基于光纤传输的宽带业务桥梁监控系统

随着国家基础建设投入越来越多，更多桥梁建设的现代化水平越来越高。桥梁的智能化建设显得越来越重要。有更多的检测和控制信息需要及时处理，传统监控信息传输手段例如双绞线，局限性越来越大，目前已经不能满足远距离通讯的要求，同时，网络中断系统不能运转，直接导致了严重的经济损失和社会影响。桥梁监控对网络的优化、可靠性越来越高，因此需要引入基于光纤传输的宽带综合业务桥梁监控系统。

基于桥梁智能化发展的需要，可以预测到未来的桥梁是一个基于光纤传输的宽带多业务智能接入平台。该平台将集点到点的星状网络与链型网络、环型网络于一体的智能多业务接入系统。

综合业务的桥梁光纤监控系统应该是一个集运营管理系统、安全监视系统、健康监控体检系统于一体的综合业务信息收发平台。

一、运营管理

运营管理一般归属于交通建设部门，随着大跨度和差大跨度桥梁的增加，专家们对大型的、重要桥梁的安全性、耐久性、日常管理等功能越加关注。系统包括收费管理、车辆载荷监测、信号灯/指示牌管理、车流量管理等等。这些信息供桥梁安全运营管理部门使用。

目前主要桥梁均有这种设施，除一些桥梁使用租用的E1通道外，还有使用电缆专线系统的。由于目前需要视频监控业务、连接数据库的宽带以太网业务越来越多，因此光纤通信是最佳的选择，在光纤上除能够提供这些宽带业务外、还能提供符合原有接口条件的各种信号系统。并能为车辆提供的增值业务，如RF标签识别、WLAN等热点覆盖、移动电视的中继传输。

下图为桥梁监控系统组网图——点对点系统图：

图一：点对点桥梁监控系统图

这种组网方式的特点是点对点光纤组网方式，系统独立性强，故障干扰小。光纤带宽大，原始视频图像传输，在中心实时清晰监控到桥梁情况。一般12芯光纤足够满足线路需求。

二、安全监控

安全监控系统包括水面防撞监控、路面车辆超限监控、桥面人员安全监控等，这些信息和信号灯/指示牌管理、车流量管理等将被送到公安交通管理部门。

目前桥梁的视频安全监控手段采用的也比较多，但通常是监测点比较少、监测手段比较单一，如多是采用红外补光摄像系统，和白天使用的摄像头，在雨雾天能够穿透雨雾的摄像头（如热成像、X射线等手段），以及微波成像雷达等。

图二：链型网络桥梁监控系统图

链型网络连接，节省光纤资源，图像模式为以太网传输，可进行两端监控，一旦某一节点处中断，不会影响两端数据的传输，数据会从中断点处分别向两端传输。

三、桥梁健康监控

桥梁健康监控的新概念与传统的监测技术不同，大型桥梁健康监控不仅是为了结构状态的实时监控和智能化评估，

由于目前桥梁建设方面技术的局限性，在设计阶段完全准确及预测桥梁的力学特征和行为是很困难的，所以，尤其是斜拉桥、悬索桥等大型桥梁的健康监控，可以为桥梁建设技术领域提供有效的分析数据，甚至可以对相关的规范标准进行校正及改进。

健康监控体检系统包括桥梁各种状态参数，如应变、压力、结构温度、空气噪声、振动、位移、墩船撞荷、挠度、拉索张力等。这些信息将被送到桥梁运营监理部门。

目前少数桥梁装有多种传感测量手段，主要问题是测量点分布的较少，能够使用统一时钟进行同步测量的少、测量项目不太全面。主要原因是受限于传输方式的限制，目前还有一些测量系统使用电缆传输手段，也有一些使用光纤传输手段，但传输通道较少。以上分别介绍了基于光纤传输的三种有效网络结构，能有效避免这些问题。

对于视频监控的需求，通常有无压缩的原始视频传输、和采用MEPG4/H.264压缩技术的IP传输等手段，前者适合于对图像质量要求高反应速度快的视频监控，如大范围的监控、防撞监控、路面车辆监控等。后者适合于图像做为辅助手段的变化速度慢的目标监控，如江面船只监控、路面人员监控等，可以做为原始视频传输的辅助手段。原始视频传输所需要的带宽比较大，宜采用星型网络、考虑到系统的安全性，可以在桥的两端设置主监控中心和辅助监控中心。

对于数据传输的需求通常分为IP包传输手段和时分复用手段。基于IP包的传输数据量一般不大，只有动态应变测试时的数据量较大，但远小于视频传输，此时要求系统的可靠性比较高，一般采用带有光纤冗余的环网传输系统。

目前使用最多的各种健康参数测量系统通常使用RS485总线、CAN总线、RS232串口等。如何能够使得这些接口能够接入光纤传输系统、并且能够增加传输接口的数量、增加传输速率、提供更强的传输性能（如提供统一的工作时钟）等，并大大地增强传输系统的可靠性，通常基于光纤的宽窄带一体化接入设备能够满足这种环境的要求。系统将是一个沿桥梁布局的链网结构。在有更高系统可靠性要求的情况下，可以使用光纤冗余环网系统。在这种网络中如果某处光纤断开，系统能够自动沿备用光纤愈合，不影响用户通信。

图三：环型网络桥梁监控系统图

方案特点：环型网络结构，构成光纤冗余，即使线路故障的情况下，也能监测到图像数据。数字压缩视频，采用TDM非IP方式，能有效利用带宽的同时，保证图像的质量及安全可控。

目前市政部门每年投入大量人力与资金对桥梁进行各种类型的检测，当前的桥梁监控系统多是各个部门各自鲁班乐标信与测量系统，多数情况是在桥梁建成后又重新设计的系统，施工困难，也会对桥梁造成一定的损伤。如果在桥梁设计施工时设计一个综合的宽窄带一体化系统，能够为各部门提供测量传输接口，能够满足目前的用户接入需求，也能够满足未来系统扩展的需求。能够提供应急通信接口，也能够为电信运营商或其他用户（如水利、航运）提供通信链路的出租业务。要确保桥梁的安全,还必须引入科学养管桥梁的理念,将来的桥梁结构安全设施应向着数字化、自动化、网络化的方向发展。

一座现代化的桥梁，从设计到建成、从使用到管理，涉及到设计、施工、监理、运营管理等各个环节。缺少那一个环节都会给国家和人民造成巨大的经济损失。然而，在运营管理过程中，加强巡查和管理，及时发现和处理问题，就能在一定程度上避免经济损失。

北京瑞光极远数码科技有限公司研制的IDM系列综合业务接入设备能够满足宽带、窄带光纤接入的多种组网模式，能够提供多种类型的用户接口，满足目前绝大多数测量设备的接入组网。不影响原有测量系统的使用方式。

由于系统地传输容量足够大（如IDM-120ASM通常可提供63*31=1953个通道）、并且可以采用总线式结构、X.50零次群复用技术、IP复用技术等，进一步扩充系统容量。IDM系列产品提供的无压缩视频传输、压缩视频的TDM传输、压缩视频的IP传输方式等能够满足多种用户环境的需要。

IDM系列产品可以根据配置将同一网络上的不同信息送到各自的信息处理部门，如应力/应变、振动、载荷/撞荷送到健康监测部门。流量、RFID、收费等信息送到运营管理部门。也可以将同一信息送到多个信息处理中心，如温度、载荷等可以同时运营部门和健康管理部门，以便于多个部门共享测量信息。

IDM系列产品的信息采集分配模式有助于为多种信息监测中心提供数据。随着智能化管理水平的提高，会有更多的信息处理手段。目前有很多的信息处理中心需要这些原始数据。有的系统需要增加更多的信息采集手段，IDM系列设备可以很方便地适应这种需要。

IDM系列综合业务接入设备为桥梁监测提供多样化的网络构造及多种业务接口，配套良好的传感器系统、数据采集系统、摄像头及微波成像雷达等设备，能够组成比较完善的，性能可靠的监测、监控、通信系统。再加以检测数据管理系统，构成了现代化的桥梁通信管理。