2020年12月，交通运输部办公厅发了关于印发《公路长大桥梁结构健康监测系统建设实施方案》通知，对全国公路400多座长大桥梁健康监测系统实施提供了指导性意见。公路系统长大桥梁的结构健康监测系统的建设在逐步地推进，将逐步推动长大桥梁结构健康监测系统的发展。桥梁健康监测也是目前桥梁智慧化管养的一个重要措施，同时也是目前国内专家学者研究的一个热点问题。挠度是桥结构的一个关键参数，同时动挠度监测也是桥梁监测的一个难点问题，本文重点介绍毫米波雷达在桥梁健康监测中的应用。

  桥梁结构监测系统的最前端和最基础的系统是传感器子系统系统，桥梁评估的参数是直接利用传感器监测的参数或经过数据处理得到的参数。因此桥梁结构健康监测系统功能的实现与桥梁监测参数的选择、仪器设施的选型、监测传感器与参数应与监测的目的和内容相匹配等直接相关。桥梁结构监测的具体参数应根据以下规定来进行确定：

  （1）依据桥梁运行环境、受力状态分析、耐久性分析、风险评估结果、监测应用目标确定监测内容；

  （2）依据桥梁结构、部件、构件的技术状况,既有病害、损伤所致程度、监测应用目标,经分析确定监测内容；

  根据以上桥梁结构健康监测参数确定的相关规定，应包括桥梁运营环境、作用、结构响应、结构变化等。桥梁运营环境监视测定的主要内容有：环境和温度、环境湿度、雨量和结冰等。桥梁作用监测的主要内容有车辆荷载、风速及风向、结构温度、船舶撞击和地震等。桥梁结构响应监测的主要内容有位移、转角、应变、索力、支座反力、振动等。桥梁结构变化监测的主要参数包括基础冲刷、位移、裂缝、腐蚀、预应力、断丝、螺栓状态及索夹滑移等。

  根据《公路桥梁结构监测技术规程规程》（JT/T 1037-2022）中对悬索桥、斜拉桥、梁式桥及拱桥规定的监测内容，主梁或拱桥的竖向位移（或挠度）及振动加速度均为必选的监测参数。因此不管是是对于大跨径桥梁还是中小跨径桥梁，桥梁挠度和竖向加速度监测都是关键的监测参数。毫米波雷达由于具有全天候、非接触、高精度、多目标和远距离等特点（见图1），此外桥梁动挠度时程曲线通过微分关系可以很方便得到桥梁结构的振动加速度信息，因此该设备不但可以对桥梁动挠度进行高精度的监测，通过高频的动挠度监测可以分析桥梁结构的振动特性。

  毫米波雷达采用线性调频连续波、雷达干涉测量以及合成孔径雷达（SAR）技术等关键技术，在雷达波束角范围能实现对桥梁结构多个目标进行动挠度的精确测试。通过对桥梁结构动挠度监测数据的在线监测，能轻松实现对桥梁结构动力特性及结构动力响应的分析，能够获得桥梁结构的自振频率、阻尼比、动挠度振动幅值、冲击系数等评估参数。在利用毫米波雷达对桥梁动挠度进行监测时，需要在桥梁测试位置安装角反射器，将雷达监测设备安装在位移不发生明显的变化或变化较小（其变形可忽略不计）的桥墩或桥台上。对于中小跨径桥梁，桥梁跨中竖向挠度是桥梁结构变形最大的关键截面，采用毫米波雷达设备应重点监测其跨中部位的测点，雷达监测系统安装说明示意图见图2。对于大跨径桥梁有时需要对沿桥梁纵向多个测点动挠度进行监测时，将雷达安装在桥墩或桥台相对固定的位置，在主梁上沿纵桥向布设多个角反射器，能轻松实现对桥梁纵桥向的多个测点来测试，见图3。

  独柱墩桥梁结构在严重超载、偏载作用的耦合作用下已出现倾覆破坏的严重事故，近年来独柱墩倾覆破坏的事故时有发生。2021年12月18日15时左右，湖北省鄂州市境内G50沪渝高速沪渝向花湖互通D匝道桥梁发生侧翻事故（见图4），该独柱墩桥梁垮塌一度成为社会关注的热点。

  墩柱墩桥梁倾覆破坏一直是业界关注的热点问题，独柱墩桥梁破坏形式是由于在超载偏载耦合作用下引起梁体的转动而导致的。因此在桥梁运营期间对墩顶支座（或梁体）的转动进行动态实时的监测，提前进行预警或对交通进行干预或能有效的避免该类桥梁的倾覆破坏。而墩顶支座或梁体的转动监测能够最终靠监测支座或梁体在横桥向在一定距离的竖向变形差值来实现。毫米波雷达具有非接触式、受环境干扰小等优点，且能实时对多点动挠度进行动态测量，这是其可以在一定程度上完成独柱墩桥梁抗倾覆性能监测的有效方法。毫米波雷达测试用于独柱墩桥梁倾覆监测的方法（见图5），监测实施内容如下：

  1）在被监测桥墩顶部梁体底面用于雷达测试的角反射器，角反射器位于墩柱两侧梁体截面的两侧。若采用两个测点，为提高测试精度角反射器应尽量远离墩柱中心线，靠近梁体底部外边缘。若在设计时考虑系统的可靠性，在桥梁箱梁较宽时可在桥墩两侧设多个测点。安装角反射器应朝向毫米波雷达设备，使其位于设备发射电磁波覆盖的扇形区域内。

  2）毫米波雷达则要安设在不变形或变形不影响测试精度的位置，因此能将毫米波雷达设备安装在被测试桥墩的相邻的桥墩或桥台上。

  3）通过毫米波雷达对被测试墩顶梁体底面横向布设的角反射器，可以实时测试竖向位移差对桥梁横向转动实现测试。

  4）当测试横向转角测量大于设定的预警值进行及时预警。预警值设置根据转角引起桥梁支反力情况确定，即支座反力不能为负的原则。

  毫米波雷达除具有非接触、全天候、高精度、多目标、远距离等特点外，雷达设备还具有低功耗的特点，因此毫米波雷达监测系统在没有供电系统的桥梁能够使用太阳能进行供电，见图6。图中监测桥梁通过太阳能对监测的采集设备——毫米波雷达主机和应变采集设备做供电。

  对桥梁动挠度进行监测时，毫米波雷达设备主机能够最终靠监控中心采集控制终端或远程进行数据的采集，因此毫米波雷达监测系统能采用有线和无线两种方式来进行网络的架构设计。毫米波雷达直接用4G DTU进行传输，无需通过工控机进行数据采集，组网简单、解决现场传输困难问题。对于集群化中小跨径桥梁结构挠度监测，通过分布式无线组网的方式来进行桥梁挠度监测系统的布设，见图67。采用分布式无线组网模式，毫米波雷达将实时采集的挠度信号通过4G模块传输至4G基站，通过基站将数据上传至云平台。此外多台雷达监测设备能通过串口模块+4G路由+供电模块的组网模式，将采集数据通过4G基站上传至云平台，见图8。在云平台建立毫米波雷达的雷联网，雷联网为用户更好的提供雷达动位移监测和数据分析服务，并能实现向第三方平台的推送服务，见图9。