桥梁健康无线监测系统关键技术研究.pdf

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1、器工程测量与检测EngineeringSurvey&Detection桥梁健康无线监测系统关键技术研究郝红梅(北京星通联华科技发展有限公司，北京100192)摘要：将现代光纤传感器与无线通信技术相结合应用于桥梁的健康监测，使各个环节得到优化：在绝对位移监测单元采用精确的差分式全球定位系统GPS；在形变温度监测单元采用光纤光栅传感器；在控制单元采用GPRS发送装置；在数据处理单元采用VisualBasic建立相应的数据库等。优化后可以达到对桥梁进行无线实时遥控监测的目的。关键词：桥梁：监测；光纤光栅传感器；GPRS发送装置中图分类号：U446．2文献标志码：B文章编号：10

2、09—7767(2011)04—0124—03KeyTechnologyResearchofWirelessMonitoringSystemforBridgeHealthHaoHongmei目前．全世界有多座桥梁因损伤或承受超载和极端荷载(不包括地震)而倒塌，因此，有必要给桥梁装备安全监测系统，以对桥梁结构状态实时监测和数据分析，当发现异常信息时发出预警，为桥梁维护、维修与管理决策提供依据。从这点出发，笔者就当今最新的监测技术对桥梁健康监测系统进行了设计，对各个模块进行了优化，以实现更高精度的实时监测。1总体设计概述桥梁健康监测系统是智能化的桥梁“体检专家”；是一个以桥梁

3、结构为平台，应用现代传感、通信和网络技术，优化组合结构监测、环境监测、交通监测、设备监测、综合报警、信息网络分析处理和桥梁养护管理各功能子系统为一体的综合监测系统。它可以实时监测桥梁在各种环境、荷载等因素作用下的结构响应，并能有效地提供桥梁养护管理的科学依据，显著提高桥梁的整体管理水平，从而能够最大限度地确保桥梁安全运营、预诊断桥梁病害和延长桥梁使用寿命。系统总体设计方案如图l所示。系统主要包括以下几个部分：GPS位移监测单元、形变温度监测单元、本地控制单元(无线数据发送)、监控中心单元及其他监测单元(根据需要可以扩展)。系统的传感器接口有冗余，可扩展。其中：GPS位移监

4、测单元采用全球定位系统GPS；形变温度监测单元采用光纤光栅传感技术；无线数据发送单元采用GPRS无线网络传输；监控中心单元基于VB软件设计完成，以实现各个模块的优化组合f1】。124．聿荭投木n盯2011No．4(Jul．)V01．29匝墅困匣圃遵J三絮想黪网。(Ⅳ)待定卜n#*月lI郇糖点fl型型莲：I监控巾心)t-算机+数据处理软件匡垂ii至困绝对位移监测单元阮蓟骊丽阮甬孺翮I竺警皂l通道·辜兰Lf通信光纤串口}光纤光橱波长I●*调l管l。。?I通遵Ⅳ⋯“l20．-30点l一ⅡCBUS豳函汹鬓翥鼗GPRS发送装置本地控镧其他监测单元(预留)图l桥梁健康监测系统总体设计

5、2各监测系统设计介绍2．1GPS位移监测单元2．1．1方案设计桥梁GPS位移监测系统硬件由泰雷兹公司推出的具有原始GPS载波相位测量的ACl2OEM板。以及国产单频测量型天线ZYAGP—S004—28—05-TNCF组成。GPS卫星定位系统利用接收导航卫星载波相位进行实时相位差分，即RTK技术(RealTimeKinematics)实时测定大桥位移【2】。系统由GPS基准站、GPS监测站和通信系统组成。其结构如图2所示。基准站将接收到的卫星差分信息经过光纤实时传递到监测站进行实时差分后可实时测得站点的三维坐标，然后将测得的结果送到GPS监测中心进行分析，得到更高精度的测量

6、数据。所有数据都可以通过无线传输模块进行传送。图2GPS位移监测设计2．1．2算法选择采用载波相位进行测量．就其算法本身来讲，测量精度可达0．5～2．0mm，但是GPS测量受多种因素产生误差的影响．如卫星轨道误差、卫星钟差以及电离层的影响，使精度下降。为了提高精度我们对观测数据进行不同的线性组合。在GPS相位定位中，常用的方法有3种，即：差分(线性组合)单差、双差和三差。GPS接收机中如果将每个观测历元的接收机钟差都作为未知数求解，则将使解算基线向量的法方程中的未知数个数大大增加．但使用双差模型则可以消除接收机钟差的影响，又使法方程中未知数个数大大减少，因此可采用双差模型

7、来解算f31。其双差观测方程为：fV△妒啦(t)=卫[p：(t)一p』(￡)一P}(f)+p{(t)]一M：!。C测量试验结果图3给出了单点独立定位和差分定位的高程坐标的比较曲线。图3单点定位和差分定位的高程坐标比较工程测量与检测器EngineeringSurvey&Detection从图中可以看出单点独立定位与差分定位结果在高程坐标上的偏差约为10m，经过差分运算可以有效地剔除GPs测量系统误差，提高测量精度。2．2形变温度监测单元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。