在你眼前的這片土地上，大自然的鬼斧神工造就出高山峽谷、自然奇跡，蜿蜒的海岸線描繪出海天一色，這些無(wú)限風(fēng)光是無(wú)數(shù)人的心之所向，然而，當(dāng)我們換一個(gè)視角，許多盛景有了另外一種形容——天塹，中國(guó)人花費(fèi)數(shù)百年時(shí)間跨越這些阻擋人們交通與交流的天塹，建成了世界上最為龐大數(shù)量的橋梁，其中，跨海大橋需要留下足夠?qū)掗煹暮竭\(yùn)通道，促使橋梁跨度越來(lái)越大，主跨動(dòng)輒幾百米上千米甚至2000米，于是往往設(shè)計(jì)了懸索、斜拉、大跨拱橋和連續(xù)剛構(gòu)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁。有些橋梁或處在臺(tái)風(fēng)地帶，或位于高烈度震區(qū)，或跨越航道，受到臺(tái)風(fēng)地震和船舶撞擊等復(fù)雜荷載作用，僅憑人工定期檢測(cè)無(wú)法滿足橋梁安全運(yùn)營(yíng)管理的要求。于是上個(gè)世紀(jì)末，中國(guó)開(kāi)始了橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)領(lǐng)域的探索和實(shí)踐，通過(guò)橋梁上安裝傳感設(shè)備，及時(shí)掌握橋梁荷載和結(jié)構(gòu)響應(yīng)信息，保障橋梁安全運(yùn)營(yíng)。歷經(jīng)20余年技術(shù)和理論發(fā)展，橋梁健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域進(jìn)入一個(gè)全新的時(shí)期。

2021年，交通運(yùn)輸部發(fā)布了《公路長(zhǎng)大橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)實(shí)施方案》，全國(guó)統(tǒng)一部署，要求在400余座特大橋梁安裝橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，橋梁監(jiān)測(cè)領(lǐng)域迎來(lái)了跨越式發(fā)展的歷史契機(jī)，各省開(kāi)始進(jìn)行了不同層面的探索。

湖北，地處華中腹部，獨(dú)特的地理?xiàng)l件決定了湖北公路建設(shè)中跨越江河山川的大跨徑橋梁眾多，為了進(jìn)一步提升長(zhǎng)大橋梁精細(xì)化管理水平，湖北交投智能檢測(cè)團(tuán)隊(duì)想要突破傳統(tǒng)單橋系統(tǒng)由于彼此獨(dú)立引發(fā)的數(shù)據(jù)孤島難題，探索出集中、統(tǒng)一、匯聚、聯(lián)動(dòng)的新的監(jiān)測(cè)模式。

9月，湖北恩施，百米高的橋梁上，工人們準(zhǔn)備前往主拱安裝硬件設(shè)備，山區(qū)變化多端的天氣是這項(xiàng)工作的一大挑戰(zhàn)。

：一定注意安全，腳下踩穩(wěn)，手上扶好，慢一點(diǎn)，慢一點(diǎn)。

龍橋特大橋?yàn)橹骺?80m的上承式鋼管混凝土拱橋，為監(jiān)測(cè)橋梁環(huán)境、作用、結(jié)構(gòu)響應(yīng)及結(jié)構(gòu)變化等內(nèi)容，全橋共布置94個(gè)測(cè)點(diǎn)，13種監(jiān)測(cè)設(shè)備，計(jì)劃30天完成現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試工作，10月，健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)整體上線，未來(lái)這套系統(tǒng)也將同步接入新一代智慧化橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)平臺(tái)——湖北交投橋群結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)平臺(tái)。

橋群平臺(tái)，顧名思義，要實(shí)現(xiàn)橋梁集群式、平臺(tái)化監(jiān)管理念，意味著將要納入幾十座長(zhǎng)大橋梁，監(jiān)測(cè)設(shè)備和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)將帶來(lái)海量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)往往密度高并且價(jià)值低，如何實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一管理并在龐大的數(shù)據(jù)中挖掘出有效信息，技術(shù)團(tuán)隊(duì)需要找到自己的解決之道。

：我這里有一些想法，我們是不是可以在原有架構(gòu)的基礎(chǔ)上打造一個(gè)大數(shù)據(jù)管理中心，然后通過(guò)大數(shù)據(jù)管理中心，對(duì)我們橋群平臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)的所有設(shè)備以及它的數(shù)據(jù)進(jìn)行一個(gè)規(guī)模化的管理。

相比于大數(shù)據(jù)管理中心的形容，技術(shù)團(tuán)隊(duì)更習(xí)慣稱之為物聯(lián)網(wǎng)中臺(tái)，它的意義在于解耦前后臺(tái)的復(fù)雜性，向上承接橋群平臺(tái)應(yīng)用層，向下延伸到設(shè)備的感知層，實(shí)現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)+一個(gè)中臺(tái)來(lái)管理所有橋梁的效果，而這只是一個(gè)開(kāi)始，在信息技術(shù)不斷發(fā)展的今天，全域感知、數(shù)據(jù)分析技術(shù)的突破性進(jìn)展使健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)前景更加光明，此時(shí)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)正在一個(gè)特殊的環(huán)境中測(cè)試重載車輛監(jiān)測(cè)模塊。

：發(fā)現(xiàn)重載車輛上橋

：系統(tǒng)已抓拍到重載車車重及車牌信息，現(xiàn)繼續(xù)觀測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)變化信息

另一面，傳感技術(shù)的升級(jí)賦予硬件設(shè)備新的機(jī)遇。

湖北交投智能檢測(cè)股份有限公司 橋隧檢測(cè)事業(yè)部副部長(zhǎng) 龔凱
為了提升感知能力的話，突破傳統(tǒng)的一個(gè)單點(diǎn)式傳感器監(jiān)測(cè)的一個(gè)瓶頸，我們這個(gè)平臺(tái)在軟件算法層面做的一些大量工作之外，還是首次在國(guó)內(nèi)將光柵陣列傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用到四種不同的一個(gè)橋型，實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)的一個(gè)全時(shí)全域的監(jiān)測(cè)。
我現(xiàn)在所處的位置是滬渝高速四渡河特大橋，在大橋主梁的關(guān)鍵弦桿上面，我們布設(shè)了光柵陣列溫度、應(yīng)變和振動(dòng)傳感纜，通能光柵陣列傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)主梁全長(zhǎng)范圍的應(yīng)變、溫度和振動(dòng)的實(shí)時(shí)全域在線監(jiān)測(cè)。

目前，橋群平臺(tái)已納入30多座長(zhǎng)大橋梁。2023年6月，蔡甸漢江大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上線，共布設(shè)110個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，涵蓋12項(xiàng)監(jiān)測(cè)內(nèi)容，系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測(cè)大橋健康狀況；2023年6月26日下午5點(diǎn)，四渡河特大橋出現(xiàn)車輛異常偏載情況，健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)；2023年7月3日下午6點(diǎn)，丹江口地區(qū)突發(fā)8級(jí)大風(fēng)，丹江口水庫(kù)特大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出數(shù)據(jù)超限報(bào)警；2023年8月6日凌晨4點(diǎn)，3輛超重車同時(shí)駛?cè)胨亩珊犹卮髽?，引發(fā)系統(tǒng)報(bào)警，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)安全并將相關(guān)信息記錄推送至相關(guān)單位；2023年8月，翟家河大橋伸縮縫位移監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)多次出現(xiàn)削峰現(xiàn)象報(bào)警，助力及早發(fā)現(xiàn)伸縮縫堵塞問(wèn)題。

截至2022年底統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)擁有公路橋梁103.3萬(wàn)座，長(zhǎng)大橋梁只占據(jù)其中一小部分，在如何應(yīng)對(duì)不同類型橋梁健康監(jiān)測(cè)需求的問(wèn)題上，蘇交科結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中心已經(jīng)在長(zhǎng)大橋梁安全長(zhǎng)壽與健康運(yùn)維的基礎(chǔ)上率先研發(fā)出了輕量化橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這是一種面向場(chǎng)景需求的重點(diǎn)指標(biāo)監(jiān)測(cè)。

蘇交科集團(tuán)股份有限公司 首席工程師 張宇峰
我們?cè)诤秃芏鄻蛄汗芾碚哌M(jìn)行溝通和聊的時(shí)候，他們也提到，他們可能只關(guān)心或者只關(guān)注當(dāng)中的個(gè)別幾個(gè)指標(biāo)。而我們傳統(tǒng)的這樣的一些監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，它本質(zhì)上是一種以工控機(jī)為核心的、集中采集傳輸這樣的一個(gè)系統(tǒng)，它是為了支撐我們前面成百上千個(gè)傳感器進(jìn)行同步的測(cè)量，這時(shí)候當(dāng)我只做很少幾個(gè)指標(biāo)監(jiān)測(cè)的時(shí)候，后端系統(tǒng)的復(fù)雜度過(guò)高，成本也過(guò)高了，同時(shí)對(duì)于我供電和通訊的要求也會(huì)很高，在很多橋上又難以滿足要求，因此在這個(gè)情況下，我們提出了這樣的一種面向場(chǎng)景需求的、針對(duì)重點(diǎn)指標(biāo)進(jìn)行專項(xiàng)觀測(cè)的這樣的一種輕量化監(jiān)測(cè)技術(shù)。

超載是影響橋梁服役壽命的重要因素，對(duì)重荷載引起的大撓度變形監(jiān)測(cè)是監(jiān)測(cè)領(lǐng)域一大重點(diǎn)，也是輕量化監(jiān)測(cè)的典型場(chǎng)景之一，光電撓度儀是一種基于機(jī)器視覺(jué)的高精度橋梁安全預(yù)警技術(shù)。

：下面進(jìn)行光電撓度儀精度測(cè)量測(cè)試，初始值設(shè)定完成，X方向初始值0.0mm，Y方向初始值0.02mm，先進(jìn)行Y軸方向下?lián)?mm精度測(cè)試

：已調(diào)整下?lián)?mm

：測(cè)量誤差為0.02mm；接下來(lái)進(jìn)行X方向左移0.5mm測(cè)試

：已調(diào)整左移0.5mm

：誤差為0.03mm

光電撓度儀測(cè)量精度可達(dá)到0.1mm，采樣頻率高達(dá)10Hz以上，秦淮河大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自2022年6月2日上線以來(lái)，已累計(jì)對(duì)超限撓度值進(jìn)行多次準(zhǔn)確報(bào)警，通過(guò)對(duì)抓拍記錄的留檔，為超載車輛的治理提供數(shù)據(jù)和圖像支撐。

在另一個(gè)典型場(chǎng)景中，因?yàn)橐恍┛缃绾訕蛄盒藿〞r(shí)需要在水中設(shè)置橋墩，因此船舶碰撞橋梁隱患治理是安全生產(chǎn)專項(xiàng)整治的一項(xiàng)重要內(nèi)容。丁溪南橋就是其中一座，結(jié)合加速度傳感器數(shù)據(jù)和相機(jī)抓拍照片，可對(duì)發(fā)生碰撞的情況進(jìn)行報(bào)警、記錄，并觀測(cè)橋梁的動(dòng)態(tài)變化，從而輔助對(duì)橋梁受損情況進(jìn)行評(píng)估，指導(dǎo)維修。而進(jìn)一步地，對(duì)于一些通航船舶等級(jí)高、維修成本大且技術(shù)復(fù)雜的橋梁，管理單位已不滿足于僅僅發(fā)生船撞后及時(shí)報(bào)警，提出了提前主動(dòng)預(yù)警的需求。

崇啟長(zhǎng)江公路大橋位于長(zhǎng)江入?？?，大橋主橋部分跨越長(zhǎng)江一級(jí)航道，為此，橋梁首次應(yīng)用船撞監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，自2022年11月份運(yùn)行以來(lái)，多次監(jiān)測(cè)到船舶行駛不規(guī)范、施工船舶逗留等風(fēng)險(xiǎn)源信息，從未發(fā)生過(guò)撞擊事件，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的秘密在這里：基于機(jī)器視覺(jué)的橋梁通航船舶追蹤與撞擊風(fēng)險(xiǎn)多級(jí)預(yù)警方案，利用在橋上安裝的高清攝像頭，對(duì)橋下通行的船舶進(jìn)行位置捕捉、軌跡跟蹤與軌跡預(yù)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)船舶進(jìn)入到橋墩防撞預(yù)警區(qū)域，就會(huì)高聲示警，不僅如此，技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過(guò)改進(jìn)YOLOv5網(wǎng)絡(luò)模型，結(jié)合表觀信息匹配技術(shù)，解決了活動(dòng)水域船舶檢測(cè)的水紋強(qiáng)干擾問(wèn)題；基于構(gòu)建船舶特征庫(kù)，可識(shí)別到500米外遠(yuǎn)端船舶目標(biāo)，滿足管理單位提前一分鐘以上的預(yù)警要求；識(shí)別到目標(biāo)后，船撞監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)可自動(dòng)完成船舶軌跡預(yù)測(cè)，對(duì)碰撞風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估。三年間，輕量化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)服務(wù)于300余座橋梁，基于“裝置-終端-平臺(tái)”的產(chǎn)業(yè)化探索，高度集成、簡(jiǎn)單便捷的特點(diǎn)讓橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的未來(lái)充滿無(wú)限可能。

從1937年中國(guó)人自己設(shè)計(jì)和施工建成的第一座現(xiàn)代鋼鐵大橋——錢塘江大橋到今天，橋梁所到之處帶動(dòng)著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，也改變了人們的生活，它們數(shù)十年、上百年甚至更久矗立在中國(guó)大地上，與這份堅(jiān)守相伴而生的是橋梁健康問(wèn)題，而如今，橋梁醫(yī)生們拾起重任，利用大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，為橋梁譜寫生命線，并且形成了三級(jí)數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)，讓橋梁健康信息變得互聯(lián)互通，伴隨著未來(lái)越來(lái)越多的橋梁被納入到遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，將促進(jìn)橋梁大國(guó)的觸角向世界舞臺(tái)延伸，中國(guó)橋，將再次成為時(shí)代洪流最閃耀的存在。

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