《城市交通基础设施智能监测技术规》

T/CSPSTC×-2020

城市交通基础设施智能监测技术规范

1范围

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、数据成果

等内容。

本标准适用于城市交通基础设施智能化监测。

2规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用

于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB50490-2009城市轨道交通技术规范

GB50911-2013城市轨道交通工程测量技术规范

GB50490-2009城市轨道交通技术规范

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术规范

GB50026-2007工程测量规范

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统模式

GB/T16566-2018铁路隧道词汇

CJJ37-2012(2016年版)城市道路工程设计规范

CJJ36-2016城镇道路养护技术规范

CJJ99-2017城市桥梁养护技术标准

CJJ242-2016城市道路与轨道交通合建桥梁设计规范

CECS333：2012结构健康监测系统设计标准

JGJ8-2016建筑变形测量规范

JTG/TD70-2010公路隧道设计细则

JTG3370.1-2018公路隧道设计规范

Q/CR9218-2015铁路隧道监控量测技术规程

JTS215-2018码头结构施工规范

GB/Z33750-2017物联网标准化工作指南

GB/T33474-2016物联网参考体系结构

GB/T34069-2017物联网总体技术智能传感器特性与分类

GB/T34068-2017物联网总体技术智能传感器接2口规范

GB/T36620-2018面向智慧城市的物联网技术应用指南

YD/T3331-2018面向物联网的蜂窝窄带接入（NB-IoT）无线网总体技术要求

3

T/CSPSTC×-2020

GB/T20270-2006信息安全技术网络基础安全技术要求

GB/T22239-2019信息安全技术网络安全等级保护基本要求

CJJ/T100-2017城市基础地理信息系统技术标准

GB/T18578-2008城市地理信息系统设计规范

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1基础设施

3.1.1

轨道交通urbanrailtransit

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、市域快速轨道系统。

3.1.2

城市道路urbanroad

通达城市的各地区，供城市内交通运输及行人使用，便于居民生活、工作及文化娱乐活动，

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、次干路和支路。

3.1.3

城市桥梁urbanbridge

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桥。

3.1.4

公路隧道highwaytunnel

供汽车及非机动车和行人通行的地下通道，一般分为汽车专用隧道和汽车、非机动车与行

人共同同行的隧道。

3.1.5

主体结构mainstructure

主体结构工程是指在地基基础之上，承担、传递所有上部荷载，维护上部结构主体性和稳

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、钢结构工程等。

3.1.6

附属结构attachmentstructure

附属结构工程是指主体结构工程外的固定结构部分，是基础设施使用功能的重要组成部

分。包括非承重结构、附着于主体结构的构件、装饰构件等。

3.1.7

附属设施affiliatedfacilities

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，主要包括电梯、

照明和应急电源、通信设备，管道系统、采暖和空气调节系统，烟火监测和消防系统，公用天

线等。

4

T/CSPSTC×-2020

3.1.8

设施周边环境surroundingbuildings

交通基础设施周围可能受其施工或运营影响的其他建筑、道路、管线、地面等。

3.2监测项目

3.2.1

变形监测deformationmonitoring

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、倾斜等变化所进

行的量测工作。

3.2.2

力学监测mechanicalmonitoring

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、压力等变化所进

行的量测工作。

3.2.3

环境监测environmentalmonitoring

基础设施所在区域的自然环境参数，包括风、温度、湿度、降雨等。

3.2.4

响应监测responsemonitoring

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、支座反力、

基础冲刷等。

3.2.5

自动监测automaticmonitoring

由计算机系统控制传感设备对监测点定时进行连续的监测活动。

3.2.6

人工监测manualmonitoring

由人工控制传感设备对监测点定时进行非连续的监测活动。

3.3数据处理

3.3.1

数据预处理datapreprocessing

在进行专项数据处理以前开展的数据处理工作。常见处理方法包括数据清洗、数据集成、

数据滤波、数据变换等。

3.3.2

安全评估safetyevaluation

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，评

价其安全等级。

5

T/CSPSTC×-2020

3.3.3

专项评估specialevaluation

交通基础设施遭受洪水、流冰、漂流物、船舶或车辆撞击、滑坡、泥石流、地震、风灾、

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的

评估方法。

3.3.4

统计建模statisticalmodeling

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过程。

3.3.5

预测预报forcastandprediction

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结构状态,

并进行该数据的发布。

3.4数据通讯

3.4.1

有线传输wiretransmission

在两个通信设备之间通过物理连接，将信号从一方传输到另一方的技术。

3.4.2

无线传输wirelesstransmission

在两个通信设备之间不使用任何物理连接，而是通过空间传输的一种技术。

3.4.3

同步传输synchronoustransmission

发送方和接收方的时钟是统一的、字符与字符间的传输是同步无间隔的数据传输方式。

3.4.4

异步传输asynchronoustransmission

不要求发送方和接收方的时钟完全一样，字符与字符间的传输是异步的数据传输方式。

3.5智能系统

3.5.1

传感器

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

和转换元件组成。

3.5.2

采集器

将传感器感知物理量转换为数字量的设备；

3.5.3

6

T/CSPSTC×-2020

低功耗终端

指通过便携电池供电即可满足需求工作时长的监测设备。

3.5.4

采集网关

采集网关实现传感器网络与其它网络之间的通信链接，具有协议转换与数据交互的功能。

3.5.5

监测系统

由监测设备组成实现一定监测功能的软件及硬件集成。

3.5.6

指令协议

指不同网络设备之间的数据交互的应用层通信约定。

3.5.7

指令帧

由采集器发送至传感器的通信字符串称为指令帧。

3.5.8

响应帧

由传感器返回至采集器的通信字符串称为响应帧。

3.5.9

数据中心

由计算机场站（机房）、机房基础设施、信息系统硬件（物理和虚拟资源）、信息系统软件、

信息系统资源（数据）和人员以及相应的规章制度组成的组织。

3.5.10

监测大数据平台

提供多类型监测设备的接入与管理，并为上层多种监测应用提供数据与服务的支撑能力，

基于数据管理与应用实现对城市交通基础设施的管理与养护。

3.5.11

规则模型

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，以实现数据的

范化计算。

3.5.12

脚本建模

对数据的统计、建模过程进行动态脚本语言设计，将处理核心算法进行脚本化。

3.5.13

流数据

7

T/CSPSTC×-2020

流数据是一组顺序、大量、快速、连续到达的数据序列。

3.5.14

智能监测系统

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，从而有效进行事前预警，事中处理，事后决策

的全自动、全天候、实时监测的智能系统。

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

以及信息化系统的建设工作。

4.4.2基础设施管理应遵循既有建设工程风险评级相关规定，开展必要的安全监测工作。

4.4.3智能监测工作应将人工巡查方法与传感器技术手段充分整合，充实监测基础数据资

料，提高安全评估分析结果的可靠性。

4.4.4基础设施的安全监测进行专项方案设计时，应包括但不限于以下部分：

a)基础设施概况；

b)监测目的和依据；

c)监测内容及项目；

d)智能监测方法及实施；

e)人工检核实施方法；

f)监测数据处理与信息反馈；

g)监测预警预报方案。

4.4.5监测实施期间，建设方或管理方应协助监测单位做好自动化智能监测设施、设备的

防护工作，必要时应设置专用的警示标语、指示牌或安装专用的保护装置等。

4.4.6监测工作的实施应由具备相应资质水平及能力的单位承担。

4.2监测技术

4.2.1监测传感设备埋设后应进行现场调试检核，在工作状态稳定后进行设备初始值的采

集，条件允许时应与人工测量的数据成果进行互检，初始采样次数不宜少于3次。

4.2.2智能监测系统应包括传感器子系统、数据采集及传输子系统、数据处理与分析子系

统、数据管理子系统、结构分析评估子系统、预测预警子系统，并通过跨平台系统集成技术

将各子系统集成为统一协调的整体。

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、结构力学特性设计确定。

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应

满足数据分析、安全预警、安全一级评估、安全二级评估及专项评估的要求。

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能

传感数据结果的质量校验。

4.2.6实施智能监测的项目，对应的基准点和监测点布设、监测频率及监测预警值指标应

满足相关规范的要求。

4.2.7实施智能化、自动化监测的项目，对应的监测精度应满足现行有关标准规定要求。

4.2.8对于现行规定中未明确的新技术、新方法，可按照设计或变形允许值的1/10~1/20

8

T/CSPSTC×-2020

作为精度指标。

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测专项内容。

4.2.10智能监测专项技术方案或专项内容的编制应根据结构特点，采用合理的技术手段，

监测结果满足精度要求，并保证监测结果的可靠性，监测单位应严格执行监测方案相关规

定。

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

础设施结构基础、交通条件、外部环境等因素对设施设备的潜在影响。

4.3.2监测用的仪器、仪表及传感设备等应在具备相应资质的计量鉴定单位进行检验、鉴定，

或按规定进行自检。

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、减少周边干扰和破

坏、便于恢复利用的原则进行。

4.3.4连接仪器的专用电缆应耐酸、耐碱、防水、防腐蚀、质地柔软。

4.3.5电缆安装应按设计路线铺设，接口接头处应按设计和有关要求进行处理，埋设于混凝

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防护与保护装置，端点亦应按规定

进行处理加防护和保护装置。

4.3.6监测频次应符合设计和规范要求，如遇特殊情况和工程出现不安全征兆时应增加测次。

监测周期应满足日常管理的要求，相关的监测项目应在同一时段进行。

4.3.7智能监测系统，应具备下列基本功能：

a)数据自动采集功能；

b)自组网数据通信；

c)远程数据通信功能；

d)数据存储及处理分析功能；

e)综合预警功能；

f)防雷及抗干扰功能；

g)其他辅助功能包括数据备份、断电保护、自诊断及故障显示等功能。

4.3.8智能监测系统，应符合下列基本性能要求：

a)测量周期为1分钟~30天，并可根据动态响应监测进行调整；

b)监控中心环境温度保持在20℃~30℃，湿度保持不大于85%；

c)系统工作电压为220（1±10%）V；

d)系统故障率不大于5%；

e)防雷电感应不小于1000V；

f)采集装置测量范围满足被测对象有效工作范围的要求。

4.3.9智能监测系统设备的选用应符合下列要求：

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

测量，接收命令进行选点、巡回监测及定时监测；

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的管理计算机配置

应满足在线监测系统的要求，并应该配置必要的外部设备；

c)数据通信，数据采集装置和监控主机之间可采用有线和（或）无线网络通讯。

4.3.10智能监测系统日常运行时，应做好以下防护工作：

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。系统电源应有稳

压及过电压保护措施，以避免受当地电源波动过大的影响；

9

T/CSPSTC×-2020

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求；

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。电缆

沟宜封闭，并应采取排水措施；

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、风

沙等恶劣天气对监测设备的影响，必要时应采取特殊防护措施。

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，做好安全保护措施，施工期的监测以控制施工

风险，保障施工安全为主要目的。

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互联，运营期的安全监测以实时状态监测，

异常状态识别，安全风险评估为主要目的。

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术，从监测精度、可靠性、经济性等方

面开展优化设计。

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，在

条件允许时结合设计资料开展反馈验证计算。

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、

可扩展性等基本原则。

4.4.2智能监测系统的关键技术和设备，应根据工程的实际需要和系统运行环境，采用成熟、

可靠的技术和满足国家或行业标准且易维护、更新的产品。

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。

4.4.4智能监测系统应符合国家安全保密的相关规定。

5传感器选型与布设

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，并同时满足设施的具体应用需求。

5.1.2传感器的量程指标应满足监测项目量测实际需要，同时覆盖设施工作范围。

5.1.3传感器的通信协议与接口设计应便于智能监测系统的数据集成。

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。

5.1.5传感器在安装前应进行必要的标定、校准或自校，确定其性能完好性。

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

量结果的可靠性。

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择，

提高系统建设的经济性价比。

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

10

T/CSPSTC×-2020

际工程需求。

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，便于后期升级改

造、维护与更换。

d)传感器采集设备的性能指标应优于传感器技术指标的要求。

e)宜选择具有补偿功能的传感器。

5.2.2传感器的性能参数应符合下列要求：

a)传感器最大工作状态点不应超过满量程。

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率。

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

足较高的线性度要求。

e)传感器应具有良好而稳定的信噪比。

f)传感器测量值漂移应根据监测技术指标要求严格控制。

g)传感器防水防尘指标要求应满足监测现场环境的需求。

5.2.3传感器除应符合性能参数要求外，尚应符合下列规定：

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

场埋设。

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位

置，测量数据应能够与理论分析结果建立起对应关系。

b)合理利用设施结构的对称性原则优化传感器布设方式；

c)传感器的布设应便于后期安装与更换。

d)传感器的布设应减少通信传输距离。

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，校验

传感器数据的准确性。

5.3.3传感器的布设应按照仪器说明书埋设方法依次要求进行，并在埋设结束后组织验收。

5.3.4传感器的布设位置应符合传感器安装规范要求，并便于后期的维护与更换，不符合传

感器安装规范要求的布设位置需做结构改造，以满足传感器安装规范。

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、单位等基本信息，便

于后期维护与管理。

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

的可靠性和准确性。

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，

且具有过负载、过压、过温保护功能。

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，避免由于雷电带来的

传感器损坏。

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、燃烧等安全性问

题。

11

T/CSPSTC×-2020

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、振动发电等

技术，保证最不利户外环境下，传感器稳定工作时长满足监测技术要求。

6数据通信传输

6.1设计要求

6.1.1传感器的数据通信传输可采用以下方式：

a)有线通信传输，包括RS232、RS485、光纤、双绞线、公用电话网等。

b)无线通信传输，包括4G\5G、Wifi、微波、卫星、Lora等。

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、数据带宽、传

输数据量、传输时长、工程现场环境、网络覆盖状况等因素，灵活确定组网通信方式。

a)当现场传感器组网通信距离较大时，且空间可视情况下，宜采用无线通信方式。

b)当工程现场传感器数据传输量较大、节点通信距离较近时，宜采用有线通信方式。

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的

通信方式。

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，宜

采用无线通信方式。

6.1.3采用有线通信时，应注意信号传递衰减问题，信号衰减严重的情况下应增加中继器，

延长有线通信数据传输距离。

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，同时考虑通信

节点对通信空间其它设备的影响。

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，避免对空间内其

它设备无线通信的影响。

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修复故障或

自动上报故障信息。

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、采集器与远程服务器之间的双

向通信需求。

6.2通信协议

6.2.1通信协议包括局域网通信协议、广域网通信协议。采集网关通过局域网通信协议完成

对局域网传感器的数据采集，通过广域网通信协议实现将传感器采集数据上报至远程服务器。

6.2.2传感器局域网通信帧包括指令帧、响应帧，指令帧格式定义宜参照下表所示：

表1传感器局域网通信指令帧格式

起始字符传感器地址控制指令标识参数校验结束符

1字节4字节2字节可变长度2字节2字节

6.2.3响应帧格式定义如下表所示：

起始字符传感器地址控制指令标识数据校验结束符

1字节4字节2字节可变长度2字节2字节

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，且保证传感器地址在

局域网内的唯一性。

6.2.5局域网通信帧控制指令分为三类：公共功能码、用户定义功能码和故障功能码，功能

指令代码划分区域如下表所示：

12

T/CSPSTC×-2020

表2功能指令代码划分区域

对应功能类型备注

设备开机

设备关机

数据读取

预留

预留

公共功能码

数据写入

查询从机地址预留

存储数据量查询

设备地址配置

预留公共功能码

用户自定义功能码用户定义功能码

自定义故障码故障功能码

6.2.6校验方式宜采用和校验、CRC校验方式，采用高字节在前、低字节在后的方式组织。

6.2.7局域网传输应设置数据加密，宜采用SSL加密、自行加密等方式。

6.2.8广域网通信协议宜采用MQTT通信协议，传输数据包括消息主题、消息负载协议两个

组成部分。

6.2.9消息主题包括发布主题、订阅主题，采集网关应订阅服务器命令广播主题、点到点命

令主题，接收远程服务器数据；采集网关应通过服务器响应主题、点到点响应主题，向服务器

上报采集数据。

6.2.10消息负载协议宜采用Json格式，命令消息负载包含以下关键字：

表3命令消息负载关键字

序号关键字备注

1采集网关地址

2传感器节点地址

3控制指令包含命令参数

4命令时间

6.2.11响应消息负载应包含以下内容：

表4响应消息负载关键字

序号类型备注

1采集网关地址

2传感器节点地址

3响应数据包含响应参数

4响应时间

5采集状态

6.2.12消息负载数据应进行数据加密，提高数据的安全性。

6.2.13采集网关上行通信接口应支持3G、4G、5G、NB-IOT、Lora等接入方式，根据工程现

场状况兼容多种通信方式。

13

T/CSPSTC×-2020

6.3通信集成

6.3.1传感设备集成应采用开放性的框架，支持新型传感设备的动态接入与控制。

6.3.2传感设备集成指令协议宜采用以下形式设计：

a)当前网关集成设备支持的传感器集合，包括多个类型的传感器

b)当前传感设备类型的指令集合，包括控制、采集指令

c)当前指令块，包括以下部分：

1)基础信息，包括名称、存储、标识、排序

2)指令信息，包括类型、起始位、地址位、延时位

3)解码信息，包括类型、起始位、存储位、解码集

4)存储信息集，包括数据位、标识位、转位位、类型

6.3.3传感设备集成存储宜采用以下形式设计：

a)当前网关集成设备支撑的传感数据集合，包括多个类型的数据

b)当前传输数据的存储集合，包括多个维度的数据描述

c)当前数据维度的存储，包括以下部分：

d)当前数据块，包括以下部分：

1)基础信息，包括名称、排序

2)索引信息，包括方式、名称

3)存储信息，包括类型、约束

7传感数据采集

7.1基本要求

7.1.1智能数据采集装置应满足下列要求：

a)技术指标应满足国家及行业有关标准要求；

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)应具备防雷、防水、防尘等基本性能，能够保证全天候运行的需求；

d)采集装置应具备较宽的工作温度区间，一般不低于-20~60℃；

e)应提供人机交互接口，满足特定条件下人工干预进行数据采集的需求。

7.1.2智能数据采集传输介质应满足下列要求：

a)传输介质的选择应和监测系统的通信架构相适应；

b)现场传输介质可以是有线或无线形式，必要时，应具备能够支持多种有线、无线通信

组网方式和主备信道自动切换的功能；

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

要求、监测数据传输量级、网络建设成本等因素，以通信稳定可靠为原则选定。

7.1.3智能数据采集系统应满足下列要求：

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

下内容：

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、联

系人等；

2)采集方案信息：包括数据采集周期、单期采集次数、主动触发采集机制等；

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、校验方

式等；

4)传感器信息：包括传感器编号、传感器类型、控制指令、对应点位等；

14

T/CSPSTC×-2020

5)数据预处理信息：包括数据校验方式、成果计算公式、数据阈值、粗差处理方案

等；

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、消息监听机

制等。

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

需要；

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

量；

d)应具备人机交互及数据录入的功能，实现对人工数据采集的兼容；

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化

规律；

f)应具有初步的数据预处理和分析功能，能自动检验监测结果是否超预警值，并具有短

信、电话、邮件报警功能。

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重启

等应对方案；

h)应具有数据备份及服务中断后自动重启功能，确保数据完整性及数据采集的连续性；

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集

需求。

7.2水平位移数据采集

7.2.1水平位移数据采集宜采用智能型全站仪、激光测距仪等设备进行量测。

7.2.2采用智能型全站仪进行位移自动化监测时，应符合以下规定：

a)位移监测基准点应设置在基础设施外部不受影响的稳定区域；

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置，满足对仪器的防护要

求。宜配置强制对中装置；选点时应考虑施工对工作基点的扰动和对视线的阻挡；

c)监测点与基准点宜同步进行观测，并应同时观测至少3个监测网点；

d)应定期检查仪器的整平状态，并及时校正；

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、通信系统及不间断供

电系统等配套设备，并注意安全防护。

7.2.3采用激光测距仪进行位移自动化监测时，应符合以下规定：

a)应注意测距仪和接收标靶的安装一致性，并注意调整视线方向；

b)应调整测距仪和接收标靶之间的安装距离至合适数值，参考测距仪测距精度指标。

c)激光测距仪精度根据监测对象精度进行确定且不低于3mm。

d)激光测距仪安装应避开潮湿的反射面，并避免测距通道上的粉尘、水汽对测距精度的

影响。

7.3竖向位移数据采集

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进行量测。

7.3.2采用全站仪进行竖向位移监测时，宜与水平位移监测同步进行。

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、测量方法均应满足《建

筑变形测量规范》JGJ8相关规定要求。

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》JGJ8相

关规定要求，结合传感设备量程和监测对象特性进行精度确定。

15

T/CSPSTC×-2020

7.4深层水平位移数据采集

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行量测。

7.4.2当以顶部作为深层水平位移的起算点时，每次监测应测定起算位置的坐标变化并修正。

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，监测数据能够反映监测

深度范围内变形变化要求。

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倾斜数据采集

7.5.1倾斜智能监测可采用倾角计、智能型全站仪、静力水准仪等设备进行量测。

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，包括测点间距、监测对

象高低等有关特征数据。

7.6裂缝数据采集

7.6.1裂缝宽度智能监测可采用裂缝计、位移计、拉绳计等设备进行量测。

7.6.2设备的最大量程应满足监测对象的变化需要。

7.6.3设备安装时，应综合考虑裂缝收缩与扩张两种情况。

7.6.4设备安装时，应考虑裂缝的变化方向，避免因物理形变导致的数据不准确或设备损坏。

7.7应力数据采集

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。

7.7.2土压力智能监测可采用土压力计。

7.7.3地下水位智能监测可采用渗压计，埋设时应布设专用水位管。

7.7.4锚杆和土钉的内力智能监测可采用测力计、钢筋计、应变计及锚索计等设备。

7.8其他数据采集

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的获取。

7.8.2利用毫米波技术开展多点位的形变监测。

7.8.3利用结构光技术开展高精度的裂缝检测。

8传感数据存储

8.1基本要求

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嵌入式

存储，数据中心宜采用云存储和云管理技术，实施分布式的云化存储。

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线存储；经

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段典型数据。

8.1.3监测数据宜以项目为单位建库存储管理数据，项目数据库中兼容不同的监测数据类型，

支持灵活动态建表进行数据规则化统一入库存储。

8.1.4应对建构筑物的设计、施工、竣工图纸以及科研专题研究资料进行存储和管理。

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储的以下三

方面核心安全问题：可靠性、存储效率、高效的保护机制。

16

T/CSPSTC×-2020

8.2芯片级存储

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、原始数据项等

数据。

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，保证设备掉电重

启后，仍按照用户预设参数正常工作。

8.2.3删除存储空间中的无用数据，空闲存储空间及时回收。

8.2.4尽可能减少对存储器读写操作。

8.3采集器存储

8.3.1数据采集器可分为工业电脑和智能网关，二者根据不同的应用场景，按需使用。

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、可维护性、可移植性和经

济性进行设计。

8.3.3采集器存储主要采用嵌入式开源数据库，如Empress、BerkeleyDB和SQLite，是根

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

心数据库所有的基本管理功能，如数据记录的基本存储、读取、删除等功能。

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，

但需要数据库可靠性好，管理函数使用方便，同时可以实现任意一条记录与字段的定位。

8.3.5数据文件和状态信息文件中的数据可分为四类，即时间信息、监测要素数据、数据质

量控制标志和状态信息。

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

据库的不同表中。

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。

8.3.8为保证数据的安全性，需实现数据库的备份功能，建立一套自身的维护机制，保障数

据安全。

8.4数据中心存储

8.4.1数据中心存储设计要求

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一性。

b)数据中心的数据存储应具备数据自动备份与恢复机制。

c)数据库应模块化架构，可对建构筑物结构信息、监测系统信息和监测数据进行分层、

分类存储和管理，数据库分类宜按下表进行设计。

表5响应消息负载关键字

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

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、

4系统参数数据库

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

17

T/CSPSTC×-2020

序号数据库名称数据库功能描述

作状态

基础设施结构信息

6基础设施结构的基本信息

数据库

8.4.2数据库管理机制要求

a)采用基于数据库的数据管理方法，提供方便的接口和完整的数据控制功能。

b)宜采用成熟的关系型数据库，具有字符界面和图形界面，易于开发维护。

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功

能。

d)能够定义数据存储的有效区间，应具备快速提交、成组提交、多块读出与写入技术，

减少输入输出量。

e)数据库具有报警功能，当数据库系统的状态出现异常时自动报警，应自动做出相应的

操作建议。

8.4.3数据存储安全策略

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

提高云环境下的设备的信息存储效率。

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在云端的环境中；在对数据

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

过程进行保护。

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。为了

确保云端数据存储的安全，应安装专业的硬件防火墙。

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，提高信号的信噪比。

9.1.2数据处理分析之前，应进行粗差探测识别剔除、减少系统误差、偶然误差。

9.1.3应正确判断异常数据是由结构状态变化引起还是监测系统自身异常引起，应剔除由监

测系统自身引起的异常数据。

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三个

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；工作站数据预

处理侧重于数据完整性评价、数据有效性评价。

9.2数据质量评价

9.2.1数据完整性用于评价采集数据与规范要求完整信息的接近程度。

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权重。

9.2.4数据时效性用于评价采集数据时间与业务需求的符合程度。

9.3粗差剔除

9.3.1传感器采集数据发生突变的，宜通过3次以上的冗余测量进行校核，将确定为粗差的

18

T/CSPSTC×-2020

数据进行剔除，并将粗差进行本地化存储。

9.3.2对确定为粗差的数据，应及时重测，来不及重测的应进行处理，可根据相邻观测值进

行外插或用拟合值予以代替。

9.3.3粗差剔除可采用过程线法、统计检验法、模型检验法进行。

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，并将原始数据及成

果数据上报至服务器；原始采集数据预处理计算量较大的，宜由工作站进行预处理后，上报至

服务器。

9.4.2高精度传感器宜根据传感器数学模型进行温度补偿预处理计算。

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

行更改调整。

10数据统计分析

10.1基本要求

10.1.1数据统计分析宜采用基于数据规则的方式进行实现，方便不同数据类型的自动化处

理。

数据统计分析的规则设计应包括智能传感数据的设计、存储、计算等功能。

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展

具有针对性的优化设计。

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、处理

算法等，根据需要可引入脚本计算引擎进行动态计算，并提高平台的兼容能力。

10.1.4数据统计分析处理平台应具备分布式处理能力，以应对海量传感设备实时接入的后

续数据并发处理需求。

10.1.5数据统计分析成果宜采用数据库方式进行存储，并在此基础上开展各类数据的自动

化处理工作，便于数据共享与应用。

10.2数据设计

10.2.1数据设计是对元数据的标准化配置工作，对传感数据的原始信息进行明确，其中包

括传感设备采集数据的名称、类型、单位等，一个标准的传感数据设计流程如下：

a）参照传感设备的性能指标、采集参数对传感设备的各个数据维度进行明确，并根据监

测工作的需要附加监测工点、监测对象、监测点、数据状态等信息。

b）对传感数据的外部关联信息进行配置，用于实现数据的分层分级分类标注。

c）根据数据的标准化设计内容，进行数据的存储空间创建，宜采用数据库存储方式进行

数据表的创建，当数据量较大时，需进行数据的分区分表。

d）依据标准化设计内容，应提供在线的数据共享交换接口，实现数据的快速集成。

10.2.2常见的智能传感数据采集的信息如下：

a）测量机器人：监测点、测量时间、水平角、天顶距、斜距、X坐标、Y坐标、Z坐标。

b）振弦式传感：监测点、测量时间、频率、温度、形变值、应力值。

c）激光传感器：监测点、测量时间、距离、温度。

d）拉绳传感器：监测点、测量时间、位移值。

e）影像传感器：监测点、测量时间、X位移、Y位移。

f）风速风压传感器：监测点、测量时间、风速、风压。

19

T/CSPSTC×-2020

g）静力水准传感器：监测点、测量时间、电容值、液位值、沉降值。

h）GNSS传感器：监测点、测量时间、经度、纬度、高程、X坐标、Y坐标、Z坐标。

10.3基础计算

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作，对智能传感设备进行定

制化处理，包括参数修正、统计计算、线性计算等。

10.3.2数据的配置化规则应包括以下部分：

a）原始数据集：对分析规则计算的数据源进行配置，包括数据层级、数据来源、数据分

类、数据条件。

b）数据参照：对分析规则计算所需的基准参数进行配置，典型的基准参数为差值计算中

的起算值，线性变换计算中的计算参数。

c）基础算法：以脚本形式对计算算法进行描述，宜采用具有动态可解释性脚本预言实现。

d）目标数据集：对计算结果的存储规则进行描述，包括存储层级、存储类型、存储条件

等。

e）统计规则参数：其他参数部分，包括规则分类、自动标识、处理排序、实时发布等。

10.4专业计算

10.4.1在基础统计分析的基础上，针对不同类型的数据构建特定的数学模型进行处理分析，

模型应用于数据处理的各个阶段。

10.4.2从智能传感设备获取的传感源数据需要进行模型化计算得到所需的变形参数，常见

的计算模型包括：

a）振弦式传感器修正模型，对振弦传感器采集的频率进行模型计算，得到监测反应的变

化量、包括形变变化、应力变化等。

b）测量平差计算模型，对测量机器人观测的原始数据进行平差计算，得到监测点的三维

坐标信息。

c）影像数据计算模型，对影像资料进行图像识别，得到典型特征点的变形量。

d）GNSS数据处理模型，对GNSS传感器的观测文件进行处理，得到监测点的三维坐标信

息。

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型，采用匹配的数据模型进

行自动化计算并存储。

10.5并行处理

10.5.1智能监测系统设计应采用并行处理架构，对实时接入的传感器数据进行处理，提高

数据分析处理的时效性。

10.5.2并行处理是一种分布式数据处理策略，宜采用数据管道机制对数据处理进行分任务、

分时段进行分发，处理系统应作为一个独立的小系统进行部署运行。

10.5.3并行处理的基本过程如下：

a）数据接收端接收到传感源数据后，查询匹配的数据模型和计算规则，按照排序生成处

理任务并推送到数据管道；

b）数据处理系统接到分配的处理任务后，进行计算存储，查询目标数据源的数据模型和

计算规则，自动触发下一个阶段的自动化过程；

c）当前数据无匹配模型和规则时，结束数据处理流程。

11数据建模分析

20

T/CSPSTC×-2020

11.1基本要求

11.1.1智能监测系统采集得到的数据为原始信号量，需要进行实时的计算处理，并将信息

发布到相应的客户及设备端。

11.1.2实时数据处理应严格遵循传感设备的指标参数和计算模型，以获得准确的数据结果，

数据取位遵循相关技术规范与标准。

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

数据时，适当采用前端计算模式，减少数据中心的计算负载。

11.2数据集成

11.2.1智能传感设备在数据传输过程中，应考虑以无线网络为主、有线网络为辅的方式，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面的特性。

11.2.2智能传感数据集成应综合利用以下方式：

a)物联网数据协议集成，以MQTT协议为参照，将传感设备的控制指令、数据包进行封

装，利用通信网络向数据中心进行传输并集成。

b)JSON数据集成，依托智能数据采集器，将周期性观测文件进行Json数据封装，基于

互联网进行传输集成。

c)XML数据集成，依托智能数据采集器，将周期性观测文件进行XML数据封装，基于互

联网进行传输集成。

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、跨系统集成

能力，为城市基础设施全域监测提供功共享数据。

11.3特征处理

11.3.1数据集成到数据中心后应开展实时的统计处理工作，了解基础设施的当前运营状况，

为运营养护提供数据支撑。

11.3.2智能监测数据的统计处理应具备对数据的异常识别、特征提取、及现状识别等功能。

11.3.3统计处理系统应具备多层级、多区域处理能力，基本的统计处理策略应包括以下方

面：

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、当前值及

变化速率。

b)单个对象的统计处理，提取单个监测对象在特征维度的最大值、最小值、当前值及变

化速率。

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、环境及荷载等维度

的最大值、最小值、当前值及变化速率。

11.4建模计算

11.4.1交通基础设施在获得全面的智能监测数据后，必须开展相关专业学科知识交叉融合

的建模分析，实现准确的安全分析评估，辅助城市管理决策。

11.4.2专业建模分析前，需对传感数据的精度和质量进行可靠性评估，确保初始数据成果

的可靠性。

11.4.3建模数据分析宜采用以下多种方式相结合：

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，并挖掘不同特征数据间的关联程度，揭示基础设施

运行的演化机制。

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

21