大千百态详解虎门大桥监测系统：传感器与物联网功不可没
近日 ， 虎门大桥“虎躯一震”给全国人民来了个“深呼吸” 。
虎门大桥是广东沿海地区重要的交通枢纽 ， 始建于1992年 ， 1997年通车至今 ， 大桥一直都十分平稳 。 但在5月5日下午 ， 虎门大桥发生异常抖动 ， 甚至在5月6日凌晨都有振动 。
不过 ， 幸运的是 ， 国内相关领域专家初步认定此次虎门大桥的振动主要是因为沿桥跨边护栏连续设置水马（挡墙） ， 破坏了大桥的断面流线型 ， 在特定风环境条件下 ， 产生了桥梁涡振现象 ， 且表示该次异常抖动不会影响虎门大桥后续使用的结构安全性和耐久性 。
但是 ， 并不是所有的桥梁公路等基建在对抗外力的情况下都那么幸运 。 关于大桥因外力坍塌最着名的例子是1940年塔科马海峡大桥 ， 同样是悬索桥 ， 但是在通车4个月后 ， 突然被微风摧毁 。
近几年 ， 由于我国重型汽车数量增多等因素导致交通压力越来越大 ， 同时恶劣天气带来的腐蚀性也越来越高 ， 对于有一定使用年代的桥梁和基建结构产生了不小的负面影响 。 所以 ， 桥梁的健康检测、结构安全评估以及损耗监测等显得尤为重要 。
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传统的桥梁安全监测 ， 主要以人工巡查为主 ， 并辅之以相应的检测设备 ， 但是很难做到对桥梁实时、连续不间断的监控 ， 监测方式也不够智能化 。
随着物联网及智慧城市的不断深入发展 ， 对桥梁的健康安全监测、重要结构部位的养护 ， 都已离不开对传感器的应用 。 一些可靠、精确和便宜的新型传感器的开发和应用(如位移测量传感器、应变测量传感器、振动测量传感器等) ， 有力推动了桥梁健康安全监测的发展 。
传感器在桥梁健康监测中的应用
据悉 ， 虎门大桥在设计之初就加入了GPS位移、应变实时、长期形变、超限超载等监测系统 ， 通过这些系统的作用 ， 能实时获取桥梁在各种情况下的受力、工作状态 ， 以及抗风和抗震以及绳索的张力、桥面裂痕、承压力、位移、倾斜度等结构参数 ， 实现对桥梁的安全监测 。
桥梁健康监测系统（BridgeHealthMonitoringSystem ， 以下简称BHMS）主要包括两大组成部分：数据采集部分（由传感器和单片机组成）和数据传输处理部分（由服务器与客户机组成） 。 其中现场数据采集是关键 ， 主要是通过各种类型的传感器进行数据采集 。
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国内典型桥梁BHMS建设情况
在桥梁健康监测系统的数据采集过程中会使用用多种传感器 ， 且会根据不同的桥梁环境 ， 选择不同的传感器类型 ， 常用的传感器类型及优缺点如下：
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桥梁监测中使用的多种传感器
光纤光栅传感器
光纤光栅传感器以其对环境干扰不敏感、输出线性范围宽、测量的分辨率高、可以串联 ， 根据实际情况如测量位置、监测对象的需要来串联光纤光栅传感器 ， 构成传感器组的独特优点 ， 可以优化传感器布设方案 。 在桥梁健康安全监测中应用较多 ， 通常用于应变、位移和温度的监测 。 但光纤光栅传感器的使用要配以光纤光栅传感解调仪 。
GPS位移监测传感器
GPS定位系统和智能全站仪的出现让位移监测在自动化、智能化上得到大幅度提升 。 GPS差分定位技术采用多台单频或双频GPS接收机进行同步观测 ， 经后台差分数据处理后得出观测点间基线向量的高精度解算值 。 它具有高精度、全天候、高效率、多功能、操作简便、应用广泛等优点 。
智能全站仪通过测出已知坐标(位置)点与被测点之间的距离及三个方向的夹角来确定被测点的位置 。 该设备的优点是测量精度高、测程远 ， 适用于不同跨径桥梁位移的监测 ， 能自动识别目标 ， 该仪器的不足之处是受气象条件的影响较大 ， 在有雾、下雨的情况下 ， 仪器的测程、测量精度将会受到影响 。
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