基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估方法技术

本发明专利技术公开了一种基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估方法，所述方法包括：获取移动车载信息和移动感知数据；分别将移动车载信息和桥梁表观病害数据叠加到预置的车桥耦合模型，基于叠加后的车桥耦合模型生成仿真桥梁响应数据；获取实际监测的桥梁响应数据，将仿真桥梁响应数据与实际监测的桥梁响应数据进行对比，根据对比结果确定有效桥梁响应数据；根据有效桥梁响应数据和移动感知数据，生成桥梁状态评估结果；当基于桥梁状态评估结果判定桥梁存在损伤时，将桥梁状态评估结果叠加到桥梁数字孪生模型上，由桥梁数字孪生模型输出相应的桥梁损伤状态。本发明专利技术可实现桥梁数据的自动采集以及桥梁状态的自动智能化评估。据的自动采集以及桥梁状态的自动智能化评估。据的自动采集以及桥梁状态的自动智能化评估。

【技术实现步骤摘要】
基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估方法


[0001]本专利技术涉及数字孪生和桥梁智能监测
，具体涉及一种基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估方法。

技术介绍

[0002]城市桥梁群，顾名思义为以城市为单位，其辖区范围内的所有架设在河道上的桥梁以及城市立交、跨越铁路的立交桥等，其多为中小跨径桥梁，具有结构类型多样，分布范围广、集群+散点式分布特征。随着城市交通量的激增，桥梁承载负荷加大，建设年限增加等多因素的影响，导致城市损伤桥梁不断增加。城市桥梁群在为经济发展发挥积极作用的同时，其健康监测工作面临着日益严峻的挑战。
[0003]国内外大多对大跨桥梁建立健康监测系统以实现对桥梁性能状况的实时监测，而对于城市桥梁由于其跨径较小，造价成本相对较低等原因，多采用人工巡检+定期检测的方法进行监管。人工巡检多以表观检查为主，存在巡检效率低等问题，而传统定期检测受检测人员技术水平的影响大，可能出现对设施内在性能不敏感，风险预警不及时的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的问题是传统的人工巡检多以表观检查为主，存在巡检效率低等问题，而传统的定期检测受检测人员技术水平的影响大，可能出现对设施内在性能不敏感，风险预警不及时。
[0005]本专利技术提出一种基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估方法，包括：获取移动感知数据，其中，所述移动感知数据包括桥梁表观病害数据和桥梁结构模态数据，将所述桥梁表观病害数据叠加到预置的车桥耦合模型；获取移动车载信息，将所述移动车载信息叠加到所述车桥耦合模型，其中，所述移动车载信息包括桥面载荷分布；基于叠加后的所述车桥耦合模型生成仿真桥梁响应数据；获取实际监测的桥梁响应数据，将所述仿真桥梁响应数据与所述实际监测的桥梁响应数据进行对比，根据对比结果确定有效桥梁响应数据；根据所述有效桥梁响应数据和所述移动感知数据，生成桥梁状态评估结果；当基于所述桥梁状态评估结果判定桥梁存在损伤时，将所述桥梁状态评估结果叠加到桥梁数字孪生模型上，由所述桥梁数字孪生模型输出相应的桥梁损伤状态。
[0006]可选地，所述移动感知数据基于移动测量车系统计算而得，所述移动测量车系统包括一台数据采集车和位于所述数据采集车前侧的前激励车及位于所述数据采集车后侧的后激励车，所述桥梁结构模态数据包含桥梁模态频率；所述获取移动感知数据包括：获取所述移动测量车系统在第一位置由所述前激励车进行激励时的第一加速度响应以及由所述后激励车进行激励时的第二加速度响应，以及所述移动测量车系统在第二位置由所述前激励车进行激励时的第三加速度响应以及由所述后激励车进行激励时的第
四加速度响应，其中，所述移动测量车系统在所述第二位置时所述后激励车所处的位置与所述移动测量车系统在所述第一位置时的所述前激励车所处的位置相同；对所述第一加速度响应、所述第二加速度响应、所述第三加速度响应及所述第四加速度响应进行快速傅里叶变换，分别得到各自的频率成分组成；通过对比同一位置激励、不同位置数据采集车的加速度响应的差异，确定桥面不平顺的影响值；通过对比不同位置激励、同一位置数据采集车的加速度响应的差异，确定驱车频率的影响值；其中，所述同一位置激励、不同位置数据采集车的加速度响应包括所述第一加速度响应和所述第四加速度响应，所述不同位置激励、同一位置数据采集车的加速度响应包括所述第一加速度响应和所述第二加速度响应；使用所述第一加速度响应对应的频率成分组分减去所述桥面不平顺的影响值及所述驱车频率的影响值，得到实际桥梁模态频率。
[0007]可选地，所述将所述移动车载信息叠加到所述车桥耦合模型包括：识别所述移动车载信息对应车辆的车辆类型；从预置的车辆模型库中调取所述车辆类型对应的车辆模型叠加到所述车桥耦合模型，其中，所述车辆模型库包含不同车辆类型的全车模型，所述车桥耦合模型基于全车
‑
桥梁耦合模型建立而成。
[0008]可选地，所述将所述仿真桥梁响应数据与所述实际监测的桥梁响应数据进行对比，根据对比结果确定有效桥梁响应数据包括：当所述仿真桥梁响应数据与所述实际监测的桥梁响应数据之间的差异度大于或等于预设值时，执行监测传感器故障检查操作；若所述监测传感器无故障，则将所述实际监测的桥梁响应数据作为所述有效桥梁响应数据；若所述监测传感器存在故障，则输出监测传感器故障提示信息，并返回执行所述获取移动感知数据。
[0009]可选地，所述根据所述有效桥梁响应数据和所述移动感知数据，生成桥梁状态评估结果包括：基于层次分析法为所述有效桥梁响应数据的各指标项和所述移动感知数据的各指标项分配指标权重，其中，所述有效桥梁响应数据的中间层指标项包括桥梁振动响应指标，所述移动感知数据的中间层指标项包括车辆振动响应指标；根据所述有效桥梁响应数据的各指标项及其指标权重生成第一性能评价值，根据所述移动感知数据的各指标项及其指标权重生成第二性能评价值；计算所述第一性能评价值和所述第二性能评价值的加权平均值，将所述加权平均值作为所述桥梁状态评估结果。
[0010]可选地，所述获取移动车载信息包括：获取通过监测断面的第一车辆的重量及所述第一车辆通过所述监测断面的第一时间；获取所述监测断面在所述第一时间的图像，根据所述监测断面在所述第一时间的图像确定所述第一车辆的图像；根据所述第一车辆的图像，结合桥面多点位视频图像，确定所述第一车辆在桥面
的运行轨迹；将所有所述第一车辆的图像、重量及其在桥面的运行轨迹作为所述移动车载信息。
[0011]可选地，所述桥梁数字孪生模型的构建包括桥梁结构数字孪生的构建和桥面移动车辆荷载数字孪生的构建，其中，所述桥梁结构数字孪生的构建包括：通过桥梁结构和地理信息特点，利用建筑信息模型和地理信息系统建立针对桥梁结构主体的可视化模型，得到初始的桥梁结构数字孪生，通过所述桥梁表观病害数据修正所述初始的桥梁结构数字孪生，得到桥梁结构模型；所述桥面移动车辆荷载数字孪生的构建包括：基于桥面多点位视频图像确定桥面移动车辆载荷的位置分布数据，将所述位置分布数据与动态称重数据融合，建立所述桥面移动车辆荷载数字孪生。
[0012]可选地，所述获取移动感知数据之前还包括：获取预置的城市桥梁群中各桥梁的监测重要性评价指标，所述监测重要性评价指标包括交通流量、技术状况、服役年限、项目造价、辐射范围、跨度及地理位置；根据所述监测重要性评价指标从所述预置的城市桥梁群选取多架重点桥梁，为多架所述重点桥梁构建监测系统、所述车桥耦合模型及所述桥梁数字孪生模型。
[0013]本专利技术还提出一种基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估装置，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上所述的基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估方法。
[0014]本专利技术还提出一种基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估系统，包括如上所述的基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估装置、移动测量车系统及监测传感器；所述移动测量车系统包括一台数据采集车和位于所述数据采集车前侧的前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估方法，其特征在于，包括：获取移动感知数据，其中，所述移动感知数据包括桥梁表观病害数据和桥梁结构模态数据，将所述桥梁表观病害数据叠加到预置的车桥耦合模型；获取移动车载信息，将所述移动车载信息叠加到所述车桥耦合模型，其中，所述移动车载信息包括桥面载荷分布；基于叠加后的所述车桥耦合模型生成仿真桥梁响应数据；获取实际监测的桥梁响应数据，将所述仿真桥梁响应数据与所述实际监测的桥梁响应数据进行对比，根据对比结果确定有效桥梁响应数据；根据所述有效桥梁响应数据和所述移动感知数据，生成桥梁状态评估结果；当基于所述桥梁状态评估结果判定桥梁存在损伤时，将所述桥梁状态评估结果叠加到桥梁数字孪生模型上，由所述桥梁数字孪生模型输出相应的桥梁损伤状态。2.如权利要求1所述的基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估方法，其特征在于，所述移动感知数据基于移动测量车系统计算而得，所述移动测量车系统包括一台数据采集车和位于所述数据采集车前侧的前激励车及位于所述数据采集车后侧的后激励车，所述桥梁结构模态数据包含桥梁模态频率；所述获取移动感知数据包括：获取所述移动测量车系统在第一位置由所述前激励车进行激励时的第一加速度响应以及由所述后激励车进行激励时的第二加速度响应，以及所述移动测量车系统在第二位置由所述前激励车进行激励时的第三加速度响应以及由所述后激励车进行激励时的第四加速度响应，其中，所述移动测量车系统在所述第二位置时所述后激励车所处的位置与所述移动测量车系统在所述第一位置时的所述前激励车所处的位置相同；对所述第一加速度响应、所述第二加速度响应、所述第三加速度响应及所述第四加速度响应进行快速傅里叶变换，分别得到各自的频率成分组成；通过对比同一位置激励、不同位置数据采集车的加速度响应的差异，确定桥面不平顺的影响值；通过对比不同位置激励、同一位置数据采集车的加速度响应的差异，确定驱车频率的影响值；其中，所述同一位置激励、不同位置数据采集车的加速度响应包括所述第一加速度响应和所述第四加速度响应，所述不同位置激励、同一位置数据采集车的加速度响应包括所述第一加速度响应和所述第二加速度响应；使用所述第一加速度响应对应的频率成分组分减去所述桥面不平顺的影响值及所述驱车频率的影响值，得到实际桥梁模态频率。3.如权利要求1所述的基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估方法，其特征在于，所述将所述移动车载信息叠加到所述车桥耦合模型包括：识别所述移动车载信息对应车辆的车辆类型；从预置的车辆模型库中调取所述车辆类型对应的车辆模型叠加到所述车桥耦合模型，其中，所述车辆模型库包含不同车辆类型的全车模型，所述车桥耦合模型基于全车
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桥梁耦合模型建立而成。4.如权利要求1所述的基于车桥耦合和数字孪生的城市桥梁群状态评估方法，其特征在于，所述将所述仿真桥梁响应数据与所述实际监测的桥梁响应数据进行对比，根据对比结果确定有效桥梁响应数据包括：当所述仿真桥梁响应数据与所述实际监测的桥梁响应数据之间的差异度大于或等于
预设值时，执行监测传感器故障检查操作；若所述监测传感器无故障，则将所述实际监测的桥梁响应数据作为所述有效桥梁响应数据；若所述监测传感器存在故障，则输出监测传感器故障提示信息，并返回执行所述获取移动感知数据。5.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周子益，贾磊，钟志鑫，安茹，郭路，童青峰，任伟新，谢炎龙，张超东，赵杨平，康杰，
申请(专利权)人：深圳大学深圳市交通科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：