橋梁位移、裂縫健康監測變焦視覺位移監測儀的概述
橋梁監測的背景
橋梁是公路的重要組成部分，隨著交通運輸量大幅度提高，行車密度及車輛載重越來越大，跨河橋梁和高架橋梁在交通工程中的重要性與日俱增，許多運營年限長的橋梁已經出現了老化現象，部分橋梁甚至出現了不同程度的病害，明顯可以發現橋梁的混凝土開裂、剝落、衰變及鋼筋的銹蝕（管道灌漿不飽滿普遍存在）對橋梁的損害問題非常嚴重。由于缺乏對橋梁的科學監測與管理，橋梁的裂縫、沉降、水平位移、加速度、傾角、振動、應力、索力、荷載等健康狀況信息得不到及時反饋，國內外，因橋梁的突然倒塌與破壞造成人車墜毀的重大事故屢見不鮮，不僅影響了交通還帶來了巨大的經濟損失。在這種情況下，人們對現代橋梁的質量和壽命才逐漸關注起來，尤其是隨著橋梁分析理論、施工技術、材料性能的迅速發展，橋梁的跨度越來越大，對橋梁結構進行健康監測就顯得尤為重要。
當前橋梁監測的不足
我國當前的橋梁健康監測還是以傳統的人工檢測為主，許多橋梁管理由于監測監控系統不完備、技術落后，而且監測項目繁多，水平位移、沉降、撓度、振動加速度、傾斜等都得考慮，同時由于專業檢測人員缺乏，檢測費用巨大，甚至有些地方處于無檢測監控狀態，有些雖有人工定期用傳統儀器到現場進行測量，但受天氣、人工、現場條件等諸多因素的影響，存在一定的系統誤差和人工誤差，這些都影響著橋梁的安全生產和安全管理水平。
雖然有些橋梁已經用上了自動化監測傳感技術，但仍然存在施工布線工程量大、系統復雜、整體監測成本高等問題。
基于變焦視覺位移技術的橋梁健康監測系統
設計依據
? 《建筑與橋梁結構監測技術規范》（GB 50982-2014）
? 《公路橋涵設計通用規范》（ JTG D60-2015）
? 《公路橋梁結構安全監測系統技術規程》（JT/T1037-2016）
? 《城市橋梁檢測與評定技術規范[附條文說明]》CJJ/T 233-2015
? 《城市橋梁檢測和養護維修管理辦法 》2004年
主要監測內容設計
橋梁主要監測內容設計主要包括以下幾個方面：
①結構完整性監測：對橋梁結構整體進行監測，包括橋跨結構的變形、裂縫、動態撓度、振動等。通過使用變焦視覺位移監測儀，可以精確地測量橋梁結構的各項指標，從而判斷其是否滿足設計要求和安全標準。
②沉降和水平位移監測：采用非接觸變焦視覺位移監測儀進行沉降和水平位移監測。通過對墩臺的沉降和位移情況的監測，可以了解橋梁的整體穩定性和安全性。
③裂縫監測：對橋梁的關鍵受力部位進行裂縫監測，可以采用變焦視覺位移監測儀在裂縫兩側貼裝靶標的方式進行測量。可以及時發現裂縫的產生和發展情況，為橋梁的維修和加固提供依據。
④振動監測：采用非接觸式的變焦視覺位移監測儀對橋梁進行振動監測，可以了解橋梁的動力特性和振動情況。通過監測和分析振動的頻率、振幅、加速度等參數，可以判斷橋梁的安全性和穩定性。
⑤伸縮縫監測：對橋梁的伸縮縫進行監測，檢查是否存在破損、結構脫落等問題，并及時進行處理，確保伸縮縫的正常工作，可通過變焦視覺位移監測儀進行監測。
⑥索力監測：對于有索橋梁，如拱橋、斜拉橋、懸索橋等，索力的監測是健康監測的一個重要內容。索的老化、疲勞以及受力變化會直接影響到結構的受力與安全，因此需要對索力進行監測，可以通過變焦視覺位移監測其振動頻率換算索力變化。
⑦環境因素監測：對影響橋梁安全性的環境因素進行監測，如溫度、濕度、風雨雪等天氣條件以及河流的水位、水質等。可采用變焦視覺位移監測儀接入環境監測傳感器實現，無需另外拉線布線及增加網關采集器。通過對環境因素的監測和分析，可以為橋梁的安全性和穩定性提供更加全面的數據支持。
⑧視頻監測：遠程查看每個測點的數據和曲線，數據可聯動現場聲光預警和后端平臺彈窗、短信通知以及圖片抓拍預警。還可遠程查看現場實時視頻畫面、下載歷史視頻，避免現場測點誤觸，導致上限預警。
綜上所述，以上是對橋梁主要監測內容設計的簡要介紹，其均可通過變焦視覺位移監測儀直接或間接完成測量。通過全天24小時對橋梁的結構進行全面的監測和分析，可以及時發現并處理問題，保障橋梁的安全和穩定性。同時可以為橋梁的維護和加固提供數據支持，延長橋梁的使用壽命。
傳統是用水準儀、全站儀等設備人工監測，其精度一般是1mm，監測精度較低，但是自動化設備——變焦視覺位移監測儀能輕松達到0.1mm精度，甚至0.01mm精度，讓結構更安全。并且具有非接觸式的優點，測點只需要安裝靶標即可，無需拉線布線安裝傳感器，節省勞動力、成本。還可直接噴涂靶標在結構上，適用于一些危橋或鐵路橋等不方便安裝靶標的場景使用。
而且其實橋梁結構監測最主要是位移監測，應力監測為輔，位移測量具有“測得準”、“分析得了”的優點，比應力測量更能直觀反映橋梁健康狀態。而位移測量包括“靜位移”和“動撓度”測量，“靜位移”反映橋梁的總體變量，“動撓度”不僅反映橋梁的變形趨勢，還可以直接反映橋梁的損傷程度。橋梁裂縫會減小梁體的有效截面高度，致使橋梁撓度增加，而撓度又會加速裂縫發展。
三、系統結構
橋梁位移、裂縫健康監測變焦視覺位移監測儀系統由編碼靶標、變焦視覺位移監測儀、安銳云及多設備終端組成。靶標自帶編碼信息，無需用戶標定設置及調試，變焦視覺位移監測儀智能識別靶標編號和對應的位移數據，網絡上傳到云平臺，用戶即可在終端獲取位移信息，實現結構位移的非接觸式測量。
測點設計布設
橋墩水平位移+豎向位移（沉降）監測
在橋梁兩端墩臺處穩固混凝土堅硬地面，若沒有混凝土地面，需先制作邊長為600mm立方體混凝土基礎，且視野開闊的地方安裝變焦視覺位移監測儀，在墩臺測點處安裝好靶標，插上電源，手動框選靶標或監測儀智能識別視野范圍內的靶標，即可實現橋墩水平位移+豎向位移（沉降）監測，測點只需要安裝靶標即可，無需拉線布線安裝傳感器，節省勞動力、成本，方便快捷，巡回掃描監測。若需對某測點高頻采集，則其他測點巡回掃描會暫時停止。通過編碼靶標對墩臺的沉降和位移情況的監測，可以了解橋梁的整體穩定性和安全性。
橋梁動態撓度監測
（1）一般選擇在橋兩端墩臺處穩固（無穩定地面需澆筑砼基礎）且視野開闊的地方安裝變焦視覺位移監測儀，盡量能看到各段橋梁，然后在測點處安裝靶標，靶標應盡量正對監測儀且靶標相互無遮擋，無需現場人工調試，插電即可實現橋梁各部分的撓度自動化監測，機器自動可識別變焦視野范圍內的所有靶標，這種“長條形”監測實測靶標測點可達1000個，理論還可增加靶標測點數量，監測長度可達400米，平均單測點成本非常低。而且還可設定某監測點的高頻采集，但其他測點巡回掃描會暫時停止，高頻采集結束才繼續巡回掃描監測。
（2）若只需要對某跨橋監測或墩臺與實際測點不通視的場景進行動態撓度進行監測。這些情況一般會安裝在橋底（如圖），監測儀安裝位置一般會選擇穩固的橋墩，測點處安裝靶標；
也可選擇監測儀安裝在通視岸邊穩固（無穩定地面需澆筑砼基礎）的位置（如圖），測點安裝靶標。插電即可實現橋梁該區域的撓度自動化監測（或高頻采集），無需人工手動相機調焦，安全穩定。若斷面測點較少，可選擇定焦版進行監測，節省成本。
索塔傾斜監測
（1）垂直于橋梁方向斷面的索塔傾斜監測，一般選擇在橋兩端墩臺處穩固（無穩定地面需澆筑砼基礎）且視野開闊的地方安裝變焦視覺位移監測儀，可以清晰地看到各索塔，插電即可實現索塔的傾斜、振動自動化監測。
（2）平行于橋梁方向斷面的索塔傾斜監測，監測儀安裝在通視的岸邊穩固（無穩定地面需澆筑砼基礎）的位置（如圖），正對著橋梁，索塔上安裝測點靶標，插電即可實現橋梁該區域的撓度自動化監測（或高頻采集）。
裂縫監測
裂縫監測一般需要正對著裂縫，而且需要在裂縫兩側均安裝靶標。這里列舉兩種常見的裂縫位置監測場景
（1）橋墩裂縫監測，監測儀安裝位置一般會選擇另一個穩固的橋墩，測點安裝在橋墩出現裂縫的兩側，插電即可實現橋墩的裂縫監測。
（2）橋跨側面的裂縫監測，可選擇將監測儀安裝在通視的岸邊穩固（無穩定地面需澆筑砼基礎）的位置（如圖），在裂縫兩側安裝靶標。插電即可實現橋梁該區域的裂縫自動化監測，無需人工手動相機調焦。
斜拉索索力及振動監測
一般將監測儀安裝在通視的岸邊穩固（無穩定地面需澆筑砼基礎）的位置（如圖），正對著橋梁斜拉索，選擇較小尺寸的靶標安裝在斜拉索上（需安裝穩固，避免風吹動靶標影響檢測數據），插電即可實現斜拉索振動頻率自動化監測（或高頻采集），通過振動頻率換算索力變化，即可同時進行索力自動化監測。
靶標的形式
靶標的形式多種多樣，一般分為三種，一體式靶標、單片式靶標和噴涂式靶標。一體式靶標適用于所有監測項的場景，安裝搭配有萬向軸，靶標朝向可以往任意方向轉動。單片式靶標是單片定制的鋁合金，一般用于監測儀正對的結構物，或僅傾斜一點的結構物，直接螺絲安裝或膠水粘貼在結構物上，其方向由結構物的平面決定，無法調整方向機轉動，成本較低。直接在結構面上噴涂即可，方便快捷。適用于一些危橋或鐵路橋等不方便安裝靶標的場景使用。
一體式靶標 單片式靶標 噴涂式靶標
變焦視覺位移監測儀簡介
① 工作原理
機器視覺識別出靶標的亞像素圖像位移，自標定矩陣算法將圖像位移轉換到物理空間位移，得到靶標的實際位移，網絡上傳到云平臺實現結構位移的非接觸式測量。
② 功能特點
通過自研技術，把圖像采集、鏡頭控制、目標識別、位移計算、網絡傳輸和紅外變焦燈控制等功能，集成在單片高性能嵌入式硬件中，提高了系統的可靠性及易用性，解決了產品的工程化應用難題。
③ 應用場景
變焦視覺位移監測儀廣泛應用于橋梁、隧道、邊坡、大壩、基坑、軌道、建筑物、地質災害、礦山等表面位移（水平位移、沉降、動靜撓度）的自動化監測。
④ 典型解決方案
典型解決方案有隧道或管廊收斂+沉降、鐵路或軌道二維位移、水利大壩二維位移、邊坡表面位移、基坑表面位移、橋墩沉降+橋梁撓度。
典型案例
⑤ 產品參數
系統方案設備清單
