本发明专利技术涉及一种用于桥梁实时监测的装置及方法，装置包括设置在桥梁结构件上的反光棱镜以及设置在桥墩或外部平台上的测量基站模组，所述测量基站模组朝向反光棱镜，用于测量其与反光棱镜之间的距离；本发明专利技术通过安装在桥梁外部的光学精密测量装置，来对结构件的形变进行测量，避免了目前桥梁监测所存在的弊病，对于桥梁的监测和养护具有很重大的意义。对于桥梁的监测和养护具有很重大的意义。对于桥梁的监测和养护具有很重大的意义。
【技术实现步骤摘要】
一种用于桥梁实时监测的装置及方法
[0001]本专利技术涉及一种用于桥梁实时监测的装置及方法。
技术介绍
[0002]现在通用的桥梁监测方式是在桥梁的结构件上埋设、粘贴传感器，这些传感器是金属的或者是光纤的呈条状，跟结构体粘贴或者埋设紧密，当桥梁结构产生形变的时候，传感器的物理量发生变化，金属片被拉长或者是光纤被扭曲，通过测量物理量(电压、激光相位)等的变化，来判断桥梁的结构是否安全。这种桥梁检测的方式存在着两个弊端，第一，传感器不断的随着桥梁构建的形变而形变，而这种形变是每时每刻都发生的，因此传感器的寿命一般都不会长。从而给传感器的维护带来很大的不便。第二，传感器是有方向性的，一般只能够监测桥梁的纵向形变或者位移，而不能监测到横向的位移。
技术实现思路
[0003]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种用于桥梁实时监测的装置及方法，通过安装在桥梁外部的仪器对结构件的形变进行测量，避免目前技术中存在的上述问题。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：
[0005]一种用于桥梁实时监测的装置，其包括设置在桥梁结构件上的反光棱镜以及设置在桥墩或外部平台上的测量基站模组，所述测量基站模组朝向反光棱镜，用于测量其与反光棱镜之间的距离。
[0006]进一步的，所述反光棱镜采用粘贴或螺纹连接布设在桥梁的应力集中点上。紧固连接，当桥梁结构件发生位移或形变变化时反光棱镜也同步发生变化。
[0007]进一步的，所述反光棱镜包括用于与桥梁连接的安装杆、设置在安装杆底部的棱镜镜头以及设置在安装杆上的标识板，所述棱镜镜头有3个，且倾斜向下设置，多个棱镜镜头呈圆形阵列布置，也可选用360
°
全方位反射棱镜。
[0008]进一步的，所述测量基站模组包括云台以及设置在云台上的激光测量模组，所述云台固定安装在桥墩或外部平台上。
[0009]进一步的，所述激光测量模组包括壳体、设置在壳体内的望远镜头以及激光发射接收器。
[0010]进一步的，在壳体内还设有视频采集卡、驱动云台运动的含微处理器的系统控制集成电路板以及与外部通信的电路板，在壳体上还安装有天线。
[0011]一种桥梁监测方法，其包括如下步骤：
[0012]步骤一：建立三维直角坐标系，确定测量基站模组的三维坐标，记为(x1,y1,Z1)；
[0013]步骤二：使用人工方法操作测量基站模组测定某一反光棱镜的起始坐标X(x0,y0,Z0)，并记录此时测量基站模组的水平角α，俯仰角β；
[0014]步骤三：设定测量基站模组的测量时间间隔，在每一组水平角与俯仰角的位置对准棱镜，达成粗瞄准，再经过人工智能的目视识别技术，辨认反光棱镜(4)的中心位置，驱动
云台上的望远镜进行精确瞄准；
[0015]步骤四：测量基站模组自动测量其到反光棱镜的距离R；
[0016]步骤五：通过测定的距离，计算当前反光棱镜X点的三维坐标值X
′
(x
′0,y
′0,Z
′0)，比较X,X
′
，即可得到相对于X,Y,Z轴向桥梁构建的位移量，Δx＝|x0‑
x
′0|,ΔY＝|y0‑
y
′0|,ΔY＝|Z0‑
Z
′0|，如果超过最大允许变形量，测量基站模组则通过通信模块发送警报到相关部门，进行预警。
[0017]进一步的，每一个测量单元，所述测量基站模组的数量均为四个，分别记为A、B、C、D，反光棱镜的数量一个；在工程布置中，会布设大量的反光棱镜在桥梁构建的应力集中部位，要确保每一个反光棱镜至少有四个基站能够对其进行测量。
[0018]在步骤一中的四个测量基站模组的坐标分别记为A(x1,y1,Z1)、B(x2,y2,Z2)、C(x3,y3,Z3)、D(x4,y4,Z4)；
[0019]在步骤二中四个测量基站模组的水平角和俯仰角分别对应记为α
A
，β
A
、α
B
，β
B
、α
C
，β
C
、α
D
，β
D
；
[0020]在步骤三中，四个测量基站模组到该反光棱镜的距离R记为AX＝R1,BX＝R2,CX＝R3,DX＝R4；
[0021]重复步骤四和步骤五，即可测定所有反光棱镜的三维坐标和变形量，进行差值，即可得到整个桥梁的各个方向的变形量。
[0022]进一步的，在步骤五中，当前反光棱镜X点的三维坐标计算满足如下方程组：
[0023][0024]经过推导可得出以下矩阵方程组：
[0025][0026]其中：
[0027][0028]由于四个测量基站模组的坐标都是已知的，且其到反光棱镜的距离R1,R2,R3,R4通过测量可得，从而可以求得该反光棱镜的坐标(x
′0,y
′0,Z
′0)。
[0029]进一步的，在步骤四中，在测量基站模组测量其到反光棱镜的距离时，测量基站模组的云台进行水平和俯仰的旋转，使测量基站模组的望远镜头对准反光棱镜，再通过人工智能的目视识别方法，识别棱镜中心，发射激光测距得到基站到反光棱镜的距离R；
[0030]测量基站模组内屏蔽视频采集卡的感光芯片，只保留一个通过传感器中心的垂直窄条带，摄像头水平旋转，将目标点套入垂直条带中；感光芯片，只保留一个通过传感器中心的水平窄条带，摄像头垂直旋转，将目标点套入水平条带。此时，目标即在镜头的中心，瞄
准完成。
[0031]本专利技术的积极效果为：本专利技术通过安装在桥梁外部的光学精密测量装置，来对结构件的形变进行测量，避免了目前桥梁监测所存在的弊病，对于桥梁的监测和养护具有很重大的意义。
[0032]本专利技术的反光棱镜通过粘贴或者螺纹连接布设在桥梁的结构件上，由于是点连接，所以寿命较长易于维护。
[0033]我国是世界上公路通车里程最多的国家之一，再这些公路上存在着大量的桥梁。桥梁在建成后，由于受到气候、腐蚀、氧化或老化等因素，以及长期在静载和活载的作用下易于受到损坏，相应地其强度和刚度会随时间的增加而降低。这不但会影响行车的安全，并会使桥梁的使用寿命缩短。为了能够对桥梁的健康情况进行监测避免事故的发生，工程技术人员采取了多种的科技方法。目前最常用的方法就是在桥梁上植入各类的传感器，以昂船洲大桥为例，桥梁布设了1271个各类传感器。本专利技术有如下三大优势：第一，可以从桥梁的整体和全局来判断桥梁的健康状况。由于传统方案传感器都是在局部布设的，并且每种传感器监测的异常不同，所以目前的监测都是显示的桥梁局部的异常，局部的异常往往无法判断桥梁整体的健康情况，对桥梁危险的预警能力有限。而我们的方案是在桥梁外部进行的测量，将各个部位的位移或者形变综合起来就可以反应桥梁的整体情况，便于预警。
[0034]第二，传统方案的传感器都是刚性连接或者预埋在桥梁构件之中，无法进行标定。任何传感器都是需要标定才本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于桥梁实时监测的装置，其特征在于其包括设置在桥梁(1)结构件上的反光棱镜(4)以及设置在桥墩(2)或外部平台上的测量基站模组(3)，所述测量基站模组(3)朝向反光棱镜(4)，用于测量其与反光棱镜(4)之间的距离。2.根据权利要求1所述的一种用于桥梁实时监测的装置，其特征在于所述反光棱镜(4)采用粘贴或螺纹连接布设在桥梁(1)的应力集中点上。3.根据权利要求1或2所述的一种用于桥梁实时监测的装置，其特征在于所述反光棱镜(4)包括用于与桥梁(1)连接的安装杆(401)、设置在安装杆(401)底部的棱镜镜头(403)以及设置在安装杆(401)上的标识板(402)，所述棱镜镜头(403)有3个，且倾斜向下设置，多个棱镜镜头(403)呈圆形阵列布置。4.根据权利要求1所述的一种用于桥梁实时监测的装置，其特征在于所述测量基站模组(3)包括云台以及设置在云台上的激光测量模组，所述云台固定安装在桥墩(2)或外部平台上。5.根据权利要求4所述的一种用于桥梁实时监测的装置，其特征在于所述激光测量模组包括壳体(301)、设置在壳体(301)内的望远镜头(302)以及激光发射接收器(303)。6.根据权利要求5所述的一种用于桥梁实时监测的装置，其特征在于在壳体(301)内还设有视频采集卡、驱动云台运动的含微处理器的系统控制集成电路板以及与外部通信的电路板，在壳体(301)上还安装有天线。7.一种桥梁监测方法，其特征在于其包括如下步骤：步骤一：建立三维直角坐标系，确定测量基站模组(3)的三维坐标，记为(x1,y1,z1)；步骤二：使用人工方法操作测量基站模组(3)测定某一反光棱镜(4)的起始坐标X(x0,y0,z0)，并记录此时测量基站模组(3)的水平角α，俯仰角β；步骤三：设定测量基站模组(3)的测量时间间隔，使云台定期巡航，在每一组水平角与俯仰角的位置对准棱镜，达成粗瞄准，再经过人工智能的目视识别技术，辨认反光棱镜(4)的中心位置，驱动云台上的望远镜进行精确瞄准；步骤四：测量基站模组(3)自动测量其到反光棱镜的距离R；步骤五：通过测定的距离，计算当前反光棱镜X点的三维坐标值X
′
(x
′0，y
′0，z
′0)，比较X,X
′
，即可得到相对于X,Y,Z轴向桥梁构建的位移量，...
【专利技术属性】
技术研发人员：张志强，杨荣芳，刘荣彬，陈素红，
申请(专利权)人：东创智慧交通勘察设计有限公司，
类型：发明
国别省市：
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