橋梁輕量化監測設備：守護橋梁安全的科技利器

在現代交通體系中，橋梁作為關鍵的基礎設施，承擔著連接區域、促進經濟發展的重要使命。隨著橋梁數量的不斷增加以及部分橋梁逐步進入老化期，確保橋梁的結構安全與穩定運營成為了至關重要的任務。橋梁輕量化監測設備及技術應運而生，為橋梁的健康監測提供了高效、精準且經濟的解決方案。

橋梁輕量化監測技術概述

橋梁輕量化監測技術旨在以較低的成本和資源投入，實現對橋梁關鍵結構參數的有效監測。它有別于傳統的大型橋梁健康監測系統追求全面深入的監測理念，更側重于針對常規橋梁，尤其是中小橋梁的重點結構指標進行實時監控與報警。通過布置低功耗、易安裝、高效率的感知設備，獲取定量數據或定性結果，為橋梁的建設、管理與養護提供有力的數據支撐。該技術融合了傳感技術、物聯網、大數據分析以及人工智能等前沿科技，形成了一套智能化、自動化的監測體系。

輕量化監測設備類型與原理

撞擊感知元裝備

針對車船撞擊橋梁這一風險場景，撞擊感知元裝備發揮著關鍵作用。它將傳感、采集、傳輸、供電、分析等功能高度集成于一體，具備 “即裝即用” 的便捷特性。當橋梁遭受撞擊時，裝備能夠迅速捕獲撞擊信號，并通過內置的分析算法判斷撞擊的強度與位置，及時發出報警信息。其工作原理基于傳感器對橋梁結構瞬間受力變化的敏銳感知，將機械應力轉化為電信號，經過采集與處理后傳輸至監測平臺。

視覺圖像位移傳感器

在大件運輸、重載車輛通行頻繁的情況下，橋梁容易出現大變形問題。視覺圖像位移傳感器通過圖像分析算法來實時解算橋梁撓度變化。該設備利用機器視覺技術，對橋梁特定部位進行圖像采集，然后通過對不同時刻圖像的對比分析，精確計算出橋梁結構的位移變化。一旦撓度變化超過預先設定的閾值，傳感器即刻觸發報警，并同時啟動視頻記錄功能，對橋面交通狀態進行留存，為后續的事故分析與責任追溯提供詳實的數據與圖像資料。

傾角加速度計

傾角加速度計是一種一機多能的監測設備，在不增加額外設備的情況下，可同時輸出加速度值和傾角值。在橋梁監測中，它主要用于實時監測墩柱的傾斜情況。其工作原理基于慣性測量技術，當墩柱發生傾斜時，設備內部的敏感元件會感知到加速度的變化，進而轉化為對應的電信號輸出。通過設置合理的報警等級和報警閾值，一旦墩柱傾斜超過設定范圍，即可及時觸發報警，為橋梁結構安全提供多判據的預警保障。

光電撓度儀

光電撓度儀采用機器視覺系統，滿足指南中非接觸式監測要求。它通過攝取橋梁主梁的圖像信號，將其傳送給專用的圖像處理系統。系統依據像素分布、亮度、顏色等信息，對主梁形態進行數字化分析，從而精確獲取主梁的變形數據。在工作過程中，光電撓度儀實時監測主梁變形，一旦變形數據達到預設的報警等級和閾值，便立即發出報警信號，為橋梁主梁結構的安全監測提供可靠依據。

AI 攝像頭

AI 攝像頭集成了AI 邊緣計算終端以及專門針對橋梁監測的 BridgeGuard AI 模型。它能夠對監控畫面進行實時解析和智能判斷，實現對橋梁多種災害事件的監測。其工作流程包括數據采集與預處理、特征提取與目標檢測、模型訓練以及模型部署等環節。通過深度學習圖像識別系統，AI 攝像頭可以實時監控橋梁狀況，智能識別諸如橋梁坍塌、異物掉落、車輛碰撞等異常情況，并自動觸發報警。同時，它還具備數據記錄功能，可將監測數據進行存儲，以便后續分析與查詢，并且具有多用途性，可應用于不同類型橋梁和多種監測場景。

橋梁輕量化監測設備的優勢

成本效益顯著

輕量化監測系統相較于傳統大型橋梁健康監測系統，設備數量大幅減少，安裝周期顯著縮短，施工難度降低。例如，在一些中小橋梁監測項目中，僅需少量傳感器和采集設備，就能完成對橋梁關鍵部位的監測，實施成本可降低數倍甚至更多。這使得在有限的預算下，能夠實現對更大規模橋梁群的監測覆蓋，有效提升了資源利用效率。

安裝與維護便捷

低功耗、易安裝的設備特性，使得輕量化監測設備能夠快速部署在各類橋梁上。無需復雜的布線和大規模的施工工程，減少了對橋梁正常運營的影響。同時，設備的維護工作也相對簡單，部分設備采用太陽能供電、無線傳輸等技術，降低了對外部供電和通信線路的依賴，減少了維護工作量與維護成本，提高了系統的可靠性與穩定性。

智能決策支持

通過物聯網和大數據分析技術，輕量化監測系統能夠實時收集、分析橋梁的各類數據，并根據數據分析結果提供智能超限預警和長期跟蹤觀測服務。管理部門可以依據這些數據，及時了解橋梁結構的響應與演化情況，進行分級預警，實現多層次、多功能管理。同時，基于歷史數據和實時監測數據，系統能夠智能識別和跟蹤早期病害，輔助制定精準的養護計劃，避免盲目維修和過度養護，為橋梁管理決策提供直觀、科學的依據。

可視化管理

借助 AR 實景增強技術搭建的系統平臺，能夠以三維可視化形式呈現橋梁狀態。管理者可以通過平臺如同親臨現場一般，直觀地掌握橋梁的健康狀況。例如，將橋梁的形變、位移、應力等數據以標簽的形式疊加在實景視頻上，點擊標簽即可查看詳細的傳感器數據。這種沉浸式的可視化管理方式，極大地提升了養護維修決策的精準性與高效性，方便管理人員及時發現問題并采取相應措施。

橋梁輕量化監測設備的應用案例

江蘇中小橋梁監測項目

江蘇省積極推進中小橋梁的輕量化監測工作，目前已有近 700 座國省道、農路橋梁安裝了輕量化監測系統，到 2025 年底這一數量將增至 900 座。中地恒達在該項目中，針對不同的風險場景應用了多種輕量化監測設備。如在可能遭受車船撞擊的橋梁部位安裝撞擊感知元裝備，針對重載交通頻繁路段的橋梁部署視覺圖像位移傳感器。通過這些設備的應用，實現了對橋梁重點結構參數的實時監測與報警，有效提升了中小橋梁的安全保障水平。同時，江蘇省發布了《江蘇省普通國省道橋梁輕量化監測系統建設指南》，形成了完整的技術體系，并被部分納入《公路橋梁群監測系統試點建設技術指南》（征求意見稿）。

未來展望

隨著科技的不斷進步，橋梁輕量化監測設備及技術將迎來更廣闊的發展空間。一方面，傳感技術將更加精準、靈敏，能夠捕捉到橋梁更細微的結構變化；物聯網與 5G 通信技術的普及，將實現監測數據的更高速、穩定傳輸，提升系統的實時響應能力；大數據分析與人工智能算法將進一步優化，能夠更準確地預測橋梁病害發展趨勢，實現更智能化的預警與決策支持。另一方面，輕量化監測設備將朝著更高集成度、更低功耗、更便捷安裝與維護的方向發展，降低設備成本，提高系統可靠性。同時，跨領域的技術融合也將為橋梁輕量化監測帶來新的機遇，如與新材料技術結合，開發出具備自感知功能的橋梁結構材料，進一步提升橋梁監測的全面性與準確性。橋梁輕量化監測設備及技術必將在保障橋梁安全、延長橋梁使用壽命、促進交通基礎設施可持續發展等方面發揮更為重要的作用。

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