该项目是2018年中国（国际）传感器创新创业大赛中，我们的参赛作品（2018年中国（国际）传感器创新创业大赛介绍）。在这里写一篇总结，分享给大家。

作品背景：

中国作为一个桥梁大国，桥梁沉降监测方面的需求巨大，实现桥梁沉降的高精度高效测量是一个有必要研究的问题。据调查，目前，桥梁沉降检测的仪器一般是：全站仪、水准仪、水平测斜仪等。检测方式：人工进入现场操作仪器，配合测量工具测量等。这种传统的监测方式存在很多问题，比如：测量精度无法保证、测量受环境限制、只能单点测量、人工消耗大，测量成本高等等。为此，我们实验室在利用现有的条件，设计出一套通用的监测系统。

1.设计目标

快速、高精度测量
自动在线测量
多点同时测量
远程监测控制

2.总体设计

2.1系统结构图

安装在各测量点的测量模块由PSD位移传感器与Zigbee组成，传感器采集到的数据经过Zigbee无线传输到网关，由网关控制器进行处理，数据经处理后，再通过GPRS无线通信模块，将数据上传至服务器，服务器将数据存储到数据库，数据再通过Web网页进行显示，用户可以通过手机或电脑终端浏览网页实现对桥梁沉降数据的实时监测以及对系统的控制。

2.2测量示意图

实际测量中要选取，一个点作为基点，基点保持不动（可以在地面上打桩等方式）

说明：

1、在下图中，把激光放在第一个桥墩是为了画图方便。

2、把激光和PSD传感器放在一起构成串联，这样能够检测多个点。、、

扫描二维码关注公众号，回复： 5556237 查看本文章

如何计算桥梁的沉降呢？

这里的PSD位移传感器是一个二维的传感器，可以检测到X 与Y方向的变化量，从而产生不同的信号。原理是：当激光照在PSD传感器上时，传感器的两端会产生2个电压值，根据激光照射的位置不同，产生不同的电压值。当我们选择基点不动，测量点1处的PSD会根据桥梁沉降致使激光照在它上的位置发生微小的变化，从而产生不同的电压值。我们将采集到的2个电压值转变为X和Y方向的位移量，在经过不同时刻采集到的数据X数据做差，便得到值Δx1或者Δy1，也即是桥梁的水平偏移量或者竖直沉降量；测量点2的沉降量和偏移量的计算稍有不同:由于测量点1所在的桥墩本身就可能发生沉降。我们先假设测量1的桥墩不动。那么测量点2的竖直沉降量Δx2'=Xt-X0(这里的Xt指不同时刻采集到的X的实际位移量。X0指在在开始测量时的最初的X的实际位移量)。而实际测量1的桥墩会沉降，那么实际测量点2的竖直沉降量Δx2=Δx2'+Δx1。同理：Δy1=Δy1'+Δy1。以此类推，后面第n点的偏移量为Δxn=Δxn'+Δ(xn-1)。

2.3硬件设计

测量模块如图：

网关控制器部分：

服务器部分：

采用阿里的云服务器

通用版ECS优点：

● 弹性可伸缩。

● 部署快，运维效率高

● 定价低，按需付费

项目中考虑众多环境等外部因素，比如野外的桥梁，激光的供电问题，激光的选型,PSD的选型等等，具体的细节问题都有相关的方案，可以加我的邮箱联系，同时欢迎批评指教。（[email protected]）

2.3软件设计

软件总流程图：

zigbee程序工作流程图如下图：

网关程序工作流程图如下：

网关程序主要目的是进行协议的转换，实现与测量模块以及服务器之间的数据传输。

服务端程序工作流程图如下：

服务端程序实现与数据库的连接以及与网关之间的数据接收发送。

web程序设计包括登录界面和监控平台页面程序设计。

在登录界面输入登录账号和密码，进入到监控平台页面，进行操作，web程序软件工作流程图如下：

3.调试结果

这里用最终的界面展示：

调试结果说明：

1.仪器的精度约为0.1mm，完全满足《工程测量规范》GB50026-2007中对于大型桥梁相邻变形观测点高程中误差小于0.3mm的要求。沉降量为0.01mm时都可检测到。

2.仪器开启后，会实时进行检测并将检测到的数据通过GPRS模块发送到服务器，数据会存入到数据库并显示到监控平台页面上，通过监控平台页面，可以对仪器进行远程控制，实现激光开启关闭。

3.测量过程中，各测量点打开激光进行测量的时间差极小，在测量点较少的情况下，几乎可以实现各测量点的同步测量。

4.优势与价值

优势：

这是我们本科阶段的项目成果，欢迎各位指教！邮箱：[email protected]

体积小，携带方便、安装简单
仪器测量速度快，精度高，人为造成的误差小
远程监测，无需测量人员一次次进入现场测量，节省人工
多个点一次测量到位，无需测量人员重复找定位点、拆卸、搬运仪器
仪器操作简单，终端界面友好，非专业测量人员也能看懂数据
测量成本低，一次购买，可多次多工程使用，性价比高

应用价值：
        仪器的应用价值重点在于性能和成本，在实现相同功能的情况下，性能优越且成本低的仪器，具有的应用价值也就越高。

        从性价比来看：

        仪器的应用价值重点在于性能和成本，在实现相同功能的情况下，性能优越且成本低的仪器，具有的应用价值也就越高。

        从性价比来看：

        仪器的应用价值重点在于性能和成本，在实现相同功能的情况下，性能优越且成本低的仪器，具有的应用价值也就越高。

        从性价比来看：

基于PSD位移传感器的在线桥梁沉降监测系统