1. 概述

1.1 桥梁载荷监测意义概述

近年来，我国桥梁建设投资持续增长，据《2022年交通运输行业发展统计公报》，2022年末全国公路桥梁总数达到103.32万座，与2021年末相比，桥梁数量增加了7.2万座。其中，特大桥梁有8816座座，大桥数量为15.96万座。可预见的随着国家经济的持续发展和交通基础设施建设的不断推进，我国桥梁建设仍将保持持续增长态势。

在2020年12月交通运输部发布了《关于进一步提升公路桥梁安全耐久水平的意见》，意见中明确要求要着力强化公路桥梁安全保护，严格车辆超限超载治理。深入推进交通运输和公安部门治理车辆超限超载联合执法。规范完善公路桥梁限载标志设置。加强重 点线路、桥梁超限检测站点布设，有条件的地区可在重要节点位置设置具备不停车称重检测、视频监控和自动抓拍等功能的技术监控设施（备），强化路面管控。推动重 点货物装载源头单位落实合法装载主体责任，在地方政府统一领导下，强化对货物装载源头的行业监管。

桥梁载荷监测的意义重大，主要体现在以下几个方面：

①　桥梁载荷监测能直接反映桥梁受力状态，能够实时或定期监测桥梁在不同荷载作用下的受力情况，直接反映桥梁结构在运营过程中的安全性。

②　通过监测桥梁所承受的荷载，可以及时发现并预防超载车辆对桥梁结构的损害，降低因超载导致的桥梁安全事故风险。

③　载荷监测数据可以作为桥梁养护与维修决策的重要依据，帮助制定科学合理的养护计划和维修方案。

④　载荷监测系统能够实现实时监控和预警功能，一旦监测到异常数据，能够立即发出警报，提醒管理人员采取相应措施。

⑤　通过收集和分析大量的监测数据，可以建立桥梁健康档案，为桥梁的长期管理和维护提供有力支持。

1.2. 桥梁载荷监测系统概述

桥梁动态载荷监测系统是郑州衡量科技股份公司自主研发的，针对桥梁动态载荷监测的实际需求，结合高精度传感器和先 进的数据处理技术，应用于不同类型的桥梁载荷监测的综合性解决方案。

桥梁动态载荷监测系统主要由以下几部分组成：

A. 传感器子系统：

桥梁动态载荷监测系统中采用高精度的石英称重，负责捕捉桥梁在车辆通过时产生的微小形变或应力变化。

B. 数据采集与处理系统：

数据采集器负责从传感器接收原始信号，在经过滤波、放大后，通过高速AD进行数据转换，然后由处理系统进行数据处理，基于算法提取出与车辆直接相关的信息。车辆相关信息包括车道编号、总重、车流量、轴数、轴距、单轮重量、单轴重量、双联轴重量、三联轴重量、车速、车型、方向、时间、跨道标识等多 维度数据。

C. 数据传输与通信系统：

数据处理系统完成初步的数据处理，这些数据就需要通过以太网传输到远程的数据中心或监控中心。部分不具备以太网通信条件的应用场景，可以直接基于4G传输到数据中心。

D. 数据分析与监控软件：

在数据中心或监控中心，数据分析软件会对接收到的数据进行进一步的处理和分析。包括车辆识别、重量计算、轴数统计、超载检测等功能。

监控软件则提供用户界面，使操作人员能够实时查看桥梁的载荷情况，并接收超载或其他异常情况的警报。

2. 系统详述

2.1. 石英式称重传感器

在桥梁动态载荷监测系统中，称重传感器作为最为核心的器件，最为直接的影响该系统的实际运行效果，衡量科技自主研发的石英式称重传感器，具备高性能、易安装、免维护等直观优势，能够应用于桥梁动态载荷监测的场景中。

我司研发的石英称重传感器能够直接在沥青路面上进行安装，对比传统的石英传感器，大大降低了对安装路面的要求，同时对比其他类型的传感器，在称重精度、可靠性、可维护性等方面具备很大的优势。

我司研发的石英称重传感器与压电薄膜传感器、弯板传感器对比的优势：

2.2. 桥梁载荷称重主机

  基于桥梁载荷监测场景的称重主机，采用高集成度+一体化的设计理念，创新性的将电荷放大器、线圈控制器、称重主机单元融合为一体，有效的解决了称重系统部署复杂、接线繁琐等相关问题。

基于称重主机上的8.8寸高分辨率触摸屏，将称重主机的交互性进一步提升，内置传感器状态管理、内码实时显示、系数标定等多种功能应用，为现场应用提供完备性的应用体验和应用效果。

桥梁载荷称重主机功能如下：

1．信号处理

桥梁载荷称重主机内部集成信号放大器，对传感器信号进行滤波、放大等操作

2．数据采集

采集称重传感器信号，感知车辆通过桥梁时的压力情况，转化为数字信号

3．数据处理

将数字信号基于特定的算法和模型转换为和车辆相关联的关键数据

4．重量计算：

基于处理后的数据，系统会根据预设的算法和模型计算出车辆的重量等关键信息

5．数据记录

系统会将计算得到的车辆重量数据记录下来，以便后续的分析和统计

6．数据显示

通过显示屏界面，系统可以实时显示车辆的重量、车流量等相关信息

7．数据上传

通过以太网/4G，称重主机将数据实时上传到数据中心

2.3. 桥梁载荷应用系统

桥梁载荷监测应用系统主要功能如下：

A. 桥梁荷载监测系统实时接收通行车辆的重量、轴数、轴距、车流量、车型、车速等数据，自动将数据整编、分析并提供每月、每季、每年的交通荷载流量报表。

B. 监测车辆的荷载及车辆信息，并实时判别超限车辆，支持自动告警及自动事件信息警示功能。

C. 监测大桥交通荷载，找出荷载变化与桥梁整体变形与主梁挠度变化之间的关系，为建立大桥交通荷载模型及进行养护工作提供依据。

D. 基于实时监测桥梁的荷载情况，并与设计荷载或安全限值进行比较。一旦发现实际荷载超过设计荷载或安全限值，系统会立即发出预警信号，提醒管理部门采取相应措施，防止桥梁因超载而发生损坏或垮塌事故。

E. 基于实时监测的荷载数据，协助管理部门制定更加精准的养护维修计划。例如，对于经常承受重载的桥梁部分，可以加强检查和维护力度；而对于荷载较小的部分，则可以适当减少检查频次，从而提高养护维修的效率和针对性。

3. 系统指标说明

3.1. 系统性能指标

   桥梁动态载荷监测系统指标参见下表：

3.2. 石英传感器性能指标

石英称重传感器示意图

      石英称重传感器性能指标表：

3.3. 称重处理器性能指标

称重显示器性能指标参见下表：