一种大跨度公路桥梁大风行车监测预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种大跨度公路桥梁大风行车监测预警系统，涉及大跨度公路桥梁行车预警技术领域；该预警系统由数据采集模块、中心服务器和预警终端组成，数据采集模块依据现场数据采集站与气象软件分别取得实时风速数据与气象信息；中心服务器依托大比尺风洞试验及精细化风车桥耦合振动分析制定车辆限速规则，通过高精度预测模型进行风速预测，结合气象信息甄别路面状态并综合判定预测风速下车辆的合理行驶速度；预警终端由桌面程序、网页和手机App等多平台组成。本发明专利技术有利于管理部门根据预警终端或中心服务器发送的行车指导建议及险情信息，科学管理桥上交通，有效地提高桥上行车安全性。

A monitoring and early warning system for heavy wind driving of long-span Highway Bridges

【技术实现步骤摘要】
一种大跨度公路桥梁大风行车监测预警系统
本专利技术属于公路交通预警
，特别涉及一种大跨度公路桥梁大风行车监测预警系统。
技术介绍
随着国民经济的迅速发展，作为国民经济和社会发展动脉的高速公路也得到了空前的发展，在我国交通运输领域发挥着举足轻重的作用。同时，也应当意识到由于我国交通安全管理和策略研究的相对滞后，高速公路交通安全问题日益突出。其中，大风是一种较为常见但对交通安全危害颇大的不利气象条件。横风作用下车辆易发生侧偏、侧滑和倾覆等问题，以致引发严重交通事故。尤其在沿海地区与复杂山区，风致行车安全事故屡见不鲜，对交通安全提出了严峻考验。大跨度桥梁作为高速公路关键节点，亦是高速公路交通运行安全的瓶颈点。大跨度桥梁周围风场环境多变，行车环境复杂。尤其遇到雨、雪等湿滑路面状况时，交通险情发生几率将突增，严重威胁行车安全，可靠的公路桥梁大风行车预警系统必不可少。目前大风预警系统主要凭借大区域内的天气预报或者气象站的信息对风速进行预判，而忽略了局部小地形与小气候对预警的影响。特别在西部山区，大跨度桥梁多建设于复杂地形环境中，受局部地形的影响，桥面实际风速往往与常规的天气预报或者气象站预测存在较大差异。此外，当前的大风监测预警系统多数是针对铁路系统，针对公路桥梁的大风监测预警系统几乎空白。对于公路系统，车辆类型、路面状态甚至车道位置等参数的差异都会影响横风作用下行驶安全性，现有预警系统也难以针对各类情况发布不同预警。综上所述，亟需发展一套完善的大风行车安全预警系统，保障公路系统大跨度桥梁大风行车安全。r>
技术实现思路
为保障公路桥梁大风行车安全性，完善公路交通预警系统，本专利技术提供一种大跨度公路桥梁大风行车监测预警系统。一种大跨度公路桥梁大风行车监测预警系统。包含数据采集模块、中心服务器和预警终端。其中数据采集模块包括风速数据采集与气象信息采集；中心服务器包括数据获取、路面状态识别、车辆限速规则制定、风速预测与行车预警功能模块；预警终端由桌面程序、网页和手机App平台组成。进一步地，风速数据采集由测风装置与数据采集器组成的现场数据采集站完成，气象信息采集借助第三方气象软件完成。进一步地，数据收集模块负责取回相关数据；路面状态识别模块以气象信息为基础，综合判断桥面“干”、“湿”、“雪”、“冰”的确切状态；车辆限制规则制定模块依托大比尺的风洞实验及精细化的风车桥耦合分析制定不同车辆类型、路面状态及车道位置(不同交通工况)下的限速规则；风速预测模块选择合理的预测模型对原始数据数值分析得到预测风速，并提供模型优化功能以提高风速预测精度；行车预警模块依据路面状态、车辆限速规则与预测风速，分析得到下一时刻不同类型车辆的最大安全行驶速度，一旦该值低于预期给定的车辆行驶速度，即向预警终端及预警对象实时发布预警信息。预警终端负责实时显示当前风速、预测风速和桥梁通行状态等重要信息，增益系统可视化。本专利技术的有益效果为：1.基于桥上实地风速数据超前一步或多步预测风速。依托大比尺的风洞实验及精细化的风车桥耦合分析所制定的车辆限速规则，针对不同交通工况分别给出预警信息。综合考虑桥面局部风场与多种交通工况，形成了一套完善的公路桥梁大风行车安全预警系统，填补公路交通预警，尤其是公路桥梁交通
的空白；2.给出依据大比尺的风洞实验及精细化的风车桥耦合分析以建立完善的车辆限速规则的实现手段。为真实反映桥面局部风场结构特性，采用大比尺节段风洞实验得出车辆与桥梁在风车桥耦合系统中的气动力系数，再由数值分析手段建立风车桥耦合系统模型，采用分离迭代法计算并最终给出不同交通工况下的车速限值。3.本专利技术预警系统拥有强大适应性，可兼容所有型号测风装置，支持自适应选择风速预测模型、超前预测步数、增删改车辆限速规则。此外，能在多平台发布预警信息，是广泛适用的。附图说明图1为本专利技术系统结构示意图。图2为本专利技术系统预警流程图。图3为限速规则制定流程图。图4为大比尺节段风洞实验示意图a。图5为大比尺节段风洞实验示意图b。图6为大比尺节段风洞实验示意图c。图7为大比尺节段风洞实验示意图d。图8为两轴车辆动力学模型示意图。图中：Zv表示车体竖向位移，Yv表示车体侧(横)向位移，表示车体侧翻位移，θv表示车体俯仰位移，Zsi表示第i个车轮的竖向位移,Ysi表示第i个车轮的侧(横)向位移，Kuzi表示第i个车轮的上弹性元件竖向刚度，Cuzi表示第i个车轮的上阻尼器竖向阻尼值，Klzi表示第i个车轮的下弹性元件竖向刚度，Clzi表示第i个车轮的下阻尼器横向阻尼值，Kuyi表示第i个车轮的上弹性元件横向刚度，Cuyi表示第i个车轮的上阻尼器横向阻尼值，Klyi表示第i个车轮的下弹性元件横向刚度，Clyi表示第i个车轮的下阻尼器横向阻尼值。图9为风速提前一步及多步预测示意图。图中：Xi表示第i个风速数据值。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1、图2所示，该大跨度公路桥梁大风行车安全预警系统由数据采集模块、中心服务器、预警终端组成。主要工作过程为：数据采集模块采用现场数据采集站与气象软件分别获取实时风速数据与天气数据并传输至中心服务器。中心服务器通过分析原始数据，基于合理的预测模型进行风速预测，并根据大比尺的风洞试验及精细化的风车桥耦合振动分析所获取的行车规则，结合气象信息甄别路面状态并综合判定预测风速下车辆的合理行驶速度，险情发生前向预警对象发送预警短信。预警对象也能在由桌面程序、网页和App等组成的多平台预警终端得到相关信息。所述数据采集模块包括风速数据采集与气象信息采集。风速数据采集由现场测风装置与数据采集器所组成的数据采集站完成。一台超声三维风速仪和一台螺旋桨机械风速仪共同负责同一站点风信号的采集工作，并通过专用线缆传输至大桥跨中的数据采集器。两台仪器共同工作，相互校核，保证风测数据有效性。数据继续通过可行的通讯手段回传至中心服务器。本实例中，利用大桥上既有的光纤通信处，通过有线光纤形式进行数据回传。中心服务器对接气象软件，直接获取桥址处气象数据完成气象信息采集。上述中心服务器包括数据获取、路面状态识别、车辆限速规则制定、风速预测与行车预警等主要功能模块。数据获取模块实时获取回传数据，兼容任意类型的风速仪器数据。路面状态识别模块以实时气象数据为基础，通过降雨和温度的相互关系，综合判断桥面属于“干”、“湿”、“雪”、“冰”的确切状态。车辆限速规则制定模块基于大比尺的风洞实验及精细化的风车桥耦合分析，主要流程如图3所示。来流经过桥面时将在桥面一定高度区域形成附着层，而车辆位于桥面上方绕流之中，桥面局部风场将对车辆的气动响应产生直接的影响。为较真本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大跨度公路桥梁大风行车监测预警系统，其特征在于，包含数据采集模块、中心服务器和预警终端；/n所述数据采集模块包括风速数据采集与气象信息采集；/n所述中心服务器包括数据获取、路面状态识别、车辆限速规则制定、风速预测与行车预警功能模块；/n所述预警终端由桌面程序、网页和手机App平台组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种大跨度公路桥梁大风行车监测预警系统，其特征在于，包含数据采集模块、中心服务器和预警终端；
所述数据采集模块包括风速数据采集与气象信息采集；
所述中心服务器包括数据获取、路面状态识别、车辆限速规则制定、风速预测与行车预警功能模块；
所述预警终端由桌面程序、网页和手机App平台组成。


2.根据权利要求1所述的一种大跨度公路桥梁大风行车监测预警系统，其特征在于，所述风速数据采集由测风装置与数据采集器组成的现场数据采集站完成，气象信息采集借助第三方气象软件完成。


3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永乐，余传锦，张明金，陈潜，何佳勇，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51