基于多源检测融合手段的智慧桥梁监测系统技术方案

本发明专利技术公开了基于多源检测融合手段的智慧桥梁监测系统，主要包括信息传感系统、数据采集系统、数据通讯与传输系统、数据分析及处理系统和评估与报警系统；数据采集系统用于对光纤传感系统输出的光信号功率进行智能采集，采集的数据通过无线网络或专用网向数据通讯与传输系统进行传输，数据通讯与传输系统将采集的数据远程传送至数据分析及处理系统，数据分析及处理系统对接收到的数据进行分析和处理，得到监测信息并呈现监测结果，评估与报警系统负责对监测结果进行评估。可获取目标数据的传统和分布式光纤两种检测手段各有优劣，具有很大的互补性和可信任度，本发明专利技术系统进行数据融合可避免片面依赖单个检测手段而引起的判断失误。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及智慧桥梁监测领域，尤其涉及采用多种监测手段进行实现智慧桥梁的应用研究，具体为一种基于多源检测融合手段的智慧桥梁监测系统，其中应用了新型的分布式光纤传感技术。
技术介绍
未来桥梁工程正在向更智能、更安全、更经济、更耐久等方向发展，我国自2015年提出“智慧桥梁”的概念，其中提到将互联网、物联网、大数据与“云计算”等信息技术与桥梁管养技术的融合，用以保障大型桥梁的安全和耐久性等。目前管养单位对桥梁进行的一般定期、专项检查耗费大量人力、物力、财力，同时却不能得到系统的、全面的、实时的桥梁健康状态信息，无法对桥梁危险情况做出及时预警，因此已呈现落伍趋势。现提出利用多种检测手段，其中以分布式光纤传感技术为主，搭建一个智慧桥梁监测平台。由于分布式光纤传感技术集传感与传输于一体，可实现远距离测量与监控，相比传统传感器具有灵敏度高、信息容量大、环境适应性强等特点，因而性价比更高。
技术实现思路
目的在于搭建一种智慧桥梁监测平台，准确、高效地获取桥梁健康状态方面实时信息，针对桥梁安全做出及时预警，同时提高管养工作效率。利用分布式光纤传感技术等多种检测手段搭建的桥梁健康监测平台，可以获取桥梁有关温度、应变、变位等实时信息，及时高效地为桥梁管养单位提供全面的可靠的预警信息。为了实现本专利技术的目的，本专利技术采用下述技术方案。设计一种基于多源检测融合手段的智慧桥梁监测系统，其特征在于，该监测系统主要包括信息传感系统、数据采集系统、数据通讯与传输系统、数据分析及处理系统和评估与报警系统；信息传感系统包括点数据采集系统和分布式光纤传感系统，数据采集系统用于对点数据采集系统和分布式光纤传感系统输出的光信号功率进行智能采集，采集的数据通过无线网络或专用网向数据通讯与传输系统进行传输，数据通讯与传输系统将采集的数据远程传送至数据分析及处理系统，数据分析及处理系统对接收到的数据进行分析和处理，得到监测信息并呈现监测结果，评估与报警系统负责对监测结果进行评估以掌握被监测的桥梁健康安全情况，若超过阈值则及时发出报警信息。所述数据分析及处理系统对接收到的数据进行分析和处理的过程包括：数据融合处理，具体为：式中，V是指基于融合技术后获取的监测参数数据；ωP、ωL分别是指基于“点”检测手段、基于“线”检测手段在进行数据融合处理时的融合系数；VP、VL分别是指分别基于“点”检测手段、基于“线”检测手段获取的监测参数数据。当基于“点”检测手段获取的参数数据严重丢失或者错误时，ωP＝0；同理，基于“线”检测手段获取的参数数据严重丢失或者错误时，ωL＝0；采用加权平均确定融合系数，方法：式中，包括分别是指在j时段时，基于“线”检测手段、基于“点”检测手段在进行融合时的系数(即加权平均时的权重)，包括分别是指在j时段时，基于“线”检测手段、基于“点”检测手段数据的标准差。本专利技术与现有技术相比，其有益效果在于：1、相比桥梁定期检查、专项检查，应用智慧桥梁监测系统可以更系统、更全面、更高效获得桥梁的实时监控数据；2、相比传统的传感器，由于分布式光纤传感器集传输与传感于一体，可以远距离监测，更具性价比；3、可获取目标数据的传统和分布式光纤两种检测手段各有优劣，具有很大的互补性和可信任度，进行数据融合可避免片面依赖单个检测手段而引起的判断失误。附图说明图1为基于多源检测手段的数据融合基本原理示意图，彼此圆重叠的部分表示各种信息源之间的冗余，不重叠部分为各自信息源的独特信息，为其它信息源提供互补信息。图2为本专利技术一种实施例的监测系统构成图。图3为本专利技术一种实施例的分布式光纤传感器布设示意图，其中，1为支座分布式光纤传感器，2为梁体分布式光纤传感器，3为桥墩分布式光纤传感器。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了进一步阐述本专利技术为达到预定目的所采用的技术手段，现用实施实例进行说明。本专利技术提供一种基于多源检测融合手段的智慧桥梁监测系统(简称监测系统，参见图1-3)，该监测系统主要包括信息传感系统、数据采集系统、数据通讯与传输系统、数据分析及处理系统和评估与报警系统；信息传感系统包括点数据采集系统和分布式光纤传感系统，数据采集系统用于对点数据采集系统和分布式光纤传感系统输出的光信号功率进行智能采集，采集的数据通过无线网络或专用网向数据通讯与传输系统进行传输，数据通讯与传输系统将采集的数据远程传送至数据分析及处理系统，数据分析及处理系统对接收到的数据进行分析和处理，得到监测信息并呈现监测结果，评估与报警系统负责对监测结果进行评估以掌握被监测的桥梁健康安全情况，若超过阈值则及时发出报警信息。所述数据分析及处理系统对接收到的数据进行分析和处理的过程包括：数据融合处理。如此庞大的监测系统必然产生海量的数据，对数据进行简单的堆积处理是不行的，因此需要进行融合处理。为此，我们可以在必要时以传统“点”监测手段(即点数据采集系统)获取“关键点”监测数据，采用融合模型，与分布式光纤传感系统的“线”监测数据进行融合得到可信任度更高的监测数据：式中，V是指基于融合技术后获取的监测参数数据；ωP、ωL分别是指基于“点”检测手段、基于“线”检测手段在进行数据融合处理时的融合系数；VP、VL分别是指分别基于“点”检测手段、基于“线”检测手段获取的监测参数数据。当基于“点”检测手段获取的参数数据严重丢失或者错误时，ωP＝0；同理，基于“线”检测手段获取的参数数据严重丢失或者错误时，ωL＝0。采用加权平均确定融合系数，方法：式中，包括分别是指在j时段时，基于“线”检测手段、基于“点”检测手段在进行融合时的系数(即加权平均时的权重)，包括分别是指在j时段时，基于“线”检测手段、基于“点”检测手段数据的标准差。表1两种监测手段对比分析表从表1可知，两种检测手段以其各自的可靠度、处理模式、数据录入和采集方式等均可获取需要监测的数据，奠定了基于多源数据融合的理论基础。传统监测手段与分布式光纤传技术不仅工作原理不同，所获取的交数据也有所不同，因此，面对海量的、形式不统一的基坑监测参数数据，仅仅维持其简单的堆积是不可以的，需要进行融合处理。数据融合技术的基本原理就是充分利用多种信息源或者数据源获取的信息以及数据，对这些信息和数据进行合理分配，有效组合，去除空间与时间上的冗余，将互补信息最大化的进行整合，更好地对现象或者过程进行诠释，一般产生比单一信息源更精确、更完全的估计和判断，以得到目标对象更本质、更能反映其情况的结果。所述监测信息包括被监测桥梁温度、应力、裂缝、振动、钢筋锈蚀等。所述点数据采集系统的点数据传感器布设在桥梁的某一截面上，可以获取该截面上的监测参数信息。所述分布式光纤传感系统为基于布里渊光时域分析技术的分布式光纤传感系统，分布式光纤传感器布设粘贴在桥梁的需要监测构件部位的表面上，确保粘贴质量，并做好区分记录，明确各光纤传感器监测的桥梁部位，参见图3。智慧桥梁监测平台解决方案是构建一个大型传感监测网络，即在桥梁各主要监控部位布置分布式光纤传感器和传统的监测传感器：(1)对于普通梁式结构，在桥梁墩台、支座以及梁体等部位；(2)对于悬索桥，在梁本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于多源检测融合手段的智慧桥梁监测系统，其特征在于，该监测系统主要包括信息传感系统、数据采集系统、数据通讯与传输系统、数据分析及处理系统和评估与报警系统；信息传感系统包括点数据采集系统和分布式光纤传感系统，数据采集系统用于对点数据采集系统和分布式光纤传感系统输出的光信号功率进行智能采集，采集的数据通过无线网络或专用网向数据通讯与传输系统进行传输，数据通讯与传输系统将采集的数据远程传送至数据分析及处理系统，数据分析及处理系统对接收到的数据进行分析和处理，得到监测信息并呈现监测结果，评估与报警系统负责对监测结果进行评估以掌握被监测的桥梁健康安全情况，若超过阈值则及时发出报警信息；所述数据分析及处理系统对接收到的数据进行分析和处理的过程包括：数据融合处理，具体为：V=Σi=1nωiVi=ωPVP+ωLVL]]>式中，V是指基于融合技术后获取的监测参数数据；ωP、ωL分别是指基于“点”检测手段、基于“线”检测手段在进行数据融合处理时的融合系数；VP、VL分别是指分别基于“点”检测手段、基于“线”检测手段获取的监测参数数据；当基于“点”检测手段获取的参数数据严重丢失或者错误时，ωP＝0；同理，基于“线”检测手段获取的参数数据严重丢失或者错误时，ωL＝0；采用加权平均确定融合系数，方法：ωij=1σij2Σi=121/σij2]]>式中，包括分别是指在j时段时，基于“线”检测手段、基于“点”检测手段在进行融合时的系数(即加权平均时的权重)，包括分别是指在j时段时，基于“线”检测手段、基于“点”检测手段数据的标准差。...

【技术特征摘要】
1.基于多源检测融合手段的智慧桥梁监测系统，其特征在于，该监测系统主要包括信息传感系统、数据采集系统、数据通讯与传输系统、数据分析及处理系统和评估与报警系统；信息传感系统包括点数据采集系统和分布式光纤传感系统，数据采集系统用于对点数据采集系统和分布式光纤传感系统输出的光信号功率进行智能采集，采集的数据通过无线网络或专用网向数据通讯与传输系统进行传输，数据通讯与传输系统将采集的数据远程传送至数据分析及处理系统，数据分析及处理系统对接收到的数据进行分析和处理，得到监测信息并呈现监测结果，评估与报警系统负责对监测结果进行评估以掌握被监测的桥梁健康安全情况，若超过阈值则及时发出报警信息；所述数据分析及处理系统对接收到的数据进行分析和处理的过程包括：数据融合处理，具体为：V=Σi=1nωiVi=ωPVP+ωLVL]]>式中，V是指基于融合技术后获取的监测参数数据；ωP、ωL分别是指基于“点”检测手段、基于“线”检测手段在进行数据融合处理时的融合系数；VP、VL分别是指分别基于“点”检测手段、基于“线”检测手段获取的监测参数数据；当基于“点”检测手段获取的参数数据严重丢失或者错误时，ωP＝0；同...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继伟，高智乐，文欣，李会超，卢状，董超，戴政，石武，吴俊锋，姚光，曾灶红，姚明伟，付钦，张旖旎，何畅，
申请(专利权)人：深圳市道桥维修中心桥梁检测站，
类型：发明
国别省市：广东;44