智能监测系统在道路桥梁健康检测中的实践

引言

道路桥梁是交通基础设施的关键组成部分，其健康状况对交通运输的安全与顺畅有着直接影响。随着交通量不断增加以及服役时间的延长，道路桥梁面临的结构安全挑战变得日益严峻。智能监测系统结合了先进的传感器技术、物联网技术、大数据分析技术和人工智能技术，可对道路桥梁结构状态进行全面、实时监测，可及时发现潜在病害，评估结构健康状况。

一、智能监测系统概述

（一）系统构成

智能监测系统主要是由传感器层、数据传输层、数据处理层以及应用层共同构成。其中传感器层包含应变传感器、位移传感器、振动传感器、温度传感器等多种不同类型，其作用是负责采集道路桥梁的各类物理参数；数据传输层借助有线或者无线通信技术，把传感器采集到的数据实时传输到数据处理层；数据处理层运用大数据分析以及机器学习等技术，对传输过来的数据开展清洗、分析与处理工作，从中提取关键特征信息；应用层会以直观的可视化界面来呈现监测结果，并且提供预警、评估等功能，以此为管理决策提供相应依据[1]。

（二）工作原理

智能监测系统的工作原理是依据结构力学、材料力学等理论知识，借助传感器实时去监测道路桥梁在车辆荷载以及环境荷载作用下所产生的应力、应变、位移、振动等参数的变化情况，再把这些参数和预先设定好的标准值或者阈值开展对比分析。一旦监测数据超出了正常的范围，系统就会自动触发预警机制，提示管理人员及时采取相应的措施。利用历史监测数据来建立结构健康评估模型，以此对道路桥梁的健康状况进行动态评估，预测结构性能的演变趋势[2]。

二、智能监测系统在道路桥梁健康检测中的实践意义

（一）提升结构安全保障能力

道路桥梁作为交通网络之中的关键节点部分，其结构安全乃是保障通行安全的核心要点所在。传统的人工检测方式会受到周期较长以及覆盖范围存在限制等诸多问题的约束，以至于很难实时捕捉到结构方面的细微损伤情况，大多时候在病害显现出来的时候已然错失了最佳的修复时机。智能监测系统借助高密度的传感器网络，可全天候对桥梁在荷载、温度、湿度等各类因素作用之下的应力、应变、振动等参数变化进行追踪，甚至还可识别出毫米级别的位移或者裂缝发展状况。比如在汛期或者强台风天气当中，该系统可实时监测桥梁基础冲刷、结构共振等风险情况，提前一到两个小时发出预警信息，为应急处置争取到宝贵的时间。这样的动态监测模式把被动抢险转变成为主动防控，使得垮塌等恶性事故的发生概率得到了明显降低，为公众出行以及物流运输构建起一道安全屏障。

（二）优化运维管理效率与成本

传统道路桥梁养护工作中，检测数据滞后这一情况大多时候致使决策出现盲目性，这种盲目性会引发两种不良后果。其一，过度维修，造成资源的浪费，其二，养护不足，加速结构老化。智能监测系统借助自动化的数据采集以及分析功能，可精确地定位病害的位置以及严重程度，形成“按需养护”的方案。比如说，某高速公路桥梁群借助该系统进行监测时发现，3 座桥梁的支座磨损速率并不相同，管理部门依据这一情况制定了差异化的更换计划，相较于传统的统一更换方案，节省了 40%的成本。该系统还减少了人工巡检对交通造成的干扰，某城市的跨江大桥应用此系统后，每年因检测而导致的交通管制时间从15 天缩短到了3 天，这在间接层面提升了道路的通行效率，产生了经济与社会效益[3]。

（三）推动交通基础设施智能化升级

智能监测系统的运用改变了传统基建那种侧重于建设而轻视管理的模式，为交通领域朝着数字化方向转型给予了关键着力点。系统所积累的数量众多的结构性能数据，可反过来帮助桥梁设计的优化，像是借助对不同荷载情况下结构响应的分析，对设计规范里的参数取值给予修正。该系统融合的物联网以及大数据等技术，为构建“智慧交通大脑”奠定了底层数据基础，达成了从单座桥梁监测到区域路网协同管理的提升。而且系统的运维造就了一批同时有土木工程与信息技术能力的复合型人才，促使行业从依靠经验驱动转变为依靠数据驱动，为交通基础设施全生命周期管理提供了可持续的技术途径。

三、智能监测系统在道路桥梁健康检测中的实践策略

（一）传感器的合理选型与布局

传感器作为智能监测系统前端用于感知的设备，它的选型以及布局是否合理，会直接对监测数据的准确程度和完整程度产生影响。不同种类的传感器适用于不一样的监测参数与结构部位，要依据道路桥梁的结构特征、受力情况以及病害类型，综合考量传感器的灵敏度、精度、稳定性、耐久性等性能指标来进行选型。合理的传感器布局可保证关键监测区域被全面覆盖，防止出现监测盲区，减少传感器数量，降低成本。

传感器选型时应力监测可选用高精度电阻应变片或者光纤光栅应变传感器，位移监测能采用激光位移传感器或者拉线式位移传感器，振动监测可选择加速度传感器或者速度传感器。布局上梁式桥在跨中、支点等关键截面布置应变传感器与位移传感器，在梁体表面均匀布置振动传感器，拱桥在拱顶、拱脚等部位布置应力和位移传感器，在拱肋布置振动传感器。还要考虑环境因素对传感器性能的影响，对传感器采取必要防护措施比如防水、防尘、防电磁干扰等。

在具体实施过程当中，需要结合桥梁的服役年限以及荷载等级来动态调整传感器参数。对于运营超过 20 年的老旧桥梁，优先选择耐疲劳性能较强的光纤光栅传感器，这种传感器的长期稳定性可契合 10 年以上的监测需求；针对重载交通桥梁，应变传感器需要将采样频率提高到 100Hz 以上。以此保证可捕捉到瞬时冲击荷载下的应力峰值。在布局的时候引入“风险分区”理念，对病害高发区域加密布设传感器。比如在梁式桥的支座附近增设 3 至 5 组应变传感器，重点监测支座脱空或者不均匀沉降的情况，在拱桥的拱波与拱肋连接处增加位移传感器，以便精准捕捉结构协同受力的状态。在传感器安装环节采用模块化设计，预留 10% 至 15% 的冗余接口，方便后期根据监测数据反馈增补监测点，这样能避免初期过度投入，又可以灵活应对结构性能的变化。

（二）数据传输与存储优化

数据的传输以及存储属于智能监测系统里相当关键的部分，稳定且高效的数据传输可保证监测数据有实时性，可靠的数据存储能为后续的数据分析和处理奠定基础。随着监测数据量持续增多，传统的数据传输和存储方式遭遇带宽受限、存储容量不够、数据丢失等状况。要运用先进的通信技术以及存储架构，对数据传输与存储流程给予优化，保障数据实现安全稳定的传输以及长期有效的存储。

在数据传输这一环节，运用了有线与无线相互结合的混合传输形式。针对距离相对较近且数据量比较大的传感器，借助光纤等有线途径来开展传输工作，以此保障数据传输有稳定性以及高速率；而对于分布范围较为广泛且布线存在险阻的传感器，则借助 4G、5G 等无线通信技术来实施传输，提升数据传输的灵活性。运用数据压缩技术，针对采集到的数据给予实时压缩，减少数据传输量。在数据存储方面，搭建分布式存储架构，借助云计算技术达成数据的分布式存储与管理，以此提升存储容量以及可靠性；采用冗余存储技术，对关键数据进行多个副本的存储，以防数据出现丢失情况，定期对存储的数据开展备份以及清理工作，保证数据存储可实现高效性以及安全性。

（三）数据分析与处理技术应用

数据分析和处理属于智能监测系统的核心功能，经过对海量监测数据展开分析，可提取出体现道路桥梁结构健康状况的关键信息，给病害诊断、健康评估以及预测预警提供科学依据。常用的数据分析与处理技术有统计分析、信号处理、机器学习、数据挖掘等，这些技术都有各自的特点以及适用场景，要依据监测数据的类型、特点以及分析目的来合理选择并组合应用。

在数据分析的起始阶段，借助统计分析手段针对监测数据开展基础的统计描述工作，像均值、方差、最大值以及最小值等，以此来知晓数据的整体分布特性。运用信号处理技术，如滤波、降噪以及特征提取等，对原始监测信号实施预处理操作，提升数据质量。针对病害诊断，借助机器学习里的分类算法，例如支持向量机、决策树等，对处理后的数据给予分类，识别不同类型的病害。在健康评估层面，将结构力学模型与监测数据相结合，构建基于机器学习的健康评估模型，像神经网络模型、贝叶斯网络模型等，对道路桥梁的健康状况进行量化评估。运用数据挖掘技术，比如关联规则挖掘、聚类分析等，从历史监测数据中探寻潜在的规律和趋势，为预测预警提供支撑。

（四）预警与决策支持系统构建

预警和决策支持系统属于智能监测系统里的关键应用功能，当道路桥梁出现异常状况时它能及时发出预警信号，以此提醒管理人员采取对应的措施，防止事故出现。并且它还可以为管理人员给予决策支持，帮助制定出合理的维护策略以及应急预案。预警系统要构建科学合理的预警指标体系以及预警阈值，依据监测数据的分析结果，精准判断结构状态是不是异常，然后按照不同的预警级别发出相应的预警信息。决策支持系统需要整合监测数据、历史资料、专家经验等多方面的信息，借助模型计算和分析，给管理人员提供决策建议。

构建一套预警指标体系，依据道路桥梁的结构特性以及病害种类，挑选应力、位移、裂缝宽度、振动幅值等关键参数当作预警指标。借助理论分析、试验研究以及历史数据统计分析，明确各预警指标的合理阈值，并且依据实际情形给予动态调整。一旦监测数据超出预警阈值，系统会自动触发预警机制，借助短信、邮件、声光报警等多种形式向管理人员发送预警信息。在预警信息里，清晰呈现异常情况的位置、类型、严重程度等关键信息。搭建决策支持系统，运用专家系统、知识库等技术，整合道路桥梁的设计资料、施工记录、监测数据、维修历史等信息。创建决策模型，当接收到预警信息后，决策支持系统依照异常情况的具体特点，调用相应的决策模型，为管理人员提供囊括维修方案、交通管制措施、应急预案等决策建议，协助管理人员依据实际情况对决策建议进行调整与优化。

结语

智能监测系统用于道路桥梁健康检测，给保障交通基础设施安全给予了创新方法与有效渠道。借助合理挑选与布置传感器、优化数据传输与存储方式、运用先进数据分析与处理技术以及构建完备预警与决策支持系统，可达成对道路桥梁结构状态的实时且精准监测与评估，及时找出潜在病害并采取对应措施。未来需强化智能监测技术的研发及创新，拓展系统功能，提升监测精度与可靠性，为道路桥梁全寿命周期健康管理给予更有力的技术支持。

参考文献：

[1]范才国.智能化监测技术在道路桥梁工程施工质量监督中的应用[C]//重庆市大数据和人工智能产业协会,西南大学,重庆工商大学,重庆建筑编辑部.人工智能与经济工程发展学术研讨会论文集.江西省兴国县城镇发展服务中心,2025:123-126.

[2]雷静瑶.智能监测技术在道路桥梁养护施工中的应用[J].汽车画刊,2025,(02):134-136.

[3]刘海斌.基于物联网的智能化道路桥梁监测与维护系统研究[J].交通科技与管理,2024,5(10):17-1