CN103049480A - 城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于全寿命的城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统,所述系统包括在线监测模块、数据分析及处理模块、预警评估模块、决策支持模块以及监测系统控制管理与维护模块;发明所涉及的上述模块之间以系统集群管理平台为中心,以服务器作为后台数据库且通过城市网络和人机交互的方式相互建立通讯和联系。本发明将集群监测及成套管养技术与全寿命理念结合起来,为面向公共安全的城市基础设施信息化的研究提供了一种新的解决方案,同时硬件层与软件层相结合,为分析和研究典型交通基础设施提供理论与实验基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于全寿命的城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统。
背景技术
诺贝尔经济学奖获得者斯蒂格利茨把我国的城市化与美国的高科技并列为影响21世纪人类发展进程的两大关键因素。激烈的城市化进程托起了我国经济的腾飞与全球最大规模的交通基础设施建设,已经建成(包括在建)一大批举世瞩目的桥梁、隧道、高架道路等城市标志性的重大交通基础设施:如杭州湾跨海大桥(世界最长的跨海大桥,36km);苏通长江大桥(世界最大跨度的斜拉桥,1088m);秦岭终南山隧道西安至柞水段(世界上最长的双洞高速公路隧道,单洞长18.02km)等。这些关系国计民生的基础工程或标志性工程,其投资规模和社会影响巨大,在其整个生命周期中,受环境载荷作用、疲劳、腐蚀和材料老化等不利因素的影响,结构不可避免地产生损伤积累,这对公众的安全构成了极大的威胁,甚至导致突发事件。如2007年8月1日美国明尼苏达州密西西比河的大桥发生坍塌;2009年5月17日我国株洲红旗路高架快速路倒塌;2010年3月19日我国内蒙古新旗下营隧道塌方。同时我国也是世界上自然灾害最为严重的国家之一,在各类自然灾害如地震、台风、暴雨等影响下,这些城市交通生命线工程如果遭受破坏,会引起一连串灾难性后果,导致整个城 市应急及管理系统的瘫痪。如2008年5月12日我国汶川地震中,道路与桥梁的破坏导致交通受阻,抢险救灾的物资和人员无法进入灾区,造成了巨大的人员和财产损失。因此,对这些城市重大交通基础结构实施寿命周期内的实时在线的信息化监测,并对结构安全做出实时安全评估,实现对突发事件的预警,提前采取应急处置措施,避免或减少人民生命财产损失具有重要的意义。预防性的信息化管理将是最高层次的现代城市的安全理念。结构的全寿命监控理论认为,结构监测的时间应向前延伸,对结构寿命周期的每个阶段(设计阶段-施工阶段-运营阶段-报废拆除)均应进行有效控制,特别是在事故多发阶段如施工阶段和运营阶段设置过程监控系统。目前,对在役的少量长大桥梁、隧道等结构已经开展了相关的在线监测及安全预警研究,发挥了一定的积极作用,但这些监测系统都为单一的监测系统,各系统间缺乏沟通与整合;城市具有明显的空间地域特征,监测系统的空间地域覆盖面不够,单一监测系统容易形成“信息孤岛”,无法为保障城市交通基础设施整体安全提供有效的支持;信息的利用率不足,缺乏对监测数据的分析处理,与之配套的状态反演和评估体系都不健全。所有这些都制约着城市交通基础设施的安全信息化管理的发展。
发明内容
为了克服现有监测系统的单一性,各系统间缺乏沟通与整合、监测系统的空间地域覆盖面不够,无法为保障城市交通基础设施整体安全提供有效的支持,信息的利用率不足,缺乏对监测数据的分析处理,与之配套的状态反演和评估体系都不健全等缺点,本发明提供一种基 于全寿命的城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统。
本发明采用的技术方案是:
一种城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统,其特征在于:所述系统包括:
在线监测模块,用于管理桥梁建造信息、几何信息、监测信息和分析结果全部数据,承担着数据的存贮、备份、修改、删除及查询功能;
数据分析及处理模块,用于通过传感器模块对经过预处理的监测数据进行对比、统计分析,列表或图形化显示各种载荷和环境因素作用下的结构状态的变化,形成桥梁的健康档案;
预警评估模块,用于依据设计文件、现场监测数据、相关的规范及标准、以往运营以及管理维护方面的信息,对结构的运营状态进行评价,分析结构的安全性、适用性及耐久性;
决策支持模块,用于对桥梁的运营状态评价、易损性分析,为养护维修提供决策支持;
监测系统控制管理与维护模块,对集群监测系统自身的运行状态进行监控及管理。
进一步,所述在线监测模块包括结构监测数据库、数据管理模块和数据分析模块。
进一步,所述预警评估模块包括结构状态评估和结构寿命预测。
进一步,所述在线监测模块、数据分析及处理模块、预警评估模 块、决策支持模块以及监测系统控制管理与维护模块之间以系统集群管理平台为中心,以服务器作为后台数据库且通过城市网络和人机交互的方式相互建立通讯和联系。
进一步,所述系统集群管理平台以城市VPN网络为平台,通过城市桥梁、城市高架、隧道分布的监测站采集相应数据,建立结构监测数据库,通过数据分析,对结构进行状态评估及寿命预测,并进行系统控制管理与维护的决策支持。
进一步,所述传感器模块包括温度传感器、应力传感器、位移传感器、加速度传感器、环境及荷载传感器。
进一步,所述系统根据健康监测系统,包括荷载监测数据库、环境监测数据库、桥梁特性监测数据库、各项监测数据报告及系统运行状况报告,进行构件的关键性分析、易损性分析及结构性能分析,之后根据构件的重要度指标,包括构件的关键性和易损性指标,对构件进行预测式养护检测排序。
本发明的目的是建立基于全寿命的城市重大交通基础设施集群监测体系及相关的监测指标系,研究和解决基于全寿命的重大交通基础设施结构的安全评估关键技术,为发展建立以现代信息技术、现代控制技术、现代高新技术装备为支撑的城市公共安全与应急反应体系,合理地提高城市生命线工程基础设施抵御工程灾变的能力,保证国民经济与社会的持续、快速、稳定发展,提供基础研究。
本发明的有益效果体现在:
(1) 完善的监测功能:集散系统可以完成从简单的单座桥梁单一项目的监测到多座复杂桥型的多参数监测,可以根据需要进行采集参数的远程控制,更能实现监控、显示、打印、报警、历史数据库存储等日常操作要求;
(2) 完善的人—机界面、集中监控和网络共享功能:系统采用B/S与C/S相结合的架构,可以方便的实现远程监控;
(3) 系统扩展灵活,容易进行升级修改,因而适合于长期规划、分批投资,分批受益;如果形成一套行之有效的城市桥梁管理新模式,将长期发挥效能;
(4) 安全可靠性高:由于每一座桥梁由现场的单片机分散监测,当一个或多个桥梁站点的仪器设备万一发生故障时,不会影响系统其他部分的正常运行,如果辅以完善的自诊断及维护系统,系统的平均无故障时间将会大大的延长,从而提高系统的可靠性;
(5) 能够快速地构建监测子系统:对特定桥梁的监测系统设计及接入不再需要每次都从零开始,只需选择适当的监测内容及布点方案组建分布监测系统、选择及开发适当的数据处理方法、预警评估、及维修决策等模块即可;具有良好的性价比,而且纳入集群监测平台的桥梁规模越多,平均每座桥梁的投资越省;
(6) 利用现有的智能传感、网络传输等一系列新技术,在抗干扰,可靠性,实用性方面,完全可以做到与单一桥梁健康系统具有相同的性能,同时由于其灵活性和开放性,更有利于后续开发,因而具有十分广阔的应用前景。
附图说明
图1是本发明的集群监测平台系统结构示意图。
图2是本发明的状态评估流程图。
图3是本发明的剩余使用寿命预测流程图。
图4是本发明的基于全寿命的预测式养护排序流程图。
图5(a)是实施例2中系杆拱桥的总体布置图。
图5(b)是实施例2中系杆拱桥跨中截面横断面图。
图6是实施例2中系杆拱桥监测-分析-评估-维护决策流程图。
图7是实施例2中系杆拱桥动力特性监测传感器布置图。
图8是实施例2中桥梁监测数据采集传输体系结构。
图9是实施例2中桥梁预警系统流程图。
图10是实施例2中系杆拱桥的平面分析计算模型。
图11(a)是实施例2中吊杆的危险度排序图。
图11(b)是实施例2中系梁的危险度排序图。
图11(c)是实施例2中拱肋的危险度排序图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
实施例1
参照图1~图4,一种城市重大交通基础设施集群监测及成套管养 系统,所述系统包括:
在线监测模块:核心为数据库管理模块,用于管理桥梁建造信息、几何信息、监测信息和分析结果等全部数据,是集群监测系统的核心,承担着数据的存贮、备份、修改、删除及查询功能;
数据分析及处理模块:通过传感器模块对经过预处理的监测数据进行对比、统计分析,列表或图形化显示各种载荷和环境因素作用下的结构状态的变化,形成桥梁的健康档案;
预警评估模块:用于依据设计文件、现场监测数据、相关的规范及标准、以往运营以及管理维护方面的信息,对结构的运营状态进行评价,分析结构的安全性、适用性及耐久性;
决策支持模块:用于对桥梁的运营状态评价、易损性分析,为养护维修提供决策支持;
监测系统控制管理与维护模块:对集群监测系统自身的运行状态进行监控及管理。
进一步,所述在线监测模块包括结构监测数据库、数据管理模块和数据分析模块。
进一步,所述预警评估模块包括结构状态评估和结构寿命预测。
进一步,所述在线监测模块、数据分析及处理模块、预警评估模块、决策支持模块以及监测系统控制管理与维护模块之间以系统集群管理平台为中心,以服务器作为后台数据库且通过城市网络和人机交互的方式相互建立通讯和联系。
进一步,所述系统集群管理平台以城市VPN网络为平台,通过城市桥梁、城市高架、隧道分布的监测站采集相应数据,建立结构监测数据库,通过数据分析,对结构进行状态评估及寿命预测,并进行系统控制管理与维护的决策支持。
进一步,所述传感器模块包括温度传感器、应力传感器、位移传感器、加速度传感器、环境及荷载传感器。
进一步,所述系统根据健康监测系统,包括荷载监测数据库、环境监测数据库、桥梁特性监测数据库、各项监测数据报告及系统运行状况报告,进行构件的关键性分析、易损性分析及结构性能分析,之后根据构件的重要度指标,包括构件的关键性和易损性指标,对构件进行预测式养护检测排序。
本发明的目的是建立基于全寿命的城市重大交通基础设施集群监测体系及相关的监测指标系,研究和解决基于全寿命的重大交通基础设施结构的安全评估关键技术,为发展建立以现代信息技术、现代控制技术、现代高新技术装备为支撑的城市公共安全与应急反应体系,合理地提高城市生命线工程基础设施抵御工程灾变的能力,保证国民经济与社会的持续、快速、稳定发展,提供基础研究。
本发明提出的基于全寿命的城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统,可以通过以下技术方案来实现:
(1)功能要求
城市桥梁集群监测系统平台将根据规划、设计目标、投资等,针 对纳入平台监测的具体桥梁特性,有选择的确立各桥梁的健康监测等级。具体分析时要考虑以下因素1)新的桥梁管理模式2)需求分析3)系统的等级。
(2)系统的阶段化实施
城市桥梁集群监测系统平台是一个“开放”式系统,在系统设计和规划时,应从宏观全局及长远的角度进行考虑,并在此基础上分步实施,从而实现系统由初级搭建到逐步完善,以及系统的无缝扩展和平滑移植,在实施过程中,应考虑资金规划、技术规划、桥梁寿命、仪器寿命等因素。系统的建设必须正视健康监测的技术与实际需要之间的矛盾,在“技术可靠、经济适用、协调统一”的规划原则指导下,实现对城市桥梁集群监测系统的合理规划。
(3)确定系统平台的构建原则
为了使城市桥梁集群监测系统成为一个功能强大并能真正长期用于桥梁监测和养护管理,同时又具有经济效益和高水平的平台体系,其构建应遵循如下原则:1)科学性原则2)标准化原则3)先进性原4)安全性原则5)开放性原则6)实用性原则。
(4)健康监测系统设计标准:如表1(结构健康监测系统设计指南列表)所示。
表1结构健康监测系统设计指南列表
(5)平台系统及其功能分析
1) 分布式远程桥梁监测系统
城市桥梁集群监测系统以基于GIS的城市桥梁管理系统为基础,增加分布式远程桥梁监测系统、数据传输网络系统、系统集成管理平台等三个核心部件,具体由不同的模块组成,如图1所示。
所述分布式远程桥梁监测系统主要包括传感器模块、数据动态采集模块和远程数据传输模块。其中传感器模块由各种类型的传感器及二次仪表等部分组成,主要监测载荷变化、结构所处环境变化及结构实际工作状况;数据采集模块主要由微机控制的数据采集仪器组成,功能是收集由传感器传来的原始信号,并进行信号调理、根据系统功能要求对数据进行分解、变换等预处理,以获取所需要的参数;数据传输模块主要是建立远程传输的通讯链路,实现网络传输。分布式远程桥梁监测系统是集群监测系统最前端和最基础的系统。
2) 数据传输网络系统
主要由监测系统局域网模块、与其它局域网或主干网的连接模块及远程控制模块组成,以实现数据远程通讯、传输及远程控制功能,是联系分布式远程桥梁监测系统与系统集群管理平台的桥梁。
3) 系统集群管理平台
系统集群管理平台由在线监测模块、数据分析及处理模块、预警评估模块、决策支持模块以及监测系统控制管理与维护模块组成。
上述三个组成部分分别在不同的硬件和软件环境下运行,承担着各自不同的功能,它们之间的协同工作,将实现集群监测系统对城市 重要桥梁的在线监测及评估的功能。
本发明中系统采用健康监测技术与传统的人工检查相结合二、三级健康监测系统。
本发明中系统的架构技术为:主机系统、客户机/服务器系统(Client/Server,简称C/S)。
本发明中,分三个层次实现系统建设,即网络信息子平台建设、数据库子平台建设及应用平台建设。
本发明中系统的后台数据库由数据库软件Oracle9.0开发并执行系统级的维护工作,服务器系统采用Windows 2003服务器版,Web服务器采用Tomcat 5.5。
本发明中构件的关键性系数的确定可以从结构体系的总的几何拓扑关系和刚度方面出发,分析了单个构件在体系中的刚度贡献,构件的敏感性系数则体现了局部构件破坏对结构体系实际损伤的影响,两者相结合即可确定结构体系的关键构件,同时辅以易损性分析计入通常荷载作用下结构构件强度的安储备,将三者相加即综合考虑了结构本身的性质与外荷载的共同作用,定义构成构件的危险度指标Ri (Risk degree)为:
Ri=αiCi+βi(1-Si)+γiVi (1)
αi,βj,γi为权重因子,分别表示构件关键性、敏感性和易损性的置信程度[0, 1],通过确立合适的权重因子形成构件的危险度指标。
实施例2
下面通过实施例具体步骤,并结合附图进一步说明本发明。
参照图5(a)至图11(c),以位于杭州市区文晖路的一座系杆拱桥—叶青兜桥为例,其桥型总体布置图如图5(a)所示,主桥上部结构采用下承式钢筋混凝土系杆拱,计算跨径71.6 m,矢高14.32 m,矢跨比为1:5;拱轴线形式为二次抛物线,方程为y=4×14.32/71.62×(71.6-x)x;全桥共设吊杆17对,相邻吊杆间距为4 m;下部为钢筋混凝土箱型桥台,120 cm钻孔灌注桩基础。桥面总宽27.7 m,横向布置为:3.25 m(人行道)+1.60 m(系梁)+18.00 m(机动车道) +1.60 m(系梁)+3.25 m(人行道)。
1.系统的总体构成及设计
1)通过对系杆拱桥工作性能和荷载作用下响应的监测,预测识别桥梁所处的状况,对可能出现的危险给出预警,保障此桥寿命期内的安全、耐久,根据规模和重要性,本桥采用在线监测为主与人工检测相结合的监测模式,即在实时健康监测过程中出现安全预警后,应结合人工检测方法等对桥梁进行进一步性能评估。系统的实时性,自动化、集成化、网络化程度均较高。
2)此桥的监测-分析-评估-维护决策流程如图6所示。
2.远程在线监测子系统的实现
1)建立基于FBG传感器的应力、温度监测模块。
2)建立基于频率法的吊杆索力监测模块。
3)建立基于压电加速度传感器的动力特性监测模块,其动力特性监测传感器布置如图7所示。
4)建立基于连通管式光电挠度计的位移监测模块,其光电连通管位移传感器基本参数如表2所示。
表2 光电连通管位移传感器基本参数
3.现场的数据采集与传输
数据采集系统负责传感器信号的采集、调理、预处理、显示等。对于现场监测系统而言,主要由应变及温度数据采集模块、位移数据采集模块和动力数据采集模块等设备组成,其体系结构见图8。
现场采集站位于系杆拱桥西侧南面的支座位置处,数据采集站机柜内部有一台光纤光栅网络分析仪,内置美国NI公司高性能数据采集系统,可靠性高,环境适应能力强。同时作为现场工控机,负责振动采集设备、位移采集设备的采集控制与网络传输,其6.4寸TFT液晶显示屏,可以实现应变、温度、加速度、位移等物理量的直接显示。
4. 监测中心的数据处理与存储系统
此桥数据处理与存储系统由1台计算机服务器和1台计算机工作站组成,系统采集及存储方式如表3所示。数据存储按照中心数据库编码规则,完整的数据编码清单如表4所示。
表3 系杆拱桥健康监测系统传感器采集及存储方式
编号 | 监测内容 | 监测方式 | 采样频率 | 数据预处理 | 存储间隔 |
1 | 结构温度 | 实时 | 100Hz | - | 1 / min |
2 | 结构动力 | 实时 | 100Hz | FFT变换 | 1 / min |
3 | 吊杆索力 | 实时 | 100Hz | FFT变换 | 1 / min |
4 | 桥梁挠度 | 实时 | 50Hz | - | 1 / min |
5 | 结构应力 | 实时 | 100Hz | 转换应力 | 1 / min |
[0100] 表4 系杆拱桥桥数据完整编码清单
ID | ID值 | 项名 | 测量值 | 安装位置 |
2.4.0.0.1 | 34603009 | yb1-1 | 应力 | 1-1截面北侧拱肋上缘 |
2.4.0.0.2 | 34603010 | yb1-2 | 应力 | 1-1截面北侧拱肋下缘 |
2.4.0.0.3 | 34603011 | yb1-3 | 应力 | 1-1截面南侧拱肋上缘 |
2.4.0.0.4 | 34603012 | yb1-4 | 应力 | 1-1截面南侧拱肋下缘 |
2.4.0.0.5 | 34603013 | yb2-1 | 应力 | 2-2截面北侧拱肋上缘 |
2.4.0.0.6 | 34603014 | yb2-2 | 应力 | 2-2截面北侧拱肋下缘 |
2.4.0.0.7 | 34603015 | yb2-3 | 应力 | 2-2截面南侧拱肋上缘 |
2.4.0.0.8 | 34603016 | yb2-4 | 应力 | 2-2截面南侧拱肋下缘 |
2.4.0.0.9 | 34603017 | yb2-5 | 应力 | 2-2截面系梁跨中北侧上缘 |
2.4.0.0.10 | 34603018 | yb2-6 | 应力 | 2-2截面系梁跨中北侧下缘 |
2.4.0.0.11 | 34603019 | yb2-7 | 应力 | 2-2截面系梁跨中南侧上缘 |
2.4.0.0.12 | 34603020 | yb2-8 | 应力 | 2-2截面系梁跨中南侧上缘 |
2.4.0.0.13 | 34603021 | yb3-1 | 应力 | 3-3截面北侧拱肋上缘 |
2.4.0.0.14 | 34603022 | yb3-2 | 应力 | 3-3截面北侧拱肋下缘 |
2.4.0.0.15 | 34603023 | yb3-3 | 应力 | 3-3截面南侧拱肋上缘 |
2.4.0.0.16 | 34603024 | yb3-4 | 应力 | 3-3截面南侧拱肋下缘 |
2.4.2.0.1 | 34619393 | wd2-1 | 温度 | 2-2截面北侧拱肋下缘 |
2.4.2.0.2 | 34619394 | wd2-2 | 温度 | 2-2截面南侧拱肋上缘 |
2.4.2.0.3 | 34619395 | wd2-3 | 温度 | 2-2截面北侧系梁 |
2.4.2.0.4 | 34619396 | wd2-4 | 温度 | 2-2截面南侧系梁 |
2.4.2.0.5 | 34619397 | wd3-1 | 温度 | 3-3截面北侧拱肋下缘 |
2.4.2.0.6 | 34619398 | wd3-2 | 温度 | 3-3截面南侧拱肋上缘 |
2.4.3.0.1 | 34635777 | nd2-1 | 挠度 | 2-2截面北侧系梁 |
2.4.3.0.2 | 34635778 | nd2-2 | 挠度 | 2-2截面南侧系梁 |
2.4.10.0.1 | 34684929 | jsd1-1-1 | 基频 | 1-1截面北侧横向基频 |
2.4.10.0.2 | 34684930 | jsd1-1-2 | 基频 | 1-1截面北侧纵向基频 |
2.4.10.0.3 | 34684931 | jsd1-2-1 | 基频 | 1-1截面南侧横向基频 |
2.4.10.0.4 | 34684932 | jsd1-2-2 | 基频 | 1-1截面南侧纵向基频 |
2.4.10.0.5 | 34684933 | jsd2-1-1 | 基频 | 2-2截面北侧横向基频 |
2.4.10.0.6 | 34684934 | jsd2-1-2 | 基频 | 2-2截面北侧纵向基频 |
2.4.10.0.7 | 34684935 | jsd2-2-1 | 基频 | 2-2截面南侧横向基频 |
2.4.10.0.8 | 34684936 | jsd2-2-2 | 基频 | 2-2截面南侧纵向基频 |
2.4.10.0.9 | 34684937 | jsd2-3-1 | 基频 | 2-2截面北侧主梁横向基频 |
2.4.10.0.10 | 34684938 | jsd2-3-1 | 基频 | 2-2截面北侧主梁纵向基频 |
2.4.10.0.11 | 34684939 | jsd2-4-1 | 基频 | 2-2截面南侧主梁横向基频 |
2.4.10.0.12 | 34684940 | jsd2-4-2 | 基频 | 2-2截面南侧主梁纵向基频 |
2.4.16.0.1 | 34734081 | jsd2-5-1 | 索力 | 2-2截面北侧索力 |
2.4.16.0.2 | 34734082 | jsd2-6-1 | 索力 | 2-2截面南侧索力 |
2.4.16.0.3 | 34734083 | jsd4-1-1 | 索力 | 4-4截面北侧索力 |
2.4.16.0.4 | 34734084 | jsd4-2-1 | 索力 | 4-4截面南侧索力 |
2.4.16.0.5 | 34734085 | jsd5-1-1 | 索力 | 5-5截面北侧索力 |
2.4.16.0.6 | 34734086 | jsd5-2-1 | 索力 | 5-5截面南侧索力 |
[0102] 监测数据的数据处理过程为:数据的预处理,设定时段内的最大最小值、均值、方差、标准差、变化幅值等;数据的二次预处理:采用常用的数学统计与信号处理方法,进行时域及频域的参数识别;数据的后处理:主要进行监测数据的高级分析,例如实时模态分析、桥梁特征量与环境因素之间的相关性分析、线性回归分析等,分析数据来自动态数据库和已备份的原始数据库。
5. 监测中心的预警及评估系统
预警系统流程如图9所示,系统采用在线监测为主与人工检测相结合的监测模式,评估模块引入层次分析(AHP)理论,通过将结构在线监测、定期监测及人工检测、表观调查等不同类型的数据结合数值分析进行无量纲化处理,最终由变权综合的方式由底层指标逐层综合得到顶层指标,真正实现对桥梁结构的24小时在线自动监测与评估
6. 基于全寿命的系杆拱桥构件预测式检测养护排序
通过建立系杆拱桥的平面分析计算模型,如图10所示,确定体系中的关键位置和构件的强度和刚度,并最终确定桥梁构件检测和养护的最优顺序,包括:
1)由吊杆的危险度排序,见图11(a),可以确定吊杆的维护顺序。
2)由系梁的危险度排序,见图11(b),可以确定系梁的维护顺序。
3)由拱肋的危险度排序,见图11(c),可以确定拱肋的维护顺序。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举,本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式,本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (8)
1.一种城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统,其特征在于:所述系统包括:
在线监测模块,用于管理桥梁建造信息、几何信息、监测信息和分析结果数据,承担着数据的存贮、备份、修改、删除及查询功能;
数据分析及处理模块,用于通过传感器模块对经过预处理的监测数据进行对比、统计分析,列表或图形化显示各种载荷和环境因素作用下的结构状态的变化,形成桥梁的健康档案;
预警评估模块,用于依据设计文件、现场监测数据、相关的规范及标准、以往运营以及管理维护方面的信息,对结构的运营状态进行评价,分析结构的安全性、适用性及耐久性;
决策支持模块,用于对桥梁的运营状态评价、易损性分析,为养护维修提供决策支持;
监测系统控制管理与维护模块,对集群监测系统自身的运行状态进行监控及管理。
2.如权利要求1所述的城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统,其特征在于:所述在线监测模块包括结构监测数据库、数据管理模块和数据分析模块。
3.如权利要求1或2所述的城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统,其特征在于:所述预警评估模块包括结构状态评估模块和结构寿命预测模块。
4.如权利要求1或2所述的城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统,其特征在于:所述在线监测模块、数据分析及处理模块、预警评估模块、决策支持模块以及监测系统控制管理与维护模块之间以系统集群管理平台为中心,以服务器作为后台数据库且通过城市网络和人机交互的方式相互建立通讯和联系。
5.如权利要求4所述的城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统,其特征在于:所述系统集群管理平台以城市VPN网络为平台,通过城市桥梁、城市高架、隧道分布的监测站采集相应数据,建立结构监测数据库,通过数据分析,对结构进行状态评估及寿命预测,并进行系统控制管理与维护的决策支持。
6.如权利要求1或2所述的城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统,其特征在于:所述数据分析及处理模块中,所述传感器模块包括温度传感器、应力传感器、位移传感器、加速度传感器、环境及荷载传感器。
7.如权利要求1或2所述的城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统,其特征在于:所述系统还包括基于全寿命的系杆拱桥构件预测式检测养护排序,用于根据健康监测系统,包括荷载监测数据库、环境监测数据库、桥梁特性监测数据库、各项监测数据报告及系统运行状况报告,进行构件的关键性分析、易损性分析及结构性能分析。
8.如权利要求1或2所述的城市重大交通基础设施集群监测及成套管养系统,其特征在于:定义构成构件的危险度指标Ri为:
Ri=αiCi+βi(1-Si)+γiVi (1)
αi,βj,γi为权重因子,分别表示构件关键性、敏感性和易损性的置信程度[0, 1],通过确立权重因子形成构件的危险度指标。
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