智能感知技術(shù)在跨鐵路橋梁防拋網(wǎng)上的監(jiān)測應(yīng)用

連義凱 吳敏紅 趙海東 高振 楊文國

1.中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海工務(wù)段，中國·上海 200040

2.無錫市市政設(shè)施管理中心，中國·江蘇 無錫 214000

3.鎮(zhèn)江市市政設(shè)施管理處，中國·江蘇 鎮(zhèn)江 212000

1 引言

基于先進(jìn)的智能感知技術(shù)開發(fā)跨鐵路橋梁防拋網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)，通過一體化前端監(jiān)控設(shè)備智能獲取跨鐵路橋梁防拋網(wǎng)的狀態(tài)參數(shù)，24h 全天候采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，經(jīng)過海量數(shù)據(jù)分析、識(shí)別與評(píng)估，實(shí)時(shí)掌控跨鐵路橋梁防拋網(wǎng)服役狀態(tài)，精密度高，更準(zhǔn)確性，更及時(shí)性。

2 跨鐵路橋梁防拋網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控的四種種方法

2.1 傾角傳感器監(jiān)測方法

傾角傳感器又稱作傾斜儀、測斜儀、水平儀、傾角計(jì)。作為一種檢測工具安裝在橋梁防拋網(wǎng)上，防拋網(wǎng)每片進(jìn)行垂直面的傾斜和變形進(jìn)行監(jiān)測。

2.1.1 傾角傳感器的安裝

傾角傳感器的安裝分為水平安裝和垂直安裝兩種。例如，水平安裝，就是把傾角傳感器水平放在一個(gè)平面上，一般是放在地面等穩(wěn)定的平面上[1]。又如垂直安裝，就是把傾角傳感器安裝在與地面垂直穩(wěn)定的面上，常見的有安裝在墻面等垂直于地面的物體上。固定傾角傳感器的底座最好是安裝在可調(diào)整的平面，適用于垂直安裝。

2.1.2 傾角傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳

第一種選擇具有RS485 輸出的高精度傾角傳感器，串接到監(jiān)控主機(jī)上，由后者獲取傾角傳感器輸出的信號(hào)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和遠(yuǎn)程短信報(bào)警。監(jiān)測數(shù)據(jù)通過GPRS 方式實(shí)時(shí)上傳服務(wù)器。

第二種選擇模擬輸出的傾角傳感器，需要增加模擬量采集器，并由采集器將數(shù)據(jù)上傳報(bào)監(jiān)控主機(jī)，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和遠(yuǎn)程短信報(bào)警。監(jiān)測數(shù)據(jù)通過 GPRS 方式實(shí)時(shí)上傳服務(wù)器[2]。

2.1.3 傾角傳感器對(duì)跨鐵路橋梁防拋網(wǎng)的監(jiān)測

跨鐵路橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)傾角監(jiān)測和供電斷電監(jiān)測，傾角超標(biāo)報(bào)警、斷電報(bào)警等功能，允許多個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的接入。

2.1.4 監(jiān)控主機(jī)功能

超標(biāo)報(bào)警：所監(jiān)控的傾角超閾值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

斷電報(bào)警：前端設(shè)備的供電斷電或者來電時(shí)進(jìn)行報(bào)警。

短信報(bào)警：監(jiān)測指標(biāo)超閾值時(shí)可給管理員手機(jī)上發(fā)短信報(bào)警。

短信查詢：管理員發(fā)短信“查詢”或者“查詢異常”，可以遠(yuǎn)程查詢所監(jiān)測的傳感器的當(dāng)前數(shù)值或者異常情況。

聲光報(bào)警：如果外接警號(hào)，也可啟動(dòng)本地聲光報(bào)警。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)：監(jiān)控主機(jī)內(nèi)置8G 以上存儲(chǔ)卡，可存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

2.1.5 后臺(tái)監(jiān)控室功能

后臺(tái)集中報(bào)警：根據(jù)需要可實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警、電話語音報(bào)警、監(jiān)控室中的聲光報(bào)警、大屏幕顯示、LED 報(bào)警顯示等。

數(shù)據(jù)處理：實(shí)時(shí)記錄監(jiān)控指標(biāo)的數(shù)值，提供歷史數(shù)據(jù)查詢，數(shù)據(jù)導(dǎo)出、報(bào)表打印等。

2.2 拉繩位移傳感器監(jiān)測方法

第一，拉繩位移傳感器又稱拉繩傳感器。它是一種新型而簡便的長度位移傳感器,用途非常廣泛,具有結(jié)構(gòu)緊湊、測量行程長、安裝空間尺寸小、測量精度高,可靠性好,壽命長,維護(hù)少等優(yōu)點(diǎn)。

第二，拉繩位移傳感器由可拉伸的不銹鋼繩繞在一個(gè)有螺紋的輪轂上，此輪轂與一個(gè)精密旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器連接在一起，感應(yīng)器可以是增量編碼器，絕對(duì)(獨(dú)立)編碼器，混合或?qū)щ娝芰闲D(zhuǎn)電位計(jì)，同步器或解析器。操作上，拉繩式位移傳感器安裝在固定位置上，拉繩縛在移動(dòng)物體上。拉繩直線運(yùn)動(dòng)和移動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)軸線對(duì)準(zhǔn)。拉繩位移傳感器是對(duì)防拋網(wǎng)的垂直度的精準(zhǔn)檢測，當(dāng)防拋網(wǎng)發(fā)生傾斜時(shí)，拉繩伸展和收縮。一個(gè)內(nèi)部彈簧保證拉繩的張緊度不變。帶螺紋的輪轂帶動(dòng)精密旋轉(zhuǎn)感應(yīng)器旋轉(zhuǎn)，輸出一個(gè)與拉繩移動(dòng)距離成比例的電信號(hào)。測量輸出信號(hào)可以得出運(yùn)動(dòng)物體的位移、方向、速率。

2.3 北斗形變位移監(jiān)測方法

第一，基于“北斗+物聯(lián)網(wǎng)+云計(jì)算”技術(shù)的北斗位移監(jiān)測，用于公路邊坡、橋梁變形、防拋網(wǎng)變形等監(jiān)測，不受通視條件的限制、選點(diǎn)靈活、實(shí)時(shí)監(jiān)測、高自動(dòng)化，可以根據(jù)監(jiān)測需要，將監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)在對(duì)變形較敏感的特征點(diǎn)上。相對(duì)于傳統(tǒng)人工定期檢測，具有更高的定位精度、更快的應(yīng)急反應(yīng)速度、更強(qiáng)的自動(dòng)化程度、實(shí)時(shí)的觀測能力。

第二，北斗位移監(jiān)測采用GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測方式，表面三維位移量是通過GNSS 自動(dòng)化監(jiān)測，主要建立在防拋網(wǎng)變形位移明顯的部位，通過監(jiān)測防拋網(wǎng)的三維位移量，分析、判斷其變形位移的特征、變幅、方向、速率、穩(wěn)定性及其發(fā)展趨勢，并且對(duì)于簡易監(jiān)測而言該方法精度高，能反映出簡易監(jiān)測反映不了的變形位移跡象。同時(shí)，北斗變形位移監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)在成本、精度和實(shí)時(shí)性等方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的變形位移監(jiān)測方法。通過精密解算獲得的水平位移和垂直位移量可達(dá)到毫米級(jí)乃至亞毫米級(jí)的精度，可對(duì)防拋網(wǎng)變形位移進(jìn)行預(yù)警，為防拋網(wǎng)的穩(wěn)定性、安全性等應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)[3]。

2.4 智能警戒球機(jī)的監(jiān)控方法

智能警戒球機(jī)對(duì)跨鐵路橋梁防拋網(wǎng)的傾斜、變形進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，自動(dòng)識(shí)別報(bào)警，發(fā)送預(yù)警信息。通常由前端設(shè)備(包括探測器和緊急報(bào)警裝置)、傳輸設(shè)備、處理/控制/管理設(shè)備和顯示/記錄設(shè)備部分構(gòu)成。內(nèi)置21 種報(bào)警語音，還可自定義語音，同時(shí)滿足多場景警戒語音需求；同一周界可以設(shè)置多條報(bào)警規(guī)則線，高效使用絆線入侵、區(qū)域入侵等功能，智能警戒球機(jī)是監(jiān)控年久引起的或因突發(fā)事件造成的防拋網(wǎng)的傾斜、變形情況，同時(shí)具有智能警戒絆線入侵，區(qū)域入侵等情況實(shí)現(xiàn)24h 全天候監(jiān)控，發(fā)送預(yù)警信息。后端支持錄像檢索，極大提升事后錄像查詢效率，減少人工檢索誤差，便于管理。

3 應(yīng)用與探索

開發(fā)跨鐵路橋梁防拋網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)可有多種方法可選（傾角傳感器檢測、北斗位移監(jiān)測和拉繩位移傳感器監(jiān)測及智能警戒球機(jī)監(jiān)控四種監(jiān)測），可根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)而定。采用兩種以上的監(jiān)測方法，能形成數(shù)據(jù)比對(duì)，防止因某一監(jiān)測設(shè)備故障造成數(shù)據(jù)斷層或數(shù)據(jù)的誤差出現(xiàn)誤報(bào)信息，確保24h 全天候采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。建議采用傾角傳感器和北斗位移監(jiān)測或拉繩位移傳感器與智能警戒球機(jī)的組合監(jiān)測方法。

4 結(jié)語

當(dāng)出現(xiàn)跨鐵路橋梁防拋網(wǎng)嚴(yán)重傾斜或變形，不牢固等情況時(shí)，跨鐵路橋梁智能監(jiān)控系統(tǒng)將會(huì)從現(xiàn)場的監(jiān)控預(yù)警信息及時(shí)發(fā)送到相關(guān)管養(yǎng)部門的平臺(tái)和橋梁專管員，進(jìn)行分級(jí)報(bào)警，接警信息和處理情況反饋，實(shí)現(xiàn)事前、事中和事后的全面“閉合”。跨鐵路橋梁防拋網(wǎng)智能監(jiān)控系統(tǒng)為鐵路橋梁管養(yǎng)部門和橋梁專管員的持續(xù)及實(shí)時(shí)提供數(shù)據(jù)支持，為科學(xué)決策提供依據(jù)，防止跨鐵路橋梁防拋網(wǎng)的墜落風(fēng)險(xiǎn)，阻止突發(fā)事件的發(fā)生。