摘要：本论文围绕基于北斗定位与物联网的桥梁结构变形实时监测系统展开研究。阐述桥梁结构安全监测的重要意义及传统监测方法的局限性，分析北斗定位技术和物联网技术的优势与特点，探讨如何将二者有机结合构建桥梁结构变形实时监测系统，包括系统架构设计、功能模块实现、数据处理与分析等内容，旨在为保障桥梁结构安全、提高监测效率提供技术支持与理论参考，推动桥梁监测领域的技术创新与发展。

关键词：北斗定位；物联网；桥梁结构；变形监测；实时监测系统

一、引言

桥梁作为交通基础设施的重要组成部分，在促进区域经济发展、保障交通运输安全等方面发挥着关键作用。随着桥梁使用年限的增加以及交通流量的不断增大，桥梁结构面临着各种复杂的荷载和环境因素影响，容易出现结构变形、裂缝扩展等病害，严重威胁桥梁的安全运营 。及时、准确地监测桥梁结构的变形情况，对于预防桥梁安全事故、延长桥梁使用寿命具有重要意义。传统的桥梁变形监测方法，如人工测量、全站仪监测等，存在效率低、实时性差、测量精度有限等问题，难以满足现代桥梁安全监测的需求。北斗定位技术具有高精度、全天候、全球覆盖等特点，物联网技术能够实现设备之间的互联互通与数据实时传输，将北斗定位与物联网技术相结合应用于桥梁结构变形监测，为桥梁安全监测提供了新的解决方案。

二、桥梁结构安全监测的重要性

保障交通安全：桥梁结构的安全直接关系到过往车辆和行人的生命安全。通过对桥梁结构变形的实时监测，能够及时发现桥梁的安全隐患，采取有效的维护和加固措施，避免桥梁安全事故的发生，保障交通运输的安全畅通。

延长桥梁使用寿命：定期对桥梁结构进行监测，了解桥梁的工作状态和性能变化，及时处理发现的问题，可以延缓桥梁结构的老化和损坏速度，延长桥梁的使用寿命，降低桥梁的维护成本。

提供决策依据：桥梁结构变形监测数据能够为桥梁的设计、施工和维护提供重要的参考依据。通过对监测数据的分析，工程师可以评估桥梁的承载能力，优化桥梁的设计方案，制定合理的维护计划，提高桥梁工程的质量和效益。

三、北斗定位与物联网技术概述

（一）北斗定位技术

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行的全球卫星导航系统，具有高精度定位、授时、短报文通信等功能。在桥梁结构变形监测中，北斗定位技术可以通过接收卫星信号，精确获取监测点的三维坐标信息，实现对桥梁结构变形的实时监测。北斗定位技术的高精度定位能力能够满足桥梁微小变形监测的需求，其全天候、全球覆盖的特点确保了在各种恶劣环境条件下都能正常工作，为桥梁安全监测提供了可靠的技术保障。

（二）物联网技术

物联网是通过射频识别（RFID）、传感器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。在桥梁结构变形监测中，物联网技术可以将分布在桥梁不同位置的传感器、监测设备等连接起来，实现数据的实时采集、传输和共享。通过物联网技术，能够构建一个覆盖桥梁全结构的监测网络，对桥梁的变形、应力、振动等多种参数进行全面监测，为桥梁安全评估提供丰富的数据支持。

四、基于北斗定位与物联网的桥梁结构变形实时监测系统设计

（一）系统架构设计

基于北斗定位与物联网的桥梁结构变形实时监测系统主要由感知层、网络层和应用层组成。

感知层：感知层是系统的基础，主要由北斗定位终端、各类传感器（如应变传感器、位移传感器、加速度传感器等）组成。北斗定位终端用于获取桥梁监测点的位置信息，传感器用于采集桥梁结构的变形、应力、振动等物理量数据。感知层设备将采集到的数据进行初步处理后，通过无线通信模块发送到网络层。

网络层：网络层负责将感知层采集的数据传输到应用层。采用物联网通信技术，如 4G/5G、NB-IoT 等，实现数据的远程、实时传输。同时，网络层还对数据进行加密处理，确保数据传输的安全性和可靠性。

应用层：应用层是系统的核心，主要包括数据处理与分析模块、监测预警模块、可视化展示模块等。数据处理与分析模块对接收的数据进行存储、清洗、分析，提取有用的信息；监测预警模块根据设定的阈值，对桥梁结构的安全状态进行评估，当监测数据超过阈值时，及时发出预警信息；可视化展示模块以图表、地图等形式直观地展示桥梁结构的变形情况和安全状态，方便管理人员进行决策。

（二）功能模块实现

实时数据采集与传输：通过北斗定位终端和各类传感器，实时采集桥梁监测点的位置信息和结构参数数据，并利用物联网通信技术将数据快速、稳定地传输到数据中心。

数据处理与分析：利用大数据分析技术和数学模型，对采集到的数据进行处理和分析。例如，通过对北斗定位数据的差分计算，精确计算出桥梁监测点的位移量；对传感器数据进行滤波、拟合等处理，提取结构变形的特征信息。

安全评估与预警：建立桥梁结构安全评估模型，根据监测数据和历史数据，对桥梁的安全状态进行评估。当监测数据超过安全阈值时，系统自动发出预警信息，并通过短信、邮件等方式通知相关管理人员，以便及时采取措施进行处理。

可视化展示：开发可视化软件平台，将桥梁结构的变形情况、安全状态等信息以直观的图表、三维模型等形式展示出来。管理人员可以通过电脑、手机等终端设备实时查看桥梁的监测数据和安全状态，方便进行远程管理和决策。

五、系统数据处理与分析方法

（一）北斗定位数据处理

对北斗定位终端采集的原始数据进行预处理，包括数据格式转换、剔除异常数据等。采用差分定位技术，利用基准站的观测数据对监测站的定位数据进行修正，提高定位精度。通过对不同时间段的定位数据进行对比分析，计算出桥梁监测点在三维空间的位移量和变形趋势。

（二）传感器数据处理

对传感器采集的数据进行滤波处理，去除噪声干扰，提高数据的准确性。采用数据拟合、插值等方法，对离散的监测数据进行处理，得到连续的结构参数变化曲线。通过对传感器数据的统计分析，计算出结构参数的均值、方差等特征值，评估桥梁结构的工作状态。

（三）多源数据融合分析

将北斗定位数据和传感器数据进行融合分析，综合考虑桥梁结构的位移、应力、振动等多种参数，更全面地评估桥梁的安全状态。例如，当桥梁出现较大位移时，结合应力传感器数据判断结构是否存在应力集中现象，为桥梁安全评估提供更准确的依据。

结论

基于北斗定位与物联网的桥梁结构变形实时监测系统结合了北斗定位技术的高精度和物联网技术的互联互通优势，能够实现对桥梁结构变形的实时、全面监测。通过合理的系统架构设计和功能模块实现，以及科学的数据处理与分析方法，该系统能够准确评估桥梁的安全状态，及时发现安全隐患并发出预警。实际案例表明，该系统具有较高的可行性和有效性，为桥梁结构安全监测提供了一种先进、可靠的技术手段。

参考文献：

[1]方振.基于GNSS和IEWT技术的桥梁结构动态变形监测方法研究[D].湖南大学，2022.

[2]高树能，栾兴元.基于物联网的桥梁支架结构变形全天候监测系统[J].中国设备工程，2020，（21）：151-154.

[3]熊泽佳.桥梁结构连续变形监测技术及工程应用[J].城市建设理论研究（电子版），2020，（18）：85-86.D