橋梁監(jiān)測系統(tǒng)
橋梁在線監(jiān)測，即通過對橋梁結(jié)構(gòu)狀態(tài)的監(jiān)測與評估，為橋梁在特殊氣候、特殊交通條件下或運營狀況嚴(yán)重異常時觸發(fā)預(yù)警信號，分析評估橋梁使用壽命，并為橋梁的養(yǎng)護、維修與管理決策、驗證橋梁設(shè)計理論、改進(jìn)橋梁設(shè)計方法和相應(yīng)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)的依據(jù)。
橋梁在線監(jiān)測系統(tǒng)一般應(yīng)包括以下幾部分內(nèi)容。
● 傳感系統(tǒng)。用于將待測物理量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺谶x擇傳感器及二次儀表的類型和數(shù)量時，應(yīng)根據(jù)建立橋梁在線監(jiān)測系統(tǒng)的目的和投資規(guī)模來確定。
● 數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)。實現(xiàn)對多種信息源、不同物理信號的采集與預(yù)處理，并根據(jù)系統(tǒng)功能要求對各種原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分解、變換以獲取系統(tǒng)所需要的參數(shù)，并以一定的形式存儲起來。
● 通信系統(tǒng)。將采集并處理過的數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。
● 監(jiān)控中心和報警設(shè)備。利用具備診斷功能的軟硬件對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷，判斷損傷的發(fā)生、位置、程度，對結(jié)構(gòu)健康狀況做出評估，如發(fā)現(xiàn)異常，發(fā)出報警信息。
基于WSN的鐵路橋監(jiān)測系統(tǒng)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成，能夠協(xié)同地實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并對其進(jìn)行處理，處理后的信息通過無線方式發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò)方式傳送給觀察者。
鐵路橋梁與一般橋梁的最大區(qū)別在于鐵路橋在大部分時間是沒有列車通過的，因此為了鐵路橋梁在線監(jiān)測過程中盡可能地降低功耗，在沒列車通過時，系統(tǒng)是不進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的。為此我們在鐵路橋梁兩端分別布置了一個IRIS傳感器節(jié)點平臺，當(dāng)鐵路橋梁一端有列車過來時，該節(jié)點平臺發(fā)射信號給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點，進(jìn)而通知Imote2節(jié)點開始數(shù)據(jù)采集，當(dāng)列車經(jīng)過鐵路橋梁另一端時，此處的節(jié)點平臺又發(fā)送信號給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點，控制Imote2節(jié)點停止數(shù)據(jù)采集，充分達(dá)到減少能耗的目的。
本文設(shè)計的鐵路橋梁在線監(jiān)測系統(tǒng)如圖1所示：包括若干個Imote2傳感節(jié)點，它們被大量布散在橋梁關(guān)鍵監(jiān)測區(qū)域，它們通過無線信道相連，形成一個多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對橋梁的撓度、應(yīng)變等主要結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，傳感器單元將采集到的數(shù)據(jù)傳送給Imote2的處理單元，處理單元完成數(shù)據(jù)處理和存儲后，通過無線通信技術(shù)轉(zhuǎn)發(fā)給網(wǎng)關(guān)節(jié)點， 網(wǎng)關(guān)節(jié)點可通過CDMA等方式將監(jiān)測數(shù)據(jù)送到監(jiān)控中心，并且系統(tǒng)可在異常情況下進(jìn)行報警，監(jiān)測人員可隨時了解橋梁運行情況，達(dá)到健康監(jiān)測的目的。
