一种结合巡检与典检的桥梁支座实时监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种结合巡检与典检的桥梁支座实时监测系统及方法，其中结合巡检与典检的桥梁支座实时监测系统包括智能支座单元、桥梁检测爬行机器人及定期巡检无人机；所述智能支座单元用于长期监测；所述桥梁检测爬行机器人用于问题典检；所述定期巡检无人机用于定期巡检。本发明专利技术利用无人机搭载摄像平台对桥梁支座外观进行拍摄，通过图像处理分析，得到表观评估数据。虽然也有其他方法利用无人机进行桥梁图像拍摄，获取支座的表面裂缝，但桥梁支座属于桥梁下部结构，存在GPS信号弱、空间狭小等问题，无人机飞行安全存在风险。桥梁监测爬行机器人贴在在桥面下部爬行，近距离无线传输信号更稳定，信息更及时更精确。信息更及时更精确。信息更及时更精确。

【技术实现步骤摘要】
一种结合巡检与典检的桥梁支座实时监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及桥梁监测技术，具体涉及一种结合巡检与典检的桥梁支座实时监测系统及方法。

技术介绍

[0002]目前，在桥梁工程建设过程中，支座属于桥梁下部结构的重要组成部分，支座的安全状况直接影响着桥梁的结构安全和稳定。桥梁支座的损伤及破坏己经成为我国现役桥梁的主要病害之一。其典型病害表现为局部脱空、剪切变形超限、橡胶表面开裂及不均匀鼓凸变形，各类病害对支座稳定性、安全性乃至整个桥梁的健康造成极大影响，必须予以防治。但由于支座在桥梁工程造价中所占比例较小，往往未引起工程技术人员和管理人员的重视，在使用过程中极易成为桥梁结构的薄弱环节。
[0003]定期人工检测是获得桥梁支座健康状况的常用手段，但由于桥梁支座安装位置的隐蔽性，支座预留位置比较小，光线昏暗，工作人员很难对支座进行准确的观测，跟实际结果相比存在很大误差。对于一些跨江河和桥墩较高的桥梁，更是需要动用桥梁检测车等设备，费用昂贵，因此人工检测方法存在着检测困难、成本高、损伤程度判定主观，不能提前预警等缺点。
[0004]目前，具备实时监测的智能支座主要是通过布置各类传感器，通过数据传输与处理，对支座的受力情况进行监测，但不能对支座表观病害及支座周围环境情况进行有效监测，如支座表面裂纹情况、支座是否偏斜、支座有无锈蚀、支承垫石是否积水以及有无建筑遗留垃圾堆积等问题等。所以，结合无人机或桥梁检测爬行机器人进行表观病害检测，研发具有远程实时监测和预警功能的桥梁支座监测系统，实现对支座内部受力的实时监控、外观病害的有效检测，对服役支座及桥梁健康状况及潜在风险及时掌控，对保障桥梁的健康，延长桥梁的使用寿命具有显而易见的经济价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述技术问题，提供了一种结合巡检与典检的桥梁支座实时监测系统及方法。
[0006]本专利技术采用的技术方案是：根据本专利技术的一个方面，提供了一种结合巡检与典检的桥梁支座实时监测系统，包括智能支座单元、桥梁检测爬行机器人及定期巡检无人机；所述智能支座单元用于长期监测；所述桥梁检测爬行机器人用于问题典检；所述定期巡检无人机用于定期巡检。
[0007]进一步地，所述智能支座单元包括上顶板、不锈钢板、聚四氟乙烯滑板、中间钢板、橡胶块、下底盆及光纤光栅应变传感器元件组；所述上顶板、不锈钢板、聚四氟乙烯滑板、中间钢板及橡胶块放置于下底盆内部，
在底盆的内侧壁上，其和橡胶板接触部位设置有凹槽，凹槽内螺栓固定有光纤光栅应变传感器元件组，传感器通过贯穿底盆的导线和外部光纤连接。
[0008]更进一步地，所述桥梁检测爬行机器人主要包括机器人主体、俯仰关节、偏航关节、摄像头、运动腿及吸盘结构；所述机器人主体结构包括电路板、单片机、电源和真空产生装置；所述摄像头由控制电路连接控制；在机器人的主体的左右两侧对称布置有四条运动腿，相对机体呈对称分布，每条运动腿腿部都安装三个驱动伺服电机，驱动伺服电机通过单片机进行控制，每条运动腿的足部都带有真空吸盘结构；每条运动腿的大腿与身体躯干位置安装一个驱动伺服电机，通过控制伺服电机来实现在垂直平面的旋转，从而控制腿关节的下落与抬起功能；每条运动腿的大腿与小腿之间安装一个驱动伺服电机，负责完成脚掌在水平面内的上下运动，实现脚掌在接触面的前后移动；每条运动腿的足部安装一个驱动伺服电机，负责电磁装置在接触面上的吸附与脱附工作，吸盘结构产生吸附力可以承受机器人自身的重量以及机器人上搭载的检测设备和其他的仪器的重量；在机器人主体躯干中间区域增加俯仰关节和偏航关节两个驱动电机。
[0009]更进一步地，所述桥梁检测爬行机器人的控制系统主要包括上位机人机交互系统和下位机控制系统两部分；上位机人机交互系统负责完成对桥梁检测爬行机器人的监控，通过无线通信模块实现与下位机控制系统实时通信传输，使操作人员能够通过无线通信实现对机器人远程控制；下位机控制系统负责执行上位机发送的任务命令，控制机器人完成移动、翻越与摄像这些任务，并将传感器实时采集的机器人内外部环境状态数据传送给上位机；下位机控制系统主要包括中央控制模块、无线通信模块、伺服电机及运动机构模块、吸附机构模块、传感器检测模块、电源模块；控制系统硬件电路主要包括中央控制模块、无线通信模块、舵机运动机构模块、吸附机构模块、传感器检测模块、电源模块；机器人的硬件功能主要通过中央控制模块实现与地面的上位机之间的通信，执行上位机传过来的指令，并上传摄像机和其他传感器采集的数据，通过图像处理，增加用于训练神经网络的图片集；将获取的桥梁支座病害照片划分训练集和测试集；建立卷积神经网络，得到具有自动识别桥梁支座病害功能的神经网络模型；掌握支座有无裂纹、脱空，计算裂纹尺寸及脱空程度。
[0010]更进一步地，所述定期巡检无人机主要包括无人机旋翼、前向距离感知模块、摄像机云台、高清摄影测量相机、左侧距离感知模块、微型GPS定位导航模块、后向距离感知模块、右侧距离感知模块、顶部距离感知模块；高清摄影测量相机为采集支座图像数据的高清摄像机，以旋转云台的方式设置在无人机的机身顶部，多角度拍摄桥梁支座结构及周围环境的多视角照片；微型GPS定位导航模块，设置在无人机的机身顶部，用于确定无人机在作业过程中航向及位置信息，实现精准定位；
前向感知模块、左侧距离感知模块、后向距离感知模块、右侧距离感知模块及顶部距离感知模块为激光测距传感器，分别检测不同方位的障碍物，将障碍物与无人机之间的距离信息实时通过信号传输系统传送回动力装置及飞行控制系统进行处理，获得实时飞行路径，并指挥无人机的飞行路径；无人机设置信号传输与通信模块，用于接收处理器传输来的处理后的状态数据和影像数据，并将处理后的状态数据和影像数据传输到地面接收站，进行后续人工检查。
[0011]根据本专利技术的又一个方面，提供了一种结合巡检与典检的桥梁支座实时监测方法，该方法利用智能支座单元实时监测重点支座的受力情况，利用桥梁检测爬行机器人对问题支座进行典检，利用无人机进行巡检，然后根据三者得到监测和检测数据进行桥梁支座损伤等级评定。具体方法包括：智能支座单元为智能盆式橡胶支座，智能盆式橡胶支座基于光纤光栅传感器实现对支座压力信号的获取，当支座受到竖向承载力时，光纤光栅能准确感知压力载荷变化，通过输出压力波长信号传输到解调仪上并显示出来，解调仪与无线路由器连接，将压力载荷数据无线传送到互联网终端，终端设备接收数据、分析及处理后直观显示支座实际荷载并与支座正常使用荷载进行对比，计算风险系数，如果风险系数达到限值，立即发送给桥梁运维中心，桥梁运维中心进行人工确认，对支座进行下一步问题典查；桥梁支座受力载荷达到风险界限时，经桥梁运维中心确认后，启动问题典查，利用桥梁检测爬行机器人进行支座局部细节及裂缝的精细检测；桥梁检测爬行机器人利用仿生学原理，模仿壁虎翻越墙壁在桥梁下部对支座裂缝移位情况进行检查，桥梁检测爬行机器人由机械结构平台、视觉系统、控制系统三部分组成；视觉系统装载在机械接结构平台上，用于对桥梁支座进行近距离裂缝、脱空、移位这些外观细节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结合巡检与典检的桥梁支座实时监测系统，其特征在于，包括智能支座单元、桥梁检测爬行机器人及定期巡检无人机；所述智能支座单元用于长期监测；所述桥梁检测爬行机器人用于问题典检；所述定期巡检无人机用于定期巡检。2.根据权利要求1所述的结合巡检与典检的桥梁支座实时监测系统，其特征在于，所述智能支座单元包括上顶板（21）、不锈钢板（22）、聚四氟乙烯滑板（23）、中间钢板（24）、橡胶块（25）、下底盆（26）及光纤光栅应变传感器元件组（27）；所述上顶板（21）、不锈钢板（22）、聚四氟乙烯滑板（23）、中间钢板（24）及橡胶块（25）放置于下底盆（26）内部，在底盆的内侧壁上，其和橡胶板接触部位设置有凹槽，凹槽内螺栓固定有光纤光栅应变传感器元件组（27），传感器通过贯穿底盆的导线和外部光纤连接。3.根据权利要求1所述的结合巡检与典检的桥梁支座实时监测系统，其特征在于，所述桥梁检测爬行机器人主要包括机器人主体（31）、俯仰关节（32）、偏航关节（33）、摄像头（34）、运动腿（35）及吸盘结构（36）；所述机器人主体（31）结构包括电路板、单片机、电源和真空产生装置；所述摄像头（34 ）由控制电路连接控制；在机器人的主体（31）的左右两侧对称布置有四条运动腿（35），相对机体呈对称分布，每条运动腿（35）腿部都安装三个驱动伺服电机，驱动伺服电机通过单片机进行控制，每条运动腿的足部都带有真空吸盘结构（36）；每条运动腿（35）的大腿与身体躯干位置安装一个驱动伺服电机，通过控制伺服电机来实现在垂直平面的旋转，从而控制腿关节的下落与抬起功能；每条运动腿（35）的大腿与小腿之间安装一个驱动伺服电机，负责完成脚掌在水平面内的上下运动，实现脚掌在接触面的前后移动；每条运动腿（35）的足部安装一个驱动伺服电机，负责电磁装置在接触面上的吸附与脱附工作，吸盘结构（36）产生吸附力可以承受机器人自身的重量以及机器人上搭载的检测设备和其他的仪器的重量；在机器人主体（31）躯干中间区域增加俯仰关节（32）和偏航关节（33）两个驱动电机。4.根据权利要求1所述的结合巡检与典检的桥梁支座实时监测系统，其特征在于，所述桥梁检测爬行机器人的控制系统主要包括上位机人机交互系统和下位机控制系统两部分；上位机人机交互系统负责完成对桥梁检测爬行机器人的监控，通过无线通信模块实现与下位机控制系统实时通信传输，使操作人员能够通过无线通信实现对机器人远程控制；下位机控制系统负责执行上位机发送的任务命令，控制机器人完成移动、翻越与摄像这些任务，并将传感器实时采集的机器人内外部环境状态数据传送给上位机；下位机控制系统主要包括中央控制模块、无线通信模块、伺服电机及运动机构模块、吸附机构模块、传感器检测模块、电源模块；控制系统硬件电路主要包括中央控制模块、无线通信模块、舵机运动机构模块、吸附机构模块、传感器检测模块、电源模块；机器人的硬件功能主要通过中央控制模块实现与地面的上位机之间的通信，执行上位机传过来的指令，并上传摄像机和其他传感器采集的数据，通过图像处理，增加用于训练神经网络的图片集；将获取的桥梁支座病害照片划分训练集
和测试集；建立卷积神经网络，得到具有自动识别桥梁支座病害功能的神经网络模型；掌握支座有无裂纹、脱空，计算裂纹尺寸及脱空程度。5.根据权利要求1所述的结合巡检与典检的桥梁支座实时监测系统，其特征在于，所述定期巡检无人机主要包括无人机旋翼（61）、前向...

【专利技术属性】
技术研发人员：张英治，王海英，凌俊强，黎碧波，褚志峰，张晓峰，张锦轩，翟鹏辉，何佳，林枫，崔伟，王志渝，
申请(专利权)人：陕西交通控股集团有限公司，
类型：发明
国别省市：