傳感測量技術(shù)在橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測中的應(yīng)用研究

陳春江

摘要：文章立足于橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測中的各類需求，分析了建立施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的必要性，介紹了傳感測量技術(shù)的主要架構(gòu)與核心功能，完成了基于傳感測量技術(shù)的橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與工程驗證工作，證明了無線傳感技術(shù)應(yīng)用于橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的可行性。

關(guān)鍵詞：傳感測量;施工;監(jiān)測;研究

中圖分類號：U446 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2019.07.032

文章編號：1673-4874（2019）07-0102-03

0引言

橋梁工程現(xiàn)場施工中所涉及的工序眾多，施工人員、施工設(shè)備等都需要統(tǒng)籌部署，對橋梁工程現(xiàn)場施工的有效監(jiān)控與管理能夠在一定程度上提高橋梁工程的整體質(zhì)量及安全性。而如何對橋梁工程的施工現(xiàn)場進(jìn)行高效、精準(zhǔn)地監(jiān)測是當(dāng)前各路橋施工企業(yè)所面臨的首要問題。傳統(tǒng)的橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測主要依靠施工監(jiān)理人員來完成，這種人為的施工現(xiàn)場監(jiān)測方式很難保證監(jiān)測數(shù)據(jù)的真實性和有效性，使監(jiān)測出現(xiàn)偏差的偶然性較大。為此，對于橋梁工程龐雜的施工現(xiàn)場環(huán)境，應(yīng)建立高效、穩(wěn)定、精準(zhǔn)的施工監(jiān)測系統(tǒng)。傳感測量技術(shù)是伴隨著計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)而發(fā)展起來的一種新型技術(shù)，由于其具有高效、穩(wěn)定、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)監(jiān)測功能，使其工程應(yīng)用的范圍十分廣泛。本文研究了傳感測量技術(shù)的主要架構(gòu)與功能，分析了建立橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的必要性，完成了基于傳感測量技術(shù)的橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計工作，并通過工程案例進(jìn)一步證明了該系統(tǒng)在橋梁工程施工現(xiàn)場監(jiān)測中的實際性能。

1傳感測量技術(shù)核心架構(gòu)與主要功能分析

1.1核心架構(gòu)

傳感測量技術(shù)是計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展后的產(chǎn)物，它通過部署在現(xiàn)場的大量傳感器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時采集和上傳功能，控制主機(jī)對上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集、存儲、分析和處理。傳感器類型有溫度傳感器、壓力傳感器以及液位傳感器等，視工程的需要選取合適的傳感器。傳感器也被稱為測量節(jié)點，因為傳感器是負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的，傳感器與后臺控制主機(jī)之間的連接需要通過特殊的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)關(guān)進(jìn)行設(shè)置。常見的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有802.3協(xié)議等，另外還有TCP/IP等信息傳輸協(xié)議。在實際工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)具體的網(wǎng)絡(luò)配置和接口方式選擇合適的網(wǎng)絡(luò)通信傳輸協(xié)議。傳感測量技術(shù)的核心架構(gòu)如圖1所示。

1.2主要功能

進(jìn)行數(shù)據(jù)的實時采集是傳感測量技術(shù)的主要功能，通過部署的各類型傳感器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時、準(zhǔn)確的采集功能。各傳感器之間通過通信規(guī)約（通信協(xié)議）與無線網(wǎng)絡(luò)連接，將采集到的數(shù)據(jù)上傳至控制主機(jī)的數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫根據(jù)所采集到的現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)類型可分為結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫和非結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫。結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫主要存放施工文本信息;非結(jié)構(gòu)型數(shù)據(jù)庫主要存放施工過程中所產(chǎn)生的音視頻等管理信息。

無線傳感技術(shù)一般通過較為便利的手持終端設(shè)備來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的質(zhì)量分析過程，也可待上傳到控制主機(jī)后進(jìn)行統(tǒng)一分析、處理。無線傳感技術(shù)所依托的信息通信架構(gòu)主要有WIFI、藍(lán)牙、UWB以及ZigBee等技術(shù)。WIFI通過無線路由的方式在信號覆蓋范圍內(nèi)接入用戶實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)，具有覆蓋范圍廣、傳輸速度快等優(yōu)點。藍(lán)牙作為一種近距離無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，可在一定程度上簡化各類移動設(shè)備之間的通信過程。UWB是超寬帶網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、加密性好等優(yōu)勢。ZigBee屬于近距離、低功耗的無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，具有功耗低、可靠性高等特點，在工業(yè)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)測領(lǐng)域使用較為常見。常用的信息通信架構(gòu)優(yōu)勢對比分析如表1所示。

2建立橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的必要性

橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全天候的無人值守監(jiān)測功能，對橋梁施工現(xiàn)場各個角落的施工狀況能夠全面掌握。監(jiān)測系統(tǒng)不依賴于操作人員的經(jīng)驗和技術(shù)水平，可長期保持穩(wěn)定的運行工況，降低了因人為因素而導(dǎo)致的監(jiān)測數(shù)據(jù)混亂的情況發(fā)生。從工程成本預(yù)算的角度來看，建立橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)能夠節(jié)省人員的經(jīng)費開支，對于控制工程的總預(yù)算具有重要作用。因橋梁施工現(xiàn)場部分位置的特殊性和危險性，某些施工區(qū)域是工程監(jiān)理人員無法觸及的盲區(qū)。而施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)部署有大量的傳感設(shè)備，這類設(shè)備在現(xiàn)場危險區(qū)域仍可隨時工作，對現(xiàn)場環(huán)境條件的依賴性較低，能夠?qū)崿F(xiàn)自主的閉環(huán)運行過程，且采集到的數(shù)據(jù)具有較高的準(zhǔn)確性和連續(xù)性，為工程數(shù)據(jù)分析提供了較為可信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對于橋梁施工現(xiàn)場具體情況的把握和下一階段施工方案的制定起到了基礎(chǔ)支撐作用。因此，建立橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤為必要。

3基于傳感測量技術(shù)的橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

3.1系統(tǒng)功能需求分析

橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)功能需求分析如表2所示。

（1）可靠性

可靠性是指監(jiān)測系統(tǒng)能夠持續(xù)、穩(wěn)定地運行，不能發(fā)生因施工環(huán)境而引起的宕機(jī)情況，能夠在規(guī)定時間內(nèi)實現(xiàn)施工現(xiàn)場環(huán)境的持續(xù)、穩(wěn)定監(jiān)測功能。

（2）低功耗

低功耗是指監(jiān)測系統(tǒng)的能耗級別應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，具有較好的綜合能效，為施工企業(yè)節(jié)約能源消耗。

（3）易維護(hù)

監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)能夠便于維護(hù)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能通過零部件簡單的更換或修理便可繼續(xù)工作，縮短維護(hù)時間、降低維護(hù)成本。

（4）成本低

監(jiān)測系統(tǒng)的軟硬件更新?lián)Q代較快，為此，企業(yè)無需投入昂貴的費用來設(shè)計或研發(fā)此類系統(tǒng)。根據(jù)各企業(yè)自身實際需求，建立相應(yīng)的施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)。

3.2監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用研究

以南寧市某公路斜拉橋施工現(xiàn)場的監(jiān)測工作為例，通過部署多個位移和角度傳感器，來分析該橋梁在施工過程中橋體結(jié)構(gòu)發(fā)生的位移和角度變化。

3.3監(jiān)測結(jié)果與分析

將本文所研究的基于傳感測量技術(shù)的施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于南寧某大橋斜拉橋的施工現(xiàn)場監(jiān)測中。工程試驗中主要進(jìn)行了斜拉橋空心板位移和角度在施工前后變化信息的監(jiān)測工作（如圖2～3所示）。

由圖2、圖3對比可知，該斜拉橋施工過程中保持了橋體縱軸線恒定不變，空心板Z1、Z3在施工過程中的角度呈對稱狀態(tài)，空心板z1施工后位移稍有變化。該監(jiān)測系統(tǒng)也給出了該斜拉橋BMl～BM4的具體錨固位置，可見位移和角度傳感器在該試驗中起到了關(guān)鍵性作用。試驗結(jié)果表明，本文所研究的基于傳感測量技術(shù)的橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)能夠滿足實際現(xiàn)場施工中的監(jiān)測需要，具有一定的工程推廣意義。

4結(jié)語

無線傳感技術(shù)在當(dāng)今諸多工程領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛，其數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和精度是其大范圍應(yīng)用的優(yōu)勢，且其對于較為惡劣的施工現(xiàn)場環(huán)境仍能夠良好適應(yīng)。本文將無線傳感技術(shù)應(yīng)用到橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)中，通過位移傳感器和角度傳感器的有效布置，對南寧市某橋梁的斜拉橋空心板在施工前后的狀態(tài)變化進(jìn)行了有效監(jiān)測，論證了本文提出的基于傳感測量技術(shù)的橋梁施工現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)的實際功能。