城市交通基础设施智能监测技术规范

城市交通基础设施智能监测技术规范本标准规定了城市交通基础设施智能监测的术语、基本要求、技术流程和要求、数据成GB50490-2009城市轨道交通技术GB50911-2013城市轨道交通工程测量技术规范GB50490-2009城市轨道交通技术GB50982-2014建筑与桥梁结构监测技术规范GB50497-2009建筑基坑工程监测技GB50026-2007工程测GB/T30012-2013城市轨道交通运营规范GB/T50833-2012城市轨道交通工程基本术语标准GB/T18567-2010高速公路隧道监控系CJJ36-2016城镇道路养护技术CJJ99-2017城市桥梁养护技术CJJ242-2016城市道路与轨道交通合建桥梁设计采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨通达城市的各地区，供城市内交通运输及行人使动，并与市外道路连接负担着对外交通的道路。城市道路包括城市快速路、主干路、次干路城市范围内，修建在河道上的桥梁和道路与道路立交、道路跨越铁路的立交桥及人行天供汽车及非机动车和行人通行的地下通道，一稳定性的承重结构系统体系，包括混凝土结构工程、砌体结构工程、钢结构工程基础设施中为基础设施使用功能服务的附属机械、电气设施、部件和系统，主要包括电设施周边环境surroundingbu对主体结构、附属结构、附属设施及周边环境等监测对象的竖向、水平、倾斜等变化所对主体结构、附属结构、附属设施及周边环境等监测对象所承受的拉力、压力等变化所环境监测environmental在荷载作用下主体结构、附属结构等构件产生的应变、裂缝、腐蚀、拉索索力、支座反通过安全监测数据分析基础设施当前的工作状态，并与相应的临界状态进行比较分析，海啸、火灾、化学剂腐蚀和特殊车辆过桥等突发事件后，确定结构整体或局部构件安全状态统计建模statisticalm利用各种统计分析方法对安全监测数据建立统计模型和探索处理的根据基础设施的结构特性，利用经验的或系统模拟的方法估计一定时限之后的6能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件7件、信息系统资源（数据）和人员以及相应的规章制度组成的组通过对数据处理的输入、输出、处理莫斯进行抽象建模形成的引擎化规则，以实现数据智能监测系统是采用传感技术，借助计算机系统抽取传感数据并计算，快速识别基础设施的异常情况，并以最快和最佳的方式发出警报，从而有效进4基本规定4.1设施管理4.4.1城市交通基础设施从施工到运营全生命周期过程中应加强安全智能监测技术的应用84.2监测技术数据管理子系统、结构分析评估子系统、预测4.2.3监测内容及测点选择应根据交通基础设施的复杂性、重要性、外部环境与荷载作用、4.2.4监测内容、测点选择、设备选型、数据采集与传输、数据处理与管理及软件开发4.2.5对实施智能监测的项目，宜增加人工测量比对的条件，满足对后续监测过程中智4.2.9实施智能化、自动化监测的基坑工程，施工前监测单位应编制智能监测专项技术方案或在城市交通基础设施监测方案中添加智能监4.3技术指标4.3.1智能监测系统软硬件配置规模和功能作用应满足交通安全运行的需要，并充分考虑基4.3.3传感器布设应根据基础设施概况、交通条件，遵循满足监测需要、减少周边干扰4.3.4连接仪器的专用电缆应耐酸、土、砂土中以及暴露于空气中的电缆应按设计和有关要求加b)监控中心环境温度保持在20℃~30℃,湿度保持不大于85%；a)数据采集子系统能适应应答式和主动上报式两种方式，按设定的方式自动进行定时b)计算机系统，与数据采集装置连接在一起的监控主机和监测中心应满足在线监测系统的要求，并应该配置必要的外部a)传感及采集设备应采用专用的电源供电，不应直接用现场照明电源。系统电源应有b)传感设备应有可靠的防雷电感措施，接地应可靠，接地电阻应满足电气设备接地要c)供电及通讯电缆应加以保护，特别是室外电缆应布设在电缆沟或电缆保护管内。电d)易受周围环境影响的传感器应加以保护；安装在外部的设备，应考虑日照、温度、4.3.11智能监测系统设计要求：a)施工期的智能监测系统应结合施工过程及施工工艺开展专项设计，合理借用施工条件，开展传感网络的布设及传感安装，做好安b)运营期的智能监测系统应充分考虑设施设备既有的结构现状、通信条件开展专项设计，在不破坏既有结构完整性的条件下进行传感器布设，以无线为主、有线为辅的方式进行组网设计，实现智能传感设备的在线c)老旧基础设施的智能监测系统设计前应开展设施设备的现场摸排，确定风险点，根据实际受损情况及发展趋势选用相匹配的监测技d)新建基础设施的智能监测系统设计应结合前期设计基础资料、竣工资料等开展结构安全评估，确定结构的潜在风险点，采用高精度、无破坏性的监测技术进行实施，4.4信息系统4.4.1智能监测系统根据基础设施的特征应进行专项设计，遵循先进性、实用性、可靠性、可靠的技术和满足国家或行业标准且易维护、更4.4.3智能监测系统应定期进行检查、维护以保证系统的正常稳定运行。5.1一般规定5.1.1传感器的精度指标应符合相关技术规范规定，并5.1.3传感器的通信协议与接口设计5.1.4传感器应具有较好的灵敏度、分辨率、采样频率、线性度、使用寿命等性能指标。5.1.6传感器安装埋设应结合现场环境及监测对象特征，确定安装工艺、施工方法以保证测5.2传感器的选型5.2.1传感器的选型应符合下列原则：a)传感器应综合监测对象、监测方法、监测目的、现场环境、经济条件等方面进行选b)传感器应在监测期间具有良好的稳定性和抗干扰能力，采集信号的信噪比应满足实c)传感器物理输入输出接口、数据采集通信协议应兼容常用接口规范，便于后期升级d)传感器采集设备的性能指标应优于传感器技5.2.2传感器的性能参数应符合下列要求：b)传感器测量精度、灵敏度、分辨率等性能指标应高于监测技术需求。c)应根据监测参数和传感器类型选择适当的采样频率，当在对结构加速度等动态反应进行监测时，传感器采样频率应根据监测需求适当增大采样频d)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a)不同类型传感器的应根据监测环境选择合适的安装固定配件，便于传感器的工程现b)传感器选择应满足监测现场环境的温度、湿度、气压、工作尺寸等要求。5.3传感器的布设5.3.1传感器的布设应遵循下列原则：a)传感器应布设于受主体结构、附属结构的静、动力参数或环境条件变化较为敏感的5.3.2传感器节点附近宜安装数据校核装置，便于传感器采集数据出现问题及时校核5.3.5传感器的布设位置应张贴标识牌，标识传感器类型、埋设日期、单位等基5.3.6传感器的布设应根据监测项目需求考虑一定的冗余量，以通过冗余数据检校数据采集5.4传感器的供电5.4.1传感器供电电源应保证输出功率、电压精度、纹波率优于传感器工作电源指标要求，5.4.2传感器户外环境工作中，供电与通信线路应考虑埋设避雷装置，避免由于雷电5.4.3传感器采用电池供电时，应具备低电量报警功能，并考虑电池爆炸、燃烧等安5.4.4传感器工程现场不具备市电供电条件的，可考虑太阳能发电、风力发电、6.1.1传感器的数据通信传输可采用6.1.2传感器的数据传输系统设计应根据现场实际情况确定，综合通信距离b)当工程现场传感器数据传输量较大、节c)在通信距离较远，通信空间不可视的复杂结构工程环境下，宜采用有线与无线组合d)当现场工程环境较为复杂时，通信线缆布设位置较高、布设空间无法埋设线缆时，6.1.4采用无线通信时，应当注意工作空间中的电磁干扰对通信节点的影响，同6.1.5采用无线通信时，传感器节点上报数据应首先对通信信道进行探测，避免6.1.6数据传输系统应设计通信链路备份机制，保证在出现通信故障时能够及时6.1.7数据传输系统应满足采集器与传感器之间的双向通信、采集器与远程服务6.2.1通信协议包括局域网通信协议、广域网通信协议6.2.4局域网通信帧传感器地址应包括传感器类型、节点编号等信息，且保证传6.2.5局域网通信帧控制指令分为三类：公共功能码、用户定义功能码6.2.9消息主题包括发布主题、订阅主题，采集网关应订阅服6.2.10消息负载协议宜采用Json1234123456.3.2传感设备集成指令协议宜采用以下a)当前网关集成设备支持的传感器集合，包括多个类型4)存储信息集，包括数据位、标识位、转位位6.3.3传感设备集成存储宜采用以下b)当前传输数据的存储集合，包括多个维度的数据描述b)装置硬件接口应进行标准化设计，方便设备安装、检修和更换；c)网络通信速率宜综合考虑构建现场网络环境状况通信方式、监测数据频率及实时性a)系统应具备基础设施基本信息以及数据采集配置信息设置与存储功能，主要包括以1)设施基本信息：包括设施名称、设施类型、监测工点、监测对象、监测点位、3)采集器信息：包括采集通道数量、串口编号、波特率、数据位、停止位、校验6)数据传输信息：包括数据传输协议、数据中心地址、数据发送频率、消息监听b)应同时具备自动采集与远程召测响应功能，满足正常周期性监测与及时数据采集的c)应能兼容并处理各种监测仪器及传感器所采集的信号，并将其转换为监测结果物理e)采集的数据应具有良好的连续性、周期性，无系统性偏移，以便反映监测对象的变f)应具有初步的数据预处理和分析功能，g)应具备对数据采集设备、通信设备、供电设备等硬件的工作状态进行自动监控和诊断的功能，对系统运行异常状态及时上报，并对特定异常采取软件重启或操作系统i)应具备多平台数据采集能力，满足工控机、嵌入式设备、移动设备等多终端数据采7.2.1水平位移数据采集宜采用智能型全站仪、激光测距仪等设备b)工作基点宜设置观测墩或观测站房，配置自动化控制防护装e)智能型全站仪架设处应安装电子气温气压计、自动化控制系统、通信系统及不间断d)激光测距仪安装应避开潮湿的反射面7.3.1竖向位移数据采集可选用全站仪三角高程或静力水准等方法7.3.3采用全站仪进行监测时，后视点和前视点的布设、视线高度7.3.4采用静力水准测量方法进行监测时，相关指标应满足《建筑变形测量规范》J关规定要求，结合传感设备量程和监测对象特性进7.4.1深层水平位移数据采集可采用固定式测斜仪或绞盘式自动测斜仪等设备进7.4.3采用固定式测斜仪实现自动化监测时，监测探头应合理布置，监7.4.4深层水平位移监测点的更换、检查等工作导致测斜传感器位置发生变化应重新校正。7.5.2安装倾角计应明确安装方向，并详细记录相关属性信息数据7.6.2设备的最大量程应满足监测对7.6.3设备安装时，应综合考虑裂缝收缩与扩7.7.1应力智能监测可采用钢筋计、应变计等设备进行量测，传感器应同时具备测温功能。7.7.4力智能监测可采用测力计、钢筋计、应变计及锚索计等7.8.1根据不同设施的结构特性及现场工况可以引进新型传感技术进行监测数据8.1.1数据存储宜采用云中心与智能端结合的模式，终端需实施芯片级存储与采集器8.1.2原始监测数据应定期存储、备份存档，后处理数据宜保持不少于三个月在统计分析的数据应专项存储，每季度或每年数据分析后宜存储某一段或某几8.1.4应对建构筑物的设计、施工、竣工图纸以及8.1.5数据中心采用云存储管理方式，在云存储的环境中，需要解决云中数据存8.2.1传感器实时采集数据在芯片存储结构中宜包含时间序列，传感器标识、原始8.2.2采集周期、设备编号等传感器工作参数应存储于非易失性存储器中，保证设备8.3.2数据的存储策略是数据采集的关键，要从可靠性、易用性、可维护8.3.3采集器存储主要采用嵌入式开源数据库，如Empress、Berkele据运行在数据中心上的数据库结构而设计的专用于嵌入式系统的轻量级数据库，保留数据中8.3.4数据采集器系统运行在单用户模式下，对数据库的并发性和加密性没有特殊的要求，8.3.6数据文件根目录下按年月划分子目录,每个子目录下存储当月的所有数据。每个子目录下按照具体的日期划分成不同的数据文件，同一日期的不同组合类型的数据存储在同一数8.3.7根据不同类型数据的特点设计不同的数据表，用于存储对应的监测要素数据。a)数据中心数据库设计应遵循可靠性、先进性、可扩展性和标准性原则，并应考虑数据结构的整体性、数据库系统与应用系统的统序号数据库名称数据库功能描述1原始数据数据库存储传感器实时监测和定期监测的原始数据2过程数据数据库存储处理分析后的数据3结构状态数据库存储各评估层次的评价及结构离线分析后的结论4系统参数数据库存储系统正常运行所必须的各类参数，包括设备编号、监测参数、采样参数、设备状态参数等等5系统维护数据库传感器自诊断信息、存储系统运行期间所有设备和系统的历史工作状态6基础设施结构信息数据库基础设施结构的基本信息c)应有用户权限控制功能，并具有监控数据库运行状态、自动调整数据缓冲区大小的e)数据库具有报警功能，当数据库a)宜采用基于多维属性聚簇存储模型存储方法和基于分段融合模糊聚类的信息存储方b)监测数据需通过相关的加密算法进行数据加密之后存储进行上传和下载的操作过程中，宜通过非对称和对称的加密算法策略对数据的传输c)云端的数据存储在相关的服务器环境中，应使用相关的硬件和软件的防御措施。为9数据预处理9.1基本要求9.1.1数据采集前，应对含有噪声的数据信号进行降噪处理9.1.2数据处理分析之前，应进行粗差9.1.4数据预处理包括数据质量评价、数据滤波、参数化修正。9.1.5数据预处理包括采集器数据预处理、工作站数据预处理、数据中心数据预处理等层次。其中采集器数据预处理侧重于数据准确性评价、粗差剔除、参数化计算；工作站数据9.2数据质量评价9.2.1数据完整性用于评价采集数据9.2.2数据准确性用于评价采集数据与实际变形量的接近程度。9.2.3数据有效性用于评价采集数据与传感器合理取值范围的接近程度；可通过数据冗余测量、局域网传感器协同采集等方式给出数据有效性的9.3粗差剔除9.4参数化修正9.4.1原始采集数据预处理计算量较小的，宜在采集器进行参数化计算，并将原始数据9.4.2高精度传感器宜根据传感器数9.4.3在进行参数化计算时所需参数应预设在监测装置中，并可在现场或通过远程的方式进10.1.2数据标准化设计时，应充分考虑传感数据在计算、存储、展示等多个方面的需要开10.1.3数据统计分析的规则模型设计应明确各个规则的源数据、目标数据、处理规则、处测工作的需要附加监测工点、监测对象、监测点、数据状态10.3.1统计分析规则设计是针对传感数据开展的流程化处理工10.4.3在获取传感设备的传感源数据后，根据所对应的数据类分时段进行分发，处理系统应作为一个独立的小系统进行11.1.3实时数据处理宜采用数据中心统计处理模式，便于数据的修复性计算，在采集高频综合考虑监测技术的适应性、观测方案的合理性及数据传输量等方11.2.3智能数据集成系统设计应采用分布式框架实现，并具备跨平台、跨终端、跨系统集11.3.3具备多层级、多区域处理能力，基本的统a)单个传感器的统计处理，提取传感器监测数据各个维度的最大值、最小值、当前值b)单个对象的统计处理，提取单个监测对象在特征维度c)大区域的统计处理，提取大区域范围内的基础设施在结构、形变、环境及荷载等维11.4.1交通基础设施在获得全面的智能监测数据后，必须开展a)基础统计建模分析理论，以时序分析、回归分析、神经网络方法为主，重点对监测数据成果时间的变化规律进行反演，并挖掘b)交叉学科专业建模分析，以单一基础设施为对象，以结构专业建模理论为基础，以监测数据成果为参照，验证基础设施理论趋势b)移动通信网络，对实时预警数据，应优先采用手机短信方式进行分发，确保相关责c)基础设施现场及时响应，在网络及通信等基础设施不是很发达的区域，宜通过现场运营管理单位应建立监测预警机制，并根据监测服务单位报送的预警信息实时启动应急预案。12.2.2监测预警的级别应根据监测技术要求、现场可能发生安全事故的紧急程度及危害程12.2.3监测服务单位的监测预警应通过短信、电话、邮件等快捷方式报送到建设及运营管设计单位、施工单位、监测单位等参建各方进行讨论，制定应对措施。设计单位应根据监测数据结果对工程的质量安全影响进行分析，必要时提出加固设计方案。施工单位对设