一种桥梁动态称重系统技术方案

本发明专利技术提供一种视觉技术辅助的桥梁动态称重系统，其特征在于，包括：至少一个动应变计，设置在桥梁的预定截面底部，用于对车辆通过桥梁时产生的桥梁结构动应变数据进行采集；至少一个桥梁交通监控装置，设置在桥梁的桥面上方，用于记录桥梁上通过的车辆并生成车辆监控视频；以及计算处理装置，分别与动应变计以及计算处理装置相通信连接，用于对桥梁结构动应变数据以及车辆监控视频进行计算处理从而获取车辆的车重，其中，计算处理装置具有：用于处理桥梁结构动应变数据的动应变处理部；用于识别车辆监控视频的视频车辆识别部；用于将位置信息转换为实际位置坐标的车辆坐标转换部；以及用于计算车辆车重的车重计算部。

A Dynamic Weighing System for Bridges

The invention provides a bridge dynamic weighing system assisted by visual technology, which is characterized by: at least one dynamic strain gauge is set at the bottom of the predetermined section of the bridge to collect the dynamic strain data of the bridge structure generated by vehicles passing through the bridge; at least one bridge traffic monitoring device is set above the bridge deck to record the vehicles passing through the bridge. Vehicle and generate vehicle monitoring video; and computing processing device, which communicate with dynamic strain gauge and computing processing device respectively, for calculating and processing dynamic strain data of bridge structure and vehicle monitoring video to obtain vehicle weight. Among them, computing processing device has: dynamic strain processing unit for processing dynamic strain data of bridge structure; dynamic strain processing unit for identifying vehicle. Video vehicle identification unit for surveillance video; vehicle coordinate conversion unit for converting position information into actual position coordinates; and vehicle weight calculation unit for calculating vehicle weight.

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁动态称重系统
本专利技术涉及公路桥梁安全监测领域，具体涉及一种桥梁动态称重系统。
技术介绍
现代桥梁是为交通目的而设计建造的，因此获取桥上行驶车辆的重量、速度、数量、类型以及时空分布等交通信息，对于桥梁结构的设计规范改进、安全性评价与养护决策具有重要意义。有鉴于此，国内外针对桥梁交通信息的识别进行了大量研究，其中的研究重点是桥梁动态称重技术。通俗地说，桥梁动态称重技术的原理是将装有结构健康监测系统的桥梁视为一杆“秤”，然后用这杆“秤”去称量桥上车辆的重量。传统的桥梁动态称重系统使用安装于桥面铺装上的感应线圈或者交通雷达探测实现对车辆位置信息的获取，但这些系统成本高昂，耐久性欠佳，安装或维修需中断交通，不适用于老桥及交通量大的已建桥梁。
技术实现思路
为解决上述问题，提供一种简单易行、稳定可靠、成本低廉的桥梁动态称重系统，本专利技术采用了如下技术方案：本专利技术提供了一种视觉技术辅助的桥梁动态称重系统，其特征在于，包括：至少一个动应变计，设置在桥梁的预定截面底部，用于对车辆通过桥梁时产生的桥梁结构动应变数据进行采集；至少一个桥梁交通监控装置，设置在桥梁的桥面上方，用于记录桥梁上通过的车辆并生成车辆监控视频；以及计算处理装置，分别与动应变计以及计算处理装置相通信连接，用于对桥梁结构动应变数据以及车辆监控视频进行计算处理从而获取车辆的车重，其中，计算处理装置具有：动应变处理部，用于对桥梁结构动应变数据进行处理从而获取该桥梁结构动应变数据的静态成分的峰值；视频车辆识别部，用于通过预先训练的深度神经网络模型对车辆监控视频进行识别从而获取车辆监控视频中车辆的位置信息与该位置信息对应的时间信息；车辆坐标转换部，用于根据预定的车辆位置坐标转换方法对位置信息进行转换从而获取车辆的实际位置坐标；车速计算部，根据时间信息以及车辆坐标转换部将对应的位置信息转换的实际位置坐标计算车辆的车速；以及车重计算部，用于对根据静态成分的峰值、实际位置坐标以及预先标定的桥梁影响面计算获取车辆的轴重以及车重。本专利技术提供的桥梁动态称重系统，还可以具有这样的技术特征，其中，动应变处理部具有：应变截取单元，用于在桥梁结构动应变数据中截取由车辆激起的动应变信号段；静态成分计算单元，用于通过局部回归算法对动应变信号段进行处理从而获取静态成分；以及峰值提取单元，用于从静态成分中提取静态成分的峰值。本专利技术提供的桥梁动态称重系统，还可以具有这样的技术特征，其中，计算处理装置还具有车流信息统计部，车流信息统计部能够根据车重计算部计算出的车重的数量以及视频车辆识别部识别出的车辆位置信息和车辆数量统计桥梁的车流统计信息。本专利技术提供的桥梁动态称重系统，还可以具有这样的技术特征，其中，视频车辆识别部对车辆监控视频进行识别从而获取车辆监控视频中车辆的位置信息时，还能够获取车辆的车轴数以及车型信息。本专利技术提供的桥梁动态称重系统，还可以具有这样的技术特征，其中，车流信息计算部对单辆车辆通过桥梁时进行计算的车重计算方法为：式中，W是计算出的车辆的车重，Speak是车辆激起的静态成分的峰值，I(x,ypeak)是车辆的实际位置坐标在桥梁影响面的影响量，x是由视频车辆识别部识别得到的车辆通过桥梁影响面的纵桥向峰值的横桥向剖面时的横桥向位置坐标，ypeak是由标定桥梁影响面时进行的影响面理论分析得到的桥梁影响面的纵桥向峰值剖面在桥面坐标系上的纵桥向坐标。本专利技术提供的桥梁动态称重系统，还可以具有这样的技术特征，其中，车流信息计算部对前后多辆车辆通过桥梁时进行计算的车重计算方法为：对于首辆车辆采用公式(1)进行计算，对于后续的车辆采用公式(2)进行计算：式中，Wrear是当前车辆的车重，是当前车辆激起的静态成分的峰值，I(xfront,yfront)是前一车辆的实际位置坐标在桥梁影响面上对应的影响量，Wfront是已经计算出的前一车辆的车重，I(xrear,ypeak)是当前车辆的实际位置坐标在桥梁影响面上对应的影响量，xrear是由视频车辆识别部识别得到的当前车辆通过桥梁影响面的纵桥向峰值的横桥向剖面时的横桥向位置坐标，ypeak是由标定桥梁影响面时进行的影响面理论分析得到的桥梁影响面的纵桥向峰值剖面在桥面坐标系上的纵桥向坐标。本专利技术提供的桥梁动态称重系统，还可以具有这样的技术特征，其中，桥梁影响面的设定方法包括如下步骤：标准动应变采集步骤，安排已知车重的车辆作为标定车辆，对标定车辆沿标准车道多次通过桥梁时产生的桥梁结构动应变数据作为标准动应变进行采集；标准动应变提取步骤，对标准动应变进行处理获取标准静态成分，并提取标准静态成分的波峰值与波谷值；影响面分析步骤，对桥梁进行影响面理论分析从而获取影响面形状；影响面标定步骤，根据影响面形状以及标准静态成分的波峰值与波谷值通过标定车标定桥梁影响面。本专利技术提供的桥梁动态称重系统，还可以具有这样的技术特征，其中，深度神经网络模型的训练方法包括如下步骤：视频处理步骤，获取既有的车辆监控视频作为历史监控视频，将历史监控视频分解为单帧图片并将该单帧图片中的车辆进行标注，模型训练步骤，建立初始神经网络模型并根据单帧图片以及标注对该初始神经网络模型进行训练从而得到深度神经网络模型。专利技术作用与效果根据本专利技术的桥梁动态称重系统，由于具有动应变处理部，能够对在桥梁上设置的动应变计获取的桥梁结构动应变数据进行静态成分提取；还由于具有视频车辆识别部，因此能够有效地利用目前已经大范围普及的车辆监控视频，对车辆监控视频中的车辆进行识别，利用计算机视觉技术从车辆监控视频中获取车辆的类型、轨迹以及位置信息，从而进一步地通过车辆坐标转换部将位置信息转换为车辆的实际位置坐标，完成低成本、高效率的车辆位置识别；最终，车重计算部利用基于影响面原理的车辆荷载计算方式，根据静态成分以及车辆的实际位置坐标实现了对车辆车重的计算，有效地提高了识别精度以及性能稳定性，并降低了车流计算系统的软硬件成本。同时，本专利技术尤其适用于已经安装有交通监控摄像头以及桥梁结构健康监测系统的桥梁，可以在无增量费用的情况下，增强桥上既有硬件的功能，具有一定的经济效益。附图说明图1是本专利技术实施例中桥梁动态称重系统的结构框图；图2是本专利技术实施例中的计算处理装置的结构图；图3是本专利技术实施例中视频车辆识别部识别车辆车轮的示意图；图4是本专利技术实施例中车辆坐标转换的示意图；图5是本专利技术实施例中标定完成的桥梁影响面的示意图；以及图6是本专利技术实施例中车重计算过程的流程图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本专利技术的桥梁动态称重系统作具体阐述。<实施例>图1是本专利技术实施例中桥梁动态称重系统的结构框图。如图1所示，桥梁动态称重系统100包括一个动应变计1、至少一个桥梁交通监控装置2、计算处理装置3以及通信网络4。其中，计算处理装置3分别通过通信网络4与动应变计1以及桥梁交通监控装置2相通信连接。动应变计1设置在桥梁的预定截面，用于对车辆通过桥梁时产生的桥梁结构动应变数据进行采集。本实施例中，预定截面为桥梁车道正下方的桥梁截面的任意位置(优选地，本实施例的预定截面为桥梁截面的底部)，并且均匀地沿纵桥向(即桥梁中轴线方向)分布。动应变计1为安装在预定截本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桥梁动态称重系统，其特征在于，包括：动应变计，设置在桥梁的预定截面，用于对车辆通过所述桥梁时产生的桥梁结构动应变数据进行采集；桥梁交通监控装置，设置在所述桥梁的桥面上方，用于记录所述桥梁上通过的所述车辆并生成车辆监控视频；以及计算处理装置，分别与所述动应变计以及所述计算处理装置相通信连接，用于对所述桥梁结构动应变数据以及所述车辆监控视频进行计算处理从而获取所述车辆的车重，其中，所述计算处理装置具有：动应变处理部，用于对所述桥梁结构动应变数据进行处理从而获取该桥梁结构动应变数据的静态成分的峰值；视频车辆识别部，用于通过预先训练的深度神经网络模型对所述车辆监控视频进行识别，从而获取所述车辆监控视频中车辆的位置信息以及与该位置信息对应的时间信息；车辆坐标转换部，用于根据预定的车辆位置坐标转换方法对所述位置信息进行转换从而获取所述车辆的实际位置坐标；车速计算部，根据所述时间信息以及所述车辆坐标转换部将对应的所述位置信息转换的所述实际位置坐标计算所述车辆的车速；以及车重计算部，用于对根据所述静态成分的峰值、所述实际位置坐标以及预先标定的桥梁影响面计算获取所述车辆的轴重以及车重。

【技术特征摘要】
1.一种桥梁动态称重系统，其特征在于，包括：动应变计，设置在桥梁的预定截面，用于对车辆通过所述桥梁时产生的桥梁结构动应变数据进行采集；桥梁交通监控装置，设置在所述桥梁的桥面上方，用于记录所述桥梁上通过的所述车辆并生成车辆监控视频；以及计算处理装置，分别与所述动应变计以及所述计算处理装置相通信连接，用于对所述桥梁结构动应变数据以及所述车辆监控视频进行计算处理从而获取所述车辆的车重，其中，所述计算处理装置具有：动应变处理部，用于对所述桥梁结构动应变数据进行处理从而获取该桥梁结构动应变数据的静态成分的峰值；视频车辆识别部，用于通过预先训练的深度神经网络模型对所述车辆监控视频进行识别，从而获取所述车辆监控视频中车辆的位置信息以及与该位置信息对应的时间信息；车辆坐标转换部，用于根据预定的车辆位置坐标转换方法对所述位置信息进行转换从而获取所述车辆的实际位置坐标；车速计算部，根据所述时间信息以及所述车辆坐标转换部将对应的所述位置信息转换的所述实际位置坐标计算所述车辆的车速；以及车重计算部，用于对根据所述静态成分的峰值、所述实际位置坐标以及预先标定的桥梁影响面计算获取所述车辆的轴重以及车重。2.根据权利要求1所述的桥梁动态称重系统，其特征在于：其中，所述动应变处理部具有：应变截取单元，用于在所述桥梁结构动应变数据中截取由所述车辆激起的动应变信号段；静态成分计算单元，用于通过局部回归算法对所述动应变信号段进行处理从而获取所述静态成分；以及峰值提取单元，用于从所述静态成分中提取所述静态成分的峰值。3.根据权利要求1所述的桥梁动态称重系统，其特征在于：其中，所述视频车辆识别部对所述车辆监控视频进行识别从而获取所述车辆监控视频中车辆的位置信息时，还能够获取所述车辆的车轴数以及车型信息。4.根据权利要求4所述的桥梁动态称重系统，其特征在于：其中，所述计算处理装置还具有车流信息统计部，所述车流信息统计部能够对所述车重计算部计算出的所述车重、所述视频车辆识别部识别出的车辆以及所述车速计算部计算的车速进行统计从而得到所述桥梁的车流统计信息。5.根据权利要求1所述的桥梁动态称重系统，其特征在于：其中，所述车流信息计算部对单辆所述车辆通过桥梁时进行计算的车重计算方法为：式中，W是计算出的所述车辆的车重，Speak是所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏烨，马海英，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31