桥梁轻量化监测是面向分散广、数量多、桥龄长的常规跨径桥梁群,以“精指标、低成本、快安装、便维护、重报警”为核心目标,融合多模态感知、云边端AI协同与极简部署技术的新型监测模式,核心旨在破解中小跨径桥梁监测“全覆盖难、运维成本高、智能化不足”的行业痛点。

与传统桥梁健康监测系统相比,轻量化监测方案实现了全方位优化,其差异可类比集成化智能监测终端与传统分布式监测设备——前者以“一体化集成、边缘算力内嵌、无线自组网”为核心,在设备体积、部署成本优化的同时,保障监测精度与响应速度;传统系统多依赖有线布线、分散式采集与云端集中处理,存在链路繁琐、运维复杂、响应滞后等问题。万宾科技基于该技术路径形成的轻量化方案,可适配长大桥梁监测体系建成后,中小跨径桥梁群的规模化监测需求,为数字化管养提供支撑。

一、发展背景

1.1 政策导向:契合国家战略与行业规范

桥梁轻量化监测的发展与国家数字化发展及交通基础设施智能化升级政策高度契合:2023年2月国务院《数字中国建设整体布局规划》推动AIoT技术与基础设施监测融合;2021年10月交通运输部《数字交通“十四五”发展规划》明确“交通设施数字感知”要求,为全链路智能监测体系建设提供方向;2024年4月交通运输部《关于进一步推动公路桥梁隧道结构监测系统工作实施方案》(2024—2030年)部署常规跨径桥梁轻量化监测试点,2024年6月《在役公路桥梁隧道结构监测系统2024—2025年建设清单》确定2651座试点桥梁,万宾科技相关技术与设备已适配多地试点工作,支撑行业规范化推进。

1.2 市场需求:填补中小跨径桥梁监测空白

截至2024年末,我国公路桥梁总计110.81万座,中小跨径桥梁占比超80%,服役超30年的老旧桥梁占比达25%,带病桥梁占比30%,危桥数量达10万座。目前首批长大桥梁监测系统已基本建成,但中小跨径桥梁因数量庞大、分布零散,监测工作尚处于起步阶段。叠加桥梁老龄化、极端天气、超限超载、车船撞击等外部风险,低成本、规模化、高精度监测方案的需求极为迫切。万宾科技轻量化监测方案已在全国超百个城市级项目中应用,适配中小跨径桥梁监测与运维需求。

1.3 技术支撑:全链条技术赋能轻量化转型

桥梁监测“轻量化”升级依赖全链条技术突破,万宾科技构建了从感知到应用的完整技术体系:感知层采用MEMS技术与多模态融合方案,自主研发智能传感器集成机械结构、信号处理电路与AI预处理芯片,具备微型化、高精度(北斗毫米级定位,±1.5mm位移精度)、低功耗特性;传输层融合LPWAN、4G/5G与低轨卫星应急通信技术,构建“空天地一体化”无线传输网络,替代传统RS-485、以太网有线方式,减少中继设备与布线成本;处理层搭建云边端AI一体化架构,边缘域AI数据中心最高具备24万亿次/秒算力,可本地完成数据滤波、特征提取与异常识别,减少70%无效数据上传,响应速度从秒级压缩至毫秒级;应用层依托大数据与主流大模型,实现监测数据与养护决策的深度融合。

二、监测方案:“一桥一策”定制化体系

结合《公路桥梁群监测系统试点建设技术指南》(征求意见稿)与工程实践经验,万宾科技形成以桥梁群为核心、场景化适配为核心的轻量化监测方案,覆盖六大应用场景,均遵循“一桥一策”原则,通过模块化设计适配不同桥梁结构与预算需求:

①特殊结构桥梁:针对斜拉桥、悬索桥、异形桥等,部署智能结构诊断器、智能视觉形变仪,监测结构姿态、振动响应与拉索状态,依托模态分析评估整体性能;

②重载、饱和交通桥梁:联动车辆荷载监测与智能应变传感器,构建荷载-挠度响应模型,实时捕捉结构受力变化,为超载风险预警与养护决策提供数据支撑;

③车辆/船舶撞击风险桥梁:集成智能加速度监测仪与高清摄像机,实现撞击事件实时捕捉、秒级预警与视频联动,定位撞击位置与强度;

④自然灾害风险高桥梁:配置雷达流速计、多功能气象站,监测水流冲刷、地震烈度、风速风向等风险,适配地震设防烈度Ⅷ度及以上区域;

⑤安全状况差、运营风险高桥梁:通过智能裂缝传感器、氯离子监测仪,捕捉混凝土开裂、钢筋锈胀、腐蚀等病害,结合AI算法实现早期损伤自动识别;

⑥加固改造桥梁:部署位移、振动与应变监测设备,跟踪加固效果,形成“监测-评估-优化”闭环。

三、监测系统:软硬件协同的极简架构

3.1 硬件系统:高集成、短链路、低功耗设计

万宾科技桥梁轻量化监测硬件系统以“一体化集成”优化传统系统冗余问题,核心设计体现在三大模块,可提升部署效率、降低运维成本:

数据采集与处理:采用端侧AI预处理引擎,智能结构诊断器集成12项多模态感知能力与180Mbps边缘计算引擎,本地完成噪声过滤、特征提取与异常识别,减少原始数据上传量,单设备可替代传统多传感器组合,优化部署成本;

通信与传输:传感器内置4G/5G、蓝牙、LoRaWAN通信模块,支持无线自组网,搭配综合接入网关主机实现96通道高密度接入,通过单根Cat.6 PoE网线完成数据传输与供电,替代传统多类型线缆,解决布线复杂问题;

供电系统:采用太阳能+电池双供电模式,结合硬件节能设计与智能休眠机制,低功耗设备电池续航可达3-5年,适配无市电场景,同时具备IP68防水防尘、-40℃~80℃超宽温域适应能力,适配极端环境。

3.2 软件平台:AIOTU城市物联感知平台

AIOTU城市物联感知平台作为桥梁轻量化监测系统核心中枢,具备全流程智能化管理功能,实现“监测-预警-养护”闭环,其核心功能包括:

数据共享:支持与省、部级交通管理平台、城市运行“一网统管”平台无缝对接,实现监测数据、报警信息与养护报告全链路共享,支撑多部门协同决策;

交互便捷:通过GIS地图、三维模型、数据曲线等可视化方式展示桥梁位置、监测指标与风险状态,具备数据查询统计功能;数据达预警阈值时,通过短信、邮件、APP、现场声光报警多渠道推送,保障风险响应及时性;

数据分析:针对轻量化监测指标少、数据相关性不足的问题,融入多源异构数据融合算法与深度学习模型,结合结构温度、应变、振动等数据构建健康“数字画像”,实现损伤溯源、趋势预测与养护建议生成,解决“少数据多结论”的行业难题。

四、总结

桥梁轻量化监测作为数字化管养的核心方向,目前处于快速发展阶段,核心在于平衡监测精度与成本效益,打通数据应用与养护决策的衔接壁垒。万宾科技轻量化方案通过硬件一体化集成、边缘AI算力内嵌、软件平台协同,实现“轻部署、高精度、低成本、易运维”目标,已在全国多个城市级项目中落地验证。

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