【技术实现步骤摘要】
一种桥梁冲刷多源监测系统及其监测方法、冲深评定方法
本专利技术涉及电子监测控制和评估
，具体涉及一种桥梁冲刷多源监测系统及其监测方法、冲深评定方法。
技术介绍
桥梁作为生命线工程需要承受各种自然灾害作用，在诸多桥梁致灾因素中，基础冲刷是造成桥梁毁坏的主要原因之一；冲刷是水流在可侵蚀河床上的由于水动力作用引起的一种自然现象。桥梁发生冲刷情况轻则影响桥梁美观及行车舒适度，重则造成桥梁破坏。美国交通安全委员会统计了1966年至2005年的1502座倒塌桥梁，发现58％的破坏是由桥梁基础冲刷及相关的水力作用引起的。近年来，中国建设的大量桥梁处于水流冲刷环境中，基础冲刷问题日益突出。特别是大型跨海桥梁处于较为恶劣的海洋环境中，受波流、台风等冲刷条件的影响，出现了一定程度的冲淤变化，对其进行局部冲刷监测和桩基冲刷深度评定更加困难。我国现有的几座跨海大桥基础冲刷现象已经超过了预期情况。对桥梁基础开展有效的冲刷深度监测及冲刷深度评定成为当下科研人员、工程师、桥梁管理部门亟待解决的问题。桥梁基础冲刷深度监测方法能够直观获得基础冲...
【技术保护点】
1.一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：包括智能监测系统、数据工控机、5G远程通信传输系统以及远程冲刷深度评定中心；/n所述智能监测系统由3个子系统组成，包括桥梁动力特性高频实时监测系统、可调声速水下深度监测系统及受冲海床土压力变化测试系统，且3个子系统能够相互偶联进行触发式控制采集桩侧数据，形成多源监测数据，对桥梁局部冲刷实时感知监测，实现了时钟同步、冲刷环境条件动态控制、接触式传感器与非接触式传感器一体化集成；/n所述数据工控机及5G远程通信系统安装于桥墩顶部，能够把从智能监测系统中获得的多源监测数据通过5G通信进行断点续传，实现远程数据传输，并可远程回访储存于桥梁数...
【技术特征摘要】
1.一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：包括智能监测系统、数据工控机、5G远程通信传输系统以及远程冲刷深度评定中心；
所述智能监测系统由3个子系统组成，包括桥梁动力特性高频实时监测系统、可调声速水下深度监测系统及受冲海床土压力变化测试系统，且3个子系统能够相互偶联进行触发式控制采集桩侧数据，形成多源监测数据，对桥梁局部冲刷实时感知监测，实现了时钟同步、冲刷环境条件动态控制、接触式传感器与非接触式传感器一体化集成；
所述数据工控机及5G远程通信系统安装于桥墩顶部，能够把从智能监测系统中获得的多源监测数据通过5G通信进行断点续传，实现远程数据传输，并可远程回访储存于桥梁数据工控机中的数据；
所述远程冲刷深度评定中心从智能监测系统中获得多源监测数据，通过对多源监测数据融合和权值归一化算法对桩基局部冲刷深度进行评定。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述桥梁动力特性高频实时监测系统，采用高频动态双向加速度传感器及动应变传感器组合，所述高频动态双向加速度传感器安装于桥墩顶部与桩基承台上，动应变传感器安装于桥墩顶部和底部的表面上，其中高频动态双向加速度传感器的双向加速度方向设置为：x为水流方向，y为垂直于水流方向，实现桥梁结构动力响应监测。
3.根据权利要求1所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述可调声速水下深度监测系统，采用单波束测深仪，所述单波束测深仪的换能器通过不锈钢杆件安装于不锈钢抱箍上，并保持单波束测深仪的换能器垂直设置在水面以下位置处，所述不锈钢抱箍安装于近年最低潮位桥墩表面上。
4.根据权利要求1所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述受冲海床土压力变化测试系统集成压力传感器及渗压传感器，将其从桥墩附近准确下放至桩前指定测点。
5.根据权利要求1所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述数据工控机通过导线与智能监测系统及电源机箱相连接，控制多源传感器的参数设定，实现桥梁冲刷感知数据链的连续存储和分块调用，并通过5G远程通信传输系统断点续传，向远程冲刷深度评定中心传输监测数据。
6.根据权利要求1-5任一所述的一种桥梁冲刷多源监测系统的监测方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)在普通天气环境下：
1.1)在不锈钢抱箍位置处的桥墩表面安装渗压传感器，渗压传感器实时工作，数据通过导线上传至数据工控机，数据工控机通过预先设置的算法得到实时潮位数据，按照实时潮位数据是否达到设定的监测阈值来控制单波束测深仪开关，根据声波在实际海域环境的传播速度设置波速大小，避免单波束测深仪因复杂多变的外部环境及长时间工作造成的系统误差影响监测精度，单波束测深仪监测数据显示桥梁桩基测点处冲刷界面深度变化；
设定单波束测深仪采集阈值h′，数据工控机通过安装于不锈钢抱箍位置处桥墩表面的渗压传感器换算而得的潮位高程来自动控制单波束测深仪的开关，当潮位大于h′时，进行测深采样，当潮位小于h′时，停止测深采样，避免单波束测深仪因长时间工作引起的测量误差积累而影响监测精度；为防止单个数据的偶然性，当多个测试数据达到h′时，才自动控制单波束测深仪的开关；通过单波束测深仪的换能器底面距离水底深度监测数据htr可显示出桥墩迎流侧土层界面变化，然后，通过不同时间测得的单波束测深仪的换能器底面距离水底深度监测数据之差即可求得冲刷深度变化Δhtr；相关计算理论如下：
h1＝Pk/γ1-h2
式中：h1为潮位高程；Pk为不锈钢抱箍位置处的桥墩表面渗压传感器的实测数据；γ1为海水容重；h2为不锈钢抱箍位置处桥墩表面的渗压传感器与潮位基准面的距离；htr为单波束测深仪的换能器底部与海床面的距离；C为海水实际平均声速；t为声波的双程时间；
1.2)设定单波束测深仪深度数据变化幅值，当测深数据到达变化幅值时，数据工控机自动控制打开桥梁动力特性高频实时监测系统、受冲海床土压力变化测试系统，使其正常工作，获得3个子系统时钟同步的实时监测数据；
设定受冲海床土压力变化测试系统中压力传感器、渗压传感器采样频率，取其平均压力数据P2和P3；其中压力传感器采集的数据包括了土层压力和水压力数值，而渗压传感器采集的数据仅仅包含水压力数值，...
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