一种桥梁挠度预警方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了桥梁结构预警分析技术领域的一种桥梁挠度预警方法及系统，旨在解决现有技术中桥梁健康监测系统挠度预警阈值较为单一、保守、实时性差，容易发生结构预警信息的错报、漏报，不利于保障桥梁结构安全的技术问题。所述方法包括如下步骤：获取目标桥梁的挠度监测数据、环境温度数据、车辆过桥时间信息；基于车辆过桥时间信息将挠度监测数据划分为非过车挠度数据及过车挠度数据，计算非过车挠度数据和对应环境温度数据在预设时段的均值及每次过车挠度数据的变化幅值最大值；对非过车挠度数据均值和对应环境温度数据均值在预设时段进行相关性分析；基于相关性分析结果、挠度变化幅值最大值，生成目标桥梁的实时挠度预警阈值。

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁挠度预警方法及系统
本专利技术涉及一种桥梁挠度预警方法及系统，属于桥梁结构预警分析

技术介绍
桥梁结构主梁挠度是进行桥梁设计的重要内容，也是结构刚度的重要体现，同时还作为桥梁健康监测系统的重要组成部分，是结构运营期安全预警评估的关键指标。对于现有的桥梁健康监测系统而言，常用的挠度预警阈值指标通常采用有限元计算在最不利工况下的组合值，或者是对监测历史数据的统计值和规范值。采用上述方法获取的挠度预警阈值为静态值，而采用静态的预警阈值设置往往具有保守性及缺乏针对性，且以单一阈值来评价桥梁安全性也不具备实时性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种桥梁挠度预警方法及系统，以解决现有技术中桥梁健康监测系统挠度预警阈值较为单一、保守、实时性差，容易发生结构预警信息的错报、漏报，不利于保障桥梁结构安全的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种桥梁挠度预警方法，包括如下步骤：获取目标桥梁的挠度监测数据、环境温度监测数据、车辆过桥时间信息，所述车辆过桥时间信息包括过车时段或/和非过车时段；基于车辆过桥时间信息将挠度监测数据划分为非过车时段的非过车挠度数据及过车时段的过车挠度数据，计算非过车挠度数据和对应环境温度监测数据在预设时段的均值以及过车时段的过车挠度变化幅值最大值，所述预设时段不低于10分钟且不超过1小时；对非过车挠度数据均值和对应环境温度监测数据均值在预设时段进行相关性分析；基于相关性分析结果、过车挠度变化幅值最大值，生成目标桥梁的实时挠度预警阈值。进一步地，所述车辆过桥时间信息为过车时段；非过车挠度数据和对应环境温度监测数据在预设时段的均值的计算方法，包括：将预设时段内的过车挠度数据替换为空值。进一步地，所述预设时段为1小时；预设时段内的非过车挠度均值，其计算公式如下：预设时段内对应环境温度监测数据均值，其计算公式如下：其中，i＝1,2,...,Fs×86400×Numday，k＝1,2,...,Fs×24×Numday；式中，i为挠度监测数据和环境温度监测数据的位置，k为预设时段位置，Fs为挠度监测数据和环境温度数据的采样频率，Numday为数据采集天数；defnan,i为将挠度监测数据中过车挠度数据替换为空值后第i个数据位置的非过车挠度数据，defhour,k为第k个预设时段内的非过车挠度均值；temphour,k为第k个预设时段内对应非过车环境温度均值，tempi为第i个数据位置的环境温度数据。进一步地，对非过车挠度数据均值和对应环境温度监测数据均值在预设时段进行相关性分析，包括：提取不少于一年的预设时段内非过车挠度均值，作为时段挠度数据；提取不少于一年的预设时段内的环境温度均值，作为时段环境温度数据；对时段挠度数据与时段环境温度数据在各个时段上做相关性分析，获取预设时段内的线性相关性拟合方程；基于线性相关性拟合方程生成预设时段在预设保证率下的挠度下分位线函数。进一步地，所述预设保证率不低于95.00％。进一步地，预设时段在预设保证率下的挠度下分位线函数，其计算公式如下：defdata_hour_down,l,m＝Kl×tempdata_hour,l,m+b2,l，式中，defdata_hour_down,l,m为第m天第l个预设时段在预设保证率下的挠度下分位线值，Kl为第l个预设时段下非过车挠度与环境温度数据线性拟合方程斜率，tempdata_hour,l,m为第m天第l个预设时段的时段环境温度数据，b2,l为在预设保证率下的下分位线函数截距。进一步地，过车挠度变化幅值最大值，其计算公式如下：A＝max(Atrain,j)，其中，Atrain,j＝max(deftrain,j)-min(deftrain,j)，j＝1,2,...,N；式中，A为过车挠度变化幅值最大值，Atrain,j为第j次车辆过车挠度变化幅值，deftrain,j为第j次车辆过车挠度监测数据。进一步地，目标桥梁的实时挠度预警阈值的生成方法，包括：获取目标桥梁的实时环境温度；将实时环境温度代入预设时段在预设保证率下的挠度下分位线函数，获取预设时段在预设保证率下的挠度下分位线值；对预设时段在预设保证率下的挠度下分位线值和过车挠度变化幅值最大值进行求和运算，获取目标桥梁在预设时段内的实时挠度预警阈值。为达到上述目的，本专利技术还提供了一种桥梁挠度预警系统，包括：数据采集模块：用于获取目标桥梁的挠度监测数据、环境温度监测数据、车辆过桥时间信息，所述车辆过桥时间信息包括过车时段或/和非过车时段；数据分析模块：用于基于车辆过桥时间信息将挠度监测数据划分为非过车时段的非过车挠度数据及过车时段的过车挠度数据，计算非过车挠度数据和对应环境温度监测数据在预设时段的均值，所述预设时段不低于10分钟且不超过1小时；相关性分析模块：用于对非过车挠度数据均值和对应环境温度监测数据均值在预设时段进行相关性分析；统计分析模块：用于计算在预设时段的过车时段的过车挠度变化幅值最大值；挠度预警阈值生成模块：用于基于相关性分析结果、过车挠度变化幅值最大值，生成目标桥梁的实时挠度预警阈值。进一步地，所述相关性分析模块包括：分析数据提取子模块：用于提取不少于一年的预设时段内的非过车挠度均值作为时段挠度数据，提取不少于一年的预设时段内的环境温度均值作为时段环境温度数据；挠度下分位线函数生成子模块：用于对时段挠度数据与时段环境温度数据做相关性分析，获取预设时段内的线性相关性拟合方程，基于线性相关性拟合方程生成预设时段在预设保证率下的挠度下分位线函数；所述挠度预警阈值生成模块包括：实时环境温度获取子模块：用于获取目标桥梁的实时环境温度；挠度下分位线值生成子模块：用于将实时环境温度代入预设时段在预设保证率下的挠度下分位线函数，获取预设时段在预设保证率下的挠度下分位线值；求和运算子模块：用于对预设时段在预设保证率下的挠度下分位线值和过车挠度变化幅值最大值进行求和运算，获取目标桥梁在预设时段内的实时挠度预警阈值。与现有技术相比，本专利技术所达到的有益效果：本专利技术方法及系统将每天的挠度监测数据以预设时段为区段进行划分并计算其均值；然后，与对应的环境温度做相关性分析，即可以获得更加收敛的线性相关关系，获取预设时段在预设保证率下的挠度下分位线函数；将实时获取的环境温度数据代入挠度下分位线函数，获取挠度下分位线值，再对挠度下分位线值与挠度变化幅值最大值进行求和运算，获取目标桥梁在预设时段内的挠度预警阈值。本专利技术方法及系统通过采用关联性分析与统计分析相结合的方法，对环境温度和车辆荷载这两个挠度主要影响因素进行分解分析，将分时段环境温度-挠度线性相关性在95％保证率下的分位线值与挠度过车数据变化幅值统计值相结合，设定挠本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种桥梁挠度预警方法，其特征是，包括如下步骤：/n获取目标桥梁的挠度监测数据、环境温度监测数据、车辆过桥时间信息，所述车辆过桥时间信息包括过车时段或/和非过车时段；/n基于车辆过桥时间信息将挠度监测数据划分为非过车时段的非过车挠度数据及过车时段的过车挠度数据，计算非过车挠度数据和对应环境温度监测数据在预设时段的均值以及过车时段的过车挠度变化幅值最大值，所述预设时段不低于10分钟且不超过1小时；/n对非过车挠度数据均值和对应环境温度监测数据均值在预设时段进行相关性分析；/n基于相关性分析结果、过车挠度变化幅值最大值，生成目标桥梁的实时挠度预警阈值。/n

【技术特征摘要】
1.一种桥梁挠度预警方法，其特征是，包括如下步骤：
获取目标桥梁的挠度监测数据、环境温度监测数据、车辆过桥时间信息，所述车辆过桥时间信息包括过车时段或/和非过车时段；
基于车辆过桥时间信息将挠度监测数据划分为非过车时段的非过车挠度数据及过车时段的过车挠度数据，计算非过车挠度数据和对应环境温度监测数据在预设时段的均值以及过车时段的过车挠度变化幅值最大值，所述预设时段不低于10分钟且不超过1小时；
对非过车挠度数据均值和对应环境温度监测数据均值在预设时段进行相关性分析；
基于相关性分析结果、过车挠度变化幅值最大值，生成目标桥梁的实时挠度预警阈值。


2.根据权利要求1所述的桥梁挠度预警方法，其特征是，所述车辆过桥时间信息为过车时段；
非过车挠度数据和对应环境温度监测数据在预设时段的均值的计算方法，包括：将预设时段内的过车挠度数据替换为空值。


3.根据权利要求2所述的桥梁挠度预警方法，其特征是，所述预设时段为1小时；
预设时段内的非过车挠度均值，其计算公式如下：



预设时段内对应环境温度监测数据均值，其计算公式如下：



其中，i＝1,2,...,Fs×86400×Numday，k＝1,2,...,Fs×24×Numday；
式中，i为挠度监测数据和环境温度监测数据的位置，k为预设时段位置，Fs为挠度监测数据和环境温度数据的采样频率，Numday为数据采集天数；defnan,i为将挠度监测数据中过车挠度数据替换为空值后第i个数据位置的非过车挠度数据，defhour,k为第k个预设时段内的非过车挠度均值；temphour,k为第k个预设时段内对应非过车环境温度均值，tempi为第i个数据位置的环境温度数据。


4.根据权利要求1所述的桥梁挠度预警方法，其特征是，对非过车挠度数据均值和对应环境温度监测数据均值在预设时段进行相关性分析，包括：
提取不少于一年的预设时段内非过车挠度均值，作为时段挠度数据；
提取不少于一年的预设时段内的环境温度均值，作为时段环境温度数据；
对时段挠度数据与时段环境温度数据在各个时段上做相关性分析，获取预设时段内的线性相关性拟合方程；
基于线性相关性拟合方程生成预设时段在预设保证率下的挠度下分位线函数。


5.根据权利要求4所述的桥梁挠度预警方法，其特征是，所述预设保证率不低于95.00％。


6.根据权利要求4所述的桥梁挠度预警方法，其特征是，预设时段在预设保证率下的挠度下分位线函数，其计算公式如下：
defdata_hour_down,l,m＝Kl×tempdata_hour,l,m+b2,l，
式中，defdata_hour_down,l,m为第m天第l个预设时段在预设保证率下的挠度下分位线值，Kl为第l个预设时段下非过车挠度...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘兴旺，陈斌，赵大成，戴新军，刘华，付一小，吴来义，王文弟，董华能，贾文文，
申请(专利权)人：中铁桥隧技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32