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高铁桥梁发展及健康监测研究现状

王小书吕晓军

(23中国铁道科学研究院，电子计算技术研究所，北京100081)

[摘要]铁路桥梁具有平顺整体性好、刚度大的优点，满足高速铁路轨道平顺性高要求，从而桥梁在高速铁路轨道应用比重大，使其成为研究热点。本文着

重阐述了我国高速铁路桥梁现状，分析了普通桥梁和铁路桥梁健康监测系统的发展现状，明确基于无线传感器网络的高速铁路桥梁运营环境监测系统的内容及范

围，展望了基于无线传感器网络的高速铁路桥梁运营环境监测系统的研究及发展前景。

[关键词]高铁桥梁；无线传感器网络；桥梁健康监测，运营环境

中图分类号：U446．2文献标识码：A文章编号：1009—914X(2014)26—0390—02

引曹桥梁及结构工程协会(InternationalAssociationforBridgeandStruc-

高速铁路是指本线路最高运营速率每小时不低于200公里，其中包含既有turalEngineering，IABSE)制订相应国际规程，规范应用。桥梁健康监测主要

线路改造(轨距标准化、直线化、曲线半径加大等措施)、高速新线(运营速率最针对桥梁运营期间的监测，是集成桥梁结构监测、结构评估和系统智能识别于

低在250km／h以上)的铁路运营系统。轨距标准化是采用国际标准轨距，标准轨一体的监测系统。一般系统由数据采集、数据处理、健康评定等部分组成[4]。

距是由国际铁路协会于1937年制定的，是两条钢轨轨顶内侧垂直平面间的距1995年Lauzon学者在文献[5]提出桥梁监测系统的设计建议，美国Aktan

离为1435mm的轨距为标准的轨距，大于1435mm的为宽轨距，小于1435mm的教授制定了详细的桥梁健康监测系统的设计指南。

为窄轨距I。Ren—GueyLee，Kuei-ChienChen在文献6[]中给出了一个基于无线

2004年《中国铁路中长期发展规划》规划了“四纵四横”铁路快速客运通道传感器网络的高效、可靠的桥梁监测的系统备份方案，其中通过multiple—

以及四个城际快速客运系统，规划建设客运专线1．237公里以上，客车速度目标hopping中继网关进行传递相关的环境参数和数值。

值达到每小时200z／}里及以上2[1。2008年京津城际铁路的开通拉开了我国高铁XiaoyaHu，BnigwenWang在文献[7]中给出了基于无线传感器网络的

正式运营通车的序幕，2012年世界运营里程最长的全程2298公里的京广铁路全桥梁健康监测系统的Energy—Balanced时间同步协议(EBS)，该时间同步协议

线通车，将我国高速铁路发展推向新的篇章。利用动态选择最大的储备能源传感器广播节点达到能量平衡在网络节点，同时

高速铁路具有速度高、运载能量大、运营环境安全f生要求高、高密度运营等利用带有MAC-layer时间戳的现有FTSP协议达到精度高性能的目的。

显著特点，因此对铁路土建工程及后期维护要求不断增高。铁路桥梁具有平顺文献[8】中Ha~aoXiao和YixuanGong~U用无线网络集成传感器网络和

性好，直线化、曲线半径大的特点，使其在高速铁路中应用比重不断增大…。高无线局域网和数据采集系统开发桥诊断，解决了在监测大型桥梁健康状态时，

速铁路桥梁的健康监测成为目前研究的一个热点方向。无线传感器网络具有没有足够的无线传感器节点覆盖整个桥的问题，同时系统给出了在日本北九州

冗余性、无需布线、自组织性、成本和能耗低等特性，适于高速铁路沿线关键区市的现场试验结果。

域的大范围部署和长期在线监测。因此，利用无线传感器网络建立桥梁运营安在文献[9】和[10]中HaitaoXiao和HarutoshiOga提出一个分布式数据

全监测系统，实时