基于Arduino橋梁全壽命質(zhì)量監(jiān)控云平臺(tái)的研究

王思宇

（沈陽公路工程監(jiān)理有限責(zé)任公司）

1 系統(tǒng)平臺(tái)的構(gòu)建

1.1 影響橋梁全壽命質(zhì)量的主要參數(shù)

（1）水泥混合料的骨料配比、水泥量、粉煤灰量、水膠比等。

（2）水泥混合料的運(yùn)輸路徑。

（3）鋼筋的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度。

（4）鋼筋的長期應(yīng)變。

1.2 平臺(tái)的構(gòu)建

針對(duì)以上的數(shù)據(jù)，我們要構(gòu)建一個(gè)集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)無線傳輸、數(shù)據(jù)永久存儲(chǔ)的云平臺(tái)。

通過Arduino和Zigbee通訊協(xié)議，結(jié)合WIFI網(wǎng)絡(luò)模塊，使用壓力傳感器、GPS、拉力、扭力傳感器、電阻應(yīng)變式傳感器采集相關(guān)關(guān)鍵數(shù)據(jù)并上傳到互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)（如Yeelink），實(shí)現(xiàn)通過手機(jī)APP或者網(wǎng)頁遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)橋梁施工關(guān)鍵數(shù)據(jù)，與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)相對(duì)比，實(shí)現(xiàn)施工過程實(shí)時(shí)糾偏的作用。其中云平臺(tái)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為永久性，為今后橋梁維修保養(yǎng)和故障分析提供依據(jù)。

數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲(chǔ)流程如表1所示。

表1

可以看出，該平臺(tái)從橋梁設(shè)計(jì)施工開始入手，一直到橋梁使用過程中的狀態(tài)，都可以經(jīng)由不同傳感器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)上傳和監(jiān)控、報(bào)警。施工時(shí)，可以第一時(shí)間對(duì)施工過程和施工質(zhì)量的關(guān)鍵數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，投入使用后，可以對(duì)橋梁鋼筋的長期應(yīng)變加以監(jiān)控，在鋼筋變形嚴(yán)重時(shí)及時(shí)報(bào)警，避免發(fā)生安全事故。

2 關(guān)鍵數(shù)據(jù)的采集、傳輸和存儲(chǔ)

2.1 數(shù)據(jù)的采集

影響橋梁質(zhì)量的關(guān)鍵數(shù)據(jù)主要采集地點(diǎn)有四個(gè)：水泥混凝土拌和站、水泥混合料運(yùn)輸途中、鋼筋檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室以及橋梁使用場(chǎng)合。針對(duì)這四個(gè)數(shù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)，我們采用了不同的傳感器來進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

（1）水泥混凝土拌和站數(shù)據(jù)采集

這是需要采集的數(shù)據(jù)為水泥混合料的骨料配比、水泥量、粉煤灰量、水膠比，使用霍尼韋爾壓力傳感器采集數(shù)據(jù)。

（2）運(yùn)輸車輛路徑采集

使用車載GPS數(shù)據(jù)直接讀取或者加裝GPS定位裝置以及GIS地理信息系統(tǒng)。

（3）鋼筋檢測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

使用Arduino以及WIFI模塊對(duì)材料試驗(yàn)機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集上傳。

（4）橋梁鋼筋長期應(yīng)變采集

使用電阻應(yīng)變片測(cè)量橋梁鋼筋的長期應(yīng)變。

2.2 數(shù)據(jù)的傳輸和處理

數(shù)據(jù)采集傳輸處理單元，由單片機(jī)Arduino以及WIFI擴(kuò)展模塊構(gòu)成，可以實(shí)現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集并且以WIFI、4G、Zigbee和藍(lán)牙等無線傳輸形式來傳輸，其數(shù)據(jù)接收端為手機(jī)APP、微信公眾號(hào)以及網(wǎng)頁。

2.3 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和比對(duì)

數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)后，由服務(wù)提供商負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)永久保存。并由用戶上傳設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以及指導(dǎo)數(shù)據(jù)，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)糾偏、實(shí)時(shí)報(bào)警等功能。

3 結(jié)語

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)+傳統(tǒng)行業(yè)理念的不斷深入，結(jié)合我國橋梁施工技術(shù)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的要求，大數(shù)據(jù)指導(dǎo)我們的橋梁施工以及橋梁維護(hù)保養(yǎng)勢(shì)在必行。Arduino作為物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)炙手可熱的單片機(jī)之一，與當(dāng)代無線通訊技術(shù)的有效結(jié)合，使得橋梁全壽命質(zhì)量數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集，實(shí)時(shí)上傳，實(shí)時(shí)監(jiān)控。為橋梁從設(shè)計(jì)、施工到使用全壽命的質(zhì)量情況提供了準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。可以有效的提高設(shè)計(jì)水平、施工質(zhì)量以及管理水平，并可以在橋梁出現(xiàn)事故之前有效預(yù)警，避免人員和財(cái)產(chǎn)損失。

[1]劉波.瀝青混合料攪拌設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[J].工程機(jī)械，2010，41（10）：13～15.

[2]吳哲.基于“傳感云”的路面施工質(zhì)量大數(shù)據(jù)云平臺(tái)研究.科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2017，17.

[3]孟利波，唐光武.基于云平臺(tái)的中小橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)方案研究.公路交通技術(shù)，2013，04.

[4]張亞運(yùn)，錢國明.基于云平臺(tái)的橋梁健康檢測(cè)系統(tǒng)在工程中的應(yīng)用.電腦知識(shí)與技術(shù)，2017，17.

[5]吳哲.SWG物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在瀝青混合料質(zhì)量控制中的應(yīng)用.遼寧省交通高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2011，02.

[6]吳巨峰，鐘繼衛(wèi).橋梁結(jié)構(gòu)云監(jiān)測(cè)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).計(jì)算機(jī)時(shí)代，2017（2）：13～15.