基于北斗系统的大跨径桥梁形变实时监测方法技术方案

本发明专利技术提供一种基于北斗系统的大跨径桥梁形变实时监测方法，包括数据采集；数据处理：云计算数据中心基于云计算环境对原始数据依次进行差分处理和滤波处理，实现对原始数据的实时解算，得到解算后的桥梁形变数据，并将原始数据和解算后的桥梁形变数据分别存储至数据库中；数据存储和管理。该方法在桥梁形变发生异常时，通过北斗定位系统实时、精确的拾取其结构的某些局部和整体的参数，识别其与正常状态不同的特征，以确定损伤的位置及相对的程度，做出评估与预警；并通过对形变敏感特征量的长期观测，掌握桥梁性能劣化的演变规律，以部署相应的改善措施，延长桥梁的使用寿命。通过北斗定位导航技术的使用，可极大的提高了监测的准确性和预测评估的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
基于北斗系统的大跨径桥梁形变实时监测方法
本专利技术属于梁桥形变实时监测系统
，具体涉及一种基于北斗系统的大跨径桥梁形变实时监测方法。
技术介绍
目前，国内外大跨径连续梁桥运营期间主要病害为跨中过度下挠，腹板斜裂缝、底板裂缝等形变现象。国内对连续梁桥跨中下挠等形变数据采集大量采用的方法和仪器为人工光学测量法、连通管法、引张线法、视频测像法和全站仪、加速度仪、激光干涉仪、应变仪等。这些方法和仪器都有其各自的优缺点，但存在自动化程度低，工作量大，观测易受气候和其它外界条件的影响，容易漏过重要和危险的信号，且数据采集无法在时间上同步等局限性。现有建成的桥梁健康监测系统对位移等形变测量大多采用卫星定位技术。实际工程应用实践中，主要应用于斜拉桥和悬索桥等大跨径复杂桥梁上，而在大跨径连续梁桥中应用较少，几乎为零。现有建成的桥梁健康监测系统在大跨径连续梁桥监测推广应用中存在一些比较普遍的问题：现有健康监测系统中监测测试内容较多，没有专门针对大跨连续梁桥受力特性进行设计，也没有针对大跨径连续梁桥形变监测而开发的监测系统；多数健康监测系统位移测量采用的GPS定位系统，由于GPS系统为美国开发研究，存在关键技术受限制和数据安全性隐患问题；部分桥梁健康监测系统并不是由桥梁专业人员设计，或者这些设计者缺乏丰富的桥梁检测与评估经验，使得其测点的布设不甚合理，导致系统测点布置规模差异性较大，造成关键数据缺失；系统各类型传感器种类繁多，获取了海量数据，但与大跨径连续梁桥主要病害无关，造成数据繁多难以处理，不能为桥梁管养人员提供直观有效的决策依据同时造成投资浪费；大量传感器寿命和传输线路长期使用直接导致监测系统使用寿命的较短，使用效率难以得到保证；健康监测系统庞大，一次性建设费用昂贵，难以普遍推广。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种基于北斗系统的大跨径桥梁形变实时监测方法。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于北斗系统的大跨径桥梁形变实时监测方法，其特征在于：数据采集：由北斗地基增强系统和北斗桥梁形变监测站采集桥梁原始数据，然后通过有线光纤网络、有线互联网或无线网络传输给云计算数据中心，并由云计算数据中心进行数据分析处理和存储；其中，北斗桥梁形变监测站根据设置位置的不同分为挠度监测站、桥墩不均匀沉降监测站和伸缩缝变位特征监测站，北斗桥梁形变监测站包括北斗天线、接收机和避雷设备，北斗地基增强系统包括基准站、系统控制中心和用户数据中心；数据处理：云计算数据中心基于云计算环境对原始数据依次进行差分处理和滤波处理，实现对原始数据的实时解算，得到解算后的桥梁形变数据，并将原始数据和解算后的桥梁形变数据分别存储至数据库中；数据存储和管理：1）采用基于联机分析处理的数据库，进行数据管理，实现了对特定分析需求进行联机数据访问，同时，为了加快对数据的存储查询管理，并突破系统文件大小的限制，数据存储采用数据分组和分表技术；2）采用二级数据备份技术对数据进行备份，以数据库服务器上的完全备份和差异备份作为第一级备份，以远程数据备份服务器上的压缩备份为第二级备份，其中，第一级备份采用数据库维护技术，对数据进行一周一次的完全备份，每天一次的差异备份，不对备份的数据采用压缩包，将备份数据的大小降低到了原始备份文件大小的30%，第二级备份采用Xcopy命令技术，将数据库服务器上备份的数据远程传输到另一台备份服务器上；3）构建数据仓库，具体过程包括概念模型设计、逻辑模型设计和物理模型设计，其中，概念模型设计包括概念模型需求分析和主题域确定，逻辑模型设计包括系统数据量估算、粒度模型设计、数据分割策略设计和元数据模型设计，物理模型设计包括确定存储结构、确定索引结构、对表进行归并和优化存储分配；若优化存储分配得到结果为单个主题则重复逻辑模型设计和物理模型设计过程；对数据仓库内数据进行清理和抽取，构建各类分析主题，通过数据分析应用集成进行显示；数据分析应用集成：数据处理结果通过数据分析应用集成软件显示，数据分析应用集成软件包括PC浏览器和智能手机APP，PC浏览器通过基于B/S架构的软件提供界面，智能手机APP，通过微信平台实现，且数据分析应用集成软件兼容Android和IOS系统；具体包括：GIS地图集成多座桥梁监测管理模块，实时监测数据和历史数据查询模块，多级预警设置、分析和提醒模块，大数据分析桥梁变形发送发展规律模块，自动生成桥梁变形监测报告模块，用户监测配置模块和数据下载模块。进一步，所述实时监测数据和历史数据查询模块包括桥梁变形监测数据的实时曲线展示模块，绝对高程和相对变形量数据曲线分析模块，根据分布在桥梁上的挠度测点绘制全桥线形模块，多级预警包络分析模块，历史数据查询模块和数据下载。进一步，多级预警设置、分析和提醒模块通过桥梁结构分析和变形监测历史数据统计，设置每个变形监测点的阈值，设置在云计算数据中心的后台预警服务程序根据设置的阈值自动进行超限判别，并将超限信息写入数据库和短信预警表中，在PC浏览器和智能手机APP均可以查看到阈值超限信息，并对其进行处置和关闭；与此同时，超限信息会自动归类，并通过短信和邮件的方式分别给不同层级的用户发送不同的阈值超限信息。进一步，通过用户监测配置模块增加某座桥梁的形变监测，用户监测配置模块主要包括监测类型配置、监测截面配置、监测点配置和检测页面运行参数配置，其中监测类型配置对不同的变形类型参数进行管理，变形类型参数包括挠度、桥墩沉降和伸缩缝位移，监测截面配置是对变形测点布置所在桥梁截面位置信息进行管理，一个截面布置多个测点的集成管理，监测点配置是对监测点所在截面的位置、基准值、实际照片信息进行管理，并对监测点存储方式和位置信息进行管理。进一步，数据处理步骤中，采用实时动态RTK测量法对桥梁形变发生异常点进行定位，具体为，用户机一方面通过基带信号处理模块获得观测数据和导航电文，另一方面，用户机等待基准站的载波相位差分改正数，当接收到来自基准站的载波相位差分改正数后，将此载波相位差分改正数、原始数据与导航电文一起应用载波相位差分定位解算，得到定位结果；基线解算过程包括：原始数据的读入；原始数据的检查与修改，在读入原始数据后，需要对原始数据进行检查，检查项目包括监测站名称、监测点号、监测站坐标和天线高；基线解算控制参数的确定，基线解算控制参数用来确定处理方法进行基线解算；基线解算；基线质量的检验，基线解算完毕后，对基线进行检验，如果不合格，则进行重新解算或重新对原始数据进行采集，基线质量的检验包括RATIO、RDOP、RMS、同步环闭和差、异步环闭和差以及重复基线较差；进一步，采用实时动态RTK测量法的关键在于确定起始的整周模糊度，整周模糊度的确定方法如下：1）附加附有站点坐标概略已知约束的模糊度浮点解求解；2）采用LAMBDA方法搜索出若干组模糊度；3）按照残差平方和、基线长度差值和俯仰角的差值检核若干组模糊度，最终确定出最佳模糊度。进一步，确定出最佳模糊度后，若利用载波相位观测值求解桥梁形变量计算结果达不到精度要求，则通过如下方法提高桥梁形变量计算结果的精度：（1）利用误差的相关性进行粗差定位和探测；（2）利用历元间差分进行微小粗差探测；（3）多个历元的数据进行整体平差，对残差进本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于北斗系统的大跨径桥梁形变实时监测方法，其特征在于：数据采集：由北斗地基增强系统和北斗桥梁形变监测站采集桥梁原始数据，然后通过有线光纤网络、有线互联网或无线网络传输给云计算数据中心，并由云计算数据中心进行数据分析处理和存储；其中，北斗桥梁形变监测站根据设置位置的不同分为挠度监测站、桥墩不均匀沉降监测站和伸缩缝变位特征监测站，北斗桥梁形变监测站包括北斗天线、接收机和避雷设备，北斗地基增强系统包括基准站、系统控制中心和用户数据中心；数据处理：云计算数据中心基于云计算环境对原始数据依次进行差分处理和滤波处理，实现对原始数据的实时解算，得到解算后的桥梁形变数据，并将原始数据和解算后的桥梁形变数据分别存储至数据库中；数据存储和管理：1）采用基于联机分析处理的数据库，进行数据管理，实现了对特定分析需求进行联机数据访问，同时，为了加快对数据的存储查询管理，并突破系统文件大小的限制，数据存储采用数据分组和分表技术；2）采用二级数据备份技术对数据进行备份，以数据库服务器上的完全备份和差异备份作为第一级备份，以远程数据备份服务器上的压缩备份为第二级备份，其中，第一级备份采用数据库维护技术，对数据进行一周一次的完全备份，每天一次的差异备份，不对备份的数据采用压缩包，将备份数据的大小降低到了原始备份文件大小的30%，第二级备份采用Xcopy命令技术，将数据库服务器上备份的数据远程传输到另一台备份服务器上；3）构建数据仓库，具体过程包括概念模型设计、逻辑模型设计和物理模型设计，其中，概念模型设计包括概念模型需求分析和主题域确定，逻辑模型设计包括系统数据量估算、粒度模型设计、数据分割策略设计和元数据模型设计，物理模型设计包括确定存储结构、确定索引结构、对表进行归并和优化存储分配；若优化存储分配得到结果为单个主题则重复逻辑模型设计和物理模型设计过程；对数据仓库内数据进行清理和抽取，构建各类分析主题，通过数据分析应用集成进行显示；数据分析应用集成：数据处理结果通过数据分析应用集成软件显示，数据分析应用集成软件包括PC浏览器和智能手机APP，PC浏览器通过基于B/S架构的软件提供界面，智能手机APP，通过微信平台实现，且数据分析应用集成软件兼容Android和IOS系统；具体包括：GIS地图集成多座桥梁监测管理模块，实时监测数据和历史数据查询模块，多级预警设置、分析和提醒模块，大数据分析桥梁变形发送发展规律模块，自动生成桥梁变形监测报告模块，用户监测配置模块和数据下载模块。...

【技术特征摘要】
1.基于北斗系统的大跨径桥梁形变实时监测方法，其特征在于：数据采集：由北斗地基增强系统和北斗桥梁形变监测站采集桥梁原始数据，然后通过有线光纤网络、有线互联网或无线网络传输给云计算数据中心，并由云计算数据中心进行数据分析处理和存储；其中，北斗桥梁形变监测站根据设置位置的不同分为挠度监测站、桥墩不均匀沉降监测站和伸缩缝变位特征监测站，北斗桥梁形变监测站包括北斗天线、接收机和避雷设备，北斗地基增强系统包括基准站、系统控制中心和用户数据中心；数据处理：云计算数据中心基于云计算环境对原始数据依次进行差分处理和滤波处理，实现对原始数据的实时解算，得到解算后的桥梁形变数据，并将原始数据和解算后的桥梁形变数据分别存储至数据库中；数据存储和管理：1）采用基于联机分析处理的数据库，进行数据管理，实现了对特定分析需求进行联机数据访问，同时，为了加快对数据的存储查询管理，并突破系统文件大小的限制，数据存储采用数据分组和分表技术；2）采用二级数据备份技术对数据进行备份，以数据库服务器上的完全备份和差异备份作为第一级备份，以远程数据备份服务器上的压缩备份为第二级备份，其中，第一级备份采用数据库维护技术，对数据进行一周一次的完全备份，每天一次的差异备份，不对备份的数据采用压缩包，将备份数据的大小降低到了原始备份文件大小的30%，第二级备份采用Xcopy命令技术，将数据库服务器上备份的数据远程传输到另一台备份服务器上；3）构建数据仓库，具体过程包括概念模型设计、逻辑模型设计和物理模型设计，其中，概念模型设计包括概念模型需求分析和主题域确定，逻辑模型设计包括系统数据量估算、粒度模型设计、数据分割策略设计和元数据模型设计，物理模型设计包括确定存储结构、确定索引结构、对表进行归并和优化存储分配；若优化存储分配得到结果为单个主题则重复逻辑模型设计和物理模型设计过程；对数据仓库内数据进行清理和抽取，构建各类分析主题，通过数据分析应用集成进行显示；数据分析应用集成：数据处理结果通过数据分析应用集成软件显示，数据分析应用集成软件包括PC浏览器和智能手机APP，PC浏览器通过基于B/S架构的软件提供界面，智能手机APP，通过微信平台实现，且数据分析应用集成软件兼容Android和IOS系统；具体包括：GIS地图集成多座桥梁监测管理模块，实时监测数据和历史数据查询模块，多级预警设置、分析和提醒模块，大数据分析桥梁变形发送发展规律模块，自动生成桥梁变形监测报告模块，用户监测配置模块和数据下载模块。2.根据权利要求1所述的基于北斗系统的大跨径桥梁形变实时监测方法，其特征在于：所述实时监测数据和历史数据查询模块包括桥梁变形监测数据的实时曲线展示模块，绝对高程和相对变形量数据曲线分析模块，根据分布在桥梁上的挠度测点绘制全桥线形模块，多级预警包络分析模块，历史数据查询模块和数据下载。3.根据权利要求1所述的基于北斗系统的大跨径桥梁形变实时监测方法，其特征在于：多级预警设置、分析和提醒模块通过桥梁结构分析和变形监测历史数据统计，设置每个变形监测点的阈值，设置在云计算数据中心...

【专利技术属性】
技术研发人员：石正雄，张若钢，
申请(专利权)人：中南安全环境技术研究院股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42