傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)在橋梁結(jié)構(gòu)檢測(cè)中得到了充分的應(yīng)用，但由于需要進(jìn)行傳輸線纜的布設(shè)，往往造成工作量大、干擾因素多等諸多不便。基于無(wú)線技術(shù)的橋梁智能監(jiān)測(cè)技術(shù)，在無(wú)線收發(fā)模塊以及移動(dòng)技術(shù)成熟之后，豐富了橋梁測(cè)試技術(shù)。無(wú)線傳感測(cè)試以及無(wú)線傳輸?shù)燃夹g(shù)給橋梁檢測(cè)帶來(lái)了諸多方便。本文在分析基于無(wú)線傳感器的智能監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展歷史以及無(wú)線采集系統(tǒng)的特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，探討了智能無(wú)線技術(shù)在橋梁檢測(cè)中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：
橋梁監(jiān)測(cè)；
智能檢測(cè)；無(wú)線技術(shù)
一、基于無(wú)線技術(shù)的智能檢測(cè)概述
智能檢測(cè)系統(tǒng)一般包括傳感器、無(wú)線數(shù)據(jù)傳送模塊、中心管理、數(shù)據(jù)收集器以及相應(yīng)的軟件設(shè)備共同組成，這五個(gè)模塊是智能檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)核心部分，五個(gè)部分缺少任何一個(gè)都不能夠?qū)崿F(xiàn)智能檢測(cè)的功能。無(wú)線傳輸技術(shù)應(yīng)用于橋梁檢測(cè)首先開(kāi)始于 20 世界 90 年代中后期，完整的集成橋梁檢測(cè)系統(tǒng)是由美國(guó)斯坦福大學(xué)研發(fā)的。在橋梁檢測(cè)的無(wú)線電通信應(yīng)用中，根據(jù)無(wú)線電組網(wǎng)方式的不同，目前主要?jiǎng)澐殖蓛深?，一類是以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)的無(wú)線電通信橋梁檢測(cè)技術(shù)，另一類是基于公用網(wǎng)路的無(wú)線電通信橋梁檢測(cè)技術(shù)。下面我們將就這兩類不同的無(wú)線電通信技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的分析。
1、以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)的無(wú)線電通信
橋梁檢測(cè)技術(shù) 采用局域網(wǎng)組網(wǎng)方式為基礎(chǔ)是由橋梁檢測(cè)應(yīng)用的時(shí)間周期和待檢橋梁規(guī)模的大小而決定的。局域網(wǎng)組網(wǎng)方式一般主要應(yīng)用于各種規(guī)模，橋梁檢測(cè)周期較短的各種需求。受限于局域網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)通信形式，這種檢測(cè)技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)采集傳感器之間的同步傳輸要求比較的嚴(yán)格。其主要的實(shí)現(xiàn)原理是通過(guò)設(shè)立多個(gè)無(wú)線傳輸模塊，應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶鴤骷夹g(shù)，通過(guò)與各個(gè)無(wú)線信號(hào)發(fā)射和收集中心與這些模塊之間的協(xié)作運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)實(shí)際檢測(cè)統(tǒng)計(jì)，這個(gè)傳輸距離一般可以超過(guò) 10 km。以局域網(wǎng)為基礎(chǔ)的的無(wú)線電通信技術(shù)其主要的組成構(gòu)件主要有三個(gè)部分。這三個(gè)部分分別是傳感器、無(wú)線中繼、無(wú)線信號(hào)收發(fā)設(shè)備。傳感器是數(shù)據(jù)收集的起點(diǎn)和開(kāi)始，通過(guò)傳感器檢測(cè)，將橋梁的溫度、硬度等以無(wú)線信號(hào)的形式傳輸出去。中繼器的主要作用是數(shù)據(jù)的續(xù)航，也成數(shù)據(jù)的重新發(fā)送，這是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳送所必不可少的設(shè)備。無(wú)線信號(hào)收發(fā)中心，這個(gè)部分是數(shù)據(jù)的收集點(diǎn)和發(fā)送源，因此，接口和一些相配套的軟件設(shè)備都是必不可少的。
2、以公用網(wǎng)路為基礎(chǔ)的無(wú)線電通信橋梁檢測(cè)技術(shù)
公用網(wǎng)絡(luò)具有穩(wěn)定性、數(shù)據(jù)含量大、范圍廣、傳送機(jī)制完善的特點(diǎn)。因此基于公用網(wǎng)路的無(wú)線電通信檢測(cè)技術(shù)主要被應(yīng)用與規(guī)模不是很大的各種橋梁的長(zhǎng)期檢測(cè)。因?yàn)榫W(wǎng)路的架構(gòu)比較固定且覆蓋的范圍也較為廣泛，這就省去了局域網(wǎng)為基礎(chǔ)的無(wú)線電通信檢測(cè)技術(shù)中需要多布無(wú)線信號(hào)收發(fā)中心的工作，而且能夠檢測(cè)地域分布距離較遠(yuǎn)的橋梁并不需要嚴(yán)格的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)定。無(wú)線公用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在我國(guó)已經(jīng)十分的成熟了，中國(guó)三大移動(dòng)通信巨頭，中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通都相繼推出了自己比較成熟的無(wú)線公用局域網(wǎng)，只需要擁有賬號(hào)和密碼，在信號(hào)覆蓋地區(qū)都能實(shí)現(xiàn)全天候、全區(qū)域?qū)崟r(shí)的無(wú)線數(shù)據(jù)接收功能。這些功能的實(shí)現(xiàn)主要是基于 GPRS和 GSM 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
二、
橋梁智能檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與應(yīng)用
1、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)管理
數(shù)據(jù)采集是橋梁智能檢測(cè)系統(tǒng)的起點(diǎn)，同時(shí)也是整個(gè)系統(tǒng)的核心部件?；跓o(wú)線數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)管理的構(gòu)成主要包括數(shù)據(jù)傳感器，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)三個(gè)重要部分。傳輸技術(shù)的橋梁智能檢測(cè)的基本原理：利用數(shù)據(jù)傳感器感應(yīng)橋梁的各項(xiàng)參數(shù)形成信號(hào)數(shù)據(jù)，經(jīng)由無(wú)線信號(hào)發(fā)射把這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行儲(chǔ)存，然后通過(guò)數(shù)據(jù)管理進(jìn)行數(shù)據(jù)的提取和處理分析。
由于
橋梁檢測(cè)設(shè)計(jì)的參數(shù)種類較多，傳統(tǒng)的有線橋梁檢測(cè)系統(tǒng)因?yàn)閼?yīng)用的傳輸網(wǎng)線連接各個(gè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備的形式，這項(xiàng)為了實(shí)現(xiàn)橋梁測(cè)試點(diǎn)與點(diǎn)，面與面之間的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離通信交流就需要大量的設(shè)備。傳統(tǒng)形式的數(shù)據(jù)采集與管理就會(huì)出現(xiàn)許多的問(wèn)題，這些問(wèn)題主要表現(xiàn)為以下兩種：第一，因?yàn)榫嚯x遠(yuǎn)、參數(shù)繁瑣、設(shè)備多，大量的通信電纜是保證采集數(shù)據(jù)正常傳輸?shù)囊粋€(gè)必要條件。這種情況下會(huì)產(chǎn)用較多的時(shí)間和設(shè)備，投入大量的人員和資金，而且數(shù)據(jù)傳輸容易受外界物理?xiàng)l件的影響，比如空氣的溫度和濕度等。第二，大量的通信電纜也帶來(lái)了管理的困難和通信數(shù)據(jù)可靠性差的問(wèn)題，同時(shí)需要預(yù)設(shè)大量的空間以備電纜鋪設(shè)使用。基于無(wú)線的橋梁檢測(cè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集和管理端相比于傳統(tǒng)的電纜通信橋梁檢測(cè)來(lái)講具有傳輸方便、占用空間小、適應(yīng)性較強(qiáng)、自動(dòng)組網(wǎng)方便、線損率較少、數(shù)據(jù)傳輸可靠性較大的優(yōu)點(diǎn)。
2、無(wú)線傳感器組網(wǎng)
橋梁檢測(cè)系統(tǒng)中的傳感器不僅僅包括數(shù)據(jù)采集的功能，同時(shí)它還是集傳感、數(shù)據(jù)加工、傳輸為一體的獨(dú)立系統(tǒng)。無(wú)線傳感器組網(wǎng)就是把這些獨(dú)立的系統(tǒng)單元以隨機(jī)的形式隨機(jī)布置，構(gòu)成一個(gè)個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。這些由隨意布置的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線通信，通過(guò)自我網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)構(gòu)成無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能夠獨(dú)立的對(duì)分布在其周?chē)臉蛄涵h(huán)境和數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，這些數(shù)據(jù)主要包括，橋梁的溫度、濕度、速度等等。無(wú)線傳感器組網(wǎng)的應(yīng)用對(duì)于橋梁檢測(cè)來(lái)講，具有其它網(wǎng)絡(luò)無(wú)可比擬的優(yōu)越性，這些優(yōu)越性主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：
（1）節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間協(xié)調(diào)運(yùn)作能力較強(qiáng)
在無(wú)線傳感器組網(wǎng)的過(guò)程中，系統(tǒng)為每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置固定的全局網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)地址標(biāo)識(shí)，就如同互聯(lián)網(wǎng)中的 IP 地址一樣。每個(gè)節(jié)點(diǎn)不但能夠清楚的記錄自身的節(jié)點(diǎn)地址，還能夠記錄自己周?chē)?jié)點(diǎn)的地址。這樣通過(guò)節(jié)點(diǎn)之間的相互協(xié)調(diào)運(yùn)作對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)及通信傳輸進(jìn)行處理，能夠產(chǎn)生較高的協(xié)調(diào)能力。
（2）網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較高
普通的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)會(huì)隨著每個(gè)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)而發(fā)生不停的變化，使得網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性性對(duì)較差。而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的維持主要是靠節(jié)點(diǎn)所具有的能量。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化只會(huì)發(fā)生在節(jié)點(diǎn)能量耗盡的情況下。
（3）數(shù)據(jù)采集具有較高的靈活性
靈活性也稱之為適應(yīng)性和不受限制性。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由于不需要電纜設(shè)備支持?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸。
3、橋梁壽命檢測(cè)
針對(duì)橋梁的檢測(cè)工作可以按照檢測(cè)頻率和檢測(cè)時(shí)間間隔長(zhǎng)短劃分為短期檢測(cè)和中期檢測(cè)以及長(zhǎng)期檢測(cè)。在檢測(cè)工作選擇無(wú)線組網(wǎng)類型時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)檢測(cè)工作的具體特點(diǎn)而定?；跓o(wú)線通信技術(shù)的橋梁智能檢測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)橋梁全壽命周期的自由靈活工作。在前面的無(wú)線智能檢測(cè)技術(shù)概述中我們已經(jīng)提到無(wú)線局域網(wǎng)形式的智能檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)短期橋梁檢測(cè)工作具有很強(qiáng)的適用性。但這個(gè)過(guò)程中有兩個(gè)問(wèn)題需要特別注意，首先必須保證無(wú)線傳感器天線之間是暢通無(wú)阻的，即天線與天線之間盡量不要出現(xiàn)物體的阻擋，這是因?yàn)樘炀€之間的物體會(huì)減弱信號(hào)傳遞的強(qiáng)度，影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x。其次，如果傳感器節(jié)點(diǎn)與無(wú)線電通信的收發(fā)中心相距較遠(yuǎn)時(shí)就可能導(dǎo)致通信傳輸?shù)闹袛?，這就需要在它們之間設(shè)置信號(hào)的中繼器，使得信號(hào)通過(guò)中繼器繼續(xù)重新發(fā)送，以保證數(shù)據(jù)傳輸能夠回到終端。相比較大中型橋梁的檢測(cè)來(lái)講，小規(guī)模的橋梁檢測(cè)往往要求比較簡(jiǎn)單，需要的參數(shù)和測(cè)量節(jié)點(diǎn)都會(huì)相對(duì)較少，這樣為了節(jié)省假設(shè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的工作，可以適當(dāng)?shù)目紤]采用 GPRS 和 GSM 這種基于公用的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)模式。
總而言之，就目前而言，國(guó)內(nèi)橋梁智能檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用還在初級(jí)階段，相信隨著無(wú)線技術(shù)與橋梁檢測(cè)技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的不斷深入，必將帶給我國(guó)橋梁檢測(cè)工作極大的便利，推動(dòng)橋梁工程的良性發(fā)展。
