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毫米波雷达在桥梁挠度监测场景的应用

摘要：

2021年末全国公路桥梁96.11万座，随着桥梁建设规模越来越大，对其结构

安全监测需求也日益增长。传统的桥梁挠度监测方法在实践中存在一些问题，例

如传感器数量有限、安装位置受限、不便于远程监测等。毫米波雷达作为一种新

型无线传感器，可以实现远距离、高分辨率、实时性的挠度监测，为桥梁结构安

全保障提供了新的思路和技术手段。本文首先介绍了毫米波雷达技术基本原理和

特点，其次阐述了毫米波雷达在桥梁挠度监测中的应用场景和优势，接着详细分

析了毫米波雷达挠度监测数据处理方法和算法，最后讨论了毫米波雷达在桥梁结

构安全监测中应用前景和发展趋势。

关键词：毫米波雷达；桥梁挠度监测；数据处理；算法；应用前景

一、引言

桥梁作为重要的基础设施之一，承载着大量人和货物的运输任务。随着经济

发展和人口增加，桥梁建设规模和数量持续增大。根据2021年交通运输行业数

据显示，到2021年末，中国公路桥梁共有96.11万座、7380.21万延米，其中特

大桥梁7417座、1347.87万延米，大桥13.45万座、3715.89万延米。如何保障

桥梁结构安全成为桥梁建设和运营中必须考虑的重要问题。2021年3月交通运输

部办公厅颁发了《公路长大桥梁结构健康监测系统建设实施方案》，提出工作目

标2025年之前要在全国跨江跨河跨谷401座特大桥梁上安装结构健康监测系统。

挠度作为桥梁结构的重要参数之一，可以反映出桥梁结构的变形和承载能力，是

桥梁结构安全评估和监测的重要依据。传统的桥梁挠度监测方法主要采用连通管

法、水准仪、GPS、图像式或光电式等，但这些传统方法存在传感器数量有限、

安装位置受限、不便于远程监测、数据无法实时传输等问题。因此，如何开发一

种新型的挠度监测方法，以满足桥梁结构安全监测的需求，成为了一个重要的研

究方向。毫米波雷达技术作为一种新型无线传感器技术，测试精度和采样频率较

高，可以实现远距离、高分辨率、实时挠度监测，不仅能够测试桥梁静挠度和动

挠度，还能实现多点同时采集，桥下无需搭设支架，不影响正常交通，受环境影

响小，能实现长期监测，为桥梁结构安全保障提供了新的思路和技术手段。本文

将介绍毫米波雷达技术基本原理和特点，其次阐述毫米波雷达在桥梁挠度监测中

应用场景和优势，接着详细分析毫米波雷达挠度监测的数据处理方法和算法，并

讨论毫米波雷达在桥梁结构安全监测中的应用前景和发展趋势。

二、毫米波雷达技术的基本原理和特点

毫米波雷达技术是一种利用微波信号进行测量的技术，其测量原理是通过发

射微波信号并接收回波信号来实现目标检测和测量。毫米波雷达的工作频段一般

在30GHz~300GHz之间，波长在1mm~10mm之间，因此被称为毫米波。相比于传统

的水准仪、GPS、光学或激光测量技术，毫米波雷达具有以下几个优点：

1、不受天气影响

毫米波波长很短，能够穿透雨、雾、霾等恶劣气象，不会受到天气条件的限

制，可以实现全天候监测。

2、非接触式测量

毫米波雷达测量原理是通过接收目标发射的回波信号，因此不需要与目标物

接触，可以实现非接触式测量。

3、能够实现远距离高精度测量

毫米波波长短，具有很高的分辨率和精度，同时由于工作频段高，能够实现

远距离的测量。

4、可以监测多个目标

毫米波雷达具有很高的带宽，因此可以同时监测多个目标，并且不会受到目

标位置的限制。

以上优点使得毫米波雷达成为一种很有潜力的桥梁挠度监测技术。

三、毫米波雷达在桥梁挠度监测中的应用场景和优势

毫米波雷达在桥梁挠度监测中有多种应用场景，在桥梁结构上布设传感器和

传输设备，对桥梁的荷载作用、环境作用以及结构响应等进行长期自动连续监测。

例如：

桥梁挠度监测应用

毫米波雷达可以实现对桥梁结构的挠度监测，能够实时、高精度地获取桥梁

挠度变化信息，为桥梁结构安全评估和维护提供数据支撑。

索力检测、监测应用

毫米波雷达可以实现对桥梁斜拉索挠度检测，实时、高精度检测桥梁拉索振

动动位移变化信息，为桥梁缆索提供安全评估与预警维护。

车辆行驶监测应用

毫米波雷达可以监测车辆行驶状态和速度，可以对桥梁结构的受力情况进行

实时监测和分析，提前预警桥梁的安全问题。

荷载监测、分析应用

当车辆行驶桥梁过程中，会对桥梁结构产生受力引发挠度变化，毫米波雷达