于桥梁结构工程领域，具体的讲是一种基于物联网技术的对大型复杂桥 梁结构的健康监测系统。
背景技术：
桥梁建成后随着运营时间的推移，大桥各构建将面临受到各种损伤及内力状态的 改变，相应桥梁的刚度和承载能力就会出现不同程度的衰减，这些损伤和内力状态的改变 如果能够被预先被警告获知，并且及时进行适当的调整、维护、维修就不会危及桥梁结构的 运营安全，否则将可能导致灾难性事故。为力求避免灾难性事故的发生，实时掌控大桥的安全使用状态，辅助大桥管养维 护，构建一个技术先进、措施合理、实用经济、易于管理、开放兼容、符合九江长江大桥桥梁 结构健康监测与安全监控预警系统(简称结构监测预警系统)是十分必要的。运营期桥梁的健康监测理念起源于上世纪80年代初的美国，由于该理念与日益 迫切的现代桥梁养护技术发展的需求相匹配，随后二十年来在欧、美、日等桥梁强国的运 营养护管理系统中得到了迅速的发展和推广，并于上世纪九十年代中期进入我国香港特别 行政区的桥梁建设和养护管理领域。2000年，香港路政署率全国之先依托欧、美、日国家 的桥梁结构设计、监测技术以及高等院校的科研实力，在香港青屿干线上的青马、江九、涉 水门大桥上首先构建了风与结构健康监测系统(英文统称WIND AND STRUCTURE HEALEHY MONITORING SYSTEM,简称WASHMS系统)。由于此项目系统的构建，国际结构健康监测学会 规范与标准委员会、国际结构控制与监测学会、美国土木工程师学会结构控制与监测分委 员会联合香港路政署委托此工程首次在中国召开了桥梁结构健康监测技术国际研讨会，并 对其有效的成果进行了全球范围的推广和应用。WASHMS系统随大桥主题工程建成投入运营 以来不断补充完善，为香港地区积累了诸多桥梁实测的环境和结构响应资料，为后续十号 干线昂船洲大桥和深港西部通道深圳湾大桥的设计、建设和安全监测以及养护运营管理提 供了诸多实用、可参考的资料。2000年后，特大桥的健康监测理念开始进入内陆桥梁界并日益引进国家和行业 主管部门的高度重视，自英国STRAINSTELL公司独立为江苏长江江阴大桥承建结构安全监 测系统后，国内通过几年的经验和教训，自2003年开始，获国家及相关行业主管部门的批 准，新建和在建的特大型桥梁开始在设计、建设期结合运营期特大型桥梁结构的养护、维修 (护)管理的实际需求，同步考虑研发、构建桥梁结构健康监测及安全监控预警系统。截至到 现在，国内各行业公路桥梁、城市道路桥梁部门还未有正式的桥梁监测规范或标准出台供 遵循。随着现代物联网技术和传感测试、信号分析、远程智能控制、计算机技术、危险性 分析、结构计算等技术的迅猛发展，进行设计与实施大桥结构监测报警系统已经有了可能。 本发明提出基于物联网技术的桥梁结构健康监测系统就是建立在物联网技术和桥梁工程 技术的基础之上的。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于物联网技术对大型复杂桥梁工作状态进行实时监 测和评估，以保证桥梁结构在复杂环境荷载和车辆荷载作用下保持结构安全和交通顺畅的 健康监测系统。本发明分为三部分(1)数据采集层，负责传感器数据采集、视频数据采集以及数 据库维护与管理；(2)业务逻辑层，负责完成系统各个业务功能的实现，包括数据查询与 监测、数据统计与分析、信号处理、桥梁结构安全预警、损伤识别分析、结构健康分析、视频 监控等；(3)系统表现层，系统以Windows程序或Web程序的方式呈现。其特点是传感系 统采集到的环境、荷载和结构响应信息通过采集通信模块实时的传输到数据采集服务器， 并实时存储到数据库服务器进行存储和备份，应用服务器实时读取数据库数据，并调用数 据统计分析模块、桥梁安全预警处理模块、桥梁动力学分析模块、损伤识别模块和结构健康 评估模块对数据进行实时分析和评估，实时判别结构的健康状态，并进行评估和预警，保证 大桥的结构安全和交通顺畅。本发明基于物联网技术桥梁健康监测系统，具体的技术方案为由数据采集层、 业务逻辑层和系统三部分组成的信息系统，数据采集层由传感器采集系统通过通信模块将 数据传输到服务器存储系统，并在应用服务器中开展业务逻辑分析，进行数据的实时统计 分析、安全预警、动力分析、损伤识别和健康评估，并提供系统配置管理、数据安全、传输、查 询与下载功能，并通过internet在系统表现层中提供给客户端随时随地的进行查询和管 理；数据采集层包括传感器系统，数据采集服务器，通信模块，其中传感器系统通过通信模 块与数据采集服务器相连，业务逻辑层内置在应用服务器和数据库服务器内并与internet 连接。所述的传感器系统包括环境参数采集模块、结构响应参数包括结构应变、三向动 力响应、挠度、纵向位移和杆件内力。所述的传感器数据采集模块可为独立的数据采集卡或采集仪，或内置于工控机内 的程序。所述的传感器系统与采集模块之间，采集模块与服务器之间，服务器与客户端之 间的连接为有线或无线通讯。所述系统配置服务器包括数据采集服务器，数据库存储服务器和应用服务器。所述结构健康监测系统包括自动化采集、传输与控制子系统，电子化人工巡检子 系统，结构安全评估子系统。所述结构评估系统包括基于人工巡检信息的评估系统、基于统计结构杆件应力的 可靠度评估系统和基于结构动力响应信息的损伤识别评估系统。本发明的特点是对复杂环境下的桥梁结构，建立了基于物联网技术的桥梁健康 监测系统成套技术，可实现对桥梁结构工作状态的实时监测和状态评估，以保证桥梁结构 在使用中的安全。
图1为本发明的组织结构图，图2为本发明的硬件系统组成图， 图3为本发明的数据管理系统图， 图4为本发明的信息流程图。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明。本发明如图1所示由数据采集层、业务逻辑层和系统表现层三层组成。各层之间 通过硬件和软件联系起来。本发明如图2所示硬件结构组成图为大桥结构健康监测系统硬件系统，包括传感 器、数据传输硬件、数据采集和存储服务器和连接internet设备。传感器通过有线和无线 的方式传输到服务器，在服务器内经分析和处理后经过局域网和internet发布给客户端。本发明如图3所示数据库系统涵盖健康监测系统所须的各个数据模块系统，通过 软件得以实现。本发明如图4所示信息流程图涵盖大桥健康监测系统的信息路线和相关的评估 模块，通过软件实现。
权利要求
1.基于物联网技术桥梁健康监测系统，其特征在于由数据采集层、业务逻辑层和系 统三部分组成的信息系统，数据采集层由传感器采集系统通过通信模块将数据传输到服务 器存储系统，并在应用服务器中开展业务逻辑分析，进行数据的实时统计分析、安全预警、 动力分析、损伤识别和健康评估，并提供系统配置管理、数据安全、传输、查询与下载功能， 并通过internet在系统表现层中提供给客户端随时随地的进行查询和管理；数据采集层 包括传感器系统，数据采集服务器，通信模块，其中传感器系统通过通信模块与数据采集服 务器相连，业务逻辑层内置在应用服务器和数据库服务器内并与internet连接。
2.如权利要求1所述的基于物联网技术桥梁结构健康监测系统，其特征在于传感器 系统包括环境参数采集模块、结构响应参数结构应变、三向动力响应、挠度、纵向位移和 杆件内力。
3.如权利要求1所述的基于物联网技术桥梁结构健康监测系统，其特征在于传感器 数据采集模块可为独立的数据采集卡或采集仪，或内置于工控机内的程序。
4.如权利要求1所述的基于物联网技术桥梁结构健康监测系统，其特征在于传感器 系统与采集模块之间，采集模块与服务器之间，服务器与客户端之间的连接为有线或无线 通讯。
5.如权利要求1所述的基于物联网技术桥梁结构健康监测系统，其特征在于系统配 置服务器包括数据采集服务器，数据库存储服务器和应用服务器。
6.如权利要求1所述的基于物联网技术桥梁结构健康监测系统，其特征在于结构健 康监测系统包括自动化采集、传输与控制子系统，电子化人工巡检子系统，结构安全评估子 系统。
7.如权利要求1所述的基于物联网技术桥梁结构健康监测系统，其特征在于结构评 估系统包括基于人工巡检信息的评估系统、基于统计结构杆件应力的可靠度评估系统和基 于结构动力响应信息的损伤识别评估系统。
全文摘要
本发明涉及一种对大型桥梁结构的智能健康监测系统。系统分为三层(1)数据采集层，(2)业务逻辑层，(3)系统表现层，对于处在复杂环境荷载和车辆荷载作用下的桥梁，进行长时间的连续观测并同时进行实时分析，并通过internet连接客户端，从而使人们得以随时随地的掌握桥梁结构的各种环境参量和结构响应，并可查询到结构实时的健康状态，从而可以实时的对大桥提供管养决策支持，并在大桥出现异常状况的时候，实时的发出预警，并与大桥养护中心等部门及时联系，确保大桥的结构安全和交通顺畅。
文档编号G01M99/00GK102096763SQ201010604540
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者易汉斌, 曾国良, 江祥林 申请人:江西省交通科学研究院, 江西省交通运输技术创新中心