中英開發監測雲平臺 為大型橋梁“保健隨診”

橋樑上的各種監測傳感儀器。圖片來自網路 

項目牽頭單位部署的橋梁健康監測系統。圖片由項目組提供 

諾丁漢大學中英地理空間資訊聯合研究中心與江蘇省水利科學研究院簽署合作備忘錄。圖片由項目組提供

港珠澳大橋、蘇通長江大橋，以及在建的滬通長江大橋、五峰山長江大橋……在驚嘆這些大型橋梁宏偉壯觀的同時，人們也會不由自主地關心它們的健康與安全。

5月21日，有關大型橋梁結構的中英産業挑戰合作計劃項目會議在南京召開。中英兩國專家熱議“大型橋梁結構智慧健康監測雲平臺”項目進展，該項目目的在於利用空間地理資訊新技術，特別是中國北斗定位系統，隨時監測大型橋梁健康狀況。

橋梁健康監測事關交通大安全

“如何實時線上監測大橋，特別是識別損傷，有效保障橋梁的服役安全和使用性能，是21世紀橋梁的重要挑戰。”中鐵大橋（南京）橋隧診治公司劉華博士接受科技日報記者採訪時表示。

劉華説：“傳統的橋梁評估通過人工手段進行橋梁檢測和監測，給出加固和維護建議，然而，這種技術手段已無法滿足目前橋梁，特別是高鐵橋梁養護的要求，難以有效地防範突發事件。隨著資訊和傳感技術的發展，橋梁健康監測系統應運而生，該技術能夠實時測取橋梁的服役狀態數據，從而為準確評估橋梁性能、改善橋梁運營狀態、確保橋梁安全服務。”

劉華特別強調：“如果美國塔科馬大橋建有結構健康檢測系統，即所謂的氣彈顫振（大橋受風影響産生的振動）可被提前檢測到，不至於建成通車5個月後就因強風吹襲引起的扭擺而垮塌。如果提前預知，採取措施，這樣的災難還是可能避免的。”

智慧健康監測雲平臺創新點多

作為項目英國團隊負責人，諾丁漢大學地理空間資訊研究所孟曉林教授介紹説，與以往系統不同，此次大型橋梁結構智慧健康監測雲平臺的最大特點是，將根據採集的感測器監測數據，以及水文、交通、遙感數據等，利用合成孔徑雷達（InSAR）技術，通過雲計算、機器學習、大數據處理分析，實時為維護方提供橋梁健康評估所需的有用資訊，如橋梁變形、水流對橋墩的沖刷、橋梁受風的影響等，隨時發出報警，作為特大型橋梁的健康“隨診醫生”。

整個平臺包括硬體和軟體兩大部分。承擔雲平臺硬體的南京康帕斯導航科技有限公司閆志躍博士表示，平臺項目將研製基於北斗/加速度計融合的毫米級橋梁健康監測專用設備，將北斗觀測數據與加速度資訊進行有機融合，在一定程度上改善加速度計對低頻信號不敏感的情況，同時提高北斗定位的連續性和可靠性，實現實時的、毫米級的橋梁健康監測，同時大幅度降低設備成本，對推動北斗導航定位系統在橋梁健康監測領域的行業應用具有重要意義。

“橋墩沖刷是影響橋梁健康安全的關鍵因素之一，目前缺乏有效的線上監測手段。”參與項目的江蘇省水利科學研究院錢鈞院長表示，“該項目擬攻克橋梁水下線上監測難題，這將是該平臺項目的又一個創新點。”

負責平臺軟體開發的英方團隊包括UbiPOS公司和諾丁漢大學。孟曉林説，團隊將開發感測器數據採集傳輸、數據實時處理、數據後處理以及傳輸到客戶端包括網頁、手機和平板客戶端的軟體。他們的創新點則在數據處理中的閥值動態更新、雲計算，以及機器學習實現模式識別等方面。目前，有關軟體已經在中英的數座橋樑上測試過了。

架設中英科技交流合作新“橋”

錢鈞院長表示，2018年12月前，項目組將在江蘇省境內的2—3座大橋上完成感測器鋪設，並將數據接入雲平臺；2019年6月完成數據採集傳輸測試、演算法驗證和系統性能測試等工作；2019年10月完成平臺建設，投入使用，為橋梁提供安全保障。中英雙方將在中國和英國共同推廣該平臺，為兩國橋梁提供安全保障服務。

此次項目設計驗收會議上，諾丁漢大學中英地理空間資訊聯合研究中心還與江蘇省水利科學研究院簽署合作備忘錄，意在加強大型橋梁項目、人才培養、學習交流和科技成果轉化方面的合作。孟曉林還透露，中英還將共建智慧橋梁健康監測實驗室。

應該説，有了這樣的橋梁“隨診醫生”——中英雙方合作開展的大型橋梁結構健康智慧雲檢測平臺，不僅讓人們享受橋梁交通的便捷，更能保障人類交通的安全。

實際上，中英在橋梁健康監測方面的合作，也架起了中英科技合作與人才交流的新“橋梁”。