1. 概述
1.1 橋梁載荷監測意義概述
近年來，我國橋梁建設投資持續增長，據《2022年交通運輸行業發展統計公報》，2022年末全國公路橋梁總數達到103.32萬座，與2021年末相比，橋梁數量增加了7.2萬座。其中，特大橋梁有8816座座，大橋數量為15.96萬座。可預見的隨著國家經濟的持續發展和交通基礎設施建設的不斷推進，我國橋梁建設仍將保持持續增長態勢。
在2020年12月交通運輸部發布了《關于進一步提升公路橋梁安全耐久水平的意見》，意見中明確要求要著力強化公路橋梁安全保護，嚴格車輛超限超載治理。深入推進交通運輸和公安部門治理車輛超限超載聯合執法。規范完善公路橋梁限載標志設置。加強重 點線路、橋梁超限檢測站點布設，有條件的地區可在重要節點位置設置具備不停車稱重檢測、視頻監控和自動抓拍等功能的技術監控設施（備），強化路面管控。推動重 點貨物裝載源頭單位落實合法裝載主體責任，在地方政府統一領導下，強化對貨物裝載源頭的行業監管。
橋梁載荷監測的意義重大，主要體現在以下幾個方面：
① 橋梁載荷監測能直接反映橋梁受力狀態，能夠實時或定期監測橋梁在不同荷載作用下的受力情況，直接反映橋梁結構在運營過程中的安全性。
② 通過監測橋梁所承受的荷載，可以及時發現并預防超載車輛對橋梁結構的損害，降低因超載導致的橋梁安全事故風險。
③ 載荷監測數據可以作為橋梁養護與維修決策的重要依據，幫助制定科學合理的養護計劃和維修方案。
④ 載荷監測系統能夠實現實時監控和預警功能，一旦監測到異常數據，能夠立即發出警報，提醒管理人員采取相應措施。
⑤ 通過收集和分析大量的監測數據，可以建立橋梁健康檔案，為橋梁的長期管理和維護提供有力支持。
1.2. 橋梁載荷監測系統概述
橋梁動態載荷監測系統是鄭州衡量科技股份公司自主研發的，針對橋梁動態載荷監測的實際需求，結合高精度傳感器和先 進的數據處理技術，應用于不同類型的橋梁載荷監測的綜合性解決方案。
橋梁動態載荷監測系統主要由以下幾部分組成：
A. 傳感器子系統：
橋梁動態載荷監測系統中采用高精度的石英稱重，負責捕捉橋梁在車輛通過時產生的微小形變或應力變化。
B. 數據采集與處理系統：
數據采集器負責從傳感器接收原始信號，在經過濾波、放大后，通過高速AD進行數據轉換，然后由處理系統進行數據處理，基于算法提取出與車輛直接相關的信息。車輛相關信息包括車道編號、總重、車流量、軸數、軸距、單輪重量、單軸重量、雙聯軸重量、三聯軸重量、車速、車型、方向、時間、跨道標識等多 維度數據。
C. 數據傳輸與通信系統：
數據處理系統完成初步的數據處理，這些數據就需要通過以太網傳輸到遠程的數據中心或監控中心。部分不具備以太網通信條件的應用場景，可以直接基于4G傳輸到數據中心。
D. 數據分析與監控軟件：
在數據中心或監控中心，數據分析軟件會對接收到的數據進行進一步的處理和分析。包括車輛識別、重量計算、軸數統計、超載檢測等功能。
監控軟件則提供用戶界面，使操作人員能夠實時查看橋梁的載荷情況，并接收超載或其他異常情況的警報。
2. 系統詳述
2.1. 石英式稱重傳感器
在橋梁動態載荷監測系統中，稱重傳感器作為最為核心的器件，最為直接的影響該系統的實際運行效果，衡量科技自主研發的石英式稱重傳感器，具備高性能、易安裝、免維護等直觀優勢，能夠應用于橋梁動態載荷監測的場景中。
我司研發的石英稱重傳感器能夠直接在瀝青路面上進行安裝，對比傳統的石英傳感器，大大降低了對安裝路面的要求，同時對比其他類型的傳感器，在稱重精度、可靠性、可維護性等方面具備很大的優勢。
我司研發的石英稱重傳感器與壓電薄膜傳感器、彎板傳感器對比的優勢：
2.2. 橋梁載荷稱重主機
基于橋梁載荷監測場景的稱重主機，采用高集成度+一體化的設計理念，創新性的將電荷放大器、線圈控制器、稱重主機單元融合為一體，有效的解決了稱重系統部署復雜、接線繁瑣等相關問題。
基于稱重主機上的8.8寸高分辨率觸摸屏，將稱重主機的交互性進一步提升，內置傳感器狀態管理、內碼實時顯示、系數標定等多種功能應用，為現場應用提供完備性的應用體驗和應用效果。
橋梁載荷稱重主機功能如下：
1．信號處理
橋梁載荷稱重主機內部集成信號放大器，對傳感器信號進行濾波、放大等操作
2．數據采集
采集稱重傳感器信號，感知車輛通過橋梁時的壓力情況，轉化為數字信號
3．數據處理
將數字信號基于特定的算法和模型轉換為和車輛相關聯的關鍵數據
4．重量計算：
基于處理后的數據，系統會根據預設的算法和模型計算出車輛的重量等關鍵信息
5．數據記錄
系統會將計算得到的車輛重量數據記錄下來，以便后續的分析和統計
6．數據顯示
通過顯示屏界面，系統可以實時顯示車輛的重量、車流量等相關信息
7．數據上傳
通過以太網/4G，稱重主機將數據實時上傳到數據中心
2.3. 橋梁載荷應用系統
橋梁載荷監測應用系統主要功能如下：
A. 橋梁荷載監測系統實時接收通行車輛的重量、軸數、軸距、車流量、車型、車速等數據，自動將數據整編、分析并提供每月、每季、每年的交通荷載流量報表。
B. 監測車輛的荷載及車輛信息，并實時判別超限車輛，支持自動告警及自動事件信息警示功能。
C. 監測大橋交通荷載，找出荷載變化與橋梁整體變形與主梁撓度變化之間的關系，為建立大橋交通荷載模型及進行養護工作提供依據。
D. 基于實時監測橋梁的荷載情況，并與設計荷載或安全限值進行比較。一旦發現實際荷載超過設計荷載或安全限值，系統會立即發出預警信號，提醒管理部門采取相應措施，防止橋梁因超載而發生損壞或垮塌事故。
E. 基于實時監測的荷載數據，協助管理部門制定更加精準的養護維修計劃。例如，對于經常承受重載的橋梁部分，可以加強檢查和維護力度；而對于荷載較小的部分，則可以適當減少檢查頻次，從而提高養護維修的效率和針對性。
3. 系統指標說明
3.1. 系統性能指標
橋梁動態載荷監測系統指標參見下表：
3.2. 石英傳感器性能指標
石英稱重傳感器示意圖
石英稱重傳感器性能指標表：
3.3. 稱重處理器性能指標
稱重顯示器性能指標參見下表：
