道路桥隧结构安全监测与预警系统研究

引言

道路桥隧作为交通基础设施的重要组成部分，其结构安全直接关系到交通通行效率和人民生命财产安全。传统的人工检测方式存在效率低、覆盖范围有限、难以实时掌握结构状态等弊端。安全监测与预警系统通过技术手段实现对结构状态的实时监控和异常预警，为道路桥隧结构的安全运维提供了科学依据。研究道路桥隧结构安全监测与预警系统，对于保障交通基础设施的安全稳定运行、延长其使用寿命具有重要意义。

一、道路桥隧结构安全监测与预警系统的组成

（一）感知层

感知层是安全监测与预警系统的基础，负责对道路桥隧结构的各项参数进行实时采集。该层主要由各类传感器组成，根据监测对象的不同，可选用应变传感器、位移传感器、加速度传感器、温湿度传感器、裂缝传感器等。这些传感器被部署在结构的关键部位，如桥梁的主梁、桥墩、支座，隧道的衬砌、围岩、锚杆，道路的路面、路基等，能够实时捕捉结构的应变、位移、振动、温度、湿度、裂缝发展等状态信息，为后续的数据分析和预警提供原始数据支撑。

（二）数据传输层

数据传输层承担着将感知层采集到的数据传输至数据处理中心的任务，是连接感知层和数据处理层的桥梁。该层采用有线或无线传输方式，根据道路桥隧的环境特点和监测需求选择合适的传输技术。有线传输具有稳定性高、传输速率快的特点，适用于固定监测点的数据传输；无线传输则具有部署灵活、成本低的优势，适用于复杂地形或不便布线的场景。同时，数据传输层还需具备数据加密和校验功能，确保数据在传输过程中的安全性和完整性，避免数据丢失或被篡改。

（三）数据处理层

数据处理层是安全监测与预警系统的核心，负责对传输过来的数据进行处理、分析和存储。该层通过建立专业的数据分析模型，对原始监测数据进行降噪、滤波、归一化等预处理，去除干扰信息，提取有效数据。利用数据挖掘、机器学习等技术对处理后的数据进行深入分析，识别结构的异常状态和损伤特征，评估结构的安全等级。同时，数据处理层还具备数据存储功能，将历史监测数据和分析结果进行归档保存，为结构的长期性能评估和维护决策提供数据支持。

二、道路桥隧结构安全监测与预警系统的关键技术

（一）传感技术

传感技术是安全监测与预警系统实现精准监测的关键。随着技术的发展，传感技术不断升级，从传统的有线传感器向无线传感器、光纤传感器等新型传感器发展。无线传感器具有体积小、功耗低、部署方便的特点，可实现对结构的分布式监测；光纤传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀的优势，适用于恶劣环境下的长期监测。此外，智能传感技术的应用使得传感器不仅能够采集数据，还能进行简单的数据处理和传输，提高了监测系统的响应速度和智能化水平。

（二）数据分析技术

数据分析技术为安全监测与预警系统提供了数据解读能力。通过建立结构力学模型和损伤演化模型，结合监测数据对结构的受力状态和损伤发展趋势进行分析预测。利用大数据分析技术对海量监测数据进行挖掘，发现数据中隐藏的规律和关联，为结构安全评估提供多维度的依据。机器学习算法的引入使得系统能够自主学习结构的正常状态特征，当监测数据偏离正常范围时，能够快速识别异常并发出预警，提高了系统的预警准确性和及时性。

（三）预警技术

预警技术是安全监测与预警系统实现风险防控的核心手段。该技术根据结构的安全等级划分和预警阈值设定，对数据分析结果进行判断，当结构状态达到预警条件时，通过多种方式发出预警信息，如声光报警、短信通知、系统弹窗等。预警技术还具备分级预警功能，根据结构异常的严重程度分为不同等级，针对不同等级采取相应的应急措施，提高了预警的针对性和有效性。同时，预警信息的发布能够实现多部门共享，便于相关单位及时协同处置，降低事故发生的风险。

三、道路桥隧结构安全监测与预警系统的应用挑战与优化策略

（一）系统应用面临的挑战

道路桥隧结构安全监测与预警系统在应用过程中面临诸多挑战。在传感器部署方面，道路桥隧结构复杂，部分区域环境恶劣，传感器的安装和维护难度较大，且传感器的长期稳定性和可靠性有待提高。在数据传输方面，监测点分布广泛，数据传输易受地形、电磁干扰等因素影响，可能出现数据传输延迟或丢失的情况。在数据分析方面，监测数据量大且复杂，现有数据分析模型对结构损伤的识别精度和预警及时性还有待提升，难以完全满足实际应用需求。此外，系统的建设和运维成本较高，也限制了其在部分地区的推广应用。

（二）技术层面的优化策略

从技术层面优化安全监测与预警系统可提升其性能。在传感技术方面，研发适应恶劣环境的高性能传感器，提高传感器的稳定性和使用寿命； 请传 的 立 特点和 监测需求，实现监测点的合理分布，提高监测数据的代表性。在数据 的混合传输网络，提高数据传输的可靠性和稳定性；引入边缘计算技术， 量，降低传输延迟。在数据分析方面，不断优化数据分析模型，融合多源数据进 综合分析，提高结构损伤识别的精度和预警的及时性；开发智能化的数据处理平台，实现数据的自动化处理和分析。

（三）管理层面的完善措施

完善管理层面的措施可保障安全监测 预警系统的有效运行 。建立健全系统运维管理制度，明确运维责任和流程，定期对传感器、传输设备、 确保系统的正常运行。加强监测数据的管理和共享，建立统一的数据管 效共享，为结构安全评估和决策提供数据支持。制定应急预案，针对不 程，加强应急演练，提高相关单位的应急响应能力。同时，加大对系统建设和运维的资金投入，鼓励技术创新和应用推广，推动安全监测与预警系统在道路桥隧工程中的广泛应用。

结束语

道路桥隧结构安全监测与预警系统是保障交通基础设施安全的重要技术手段，由感知层、数据传输层和数据处理层组成，通过传感技术、 数 实现对道路桥隧结构状态的实时监测和异常预警。尽管系统在应用过程 挑战，但通过技术层面的优化和管理层面的完善，能够有效提升 行效果 来 着技术的不断进步和管理水平的不断提高，道路桥隧结构安全监测与预警系统将 加智能化、精准化和高效化，为道路桥隧结构的安全运维提供更有力的保障，推动交通基础设施建设的可持续发展。

参考文献

[1]陆宝培. 道路桥隧工程施工的技术问题与对策[J]. 汽车画刊, 2024, (10): 143-145.

[2]张洋. 道路桥隧工程施工难点及改进措施[J]. 汽车画刊, 2024, (10): 239-241.

[3]李杰. 道路桥隧工程施工难点及改进措施分析[J]. 工程技术研究, 2021, 6 (19): 220-221.