南湖大桥桥梁安全在线监测系统
1 南湖大桥概况
武昌南湖大桥位于武昌狮子山与象咀山之间的南湖水域内，西起于华中农业大学，东接中南财经政法大学，南靠空军雷达站，北望雄楚大道。全桥总长260m，主桥为30m+50m+30m预应力混凝土连续箱梁，为单箱单室截面，分上下行左、右两幅。预应力混凝土连续箱梁为双向预应力结构，仅设纵向及横向预应力。箱梁中支点梁高2.6m，跨中梁高1.3m，梁底半径为222.189m，顶板宽11.5m，箱底宽6.0m，悬臂长2.75m。顶板等厚0.24m，底板厚从0.25m变至0.35m，腹板等厚0.65m。南湖大桥两侧引桥均为3×25m预应力混凝土简支空心板。桥墩采用钢筋混凝土板式墩，桥台采用钢筋混凝土肋板式台，桩基采用钢筋混凝土钻孔灌注桩。主桥支座为盆式橡胶支座。如图1所示。
该桥由武汉市市政工程设计研究院设计，2005年建成。受武汉市桥梁维修管理处的委托，我公司于2013年3月底承接武昌南湖南路南湖大桥的长期健康监测系统建设工作。
2 监测目标
本方案主要用于长期监测桥中间三孔连续梁的动态挠度、应力、应变等数据。与桥梁各项指标初值进行比较，计算出其长期的变化趋势，与桥梁设计的最大限值进行比较，在其接近限值时，进行报警，以预防重大事故的发生。
3 方案系统组成及简介
本方案主要由传感器、数据集中采集器和服务器分析软件（主要是服务器软件）三个部分组成。
3.1 传感器特点
本方案中采用了本公司自行生产的新型传感器进行长期监测。本公司自行生产的传感器有以下几个共同的特点：
3.1.1信号现场处理，直接将各种模拟信号（如：电压信号，电流信号，频率信号等）转化成数据信号，并以标准的工业总线输出。以减少现场布线数量，减小施工难度。
3.1.2所有的传感器信号，均可以通过无线进行远传，省去布线的麻烦。
3.1.3所有的传感器均是低功耗设计，最低的可以使用电池供电一到二年。大功率的，也只要一小块太阳能板即可。这样不但可以解决在野外桥梁的电源问题，也大大减少了传感器安装时的工作量。
3.1.4所有的传感器无需特殊校准，安装比较随意，在安装后，可由远程进行校准，省去现场校准的麻烦。
3.1.5所有传感器工作无需人工干扰。
3.2 传感器简介
（1）振弦传感器，用于采集应力应变信号，与普通的振弦传感器不同的是，我们采用小体积，低功耗的采集设备与振弦传感器制作成一体，直接输出数字信号，并统一进行地址编码，方便总线读取。
（2）激光测距传感器用于采集动态挠度信息。激光测距传感器，对于频率测量精度一般，但是对于振动幅度测量精度比较高（同时还可以测量静态挠度）。激光测距传感器具备了上面所述的几个优点，数据直接处理成数字信号，并可以通过无线直接远传。
（3）裂缝传感器。主要用于对已有裂缝进行监测，精度可以达到0.01MM。中间无需任何转换，可直接远传。
（4）角度传感器。测量精度可以到0.004度，一般用于测量大型结构体的倾斜度。也可以用于超长梁体（或基准点比较远）的挠度计算。
3.3 数据集中采集器
3.3.1 数据集中采集器主要组成部件
数据集中采集器主要由工业主机，数据分散采集板，无线转换模块，3G通讯模块等组成，目前具备64个可以同时工作的采集端口（如需要更多可以定制开发，可以扩展至200个以上）。
3.3.2 数据集中采集器功能简述
（1）工业主机为采集器中的主控部分和数据中转站。在工作过程中，其通过控制采集板，来控制每个端口的采样方式，采样时间等。并将数据进行初步处理后暂存于本地。在本周期采集结束后，通过3G网络将数据发送到主服务器。如在初步处理中发现较大异常数据，则马上传输到主服务器（也可设置为传输过程中，由现场主机发出报警信息）。
（2）数据分散采集卡，由于工业主机接口较小，而现场传感器有些为了增加可比性，需要在一定的时间内对多点，或同类传感器的数据完成采集。这时通过工业主机接口，串行采集数据便不能满足要求，此时通过此采集卡，便可以对工业主机的接口进行智能扩展，使所扩展出来的接口，除有常规功能外，还可以进行并行数据采集，以满足不同的需求。
（3）3G工业模块，主要用于现场工业主机与主服务器之间的通讯。同时有些场合为了降低功耗（如现场供电不便，使用太阳能供电时，在非工作状态，可以使除了3G模块以外的其他设备全部处于关闭状态，整个系统由3G命令进行唤醒）。
3.4 服务器及分析软件
服务器及分析软件主要用于通过网络对现场主机的数据进行采集、存储、分析和报警。并以很直观的形式，反映出桥梁的状态。
