行業(yè)新聞
橋梁、隧道、邊坡災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)- 監(jiān)測報警全新解決方案
一. 概述：
自2000年前后開始，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)多是高校在主導(dǎo)建設(shè)，其目的傾向于科研、理論性研究、結(jié)構(gòu)物設(shè)計的實踐驗證。主要在特大橋、長大橋、典型大橋的范圍內(nèi)建設(shè)橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)。這期間健康監(jiān)測所用的傳感器、采集儀、軟件系統(tǒng)未實現(xiàn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化、高集成化，包括項目實施工藝要求沒有統(tǒng)一的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)。自JT/T 1037-2016《公路橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》開始執(zhí)行，開創(chuàng)了橋梁健康行業(yè)的新篇章。健康監(jiān)測行業(yè)進入快速發(fā)展階段。交通運輸部擬定橋梁健康監(jiān)測建設(shè)名錄，在完善健康監(jiān)測系統(tǒng)的同時給予最大力度的支持。隨著社會上項目數(shù)量的增多，使得公路橋梁、隧道、邊坡健康監(jiān)測行業(yè)積累了大量的實踐經(jīng)驗。
JT/T 1037-2022《公路橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》發(fā)布后代替了舊有規(guī)范，新規(guī)范總結(jié)經(jīng)驗，把握了新的發(fā)展方向，部級、省級、具體運營單位三級平臺得到了規(guī)范化的建設(shè)和發(fā)展。橋梁健康監(jiān)測項目在全國各省各條高速長大橋梁實現(xiàn)了基本覆蓋。
時間來到2025年，隨著監(jiān)測報警需求的進步和改變，公路橋隧坡災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)勢在必行。與傳統(tǒng)健康監(jiān)測有所不同，橋隧坡災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)的核心是：報警。實現(xiàn)方法是：輕量。目標(biāo)是：保障安全。
近10年以來，國家主動促進結(jié)構(gòu)物健康監(jiān)測行業(yè)的發(fā)展，在此驅(qū)動下，人才、資金、技術(shù)紛紛進入這個賽道，具體到軟件硬件方面，如系統(tǒng)構(gòu)架、傳感器、采集儀、通訊技術(shù)、監(jiān)控平臺、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性各個方面得到了大幅度的提升。傳感器的集成度向著一體化、多參數(shù)、低功耗、實用性發(fā)展，大量成熟的基于先進芯片的傳感器，不僅代替了舊有設(shè)備，其所展現(xiàn)的增強能力，在監(jiān)測業(yè)務(wù)中令人耳目一新、另眼相看。比如雷達監(jiān)測設(shè)備，10年前健康監(jiān)測行業(yè)還是雷達技術(shù)的新大陸，如今橋梁雷達、隧道雷達、邊坡雷達已經(jīng)在性能、功能、算法上有了專業(yè)的細(xì)分。
2024年梅大高速和柞水災(zāi)害事件導(dǎo)致的傷亡令人落淚。作為健康監(jiān)測從業(yè)人員，實現(xiàn)橋梁隧道邊坡災(zāi)害及時準(zhǔn)確的報警，保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全成為了我們迫切的社會使命。在橋隧坡高風(fēng)險區(qū)域部署災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)，一旦有災(zāi)害發(fā)生，系統(tǒng)立刻以語音、警號、爆閃燈、LED文字顯示屏、電話、短信、啟動阻車器、聯(lián)動導(dǎo)航系統(tǒng)、啟動應(yīng)急預(yù)案等等方式提醒車輛及人員、封閉災(zāi)害現(xiàn)場挽救那些鮮活的生命，避免或減少災(zāi)害事件造成的損失，這是促使健康監(jiān)測系統(tǒng)從數(shù)據(jù)分析預(yù)警到實時災(zāi)害報警發(fā)展的重要原因。
為更好的實現(xiàn)災(zāi)害監(jiān)測報警功能，路安交科自主研發(fā)了結(jié)合LORA、4G無線技術(shù)的橋梁隧道邊坡災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)。
橋梁隧道邊坡災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)的特點是：設(shè)備功能一體化、硬件采集低功耗、危險工況全覆蓋、管理流程全到位、報警及時不漏報、誤報情況不發(fā)生、邊緣計算高效率、無線組網(wǎng)更科學(xué)、報警手段更多樣、監(jiān)測系統(tǒng)長壽命、安裝運維更簡單。
橋梁隧道邊坡災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)除了完成高速路長大橋梁、邊坡、隧道的監(jiān)測，還涵蓋整個高速路網(wǎng)、市政路網(wǎng)的所有危險區(qū)域、危險路段和危險結(jié)構(gòu)。橋梁隧道邊坡災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)可支持有人或無人值守模式，支持有關(guān)部門人員定期檢測功能。使得橋梁隧道邊坡災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)長期處于有效警戒狀態(tài)。
橋梁隧道邊坡災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)關(guān)乎生命財產(chǎn)安全，需要系統(tǒng)設(shè)計更科學(xué)實用、系統(tǒng)集成更專業(yè)、設(shè)備選型更嚴(yán)格、實施人員更專業(yè)、數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確有效、數(shù)據(jù)分析高水平、運維工作更嚴(yán)謹(jǐn)。如果在項目建設(shè)中存在諸多瑕疵，那么會產(chǎn)生報警不準(zhǔn)確、不及時甚至根本報不出警的嚴(yán)重問題。報警及時準(zhǔn)確，是對災(zāi)害監(jiān)測報警體系的嚴(yán)格考核。
二. 災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)構(gòu)架簡述
我們提出問題，目的是要更好的解決。明確了橋梁隧道邊坡災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)建設(shè)的必要性、范圍、原則，那么具體要怎么建設(shè)呢？能否實現(xiàn)橋梁、隧道、邊坡災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)的統(tǒng)一理念設(shè)計呢？我們的答案是肯定的！以下是橋梁隧道邊坡災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：
由以上三個系統(tǒng)圖可知，橋梁、隧道、邊坡三種場景災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)高度一致，監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的核心是報警網(wǎng)關(guān)。報警網(wǎng)關(guān)相對于報警外圍設(shè)備和無線采集儀而言是星型結(jié)構(gòu)的中心。它處理項目現(xiàn)場的所有靜態(tài)數(shù)據(jù)、動態(tài)數(shù)據(jù)、視頻抓拍、視頻轉(zhuǎn)發(fā)以及報警數(shù)據(jù)，并與云平臺保證實時通訊連接。經(jīng)過采集儀、報警網(wǎng)關(guān)兩層邊緣計算后，報警網(wǎng)關(guān)生成報警策略，并驅(qū)動報警外設(shè)執(zhí)行報警聯(lián)動行為。
該系統(tǒng)設(shè)計功能十分強大，系統(tǒng)既適應(yīng)原有長大橋梁健康監(jiān)測體系，又適合現(xiàn)有橋梁群、隧道群、邊坡群災(zāi)害監(jiān)測報警體系。另外該系統(tǒng)在設(shè)計時充分考慮了系統(tǒng)的擴充能力、供電系統(tǒng)的多樣性、符合行業(yè)特點的報警緩沖能力，更加完善了報警機制的測試、遠程管理、人工參與減少誤報、網(wǎng)格員日常有效運維、報警期間現(xiàn)場應(yīng)急管理等諸多細(xì)節(jié)。
另外值得肯定是的，基于災(zāi)害報警系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃理念，我們實現(xiàn)了橋梁邊坡隧道災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)一致性。在統(tǒng)一的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下，更換不同監(jiān)測場景的專業(yè)傳感器，就可以實現(xiàn)橋、隧、路、邊坡專業(yè)的災(zāi)害監(jiān)測報警體系建設(shè)。這種設(shè)計理念，是我們團隊多年的技術(shù)積累和項目實踐的優(yōu)秀成果。
該系統(tǒng)設(shè)計功能十分強大，系統(tǒng)既適應(yīng)原有長大橋梁健康監(jiān)測體系，又適合現(xiàn)有橋梁群、隧道群、邊坡群災(zāi)害監(jiān)測報警體系。另外該系統(tǒng)在設(shè)計時充分考慮了系統(tǒng)的擴充能力、供電系統(tǒng)的多樣性、符合行業(yè)特點的報警緩沖能力，更加完善了報警機制的測試、遠程管理、人工參與減少誤報、網(wǎng)格員日常有效運維、報警期間現(xiàn)場應(yīng)急管理等諸多細(xì)節(jié)。
另外值得肯定是的，基于災(zāi)害報警系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)劃理念，我們實現(xiàn)了橋梁邊坡隧道災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)一致性。在統(tǒng)一的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下，更換不同監(jiān)測場景的專業(yè)傳感器，就可以實現(xiàn)橋、隧、路、邊坡專業(yè)的災(zāi)害監(jiān)測報警體系建設(shè)。這種設(shè)計理念，是我們團隊多年的技術(shù)積累和項目實踐的優(yōu)秀成果。
三. 系統(tǒng)功能
橋梁隧道邊坡災(zāi)害監(jiān)測報警系統(tǒng)構(gòu)建了一個低功耗、低成本、快速安裝、高效報警的智能監(jiān)測體系。
五大目標(biāo)：
五大目標(biāo)：
| 精指標(biāo) | 精準(zhǔn)采集數(shù)據(jù)，達到高精度監(jiān)測要求，為決策提供可靠依據(jù) |
| 低成本 | 降低設(shè)備采購與部署成本，實現(xiàn)技術(shù)普惠，推動行業(yè)更廣泛應(yīng)用。 |
| 快安裝 | 優(yōu)化安裝流程，快速完成部署，縮短施工周期，為應(yīng)急場景提供支持。 |
| 便維護 | 提供遠程監(jiān)控、自動診斷功能，大幅減少長期運維成本與人工投入。 |
| 重報警 | 構(gòu)建可靠的多級報警機制，實現(xiàn)不漏報、不誤報，確保危險警情能夠第一時間被發(fā)現(xiàn)并處理。 |
特點：
1. 一體化傳感器
災(zāi)害監(jiān)測報警體系突破傳統(tǒng)單一傳感器模式，采用MEMS傳感器，將振動、傾角、位移多種監(jiān)測功能整合于一體，極大減少硬件數(shù)量，同時提升整體性能。
2. 高兼容性，適應(yīng)多場景需求
支持與傳統(tǒng)傳感器兼容，系統(tǒng)可實現(xiàn)分布式或一體化部署，靈活適配不同監(jiān)測場景，滿足多樣化需求。
3. 超低功耗與持久續(xù)航
在休眠模式下，設(shè)備功耗低至微安級別，內(nèi)置電池可續(xù)航5年，無需頻繁更換電池，適應(yīng)長期監(jiān)測場景。
4. 智能無線組網(wǎng)，實時傳輸數(shù)據(jù)
通過LoRa無線自組網(wǎng)技術(shù)，無線采集儀與網(wǎng)關(guān)通信距離可達3公里，適應(yīng)復(fù)雜地形。
5. 數(shù)據(jù)采集頻率可靈活設(shè)置
系統(tǒng)支持1Hz靜態(tài)數(shù)據(jù)采集及50Hz動態(tài)數(shù)據(jù)采集，同時滿足各種邊坡隧道或者長大橋梁與中小跨徑橋梁的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集要求。
系統(tǒng)硬件主要包括傳感器，無線采集儀，無線網(wǎng)關(guān)，報警裝置，太陽能供電系統(tǒng)等。無線采集儀通過LoRa信號將傳感器數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)解析后通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至云平臺。在發(fā)生異常報警時，無線采集儀會首先進行閾值判斷。如果監(jiān)測數(shù)據(jù)超出設(shè)定閾值，采集儀會將報警數(shù)據(jù)和狀態(tài)同時傳輸至網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)接收到多個采集儀的數(shù)據(jù)后綜合判定報警等級，并本地觸發(fā)語音、文字、警號、閃燈、短信、電話報警，同時網(wǎng)關(guān)也將現(xiàn)場數(shù)據(jù)和報警狀態(tài)通過4G網(wǎng)絡(luò)上傳至云平臺。
1. 一體化傳感器
災(zāi)害監(jiān)測報警體系突破傳統(tǒng)單一傳感器模式，采用MEMS傳感器，將振動、傾角、位移多種監(jiān)測功能整合于一體，極大減少硬件數(shù)量，同時提升整體性能。
2. 高兼容性，適應(yīng)多場景需求
支持與傳統(tǒng)傳感器兼容，系統(tǒng)可實現(xiàn)分布式或一體化部署，靈活適配不同監(jiān)測場景，滿足多樣化需求。
3. 超低功耗與持久續(xù)航
在休眠模式下，設(shè)備功耗低至微安級別，內(nèi)置電池可續(xù)航5年，無需頻繁更換電池，適應(yīng)長期監(jiān)測場景。
4. 智能無線組網(wǎng)，實時傳輸數(shù)據(jù)
通過LoRa無線自組網(wǎng)技術(shù)，無線采集儀與網(wǎng)關(guān)通信距離可達3公里，適應(yīng)復(fù)雜地形。
5. 數(shù)據(jù)采集頻率可靈活設(shè)置
系統(tǒng)支持1Hz靜態(tài)數(shù)據(jù)采集及50Hz動態(tài)數(shù)據(jù)采集，同時滿足各種邊坡隧道或者長大橋梁與中小跨徑橋梁的監(jiān)測數(shù)據(jù)采集要求。
系統(tǒng)硬件主要包括傳感器，無線采集儀，無線網(wǎng)關(guān)，報警裝置，太陽能供電系統(tǒng)等。無線采集儀通過LoRa信號將傳感器數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)解析后通過4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至云平臺。在發(fā)生異常報警時，無線采集儀會首先進行閾值判斷。如果監(jiān)測數(shù)據(jù)超出設(shè)定閾值，采集儀會將報警數(shù)據(jù)和狀態(tài)同時傳輸至網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)接收到多個采集儀的數(shù)據(jù)后綜合判定報警等級，并本地觸發(fā)語音、文字、警號、閃燈、短信、電話報警，同時網(wǎng)關(guān)也將現(xiàn)場數(shù)據(jù)和報警狀態(tài)通過4G網(wǎng)絡(luò)上傳至云平臺。
支持多種警情確認(rèn)聯(lián)動模式
支持報警外設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化定制
3.1. 核心產(chǎn)品功能與特點
低功耗一體化采集設(shè)備特點如下：
1、低功耗設(shè)計，鋰亞電池供電；
2、LoRa無線數(shù)據(jù)通信；
3、支持兩路RS485接口數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)發(fā)功能；
4、內(nèi)置傾角及加速度傳感器；
5、支持外部電池擴展接口
6、可本地設(shè)置多級報警門限（前三級平臺預(yù)警，四級以上災(zāi)害報警，聯(lián)動現(xiàn)場報警設(shè)備），根據(jù)預(yù)設(shè)門限和工作模式自主采集傳感器數(shù)據(jù)分析上報；
7、設(shè)備激活方式：網(wǎng)關(guān)喚醒、自動上線。
8、設(shè)備采用上位機軟件進行設(shè)置。
9、數(shù)據(jù)采集頻率可以設(shè)置，靜態(tài)數(shù)據(jù)1赫茲，動態(tài)數(shù)據(jù)50赫茲（有外部長期供電情況下）
10、具備人工確認(rèn)后啟動聯(lián)動報警功能。
低功耗無線數(shù)據(jù)采集工作模式 ：
1、低功耗接收模式：采集儀休眠后可周期性喚醒，只能接收指定網(wǎng)關(guān)發(fā)出的喚醒命令。采集儀根據(jù)命令協(xié)議，采集傳感器數(shù)據(jù)并上傳網(wǎng)關(guān)后，再次進入休眠模式。休眠模式下，采集儀耗電量為微安級；
2、定時喚醒采集發(fā)送模式：采集儀預(yù)設(shè)采集頻率，自主喚醒采集數(shù)據(jù)，并通過LoRa上傳至網(wǎng)關(guān)，完成后再次進入休眠模式；
3、門限判斷模式：采集儀預(yù)設(shè)采集頻率自主喚醒采集傳感器數(shù)據(jù)，采集儀判斷傳感器數(shù)據(jù)是否超限，若超限立即向網(wǎng)關(guān)上報實時數(shù)據(jù)，并發(fā)送報警信息，若數(shù)據(jù)未超限，采集儀將不會向網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)，采集完成后再次進入休眠模式，直到下次被喚醒；
報警網(wǎng)關(guān)功能 ：
1、支持LoRa無線數(shù)據(jù)采集通信；
2、實現(xiàn)遠程電話告警、本地麥克風(fēng)喊話告警；
3、本地預(yù)設(shè)報警門限、采集閾值聯(lián)動告警；
4、485數(shù)據(jù)采集功能；
5、本地實現(xiàn)預(yù)警抓拍聯(lián)動；
6、遠程通話廣播、一鍵報警；
7、實現(xiàn)遠程短信告警；
8、支持喇叭廣播告警；
9、支持外接太陽能或市電供電；
10、支持遠程控制，程序升級；
11、支持4G數(shù)據(jù)傳輸；
12、支持以太網(wǎng)接口數(shù)據(jù)傳輸；
13、支持遠程測試功能，支持現(xiàn)場測試/停止測試功能;
14、自身狀態(tài)上報云端功能;
無線網(wǎng)關(guān)工作模式 ：
1、LoRa無線喚醒模式：網(wǎng)關(guān)預(yù)設(shè)監(jiān)測頻率，向低功耗無線數(shù)據(jù)采集儀發(fā)送喚醒采集命令；
2、遠程控制模式：網(wǎng)關(guān)可通過云服務(wù)端控制程序，遠程控制網(wǎng)關(guān)工作狀態(tài)和報警設(shè)備工作；
3、虛擬傳感器模式：網(wǎng)關(guān)可根據(jù)采集儀上報的數(shù)據(jù)匯總虛擬出關(guān)聯(lián)傳感器做為報警閾值的判斷，減少誤報和漏報情況發(fā)送；
4、告警模式：網(wǎng)關(guān)可本地預(yù)設(shè)報警門限，根據(jù)預(yù)設(shè)工作模式做出相應(yīng)報警動作，并支持本地麥克風(fēng)喊話告警、遠程語音告警、短信告警等，支持多種報警方式發(fā)送，確保路上行車安全；
1、低功耗設(shè)計，鋰亞電池供電；
2、LoRa無線數(shù)據(jù)通信；
3、支持兩路RS485接口數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)發(fā)功能；
4、內(nèi)置傾角及加速度傳感器；
5、支持外部電池擴展接口
6、可本地設(shè)置多級報警門限（前三級平臺預(yù)警，四級以上災(zāi)害報警，聯(lián)動現(xiàn)場報警設(shè)備），根據(jù)預(yù)設(shè)門限和工作模式自主采集傳感器數(shù)據(jù)分析上報；
7、設(shè)備激活方式：網(wǎng)關(guān)喚醒、自動上線。
8、設(shè)備采用上位機軟件進行設(shè)置。
9、數(shù)據(jù)采集頻率可以設(shè)置，靜態(tài)數(shù)據(jù)1赫茲，動態(tài)數(shù)據(jù)50赫茲（有外部長期供電情況下）
10、具備人工確認(rèn)后啟動聯(lián)動報警功能。
低功耗無線數(shù)據(jù)采集工作模式 ：
1、低功耗接收模式：采集儀休眠后可周期性喚醒，只能接收指定網(wǎng)關(guān)發(fā)出的喚醒命令。采集儀根據(jù)命令協(xié)議，采集傳感器數(shù)據(jù)并上傳網(wǎng)關(guān)后，再次進入休眠模式。休眠模式下，采集儀耗電量為微安級；
2、定時喚醒采集發(fā)送模式：采集儀預(yù)設(shè)采集頻率，自主喚醒采集數(shù)據(jù)，并通過LoRa上傳至網(wǎng)關(guān)，完成后再次進入休眠模式；
3、門限判斷模式：采集儀預(yù)設(shè)采集頻率自主喚醒采集傳感器數(shù)據(jù)，采集儀判斷傳感器數(shù)據(jù)是否超限，若超限立即向網(wǎng)關(guān)上報實時數(shù)據(jù)，并發(fā)送報警信息，若數(shù)據(jù)未超限，采集儀將不會向網(wǎng)關(guān)發(fā)送數(shù)據(jù)，采集完成后再次進入休眠模式，直到下次被喚醒；
報警網(wǎng)關(guān)功能 ：
1、支持LoRa無線數(shù)據(jù)采集通信；
2、實現(xiàn)遠程電話告警、本地麥克風(fēng)喊話告警；
3、本地預(yù)設(shè)報警門限、采集閾值聯(lián)動告警；
4、485數(shù)據(jù)采集功能；
5、本地實現(xiàn)預(yù)警抓拍聯(lián)動；
6、遠程通話廣播、一鍵報警；
7、實現(xiàn)遠程短信告警；
8、支持喇叭廣播告警；
9、支持外接太陽能或市電供電；
10、支持遠程控制，程序升級；
11、支持4G數(shù)據(jù)傳輸；
12、支持以太網(wǎng)接口數(shù)據(jù)傳輸；
13、支持遠程測試功能，支持現(xiàn)場測試/停止測試功能;
14、自身狀態(tài)上報云端功能;
無線網(wǎng)關(guān)工作模式 ：
1、LoRa無線喚醒模式：網(wǎng)關(guān)預(yù)設(shè)監(jiān)測頻率，向低功耗無線數(shù)據(jù)采集儀發(fā)送喚醒采集命令；
2、遠程控制模式：網(wǎng)關(guān)可通過云服務(wù)端控制程序，遠程控制網(wǎng)關(guān)工作狀態(tài)和報警設(shè)備工作；
3、虛擬傳感器模式：網(wǎng)關(guān)可根據(jù)采集儀上報的數(shù)據(jù)匯總虛擬出關(guān)聯(lián)傳感器做為報警閾值的判斷，減少誤報和漏報情況發(fā)送；
4、告警模式：網(wǎng)關(guān)可本地預(yù)設(shè)報警門限，根據(jù)預(yù)設(shè)工作模式做出相應(yīng)報警動作，并支持本地麥克風(fēng)喊話告警、遠程語音告警、短信告警等，支持多種報警方式發(fā)送，確保路上行車安全；
