無(wú)線傳感技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

羅莉瓊 范紹國(guó)

摘要 隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)水平的不斷提升，當(dāng)前國(guó)家對(duì)于橋梁的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、穩(wěn)定性也提出了更高的要求。立足于無(wú)線傳感技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，首先介紹了橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與傳感技術(shù)的特征與定義，然后介紹了無(wú)線傳感技術(shù)在橋梁監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用暴露出的問(wèn)題，最后結(jié)合上述內(nèi)容對(duì)于無(wú)線傳感技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用策略進(jìn)行了判斷，也希望能夠?yàn)槲覈?guó)橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不斷完善奠定良好的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】無(wú)線傳感技術(shù) 橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè) 應(yīng)用策略

橋梁作為我國(guó)重要的交通運(yùn)輸建設(shè)環(huán)節(jié)，其安全性不但直接關(guān)乎經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，更是關(guān)乎人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。作為投資規(guī)模大、影響面積廣的代表項(xiàng)目，橋梁結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)工作一直是施工建設(shè)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。隨著我國(guó)橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不斷發(fā)展，當(dāng)前無(wú)線傳感技術(shù)應(yīng)用于橋梁監(jiān)測(cè)也逐漸成為一個(gè)趨勢(shì)，其應(yīng)用于橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中不但可以提升監(jiān)測(cè)面，降低監(jiān)測(cè)誤差，同時(shí)對(duì)于提升維修養(yǎng)護(hù)的效率并降低處理成本也具有積極的幫助。為了進(jìn)一步分析無(wú)線傳感技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用情況，本文首先介紹了結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)與無(wú)線傳感的概念。

1 橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與無(wú)線傳感技術(shù)概述

1.1 無(wú)線傳感技術(shù)

無(wú)線傳感技術(shù)最初來(lái)源于美國(guó)，其是一種集低成本、高容錯(cuò)率以及高靈活性為一體的科學(xué)技術(shù)，該技術(shù)應(yīng)用于信息的傳輸不但可以大大降低信息傳輸?shù)某杀?，同時(shí)甚至可以突破時(shí)間與空間的約束，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)處理的方式將信息進(jìn)行提前預(yù)警和判斷，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感技術(shù)與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的完美組合。當(dāng)前無(wú)線傳感技術(shù)的傳感系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展較為成熟，這也為橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的有效應(yīng)用創(chuàng)設(shè)了條件。

1.2 橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)系統(tǒng)

眾所周知，在橋梁的正常使用過(guò)程中，其工程結(jié)構(gòu)會(huì)持續(xù)受到突發(fā)性以及累積性破壞的影響，這些影響當(dāng)中，累積性破壞是指經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年累月的積累所導(dǎo)致的破壞，其具有持續(xù)性的特征，往往可以進(jìn)行提前判斷，而突發(fā)性的結(jié)構(gòu)損壞則具有一定的不可預(yù)測(cè)性，其在橋梁的損壞當(dāng)中占據(jù)一定比例，并直接威脅著橋梁的安全。健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的出現(xiàn)不但可以時(shí)刻關(guān)注橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，對(duì)于累積性破壞進(jìn)行處理并判斷，同時(shí)也可以在一定程度上對(duì)突發(fā)性損壞進(jìn)行同步檢測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)性事件時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)通過(guò)獨(dú)特的內(nèi)部信息處理方式進(jìn)行運(yùn)算，發(fā)現(xiàn)符合危險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)即可發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，警告檢測(cè)人員停止使用橋梁并進(jìn)行結(jié)構(gòu)檢修。

目前我國(guó)大型橋梁的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由傳感系統(tǒng)、處理系統(tǒng)、監(jiān)控中心等環(huán)節(jié)組成。其中傳感系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)各種信息的獲取，而處理系統(tǒng)則是將收集來(lái)的各種信息進(jìn)行處理、加工，并對(duì)一些危險(xiǎn)信息進(jìn)行判斷，最后將上述內(nèi)容傳輸給監(jiān)控中心進(jìn)行記錄，并結(jié)合監(jiān)測(cè)情況對(duì)下一步的工作進(jìn)行部署。

2 無(wú)線傳感技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中應(yīng)用的問(wèn)題

2.1 技術(shù)不成熟

無(wú)線傳感技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是其依然存在許多問(wèn)題。技術(shù)不成熟的問(wèn)題主要表現(xiàn)在無(wú)線傳感技術(shù)的能源消耗優(yōu)化問(wèn)題方面，由于橋梁的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)大多需要在野外進(jìn)行，而這些地區(qū)往往沒(méi)有固定的能源供應(yīng)，如何削減無(wú)線傳感技術(shù)的能耗來(lái)提升其適應(yīng)性與普遍性也就成為了行業(yè)必須解決的問(wèn)題。

2.2 應(yīng)用深度與規(guī)模不足

目前我國(guó)的無(wú)線傳感技術(shù)在一些特殊領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，但是在橋梁的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)當(dāng)中應(yīng)用規(guī)模與深度卻依然較小。究其原因，一方面是由于橋梁的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)大多在野外進(jìn)行，建設(shè)相應(yīng)的配套設(shè)施具有一定的難度，另外一個(gè)方面則是由于相關(guān)領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)人才較少，部門(mén)對(duì)于無(wú)線技術(shù)的重視程度不夠，這些因素也共同導(dǎo)致了目前無(wú)線傳感技術(shù)的應(yīng)用深度與規(guī)模稍顯不足。

3 無(wú)線傳感技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

3.1 充分發(fā)揮無(wú)線結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)

無(wú)線結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有其他系統(tǒng)無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。首先，無(wú)線結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感節(jié)點(diǎn)較傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更多，所以具有較強(qiáng)的組織適應(yīng)性，在多變的橋梁監(jiān)測(cè)環(huán)境中依然可以順利完成監(jiān)測(cè)任務(wù)。其次，電源的能源是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的關(guān)鍵，調(diào)整好能量的供應(yīng)與配比可以顯著提升壽命。再次，傳感器的節(jié)點(diǎn)具有體積小、成本低的特點(diǎn)，但是由于計(jì)算能力相對(duì)有限，所以往往需要多節(jié)點(diǎn)協(xié)同工作才能夠最終完成該計(jì)算任務(wù)。最后就是數(shù)據(jù)的管理與處理技術(shù)是整個(gè)無(wú)線傳感系統(tǒng)中的核心，目前我國(guó)在該技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展還不太成熟，依然需要依靠進(jìn)口的方式來(lái)引進(jìn)先進(jìn)的技術(shù)。結(jié)合上述特點(diǎn)來(lái)看，我們?cè)诎l(fā)展無(wú)線結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)并應(yīng)用于橋梁的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)活動(dòng)當(dāng)中時(shí)應(yīng)該特別關(guān)注其區(qū)別于其他系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)結(jié)合其劣勢(shì)進(jìn)行適當(dāng)彌補(bǔ)，以此來(lái)推動(dòng)技術(shù)的成熟與發(fā)展。

3.2 通過(guò)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間同步來(lái)實(shí)現(xiàn)算法優(yōu)化

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)時(shí)間的同步工作是一種對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步處理的特殊算法，該算法在應(yīng)用過(guò)程中可以將不同的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行同步，進(jìn)而通過(guò)提出時(shí)間同步算法來(lái)進(jìn)行組織運(yùn)算，進(jìn)而降低運(yùn)算的等待時(shí)間，提升處理效率的同時(shí)也可以顯著降低能耗，提升整個(gè)系統(tǒng)的適應(yīng)性。在進(jìn)行同步算法優(yōu)化過(guò)程中，其可以選擇三種不同的運(yùn)算類(lèi)型。一種是基于接受者與接受者之間的同步機(jī)制，一種是基于發(fā)送者與接受者之間的單項(xiàng)同步機(jī)制，最后一種則是在發(fā)送者與接受者之間的雙向同步。三種同步機(jī)制在應(yīng)用過(guò)程中各有所長(zhǎng)，根據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)要求進(jìn)行選擇即可完成算法的優(yōu)化。

4 總結(jié)

綜上所述，隨著無(wú)線傳感技術(shù)的不斷發(fā)展，當(dāng)前其在結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)活動(dòng)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)也逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。但是由于我國(guó)的無(wú)線傳感技術(shù)應(yīng)用于橋梁的結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)工作還處于相對(duì)初級(jí)的階段，依然存在傳感器的分辨率不足、可靠性有待考證的情況，同時(shí)考慮到無(wú)線加速傳感器具有能耗大以及攜帶不方便的特點(diǎn)，如何在常規(guī)監(jiān)測(cè)工作中優(yōu)化其能源供應(yīng)問(wèn)題也是接下來(lái)研究的重點(diǎn)。本文結(jié)合無(wú)線傳感技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，分別從發(fā)揮無(wú)線傳感技術(shù)優(yōu)勢(shì)以及實(shí)現(xiàn)同步算法優(yōu)化等方面進(jìn)行了闡述，也希望能夠?yàn)樾袠I(yè)的全面健康發(fā)展創(chuàng)設(shè)條件。

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