基于ThingsPanel的桥梁监测方案
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问题与需求分析
一、为什么要做桥梁安全监测？
1.1 当前桥梁存在的安全风险
从现场图片可以明显看到：
● 桥墩基础严重冲刷：河水长期冲刷导致桥墩基础大面积裸露
● 混凝土结构劣化：桥墩表面出现风化、剥落，结构强度下降
● 基础稳定性隐患：基础冲刷可能导致桥墩倾斜甚至倒塌
潜在的严重后果：
● 桥梁突然垮塌，造成重大人员伤亡和财产损失
● 交通中断，影响区域经济发展和民生出行
● 政府部门承担巨大的安全责任和经济赔偿
1.2 传统人工巡检的局限性
● 检查频率低：一般每月或季度检查一次，无法及时发现快速变化的险情
● 检查盲区多：水下基础、隐蔽部位难以全面检查
● 主观性强：依靠经验判断，缺乏精确的量化数据
● 应急响应慢：发现问题到采取措施存在时间差，可能错过最佳处置时机
二、监测系统能解决什么问题？
2.1 预防重大安全事故
● 24小时实时监控：及时发现桥墩倾斜、基础冲刷加剧等危险信号
● 自动预警功能：超过安全阈值立即报警，为应急处置争取宝贵时间
● 数据支撑决策：基于客观数据判断是否需要封桥，避免主观误判
2.2 降低运维成本
● 精准维护：基于监测数据制定维护计划，避免过度维护或维护不足
● 延长使用寿命：及时发现小问题并处理，避免小病变大病
● 优化资源配置：合理安排维护资金和人力资源
2.3 提升管理水平
● 科学化管理：从经验管理转向数据化、智能化管理
● 责任可追溯：完整的监测记录为责任认定提供依据
● 辅助决策：为桥梁改造、加固提供科学依据
2.4 保障社会稳定
● 公众信心：透明的监测数据增强公众对桥梁安全的信心
● 避免恐慌：科学的监测和预警避免因传言导致的社会恐慌
● 政府形象：体现政府对民生安全的重视和管理水平
三、业务需求定义
3.1 核心业务目标
主要目标：确保桥梁安全运行，零重大安全事故
● 实时监控桥梁关键安全指标
● 险情早发现、早预警、早处置
● 为应急决策提供科学依据
次要目标：优化桥梁运维管理
● 降低运维成本15-30%
● 延长桥梁使用寿命5-10年
● 提升管理效率和科学化水平
3.2 关键业务场景
场景一：汛期安全保障
● 业务需求：汛期水位上涨、流速加快时，需要密切监控基础冲刷情况
● 解决方案：水位流速实时监测 + 冲刷深度预警 + 自动报警
场景二：日常安全监控
● 业务需求：日常运行中及时发现结构异常变化
● 解决方案：倾斜、位移、裂缝连续监测 + 趋势分析 + 异常报警
场景三：应急决策支持
● 业务需求：发现险情时快速判断是否需要封桥
● 解决方案：多参数综合评估 + 分级预警 + 决策建议
场景四：维护计划制定
● 业务需求：基于桥梁实际状况制定科学的维护计划
● 解决方案：历史数据分析 + 劣化趋势预测 + 维护建议
3.3 用户角色与需求
| 用户角色 | 主要关注点 | 核心需求 |
| 交通管理部门 | 通行安全 | 实时安全状态、封桥决策支持 |
| 桥梁运维单位 | 维护效率 | 故障预警、维护计划、成本控制 |
| 应急管理部门 | 风险防控 | 风险评估、应急预案、快速响应 |
| 政府领导 | 整体安全 | 安全态势、重大风险、责任落实 |
解决方案
一、监测系统总体架构
二、监测内容
关键监测内容
桥墩安全监测（最关键）
冲刷监测
● 监测内容：桥墩周围河床冲刷深度、范围
● 技术方案：超声波探深仪 组合式高低超声波测深仪
● 预警阈值：冲刷深度超过基础埋深的30%（黄警）、50%（橙警）、70%（红警）
倾斜监测
● 监测内容：桥墩垂直度变化、倾斜角度
● 技术方案：高精度MEMS倾角传感器
● 预警阈值：倾斜角度超过0.3°（黄警）、0.5°（橙警）、1.0°（红警）
裂缝监测
● 监测内容：混凝土裂缝宽度、长度变化
● 技术方案：裂缝计 + 高清摄像头
● 预警阈值：裂缝扩展速度超过0.1mm/天
桥梁结构监测
变形监测
● 监测内容：桥梁挠度、支座位移
● 技术方案：激光位移传感器 + GPS定位
● 预警阈值：挠度超过设计值的L/300（黄警）、L/250（红警）
应力应变监测
● 监测内容：主梁关键截面应力状态
● 技术方案：光纤光栅应变传感器
● 预警阈值：应力超过设计允许值的80%
环境监测
水文监测
● 监测内容：水位、流速、流向变化
● 技术方案：雷达水位计 + 多普勒流速仪
● 预警阈值：水位超过警戒水位、流速超过5m/s
气象监测
● 监测内容：降雨量、风速、温度
● 技术方案：自动气象站
● 预警阈值：24小时降雨量超过100mm
三、硬件方案
硬件方案采用山东柏峰电子科技有限公司BF-BD100D型纯北斗高精度接机，并已经实现和ThingsPanel对接
| 设备名称 | 参数 |
| GNSS测点 | 1、测量精度：水平位移：±2.5mm+0.5ppm高程位移：±5mm+0.5ppm 2、采样间隔：0s～24h。 3、上传间隔：0s～72h。 4、通信方式：支持移动通信、低功率广域网、卫星通信。 5、电源特性：功耗≤3W，蓄电池≥20小时供电； 6、扩展功能：支持外接RS485传感器和定时唤醒； 7、防护等级：IP68 8、内置一体化倾角测量 量程：0~90° 精度：±0.001/±0.005/±0.01可选 8、供电系统(太阳能板、蕾电池、含控制器等配件) 含60W太阳能板,38AH电池、充电控制器安装支架等 |
| GNSS基点 | 1、测量精度：水平位移：±2.5mm+0.5ppm高程位移：±5mm+0.5ppm 2、采样间隔：0s～24h。 3、上传间隔：0s～72h。 4、通信方式：支持移动通信、低功率广域网、卫星通信。 5、电源特性：功耗≤3W，蓄电池≥20小时供电； 6、扩展功能：支持外接RS485传感器和定时唤醒； 7、防护等级：IP68 8、供电系统(太阳能板、蕾电池、含控制器等配件) 含60W太阳能板,38AH电池、充电控制器安装支架等 9、支撑系统，高度2000mm，直径≥114mm。带避雷针 |
| 测缝计 | 采用振弦式仪器。用于测量混凝土构件之间伸缩缝的开合度。其主要技术参数为：量程0~50mm， 精度±0.1％F·S，灵敏度0.025％F·S，温度范围-20℃～60℃。两端带安装角码。 |
| MCU主机 | 通道数量：8；1)精度：标准模拟量：电流：0.05%S:振弦式：频率：0.1HZ;温度：0.5℃。2)分辨率：标准模拟量：电流：0.5μA:振弦式：频率：士0.01Z:温度：0.1℃：每通道浏量时间：3秒：时钟精度：+1分钟/月；通讯方式：RS485，可扩展232/GPRS/RJ45;环境温度：-20℃+60℃ |
| 气象水文流量站 | 1、一体化风速、风向、温度、湿度、气压、雨量气象仪 风速范围：0~40m/s，精度：±0.5+2%FS（60%RH,25℃） 风向范围：0~359°，精度：±3°（60%RH,25℃） 雨量范围：4mm/min，分辨率：标准0.1mm，精度：±5% 温度范围：-40℃~+80℃，分辨率：≤0.1℃/y，精度：±0.5℃（25℃） 湿度范围：0%RH~99%RH，分辨率：≤1%/y，精度：±3%RH(60%RH,25℃) 大气压力范围：0~120kPa，分辨率：-0.1kPa/y ，精度：±0.15Kpa@25℃ 101kPa 2、流速流量仪 供电：DC 10-30V 最大功耗：1.3W 变送器元件耐温及湿度：-40℃~+80℃，0%RH~95%RH （非结露） 测速发射频率：24.00~24.25GHz 测速范围：0.1 ~20m/s 测速精度：±2% 速度分辨率：0.01m/s 测距发射频率：76GHz~81GHz 测距范围：0.1 ~ 65m（仅测量水位时最大量程） 测距精度：±1mm 测距分辨率：1mm 使用高度：0~20m 3、配套采集器。 4、支撑系统，114直径立杆，横臂1.5米。 5、供电系统(太阳能板、蕾电池、含控制器等配件) 含400W太阳能板,200AH电池、充电控制器安装支架等，可同时供摄像头。 |
方案概述
本项目结合ThingsPanel的系统优势，整合山东柏峰电子在北斗高精度桥梁监测技术，针对桥梁安全提供了整套软硬件解决方案，该方案技术先进、施工快速，已经获得了广大客户的认可。可用于汛期安全保障、日常安全监控、应急决策支持、特殊环境监测，保障人民生命安全，减少运维管理成本。
针对需求
- 安全风险高：桥墩基础冲刷严重，混凝土结构劣化，存在垮塌风险
- 传统巡检局限：检查频率低、盲区多、主观性强、应急响应慢
- 管理方式落后：缺乏科学数据支撑，难以精准判断风险等级
- 维护成本高：盲目维护或维护不足，资源配置不合理
应用场景
- 桥梁监测
- 边坡监测
- 基坑监测
案例
宁夏贺兰山东麓防洪工程园林场拦洪库
河北安里屯，泵站
河南周口，沙颍河周口闸
产品图片
设备由山东柏峰电子科技有限公司提供，并已经实现和ThingsPanel对接
设备截图
软件截图
方案优势
1. 一站式解决方案
- 完整硬件组合：高效光伏板、智能控制器、长寿命蓄电池、坚固立杆
- 模块化设计，安装简单快捷
- 大幅降低施工成本和时间
2. 施工快速
- 硬件使用Modbus标准协议，可直接与ThingsPanel对接
- 速度快，成本低
3. 高适应性
- 适用于高温、低温、潮湿、沙尘等恶劣环境
- 灵活配置功率输出
- 兼容市面主流传感器、网关及物联网设备
核心技术
1. 核心设备
● BF-BD100D系列纯北斗高精度接收机由山东柏峰电子科技有限公司自主研发，该产品支持单北斗卫星定位导航系统，具有高精度、低功耗、稳定可靠的 显著特点，静态平面精度： ±(2.0+0.5×10-6 ×D) mm ，高程精度：±(3.5+0.5×10-6 ×D) mm ，主要适用于地质灾害、岩土工程、建筑工程、交通 、水利、市政等领 域绝对位移监测场景。
● BF-VWD-J 型振弦式表面测缝计，适用于长期布设在混凝土结构物或其它材料结构物内及 表面，测量结构物伸缩缝或周边缝的开合度(位移)，同步测量埋设点的温度值。
2. 软件平台ThingsPanel物联网平台
● 作用：具有广泛的设备协议兼容能力，方案的快速实现能力，可以支持桥梁监测传感器、摄像头、以及其他各类传感器接入。
● 应用场景及效果：全场景、全行业、全协议支持，增加新增协议成本低速度快，兼容好
● 好处：容易学习、实施、开发和部署。
标准配置
● 水平位移
● 高程位移
● 裂缝监测
● 风向、温度、湿度、气压、雨量
● 流速测量
升级配置
● 倾斜监测：桥墩垂直度变化、倾斜角度
● 变形监测：桥梁挠度、支座位移
● 应力监测：主梁关键截面应力状态
● 冲刷监测：河床冲刷深度、范围
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