一种桥梁健康监测预警系统技术方案

本发明专利技术公开了一种桥梁健康监测预警系统，涉及桥梁工程技术领域，包括数据采集模块、数据存储模块、桥梁结构数据分析模块以及桥梁结构健康预警模块；数据采集模块，包括若干布设于桥梁主要受力部位的变形点、架设于桥梁一侧的数码相机以及若干架设于数码相机邻近位置并共同构成参考面的主参考点；数据存储模块，用于存储各所述变形点的变形监测数据；桥梁结构数据分析模块，用于求解各变形点的三维变形值；桥梁结构健康预警模块，用于根据求解的变形点三维变形值判断桥梁结构是否异常，若异常，则发出预警。本发明专利技术提供了易于实施，数据获取方便，监测数据精确可靠，误判概率低，且能大大降低桥梁结构安全监测成本的一种桥梁健康监测预警系统。监测预警系统。监测预警系统。

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁健康监测预警系统


[0001]本专利技术涉及桥梁工程
，尤其涉及一种桥梁健康监测预警系统。

技术介绍

[0002]桥梁健康监测预警是以桥梁结构为平台，运用现代电子通讯和网络技术，通过数据采集系统及时的获取桥梁结构在各种荷载作用下的响应信息，通过对信息的分析和处理实现对桥梁结构健康的预测，为桥梁的运营和维护提供依据。
[0003]目前，桥梁的健康监测已经引起社会的关注。桥梁变形监测是桥梁健康监测的重要内容，是评价桥梁安全的重要指标。通过分析桥梁的变形和位移，可以了解桥梁的变形规律，整体刚度以及结构承载力。以水准仪、经纬仪、全站仪等为代表的常规大地测量方法仍然是桥梁变形监测的重要手段，测量精度较高。另外，自动跟踪全站仪，应变仪等也是常用的监测桥梁变形的仪器设备。这些监测手段工作量大，无法监测桥梁的动态变形。
[0004]而随着科学技术的快速发展，新的监测手段被应用到桥梁健康监测当中，如GPS技术、测量机器人、三维激光扫描技术、传感器测量、激光干涉法、挠度仪等。GPS技术虽然能够自动完成监测、记录和计算，但是需要在每个点布设GPS接收机或者天线，成本较高，不适合监测点较多的大跨度桥梁，且当采样频率较高时，监测精度较低，达不到变形监测的精度要求。测量机器人虽然能够实现自动化监测，监测周期较长，无法监测桥梁的动态变形。传感器测量能够实时的监测桥梁，但需要与桥梁直接接触且只能监测桥梁的局部变形。三维激光扫描技术虽然能够监测桥梁的整体变形，但是扫描周期较长，无法监测桥梁的动态变形。激光干涉法和挠度仪法需要在目标点上分别不舍棱镜和光学标志，无法同时监测多个点。
[0005]综上所述，目前采用的监测手段有的自动化程度低，无法监测桥梁的动态变形；有的成本较高，难以在工程中推广应用；有的只能监测局部变形，无法监测桥梁的整体变形。因此，现行的监测手段很难在有限的经济成本内实现桥梁整体变形的动态监测，并对桥梁结构的安全进行预警。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种桥梁健康监测预警系统，利用数码相机对桥梁核心承力部位进行连续拍照，对桥梁结构的变形实现动态监测，在保证监测结果精确可靠的前提下，大大降低桥梁结构变形的监测成本，并间接的保证桥梁结构安全。
[0007]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0008]一种桥梁健康监测预警系统，包括数据采集模块、数据存储模块、桥梁结构数据分析模块以及桥梁结构健康预警模块；
[0009]数据采集模块，包括若干布设于桥梁主要受力部位的变形点、架设于桥梁一侧的数码相机以及若干架设于数码相机邻近位置并共同构成参考面的主参考点；所述数据采集模块通过连续拍照采集各所述变形点的变形监测数据；
[0010]数据存储模块，用于存储各所述变形点的变形监测数据；
[0011]桥梁结构数据分析模块，用于求解各变形点的三维变形值；
[0012]桥梁结构健康预警模块，用于根据求解的变形点三维变形值判断桥梁结构是否异常，若异常，则发出预警；
[0013]其中，所述桥梁结构数据分析模块求解各变形点的三维变形值，采用以下方式进行：
[0014]步骤1：建立三维变形坐标系统0
‑
XYZ；
[0015]步骤2：计算变形点在物平面上的变形坐标；假设摄影中心为S点，变形点由A处变形至B处，其变形坐标为(Δx
d
，Δz
d
)，变形量Δx
d
和Δy
d
分别为：
[0016][0017]其中，m是参考面上的摄影比例，Δx
d
和Δz
d
是变形点在物平面水平和竖直方向上的位移，和为相应变形点在像平面水平和竖直方向上的视差值；
[0018]步骤3：计算变形点的三维变形值；假设桥梁走向方向与摄影方向的夹角为A，变形点空间变形值在三维变形坐标系中可表示为：(Δx
d
gsinA，Δx
d
gcosA，Δz
d
)。
[0019]通过采用上述技术方案，各变形点分别设置于桥梁结构的核心承压部位，如主梁和拱等部位；数码相机的拍摄方向与参考面垂直。监测时，在无车辆通行状态下，先用数码相机拍摄一张桥梁像片作为零像片，配合全站仪确定各参考点及变形点的初始坐标；随后，在车辆通行状态下，数据采集模块通过数码相机对各参考点及桥梁上各变形点进行连续拍照，采集各参考点及变形点在各个瞬间的坐标，并将坐标数据存储于数据存储模块中。桥梁结构数据分析模块利用采集的数据，通过解算得出各变形点的变形坐标以及其在三维变形坐标系中的三维变形值，即可得出桥梁上各变形点的动态变形数据。最后，将各个变形点的三维变形值与行业标准中的允许值进行比较，判断桥梁各核心点的变形是否超过标准允许的阈值，进而确定桥梁结构是否异常；若异常，则发出预警。通过这种方式，监测只需软件配合数码相机、全站仪等常用仪器即可完成，监测成本相对较低；其次，通过数码相机在短时间内的连续拍照，能够实现对桥梁多点的实时动态监测，且数据更为易于获取，样本数据更为充分，进而使得监测结果更为精准可靠。
[0020]本专利技术进一步设置为：还包括桥梁结构数据误差消除模块，用于消除变形点三维变形值的监测误差，其采用以下方式进行：
[0021]步骤1：取至少两个主参考点，计算主参考点对应像点分别在x和z方向的视差系数(a
x
,b
x
)和(a
z
,b
z
)，具体如下：
[0022][0023]其中，(x
r
',z
r
')和分别为主参考点在重心化坐标系下的像点坐标和系统视差值；
[0024]步骤2：计算变形点在参考面上改正后的位移(coΔx
d
,coΔz
d
)，具体如下：
[0025][0026]式中：(x
d
',z
d
')和分别为变形点在重心化坐标系中的坐标和视差，为在重心化坐标系中对应的视差值；
[0027]步骤3：计算变形点消除误差后的三维变形值，表示为：(coΔx
d
gsinA，coΔx
d
gcosA，coΔz
d
)。
[0028]通过采用上述技术方案，在实际监测过程中，数码相机等仪器都是通过支架架设的；故仪器支架的移动，大气抖动，数码相机的抖动都会导致变形点像点坐标产生误差。针对监测中可能产生的误差，由于参考点的坐标理论上都是不变的(即其发生的变形值理论上为0，但实际受误差影响一般不为0)，故桥梁结构数据误差消除模块能够通过解算得出的参考点的视差值，对变形点的视差进行消除。在通过参考点的视差值消除变形点视差值中的误差部分后，能够提高变形点三维变形值监测的精确性，进一步保证监测数据的可靠性，避免对桥梁结构安全产生误判。
[0029]本专利技术进一步设置为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥梁健康监测预警系统，其特征在于：包括数据采集模块(1)、数据存储模块(2)、桥梁结构数据分析模块(3)以及桥梁结构健康预警模块(6)；数据采集模块(1)，包括若干布设于桥梁主要受力部位的变形点、架设于桥梁一侧的数码相机以及若干架设于数码相机邻近位置并共同构成参考面的主参考点；所述数据采集模块(1)通过连续拍照采集各所述变形点的变形监测数据；数据存储模块(2)，用于存储各所述变形点的变形监测数据；桥梁结构数据分析模块(3)，用于求解各变形点的三维变形值；桥梁结构健康预警模块(6)，用于根据求解的变形点三维变形值判断桥梁结构是否异常，若异常，则发出预警；其中，所述桥梁结构数据分析模块(3)求解各变形点的三维变形值，采用以下方式进行：步骤1：建立三维变形坐标系统0
‑
XYZ；步骤2：计算变形点在物平面上的变形坐标；假设摄影中心为S点，变形点由A处变形至B处，其变形坐标为(Δx
d
，Δz
d
)，变形量Δx
d
和Δy
d
分别为：分别为：其中，m是参考面上的摄影比例，Δx
d
和Δz
d
是变形点在物平面水平和竖直方向上的位移，和为相应变形点在像平面水平和竖直方向上的视差值；步骤3：计算变形点的三维变形值；假设桥梁走向方向与摄影方向的夹角为A，变形点空间变形值在三维变形坐标系中可表示为：(Δx
d
gsinA，Δx
d
gcosA，Δz
d
)。2.根据权利要求1所述的一种桥梁健康监测预警系统，其特征在于：还包括桥梁结构数据误差消除模块(4)，用于消除变形点三维变形值的监测误差，其采用以下...

【专利技术属性】
技术研发人员：武立群，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：