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国外开发带GPS定位和三轴加速度传感器的大桥监测系统

最近几年,国内大桥垮塌事故不少,开车在这些每天经历风吹雨淋的钢筋混凝土上面,该怎么知道它们到底安不安全呢?半年前,欧洲宇航局(ESA)说他们解决了这个问题。欧洲宇航局和英国诺丁汉大学合作,利用导航卫星加上GPS模块、GNSS模块等定位设备构成的地面定位传感器,研发了一套可以实时监测桥梁安全的GeoSHM系统。

 

桥上传感器的位置和工作原理,图片来自ESA。


如今,中国中铁公司打算把这套系统引进国内。而据《国际建筑评论》的报道,在这之前,中铁承建的几座长江大桥就已经用上了这套系统,欧洲宇航局还给出了这些大桥存在的问题和具体诊断。

事实上,这套系统就像是一个给桥梁、建筑物用的GPS定位系统。在大桥的几个关键位置装上结构健康监控(SHM)传感器,例如GPS模块、GNSS模块,及三轴加速度传感器等,用低轨道上的导航卫星和它们连接,就能实时监测大桥的位移、形变数据了。更重要的是,这些数据不仅实时,而且精度能达到1厘米。

如果GeoSHM系统发现一座大桥变形严重,它还能调用地球观测卫星拍摄的周边地质图,分析大桥附近的土壤条件、水土流失情况。

比如欧洲宇航局曾观察过的武汉长江大桥以及上海长江隧桥,系统发现两座桥下沉现象严重,并诊断出了这种现象的根源:地下施工以及地下水开采。

除此之外,在极端天气下,这套系统就更有用了,它能给出大风中桥梁到底会如何位移的精确数据。

 

整套GeoSHM系统的结构,图中可看到有GPS、GNSS模块传感器及三轴加速度传感器的应用。图片来自ESA。


据GeoSHM系统研发团队里的桥梁专家Barry Colford表示,这还是他第一次了解到一座大桥会在41米每秒的风速下,横向移动3.5米,垂直变形1.83米。

这让专家们在应对大风天气时,能根据准确数据来决定什么情况该封路。Barry Colford称,GeoSHM系统提供的数据能帮助他们在正确的时候,发出正确的警报。

此外,欧洲宇航局正在雄心勃勃地研究另一项交通信息管理系统,想监控所有道路、轨道交通设施的稳定性。不过这项计划还在可行性分析中。可以设想,也许过几年,某座桥某幢楼某条道到底安不安全、能不能走这些信息,在手机应用里都能一目了然了吧。

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