桥梁作为市政交通基础设施，其健康状态与城市交通发展、市民安全出行存在密切关联。本文从介绍系统的整体设计方案入手，围绕主控模块、GPRS通信电路、传感器模块、系统电源电路四个层面，针对桥梁健康状态在线监测预警系统的硬件模块进行了具体设计，并探讨了系统运行测试的结果，以供参考。
　　【关键词】桥梁健康状态;在线监测系统;预警模块
　　近年来城市化与交通运输事业发展促使路桥工程建设规模日渐扩大，桥梁的质量问题对于施工阶段与后续使用阶段具有关键影响。通常桥梁基础、桥墩、支座等部位的受力与变形情况较为复杂，因此需在施工阶段完善健康监测系统的布设，在线获取健康状态数据发挥预警功能、实现及时运维，保障桥梁质量安全。
　　1、系统设计方案
　　1.1节点架构设计
　　基于多节点形式进行桥梁监测系统结构设计，综合考虑桥梁在使用过程中存在的受力、变形、振动、应变等具体状态，由各节点独立承担获取监测数据的功能，借助GPRS与云服务器实现采集数据的上传，并利用远程计算机、移动端APP访问云服务器，将获取到的监测数据与标准数据值进行对比分析，以此评判桥梁的健康状态，并在出现质量安全问题时做到及时预警。采用 软件平台进行远程计算机监测系统设计，基于Ubuntu系统、Python语言与PYQT框架完成QY监测软件的建构，形成计算机系统的监测模块。
　　基于节点划分原则将桥梁监测预警系统划分为三部分：其一是信息采集模块，由ADXL345加速度传感器、应力传感器、DHT-11温湿度传感器、WFS-1风速传感器4个节点组成;其二是信号传输与网络传输模块，由ATMega2560微处理芯片、GPRS/GPS模块2个节点组成;其三是云服务与数据处理模块，由 云平台、手机APP、远程监测计算机3个节点组成，其中远程监测计算机包含本地数据库、神经网络数据分析、数据可视化显示模块[1]。
　　1.2功能模块规划
　　在功能模块设计方面，信號采集模块依靠四项传感器采集桥梁运行状态下的加速度、应力、温湿度与风速数据;信号处理与网络传输模块利用主控板实现数据处理功能的集成，针对采集到的原始数据进行处理，定位节点获取到精确的 时间，并将数据传输至云服务器端，起到远程监测功能;云服务与数据处理模块主要利用计算机或移动智能设备获取下载监测数据，借助神经网络模型、算法进行数据分析，将分析结果进行可视化呈现、提供预警服务，并存储至数据库中供相关人员进行查询。
　　2、桥梁健康状态在线监测预警系统的具体设计探讨
　　2.1系统硬件设计
　　2.1.1主控模块
　　主控模块用于实现监测预警系统模块架构的整体搭建，主要包含以下三要素：其一是单片机，基于Mega2560开发板、USB接口完成 Mega2560单片机与核心电路板的开发设计，用于控制信号采集模块的四种传感器，采集桥梁健康状态数据，并利用远程计算机、 云服务器完成数据分析处理、存储与显示;其二是复位电路，利用复位功能实现对单片机运行过程的保护作用，既能够用于实现系统初始化，同时还能够在系统程序运行错误时实现单片机的复位;其三是晶振电路，为单片机提供时钟信号，供其执行软件程序操作，保障单片机时序电路的正常运转。
　　2.1.2 GPRS通信电路
　　选取 GPRS模块将采集到的传感器数据进行上传，将其工作电压设为 ，将 接口与 接口与主控单元对应接口相连，并基于串口通信方式将 接口、 接口与 Mega2560的接口13、接口15相连，实现与主控单元间的数据传输，完成GPRS通信电路设计。
　　2.1.3传感器模块
　　选用 加速度传感器、 应力传感器、 温湿度传感器与 风速传感器完成传感器模块的设计，分别用于测量桥梁的振动、应变、温湿度、风速等参数。其中 加速度传感器是一款超低功耗、3轴加速度计，在测量状态下的功耗为 、待机状态下功耗仅为 ，采用数字型输出模式与 位二进制补码，可利用 通信接口或 数字接口实现数据访问，具有体积小、质地轻薄特点; 应力传感器为电阻式压力传感器，基于感测区域接收到的压力值，将其转化为电阻值形式，进而由此生成测量信息，具有敏感度高、抗干扰性能强、可实现动态检测、成本低等性能优势; 温湿度传感器采用数字型输出口，基于数字采集、温湿度传感技术输出 位数字信号，并选取电容式感湿元件与 型测温元件完成硬件部分设计，实现与单片机的直接通信; 风速传感器选取 、 两种供电方式，可实现脉冲、模拟电流、模拟电压、 数字传输等多种输出方式，具有检测精确、抗氧化、抗电磁干扰等性能优势[2]。
　　2.1.4系统电源电路
　　该系统采用  单片机与USB接口直接供电方式，利用电源适配器可将其与计算机、220V市电间进行直接连接，选取DC插头与主控电路 插座进行直接连接，完成系统电源电路的设计。
　　2.2系统运行测试
　　采用 编辑器进行桥梁监测预警系统的测试，用户可直接利用开发的QY监测软件访问云服务器，获取控制单元检测到的传感器数据，实时掌握桥梁的健康状态信息。在启动QY监测软件后，将呈现出直观的传感器节点列表，供用户点击任意节点、跳转到相应的传感器节点界面，并显示出桥梁的挠度、振动、风速参数，实现对桥梁运行状态的实时监测。同时，该软件将获取到的传感器参数数据进行算法分析，利用折线图控件展现出传感器数据的历史变化趋势;当用户切换至地图界面时，软件将为用户提供任一节点所处的地理位置区域，供用户定位桥梁节点所处定位;当用户切换至桥梁运行状态界面时，可通过观察饼状图掌握桥梁的运行状态，分别表现为“正常状态”、“待维修”与“危险”三种类型;在用户退出软件后，该程序在后台仍与 服务器间建立通信传输关系，用于实现桥梁运行状态的实时更新，当检测到状态数据超出设定阈值时，即会自动触发报警装置，基于 机制通知用户出现异常状态信息，以此发挥在线监测与有效预警功能。
　　结论：
　　本文基于物联网技术进行了桥梁健康状态在线监测预警系统的设计，选取传感器布设在相应节点实现状态数据的有效采集，配合无线通信技术完成组网与上传，通过访问云服务端掌握桥梁健康状态的实时数据，并基于标准值偏差触发报警功能，实现桥梁质量安全问题的有效预警，进一步提升桥梁维护效率。