工程结构全面监测是一种集成多种传感器技术和数据分析手段的系统，旨在实时监测建筑物、桥梁、隧道、堤坝等关键基础设施的健康状况和安全性能。通过对结构物的应力、变形、振动、温度、湿度等关键参数进行监测，全面评估工程结构的状态，及早发现潜在风险，并为维护和管理提供科学依据。

一、系统组成

1. 传感器系统

   • 应变计：用于测量结构构件的应变情况，监测应力分布和变化。
   • 加速度计：测量结构振动和动态响应，监测地震、风载荷等引起的结构响应。
   • 倾角仪：用于监测结构的倾斜或位移，特别是高层建筑或桥梁的倾斜情况。
   • 裂缝传感器：监测结构表面裂缝的宽度和变化，判断裂缝的发展情况。
   • 温度传感器：测量结构内部或表面的温度变化，监测因温度变化引起的热应力。
   • 湿度传感器：监测环境或结构内部的湿度情况，特别是在混凝土结构中应用广泛。

2. 数据采集与传输系统

   • 数据采集器：连接各种传感器，实时收集监测数据，并进行初步处理和存储。
   • 通信模块：将采集到的数据通过有线或无线方式传输到中央监控系统。常用通信技术包括有线Ethernet、无线GPRS、Wi-Fi、NB-IoT等。

3. 中央监控平台

   • 实时监控界面：显示结构物的各项监测数据，包括应力、应变、振动、温度等的实时变化。
   • 数据分析模块：对监测数据进行深度分析，判断结构物的健康状态和潜在风险。
   • 报警系统：根据设定的阈值，当监测数据超过安全限值时，自动触发报警，通知相关管理人员。

4. 数据处理与分析系统

   • 结构健康监测（SHM）模型：利用监测数据，结合力学分析模型，评估结构物的健康状况。
   • 历史数据分析：对长时间的监测数据进行分析，识别结构物的退化趋势和潜在隐患。
   • 预测与预警：通过数据建模与模拟，预测结构物未来可能出现的风险，并提前发布预警信息。

5. 供电与备用系统

   • 电源系统：为传感器和数据采集系统提供稳定的电力供应，常采用太阳能板结合电池的方式。
   • 备用电源：在主电源故障时，备用电源可确保系统短时间内持续运行。

二、工作原理

1. 数据采集

   • 传感器安装在工程结构的关键位置，实时采集结构物的应力、变形、温度、湿度等参数。这些数据通过数据采集器统一收集，并通过通信模块传输到中央监控平台。

2. 数据传输与存储

   • 采集到的数据通过无线或有线网络实时传输到中央监控平台，并在本地或云端服务器中进行存储和备份。

3. 数据分析与评估

   • 中央监控平台对接收到的数据进行分析，利用力学模型和数据挖掘技术评估结构物的当前状态，并判断是否存在异常情况或潜在风险。

4. 实时监控与报警

   • 系统对结构物的健康状况进行实时监控，当监测数据超过设定的安全限值时，系统自动触发报警，通过短信、电子邮件等方式通知相关管理人员。

5. 历史数据分析与预测

   • 通过对历史监测数据的分析，识别结构物的退化趋势，并结合预测模型，预估未来可能的结构损伤和故障。

三、应用场景

1. 高层建筑

   • 监测高层建筑在风荷载、地震和温度变化下的变形、振动和应力分布，确保建筑结构的安全性。

2. 桥梁监测

   • 实时监测桥梁的应力、变形和振动，特别是在交通荷载和地震作用下的响应，预防桥梁结构损伤。

3. 隧道和地铁

   • 监测隧道和地铁结构的变形、裂缝和渗漏情况，确保地下工程的安全运行。

4. 水坝和堤防

   • 监测水坝和堤防的应力、变形、渗漏和裂缝，防止因结构损伤引发的安全事故。

5. 古建筑和文物保护

   • 对历史建筑和文物进行长期监测，评估其结构健康状况，提供保护和修复的科学依据。

四、技术优势

1. 高精度监测

   • 采用高精度传感器和先进的数据处理技术，能够实时、精准地捕捉结构物的微小变化。

2. 实时预警

   • 系统能够实时检测结构物的异常情况，并及时发出预警，防止事故发生。

3. 长时间监测

   • 系统可以对结构物进行长期的连续监测，积累丰富的历史数据，支持结构健康评估和趋势分析。

4. 综合数据分析

   • 系统集成了多种数据分析手段，包括力学分析、数据挖掘、机器学习等，能够对结构物的健康状况进行全面评估。

5. 自动化与智能化

   • 系统具备高度自动化的监测和分析能力，能够根据预设规则自动触发报警和生成报告，减少人为干预。