[發明專利]一種基于物聯網的橋梁健康可視化監測系統

在審

• 申請號: 202010724543.3
• 申請日: 2020-07-24
• 公開（公告）號: CN112084684A
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 李健;王旭東;陳奕靜;黃華東;肖棟梁
• 申請（專利權）人: 廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/13;G06F17/15;G06F9/451;G01D21/02;G08B21/18;G08C17/02;H04L29/08
• 代理公司: 廣州知友專利商標代理有限公司 44104
• 代理人: 李海波;何秋林

本發明公開了一種基于物聯網的橋梁健康可視化監測系統，包括安裝在橋梁現場的多個傳感器，所述傳感器一個自成一組或若干個相近的傳感器組成一組，還包括物聯網模塊，網關和云服務器，所述物聯網模塊分布在各組傳感器附近，每組所述傳感器就近連至所述物聯網模塊，以傳遞采集數據，所述物聯網模塊通過其LoRa無線通信模塊與所述網關相連，將采集的傳感器數據發送到所述網關，再由所述網關通過4G或5G移動通信網絡轉發至所述云服務器，傳感器數據的匯集和處理在所述云服務器上集中完成，并形成可視化的監測界面。本發明系統傳感器數據分布式采集，避免了大量的線纜布設工作，設備安裝擺脫了地域限制，系統部署簡易，后期維護方便。

技術領域

本發明涉及橋梁管理領域，尤其涉及一種基于物聯網的橋梁健康可視化監測系統。

背景技術

隨著經濟社會的發展以及土木工程技術的不斷進步，橋梁的建設得到飛速的發展，以滿足由社會發展、人口流動、物質運輸引發的日益膨脹的社會需求。橋梁作為城市和公路交通的咽喉，關系著國家經濟和群眾生命安全，日益受到人們的關注和重視。由于橋梁在建造和運營過程中受到各種荷載、自然環境的作用以及材料本身退化的影響，從而導致橋梁的穩定性和耐久性降低，并有可能在沒有達到設計壽命前達到使用壽命。沉痛的事故使得人們深刻地認識到，橋梁的安全性不僅僅體現在建造期間的質量控制，更反映在其之后數十年運營期間的安全評價、維護、管理等方面上。傳統的依靠人工檢測和養護的管理方法已經滿足不了需求，為了能夠及時了解橋梁的實施狀況，橋梁健康監測系統應運而生。

傳統的橋梁健康監測系統通常分為傳感器層、數據集中采集層(采集儀)、數據匯集層(子工作站)、通訊網絡層和系統軟件層(服務器)。這種系統的特點是，傳感器的數據集中式采集，而且數據傳輸全程依靠有線網絡(電纜或者光纜)，不同類型采集儀數據的匯總和數據前處理，由放置在橋梁現場的子工作站(一般為工控機)負責，健康監測系統軟件一般安裝在實體服務器上，該服務器通常被放置在橋梁現場。

按照傳統的橋梁健康監測系統的設計方案，其實一座橋需一套獨立的監測系統，在硬件設備的設定上存在如下制約：

(a)傳感器數據采用集中采集方式，現場一般一臺采集儀需要采集多個位置的傳感器數據，采集數據所用線纜必須由各個傳感器位置布置到采集儀處，施工難度很大。另外，集中采集在后期的運維過程中一旦出現采集儀故障，與其相連的多個傳感器數據均無法繼續被獲?。?/p>

(b)設備通訊靠有線方式進行，在系統部署過程中涉及到大量的線纜布設，施工量和施工難度大，此外，后期的運營維護也會面臨線纜老化、意外斷裂甚至被盜的風險，使得后期的運維困難重重。再者，大量電纜的布設也使得硬件系統的浪涌保護工作變得較為困難；

(c)通過數據匯集至工作子站進行集中處理的方式，使得每一座橋梁都需要根據實際的硬件環境去編寫不同的數據匯集處理程序到工控機里。因此，當大量的橋梁需要部署健康監測系統時，不僅僅軟件開發、測試、部署的工作量巨大，而且后期的運營維護無法實現軟件遠程維護，帶來極大的運維成本；

(d)由于系統軟件部署在實體服務器上，數據的接收、處理、分析以及后續的應用都依賴于實體服務器，這給軟件的部署、運維帶來了巨大的工作量。另外，很多橋梁健康監測系統的服務器直接放置于橋梁現場，惡劣的工作環境也使得服務器的老化加速，性能不穩定。

現有橋梁健康監測系統除存在上面提及的問題外，其監測數據還存在如下問題：橋梁健康監測主要針對大橋和特大橋梁，這些橋規模大測點數量多，而且監測頻次高。監測系統在運行的過程中會產生大量的數據。當前這些數據直接保存，沒有有效利用，不能給用戶提供有效的決策信息。

發明內容

現有橋梁健康監測系統中傳感器數據集中式采集、設備通訊通過有線方式進行、現場子工作站需基于硬件環境編制不同的處理程序、軟件系統依賴實體服務器等制約性條件，大大限制了橋梁健康監測系統的發展。本發明的發明目的是，提供一種部署簡易，后期維護方便的橋梁健康監測系統。