智慧监测系统在市政桥梁运营维护中的应用研究

引言

市政桥梁作为城市交通的关键枢纽，其运营安全直接关系到市民出行与城市运转。传统运营维护依赖人工巡检，存在监测滞后、数据片面等问题，难以满足桥梁长期安全管理需求。智慧监测系统凭借实时感知、智能分析等优势，为桥梁运营维护提供了新路径。

一、智慧监测系统与市政桥梁运营维护相关理论

1.1 智慧监测系统的核心内涵与构成

智慧监测系统的核心内涵是通过感知、传输、分析、决策的闭环流程，实现对监测对象的动态感知与智能管控。其核心在于以数据为驱动，打破传统监测的被动性与滞后性，通过技术集成实现监测的精准化、自动化与智能化。从构成来看，系统包含四个核心模块。感知层是基础，由各类传感器组成，可实时采集桥梁结构变形、振动、应力等物理参数，以及环境温湿度、交通荷载等外部数据，传输层负责数据传递，通过无线通信、光纤等技术将感知层数据安全传输至数据中心，保障数据的实时性与完整性；数据层承担存储与处理功能，对原始数据进行清洗、整合与存储，为后续分析提供高质量数据支撑；应用层是核心功能载体，通过数据分析模型生成监测报告、预警信息，并借助可视化平台呈现桥梁状态，为维护决策提供直接依据。

1.2 市政桥梁运营维护的基本要求

市政桥梁运营维护需满足安全优先、精准高效、全周期管控的基本要求。安全是首要准则，需通过定期检查与维护，及时发现结构病害并修复，确保桥梁承载能力与通行安全，避免因结构损伤引发坍塌等事故。精准高效是关键，要求维护工作针对桥梁实际状态开展，避免盲目养护或过度维修、需结合桥梁结构特点、交通流量等因素，制定差异化维护方案，提高维护资源的利用效率。全周期管控要求覆盖桥梁运营的整个生命周期，从投入使用到退役，持续跟踪结构性能变化，早期预防微小病害扩大，中期及时修复中等损伤，后期科学评估使用寿命，实现 预防为主、防治结合。

1.3 智慧监测系统应用的价值

智慧监测系统的应用为市政桥梁运营维护提供了全新支撑，其价值体现在三个维度。在效率提升方面，系统替代传统人工巡检的部分工作，实现 24 小时不间断监测，减少人力投入的同时，避免人工检测的主观性与疏漏，让维护工作从 定期巡检转向按需维护，大幅提升响应速度。在安全保障方面，系统能实时捕捉桥梁结构的微小变化，通过预警模型提前识别潜在风险，为抢修争取时间，降低事故发生概率。在成本控制方面，系统通过精准监测减少无效维护支出，避免盲目更换构件或频繁检修造成的浪费；早期发现病害并修复，可降低后期大规模维修的成本，实现全周期维护成本的优化。

二、智慧监测系统在市政桥梁运营维护中的应用现状

2.1 现有应用概况

智慧监测系统在市政桥梁运营维护中的应用已从重点桥梁试点转向规模化推广。大型跨江、跨河桥梁及城市主干道桥梁因重要性高、交通流量大，成为系统应用的主要对象，基本实现结构关键参数的实时监测。中小型桥梁虽应用比例较低，但部分城市已开始选取典型桥梁安装简易监测设备，逐步扩大覆盖范围。从技术应用来看，基础感知与数据传输技术相对成熟，多数项目能稳定采集和传输桥梁振动、应变等数据；数据分析与预警技术的应用则呈现差异化，部分项目仅能实现数据简单展示，少数项目已引入智能算法实现风险自动预警。

2.2 不同监测场景的应用情况

在结构安全监测场景中，系统主要针对桥梁主梁、桥墩、支座等关键部位，通过传感器采集变形、应力等数据，实时判断结构是否存在异常。对于大跨度桥梁，还会监测斜拉索、悬索的张力变化，及时发现索体损伤风险。交通荷载监测场景中，系统通过称重传感器和视频识别技术，记录通行车辆的载重、车速等信息，识别超载车辆并预警，避免超载对桥梁结构造成累积损伤。环境影响监测场景则聚焦温度、湿度、降雨、腐蚀介质等因素，分析环境因素对桥梁材料性能的影响，为防腐、防冻等维护工作提供依据。

2.3 应用取得的成效与存在的问题

应用效果主要表现在：第一，病害发现的时效性，在异常天气或突发状况下，通过实时监测，有效实现多次超前发现桥梁小变形或支座老化问题等病害，避免病害的发展；第二，维护决策的科学性，基于监测数据制定的维护决策更加精准，避免了无效或盲目的维护操作；第三，应急处置水平，极端天气或者突发情况下，能够第一时间掌握桥梁状态，提供交通管控、抢险的决策支撑；技术上存在的问题，部分系统数据运算性能欠佳，面对海量的监测数据，无法将其转化为更有意义的决策支撑信息，不同品牌之间的传感器与系统的兼容性差，系统间数据共享困难。

三、智慧监测系统在市政桥梁运营维护中的关键技术应用

3.1 传感器感知技术及应用

物联网传感器技术充当智慧监测的感官器官，借助于传感器根据桥梁结构特点采集各类物理量。主要承载结构的传感器节点布置在桥梁主梁、墩柱等部位，布置应变传感器采集结构受力情况，布置振动传感器检测桥梁结构振动频率，布置位移传感器探测细微的位移变形。对易于发生损坏的桥墩、支座、伸缩缝等附属结构，布置倾角传感器、位移传感器监控相关部位的工作状态。桥梁环境监测传感器节点布置在受环境因素干扰的环境因素如温度、湿度等区域，采用腐蚀传感器监测环境对于桥梁耐腐蚀性的影响，对来往车辆施压监测的交通荷载传感器布置在桥梁行车道上，布置采集结构中来往车辆的车压与频率。同时传感器监测仪器设备选用具有屏蔽能力、防水、防尘能力强的，以满足长周期暴露在桥梁户外恶劣条件下的工作环境需求。桥梁传感器技术在应用时，各个传感器节点以分布式方式布置并监测各个结构部位的信息，为了保障传感器数据采集的稳定与可靠，针对桥梁部位重要的传感器，可采用多节点冗余的方式对桥梁结构部位进行监测。

3.2 数据传输与处理技术及应用

数据传输负责采集传感器的桥梁数据的传输过程，采用无源技术传输方式进行传输数据，小中型桥采用无线传输，以较低的成本进行数据传输，大型桥主要通过传输的数据方式使用有线光纤，以保证传输数据流量大而且安全稳定，同时辅以无线传输以备某一路中断影响到数据传输问题。数据分析处理主要针对采集数据中的噪声数据，采用数据过滤去除环境对采集数据产生的噪音数据，并采取校验的数据处理去除采集到的不良数据，以及处理过程中的时序数据进行相应数据格式和采样率统一，为数据解析处理做准备。

3.3 数据分析与预警技术及应用

分析算法通过数理模型分析数据内部的结构状态信息，以历史监测数据拟合桥梁正常状态基线，在线分析对比当前数据与正常状态基线的误差。结构变形、应力等分析参数采用趋势分析模型进行长期变化的累积损伤分析；振动、荷载等参数采用时域特征提取算法进行异常状态判定。当分析得出的某个参数高于正常值时，系统自动发出异常预警，发出不同等级的风险短信、平台信息等。

结语

本文研究了智慧监测系统在市政桥梁运营维护中的应用。该系统在提升维护精准性、保障桥梁安全等方面作用显著，但也存在技术与管理等问题。未来需优化技术、完善管理，推动系统更高效应用，为市政桥梁安全运营和城市交通发展提供更有力的支撑。

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