一种基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及桥梁监测技术领域，公开了一种基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法及系统，包括：通过预设位置的无线传感器节点获取目标桥梁的健康监测数据，将所述健康监测数据进行预处理，根据预处理后的健康监测数据进行数据分析获取桥梁健康状况分析，通过构建目标桥梁三维模型进行桥梁损伤位置标记，将桥梁健康状况进行可视化显示，同时构建桥梁健康预警模型，通过当前健康监测数据及桥梁健康状况对桥梁的健康状况进行预警，并根据健康状况预警生成桥梁养护方案及维修方案。本发明专利技术通过无线传感器网络对桥梁健康进行监测，并通过监测数据进行桥梁健康状况的安全评估，实现了桥梁健康监测的可视化及精细化管理。康监测的可视化及精细化管理。康监测的可视化及精细化管理。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法及系统


[0001]本专利技术涉及桥梁监测
，更具体的，涉及一种基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法及系统。

技术介绍

[0002]在交通网络中，桥梁具有连接交通线路的作用，是交通的咽喉，在经济、社会、生活等方面有着重要的战略意义。然而在桥梁服役期间，受内部结构变化，外界环境侵蚀等其他不利因素影响，桥梁会出现结构老化、受损等问题。由于技术的局限性，传统的桥梁健康状况评估大部分是依靠人工检测进行，但人工检测方法存在检查效率低、检查周期长、检查结果不稳定、安全性差等问题，无法满足现代桥梁的维护与管理要求。
[0003]通过无线传感器对桥梁的健康数据进行监测，对健康数据进行分析发现可能存在的损伤。而现有的通过传感器监测桥梁健康状况大多数需要通过桥梁维护人员根据传感器所反馈的数据通过相关经验判断桥梁的健康状况，无法通过监测数据进行自动化桥梁健康状况评估预警，降低了对桥梁结构健康状况监测的及时性。

技术实现思路

[0004]为了解决上述至少一个技术问题，本专利技术提出了一种基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法及系统。
[0005]本专利技术第一方面提供了一种基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法，包括：通过预设位置的无线传感器节点获取目标桥梁的健康监测数据，并通过汇聚节点将健康监测数据进行汇聚传输，将所述健康监测数据进行预处理；根据预处理后的健康监测数据进行数据分析获取桥梁健康状况，通过构建目标桥梁三维模型进行桥梁损伤位置标记，将桥梁健康状况进行可视化显示；同时构建桥梁健康预警模型，通过当前健康监测数据及桥梁健康状况对桥梁的健康状况进行预警，判断桥梁健康状况是否处于预设健康状况阈值范围；若处于，根据健康状况预警生成桥梁养护方案，若不处于，则根据健康状况确定桥梁异常部位的剩余寿命，并制定维修方案。
[0006]本方案中，将所述健康监测数据进行预处理，具体为：获取目标桥梁的桥型信息及位置环境信息确定重点健康监测数据类型，将所述重点健康监测数据进行分类结合时间戳生成健康监测数据序列并设置数据类型标签；将所述健康监测数据序列进行数据格式转换，判断预设时间内各个时间点的传感器采集到的数据量与预设标准数据量的比值是否大于等于预设阈值；若小于，则将健康监测数据进行舍弃，若大于等于，则判断健康监测数据中是否存在缺失；若存在缺失，则获取缺失值的相邻时刻的健康监测数据的均值，根据所述均值将缺失值进行填充；
同时，剔除健康监测数据中的异常值，将健康监测数据进行归一化处理。
[0007]本方案中，所述的根据预处理后的健康监测数据进行数据分析获取桥梁健康状况，通过构建目标桥梁三维模型进行桥梁损伤位置标记，具体为：根据预处理后的健康监测数据获取目标桥梁的健康监测特征，并获取健康监测过程中的目标桥梁所在地的环境特征；构建桥梁健康分析模型并确定监测指标，将所述健康监测特征与环境特征输入所述桥梁健康分析模型，根据健康监测数据类型及对应无线传感器节点布设位置构建监测指标的判断矩阵；根据所述判断矩阵计算各个监测指标无线传感器节点布设位置的权重信息，根据预设健康监测数据阈值体系及所述权重信息生成各无线传感器节点的监测评分值，并根据所述监测评分值生成单一指标的评分值；根据各单一指标的评分值通过变权综合计算变权总分，根据所述变权总分生成目标桥梁健康监测得分；基于深度学习构建桥梁损伤识别模型，进行初始化训练至目标函数趋于稳定，根据桥梁损伤识别模型确定目标桥梁的损伤程度及损伤位置，构建目标桥梁的三维模型，并将所述损伤位置及损伤程度进行标记。
[0008]本方案中，所述的构建桥梁健康预警模型，通过当前健康监测数据及桥梁健康状况对桥梁的健康状况进行预警，具体为：获取目标桥梁的实时健康监测数据，构建基于阈值分级的桥梁健康预警模型；根据所述实时健康监测数据获取计算目标桥梁当前健康监测得分，将所述健康监测得分与所述历史桥梁健康状况对应的历史健康监测得分进行对比生成得分偏差率；根据预设监测时间段内环境特征及目标桥梁车辆通行量动态设置阈值区间，将所述得分偏差率输入所述桥梁健康预警模型，判断所述得分偏差率所属的阈值区间，并获取对应的预警等级。
[0009]本方案中，根据健康监测数据对目标桥梁的沉降情况进行监测，具体为：通过所述健康监测数据获取目标桥梁各桥墩的单体位移及与预设基准点的位移差值，根据监测间隔获取各桥墩沉降速率；根据所述各桥墩与预设基准点的位移差值计算目标桥梁各桥墩之间的沉降差值，并根据所述沉降差值与预设阈值进行对比；若任意两桥墩之间的沉降差值大于预设阈值，则生成目标桥梁不均匀沉降预警信息；通过所述各桥墩沉降速率预测预设时间后的沉降量，并根据所述沉降量制定目标桥梁防治方案。
[0010]本方案中，还包括：通过目标桥梁所在地环境特征获取目标桥梁周围地理环境特征及环境气候特征，根据所述地理环境特征结合环境气候特征与目标桥梁的结构特征建立突发预警系统；通过目标桥梁周围地理环境特征及环境气候特征的变化与目标桥梁振动响应进行相关性分析，并根据目标桥梁振动响应确定风险信息，通过所述风险信息预设目标桥梁振动响应阈值区间；
若目标桥梁所在地出现自然灾害事件，则根据当前地理环境特征及环境气候特征预测目标桥梁振动响应，并根据目标桥梁振动响应的预测值所落在的阈值区间确定预警风险等级。
[0011]本专利技术第二方面还提供了一种基于无线传感器网络的桥梁健康监测系统，其特征在于，该系统包括：健康数据监测模块、健康数据分析模块、桥梁健康预警模块、存储器、处理器，所述存储器中包括基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法程序，所述处理器执行基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法程序；健康数据监测模块，设置若干个用于监测目标桥梁健康的无线传感器节点，构建无线传感器网络，通过预设位置的无线传感器节点获取健康监测数据，并通过无线传感器网络中大的汇聚节点将健康监测数据汇聚传输，进行预处理；健康数据分析模块，通过预处理后的健康监测数据进行数据分析获取桥梁健康状况，建立目标桥梁三维模型，通过目标桥梁三维模型将桥梁损伤位置标记，将桥梁健康状况进行可视化显示；桥梁健康预警模块，构建桥梁健康预警模型，根据当前健康监测数据及桥梁健康状况对桥梁的健康状况生成预警信息，并通过桥梁健康状况生成桥梁维修养护方案；本专利技术公开的一种基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法及系统，包括：通过预设位置的无线传感器节点获取目标桥梁的健康监测数据，将所述健康监测数据进行预处理，根据预处理后的健康监测数据进行数据分析获取桥梁健康状况，通过构建目标桥梁三维模型进行桥梁损伤位置标记，将桥梁健康状况进行可视化显示，同时构建桥梁健康预警模型，通过当前健康监测数据及桥梁健康状况对桥梁的健康状况进行预警，并根据健康状况预警生成桥梁养护方案及维修方案。本专利技术通过无线传感器网络对桥梁健康进行监测，并通过监测数据进行桥梁健康状况的安全评估，实现了桥梁健康监测的可视化及精细化管理。
附图说明
[0012]图1示出了本专利技术一种基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法的流程图；图2示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法，其特征在于，包括以下步骤：通过预设位置的无线传感器节点获取目标桥梁的健康监测数据，并通过汇聚节点将健康监测数据进行汇聚传输，将所述健康监测数据进行预处理；根据预处理后的健康监测数据进行数据分析获取桥梁健康状况，通过构建目标桥梁三维模型进行桥梁损伤位置标记，将桥梁健康状况进行可视化显示；同时构建桥梁健康预警模型，通过实时健康监测数据及历史桥梁健康状况对桥梁的健康状况进行预警，判断桥梁健康状况是否处于预设健康状况阈值范围；若处于，根据健康状况预警生成桥梁养护方案，若不处于，则根据健康状况确定桥梁异常部位的剩余寿命，并制定维修方案。2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法，其特征在于，将所述健康监测数据进行预处理，具体为：获取目标桥梁的桥型信息及位置环境信息确定重点健康监测数据类型，将所述重点健康监测数据进行分类结合时间戳生成健康监测数据序列并设置数据类型标签；将所述健康监测数据序列进行数据格式转换，判断预设时间内各个时间点的传感器采集到的数据量与预设标准数据量的比值是否大于等于预设阈值；若小于，则将健康监测数据进行舍弃，若大于等于，则判断健康监测数据中是否存在缺失；若存在缺失，则获取缺失值的相邻时刻的健康监测数据的均值，根据所述均值将缺失值进行填充；同时，剔除健康监测数据中的异常值，将健康监测数据进行归一化处理。3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法，其特征在于，所述的根据预处理后的健康监测数据进行数据分析获取桥梁健康状况分析，通过构建目标桥梁三维模型进行桥梁损伤位置标记，具体为：根据预处理后的健康监测数据获取目标桥梁的健康监测特征，并获取健康监测过程中的目标桥梁所在地的环境特征；构建桥梁健康分析模型并确定监测指标，将所述健康监测特征与环境特征输入所述桥梁健康分析模型，根据健康监测数据类型及对应无线传感器节点布设位置构建监测指标的判断矩阵；根据所述判断矩阵计算各个监测指标无线传感器节点布设位置的权重信息，根据预设健康监测数据阈值体系及所述权重信息生成各无线传感器节点的监测评分值，并根据所述监测评分值生成单一指标的评分值；根据各单一指标的评分值通过变权综合计算变权总分，根据所述变权总分生成目标桥梁健康监测得分；基于深度学习构建桥梁损伤识别模型，进行初始化训练至目标函数趋于稳定，根据桥梁损伤识别模型确定目标桥梁的损伤程度及损伤位置，构建目标桥梁的三维模型，并将所述损伤位置及损伤程度进行标记。4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器网络的桥梁健康监测方法，其特征在于，所述的构建桥梁健康预警模型，通过实时健康监测数据及历史桥梁健康状况...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓光，曹利军，刘亮，
申请(专利权)人：东营固泰尔建筑科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：