DB34∕T 3703.1-2020 长大桥梁养护指南 第1部分：结构安全监测系统布设指南(安徽省).pdf

ICS 93.040 CCS P 28 34 安徽省地方标准 DB34/T 3703.12020 长大桥梁养护指南 第 1 部分： 结构安全监测系统布设指南 Guide for the maintenance of long span bridges Part 1: Guide for the deployment of structural safety monitoring system 2020-11-27 发布 2020-12-27 实施安徽省市场监督管理局 发 布DB34/T 3703.12020 I 前言 本文件按照 GB/T 1.12020标准化工作导则 第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。 请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。 本文件由安徽省交通控股集团有限公司提出。 本文件由安徽省交通运输厅归口。 本文件起草单位：安徽省交通控股集团有限公司、苏交科集团股份有限公司。 本文件主要起草人：张尤平、曹威、张立奎、杨洋、张小丹、蒋家君、黄维树、蔡传勇、刘守苗、郑倩雯、张旭、周丞、李洁、李阿坦、张宇峰、徐一超、承宇、徐嵩。 DB34/T 3703.12020 1 长大桥梁养护指南 第 1 部分：结构安全监测系统布设指南 1 范围 本文件规定了长大桥梁安全监测系统的总体设计、监测内容、传感器子系统、数据采集与传输子系统、数据存储与处理子系统、数据预警与结构评估子系统的相关技术要求。 本文件适用于长大桥梁的结构安全监测系统，对于其他桥梁结构安全监测系统亦可参照使用。 2 规范性引用文件 下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。 其中， 注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 GB/T 21296（所有部分） 动态公路车辆自动衡器 GB/T 50132 工程结构设计通用符号标准 IEEE 802.3 信息技术 系统间的通信和信息交换 局域网和城域网 特殊要求 第3部分：载波检测多址存取 采用冲突检测(CSMA/CD)的存取方法和物理层规范 Ethernet (IEEE Computer Society) 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 安全监测系统 safety monitoring system 一种集传感、数据采集与传输、结构状态参数与损伤识别、性能评估与预测技术为一体的自动化、信息化监测系统，主要由传感器和采集仪器等硬件设备，以及数据分析和结构分析等软件系统构成。 3.2 长大桥梁 long span bridge 总长 1000 m 以上或单跨 150 m 以上的桥梁。 3.3 环境参数 environmental parameter 桥梁所在区域的自然环境参数，如风速风向、温度、湿度和降雨量等。 3.4 损伤识别 damage identification 利用结构的响应数据来分析结构物理参数的变化，进而识别结构的损伤的过程。 4 总体设计 4.1 一般规定 4.1.1 系统应进行总体设计，宜与桥梁主体结构同步设计、同步施工、同步运行。 4.1.2 系统应实现数据自动化采集和传输，并具备数据在线显示和预警功能。 DB34/T 3703.12020 2 4.1.3 监测点宜布设在结构反应最不利处或已损伤处，并准确地反应结构的静、动力特性。 4.1.4 监测内容应合理利用结构的对称性原则，对测点布设方案进行优化。 4.1.5 系统设计应具有适度冗余，以确保其可靠性，并满足系统未来改进、扩充和升级的需要。 4.1.6 系统布设前应编制施工组织设计文件，在实施过程中落实各项安全保障、环保要求和措施。 4.1.7 现场设备安装及线缆布设工艺应符合下列规定： a) 应采取措施避免线缆受接触不良、电磁干扰等，不影响传感器、采集设备及通讯设备的关键性能技术指标； b) 应采取措施防锈蚀、防老化和防人为破坏，并做好防雷、防盗等安全措施； c) 设备安装及线缆布设工艺应整洁规范，不影响桥梁外观； d) 系统实施不应造成对桥梁结构及其附属设施的破坏，不影响其正常使用功能。 4.2 系统架构 4.2.1 系统宜采用 B/S 架构，宜与桥梁巡检和养护管理系统相结合。 4.2.2 系统各功能模块之间应能相互独立，并通过系统集成为统一协调的整体。 4.2.3 系统应能实现桥梁监测信息的归档、查询、存储、管理和评估等功能。 5 监测内容 5.1 一般规定 桥梁安全监测系统所监测的内容可以分为下述两类： a) 荷载与环境类：包括车辆荷载、地震、船舶撞击、风速风向、温度、湿度和降雨量等； b) 结构响应类：包括振动、变形、位移、应变、裂缝、索力、腐蚀和疲劳等。 5.2 监测内容 5.2.1 梁桥监测内容按表 1 合理选择。 表1 梁桥监测内容 监测类别 监测项目 监测位置 优先级 布设时间 应选 可选 施工期 运营期 荷载与 环境类 车辆荷载 桥面 地震 墩顶承台【a】 船舶撞击 桥墩、主梁 风速风向 桥面 温度 大气环境 桥面 混凝土表面 钢结构表面 湿度 大气环境 梁内【b】 降雨量 桥面 结构响应类 振动 桥墩、主梁 变形 主梁竖向 DB34/T 3703.12020 3 表 1（续）监测类别 监测项目 监测位置 优先级 布设时间 应选 可选 施工期 运营期 结构响应类 变形 主梁横向 墩顶 位移 梁端纵向 支座 应变 主梁断面、体内或体外预应力筋 裂缝 混凝土结构表面 腐蚀 钢筋腐蚀 疲劳 钢箱梁 注： a） 地震设防烈度不同，其优先级有所不同。随着地震设防烈度提升，其优先级提升；对于连续刚构桥或曲线梁桥，其优先级要适度提升； b) 对于钢桥或有除湿系统的桥梁，其优先级应提升为应选。 5.2.2 拱桥监测内容按表 2 合理选择。 表2 拱桥监测内容 监测类别 监测项目 监测位置 优先级 布设时间 应选 可选 施工期 运营期 荷载类 车辆荷载 桥面 地震 墩顶承台 船舶撞击 桥墩、主梁 环境类 风速风向 桥面 拱顶 温度 大气环境 桥面 拱圈 混凝土表面 钢结构表面 湿度 大气环境 梁内 降雨量 桥面 结构响应类 振动 桥墩、主梁 拱顶 变形 主梁竖向 主梁横向 拱顶偏位 拱脚移位 墩顶 位移 梁端纵向 支座 DB34/T 3703.12020 4 表 2（续）监测类别 监测项目 监测位置 优先级 布设时间 应选 可选 施工期 运营期 结构响应类 应变 主梁断面 主拱断面 裂缝 混凝土结构表面 索力 吊杆 系杆 腐蚀 钢筋腐蚀 疲劳 钢箱梁 5.2.3 斜拉桥监测内容按表 3 合理选择。 表3 斜拉桥监测内容 监测类别 监测项目 监测位置 优先级 布设时间 应选 可选 施工期 运营期 荷载类 车辆荷载 桥面 地震 墩顶承台 船舶撞击 桥墩、主梁 环境类 风速风向 桥面 塔顶 温度 大气环境 桥面 混凝土表面 钢结构表面 湿度 大气环境 梁内 塔内锚固区 降雨量 桥面 结构响应类 振动 主梁 桥墩 变形 主梁竖向 主梁横向 墩顶 塔顶偏位/倾角 位移 梁端纵向 支座 应变 主梁断面 体内体外预应力筋 裂缝 混凝土结构表面 索力 斜拉索 腐蚀 钢筋腐蚀 疲劳 斜拉索、钢箱梁 DB34/T 3703.12020 5 5.2.4 悬索桥监测内容按表 4 合理选择。 表4 悬索桥监测内容 监测类别 监测项目 监测位置 优先级 布设时间 应选 可选 施工期 运营期 荷载类 车辆荷载 桥面 地震 墩顶承台 船舶撞击 桥墩、主梁 环境类 风速风向 桥面 塔顶 温度 大气环境 桥面 混凝土表面 钢结构表面 湿度 大气环境 梁内 塔内锚固区 锚锭及索鞍内 降雨量 桥面 结构响应类 振动 主梁 桥墩 变形 主梁竖向 主梁横向 墩顶 主缆 塔顶偏位/倾角 位移 梁端纵向 锚碇 支座 应变 主梁断面 裂缝 混凝土结构表面 索力 吊杆 锚跨索股 腐蚀 钢筋腐蚀 疲劳 吊杆、钢箱梁 6 传感器子系统 6.1 一般规定 6.1.1 传感器子系统设计应包括传感器选型及监测位置选择、传感器性能参数和传感器布设。 6.1.2 传感器子系统可由荷载类、环境类和结构响应监测三类传感器组成，应能实现桥梁荷载数据、环境数据、结构各类响应数据的获取。 DB34/T 3703.12020 6 6.1.3 传感器分为埋入式和表贴式两类，其使用年限要求分别如下： a) 埋入式：预埋于结构内部，传感器及其附属设施（含预埋安装件）的正常使用年限应不低于20 年； b) 表贴式：附着安装在结构表面，传感器及其附属设施（含表贴式安装所需预埋件、及必要的检修平台和通道）的正常使用年限应不低于 5 年。 6.1.4 传感器安装前应校准或标定，系统运维过程中也应定期标定或自校。 6.2 传感器选型及测点选择 根据桥梁位置及结构特点，传感器类型及监测位置按表5 合理选择。 表5 传感器类型及测点选择 监测项目 传感器类型 监测位置 荷载类 车辆荷载 动态称重系统 （压电薄膜传感器、石英晶体传感器等） 主桥上下行路基段、引桥段 地震 加速度传感器 桥墩底部、承台顶部 船舶撞击 加速度传感器、位移计、高清视频摄像系统 桥墩、主梁底部 环境类 风速风向 超声风速仪、机械式风速仪 桥面、索塔塔顶、拱顶 温度 温度传感器 大气环境、结构表面 湿度 湿度传感器 大气环境、箱梁内、塔内锚固区、主缆、锚锭及索鞍内 降雨量 雨量计 桥面 结构响应类 振动 加速度传感器 主梁、拱顶、桥墩顶部、索塔塔顶、吊杆、斜拉索 变形 全球导航卫星系统（GNSS）、倾角仪、 液压连通管系统、位移计 主梁、墩顶、索塔塔顶、拱顶、 拱脚、主缆 位移 位移传感器 支座、伸缩缝、锚碇 应变 振弦式应变传感器、光纤光栅应变传感器、 焊接式电阻应变传感器 主梁截面、主拱截面、 体内或体外预应力筋 裂缝 光纤光栅式裂缝计、振弦式裂缝计、 导电涂料传感器 混凝土结构表面 索力 加速度传感器、磁通量传感器、锚索计 吊杆、斜拉索、主缆 （锚室内散索鞍后单根索股） 腐蚀 腐蚀传感器 钢结构、拉索、主缆及锚具 疲劳 应变传感器 斜拉索、钢箱梁、吊索 6.3 传感器性能参数要求 传感器性能参数要求如表6。 表6 传感器参数要求 性能参数 要求 量程 传感器被测量参数宜处在整个量程的 8090之内，且最大工作状态点不能超过满量程。 DB34/T 3703.12020 7 表 6（续）性能参数 要求 采样频率 应根据监测参数和传感器类型选择适当的采样频率，如在对结构加速度等动态反应监测时，传感器采样频率应为需监测到的结构最大频率的 2 倍以上，为了避免混频现象，采样频率宜为结构最大频率的 34 倍。 线性度 传感器应具有良好而稳定的线性度，在对结构位移及应变等反应进行监测时需要满足较高的线性度要求。 灵敏度 传感器应具有良好而稳定的灵敏度和信噪比。 分辨率 传感器应具有良好而稳定的分辨率，且不应低于所需监测参数的最小单位量级。 迟滞 传感器应具有满足监测要求且足够小的迟滞差值。 重复性 传感器应具有良好而稳定的重复性。 漂移 应严格控制传感器测量值的漂移，如漂移由温度等环境因素产生，应同时对环境因素进行监测。 供电方式 应根据实际情况和监测要求确定不同类型的供电形式，力求供电形式灵活。 使用环境 应根据结构实际的环境因素选择满足使用环境温度、湿度等要求的传感器。 寿命 应根据结构安全监测的时间或周期选择满足使用年限的传感器，并充分考虑置换方案和时间。 6.4 荷载类监测传感器布设要求 6.4.1 车辆荷载监测应符合下列规定： a) 宜采用动态称重设备监测， 传感器宜布设于有稳定支撑的混凝土铺装层内， 应覆盖所有车道； b) 车辆荷载设备宜采用不停车方式，动态称重系统传感器的设备宜采用不停车方式，动态称重传感器的设备技术参数和安装方法应符合 GB/T 21296（所有部分） 的相关规定； c) 量程应不小于限载车辆轴重的 200；应具备数据自动采集功能，现场存储能力不宜少于 14天。 6.4.2 地震监测应符合下列规定： a) 地震监测宜采用强震动记录仪或三向加速度传感器监测； b) 地震监测宜考虑地面运动的非一致性，在梁侧与桥墩底部各设一套传感器；对于连续长度大于 800 m 桥梁，宜考虑地面运动的非一致性，在梁侧与桥墩底部各设一套传感器。 6.4.3 船舶撞击荷载监测分为桥墩和主梁监测，桥墩监测宜采用加速度传感器监测，主梁监测宜采用拉绳式位移计监测，测点宜选择易受船舶撞击的位置。 6.5 环境类监测传感器布设要求 6.5.1 风速风向监测应采用三向超声风速仪或机械式风速仪，且应符合下列规定： a) 风速仪宜布设在桥面和塔顶，安装位置应使其能够监测自由场风速； b) 处于台风区域的桥梁，宜选择三向超声风速仪； c) 风速仪宜安装在专用钢结构支架上，支架应具有足够的刚度和强度，与桥体连接牢固，并满足抗风抗震要求；支架伸出桥梁箱梁主体结构上下翼缘两侧或伸出桥塔、拱顶宜不少于 2 m。特殊条件下，风速仪可以安装在桥梁辅助构件上，但应避免结构对风速仪测试数据的影响。 6.5.2 温度监测应符合下列规定： a) 温度监测宜选择热电偶温度传感器、热电阻温度传感器和光纤光栅温度传感器，每种类型的选择应依据监测构件、部位的特殊性以及应变传感器的选型等情况再确定； b) 温度传感器应布设在主梁跨中截面、桥塔、拱圈等关键构件，并根据截面温度梯度及结构体系整体升、降温和空间分布，通过有限元模拟或参考相关桥梁设计规范确定布设位置； DB34/T 3703.12020 8 c) 温度传感器的布设位置应避免太阳直射和传感器直接受力部位；温度传感器的布设位置宜与施工监控、应变温度补偿传感器共享；温度传感器的监测精度不宜低于0.2，测量分辨率不宜低于 0.1。 6.5.3 湿度监测应符合下列规定： a) 湿度传感器宜选择毛发湿度计、干湿球湿度计、氯化锂湿度计、电阻电容湿度计、电解湿度计，也可选择其他可靠的湿度计；应考虑监测构件、部位的特殊性后综合选择，且应固定在结构构件内外表面； b) 湿度传感器宜布设在结构内外湿度变化较大和对湿度敏感的构件内外部；对斜拉桥，宜在斜拉索的锚头、箱梁内外布设；对悬索桥，宜在箱梁内外布设； c) 湿度传感器范围宜选择 0-100RH；湿度监测精度不宜低于 3RH。 6.5.4 降雨量监测应符合下列规定： a) 降雨量监测可选用电容雨量计、红外散射式雨量计、单翻斗雨量计，应根据监测构件和部位具体情况和要求选定； b) 雨量计的布设位置宜布设在桥面处。 6.6 结构响应类监测传感器布设要求 6.6.1 加速度传感器布设应符合下列规定： a) 加速度监测传感器选型应符合下列要求： 1) 对于基频较低的长大桥梁结构振动监测，应选用低频动态频响较好的力平衡式或电容式加速度传感器； 2) 对于自振频率较高的中小跨度桥梁结构或斜拉索、吊杆、吊索等钢构件，宜选用力平衡式或电容式加速度传感器，亦可选用压电式加速度传感器； 3) 根据桥梁结构主要参与振动的振型，选择三向、双向或单向加速度传感器； 4) 加速度传感器应满足现场使用环境匹配性、耐久性和工作温度的要求。 b) 加速度传感器的布点设置应按照以下方法综合确定： 1) 桥梁结构振动加速度监测应依据桥梁结构动力计算结果，考虑振型的特点以及所需要监测的振型数量综合确定； 2) 测点传感器应布设在所测结构振型振幅最大和较大的部位，并应避开节点位置； 3) 采用需要识别振型为目标的测点最优布设方法； 4) 采用结构损伤识别与模型修正为目标的测点最优布设方法。 c) 加速度监测传感器性能应符合下列要求： 1) 力平衡加速度传感器和电容式加速度传感器频率范围 0-100 Hz，测量范围2 g，横向灵敏度小于 1； 2) 压电式加速度传感器频率范围 0.2-1000 Hz，测量范围2 g，横向灵敏度小于 1。 6.6.2 应变传感器布设应符合下列规定： a) 应变测量可选用电阻应变计、振弦式应变计、光纤光栅应变计，需根据监测目的及要求选用； b) 应变计的选择应充分考虑测量结构在制作、养护、施工及服役阶段的环境条件。对于监测长期处于潮湿、易腐蚀及高电磁干扰的结构应变时，优先采用光纤光栅应变计；对于需要监测动荷载作用下的结构应变时，应采用电阻应变计及光纤光栅应变计； c) 电阻应变计可按全桥或半桥方式制作。传感器的测量片和补偿片应选用同一规格同一批号的产品。需使用绝缘胶保护电阻应变计及裸露焊点；测点的连接应采用屏蔽电缆，导线的对地绝缘电阻值应在 500 M以上；电缆屏蔽线应与被测物绝缘；测量和补偿所用连接电缆的长度和线径应相同； DB34/T 3703.12020 9 d) 电阻应变计及其连接电缆均应有可靠的防潮绝缘防护措施；电阻应变片及电缆的系统绝缘电阻不应低于 200 M； e) 不同材质的电阻应变计应使用不同的粘贴剂。在选用电阻应变片、粘贴剂和导线时，应充分考虑监测对象在制作、养护和施工工程中的环境条件； f) 振弦式应变计应按被测对象规格大小选择。仪器的可测频率范围应大于被测对象在最大加载时的频率的 1.2 倍。使用前应对钢弦式应变计逐个标定，得出应变与频率之间的关系； g) 光纤光栅应变计的性能参数应遵循以下条件： 1) 光纤光栅进行退火处理，以保证其长期稳定性； 2) 光纤光栅反射光 3 dB 带宽低于 0.25 nm； 3) 光纤光栅反射率大于 90； 4) 边模抑制比应高于 15 dB； 5) 对于 0.25 nm 的带宽，推荐光纤光栅的物理长度为 10 mm； 6) 光纤光栅阵列波长间隔大于 3 nm； 7) 传感器中心波长不超过+/-0.5 nm 的误差。 6.6.3 索力传感器布设应符合下列规定： a) 传感器应牢固固定在拉索或吊杆上； b) 传感器安装施工过程中应注意保护拉索或吊杆的防护套，以免造成防护套的损坏；不可避免造成防护套损坏的，应及时进行修复，修复后的防水防腐能力不低于原防护套； c) 施工过程中发现拉索或吊杆的防护套与其内部的钢绞线或钢丝束不密贴、影响监测效果的，应及时联系系统设计单位进行相关变更设计。 6.6.4 腐蚀监测传感器布设应符合下列规定： a) 腐蚀监测传感器测定的电流和电位差应能判别钢筋混凝土的腐蚀进程； b) 传感器安装应选择与桥梁结构钢筋及保护层匹配的方式。 6.6.5 GNSS 传感器布设应符合下列规定： a) 安装立柱高度应满足设计要求，且安装完成后，天线设备必须在避雷针的保护范围内； b) 立柱安装应牢固可靠，垂直度满足验收技术要求； c) 基准站场地应满足： 1) 视野开阔，天线对水平 15以上的天空通视； 2) 靠近桥梁，距监测点的距离最远不宜超过 8 km； 3) 尽量靠近数据传输网络节点； d) 监测站场地应满足：天线对水平 10以上的天空通视； e) 接线时，应采取措施确保屏蔽线接地良好。 6.6.6 应变计布设应符合下列规定： a) 埋入式混凝土应变计安装应牢固可靠且避免与钢筋直接接触，应采取必要的防护措施以免混凝土浇筑振捣过程中传感器移位或损坏； b) 埋入式钢筋应变计安装宜采用螺纹套筒等机械连接方式与钢筋连接；若采用焊接工艺，应采取降温措施避免高温损坏传感器和线缆； c) 混凝土表贴式应变计安装宜采用化学螺栓稳妥地将传感器底座锚固在混凝土结构中，应变计保护盒及底座设计应方便电缆出线和固定； d) 钢结构表贴式应变计安装宜采用先焊接固定底座，待降温后再安装传感器的方式，应变计保护盒及底座设计应方便电缆出线和固定； e) 接线时，应保持屏蔽线接地良好； f) 传感器防尘、防水保护措施符合设计要求。 DB34/T 3703.12020 10 7 数据采集与传输子系统 7.1 一般规定 7.1.1 数据采集与传输子系统应由采集设备、传输缆线及软件模块组成，应能实现多种类传感器的数据同步采集与传输功能，以保证数据质量。 7.1.2 数据采集与传输的硬件选型、软件预处理和软硬件设计与选型应保证及时获得高质量数据；硬件设备的耐久性和技术指标应满足国家相关规范、标准的要求。 7.1.3 数据采集应包括数据采集硬件、软件设计和数据采集制度。 7.1.4 数据采集设备宜增加 UPS（不间断电源），以满足采集传输的供电稳定需求。 7.1.5 数据采集制度的设计应包括数据采集模式、触发阈值、频次和采样频率的设定。 7.1.6 数据传输硬件应能保证安全监测系统各部分之间的物理连接，提供足够传输宽带并留有冗余。 7.1.7 数据传输软件应能保证监测数据在各子系统和相应的通讯协议之间的无障碍传输。 7.2 数据采集 7.2.1 长大桥梁测点及监测设备较多且监测部位或构件距离较远且相对分散，宜采用分布式或总体分布式、局部集中式的混合方式进行数据采集。 7.2.2 应根据传感器信号类型选择合适的信号调理设备或配套的采集设备，并应考虑与后续数据传输与管理的接口兼容。 a) 电荷传感器的输出信号和长距离传输的模拟电压信号应选用电压放大器进行信号调理； b) 动态信号应选用抗混滤波器进行滤波和去噪； c) 标准应变片应选用桥路应变放大器； d) 所有电信号应使用带有信号隔离功能的数据采集设备以消除自然干扰以及其他不明脉冲干扰； e) 多个静态物理量可使用多路模拟开关进行采集实现多路巡回检测。 7.2.3 信号采样频率根据所监测变量随时间变化特性确定，动态信号应满足采样定理，宜采用如下规定： a) 荷载类： 1) 车辆荷载：触发采集； 2) 地震地面运动：50Hz； 3) 船撞加速度：50 Hz； b) 环境类： 1) 风速风向：超声风速仪 10 Hz，机械风速仪 1 Hz； 2) 温度：10 分钟采集 1 个数据； 3) 湿度：10 分钟采集 1 个数据； 4) 降雨量：10 分钟采集 1 个数据。 c) 结构响应类： 1) 振动：根据结构基频特性确定，一般不大于 50 Hz； 2) 变形、位移：GNSS 为 1 Hz；压力变送器为 10 Hz；位移计为 1 Hz；倾角仪为 1 Hz； 3) 动应变：20 Hz； 4) 静应变：10 分钟采集 1 个数据； 5) 索力：基于压力式方法 1 Hz，基于频率法 50 Hz，基于磁通量 10 分钟采集 1 个数据； 6) 腐蚀：1 天采集 1 个数据。 7.2.4 相同监测内容，不同监测数据采集同步性，应满足如下规定： a) 同类型变量监测数据的时间同步误差小于 0.1 ms； DB34/T 3703.12020 11 b) 不同类型变量监测数据的时间同步误差小于 1 ms。 7.2.5 宜选择具有自校准功能的数据采集硬件；对于无自校准功能的数据采集硬件应根据设备说明定期进行外校准。 7.2.6 数据采集设备应考虑抗干扰措施， 包括串模干扰抑制、 共模干扰抑制以及接地技术、 屏蔽技术，以提高信噪比。 7.2.7 数据采集上位机应采用防护措施，保证在高低温、冲击、振动、电磁干扰、潮湿和盐雾等恶劣环境中正常工作。 7.2.8 集中式的数据采集设备与数据采集上位机应置于采集站内，数据采集站的位置应保证数据采集设备所接收到的模拟信号的质量。 数据采集站与传感器的最远距离应根据传感器信号衰减传输性能确定。如超过该距离需设置多个数据采集站，多个数据采集站之间的数据采集应同步。 7.2.9 根据实际情况需要，数据采集软件应满足以下要求： a) 应具备传感器数据实时采集、自动存储、缓存管理、即时反馈、自动传输功能； b) 应具备与数据库系统和数据分析软件进行稳定和可靠通信、远程或者本地便捷更改设备配置、通过标签数据库或本地配置文件进行信息读取的功能； c) 应能对传感器输出信号与采集传输设备运行状况进行检测和识别； d) 应能接受计算机传送监测参数调整的指令，并能进行相关的监测过程或监测数据处理参数的调整，并记录、备份相关的调整指令。 7.2.10 应根据不同的结构桥梁监测功能需求、监测变量类型、系统处理能力、储蓄能力设计制定合适的数据采集模式。数据采样应采取下列采集制度之一种或多种： a) 桥梁运行初期 3 年内或桥梁一级评估结果发现了结构关键构件异常时应采取连续采样； b) 除上述情况外，荷载响应中的车辆荷载，环境监测中的温度、湿度、降雨量，结构响应中的静态位移、静态索力、支座反力、腐蚀等变量，应定时采样，采样频率按 7.2.3 设置； c) 荷载响应中的船舶撞击加速度、地震地面运动、波浪，环境监测中的风速风向，结构响应中的加速度和动态位移、应变等变量，宜采用触发采样，触发阈值（绝对值）应根据桥型和桥梁受力特点确定； d) 混合采样：混合采样模式为定时采集和触发采样的结合，物理量没有超过阈值时采用定时采样策略，超过阈值采用触发采样模式。根据桥梁环境、荷载及响应的不同需求用户自行定义并设定开发。 7.3 数据传输 7.3.1 数据传输方式分为有线和无线两种方式。应具有对各种数据接收、处理、交换和传输的能力。数据通信应保证可靠、高效及传输质量。 7.3.2 有线传输电信号应采用屏蔽电缆。 7.3.3 有线传输方式应按下列规定进行设计布设： a) 传感器输出为模拟信号，且传输距离较短，宜直接进行模拟信号传输； b) 当需要较长距离传输数字信号时，宜采用 RS485 传输协议； c) 若要求通信双方均可以发送数据，宜采用 RS422 传输协议； d) 当传感器和数据采集设备支持时，宜采用工业以太网标准。 7.3.4 无线传输可选用普通无线电波、微波、红外线和激光等方式。 7.3.5 桥梁现场与数据存储之间的数据传输可采用光纤传输技术、无线微波中继传输技术或两者相结合的方式。 7.3.6 数据传输软件应满足如下规定： DB34/T 3703.12020 12 a) 在考虑传输数据一致性和完整性的条件下，应具备数据可以通过各种软件模块界面和对应的协议进行数据传输的功能，并满足系统开放性、可扩充性、实时数据无障碍传输的要求； b) 数据传输宜以包为单位实施传输，传输软件应具备对数据进行分包处理和解包复原的功能； c) 网络传输宜基于 TCP/IP 标准数据交换，应符合 IEEE 802.3 的规定。 7.3.7 数据传输系统应具有备份机制和良好的鲁棒性，在某个传输线路发送故障时，能保证数据完整性和可靠性。 7.3.8 数据传输软件在设计中宜采用应答模式，并引入检校-重发-补发机制进行误码控制，以保证数据的可靠性及完整性。 7.3.9 数据传输系统中应设计校验机制，在传送和接收两方对数据进行确认以降低误码率，数据通信设计宜采用 16 位的循环冗余校验校验。 7.4 数据采集与传输子系统布设要求 7.4.1 数据采集设备的安装施工应符合下列规定： a) 连接件牢固可靠，设备安装后无倾斜、晃动等； b) 线缆路由正确、绑扎牢固、端头连接规范，弯曲半径和预留长度符合设计要求及工程结构设计通用符号 GB/T 50132 的要求； c) 设备标识清楚、完整，安装完成后应汇总提交完整的信道连接关系图表； d) 当机柜上安装温控装置时，应考虑密封问题； e) 机柜必须稳固，且良好接地； f) 机柜内设备布局合理，走线美观，且强、弱电线缆尽可能分开； g) 其他施工技术质量应满足表 7 的相关要求。 表7 数据采集单元施工质量技术要求 序号 检查项目 技术要求 检查方法 1 设备安装位置及分布的合理性 符合设计要求 长、宽用量具测量 2 机柜的防腐涂层厚度 符合设计要求 用量具或涂层测厚仪测量 3 绝缘电阻 强电端子对机壳50 M 500 V 兆欧表测量 4 安全接地电阻 4 接地电阻测量仪 5 防雷接地电阻 10 接地电阻测量仪 6 UPS安装与性能检测 符合合同要求 实际操作 7 工业控制计算机及采集卡检测 工作正常，符合合同要求 实际操作 8 调理期检测 工作正常，符合合同要求 实际操作 9 机柜空调 工作正常，符合合同要求 实际操作 8 数据存储与处理子系统 8.1 一般规定 8.1.1 数据存储与处理子系统应由数据预处理、中心数据库、数据管理软件及硬件组成，应能实现桥梁监测信息的归档、查询、存储、管理等功能。 8.1.2 数据库设计应遵循数据库系统的可靠性、先进性、开放性、可扩展性、标准性和经济性的基本原则。应保证数据的共享性、数据结构的整体性、数据库系统与应用系统的统一性。 8.1.3 数据处理应能纠正或剔除异常数据，提高数据质量。 DB34/T 3703.12020 13 8.2 数据存储 8.2.1 数据存储可采用本地存储或云技术存储，宜定期拷贝到移动存储上进行备份。 8.2.2 数据存储软件应实现数据归档、生成报告、快速显示和高效存储等管理功能。 8.2.3 原始监测数据应定期存储、备份存档、后处理数据应保持不小于 3 月的在线存储；统计、分析数据应专项存储。 8.2.4 数据存储软件应能对所有监测项目、监测点设备或指定监测项目监测点设备的监测数据及图像在限定时间段进行回放追溯。 8.2.5 数据报告报表应实现提供月报、年报、以及极端事件之后报告的功能；报告报表应能够导出并成为办公系统通用数据格式。 8.2.6 数据库应能够对监测设备所监测到的车辆荷载、环境作用、结构响应数据，以及监测系统自身的属性信息进行分层、分类存储。数据库分类及功能如表 8。 表8 数据库分类及功能 序号 分类 功能 1 桥梁结构信息子数据库 存储桥梁结构的设计、科研专题研究资料，包括桥梁结构的各构件设计图纸以及各专题研究成果资料。 2 结构有限元模型子数据库 存储桥梁结构各阶段有限模型，该有限元模型宜采用通用有限元分析软件创建。 3 传感器及采集传输设备信息子数据库 存储传感器、采集设备、传输设备管理等所有的基本信息，包括设备位置、性能指标、安装信息等。 4 结构动力性能子数据库 存储桥梁结构的动力性能参数，包括结构的振型、频率、阻尼比等。 5 统计分析子数据库 存储和管理各类数据统计分析方法得到的统计结果。 6 实时数据子数据库 存储桥梁结构代表性、关键构件的应变、加速度、位移等传感器时程数据。7 荷载试验子数据库 存储历次荷载试验相关信息，包括静、动力加载工况信息（工况编号、工况描述等）、荷载试验过程中监测系统所采集到的外部荷载和结构响应数据、试验与分析结果以及成桥试验报告。 8.3 数据处理 8.3.1 数据处理软件应能实现数据预处理和后处理功能。数据预处理功能应包括滤波、去噪、去趋势项、截取和异常点处理；后处理数据应根据数据类型进行专项分析。 8.3.2 需要进行频谱分析的数据，在信号截断处理应考虑被分析信号的性质与处理要求，减少截断对谱分析精度的影响，应选择合适的窗函数。 8.3.3 根据数据时间先后顺序宜进行时域变换，宜利用自相关函数检验数据相关性，并检验混于随机噪声中的周期信号；宜利用互相关函数确定信号源所在位置，并检测出受通道噪声干扰的周期信号。 8.3.4 对于平稳信号的频谱分析宜采用离散傅立叶变换；非平稳信号宜采用时频域信号处理分析的方法或具有相对计算精度的数据处理方法。 8.3.5 数据处理软件应能实现数据备份、清除以及故障恢复等功能，其中故障恢复功能兼具手工操作控制功能，其它功能应能自动调用。 8.3.6 宜考虑设计系统自监控功能，对系统是否正常运行进行自动监控，系统异常时应能及时报警。 9 数据预警与结构评估子系统 9.1 一般规定 DB34/T 3703.12020 14 9.1.1 数据预警与结构评估子系统应具备实时数据在线显示和预警功能，荷载预警与评估、环境预警与评估、结构安全预警与评估功能。 9.1.2 桥梁安全监测系统应按照本标准进行桥梁结构安全评估，及时掌握桥梁的使用与安全状况；也可根据桥梁养护和管理需求增加评估内容。 9.1.3 应对监测项设置相应的预警值；当出现超限荷载、极端环境和结构响应异常时应进行预警。 9.1.4 应根据桥梁结构形式，结合国家现行桥梁结构设计规范、检测评定规程和标准，定期进行结构安全评估；特殊事件后应进行专项结构安全评估。 9.2 数据预警 数据预警宜分为两级： a) 黄色预警：提醒桥梁管养单位应对荷载、环境和结构响应加强关注，并进行检查、跟踪； b) 红色预警：警示桥梁管养单位应对荷载、环境与结构响应密切关注，查明报警原因，及时进行结构安全评估，必要时采取应急管理措施，保证桥梁结构安全运营。 9.3 结构安全评估 9.3.1 桥梁结构评估是在数据处理分析结果的基础上，采用科学合理的方法评估桥梁结构安全状态，对桥梁后期运营养护及维修加固提出技术建议， 并以报告报表的形式定期或不定期提供给经营管理单位或行业主管部门的一整套工作流程。 9.3.2 桥梁结构的安全评估宜分为两级： a) 一般评估：利用监测数据，对比设计及规范的相关规定，直接对荷载、环境和结构关键部位、结构关键构件的安全进行预警和评估； b) 特殊评估：满足下列条件之一时，应进行桥梁结构的整体安全状态评估： 1) 桥梁遭受强台风、大洪水、大暴雪、强地震、船撞、严重超载等突发事件； 2) 一般评估结果发现了结构关键构件异常； 3) 桥梁服役中后期，每年至少进行 1 次。