中英开发监测云平台 为大型桥梁“保健随诊”

桥梁上的各种监测传感仪器。图片来自网络 

项目牵头单位部署的桥梁健康监测系统。图片由项目组提供 

诺丁汉大学中英地理空间信息联合研究中心与江苏省水利科学研究院签署合作备忘录。图片由项目组提供

港珠澳大桥、苏通长江大桥，以及在建的沪通长江大桥、五峰山长江大桥……在惊叹这些大型桥梁宏伟壮观的同时，人们也会不由自主地关心它们的健康与安全。

5月21日，有关大型桥梁结构的中英产业挑战合作计划项目会议在南京召开。中英两国专家热议“大型桥梁结构智能健康监测云平台”项目进展，该项目目的在于利用空间地理信息新技术，特别是中国北斗定位系统，随时监测大型桥梁健康状况。

桥梁健康监测事关交通大安全

“如何实时在线监测大桥，特别是识别损伤，有效保障桥梁的服役安全和使用性能，是21世纪桥梁的重要挑战。”中铁大桥（南京）桥隧诊治公司刘华博士接受科技日报记者采访时表示。

刘华说：“传统的桥梁评估通过人工手段进行桥梁检测和监测，给出加固和维护建议，然而，这种技术手段已无法满足目前桥梁，特别是高铁桥梁养护的要求，难以有效地防范突发事件。随着信息和传感技术的发展，桥梁健康监测系统应运而生，该技术能够实时测取桥梁的服役状态数据，从而为准确评估桥梁性能、改善桥梁运营状态、确保桥梁安全服务。”

刘华特别强调：“如果美国塔科马大桥建有结构健康检测系统，即所谓的气弹颤振（大桥受风影响产生的振动）可被提前检测到，不至于建成通车5个月后就因强风吹袭引起的扭摆而垮塌。如果提前预知，采取措施，这样的灾难还是可能避免的。”

智能健康监测云平台创新点多

作为项目英国团队负责人，诺丁汉大学地理空间信息研究所孟晓林教授介绍说，与以往系统不同，此次大型桥梁结构智能健康监测云平台的最大特点是，将根据采集的传感器监测数据，以及水文、交通、遥感数据等，利用合成孔径雷达（InSAR）技术，通过云计算、机器学习、大数据处理分析，实时为维护方提供桥梁健康评估所需的有用信息，如桥梁变形、水流对桥墩的冲刷、桥梁受风的影响等，随时发出报警，作为特大型桥梁的健康“随诊医生”。

整个平台包括硬件和软件两大部分。承担云平台硬件的南京康帕斯导航科技有限公司闫志跃博士表示，平台项目将研制基于北斗/加速度计融合的毫米级桥梁健康监测专用设备，将北斗观测数据与加速度信息进行有机融合，在一定程度上改善加速度计对低频信号不敏感的情况，同时提高北斗定位的连续性和可靠性，实现实时的、毫米级的桥梁健康监测，同时大幅度降低设备成本，对推动北斗导航定位系统在桥梁健康监测领域的行业应用具有重要意义。

“桥墩冲刷是影响桥梁健康安全的关键因素之一，目前缺乏有效的在线监测手段。”参与项目的江苏省水利科学研究院钱钧院长表示，“该项目拟攻克桥梁水下在线监测难题，这将是该平台项目的又一个创新点。”

负责平台软件开发的英方团队包括UbiPOS公司和诺丁汉大学。孟晓林说，团队将开发传感器数据采集传输、数据实时处理、数据后处理以及传输到客户端包括网页、手机和平板客户端的软件。他们的创新点则在数据处理中的阀值动态更新、云计算，以及机器学习实现模式识别等方面。目前，有关软件已经在中英的数座桥梁上测试过了。

架设中英科技交流合作新“桥”

钱钧院长表示，2018年12月前，项目组将在江苏省境内的2—3座大桥上完成传感器铺设，并将数据接入云平台；2019年6月完成数据采集传输测试、算法验证和系统性能测试等工作；2019年10月完成平台建设，投入使用，为桥梁提供安全保障。中英双方将在中国和英国共同推广该平台，为两国桥梁提供安全保障服务。

此次项目设计验收会议上，诺丁汉大学中英地理空间信息联合研究中心还与江苏省水利科学研究院签署合作备忘录，意在加强大型桥梁项目、人才培养、学习交流和科技成果转化方面的合作。孟晓林还透露，中英还将共建智能桥梁健康监测实验室。

应该说，有了这样的桥梁“随诊医生”——中英双方合作开展的大型桥梁结构健康智能云检测平台，不仅让人们享受桥梁交通的便捷，更能保障人类交通的安全。

实际上，中英在桥梁健康监测方面的合作，也架起了中英科技合作与人才交流的新“桥梁”。