系統(tǒng)特點(diǎn)

1. 概述

1.1 橋梁載荷監(jiān)測意義概述

近年來，我國橋梁建設(shè)投資持續(xù)增長，據(jù)《2022年交通運(yùn)輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，2022年末全國公路橋梁總數(shù)達(dá)到103.32萬座，與2021年末相比，橋梁數(shù)量增加了7.2萬座。其中，特大橋梁有8816座座，大橋數(shù)量為15.96萬座。可預(yù)見的隨著國家經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷推進(jìn)，我國橋梁建設(shè)仍將保持持續(xù)增長態(tài)勢。

在2020年12月交通運(yùn)輸部發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)一步提升公路橋梁安全耐久水平的意見》，意見中明確要求要著力強(qiáng)化公路橋梁安全保護(hù)，嚴(yán)格車輛超限超載治理。深入推進(jìn)交通運(yùn)輸和公安部門治理車輛超限超載聯(lián)合執(zhí)法。規(guī)范完善公路橋梁限載標(biāo)志設(shè)置。加強(qiáng)重點(diǎn)線路、橋梁超限檢測站點(diǎn)布設(shè)，有條件的地區(qū)可在重要節(jié)點(diǎn)位置設(shè)置具備不停車稱重檢測、視頻監(jiān)控和自動(dòng)抓拍等功能的技術(shù)監(jiān)控設(shè)施（備），強(qiáng)化路面管控。推動(dòng)重點(diǎn)貨物裝載源頭單位落實(shí)合法裝載主體責(zé)任，在地方政府統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)下，強(qiáng)化對貨物裝載源頭的行業(yè)監(jiān)管。

橋梁載荷監(jiān)測的意義重大，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

①　橋梁載荷監(jiān)測能直接反映橋梁受力狀態(tài)，能夠?qū)崟r(shí)或定期監(jiān)測橋梁在不同荷載作用下的受力情況，直接反映橋梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)營過程中的安全性。

②　通過監(jiān)測橋梁所承受的荷載，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)防超載車輛對橋梁結(jié)構(gòu)的損害，降低因超載導(dǎo)致的橋梁安全事故風(fēng)險(xiǎn)。

③　載荷監(jiān)測數(shù)據(jù)可以作為橋梁養(yǎng)護(hù)與維修決策的重要依據(jù)，幫助制定科學(xué)合理的養(yǎng)護(hù)計(jì)劃和維修方案。

④　載荷監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警功能，一旦監(jiān)測到異常數(shù)據(jù)，能夠立即發(fā)出警報(bào)，提醒管理人員采取相應(yīng)措施。

⑤　通過收集和分析大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以建立橋梁健康檔案，為橋梁的長期管理和維護(hù)提供有力支持。

1.2. 橋梁載荷監(jiān)測系統(tǒng)概述

橋梁動(dòng)態(tài)載荷監(jiān)測系統(tǒng)是鄭州衡量科技股份公司自主研發(fā)的，針對橋梁動(dòng)態(tài)載荷監(jiān)測的實(shí)際需求，結(jié)合高精度傳感器和先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，應(yīng)用于不同類型的橋梁載荷監(jiān)測的綜合性解決方案。

橋梁動(dòng)態(tài)載荷監(jiān)測系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：

A. 傳感器子系統(tǒng)：

橋梁動(dòng)態(tài)載荷監(jiān)測系統(tǒng)中采用高精度的石英稱重，負(fù)責(zé)捕捉橋梁在車輛通過時(shí)產(chǎn)生的微小形變或應(yīng)力變化。

B. 數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)：

數(shù)據(jù)采集器負(fù)責(zé)從傳感器接收原始信號，在經(jīng)過濾波、放大后，通過高速AD進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，然后由處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，基于算法提取出與車輛直接相關(guān)的信息。車輛相關(guān)信息包括車道編號、總重、車流量、軸數(shù)、軸距、單輪重量、單軸重量、雙聯(lián)軸重量、三聯(lián)軸重量、車速、車型、方向、時(shí)間、跨道標(biāo)識等多維度數(shù)據(jù)。

C. 數(shù)據(jù)傳輸與通信系統(tǒng)：

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成初步的數(shù)據(jù)處理，這些數(shù)據(jù)就需要通過以太網(wǎng)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的數(shù)據(jù)中心或監(jiān)控中心。部分不具備以太網(wǎng)通信條件的應(yīng)用場景，可以直接基于4G傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。

D. 數(shù)據(jù)分析與監(jiān)控軟件：

在數(shù)據(jù)中心或監(jiān)控中心，數(shù)據(jù)分析軟件會對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理和分析。包括車輛識別、重量計(jì)算、軸數(shù)統(tǒng)計(jì)、超載檢測等功能。

監(jiān)控軟件則提供用戶界面，使操作人員能夠?qū)崟r(shí)查看橋梁的載荷情況，并接收超載或其他異常情況的警報(bào)。

2. 系統(tǒng)詳述

2.1. 石英式稱重傳感器

在橋梁動(dòng)態(tài)載荷監(jiān)測系統(tǒng)中，稱重傳感器作為最為核心的器件，最為直接的影響該系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效果，衡量科技自主研發(fā)的石英式稱重傳感器，具備高性能、易安裝、免維護(hù)等直觀優(yōu)勢，能夠應(yīng)用于橋梁動(dòng)態(tài)載荷監(jiān)測的場景中。

我司研發(fā)的石英稱重傳感器能夠直接在瀝青路面上進(jìn)行安裝，對比傳統(tǒng)的石英傳感器，大大降低了對安裝路面的要求，同時(shí)對比其他類型的傳感器，在稱重精度、可靠性、可維護(hù)性等方面具備很大的優(yōu)勢。

我司研發(fā)的石英稱重傳感器與壓電薄膜傳感器、彎板傳感器對比的優(yōu)勢：

2.2. 橋梁載荷稱重主機(jī)

基于橋梁載荷監(jiān)測場景的稱重主機(jī)，采用高集成度+一體化的設(shè)計(jì)理念，創(chuàng)新性的將電荷放大器、線圈控制器、稱重主機(jī)單元融合為一體，有效的解決了稱重系統(tǒng)部署復(fù)雜、接線繁瑣等相關(guān)問題。

基于稱重主機(jī)上的8.8寸高分辨率觸摸屏，將稱重主機(jī)的交互性進(jìn)一步提升，內(nèi)置傳感器狀態(tài)管理、內(nèi)碼實(shí)時(shí)顯示、系數(shù)標(biāo)定等多種功能應(yīng)用，為現(xiàn)場應(yīng)用提供完備性的應(yīng)用體驗(yàn)和應(yīng)用效果。

橋梁載荷稱重主機(jī)功能如下：

1．信號處理

橋梁載荷稱重主機(jī)內(nèi)部集成信號放大器，對傳感器信號進(jìn)行濾波、放大等操作

2．?dāng)?shù)據(jù)采集

采集稱重傳感器信號，感知車輛通過橋梁時(shí)的壓力情況，轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號

3．?dāng)?shù)據(jù)處理

將數(shù)字信號基于特定的算法和模型轉(zhuǎn)換為和車輛相關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)

4．重量計(jì)算：

基于處理后的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會根據(jù)預(yù)設(shè)的算法和模型計(jì)算出車輛的重量等關(guān)鍵信息

5．?dāng)?shù)據(jù)記錄

系統(tǒng)會將計(jì)算得到的車輛重量數(shù)據(jù)記錄下來，以便后續(xù)的分析和統(tǒng)計(jì)

6．?dāng)?shù)據(jù)顯示

通過顯示屏界面，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)顯示車輛的重量、車流量等相關(guān)信息

7．?dāng)?shù)據(jù)上傳

通過以太網(wǎng)/4G，稱重主機(jī)將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到數(shù)據(jù)中心

2.3. 橋梁載荷應(yīng)用系統(tǒng)

橋梁載荷監(jiān)測應(yīng)用系統(tǒng)主要功能如下：

A. 橋梁荷載監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時(shí)接收通行車輛的重量、軸數(shù)、軸距、車流量、車型、車速等數(shù)據(jù)，自動(dòng)將數(shù)據(jù)整編、分析并提供每月、每季、每年的交通荷載流量報(bào)表。

B. 監(jiān)測車輛的荷載及車輛信息，并實(shí)時(shí)判別超限車輛，支持自動(dòng)告警及自動(dòng)事件信息警示功能。

C. 監(jiān)測大橋交通荷載，找出荷載變化與橋梁整體變形與主梁撓度變化之間的關(guān)系，為建立大橋交通荷載模型及進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作提供依據(jù)。

D. 基于實(shí)時(shí)監(jiān)測橋梁的荷載情況，并與設(shè)計(jì)荷載或安全限值進(jìn)行比較。一旦發(fā)現(xiàn)實(shí)際荷載超過設(shè)計(jì)荷載或安全限值，系統(tǒng)會立即發(fā)出預(yù)警信號，提醒管理部門采取相應(yīng)措施，防止橋梁因超載而發(fā)生損壞或垮塌事故。

E. 基于實(shí)時(shí)監(jiān)測的荷載數(shù)據(jù)，協(xié)助管理部門制定更加精準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)維修計(jì)劃。例如，對于經(jīng)常承受重載的橋梁部分，可以加強(qiáng)檢查和維護(hù)力度；而對于荷載較小的部分，則可以適當(dāng)減少檢查頻次，從而提高養(yǎng)護(hù)維修的效率和針對性。