公路监测预警应用示范典型案例说明

　　一、技术名称

　　桥梁简易感知报警设备

　　二、技术简介

　　(一)技术要点

　　多元感知终端是一款集“振动-倾角-温度”多参量感知为一体，“采集-供电-传输”多功能高度集成，能够在无电无网、严酷环境下实现长期稳定工作，并能实现自动连续测量、准确触发报警、即时联动发布的桥梁简易感知报警设备。通过在灾害高风险路段桥梁上全面部署这种“小成本、低功耗、易安装、高集成、多联动、免维护”的桥梁简易感知报警设备，并在风险路段前方布设报警联动装置。一旦桥梁发生垮塌，简易感知设备立即发出报警信息，通过现场网关研判后开启道路前方的报警联动装置，通知驾乘人员靠边停车。以此提高桥梁灾毁的快速感知能力，实现桥梁倒塌后“第一时间发现、第一时间上报、第一时间通知驾乘人员”，避免后续事故的发生。

　　(二)系统构成

　　基于多元感知终端，构建了桥梁灾毁监测预警系统。该系统主要包括四部分：桥梁简易感知报警设备(即多元感知终端)、智能网关控制器(含无线控制器)、报警联动装置及监测预警平台。其中，桥梁简易感知报警设备分为NB-IoT和LoRa两个版本。

　　(1)对于现场移动网络覆盖稳定的场景，推荐使用NB-IoT版桥梁简易感知报警设备。一旦触发报警，它将直接将报警信息通过NB-IoT网络传输至监测预警平台。平台在接收到信号后，会迅速下发指令触发报警装置进行联动，确保及时响应。此方案的特点在于无需现场组网，节省了网关设备，安装简单，便于快速部署和有效监测。

　　(2)对于现场移动网络覆盖不稳定或灾时基站易受损的场景，为保障无电无网情况下报警联动装置能在报警触发后第一时间开启，推荐使用LoRa版桥梁简易感知报警设备。各感知设备通过自组网方式连接至LoRa网关。一旦触发报警，网关会迅速汇聚各感知节点数据，并通过4G无线网络传输至监测预警平台。同时，网关以LoRa通讯方式直接下发指令触发报警装置进行联动，确保即使在极端灾害导致无网络的情况下，也能实现及时有效的监测预警。此方案的特点在于报警联动不依赖基站网络，能够在第一时间发现潜在风险并采取应对措施，为现场安全提供有力保障。

　　(三)技术指标

　　(1)桥梁简易感知报警设备

　　(2)智能网关控制器

　　(3)监测预警平台

　　基于物联网技术，构建了桥梁灾毁监测预警平台。该平台能实时监控设备运行状态，预警潜在安全隐患，一旦桥梁发生垮塌，平台立即发出报警并实时展示数据，同时通过APP或微信小程序及时推送报警信息。此外，该平台还支持多云部署，并具备终端设备底层协议接入能力，实现了“云-端-边”架构的高效协同与极简接入。平台还提供了对外标准API接口，方便与其他系统进行数据对接和集成，从而实现更广泛的数据共享和应用拓展。

　　(四)预期效果

　　(1)成本效益显著，便于大规模推广

　　通过优化设计，降低了设备制造成本和安装维护费用，使得在高速公路沿线大规模部署成为可能。这一成本优势不仅有助于政府和相关机构在预算有限的情况下实现更广泛的覆盖，还能促进技术的快速普及，从而提升高速公路灾害监测和预警能力。

　　(2)一体化设计，简化安装流程，即装即用

　　采用一体化设计，将传感、采集、通信模块等集成在一个紧凑的设备中，安装快捷。这种设计使得设备能够迅速部署在高速公路的关键位置，无需复杂的配置和调试，显著提高了现场部署效率。

　　(3)实施三级预警机制，提升预警精准度和响应速度

　　采用三级预警机制，结合边缘分析算法，系统能够在灾害发生前提供精准预警，为应急响应争取宝贵时间。同时，一旦灾害发生，系统能够秒级响应，即时发出报警信息，确保相关人员能够迅速采取行动，可持续发布报警信息32小时。事后，系统还能提供详细的数据回溯，为灾害分析和未来预警模型的优化提供有力支持。

　　(4)结合报警联动装置，有效预防次生灾害

　　系统不仅提供预警信息，还能与报警联动装置紧密结合。一旦接收到报警信号，联动装置能够第一时间启动，从而有效预防次生灾害的发生。同时，报警时可与视频监控系统进行联动，及时获取相关视频证据。

　　三、实施方案(一)应用场景

　　多元感知终端凭借其高度集成的传感技术和先进的边缘处理能力，可广泛应用于多种安全监测领域，包括但不限于桥梁遭受异常撞击的即时报警、梁体稳定性下降及潜在倾覆风险监测、道路边坡微小位移及滑坡前兆的精准识别，以及隧道内部结构损伤与塌方隐患的提前预警。通过全面覆盖、实时响应的监测预警服务，确保了交通基础设施的安全稳定运行，有效降低了安全事故的发生概率。

　　(二)布设方案

　　针对高速公路灾害高风险路段桥梁，尤其是那些易受水流强烈冲刷或漂浮物撞击的桥梁(包括水中墩等关键构造物)，必要时需逐墩布置桥梁简易感知报警设备，同时与爆闪警示灯、车载移动标识、可变情报板、一体化警示装置等辅助报警装置实现有效联动，从而建立起一套完善的桥梁灾毁监测预警系统。所采用的桥梁简易感知报警设备属于一体化智能报警设备，设计精巧，各功能模块高度集成封装，该设备顶部还配备了太阳能充电板，实现了绿色节能。在实际安装过程中，仅需三步操作，即可完成安装轻松实现与平台的快速连接，极大地提高了现场安装效率和使用便捷性。

　　四、应用效果

　　(一)实施效果

　　在溧宁高速公路芜太运河特大桥开展的现场模拟试验，系统展现出了卓越的性能，从触发报警到联动报警装置触发开启的时间稳定控制在3秒以内，且在多次严格测试中均未发现任何漏报或误报的情况，充分验证了系统的稳定性和可靠性。

　　此外，本产品已在普通国省道芒稻河大桥、农村公路王庄桥及司马港桥等40多座桥梁上开展了示范应用，期间成功捕获并上报了多起船撞、重载车通行等异常事件，为桥梁养护工作的及时开展提供了有力指导，有效避免了二次事故的发生，取得了良好的工程示范效果。

　　(二)示范效应

　　(1)项目推广应用基础与价值

　　本项目所研发的设备安装便捷，即装即用，显著提升了现场部署的效率，与传统监测设备相比，其安装调试效率实现了近五倍的提升。并且该产品已在40多座桥梁上实施并稳定运行超过2年，系统表现出极高的稳定性，故障率极低，充分证明了其卓越的性能和可靠性。通过多项实验室模拟测试和实桥应用示范，本设备在报警的准确性和及时性方面均表现出色，因此具备大面积推广使用的条件和潜力。

　　(2)推广适用范围

　　1)高速公路灾害高风险路段的桥梁：①高速公路沿线内的崩塌、滑坡、泥石流、沉陷与塌陷、水毁等5类灾害的一、二级风险点路段桥梁;②高速公路沿线高度大于20米的临河高路堤路段桥梁;③自然灾害高易发区域内高速公路桥隧段，尤其是受山洪、泥石流、崩塌、滑坡等灾害严重威胁的高速公路桥梁。

　　2)车辆/船舶撞击高风险桥梁、地质灾害易发山区桥梁、高烈度地震区桥梁、特殊结构桥梁，如独柱墩桥、弯桥、斜桥、坡桥等倾覆风险桥梁。

　　(3)可复制及可推广性

　　本设备是一款集成度高、智能化的一体化报警设备，其设计精巧且紧凑，实现了各功能模块的高度集成与封装。这不仅简化了安装流程，使得设备能够即装即用，极大地提升了部署效率，还显著降低了工程建设成本。此外，该设备所采用的技术已经成熟，并经过严格测试，确保了功能的稳定运行，表现出较高的可靠性和实用性。适合在大范围内进行推广使用。