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摘 要：近年来我国客运专线建设突飞猛进，由于客运专线速度高、线路长，大部分地段都以桥梁的形式通过，使得既有高速铁路桥梁检查工作量大幅度提高，对设备管理部门桥梁日常检查工作带来极大的困扰。通过应用无线振动实时检测系统，实现了检测数据的实时采集，及时掌握设备运营状态，为高速铁路桥梁设备维护和管理实现科学化、规范化提供了有利条件。
关键词：无线振动;实时检测;高速铁路桥梁
中图分类号：U446 文献标识码：A
目前，专门用于桥梁特性实时检测的系统不多，现有的检测分析系统主要用于桥梁日常检测：一是工务段或检测工区用便携式检测仪器对所管辖区段高速铁路桥梁进行日常检测和普查，有些工务段因为人力、设备配备等原因而无力开展这项工作;二是各局桥检队根据计划安排对特定桥梁进行针对性的专项检测，由于桥梁数量多，检测人员少，无法对所有桥梁或特定桥梁进行经常性检测。因此需要有实时检测系统对特定桥梁进行不间断性实时监测以满足实际需求。经过广泛调研发现数据传输网络GPRS即通用分组无线业务（General Packet Radio Service），对实现实时检测系统的搭建提供了良好的解决平台。在其基础上可进行多种数据传输业务，按数据流量计算，运行费用、成本低，无须维护传输平台，而且GPRS网络覆盖面广，具有数据传输速率高和永远在线的特点。本文重点对数据传输网络GPRS组建以及在
兰新客专高速铁路桥梁實际应用进行了介绍，以供探讨。
1 工作原理
远程桥梁实时检测系统就是把无线传感器网络技术与Internet网络通信技术相结合，对铁路桥梁横向振动、竖向振动和加速度进行准确测量可靠传输和智能处理，建设一个全天24小时运行的物联网。
（1） 采用941B拾振器1档测加速度，2、3、4档测位移，根据通道功能要求选择档位，
根据不同信号经过放大、积分、滤波处理，再经过A/D变换得到相应的数值。
（2）941B传感器根据要求安装在梁体的跨中，当列车通过时可迅速、准确测量桥梁的振动或者加速度信号数值。
（3）采集数据通过采集模块和GPRS模块发射到移动网络。
（4）每个数据采集模块都带有一个GPRS模块，每个模块出厂时分配一个32位的识别编号（ID），通过该编号，数据中心可以识别接收到的数据来自哪个测点，并对之进行存储和显示。
（5）系统运行时需要的各种参数，通过配置软件预先设定，并存入数据库管理。
（6）利用移动通信公司的GPRS数据传输网路，采用动态域名解析技术，进行远程数据传输。
2 主要适用范围
（1）桥梁检定部门、工务段对重特大桥梁的日常实时检测。
（2）桥梁设备管理。使用无线实时检测系统可实时对桥梁设备进行检测，以便建立桥梁有关振动和加速度数据库。
（3）对重点病害桥梁的实时监测。
3 系统的组成
（1）系统主要由：前端数据采集系统、基于GPRS无线数据传输模块的远程通信系统、中心数据处理系统三大部分组成，如图1所示。
（2）数据采集模块。位于桥梁不同部位的传感器将检测到的振动或者加速度信号经调理，再经A/D转换后送入单片机，单片机将数据通过GPRS模块发送至远程监控中心。同时，各个采集子单元的主板都带有USB接口，可以在测试现场对采集的数据保存到U盘中，并将数据同时发送到移动GPRS网络。
（3）远程数据通信系统。在数据集中器和中心数据处理系统之间需要构建远程数据传输网络，用于实现现场采集数据到监控中心的远程、广域通信。综合考虑建设成本、利用效率等多方面因素，远程桥梁实时检测系统选用移动公司的GPRS网络方式进行远程数据传输。
在每个数据采集子系统中内嵌一个GPRS DTU模块，给每个模块插入一张移动SIM通信卡，月通信费5元，数据流量30M，可以满足检测数据上传到中心处理系统的应用需求。只要GPRS网络信号覆盖，采用域名解析方式，数据集中器通过访问中心域名就可以访问到中心路由器，并与中心通信服务器建立TCP/IP通信连接。在监控中心计算机用一根可以连接到公网（中国联通、中国移动或者中国电信）的网线连接。该计算机每次开机后会自动与Internet网络连接，获得运营商动态分配的Internet IP地址，并且打开域名解析软件，在域名服务器上自动注册更新后的动态IP地址。
（4）中心数据处理系统。监控中心站程序其软件包括监测中心控制界面及初始化程序、数据包的收发程序、数据处理和保存程序。其中最重要的是监控中心计算机与 GPRS 无线通信模块之间的通信，它是实现数据包接收和发送的关键。网络端口通信控件Winsock能够方便地实现计算机网络端口的扫描和侦听，通过设置一个固定不被计算机占用的端口作为通信端口，然后不断的侦听这个端口的状态，发现端口中有数据包接收，那么开始把数据放入缓冲区，然后接收，并且调用相关的中断处理程序处理相应的数据。
远程监控中心主要由监控中心服务器、数据库系统与应用软件、公共网络组成。工作时，中心监控计算机的应用软件通过移动GPRS网络对数据进行接收，同时将数据保存至数据库，应用软件完成数据保存、显示、分析及数据打印等工作。
4 主要技术指标和测试数据分析
该系统采用的主要技术指标有横向振幅、竖向振幅、竖向加速度，参照《高速铁路桥梁运营性能检定规定》，普客通过产生的横向振幅值按照普速线路《铁路桥梁检定规范》计算。
为了验证检测数据的可靠性，无线实时检测系统完成后在振动台上进行标定，同时使用有线检测设备和无线检测系统进行对比测试，横向振动值无线实时检测系统与有线检测系统误差6.6‰，竖向振动值无线实时检测系统与有线检测系统误差5.2‰，小于《铁路桥梁检定规范》有线检测数据与无线检测数据值不大于10%的规定，测试结果如图2、图3所示。
目前该系统已在兰新客专乌鲁木齐至吐鲁番间红燕南路立交特大桥（K3407+933桥）安装运行，总计安装了12个采集单元，1个数据集中器和1个中心处理系统。为了进一步验证无线振动实时检测数据的可靠性，乌鲁木齐局集团公司工电检测所使用有线桥梁检测仪器对红燕南路立交特大桥1孔至4孔梁进行检测，与无线振动实时检测项目同步进行，以复核检测结果，其中主要对桥跨结构的横向振动、竖向振动、竖向加速度三项指标检测数据进行对比。
两次检测图形、波形走势高度一致，证明系统可靠性和重复性很好。经过一段时间的现场检测，无线实时检测系统运行稳定，测量数据准确，系统功能完善，经现场应用，能够满足工务部门桥梁振动实时监测需求。
5 结束语
随着铁路运输朝着高速、重载的方向不断发展，对桥梁经常性检查观测工作日益重要，需要桥梁维护人员能够及时、准确地掌握桥梁状态。无线实时检测系统，实现了桥梁的实时监控，解决了重特大桥的日常检测和维护，有效的节约了人力，具有可靠性较高，实用性强等特点，其先进性、实用性必将为铁路提速重载和跨越式发展做出应有的贡献。
参考文献：
[1]铁运函[2004]120号铁路桥梁检定规范.
[2]铁总运[2014]170号高速铁路工务安全规则（试行）.
[3]铁总运[2014]232号高速铁路桥梁运营性能检定规定（试行）.
[4]TG/01-2014铁路技术规程（高速铁路部分）.
[5]铁运[2011]13号高速铁路桥隧建筑物修理规则（试行）.
[6]SJ2064-82电子测量仪器可靠性试验方案.
关键词：无线振动;实时检测;高速铁路桥梁
中图分类号：U446 文献标识码：A
目前，专门用于桥梁特性实时检测的系统不多，现有的检测分析系统主要用于桥梁日常检测：一是工务段或检测工区用便携式检测仪器对所管辖区段高速铁路桥梁进行日常检测和普查，有些工务段因为人力、设备配备等原因而无力开展这项工作;二是各局桥检队根据计划安排对特定桥梁进行针对性的专项检测，由于桥梁数量多，检测人员少，无法对所有桥梁或特定桥梁进行经常性检测。因此需要有实时检测系统对特定桥梁进行不间断性实时监测以满足实际需求。经过广泛调研发现数据传输网络GPRS即通用分组无线业务（General Packet Radio Service），对实现实时检测系统的搭建提供了良好的解决平台。在其基础上可进行多种数据传输业务，按数据流量计算，运行费用、成本低，无须维护传输平台，而且GPRS网络覆盖面广，具有数据传输速率高和永远在线的特点。本文重点对数据传输网络GPRS组建以及在
兰新客专高速铁路桥梁實际应用进行了介绍，以供探讨。
1 工作原理
远程桥梁实时检测系统就是把无线传感器网络技术与Internet网络通信技术相结合，对铁路桥梁横向振动、竖向振动和加速度进行准确测量可靠传输和智能处理，建设一个全天24小时运行的物联网。
（1） 采用941B拾振器1档测加速度，2、3、4档测位移，根据通道功能要求选择档位，
根据不同信号经过放大、积分、滤波处理，再经过A/D变换得到相应的数值。
（2）941B传感器根据要求安装在梁体的跨中，当列车通过时可迅速、准确测量桥梁的振动或者加速度信号数值。
（3）采集数据通过采集模块和GPRS模块发射到移动网络。
（4）每个数据采集模块都带有一个GPRS模块，每个模块出厂时分配一个32位的识别编号（ID），通过该编号，数据中心可以识别接收到的数据来自哪个测点，并对之进行存储和显示。
（5）系统运行时需要的各种参数，通过配置软件预先设定，并存入数据库管理。
（6）利用移动通信公司的GPRS数据传输网路，采用动态域名解析技术，进行远程数据传输。
2 主要适用范围
（1）桥梁检定部门、工务段对重特大桥梁的日常实时检测。
（2）桥梁设备管理。使用无线实时检测系统可实时对桥梁设备进行检测，以便建立桥梁有关振动和加速度数据库。
（3）对重点病害桥梁的实时监测。
3 系统的组成
（1）系统主要由：前端数据采集系统、基于GPRS无线数据传输模块的远程通信系统、中心数据处理系统三大部分组成，如图1所示。
（2）数据采集模块。位于桥梁不同部位的传感器将检测到的振动或者加速度信号经调理，再经A/D转换后送入单片机，单片机将数据通过GPRS模块发送至远程监控中心。同时，各个采集子单元的主板都带有USB接口，可以在测试现场对采集的数据保存到U盘中，并将数据同时发送到移动GPRS网络。
（3）远程数据通信系统。在数据集中器和中心数据处理系统之间需要构建远程数据传输网络，用于实现现场采集数据到监控中心的远程、广域通信。综合考虑建设成本、利用效率等多方面因素，远程桥梁实时检测系统选用移动公司的GPRS网络方式进行远程数据传输。
在每个数据采集子系统中内嵌一个GPRS DTU模块，给每个模块插入一张移动SIM通信卡，月通信费5元，数据流量30M，可以满足检测数据上传到中心处理系统的应用需求。只要GPRS网络信号覆盖，采用域名解析方式，数据集中器通过访问中心域名就可以访问到中心路由器，并与中心通信服务器建立TCP/IP通信连接。在监控中心计算机用一根可以连接到公网（中国联通、中国移动或者中国电信）的网线连接。该计算机每次开机后会自动与Internet网络连接，获得运营商动态分配的Internet IP地址，并且打开域名解析软件，在域名服务器上自动注册更新后的动态IP地址。
（4）中心数据处理系统。监控中心站程序其软件包括监测中心控制界面及初始化程序、数据包的收发程序、数据处理和保存程序。其中最重要的是监控中心计算机与 GPRS 无线通信模块之间的通信，它是实现数据包接收和发送的关键。网络端口通信控件Winsock能够方便地实现计算机网络端口的扫描和侦听，通过设置一个固定不被计算机占用的端口作为通信端口，然后不断的侦听这个端口的状态，发现端口中有数据包接收，那么开始把数据放入缓冲区，然后接收，并且调用相关的中断处理程序处理相应的数据。
远程监控中心主要由监控中心服务器、数据库系统与应用软件、公共网络组成。工作时，中心监控计算机的应用软件通过移动GPRS网络对数据进行接收，同时将数据保存至数据库，应用软件完成数据保存、显示、分析及数据打印等工作。
4 主要技术指标和测试数据分析
该系统采用的主要技术指标有横向振幅、竖向振幅、竖向加速度，参照《高速铁路桥梁运营性能检定规定》，普客通过产生的横向振幅值按照普速线路《铁路桥梁检定规范》计算。
为了验证检测数据的可靠性，无线实时检测系统完成后在振动台上进行标定，同时使用有线检测设备和无线检测系统进行对比测试，横向振动值无线实时检测系统与有线检测系统误差6.6‰，竖向振动值无线实时检测系统与有线检测系统误差5.2‰，小于《铁路桥梁检定规范》有线检测数据与无线检测数据值不大于10%的规定，测试结果如图2、图3所示。
目前该系统已在兰新客专乌鲁木齐至吐鲁番间红燕南路立交特大桥（K3407+933桥）安装运行，总计安装了12个采集单元，1个数据集中器和1个中心处理系统。为了进一步验证无线振动实时检测数据的可靠性，乌鲁木齐局集团公司工电检测所使用有线桥梁检测仪器对红燕南路立交特大桥1孔至4孔梁进行检测，与无线振动实时检测项目同步进行，以复核检测结果，其中主要对桥跨结构的横向振动、竖向振动、竖向加速度三项指标检测数据进行对比。
两次检测图形、波形走势高度一致，证明系统可靠性和重复性很好。经过一段时间的现场检测，无线实时检测系统运行稳定，测量数据准确，系统功能完善，经现场应用，能够满足工务部门桥梁振动实时监测需求。
5 结束语
随着铁路运输朝着高速、重载的方向不断发展，对桥梁经常性检查观测工作日益重要，需要桥梁维护人员能够及时、准确地掌握桥梁状态。无线实时检测系统，实现了桥梁的实时监控，解决了重特大桥的日常检测和维护，有效的节约了人力，具有可靠性较高，实用性强等特点，其先进性、实用性必将为铁路提速重载和跨越式发展做出应有的贡献。
参考文献：
[1]铁运函[2004]120号铁路桥梁检定规范.
[2]铁总运[2014]170号高速铁路工务安全规则（试行）.
[3]铁总运[2014]232号高速铁路桥梁运营性能检定规定（试行）.
[4]TG/01-2014铁路技术规程（高速铁路部分）.
[5]铁运[2011]13号高速铁路桥隧建筑物修理规则（试行）.
[6]SJ2064-82电子测量仪器可靠性试验方案.