【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要关于潮流作用下桥墩冲刷坑计算，特别是关于往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法。
技术介绍
1、跨海桥梁工程的建设会束窄水流，导致桥梁上下游一定区域水流流速的增加，引起桥墩冲刷。实时反演桥墩冲刷坑三维形态，有助于合理评估跨海桥梁的安全稳定性及其上下游地形演变对周围工程结构物的影响。
2、目前对于桥墩冲刷坑形态，有下述三种预测方法。(1)现场地形观测：通过单波束、多波束设备对桥墩下方地形扫测，获得桥墩冲刷坑形态。这类方法成本高昂，且无法实现冲刷坑形态的实时反演。(2)物理模型试验预测：基于比尺采用模型沙和桥墩模型，构建工程区域物理模型，实测桥墩冲刷坑形态，再按比尺放大。由于模型沙主要考虑起动相似，在冲刷坑深度模拟上有较高精度；模型沙悬浮、沉降特性与原型沙没有对应相似关系，对冲刷坑形貌的模拟误差较大。且物模试验无法实现冲刷坑形态的实时反演。(3)数值计算模型模拟：水动力模型耦合泥沙输运经验模型，对桥墩冲刷坑的三维形态进行计算，模拟结果对于特定桥墩和水动力环境有较高的预测准确性，但缺乏普适性。数模模拟依赖实测资料校正，但室内试验结果受限于实验室动力设备，其模拟结果与实际工程情况有较大偏差，工程观测费用高昂，资料有限。
3、传统的现场地形观测法成本高昂；物模试验法聚焦冲刷坑最大深度，对冲刷坑整体形态预测精度较低，且试验成果多基于单向流情况；数模模拟法依赖试验或实测数据校准、验证，模拟结果缺乏普适性。且前述方法都难以实时反演桥墩冲刷坑形态。
4、前述
技术介绍
知识的记载旨在帮助本领域普
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术提出了往复潮流作用下梅花形桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法，该方法结合超声波桥墩冲深实时监测系统和冲刷坑形态经验公式，基于实测数据实现跨海桥梁桥墩冲刷坑三维形态实时反演，为桥梁安全保障和周围海域涉水结构物稳定性评估提供技术支撑。
2、为实现桥墩冲刷坑三维形态实时反演的目的，本专利技术提供一种往复潮流作用下粘性底床桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法，相较物模实验法和数模模拟法具有更高的准确性和更强的实用性，可获得实时更新的冲刷坑形态，为台风暴潮极端天气的桥墩安全和周围海域涉水结构物的稳定性评估提供依据，具体采用了以下技术方案。
3、往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法，包括：
4、步骤一：在待监测桥墩位置设置超声波桥墩冲深实时监测系统；
5、步骤二：依据超声波桥墩冲深实时监测系统获取的监测数据计算得到待监测桥墩的冲刷底面高程hb'，并实时传输至服务器；
6、步骤三：采用拟合得到的式(1)经验公式计算冲刷坑横、纵断面的距离最大冲深点x距离处的冲刷深度hs；
7、(1)
8、式(1)中，hs表示冲刷深度；hb'表示冲刷底面高程；hb表示最大冲深；α表示调整系数；
9、步骤四：通过横、纵断面各点高程hs，计算得到冲刷坑的平面二维高程数据，通过三维绘图软件反演冲刷坑三维形态；
10、步骤五：对超声波桥墩冲深实时监测系统不断传输至室内监测系统的桥墩冲刷底面高程，进行冲刷坑三维形态反演，获得实时桥墩冲刷坑三维形态。
11、作为对本专利技术技术方案的优选，所述步骤一中，超声波桥墩冲深实时监测系统包括先进超声波传感器、数据采集仪和无线网络传输模块。
12、作为对本专利技术技术方案的优选，所述步骤二中，所述依据超声波桥墩冲深实时监测系统获取的监测数据计算得到待监测桥墩的冲刷底面高程hb'具体执行下述步骤：发射超声波至河床床面，经一定时间后由接收探头收到反射波信号，通过超声波速度、测算的超声波往返时间和实时监测系统的高程数据，反算底床冲刷底面高程hb'。
13、作为对本专利技术技术方案的优选，所述步骤三中，调整系数α取值0.01-0.2。
14、作为对本专利技术技术方案的优选，所述步骤三中，依据式(1a)计算冲刷坑纵断面的距离最大冲深点x距离处的冲刷深度hs
15、(1a)
16、其中，hbx'表示在横断面宽度区间-x'至x'内等距取30个点的每个点的深度。
17、往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演系统，包括：
18、监测站，设置于待监测桥墩位置，配置为实时监测地形数据并将数据传输至数据中心；
19、数据中心，配置为依据监测站传送的检测数据完成对桥墩冲刷坑三维形态的实时反演，过程中执行前述所述往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法。
20、作为对本专利技术技术方案的优选，所述监测站包括：先进超声波传感器、数据采集仪和无线网络传输模块，传感器收到采集命令后，启动测量，测量数据传输至无线传输模块，无线传输模块将数据传输到数据中心的internet网络服务器，经分析校核存入数据库。监测站能够对待监测桥墩位置进行实时监控，发射超声波至桥墩位置河床床面，经一定时间后由接收探头收到反射波信号，通过设定超声波速度、测算的超声波往返时间和实时监测系统的高程数据，反算底床冲刷深度，以超声波手段获取监测数据，不会受到环境、天气、水文等外界因素影响，监测精度高，相较于物理模型或数值计算模型更加具有普适性，不存在模拟误差，可以精准的获取底层数据，有利于冲刷坑三维形态的实时反演。
21、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法的各个过程。
22、本申请的有益效果为：
23、本专利技术基于实测桥墩冲刷深度和经验公式对冲刷坑形态进行反演，相较物模实验法和数模模拟法，准确性更高，实用性更强。
24、本专利技术可以通过实时监测平台的桥墩冲刷高程，反演得到平面范围内冲刷坑的形态特征，使冲刷坑形态实时更新，为台风暴潮极端天气的桥墩安全和周围海域涉水结构物的稳定性评估提供依据。
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1.往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法，其特征在于：
5.根据权利要求1-4任一项所述的往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法，其特征在于：
6.往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演系统，其特征在于包括：
7.根据权利要求6所述的往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演系统，其特征在于：
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法的各个过程。
【技术特征摘要】
1.往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法，其特征在于包括：
2.根据权利要求1所述的往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述的往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的往复潮流作用下桥墩冲刷坑三维形态实时反演方法，其特征在于：
5.根据权利要求1-4任一项所述的往复潮流作...
【专利技术属性】
技术研发人员：张骏，张芝永，曾剑，陈甫源，李最森，胡成飞，刘烨，
申请(专利权)人：浙江省水利河口研究院浙江省海洋规划设计研究院，
类型：发明
国别省市：
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