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全天候智慧“體檢” 24小時專職“診斷” ——交通基礎設施智慧監測解決方案

發布時間:2024-03-29 17:38:51

一、基礎設施智慧監測平臺

面向橋梁、隧道、道路、邊坡等基礎設施全壽命周期數智化管控開發的“基礎設施智慧監測平臺”,應用于山東、四川等六省份100余座重點交通基礎設施,覆蓋超過省內80%的長大橋梁,形成了沿黃跨海通道、京杭運河內河通道、京臺濟青干線等多個典型集群。在結構安全監測、施工期監測、智慧高速、養護科學決策方面得到廣泛應用。

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(一)“資源匯聚互聯互通”—大規模集群管理平臺

針對省域級、集團級大規?;A設施集群研發“智慧監測管控平臺”,通過智慧監測頂層設計,解決下屬管理運營單橋系統不統一、分散管理的難題,打通上下節點,形成主動監測、智能分析、科學預警和及時響應的工作閉環。承擔的交通廳“山東省省級公路長大橋梁結構健康監測平臺”建設,將山東省長大橋監測清單橋梁全部納入管理,成為單橋監測系統與部級平臺數據互通的關鍵傳輸樞紐,有利支撐全省公路橋梁服役性能基礎研究。

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(二)“區域設施一網統管”—區域網級智慧監測

針對地區、路域管養城市或高速基礎設施分散、養護應急處置響應時效低、決策難的難題,建立融合定期檢測信息、安全監測數據和日常管養建議的“一網統管”區域級集群監測平臺,實現區域內數據共享、聯動報警識別、服役性能跟蹤和重點區域特性分析。已在濟寧、東營等多地市城市管理單位和高速公路運管單位落地應用,為當地提供可持續的監測管養一體化服務。

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(三)“重點結構智能養護”—數字孿生智慧監測

基于“一橋(隧)一策”理念,融合結構物檢測、監測、養護歷史等多源數據,采用數字孿生、雷視融合、機器學習等技術,打造包含養護閉環管理、實時智能感知、車道級軸載譜統計等功能的系統平臺。覆蓋結構異常、環境風險、路網監控特定場景,融合網頁端、APP、短信、郵件多種報警手段,是橋隧工程師最智能的養護助手。成果已在多家高速運管單位落地應用,并在交通運輸部“數字化試點”考核中得到專家高度評價,助力山東高速集團2023年度橋梁國評取得全國第一的優異成績。

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二、智慧監測成套技術

公司致力于打造交通基礎設施智慧監測解決方案及工程技術一站式服務平臺,研發等多項行業領先的技術裝備,提供迭代可持續的高質量解決方案。

(一)智慧監測體系裝備

“火眼金睛”—視覺撓度監測裝備

自研基于圖像測量算法研發“視覺位移計”和“橋梁形變動態綜合測量技術”,為準確識別橋梁動態形變戴上火眼金睛,50Hz采樣下測量精度可達0.01mm。具備非接觸、適用場景廣、抗干擾強的特點,榮獲“測繪科學技術獎一等獎”,已在超過60余個項目中應用。新一代雙目視覺位移計已實現多采集端集成和更廣域的視野范圍,一臺終端可同時監測多項參數,在中小跨徑橋梁監測中具有極高應用價值。

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“聞風即動”—微變形監測雷達

研發用于橋梁動撓度監測的無線非接觸式、采傳一體的太赫茲毫米波雷達,具備高頻高精度、快速化部署等特點,進一步擴展結構性能評估方法,優化整體投入,被中國公路學會評價為國際領先水平。

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“天羅地網”—無線智能監測裝備

針對高墩傾斜、塔偏、纜索等關鍵結構位置偏、監測難的問題,采用無線智能重點超低功耗無線傳感和邊緣計算技術研發無線智能監測裝備,實現傳感終端模塊化、靈活組網,在特殊結構橋、臨時結構、施工期監控關鍵參數具有良好應用效果。

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(二)“空-天-地”立體監測

運用星載InSAR、無人機、高精度北斗定位、三維激光掃描等監測手段構建基于“空-天-地”的多元立體監測預警體系,研發橋隧長期性能演變監測分析、邊坡滑塌災害實時監測預警決策網絡系統平臺,建立了以橋隧結構、滑坡變形過程規律為預警指標的過程預警模型,顯著提升基礎設施災害監測預警能力。

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(三)巡檢管控自動化裝備

針對公路隧道、地鐵、橋梁箱梁等密閉空間風險高、日常巡查和病害核查難度大的問題,研發自動化巡檢體系裝備,采用高精度定位、機器視覺、病害識別等技術,可對密閉空間任意位置風險事件、可疑病害巡查上報,實現結構安全狀態全天候自動化感知,顯著提升養護檢查效率,保障橋隧安全運行。作為省內首臺隧道巡檢機器人在蟠龍隧道投入使用。

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(四)決策分析應用模型

以實際管養需求為導向,研發應對各類結構評估問題的成套分析應用模型,包括應用于大跨懸索橋渦振的識別算法、應用于大跨徑橋梁頻率的提取算法、應用于橋梁加固效果評估的撓度提取方法、橋梁中性軸識別及梁橋橫向連接性能評估方法等一系列輔助決策的分析算法,集成應用于監測平臺,為運管單位提供持續的數據分析支持和決策依據,優化養護投入分配。

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三、數智養護場景解決方案

公司聚焦“交通基礎設施智能化”領域,以基礎設施數字化為載體,開展智能感知、智能建造、科學決策與智慧管養、智慧交通科研創新與應用,重點解決基礎設施建管養期間的重大或關鍵結構風險監測與評估、安全運營和科學決策難題。結合大數據平臺和面向不同場景的監測裝備及技術,形成針對不同類型交通基礎設施的體系化監測解決方案。

(一)特大及特殊結構橋梁安全監測

針對運營期特大及特殊結構橋梁,構建基于全參數的體系化安全監測與預警解決方案,基于實時監測、日常巡檢和定檢數據的融合挖掘,實現運營狀態安全評價、精準評估、突發事件快速決策和科學的預防性養護決策。如在平原5.5級地震發生時,運維團隊2小時內完成省內近40座特大橋“結構振動”、“撓度”等關鍵參數評價,快速出具分析報告,輔助運管單位應急決策,保障橋梁暢通。在橋梁長期性能評價和地震、臺風、車輛撞擊、火燒橋等突發事件保障中發揮重要作用。

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(二)中小跨徑橋梁輕量化移動化監測

針對中小跨徑橋梁數量多、分布廣和成本限制的問題,通過輕量化、移動化、分布式監測技術和裝備,以少量設備在區域內不同橋梁結構輪轉監測,實現最大化力學性能指標評價覆蓋,掃除區域內監測盲點和空白;將“建設-管理-服務”的傳統監測模式,轉變成以監測數據分析服務為主、針對區域橋梁整體性能評價的短期動態監測和輕量長期監測模式,優化養護投入,為用戶提供持續、低成本的監測服務鏈條。在中小跨徑橋群性能評估、監檢測數據融合分析、單板受力病害診治預防及臨時重點結構安全評價方面具備豐富解決經驗。

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(三)施工期自動化與全壽命跟蹤監測

對施工期、運營期橋梁進行全方位監測,輔助各施工階段有序開展,掌握施工進度及施工質量,為運營期橋梁安全評估、應急事件處理及養護、維修、加固提供決策建議,并進一步反饋、優化橋梁設計,評估設計準確性和驗證理論模型,形成橋梁全壽命周期跟蹤監測閉環,提高橋梁結構安全性、延長使用壽命、降低維修成本。在沾臨黃河特大橋等特大橋梁監控和跟蹤監測中取得良好應用效果。

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(四)重載交通下橋梁風險監測與評估

基于大件運輸等重載車輛通行前、通行中和通行后監測數據及通行橋梁檢測情況進行損傷評估分析,為大件運輸車輛通行管理和橋梁養護工作提供技術支持,形成“評估-通行(加固)-評估”的重載車輛橋梁管控閉環體系。歸納形成的獨柱墩橋梁通行風險監測方案,被寫入山東省政府《關于加強大件運輸管理確保橋梁安全運營的工作方案》,已在全國40余座橋梁中推廣應用。

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(五)加固橋梁性能演變跟蹤

搭建模塊化、低功耗、自組網的監測體系,對臨時結構、搶險或加固橋梁快速化監測,深入分析病害成因,指導制定可靠的維修保養或加固方案;基于自主開發的集成橫向分布系數等算法的邊緣計算芯片,實現結構安全性能和關鍵指標的加固效果后評估,持續跟蹤并歸納總結同類橋梁性能演變規律,加強重點環節預防。下圖為對跨京九鐵路某高速加固橋梁開展的監測效果評價。

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(六)日常管養應急管控

橋梁防撞預警—利用邊緣計算、聯動觸發結合自研網關、智能終端、邊界雷達等設備,毫秒級捕捉跨線橋撞擊、橋墩撞擊等特殊情況,通過短信、App、郵件等多種方式實時反饋管養人員,快速響應,及時處置。圖示為2024年1月青蘭高速某處跨線橋梁防撞監測捕捉到某超限車輛撞擊橋梁事件,報警系統同步報警管養單位,成功協助完成核查處置并定位肇事車輛追責。

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航道船舶監控—同時,利用激光雷達、監測設備、航道燈提供通航橋梁船舶超高、偏航實時監測預警和夜晚通航指引,實現航道防撞主動監控,化解可能存在的船舶碰撞橋梁風險,主動保障橋梁和船舶的安全。相關技術已在岷江、京杭運河多處航道橋梁中取得優良應用效果。

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荷載通行狀態與風險事件識別—通過雷達和視頻融合感知,實現對橋梁或隧道區域車輛等移動荷載行駛狀態、交通事件、通行流量等綜合監測,為管養單位提供下轄基礎設施立體、全面、一站式的監測手段。通過智能分析算法及熱成像檢測手段,進行“行人”、“重點車輛”、“非法侵占”、“交通事故”、“火災”等特殊事件實時識別報警,綜合提升數字化養護管理水平。

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(七)隧道安全監測與智慧運營

分別選取施工期、運營期隧道典型斷面,對襯砌受力、變形等關鍵指標建立隧道長期性能監測系統,結合自主研發的隧道巡檢機器人,實現對隧道襯砌變形、受力、環境、病害等指標的實時監測,通過分析二襯背后受力、襯砌變形與襯砌應變等指標的時空演變規律,預測相關指標后續的演化趨勢,研發隧道性能衰退演化預測模型,實現對隧道服役性能的準確、有效預測與評估,為隧道維修養護與管理決策提供數據支撐,確保隧道安全運營。

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(八)邊坡結構安全監測

依托典型山區高速公路,通過布設GNSS監測站、智能裂縫監測儀、壓電式雨量監測站等設備,集成各類監測信息,構建了基于雨量信息的高速公路沿線邊坡分區分級提示性預警模型、切線角位移過程預警模型與降雨閾值預警模型,建立了基于變形的單體高大邊坡監測預警技術和邊坡變形實時反分析模擬系統,構建了山區高速公路高大邊坡滑塌實時監測預警決策系統網絡平臺,并在樂宜高速、樂自高速、雞石高速和通建高速高邊坡開展應用示范,變形監測精度到毫米級別,可有效判識邊坡微小變形和整體變形趨勢,通過長期性能監測,可實現高速公路高大邊坡滑塌的有效預警,提升地質災害監測預警能力。圖示為四川樂宜高速、云南通建高速邊坡監測效果。

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(九)路面、橋隧長期性能觀測

公司承擔了交通運輸部公路路基路面長期性能科學觀測網第一批試點項目和山東省交通運輸基礎設施長期性能科學觀測網第二批試點項目,開展路基路面和橋隧長期性能研究,探索基礎設施性能衰變規律,目前已完成全部試點建設,正在持續采集數據,建設成果得到交通部專家高度認可。圖示為省內沾臨高速長期性能觀測點現場。

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四、應用成效

目前,交通基礎設施智慧監測全流程技術方案已應用到全國六省100余座重點基礎設施,累計采集數據超500T,日常監測管理超過13000套智能終端設備,已成為山東省內規模最大的集群化監測平臺。推廣應用到東營、青島國家城市安全風險預警平臺試點建設,并在京臺南、濟青智慧高速中得到推廣應用;同時為“國家新型城市基礎設施建設試點”和“城市基礎設施安全運行監測試點”雙試點“濟寧市市直橋梁監測項目”提供全流程解決方案,創下省內城市特殊結構橋梁集群監測規模之最。移動化監測模塊成功申報交通運輸部《在役干線公路基礎設施與安全應急數字化試點工作》;編制《智慧高速公路建設指南》、《橋梁智慧健康監測技術標準》多項技術標準;相關技術方案獲評山東省優秀大數據應用案例、檢驗檢測促進經濟社會創新發展優秀案例和山東省第五屆數據應用創新創業大賽二等獎等榮譽。

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公司擁有一支全研究生學歷、60余人的支撐團隊,人員涵蓋橋梁、機電、測繪、大數據分析等10余個學科,具備穩定的現場施工、設備運維、軟件開發、數據分析能力和豐富的設計實施經驗,在2022-2023年先后承擔交通運輸部長大橋梁健康監測實施清單中山東、四川兩地共15座長大橋監測系統設計與實施工作,得到主管部門高度認可。為建設單位、運管單位提供高價值可持續的技術支撐,因地制宜助力基礎設施建管養全生命周期管控提質增效。

基礎設施智慧監測作為集團“工程醫院”“檢測—診斷—修復—搶險”綜合服務體系重要組成部分,將繼續通過重點攻關和創新深入推進檢監測技術發展,不斷挖掘監測數據價值,為提升基礎設施全壽命管養水平持續貢獻力量。