無線傳感技術在橋梁結構監測中的應用

羅莉瓊 范紹國

摘要 隨著我國現代化建設水平的不斷提升，當前國家對于橋梁的結構強度、穩定性也提出了更高的要求。立足于無線傳感技術的發展現狀，首先介紹了橋梁結構監測系統與傳感技術的特征與定義，然后介紹了無線傳感技術在橋梁監測中的應用暴露出的問題，最后結合上述內容對于無線傳感技術在橋梁結構監測中的應用策略進行了判斷，也希望能夠為我國橋梁監測系統的不斷完善奠定良好的基礎。

【關鍵詞】無線傳感技術 橋梁結構監測 應用策略

橋梁作為我國重要的交通運輸建設環節，其安全性不但直接關乎經濟的發展，更是關乎人們的生命財產安全。作為投資規模大、影響面積廣的代表項目，橋梁結構的監測工作一直是施工建設過程中的重要環節。隨著我國橋梁監測系統的不斷發展，當前無線傳感技術應用于橋梁監測也逐漸成為一個趨勢，其應用于橋梁結構監測中不但可以提升監測面，降低監測誤差，同時對于提升維修養護的效率并降低處理成本也具有積極的幫助。為了進一步分析無線傳感技術在橋梁結構監測中的應用情況，本文首先介紹了結構監測與無線傳感的概念。

1 橋梁結構監測系統與無線傳感技術概述

1.1 無線傳感技術

無線傳感技術最初來源于美國，其是一種集低成本、高容錯率以及高靈活性為一體的科學技術，該技術應用于信息的傳輸不但可以大大降低信息傳輸的成本，同時甚至可以突破時間與空間的約束，通過經驗處理的方式將信息進行提前預警和判斷，以此來實現無線傳感技術與現代計算機的完美組合。當前無線傳感技術的傳感系統已經發展較為成熟，這也為橋梁結構監測系統中的有效應用創設了條件。

1.2 橋梁結構檢測系統

眾所周知，在橋梁的正常使用過程中，其工程結構會持續受到突發性以及累積性破壞的影響，這些影響當中，累積性破壞是指經過長年累月的積累所導致的破壞，其具有持續性的特征，往往可以進行提前判斷，而突發性的結構損壞則具有一定的不可預測性，其在橋梁的損壞當中占據一定比例，并直接威脅著橋梁的安全。健康監測系統的出現不但可以時刻關注橋梁的結構穩定性，對于累積性破壞進行處理并判斷，同時也可以在一定程度上對突發性損壞進行同步檢測，當出現突發性事件時，系統就會通過獨特的內部信息處理方式進行運算，發現符合危險標準時即可發出相應的信號，警告檢測人員停止使用橋梁并進行結構檢修。

目前我國大型橋梁的監測系統主要由傳感系統、處理系統、監控中心等環節組成。其中傳感系統主要負責各種信息的獲取，而處理系統則是將收集來的各種信息進行處理、加工，并對一些危險信息進行判斷，最后將上述內容傳輸給監控中心進行記錄，并結合監測情況對下一步的工作進行部署。

2 無線傳感技術在橋梁結構監測中應用的問題

2.1 技術不成熟

無線傳感技術在橋梁結構監測中的應用具有一定的優勢，但是其依然存在許多問題。技術不成熟的問題主要表現在無線傳感技術的能源消耗優化問題方面，由于橋梁的結構監測大多需要在野外進行，而這些地區往往沒有固定的能源供應，如何削減無線傳感技術的能耗來提升其適應性與普遍性也就成為了行業必須解決的問題。

2.2 應用深度與規模不足

目前我國的無線傳感技術在一些特殊領域的應用已經十分普遍，但是在橋梁的結構監測系統的建設當中應用規模與深度卻依然較小。究其原因，一方面是由于橋梁的結構監測大多在野外進行，建設相應的配套設施具有一定的難度，另外一個方面則是由于相關領域的專業人才較少，部門對于無線技術的重視程度不夠，這些因素也共同導致了目前無線傳感技術的應用深度與規模稍顯不足。

3 無線傳感技術在橋梁結構監測中的應用

3.1 充分發揮無線結構健康監測系統的優勢與特點

無線結構監測系統具有其他系統無與倫比的優勢，其主要體現在以下幾個方面。首先，無線結構監測系統的傳感節點較傳統監測系統更多，所以具有較強的組織適應性，在多變的橋梁監測環境中依然可以順利完成監測任務。其次，電源的能源是整個網絡建設的關鍵，調整好能量的供應與配比可以顯著提升壽命。再次，傳感器的節點具有體積小、成本低的特點，但是由于計算能力相對有限，所以往往需要多節點協同工作才能夠最終完成該計算任務。最后就是數據的管理與處理技術是整個無線傳感系統中的核心，目前我國在該技術領域的發展還不太成熟，依然需要依靠進口的方式來引進先進的技術。結合上述特點來看，我們在發展無線結構健康監測系統并應用于橋梁的結構監測活動當中時應該特別關注其區別于其他系統的優勢，同時結合其劣勢進行適當彌補，以此來推動技術的成熟與發展。

3.2 通過無線傳感器網絡時間同步來實現算法優化

無線傳感器網絡時間的同步工作是一種對節點進行同步處理的特殊算法，該算法在應用過程中可以將不同的節點進行同步，進而通過提出時間同步算法來進行組織運算，進而降低運算的等待時間，提升處理效率的同時也可以顯著降低能耗，提升整個系統的適應性。在進行同步算法優化過程中，其可以選擇三種不同的運算類型。一種是基于接受者與接受者之間的同步機制，一種是基于發送者與接受者之間的單項同步機制，最后一種則是在發送者與接受者之間的雙向同步。三種同步機制在應用過程中各有所長，根據實際監測要求進行選擇即可完成算法的優化。

4 總結

綜上所述，隨著無線傳感技術的不斷發展，當前其在結構健康監測活動中的應用優勢也逐漸顯現出來。但是由于我國的無線傳感技術應用于橋梁的結構監測工作還處于相對初級的階段，依然存在傳感器的分辨率不足、可靠性有待考證的情況，同時考慮到無線加速傳感器具有能耗大以及攜帶不方便的特點，如何在常規監測工作中優化其能源供應問題也是接下來研究的重點。本文結合無線傳感技術的應用現狀，分別從發揮無線傳感技術優勢以及實現同步算法優化等方面進行了闡述，也希望能夠為行業的全面健康發展創設條件。

參考文獻

[1]商永生，光纖光柵傳感技術在橋梁結構健康監測中的應用[J].交通世界，2016 （12）：70-71.

[2]郭宗蓮，張宇峰，陳紫妍，邵佳妮.分布式長標距FBG傳感技術在橋梁結構監測中的應用研究[J].世界橋梁，2015，43 （01）：70-74.

[3]王懷興.無線傳感網絡在橋梁結構健康監測中的應用[J].計算機測量與控制，2008 （04）：476-478+512.

[4]王丹生，朱宏平，光纖光柵傳感技術在橋梁結構健康監測中的應用[J].中外公路，2002 （06）： 31-33+43.