行業新聞
橋梁、隧道、邊坡災害監測報警系統- 監測報警全新解決方案
一. 概述：
自2000年前后開始，橋梁健康監測系統多是高校在主導建設，其目的傾向于科研、理論性研究、結構物設計的實踐驗證。主要在特大橋、長大橋、典型大橋的范圍內建設橋梁健康監測系統。這期間健康監測所用的傳感器、采集儀、軟件系統未實現規范化、標準化、系統化、高集成化，包括項目實施工藝要求沒有統一的規范和標準。自JT/T 1037-2016《公路橋梁結構監測技術規范》開始執行，開創了橋梁健康行業的新篇章。健康監測行業進入快速發展階段。交通運輸部擬定橋梁健康監測建設名錄，在完善健康監測系統的同時給予最大力度的支持。隨著社會上項目數量的增多，使得公路橋梁、隧道、邊坡健康監測行業積累了大量的實踐經驗。
JT/T 1037-2022《公路橋梁結構監測技術規范》發布后代替了舊有規范，新規范總結經驗，把握了新的發展方向，部級、省級、具體運營單位三級平臺得到了規范化的建設和發展。橋梁健康監測項目在全國各省各條高速長大橋梁實現了基本覆蓋。
時間來到2025年，隨著監測報警需求的進步和改變，公路橋隧坡災害監測報警系統的建設已經勢在必行。與傳統健康監測有所不同，橋隧坡災害監測報警系統的核心是：報警。實現方法是：輕量。目標是：保障安全。
近10年以來，國家主動促進結構物健康監測行業的發展，在此驅動下，人才、資金、技術紛紛進入這個賽道，具體到軟件硬件方面，如系統構架、傳感器、采集儀、通訊技術、監控平臺、數據準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、低功耗、實用性發展，大量成熟的基于先進芯片的傳感器，不僅代替了舊有設備，其所展現的增強能力，在監測業務中令人耳目一新、另眼相看。比如雷達監測設備，10年前健康監測行業還是雷達技術的新大陸，如今橋梁雷達、隧道雷達、邊坡雷達已經在性能、功能、算法上有了專業的細分。
2024年梅大高速和柞水災害事件導致的傷亡令人落淚。作為健康監測從業人員，實現橋梁隧道邊坡災害及時準確的報警，保障人民群眾的生命財產安全成為了我們迫切的社會使命。在橋隧坡高風險區域部署災害監測報警系統，一旦有災害發生，系統立刻以語音、警號、爆閃燈、LED文字顯示屏、電話、短信、啟動阻車器、聯動導航系統、啟動應急預案等等方式提醒車輛及人員、封閉災害現場挽救那些鮮活的生命，避免或減少災害事件造成的損失，這是促使健康監測系統從數據分析預警到實時災害報警發展的重要原因。
為更好的實現災害監測報警功能，路安交科自主研發了結合LORA、4G無線技術的橋梁隧道邊坡災害監測報警系統。
橋梁隧道邊坡災害監測報警系統的特點是：設備功能一體化、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、誤報情況不發生、邊緣計算高效率、無線組網更科學、報警手段更多樣、監測系統長壽命、安裝運維更簡單。
橋梁隧道邊坡災害監測報警系統除了完成高速路長大橋梁、邊坡、隧道的監測，還涵蓋整個高速路網、市政路網的所有危險區域、危險路段和危險結構。橋梁隧道邊坡災害監測報警系統可支持有人或無人值守模式，支持有關部門人員定期檢測功能。使得橋梁隧道邊坡災害監測報警系統長期處于有效警戒狀態。
橋梁隧道邊坡災害監測報警系統關乎生命財產安全，需要系統設計更科學實用、系統集成更專業、設備選型更嚴格、實施人員更專業、數據更加準確有效、數據分析高水平、運維工作更嚴謹。如果在項目建設中存在諸多瑕疵，那么會產生報警不準確、不及時甚至根本報不出警的嚴重問題。報警及時準確，是對災害監測報警體系的嚴格考核。
二. 災害監測報警系統構架簡述
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害監測報警系統建設的必要性、范圍、原則，那么具體要怎么建設呢？能否實現橋梁、隧道、邊坡災害監測報警系統的統一理念設計呢？我們的答案是肯定的！以下是橋梁隧道邊坡災害監測報警系統結構圖：
由以上三個系統圖可知，橋梁、隧道、邊坡三種場景災害監測報警系統結構高度一致，監測系統結構的核心是報警網關。報警網關相對于報警外圍設備和無線采集儀而言是星型結構的中心。它處理項目現場的所有靜態數據、動態數據、視頻抓拍、視頻轉發以及報警數據，并與云平臺保證實時通訊連接。經過采集儀、報警網關兩層邊緣計算后，報警網關生成報警策略，并驅動報警外設執行報警聯動行為。
該系統設計功能十分強大，系統既適應原有長大橋梁健康監測體系，又適合現有橋梁群、隧道群、邊坡群災害監測報警體系。另外該系統在設計時充分考慮了系統的擴充能力、供電系統的多樣性、符合行業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、網格員日常有效運維、報警期間現場應急管理等諸多細節。
另外值得肯定是的，基于災害報警系統的統一規劃理念，我們實現了橋梁邊坡隧道災害監測報警系統的物理結構一致性。在統一的系統結構下，更換不同監測場景的專業傳感器，就可以實現橋、隧、路、邊坡專業的災害監測報警體系建設。這種設計理念，是我們團隊多年的技術積累和項目實踐的優秀成果。
該系統設計功能十分強大，系統既適應原有長大橋梁健康監測體系，又適合現有橋梁群、隧道群、邊坡群災害監測報警體系。另外該系統在設計時充分考慮了系統的擴充能力、供電系統的多樣性、符合行業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、網格員日常有效運維、報警期間現場應急管理等諸多細節。
另外值得肯定是的，基于災害報警系統的統一規劃理念，我們實現了橋梁邊坡隧道災害監測報警系統的物理結構一致性。在統一的系統結構下，更換不同監測場景的專業傳感器，就可以實現橋、隧、路、邊坡專業的災害監測報警體系建設。這種設計理念，是我們團隊多年的技術積累和項目實踐的優秀成果。
三. 系統功能
橋梁隧道邊坡災害監測報警系統構建了一個低功耗、低成本、快速安裝、高效報警的智能監測體系。
五大目標：
五大目標：
| 精指標 | 精準采集數據，達到高精度監測要求，為決策提供可靠依據 |
| 低成本 | 降低設備采購與部署成本，實現技術普惠，推動行業更廣泛應用。 |
| 快安裝 | 優化安裝流程，快速完成部署，縮短施工周期，為應急場景提供支持。 |
| 便維護 | 提供遠程監控、自動診斷功能，大幅減少長期運維成本與人工投入。 |
| 重報警 | 構建可靠的多級報警機制，實現不漏報、不誤報，確保危險警情能夠第一時間被發現并處理。 |
特點：
1. 一體化傳感器
災害監測報警體系突破傳統單一傳感器模式，采用MEMS傳感器，將振動、傾角、位移多種監測功能整合于一體，極大減少硬件數量，同時提升整體性能。
2. 高兼容性，適應多場景需求
支持與傳統傳感器兼容，系統可實現分布式或一體化部署，靈活適配不同監測場景，滿足多樣化需求。
3. 超低功耗與持久續航
在休眠模式下，設備功耗低至微安級別，內置電池可續航5年，無需頻繁更換電池，適應長期監測場景。
4. 智能無線組網，實時傳輸數據
通過LoRa無線自組網技術，無線采集儀與網關通信距離可達3公里，適應復雜地形。
5. 數據采集頻率可靈活設置
系統支持1Hz靜態數據采集及50Hz動態數據采集，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測數據采集要求。
系統硬件主要包括傳感器，無線采集儀，無線網關，報警裝置，太陽能供電系統等。無線采集儀通過LoRa信號將傳感器數據傳輸至網關，網關解析后通過4G網絡將數據上傳至云平臺。在發生異常報警時，無線采集儀會首先進行閾值判斷。如果監測數據超出設定閾值，采集儀會將報警數據和狀態同時傳輸至網關。網關接收到多個采集儀的數據后綜合判定報警等級，并本地觸發語音、文字、警號、閃燈、短信、電話報警，同時網關也將現場數據和報警狀態通過4G網絡上傳至云平臺。
1. 一體化傳感器
災害監測報警體系突破傳統單一傳感器模式，采用MEMS傳感器，將振動、傾角、位移多種監測功能整合于一體，極大減少硬件數量，同時提升整體性能。
2. 高兼容性，適應多場景需求
支持與傳統傳感器兼容，系統可實現分布式或一體化部署，靈活適配不同監測場景，滿足多樣化需求。
3. 超低功耗與持久續航
在休眠模式下，設備功耗低至微安級別，內置電池可續航5年，無需頻繁更換電池，適應長期監測場景。
4. 智能無線組網，實時傳輸數據
通過LoRa無線自組網技術，無線采集儀與網關通信距離可達3公里，適應復雜地形。
5. 數據采集頻率可靈活設置
系統支持1Hz靜態數據采集及50Hz動態數據采集，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測數據采集要求。
系統硬件主要包括傳感器，無線采集儀，無線網關，報警裝置，太陽能供電系統等。無線采集儀通過LoRa信號將傳感器數據傳輸至網關，網關解析后通過4G網絡將數據上傳至云平臺。在發生異常報警時，無線采集儀會首先進行閾值判斷。如果監測數據超出設定閾值，采集儀會將報警數據和狀態同時傳輸至網關。網關接收到多個采集儀的數據后綜合判定報警等級，并本地觸發語音、文字、警號、閃燈、短信、電話報警，同時網關也將現場數據和報警狀態通過4G網絡上傳至云平臺。
支持多種警情確認聯動模式
支持報警外設標準化定制
3.1. 核心產品功能與特點
低功耗一體化采集設備特點如下：
1、低功耗設計，鋰亞電池供電；
2、LoRa無線數據通信；
3、支持兩路RS485接口數據采集、轉發功能；
4、內置傾角及加速度傳感器；
5、支持外部電池擴展接口
6、可本地設置多級報警門限（前三級平臺預警，四級以上災害報警，聯動現場報警設備），根據預設門限和工作模式自主采集傳感器數據分析上報；
7、設備激活方式：網關喚醒、自動上線。
8、設備采用上位機軟件進行設置。
9、數據采集頻率可以設置，靜態數據1赫茲，動態數據50赫茲（有外部長期供電情況下）
10、具備人工確認后啟動聯動報警功能。
低功耗無線數據采集工作模式 ：
1、低功耗接收模式：采集儀休眠后可周期性喚醒，只能接收指定網關發出的喚醒命令。采集儀根據命令協議，采集傳感器數據并上傳網關后，再次進入休眠模式。休眠模式下，采集儀耗電量為微安級；
2、定時喚醒采集發送模式：采集儀預設采集頻率，自主喚醒采集數據，并通過LoRa上傳至網關，完成后再次進入休眠模式；
3、門限判斷模式：采集儀預設采集頻率自主喚醒采集傳感器數據，采集儀判斷傳感器數據是否超限，若超限立即向網關上報實時數據，并發送報警信息，若數據未超限，采集儀將不會向網關發送數據，采集完成后再次進入休眠模式，直到下次被喚醒；
報警網關功能 ：
1、支持LoRa無線數據采集通信；
2、實現遠程電話告警、本地麥克風喊話告警；
3、本地預設報警門限、采集閾值聯動告警；
4、485數據采集功能；
5、本地實現預警抓拍聯動；
6、遠程通話廣播、一鍵報警；
7、實現遠程短信告警；
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數據傳輸；
12、支持以太網接口數據傳輸；
13、支持遠程測試功能，支持現場測試/停止測試功能;
14、自身狀態上報云端功能;
無線網關工作模式 ：
1、LoRa無線喚醒模式：網關預設監測頻率，向低功耗無線數據采集儀發送喚醒采集命令；
2、遠程控制模式：網關可通過云服務端控制程序，遠程控制網關工作狀態和報警設備工作；
3、虛擬傳感器模式：網關可根據采集儀上報的數據匯總虛擬出關聯傳感器做為報警閾值的判斷，減少誤報和漏報情況發送；
4、告警模式：網關可本地預設報警門限，根據預設工作模式做出相應報警動作，并支持本地麥克風喊話告警、遠程語音告警、短信告警等，支持多種報警方式發送，確保路上行車安全；
1、低功耗設計，鋰亞電池供電；
2、LoRa無線數據通信；
3、支持兩路RS485接口數據采集、轉發功能；
4、內置傾角及加速度傳感器；
5、支持外部電池擴展接口
6、可本地設置多級報警門限（前三級平臺預警，四級以上災害報警，聯動現場報警設備），根據預設門限和工作模式自主采集傳感器數據分析上報；
7、設備激活方式：網關喚醒、自動上線。
8、設備采用上位機軟件進行設置。
9、數據采集頻率可以設置，靜態數據1赫茲，動態數據50赫茲（有外部長期供電情況下）
10、具備人工確認后啟動聯動報警功能。
低功耗無線數據采集工作模式 ：
1、低功耗接收模式：采集儀休眠后可周期性喚醒，只能接收指定網關發出的喚醒命令。采集儀根據命令協議，采集傳感器數據并上傳網關后，再次進入休眠模式。休眠模式下，采集儀耗電量為微安級；
2、定時喚醒采集發送模式：采集儀預設采集頻率，自主喚醒采集數據，并通過LoRa上傳至網關，完成后再次進入休眠模式；
3、門限判斷模式：采集儀預設采集頻率自主喚醒采集傳感器數據，采集儀判斷傳感器數據是否超限，若超限立即向網關上報實時數據，并發送報警信息，若數據未超限，采集儀將不會向網關發送數據，采集完成后再次進入休眠模式，直到下次被喚醒；
報警網關功能 ：
1、支持LoRa無線數據采集通信；
2、實現遠程電話告警、本地麥克風喊話告警；
3、本地預設報警門限、采集閾值聯動告警；
4、485數據采集功能；
5、本地實現預警抓拍聯動；
6、遠程通話廣播、一鍵報警；
7、實現遠程短信告警；
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數據傳輸；
12、支持以太網接口數據傳輸；
13、支持遠程測試功能，支持現場測試/停止測試功能;
14、自身狀態上報云端功能;
無線網關工作模式 ：
1、LoRa無線喚醒模式：網關預設監測頻率，向低功耗無線數據采集儀發送喚醒采集命令；
2、遠程控制模式：網關可通過云服務端控制程序，遠程控制網關工作狀態和報警設備工作；
3、虛擬傳感器模式：網關可根據采集儀上報的數據匯總虛擬出關聯傳感器做為報警閾值的判斷，減少誤報和漏報情況發送；
4、告警模式：網關可本地預設報警門限，根據預設工作模式做出相應報警動作，并支持本地麥克風喊話告警、遠程語音告警、短信告警等，支持多種報警方式發送，確保路上行車安全；
