一種新型的高速鐵路橋梁監測系統

　　橋梁監測系統

　　橋梁在線(xiàn)監測，即通過(guò)對橋梁結構狀態(tài)的監測與評估，為橋梁在特殊氣候、特殊交通條件下或運營(yíng)狀況嚴重異常時(shí)觸發(fā)預警信號，分析評估橋梁使用壽命，并為橋梁的養護、維修與管理決策、驗證橋梁設計理論、改進(jìn)橋梁設計方法和相應的規范標準提供科學(xué)的依據。

　　橋梁在線(xiàn)監測系統一般應包括以下幾部分內容。

　　● 傳感系統。用于將待測物理量轉變?yōu)殡娦盘?，而在選擇傳感器及二次儀表的類(lèi)型和數量時(shí)，應根據建立橋梁在線(xiàn)監測系統的目的和投資規模來(lái)確定。

　　● 數據采集和處理系統。實(shí)現對多種信息源、不同物理信號的采集與預處理，并根據系統功能要求對各種原始數據進(jìn)行分解、變換以獲取系統所需要的參數，并以一定的形式存儲起來(lái)。

　　● 通信系統。將采集并處理過(guò)的數據傳輸到監控中心。

　　● 監控中心和報警設備。利用具備診斷功能的軟硬件對接收到的數據進(jìn)行診斷，判斷損傷的發(fā)生、位置、程度，對結構健康狀況做出評估，如發(fā)現異常，發(fā)出報警信息。

　　基于WSN的鐵路橋監測系統

　　無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(WSN)就是由部署在監測區域內大量的廉價(jià)微型傳感器節點(diǎn)組成，能夠協(xié)同地實(shí)時(shí)監測、感知和采集網(wǎng)絡(luò )覆蓋區域中各種環(huán)境或監測對象的信息，并對其進(jìn)行處理，處理后的信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送，并以自組多跳的網(wǎng)絡(luò )方式傳送給觀(guān)察者。

　　鐵路橋梁與一般橋梁的最大區別在于鐵路橋在大部分時(shí)間是沒(méi)有列車(chē)通過(guò)的，因此為了鐵路橋梁在線(xiàn)監測過(guò)程中盡可能地降低功耗，在沒(méi)列車(chē)通過(guò)時(shí)，系統是不進(jìn)行數據采集的。為此我們在鐵路橋梁兩端分別布置了一個(gè)IRIS傳感器節點(diǎn)平臺，當鐵路橋梁一端有列車(chē)過(guò)來(lái)時(shí)，該節點(diǎn)平臺發(fā)射信號給無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)，進(jìn)而通知Imote2節點(diǎn)開(kāi)始數據采集，當列車(chē)經(jīng)過(guò)鐵路橋梁另一端時(shí)，此處的節點(diǎn)平臺又發(fā)送信號給無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)，控制Imote2節點(diǎn)停止數據采集，充分達到減少能耗的目的。

　　本文設計的鐵路橋梁在線(xiàn)監測系統如圖1所示：包括若干個(gè)Imote2傳感節點(diǎn)，它們被大量布散在橋梁關(guān)鍵監測區域，它們通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道相連，形成一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò )系統，對橋梁的撓度、應變等主要結構的受力狀態(tài)進(jìn)行監測，傳感器單元將采集到的數據傳送給Imote2的處理單元，處理單元完成數據處理和存儲后，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)轉發(fā)給網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)， 網(wǎng)關(guān)節點(diǎn)可通過(guò)CDMA等方式將監測數據送到監控中心，并且系統可在異常情況下進(jìn)行報警，監測人員可隨時(shí)了解橋梁運行情況，達到健康監測的目的。