（1.重庆钢铁集团电子有限责任公司 重庆 400080；2.北京航天自动控制研究所 北京 100070）
摘要：为了方便掌控大桥的安全使用状态，避免大桥灾难事故的发生，同时指导预防式维修管理，研究设计开发桥梁监测云平台，该平台通过传感器、信号采集/处理、北斗通信、计算机技术、桥梁构造解算分析和云技术实现对大桥的实时监测。
关键词：云平台；北斗系统；桥梁监测
0 引言
大型桥梁从形变结构的特征上讲一个是长期/永久的形变（由基础沉降、桥梁的断裂以及索力的松弛等造成）；二是短期的形变（由于当地气候变化、潮汐影响、地震波及以及交通事故等原因引起）。相对来说，对于短期的变形分析更加重要，因为往往桥梁的损坏都是由于受到短期的突然的荷载冲击；短期的形变信息的监测相比于长期/永久的形变信息却难很多。因为长期的形变可以通过对卫星定位数据进行小时级别或者更长时间的平均处理实现，平均处理后的位置精度可以达到毫米级。若要反映时间间隔较短的形变信息（如秒级），目前投运或在建的GIS系统就没有达到毫米级的位置偏移监测精度，这也是目前通过GPS定位应用于高动态桥梁监测的瓶颈问题。同时，监测短期形变(动态)还需要进一步提高卫星定位接收机的采样频率，这也将带来数据处理负荷和数据存储负担。根据以上情况，采用自主知识产权的北斗软件平台、北斗硬件传感器及通信系统，通过云平台综合分析、展示数据，综合解决了以上问题。
1系统构成
基于北斗的桥梁监测云平台系统构成：桥梁数据采集系统、北斗工业监控管理系统和桥梁综合管理系统。
1.1桥梁数据采集系统
桥梁数据采集系统是由桥梁监测站（获取各个传感器信息）、北斗基站（转换发送信息给中心服务器）以及包括供配电和防雷系统组成。原始数据通过传感器到监测站，通过基站发出。
1.2北斗工业监控管理系统
北斗工业监控管理系统平台旨在提供一套基于北斗短报文数据服务和标准工业控制通信协议的远程工业监控解决方案。平台通过与传统工业控制系统上下位机的无缝对接，达到利用北斗通信联络实现工业现场数据获取和远程控制的目的。其主要包含：由北斗工业控制管理系统平台服务软件、北斗工业控制管理系统终端软件北斗指挥型用户机以及北斗工业控制管理系统终端机三部分组成。
1.3桥梁综合管理系统
桥梁综合管理系统部署在云平台上，基于云平台提供综合服务；系统通过处理各项桥梁参数，通过桥梁分析预警模型计算出桥梁三维位移分量，桥梁各向变形速率，并结合系统预先设定的警界值实时进行风险断别，以手机短信、声音报警或监视画面提示等多种方式发布信息，异常状态条件下通过手机短信、电话、声音警报等进行预警信息播报（包括提供给值班人员、技术人员、公司领导、上级主管部门信息中心等）。该系统功能有：桥梁用户/权限管理、桥梁运行监测、桥梁数据分析、桥梁数据报表管理等，可以通过该系统实现对桥梁的综合运营管理。
2数据采集、传输及解算
基于北斗的桥梁监测云平台系统，核心环节是桥梁数据的采集、传输和解算。
对于北斗系统，数据采集可采用随机配置的软件，但要求具有实时采集及自动转换成RINEX格式的功能，为满足对多种接收机设备的兼容和网络数据传输，北斗系统定制开发了专业的的数据采集软件：北斗DTUCenter软件。
北斗系统的接收机接收的数据有两种，分为：原始数据和星历数据。系统支持两种数据输出模式：ASCII 和Binary。由于桥梁监控参数较多、且桥梁有易振动和瞬时形变的特点，对数据采集频率的要求比较高、处理周期的要尽可能短,鉴于ASCII数据格式数据量较Binary数据大，在桥梁形变监测中一般采用Binary数据输出格式。
北斗系统的数据格式为：
2.1数据预处理：
对桥梁监测参数数据进行平滑滤波检验处理，剔除掉其中粗差数据，统一成北斗的标准化数据格式。
2.2基线解算：
基线向量是表示各北斗监测站间的一种地理位置关系，即北斗监测站与监测站间的坐标增量。基线向量解算的方法是：利用载波相位观测值或者其差分观测值，求解出两个同步监测的监测站之间的基线向量坐标差。
北斗系统采集的原始观测值通过预处理，解算就可以得到精确的桥梁测量定位数据，从而实现对桥梁的形变状况进行监测。
3 系统应用效果
3.1应用情况
该桥梁监测云平台系统对采集的状态数据进行存储、状态显示、数据分析、预警处理;可有效进行用户管理、数据管理、系统运行管理，确保系统安全和数据安全，可方便进行参数设置、状态本地/远程浏览、数据本地/远程下载以及数据共享等。如图1：
图1监测主画面
3.2 应用效果
北斗高精度测量系统以载波相位观测为根据的实时差分技术参数如下：
RTK初始化时间：
GPS+BDS多（双）频点，初始化时间≤30s；
GPS+BDS单频点，初始化时间≤60s；
GPS单系统或BDS单系统双频点，初始化时间≤60s。
形变测量精度：
平面精度(1σ，PDOP<2)： 优于1mm。
高程精度(1σ，PDOP<2)： 优于2mm。
4总结
基于北斗的桥梁监测云平台系统除具有行业通用优势外，还具有采集频率快、数据精度高、硬件层次少、分析手段多、信息发布快等优势，综合了现代的各项前沿技术，系统解决了桥梁的远程监测、分析预警。具有桥梁监测指标全面、系统稳定可靠、预警预报及时、硬件层次少、分析手段多、信息发布快等多方面的特点。目前该系统已达到国际领先水平，在行业内具有推广价值。
参考文献
[1]亓宝龙.北斗导航定位系统在桥梁监测中的应用.建设科技.2016,(6):39-41.
[2]赵言;花向红.基于C#的建筑物变形监测数据处理系统设计与实现[J].测绘与空间地理信息.2015, (7).
[3]伍美华;陈平志.桥梁隧道健康检测与智能管理系统研究[J].华东公路.2014, (26).
论文作者:张功瑾1,孟诏2
论文发表刊物:《电力设备》2017年第31期
论文发表时间:2018/4/16
标签：桥梁论文; 北斗论文; 数据论文; 系统论文; 管理系统论文; 平台论文; 监测站论文; 《电力设备》2017年第31期论文;