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1、课程主讲人：第九章 现场测试与远程监测土木工程检测与测试土木工程检测与测试第九章第九章现场测试与远程监测现场测试与远程监测主讲人：XXX时间：XXXX土木工程检测与测试土木工程检测与测试目录 CONTENTS概述01.远程监测系统及架构02.传感器系统03.数据采集传输系统04.数据中心05.监测系统管理平台06.远程监测在不同工程体系下的应用07.土木工程检测与测试土木工程检测与测试概 述0101土木工程检测与测试土木工程检测与测试5随着工业化、城市化的快速发展，以及科技的进步，人们对工程结构的需求日益增加，各类工程规模越来越大，形式越来越复杂。随着结构使用年限的增加及外界作用的影响，结构可
2、能发生损伤、变形、甚至倒塌，严重影响人民群众的生命财产安全，造成严重的社会影响，及早发现问题并采取处理措施，对于保证工程结构的可靠性具有重要的意义。传统意义上的现场测试是指利用测试（信号采集及传感）设备，对工程现场的各类信息进行拾取和收集。而远程监测是指在建构筑物施工过程与运维期间，采用监测仪器对关键部位各项控制指标进行远距离监测的技术手段，从而起到省力、实时等作用。近年来随着IoT（物联网）技术的迅速发展，施工监控、结构健康监测与安全评估等已成为未来工程领域的主要发展趋势之一。同时，现场测试与远程监测的界限也越来越模糊，因此，本书以远程监测为主进行详细的介绍。在此基础上，对现场测试的理解也会
3、更深刻。 概 述土木工程检测与测试土木工程检测与测试远程监测系统及架构0202土木工程检测与测试土木工程检测与测试7工程行业的远程监测的对象很广泛，代表性的有结构健康监测、边坡稳定性监测、施工监控等，其架构均大同小异。在此，我们主要以结构健康监测为例进行讲述。结构健康监测（structural health monitoring，SHM）是指利用现场的传感器获取结构相关数据，通过对包括结构响应在内的结构系统特性分析，达到监测、检测结构变化、损伤或退化的目的。现场传感器获取的结构数据通过包括以太网、串口、WiFi等多种通信技术，将数据传输至数据中心（服务器）。大量结构监测数据主要在数据中心进行处
4、理、分析、评估、判定，并通过互联网平台对结构状态、评估、预测、处置等信息进行展示、查询和管理，以实现对结构健康状况进行远程监测。结构远程健康监测系统对重大工程结构性能进行实时监测，及时发现结构损伤，评估其安全性，预测结构的性能变化和剩余寿命并做出处置决定，是保障工程结构安全运营的有效手段，对提高工程结构的运营效率，保障人民生命财产安全有极其重大的意义。结构健康监测已成为现代工程越来越迫切的需求，也是土木工程学科发展的重要领域。 远程监测系统及架构 概概 述述土木工程检测与测试土木工程检测与测试8结构远程健康监测系统由传感器系统、数据采集传输系统、数据中心(数据库)、监测系统管理平台四大部分组成
5、。结构健康监测系统就相当于为工程结构增加了一套神经系统，传感器系统相当与人的眼耳鼻喉和皮肤等神经末梢，感知各种信息；数据采集传输系统如同传输神经和中枢神经对感知的信息进行传输；人体大脑如同数据中心和管理平台对获得的各种信息进行处理、分析、展现。 远程监测系统及架构 结构远程健康监测系统结构远程健康监测系统健康监测系统与人体神经系统对比图健康监测系统与人体神经系统对比图土木工程检测与测试土木工程检测与测试9工程结构远程健康监测是物联网的一个具体应用发展方向。从技术架构上来看，监测系统可分为三层：感知层、网络层和应用层。 感知层由各种传感器以及传感器网关技术架构图示构成。感知层的作用相当于人的眼耳
6、鼻喉和皮肤等神经末梢，它是物联网识别物体、采集信息的来源，其主要功能是识别物体，采集信息。 网络层由各种私有网络、互联网、有线和无线通信网、网络管理系统和云计算平台等组成，相当于人的神经中枢和大脑，负责传递和处理感知层获取的信息。 应用层是物联网和用户（包括人、组织和其他系统）的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。 远程监测系统及架构远程监测系统架构图远程监测系统架构图 工程结构远程健康监测工程结构远程健康监测土木工程检测与测试土木工程检测与测试10远程监测架构必须有三个重要组成：远程监测架构必须有三个重要组成： 高性能的采集系统，主要是指传感器及信号的后期处理部分； 监测对象载体，
7、主要为复杂大型结构体，如桥梁、边坡等； 成熟的网络架构： C/S（客户端Client/服务器Server）架构 B/S（浏览器Browse/服务器Server）架构远程监测系统示意图远程监测系统示意图 远程监测系统远程监测系统将高性能采集系统与远程遥信遥测技术相结合，形成对被测物进行监测的系统，称之为远程监测系统。 远程监测系统及架构土木工程检测与测试土木工程检测与测试传感器系统0303土木工程检测与测试土木工程检测与测试12传感器是摄取被测物信息的关键器件，他与通信技术、计算机技术构成了信息技术的三大支柱，是当今物联网技术获取信息的必要手段。也是采用微电子技术改造传统产业的重要方法，对提高经
8、济效益，科学研究与生产技术的水平有着举足轻重的作用。工程监测传感器由于需要长期放置在环境恶劣的现场，所以在封装、采集方式与安装方法上赋予了特殊的属性。 传感器系统 常用监测传感器原理及介绍常用监测传感器原理及介绍 传感器分类传感器分类工程结构健康监测常用传感器分类方法： 按用途分类 按原理分类 按输出信号分类 按制造工艺分类 按测量目分类 按其构成分类 按作用形式分类土木工程检测与测试土木工程检测与测试13工程结构健康监测所处的环境往往比较恶劣，监测周期长，数据准确性及精度要求高，若要实现对工程结构长期、稳定、可靠监测，所选择的传感器除满足必要的使用功能外，还要满足下列原则： 传感器的选择原则
9、稳定性1适用性2耐久性3先进性4操作简单性5可更换性6土木工程检测与测试土木工程检测与测试14 传感器输出信号工程结构健康监测常用传感器输出信号主要分两种：模拟信号和数字信号。两种信号各有优缺点，可根据被测结构、工程需求、所处环境等实际情况进行选择。 模拟信号模拟信号模拟信号（Analog signal）是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号，其信号的幅值，或频率，或相位随时间做连续变化。 数字信号数字信号数字信号（Digital Signal）是离散时间信号的数字化表示，通常可由模拟信号获得，数字信号的幅度取值
10、是离散的，幅值表示被限制在有限个数值内。传感器的数字信号输出可以通过接口直接连接到计算机。常用的工程结构健康监测用传感器数字输出信号主要有RS485和TCP/IP。土木工程检测与测试土木工程检测与测试15静力水准仪依据连通管原理制造的一种监测结构竖向位移的传感器，又称连通管水准仪。 其主要用于监测结构、坡面、地表的竖向位移、沉降变化的传感器。在使用过程中，一系列传感器容器使用连通液管连接，其中注入一定量的液体，保证所有容器中的液体可以自由流动，利用连通管的原理，多支通过连通管连接在一起的储液罐的液面总在同一水平面，即保持相同水平高度，但各个容器中的液体深度并不相同，这也就反映了各个容器所在的各
11、个参考点的高度不同。当容器液位发生变化时即被传感器感应，各个测量不同储液罐的液面高度，经过计算可以得出各个静力水准仪的相对差异沉降。静力水准传感器静力水准传感器 常用传感器 静力水准仪静力水准仪土木工程检测与测试土木工程检测与测试16弦振动法测构件应力的基本原理是：在被测构件的适当部位固定两短立柱作为弦的两个支点，在两支点间固定一根耐久性和防腐性均良好的弦。当在现场进行测试时，利用便携式应力测试仪首先让振弦激振，然后测定出激振后的弦的固有频率，并根据弦振动频率和被测构件之间确定的函数关系计算并显示出构件的应力值。两端固定且拉紧的振弦固有频率的表达式为： 常见传感器弦振动法测应力示意图弦振动法测
12、应力示意图 基于弦振动的应力应变传感器基于弦振动的应力应变传感器土木工程检测与测试土木工程检测与测试17利用激光的高亮度、高定向性及高单一性的特性。 激光测距、测厚：激光测距测厚的原理很简单，将激光对准目标发射出去，测量它的往返时间再乘以光速再除以二就可以测得距离。 激光测振：激光测振是基于多普勒原理来测量物体的振动速度。激光测距仪激光测距仪 常见传感器 激光测距仪激光测距仪土木工程检测与测试土木工程检测与测试18GPS是全球定位系统（Global Positioning System）的简称。该系统原是由24颗卫星组成（现在实际数量已经大于24颗），每24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内，轨道
13、的倾角为55，卫星平均高度为20200km，运行周期为11小时58分。GPS定位的基本原理就是测试点A在某一时刻同时接收到3颗或3颗以上卫星的信号，通过三颗卫星信号的接收时间，分别计算出到三颗卫星的距离。然后根据卫星星历确定这三颗卫星的位置（即三维坐标），从而利用三角函数关系就可求得A点位置的坐标。 GPS原理示意图原理示意图 常见传感器 基于基于GPS表面位移监测站表面位移监测站土木工程检测与测试土木工程检测与测试19温度与湿度数据是工程结构健康监测系统中的重要监测参数。温湿度传感器是一种把空气中的温度和湿度通过一定检测装置测量到温湿度后，按一定的规律转换成电信号用数字信息量输出，以满足信息
14、传输、处理、记录和显示等的需要。温度传感器分类：电容式温度传感器、热电偶温度传感器、电阻式温度传感器、热敏电阻温度传感器、红外线温度传感器、半导体温度传感器等。湿度传感器分类：电容式湿度传感器、电解质湿度传感器、高分子湿度传感器、红外湿度传感器、微波湿度传感器、超声波湿度传感器等。工程结构健康监测系统中环境温湿度监测通常使用电容式温湿度传感器。温湿度传感器温湿度传感器 常见传感器 温湿度传感器温湿度传感器土木工程检测与测试土木工程检测与测试20降水量是一种重要的气象要素，实时掌握监测结构所处环境降水情况对边坡、基坑、道路等结构的运营安全都具有重要的意义。翻斗式雨量传感器是一种气象环境仪器，用以
15、测量自然界降雨量，同时将降雨量转换为以开关量形式表示的数字信息量输出，以满足信息传输、处理、记录和显示等的需要。 国内首先研制成功的0.2、0.5mm翻斗式雨量计，可用于国家水文、气象站网雨量数据长期收集的雨量传感器。 常见传感器翻斗式雨量计翻斗式雨量计 翻斗式雨量计翻斗式雨量计土木工程检测与测试土木工程检测与测试21三维激光扫描三维激光扫描 特殊技术在监测领域的应用 三维激光扫描三维激光扫描三维激光扫描技术又被称为实景复制技术，是测绘领域继GPS技术之后的一次技术革命。它通过高速激光扫描测量的方法，大面积高分辨率地快速获取被测对象表面的三维坐标数据。可以快速、大量的采集空间点位信息，为快速建
16、立物体的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。由于其具有快速性，不接触性，实时、动态、主动性，高密度、高精度，数字化、自动化等独特优势，其应用推广很有可能会像GPS一样引起测试技术的又一次革命。土木工程检测与测试土木工程检测与测试22无人机遥感技术无人机遥感技术 特殊技术在监测领域的应用 无人机遥感技术无人机遥感技术无人机遥感（Unmanned Aerial Vehicle Remote Sensing ), 即利用先进的无人驾驶飞行器技术、遥感传感器技术、遥测遥控技术、通讯技术、GPS差分定位技术和遥感应用技术，能够实现自动化、智能化、专用化快速获取国土资源、自然环境、地震灾区等空间遥感信息
17、，且完成遥感数据处理、建模和应用分析的应用技术。无人机遥感系统由于具有机动、快速、经济等优势，现已逐步从研究开发发展到实际应用阶段。土木工程检测与测试土木工程检测与测试数据采集传输系统0 04 4土木工程检测与测试土木工程检测与测试24数据采集(Data acquisition)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号，送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。 数据采集传输系统 数据采集数据采集数据采集传输系统主要功能是完成对传感器信号的解调、采集以及将采集到的传感器信息
18、进行初步的预处理，并将出版处理后的数据传输至服务器进行全面处理、分析、评估等。该系统通常由数据采集仪、数据网络传输设备及数据采集与传输的软件组成。 概概 述述土木工程检测与测试土木工程检测与测试25数据传输（Data transmission）指的是依照适当的规程，经过一条或多条链路，在数据源和数据宿之间传送数据的过程。也表示借助信道上的信号将数据从一处送往另一处的操作。目前计算机网络应用主要采用物理层、数据链路层、传输层和应用层的五层结构框架，此框架中的每一层都有协议或者方法的选择。对于大型结构的远程健康监测系统通常包含多个数据采集单元，并需要将数据采集单元的大量数据实时传输到服务器。数据传
19、输系统主要包括通信网络和通信协议。 数据采集传输系统 数据传输数据传输拓扑是把实体抽象的一种模型，这种模型结构由简单的点和线组成，以方便对这些点和线的关系进行研究。在计算机网络中拓扑结构使用非常广泛，尤其是对于网络系统的设计和规划方面，网络拓扑结构有成熟的理论。工程结构健康监测系统的网络通信设计也离不开这些理论的支持。在通信网络中，习惯把计算机、终端、通信处理器、传感器单元等设备抽象成点，把连接这些设备的通信通道抽象成线。常见的网络拓扑结构有总线型、星型、环形和网状型等。 通信网络通信网络土木工程检测与测试土木工程检测与测试26根据传输介质可分为有线通信和无线通信。有线通信有线通信：利用金属导
20、线、光纤等有形媒质传送信息的技术。有线通信介质主要包括共轴线缆、双绞线、光纤等。优点是可靠性高，稳定性好，缺点是连接受限于传输媒介。无线通信无线通信：利用电磁波信号在空间中传播而进行信息交换的通信技术，进行通信的两端之间无需有形的媒介连接。可见光通信和量子通信技术均属于无线通信方式。优点是自由灵活，终端可以移动没有空间限制，缺点是可靠性低于有线传输方式。 数据采集传输系统 通信技术介绍通信技术介绍通信协议是数据传输网络的基础，协议的选择决定了数据传输的实时性和稳定性，因此结构远程健康监测系统的数据传输更加偏重于时效性和可靠性。在网络层，无论互联网还是局域网均普遍使用IP协议为连接基础。在传输层
21、，主要可以选择的协议有用户数据报协议（DUP）和传输控制协议（TCP）。 通信协议通信协议土木工程检测与测试土木工程检测与测试数据中心0 05 5土木工程检测与测试土木工程检测与测试28数据中心是全球协作的特定设备网络，用来在Internet网络基础设施上传递、加速、展示、计算、存储数据信息；监测系统的数据中心为系统平台提供数据存储、逻辑处理等功能。监测系统网络拓扑图监测系统网络拓扑图数据中心服务架构依次是第一层的WEB服务器、第二层的应用服务器以及第三层的数据库服务器；其中WEB服务器为监测系统提供数据接收、数据处理以及网页浏览的功能；应用程序服务器给客户端应用程序提供可以调用(call)的
22、方法(methods)，数据库服务器提供数据存储功能。 数据中心土木工程检测与测试土木工程检测与测试29WEB服务器也称为WWW(WORLD WIDE WEB)服务器，主要功能是提供网上信息浏览服务。最常用的Web服务器是Apache、Nginx、Microsoft的Internet信息服务器（Internet Information Services，IIS）。服务器是一种被动程序：只有当Internet上运行其他计算机中的浏览器发出请求时，服务器才会响应，当Web浏览器（客户端）连到服务器上并请求文件时，服务器将处理该请求并将文件反馈到该浏览器上，附带的信息会告诉浏览器如何查看该文件（即文
23、件类型）。服务器使用HTTP（超文本传输协议）与客户机浏览器进行信息交流，为客户机提供WWW、Email和FTP等各种Internet服务。应用服务器是指通过各种协议（可以包括HTTP）把商业逻辑曝露给(expose)客户端的程序。它提供了访问商业逻辑的途径以供客户端应用程序使用。应用服务器使用此商业逻辑就像调用对象的一个方法(或过程 语言中的一个函数)一样。应用程序服务器的客户端(包含有图形用户界面(GUI)的)可能会运行在一台PC、一个Web服务器或者甚至是其它的应用程序服务器上。在应用程序服务器与其客户端之间来回穿梭(traveling)的信息不仅仅局限于简单的显示标记。相反，这种信息就
24、是程序逻辑(program logic)。正是由于这种逻辑取得了(takes)数据和方法调用(calls)的形式而不是静态HTML，所以客户端才可以随心所欲的使用这种被暴露的商业逻辑。 数据中心-服务架构 WEBWEB服务器服务器 应用服务器应用服务器土木工程检测与测试土木工程检测与测试30数据库服务器由运行在局域网中的一台/多台计算机和数据库管理系统软件共同构成，数据库服务器为客户应用程序提供数据服务。数据库服务器建立在数据库系统基础上，具有数据库系统的特性，且有其独特的面。主要功能如下： 数据库管理功能，包括系统配置与管理、数据存取与更新管理、数据完整性管理和数据安全性管理； 数据库的查询
25、和操纵功能，该功能包括数据库检索和修改； 数据库维护功能，包括数据导入/导出管理，数据库结构维护、数据恢复功能和性能监测； 数据库并行运行，由于在同一时间，访问数据库的用户不止一个，所以数据库服务器必须支持并行运行机制，处理多个事件的同时发生。 数据中心-服务架构 数据库服务器数据库服务器土木工程检测与测试土木工程检测与测试监测系统管理平台0 06 6土木工程检测与测试土木工程检测与测试32系统部署结构图系统部署结构图远程监测管理平台中，传感器采集的数据通过无线或者有限传输到数据中心，数据中心对数据进行计算和处理保存至数据库，同时将部分数据信息即时反馈给用户。在此，以建筑基坑远程健康监测管理系
26、统为例对监测系统管理平台进行介绍。 监测系统软件平台 概概 述述 土木工程检测与测试土木工程检测与测试33监测系统管理平台通过服务器接收采集仪数据，并通过算法模块进行数据计算得到实际有效的数据后，保存至数据库服务器，用户在通过浏览器访问web服务器系统时，将采集后的数据展示给用户。该监测系统管理平台功能包括算法子系统、数据展示子系统、工程项目子系统、用户管理子系统、数据接口子系统五大模块。监测系统功能架构图监测系统功能架构图 系统部署结构土木工程检测与测试土木工程检测与测试34算法子系统主要是在服务端接收到采集仪数据时，根据相应的传感器协议对传感器数据进行计算，服务端接收到采集仪数据时，首先根
27、据数据头判断该数据是否与项目中已创建的数据相匹配，在匹配到相应测点后，获取到测点的算法，由于不同传感器中的算法不同，因此在获取到测点的基本信息之后，再将获取到的数据通过算法进行转换计算；计算完成后的数据保存到数据库，同时对于一些不合理的数据进行预报警操作。序列图如右所示。 系统功能讲述 算法子系统算法子系统 数据采集时序图数据采集时序图土木工程检测与测试土木工程检测与测试35数据展示子系统主要包含数据实时展示、历史数据展示、预报警数据查询、人工巡查数据四个功能模块的实现；数据实时展示主要是在系统中实时展示测点的状态，以及图表形式的详细数据展示；历史数据主要是通过对时间段内的历史数据进行查看；预
28、报警数据是通过表格的形式，以往预报警的原始数据进行查看；人工巡查则是用户通过在线上传测点实际的情况录入。 系统功能讲述 数据展示子系统数据展示子系统 数据展示子系统功能结构图数据展示子系统功能结构图土木工程检测与测试土木工程检测与测试36用户管理子系统包含用户管理和权限管理，由于数据的保密性，系统对于没有注册账户的用户拒绝提供服务，同时，由于在项目中的职能职责不同，不同用户的操作权限也是不一致的，因此，该系统主要对用户管理并对用户的权限进行配置。 系统功能讲述 用户管理子系统用户管理子系统 不同软件之间的交互接口叫做数据接口，表现的形式是源代码。数据接口子系统用于为其他不同软件提供数据服务，如
29、APP，其他厂商平台接入，数据接口子系统通过按照加密Json文件进行通信，响应其他程序的请求，为其他程序提供服务。 数据接口子系統数据接口子系統 土木工程检测与测试土木工程检测与测试37工程项目子系统贯穿整个系统管理平台，它包含项目创建、测点管理、项目资料维护等功能，工程项目子系统中，首先是创建项目，在项目创建时录入项目相关资料，项目创建完毕后即可对该项目的测点进行添加，在添加测点后，算法子系统便会获取测点信息，从而让数据进入系统，同时创建项目时根据创建者的资料信息，展示给相应的用户。 系统功能讲述 工程项目子系统工程项目子系统 部分软件监测界面图实时监测界面一实时监测界面一实时监测界面二实时
30、监测界面二报表界面图报表界面图历史数据曲线图历史数据曲线图实时数据曲线图实时数据曲线图土木工程检测与测试土木工程检测与测试38随着移动互联网的兴起，监测移动端也必不可少，通过移动端监测APP用户可随时随地查看监测数据，监测系统平台的接口为监测APP提供服务，通过加密的Json文件进行通信，APP主要展示一些比较重要的即时数据，以保证监测现场的及时性，移动监测平台的主要功能包括：实时数据展示、历史数据展示、报表生成、巡查管理、推送模块5个功能，推送功能主要对测点的预报警进行告知，其余功能与监测系统平台一致。 监测系统移动端平台界面展示图土木工程检测与测试土木工程检测与测试39桥隧可视化监测系统及
31、BIM模型 BIM轻量化展示“互联网+”时代，BIM技术作为建筑业的新技术和新理念，逐渐成为监测过程中可视分析、动态模拟、协同决策等各个方面不可缺少的技术，有关BIM模型轻量化展示的研究成为“一带一路”国家战略和“互联网+”背景下新的亮点和热点。土木工程检测与测试土木工程检测与测试40 进行Revit二次开发，实现从RVT格式的Revit模型到JSON格式中间文件的转换。Web端开发需要先通过Revit的二次开发，将模型的几何信息和属性信息保存在JSON格式中间文件中，再通过WebGL技术进行重构和渲染。 利用WebGL技术的三维GPU渲染原理，通过WebGL开发实现Revit三维建筑模型在浏
32、览器端的重建和渲染，同时利用Three.js框架的交互操作，实现模型在Web端的交互,并保证模型在PC端和移动端展示的一致性。 提出JSON模型文件中几何数据和属性数据关联的方法，从而实现浏览器端模型属性的查询和显示功能。当用户点击模型元素对象时，获取ID并显示其属性，实现属性查询功能，满足用户对BIM轻量化的需求。 通过提前加入模型的传感器几何模型的颜色变化，展示实际测点的数据概况，进而达到监测效果 BIM轻量化展示 BIMBIM轻量化流程的总体分析和设计轻量化流程的总体分析和设计土木工程检测与测试土木工程检测与测试41目前监测现状，正在从人工监测向自动化监测快速转换，但因成本与技术普及问题
33、，针对现场以检测手段辅助监测暂时不可替代，在此大环境下，采集仪现场采集数据和检测各类监测参数就显得尤为重要。所以，致力于快速检测与远程监测的集合终端就应运而生。此类设备可以接入大量不同种类的传感器，通过协议与算法的匹配做到传感器即插即用，利用现场的显示器实时显示、记录、保存传感器数据，做到传统监测操作手段但集成了多种智能化采集仪集成的效果，同时将数据也传向手机和电脑端的远程平台，提供现场与远程监控的无缝对接。多功能采集仪多功能采集仪 现场测试型多功能采集终端土木工程检测与测试土木工程检测与测试远程监测在不同工程体系下的应用0 07 7土木工程检测与测试土木工程检测与测试43桥梁不仅是大型工程结
34、构的代表，也是国家的重要交通设施。其一旦出现安全事故，不仅对人民的生命和财产安全造成重大损失，还可能导致部分交通网络瘫痪，造成巨大社会影响。桥梁健康监测的基本内涵即是通过对桥梁结构状况的监控与评估，为桥梁在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况异常严重时发出预警信号，为桥梁的维护维修和管理决策提供依据与指导。洪水冲刷桥梁损毁洪水冲刷桥梁损毁 超重致桥梁损毁超重致桥梁损毁 桥梁监测 桥梁健康监测的目的及意义桥梁健康监测的目的及意义土木工程检测与测试土木工程检测与测试44利用一些传感器（包括光纤传感器、压电传感器、电磁伸缩材料制成的传感器、GPS、静力水准仪，风速风向仪等）来读取桥梁各部分结构的温度、
35、应变、位移、风速、风向、加速度、车辆载荷、吊杆斜拉索拉力、主缆拉力等参数。桥梁在线监测可分为施工期监测和运营期监测两部分，监测项目基本相同，主要有以下几部分：（1）环境监测（2）变形监测（3）应力应变监测 （4）动静态荷载试验 设计原则及内容监测项目及指标监测项目及指标监测设备监测设备环境监测温湿度温度传感器风速风速传感器变形监测沉降GPS、静力水准仪倾斜固定式测斜计、测斜尺挠度挠度计、静力水准仪、位移传感器裂缝裂缝计应力应变监测表面应变计、埋入式应变计、钢筋计、锚索计、轴力计荷载试验应变片、拾振器、加速度传感器、动/静态应变仪 桥梁在线监测项目及采用设备汇总表桥梁在线监测项目及采用设备汇总表
36、土木工程检测与测试土木工程检测与测试45针对上述情况，桥梁监测的研究方向主要为以下几个方面：针对上述情况，桥梁监测的研究方向主要为以下几个方面： 在选定测试信号分析和损伤诊断方法的基础上，对有效传感器的布置进行研究。 加强系统硬件设计和加工工艺，在保证测试采集精度的同时，能让系统尽可能长时间稳定运作。 应用现代信号处理的方法，对微弱测试信号进行处理和净化。 结合桥梁动力响应的特点，采用能够处理非平稳随机过程的信号处理和分析方法提取该类结构的损伤特征并构建损伤指标。 结合现代信号处理的最新进展，将能够处理非线性随机过程的信号分析方法引入到监测系统中，做深入研究。 完善桥梁理论，给出系统的智能诊断
37、和评估标准。 传感器如何布置 系统维护成本高 如何处理微弱测试信号 桥梁损伤响应存在非平稳性 桥梁损伤建模理想化 智能诊断评价系统不完善 存在问题及发展方向 发展方向发展方向 存在问题存在问题土木工程检测与测试土木工程检测与测试46根据隧道进出口地表及隧道洞内二衬发生变形开裂等不良地质现象，需要监控量测的内容有： 位移监测：围岩位移（含地表沉降）、支护结构位移及围岩与支护倾斜度； 应力应变监测：围岩应力、应变、支护结构应力、应变及围岩与支护和各种支护间的接触应力； 温度监测：岩体温度、洞内温度及气温； 气体监测：瓦斯监测、扬尘监测等。常用监测方案拟采用自动化全站仪、高精度静力水准仪、激光位移计
38、对隧道洞身变形开展智能监测，同时采用应力计对围岩压力、孔隙水压力等力学参数进行监测，实时掌握隧道洞身动态变化，以便及时采取措施，保障隧道建设与运营安全。 隧道监测隧道施工现场图隧道施工现场图 隧道监测的隧道监测的目的及意义目的及意义土木工程检测与测试土木工程检测与测试47根据隧道进出口地表及隧道洞内二衬发生变形开裂等不良地质现象，需要监控量测的内容有： 位移监测：围岩位移（含地表沉降）、支护结构位移及围岩与支护倾斜度； 应力应变监测：围岩应力、应变、支护结构应力、应变及围岩与支护和各种支护间的接触应力； 温度监测：岩体温度、洞内温度及气温； 气体监测：瓦斯监测、扬尘监测等。按照监测断面布设传感
39、器并进行无线组网，对隧道洞身开展智能监测与评价。现场注意问题： 系统设备供电； 系统现场通讯 隧道监测隧道健康监测测点断面布置示意图隧道健康监测测点断面布置示意图 设计原则及内容设计原则及内容土木工程检测与测试土木工程检测与测试48 系统设备供电现场所有设备均采用有线供电方式，电源引自隧道洞内有线供电接口（隧道内部无法采用新能源供电方式）。 系统现场通讯现场设备通信采用有线加无线的方式，监测数据经有线或者无线方式发送至包含采集仪及传输模块的一体化监测站，各个分站将汇聚后的数据通过无线将数据上传给采集仪总站，总站通过无线4G/3G通讯方式与中心系统相连。 隧道监测 现场问题及措施现场问题及措施土
40、木工程检测与测试土木工程检测与测试49基坑作为基础设施建设过程中的重要安全影响因素，随着近些年城市地铁、建筑地下室等地下工程的迅猛发展，基坑的安全性得到人们的广泛重视。基坑坍塌大致分为两类: 基坑边坡土体承载力不足；基坑底土因卸载而隆起，造成基坑或边坡土体滑动；地表及地下水渗流作用，造成的涌砂、涌泥、涌水等而导致边坡失稳，基坑坍塌。 支护结构的强度、刚度或者稳定性不足，引起支护结构破坏，导致边坡失稳，基坑坍塌。如果能对基坑以及支护结构的状态进行监测，从而对基坑以及支护结构的健康状况给出评估，在坍塌事故来临之前发出预警，将会大大降低事故发生的概率。 基坑监测 基坑监测的背景和分类基坑监测的背景和
41、分类基坑坍塌事故基坑坍塌事故土木工程检测与测试土木工程检测与测试50基坑健康监测系统是基坑安全掌握及其支护结构维护决策系统的支撑条件之一。主要目的为以下几个方面：对基坑稳定性进行有效监控，修正在施工过程中各种影响支护结构的参数误差对支护结构的影响，确保支护结构运营期间满足安全要求。 基坑稳定性。反映导致基坑可能发生坍塌的因素包括降雨量，基坑土体内部位移等。 支护结构可靠性。反映支护结构变形承载能力。 基坑监测 基坑监测的目的基坑监测的目的 及时把握基坑的安全状态，评定基坑的稳定性，以及通过支护结构的运营阶段的工作状态，识别支护结构的损伤程度评定支护结构的安全、可靠性与耐久性； 为运营、维护、管
42、理提供决策依据，可以使得既有基坑支护工程的技术改造决策更加科学、改造技术方案的设计更加合理、经济； 验证基坑支护结构设计建造理论与方法，完善相关设计施工技术规程，提高基坑工程设计水平和安全可靠度，保障结构的使用安全，具有重要的社会意义、经济价值和广泛的应用前景； 基坑健康监测不只是传统的基坑检测和安全评估新技术的应用，而且被赋予了监控与评估、验证和研究发展三方面的意义。 基坑监测的意义基坑监测的意义土木工程检测与测试土木工程检测与测试51对基坑进行在线监测系统设计的过程中，考虑基坑的环境、等级及实际危险截面等，再进行健康监测设计。现场监测及采集系统的监测参数包括基坑本体位移变形、应力、环境监测
43、。(1) 基坑位移变形：包括基坑表面位移和内部位移、裂缝监测、支护结构位移；(2) 地下水位监测：包括浸润线监测；(3) 环境监测：包括基坑所处环境中的降雨量、温湿度等；(4) 支护结构受力监测：钢筋应力、支撑轴力、土压力等；(5) 视频监测；(6) 周围建筑物监测：基础沉降、土体裂缝、倾斜等。 基坑监测 设计原则及内容设计原则及内容降 雨 量 及 温 湿 度 传 感 器现 场 监 测 站固 定 式 测 斜 仪土 压 力 传 感 器锚 杆 拉 力 传 感 器静 力 水 准 传 感 器拉 线 式 位 移 计孔 隙 水 压 力 计轴 向 压 力 计静 力 水 准 传 感 器支 护 结 构视 频 监
44、 控建 筑 结 构 物激 光 位 移 传 感 器测 点 标 靶基坑在线监测点位布置示意图基坑在线监测点位布置示意图土木工程检测与测试土木工程检测与测试52边坡监测的主要目的如下：（1） 评价边坡施工及其使用过程中边坡的稳定程度，并做出有关预报，为崩塌、滑坡的正确分析评价、预测预报及治理工程等，提供可靠的资料和科学依据；（2） 为防治滑坡及可能的滑动和蠕动变形提供技术依据，预测和预报今后边坡的位移、变形的发展趋势，通过监测可对岩土体的时效特性进行相关的研究； （3） 对已经发生滑动破坏的边坡和加固处理后的滑坡，监测结果也是检验崩塌、滑坡分析评价及滑坡处理工程效果的尺度；（4） 为进行有关位移分析
45、及数值模拟计算提供参数。 边坡监测 目的及意义目的及意义滑坡危害滑坡危害土木工程检测与测试土木工程检测与测试53边坡监测系统的构成与基坑监测系统基本类似。从监测对象来看，大致可分为三类：变形监测、应力监测、环境监测。 布设情况及监测参数图布设情况及监测参数图 边坡监测 设计原则及内容设计原则及内容土木工程检测与测试土木工程检测与测试54 边坡监测-内容监测项目监测项目传感器传感器测点布设测点布设表面位移GPS边坡坡体地表拉线式位移计边坡地表内部位移导轮式固定测斜仪土体内部土压力土压力计挡墙内侧土体地下水位、水压力孔隙水压计土体内部降雨量雨量计基坑本体上温湿度温湿度传感器基坑附近或本体上锚索索力
46、锚索计边坡锚索视频监控摄像头基坑附近易见处 滑坡监测项目表滑坡监测项目表土木工程检测与测试土木工程检测与测试55相对于桥梁健康的远程监测，边坡的监测系统所涉及的因素更多，困难也更大。例如：(1) 边坡往往范围很大，潜在的滑裂面有时并不十分清楚；(2) 电源、通信条件经常难以保证；(3) 仪器、线缆等设备经常会受到人为或者动物的损坏；(4) 设备的维护、更换较为困难、成本高；(5) 常常缺乏可靠的判定标准。因此，边坡监测尽管意义重大，但实效性往往得不到很好地发挥。 边坡监测的现场问题及措施边坡监测的现场问题及措施对于一般的边坡工程，其监测方法并不是靠某种监测仪器就能够完成的，而是一个复杂的监测系
47、统。由于监测对边坡的设计、施工和运行都起着非常重要的作用，我们应该综合各种有关资料和信息进行设计，一般应该按照：(1) 可靠性、方便适用和经济合理原则；(2) 遵照工程需要的多层次原则；(3) 以位移为主的监测原则；(4) 关键部位优先原则和整体控制原则；(5) 应结合“群策群防”的思想，将自动化监测系统与人工巡检有机地结合起来。 边坡监测的解决措施边坡监测的解决措施 边坡监测土木工程检测与测试土木工程检测与测试56引起建筑物沉降的外部因素很多，建筑物基础的地质构造不均匀、土壤的物理性质不同、大气温度变化、地基的塑性变形、地下水位季节性和周期性的变化、建筑物本身的荷重、建筑物的结构及动荷载的作用，建筑物周围大量挖方等，均会引起建筑物沉降或损坏。建筑远程健康监测的主要参数为沉降与倾斜，常用手段为利用自动化全站仪、静力水准沉降计、倾角仪等设备，实时监督建筑物的安全。除上述类型的监测以外，工程监测领域还有多种需求，例如：高支模监测、塔吊监测、脚手架监测、高填方沉降监测、泥石流监测、崩塌监测等，其所利用的手段多数都隶属于物联网体系，在数据采集传输类科技高速发展的同时各类监测手段共同进步，将工程远程在线监测推向了新的高潮。 建筑及其他工程监测高层建筑物倒塌高层建筑物倒塌土木工程检测与测试土木工程检测与测试感谢聆听感谢聆听