傳統檢測技術在橋梁結構檢測中得到了充分的(de)應用,但由於需要進行傳輸線纜的布設,往往造成工作量大、幹擾因素多等諸多不便。基(jī)於無線技術(shù)的橋梁智能監(jiān)測技術,在無線收發模塊以及移動技術成熟之後,豐富了橋梁(liáng)測試技術。無線傳感測(cè)試以及無線傳輸等技術給橋梁檢測帶來了諸(zhū)多(duō)方便。本文在分析基於無線傳感器的智(zhì)能監測技術發展曆史(shǐ)以及無線采集係(xì)統(tǒng)的特點的基礎上,探討了智能無線技術在橋梁檢測中的應用。
關鍵詞:
橋梁監測;
智能檢(jiǎn)測;無線技術
一(yī)、基於無線技(jì)術的智能檢測概述
智能檢測係統一般包括傳感(gǎn)器、無線數據傳送模塊、中心管理、數據收集器以及相應的軟件設備(bèi)共同組成,這五個模(mó)塊是智(zhì)能(néng)檢測係統的技術核心部分,五(wǔ)個部分缺(quē)少任何一個(gè)都不能夠實現智能檢(jiǎn)測的功能。無線傳輸技術應用於橋梁檢測首先開始於 20 世界 90 年代中後(hòu)期,完(wán)整的集成(chéng)橋梁檢測係統是由美國斯坦福大學研發的。在橋梁檢測(cè)的無線電通信應用(yòng)中,根據無線電組網方式的不同,目前主要劃分成兩類,一類是以局域網為基礎的無線電通(tōng)信橋梁檢測技術,另一類(lèi)是基於公用網路的無線電通(tōng)信橋梁檢測技術。下麵我們將就這兩類不同的無線電通信技術進行詳細(xì)的分析。
1、以局域網為基礎的無(wú)線電通信
橋梁檢測技(jì)術 采用局域網組網方(fāng)式為基礎是由橋梁檢測應用的時間周期和待檢橋梁規模的大小而決定的。局域網組網方式一(yī)般主要應用於(yú)各種規模,橋梁(liáng)檢測周期(qī)較短(duǎn)的各種需求。受限於局域網的實現(xiàn)機製和網絡通信形式,這種檢測技術對數據采集傳感器(qì)之間的同步傳輸要求比較的(de)嚴格。其主要的實現原理是通過設立多個無線傳(chuán)輸模塊,應用數據傳輸的跳傳技術,通過與各個無線信號發射和收集中心與這些模塊之(zhī)間的協作運轉,實現局域(yù)網(wǎng)數據的(de)遠距(jù)離數據傳輸,根據(jù)實(shí)際檢(jiǎn)測統計,這個傳輸(shū)距離一般可以超過 10 km。以局域(yù)網為基礎的的無線電通信(xìn)技術其(qí)主要(yào)的組成構件主要有三(sān)個(gè)部分。這三個部分分別是(shì)傳感器、無線中繼、無線信號收發(fā)設備(bèi)。傳感器是(shì)數據(jù)收集的(de)起(qǐ)點(diǎn)和開始,通過傳感(gǎn)器檢測,將橋(qiáo)梁的溫度、硬(yìng)度等以無線信號(hào)的形式傳輸出去。中繼器的主要作用是數據的續航,也成數據的重新(xīn)發送,這是(shì)實現數據遠距離傳送所必不可(kě)少的設(shè)備。無線信號收發(fā)中(zhōng)心,這個部分是數據的收集點和發送源,因此,接口和一些相配套的(de)軟件設備都是必不可少的。
2、以公用網路為基礎的無線電通信橋(qiáo)梁(liáng)檢測技術
公用網絡具有穩定性、數據含量大、範圍廣、傳送機製完善的特點(diǎn)。因此基(jī)於公用網路的無線電通信檢(jiǎn)測技術主要被應(yīng)用與規模不是很大的各種橋(qiáo)梁的長期檢測。因為網路的架構比較固(gù)定且(qiě)覆蓋的範圍也較為(wéi)廣(guǎng)泛(fàn),這就省去了(le)局域網為基礎的無線(xiàn)電通信檢測技(jì)術中需要(yào)多布無線信號收發中心的工作(zuò),而(ér)且能夠檢測地域分布距離較遠的橋(qiáo)梁並不需要(yào)嚴格的數據傳(chuán)輸規定。無線公用網絡技術在我國已經十分的成熟了,中國三大移(yí)動通信巨頭,中國電信、中國移動、中國聯通都相繼推出了自己比較成熟的無線公用局域網,隻需要擁有賬號和密碼,在信號覆蓋地區都能實現(xiàn)全天候、全區域實時的無(wú)線數(shù)據(jù)接收功能。這些功能的實(shí)現主要是基於 GPRS和 GSM 網絡技術。
二(èr)、
橋梁智能檢測係統結構與(yǔ)應用
1、數據采集與數據管理
數據采集是橋梁智能檢測係統的起點,同時也是整個係統的核心部件。基於無線數據采集與數據管理的構成主要包括數據傳感器,無線網絡和數據管理係統三個重要部分。傳輸技術的橋梁智能檢測的基本原理:利(lì)用數據傳感(gǎn)器感應橋梁(liáng)的各項參數形成信號數據,經由無線信號發射(shè)把這些數據傳輸到無線網(wǎng)絡進行儲存,然後通過(guò)數據(jù)管理進行數據的提取和處理分析。
由於(yú)
橋梁檢(jiǎn)測設計的參數種類較多,傳統的有線橋梁檢測係統因為(wéi)應用的傳輸網線連接各個數據采集設備的形式,這項為了實現橋梁測試點與(yǔ)點,麵與麵之間的數據遠距離通信交(jiāo)流就需要大量的設備。傳統形式的數(shù)據(jù)采集與管(guǎn)理就會出現許多(duō)的問題,這些問題主要表現為以下兩種:第一,因為距(jù)離遠、參數繁瑣、設備多(duō),大量的通信電纜是保證采集數據正常傳輸的一個必要條件。這種情況下會產(chǎn)用(yòng)較多的時(shí)間(jiān)和設備,投(tóu)入大量的(de)人員和資金,而且數據傳輸容易受外界物理條件的(de)影響,比如(rú)空氣(qì)的溫度和濕度等。第二,大(dà)量的通信電纜也帶來了管(guǎn)理的困難和通信數據可靠性差的(de)問題,同時需要預設大量的空間(jiān)以備(bèi)電纜鋪設使用。基於無線的橋梁檢測係統在數據采集和管理端相比於傳統的電纜通信(xìn)橋梁檢(jiǎn)測(cè)來講具有傳輸方便、占用空間小、適應性較強、自動組網方便、線損(sǔn)率較少、數據傳輸可靠性較大的優點。
2、無線傳感器組網
橋(qiáo)梁(liáng)檢測係統中的傳(chuán)感器不僅(jǐn)僅包括數據采集的功能,同時它還是集傳感、數據加工(gōng)、傳輸為一體的獨立係統。無線傳感器組(zǔ)網就是把這些獨立的(de)係統單元以(yǐ)隨機的形式隨機布置,構(gòu)成一個個網絡節點(diǎn)。這些(xiē)由隨意布(bù)置的(de)無(wú)線傳感(gǎn)器節點能夠(gòu)實現節點與節(jiē)點之(zhī)間(jiān)的無線(xiàn)通信,通過自我網絡調節構成無線網絡,每個節點都能夠獨立的對分布在(zài)其(qí)周圍的橋梁環境和數據進行收集,這些數據主要包括,橋梁的溫度、濕度、速度等(děng)等。無線傳感器組網的應用(yòng)對於橋梁(liáng)檢測來講,具有其它網絡無可比擬的優越性,這些優越性主要表現在以(yǐ)下三個方麵:
(1)節點與節點之間協調運作能力較強
在無線傳感器組網的過程中,係統為每個節點設(shè)置固定的全局網絡中的節點地址標識,就如同互聯網中的 IP 地址一(yī)樣。每個節點不但能夠清楚的記錄自身的節點地址,還能(néng)夠記錄自己周圍節(jiē)點的地址。這樣(yàng)通過節點之間的相互協調(diào)運作(zuò)對數據信號及通信傳輸進行處理,能夠產(chǎn)生較高的協調能力。
(2)網絡的拓(tuò)撲(pū)結構穩定性較高
普通的無線網絡的拓撲結構會隨著每(měi)個節點在網絡中的移(yí)動而發生不停的變化,使(shǐ)得網絡的拓撲結構的穩定性性對較差。而無線傳感器網絡拓撲結(jié)構的維持主要是靠節點所具有的能量(liàng)。無線傳感網絡拓撲結構的變化(huà)隻會發生在節點能量耗盡的情況下。
(3)數(shù)據采集具有較高的(de)靈活性
靈活性也稱之為適應性和不受(shòu)限製(zhì)性。無(wú)線傳感器網絡由於不(bú)需要電纜設備支持數據的傳輸。
3、橋梁壽命檢測
針對橋梁的檢測工作(zuò)可以按照檢測頻率和檢測時間間隔長短劃分為短期檢測和中期檢(jiǎn)測以及長期檢測。在檢測工作選擇無線組網(wǎng)類型(xíng)時,應當根(gēn)據檢測工作的具體特點而定。基於無線通信技術的橋梁智能檢測係統能(néng)夠實現橋梁(liáng)全壽命周期的自由靈活(huó)工作。在前麵的無(wú)線智能檢測技術概述中我們已經提到無線局域網形式的智能檢測(cè)係統對短(duǎn)期橋梁(liáng)檢測工作具有很強的適用性。但這個過程中有兩個問題需要特別注意,首先必須保證無線傳感器天線之間是暢通無阻的,即天線與天線(xiàn)之(zhī)間盡量不要出現物體的阻擋,這是因(yīn)為天線之間的物體會減弱信號傳遞的強度,影響(xiǎng)數據傳輸的距離。其次,如果傳感器(qì)節點與無線(xiàn)電(diàn)通信的收發中心相距較遠時就可能導致通信傳輸的中斷,這就需要在它們之間設置信號(hào)的中繼器,使得信(xìn)號通過中繼器繼續重新發送,以保證數(shù)據傳(chuán)輸(shū)能夠回到終端。相比較大中型橋梁的檢(jiǎn)測來講,小規模的橋梁檢測往往要求比較簡單(dān),需要的參數和測(cè)量節點都會(huì)相(xiàng)對較(jiào)少,這樣(yàng)為了節省假設無(wú)線網絡的工作,可以適當的(de)考慮采用 GPRS 和(hé) GSM 這種基於公用的無(wú)線網絡模式。
總而言之,就目前而言,國內橋梁智能檢測技術的應(yīng)用還在初級階段,相信隨著無線技術與(yǔ)橋梁檢測技術結合應用的不斷(duàn)深入,必將帶給我國橋梁(liáng)檢測工作極大的便利(lì),推動橋梁工程的良性(xìng)發展。