CN103200226A - 一种基于无线传感的桥梁位移在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于无线传感的桥梁位移在线监测系统，包括位移传感器、远程监测单元、无线网关节点、监控主机，其中，位移传感器安装在桥梁、桥墩的监控点，采集桥梁位移信息，将其转变为相应的电信号送至所属远程监测单元；远程监测单元获取所监控的各监控点处的位移信息，并将远程监测单元自身状态和桥梁位移信息传至无线网关节点，同时接收来自无线网关节点的下行信息；无线网关节点通过公用/专用的有线或无线网络与监控主机互联，监控主机对接收到的各种信息数据进行分析、处理、存储。本发明具有布设方便、配置灵活、抗干扰能力强、稳定性好等优势，并可实现数十甚至数百公里高架桥梁的结构安全健康监测。
Description
技术领域
本发明属于高速铁路安全防灾监控技术领域，且特别是有关于一种在线桥梁位移监测系统。
背景技术
我国高速铁路的快速发展世界瞩目，现代铁路的高速度、高密度连续运营等特点对安全工作提出了更严格的要求。维持轨道的高平顺性、高稳定性，是高铁运行的重中之重。列车高速运行，轨面上微小的不平顺，都可能引起列车的强烈振动，使得平稳、舒适、安全性降低，甚至恶化。轨道的平顺性依靠路基的高稳定性和均匀性，同时对于高铁高架桥的结构特点，也依靠其桥梁支点的稳定性。
高速行驶的车辆对桥梁的动力作用大于普通铁路桥梁，因此对行车安全提出了更高的要求。由于桥梁建筑工程受力的需要，桥梁的各个支点往往采用不同的固定方式，即预留某些支点可做上下、左右的弹性浮动。桥梁连接点一般有4类支点：固定支点、横纵向可运动支点、横向可运动支点、轴向可移动支点。
车辆高速通过时对支点的挤压和振动而产生桥梁支点的变形和吊空，或者桥梁和桥墩之间相对位移（如地表沉降）造成的桥梁变形和吊空，会影响车辆行驶的稳定性，更会危害桥梁安全，现代高铁的安全要求对桥梁的位移、变形已苛求到了毫米量级。因此需对桥梁的高稳定性进行长期动态监测做到提前预警防止事故发生。
桥梁变形监测主要根据桥梁结构类型、设计要求和用途以及处于施工期监测还是运营期长期监测来确定监测内容、监测精度和监测方法。现有的各种测量和监控设备的监测大多采用人工间歇收集信息的方式，信息的准确性、实时性差，不适于高速铁路的要求。此外绵延数百公里甚至上千公里的高铁线路需要数量巨大的传感器，传感器的供电、通信和定位都存在极大的困难。因此目前传统的桥梁监测系统无法形成对高铁高架桥梁线路位移、变形的全局和动态性安全健康监测，从而难以为高速铁路的健康运行提供科学的决策依据。
发明内容
本发明目的在于提供一种采用无线传感技术，实现远程、实时在线监测桥梁位移的系统。
为达成上述目的，本发明提出一种基于无线传感的桥梁位移在线监测系统，包括位移传感器、远程监测单元、无线网关节点、监控主机。其中，位移传感器安装在桥梁、桥墩的监控点，采集桥梁位移信息，将其转变为相应的电信号送至所属远程监测单元；远程监测单元获取所监控的各监控点处的位移信息，并将远程监测单元自身状态和桥梁位移信息传至无线网关节点，同时接收来自无线网关节点的下行信息；无线网关节点通过公用/专用的有线或无线网络与监控主机互联，监控主机对接收到的各种信息数据进行分析、处理、存储，并可将预报警信息经由网络分发至相关负责人员。
进一步，其中远程监测单元包括远端节点电源模块、远端节点电源防雷模块、信号防雷模块、数据采集处理模块、远端节点通讯模块以及密封防护机箱，远端节点电源模块、远端节点电源防雷模块、信号防雷模块、数据采集处理模块、远端节点通讯模块设置在密封防护机箱内，远端节点电源模块对数据采集处理模块和远端节点通讯模块供电，上述位移传感器输出的电信号按顺序接入，经由信号防雷模块处理后，进入数据采集处理模块，处理的数据输入远端节点通讯模块后，便可按相应的通信协议远程与无线网关节点设备进行通讯。
进一步，其中无线网关节点包含网关通讯模块、网关电源防雷模块以及网关电源模块，网关电源模块对网关通讯模块进行供电。无线网关节点负责管理控制一个或多个远程监测单元，具有与其他无线网关节点通信功能，可接入公用或专用的有线或无线网络，将远程监测单元的数据经网络传送至监控主机。
进一步，其中所涉及的位移传感器，可以是电感式、电容式、光电式、超声波式和霍尔式位移传感器，精度在毫米或亚毫米量级，量程数毫米至数十毫米。
进一步，其中远程监测单元和无线网关节点有市电和太阳能供电系统供电两种方式可选。
进一步，其中太阳能供电系统采用太阳能板和蓄电池组合的浮充供电，太阳能供电系统包括太阳能阵、太阳能控制器、负载和蓄电池，且太阳能阵采用单晶硅板，同时需要考虑和蓄电池组的容量相互匹配，保证太阳能阵可以完全给蓄电池组充满电。
本发明的有益效果：本桥梁位移监控系统能全天候，长时间的监控高速铁路桥梁的位移情况，与传统传感技术相比，具有布设方便、配置灵活、抗干扰能力强、稳定性好等优势，并可实现目前传统方式无法实现的超长距离（数十甚至数百公里）高架桥梁的结构安全健康监测。
附图说明
图1为本发明实施例的在线桥梁位移监测系统的结构框图。
图2为图1中远程监测单元的结构框图。
图3为图1中无线网关节点的结构框图。
图4为图1中太阳能供电系统的结构框图。
标号说明:A、桥梁 B、桥墩 1、位移传感器 2、远程监测单元 3、无线网关节点 4、通信网络 5、监控主机 6、太阳能供电系统 7、太阳能硅板 8、太阳能控制器 9、负载 10、胶体蓄电池
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
如图1所示，本发明提出的基于无线传感的桥梁位移监控系统装置包括：位移传感器1、远程监测单元2、无线网关节点3、监控主机5和太阳能供电系统6。根据桥梁结构监测需求，结合现场空间，将位移传感器1（包括横向、纵向、垂直位移传感器或其组合）借助固定装置和辅助装置安装在桥梁A的监控点。上述位移传感器1采集桥梁位移信息，将其转变为相应的电信号送至所属远程监测单元2。远程监测单元2获取所监控各点处的位移信息，将位移信息传至无线网关节点3，并接受来自无线网关节点3的下行信息。无线网关节点3通过公用/专用的有线或无线网络4，与监控主机5互联。监控主机5对接收到的数据进行分析、处理、存储，并可将预报警信息经由公用或专用网络分发至相关负责人员。
本发明所涉及的位移传感器1，可以是电感式、电容式、光电式、超声波式和霍尔式位移传感器，精度在毫米或亚毫米量级，量程数毫米至数十毫米。上述位移传感器采集桥梁位移信息，将其转变为相应的电信号送至所属远程监测单元。根据现场勘探，确定监测参量，配备桥梁自动化监测所需的相应测试传感器。位移传感器借助固定装置和辅助装置安装在所需的监测点上。
本发明所涉及的远程监测单元图2所示，远程监测单元包括远端节点电源模块、远端节点电源防雷模块、信号防雷模块、数据采集处理模块、远端节点通讯模块以及密封防护机箱，远端节点电源模块、远端节点电源防雷模块、信号防雷模块、数据采集处理模块、远端节点通讯模块设置在密封防护机箱内，远端节点电源模块对数据采集处理模块和远端节点通讯模块供电，上述位移传感器输出的电信号按顺序接入，经由防雷模块处理后，进入数据采集处理模块，处理的数据输入远端节点通讯模块后，便可按相应的通信协议远程与无线网关节点设备进行通讯。远程监测单元的供电有两种方式：就近引入市电、太阳能供电系统供电。进一步，远程监测单元还包括电源防雷模块，设置在外部供电系统（市电、太阳能供电系统）和电源模块之间。
本发明所涉及的无线网关节点如图3所示，无线网关节点包含网关电源模块、网关电源防雷模块以及网关通讯模块，网关电源模块对网关通讯模块进行供电。无线网关节点负责管理控制一个或多个远程监测单元，具有与其他无线网关节点通信功能，可接入公用或专用的有线或无线网络，将远程监测单元的数据经网络传送至监控主机。
本发明所涉及的太阳能供电系统如图4所示，采用太阳能板和蓄电池组合的浮充供电，系统由太阳能阵、太阳能控制器、负载和蓄电池等组成，太阳能阵采用单晶硅板，同时需要考虑和蓄电池组的容量相互匹配，保证太阳能阵可以完全给蓄电池组充满电。
本发明所涉及的监控主机的硬件配置和网络接口满足监控和运行环境需求，监控主机上的监控软件是信息管理及分析软件，主要用于实时监测桥梁参数并进行监测资料分析，具体包括单点或多点数据显示、浏览过程线及图形绘制等功能界面。利用安装的监控软件全天候实时采集并分析数据，对超过阈值的数据记录节点发出相应等级的预警警报，并可通过短信模式同步发送给相关负责人。软件还可以存储并导出以往的数据，让管理人员通过对数据的分析比较后采取相应的措施，并将此次操作时间和操作内容发送到桥梁支点吊空管理系统中备查。当各节点数据监测设备如果遇到运行不正常，无线通讯模块发生故障，供电系统出现损坏或自然使用寿命终结，软件系统都会及时给予相关节点信息的提示。
综上所述，本发明适用于桥梁的建设、运营及维护，利用安装在桥梁和桥墩上的位移传感器，可以对桥梁的横向位移、纵向位移和垂直位移进行实时测量，实现对整个桥梁结构的健康状态监测。通过采用无线传感技术、太阳能供电和分布式组网，本桥梁位移监控系统能全天候，长时间的监控高速铁路桥梁的位移情况，与传统传感技术相比，具有布设方便、配置灵活、抗干扰能力强、稳定性好等优势，并可实现目前传统方式无法实现的超长距离（数十甚至数百公里）高架桥梁的结构安全健康监测。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (7)
1.一种基于无线传感的桥梁位移在线监测系统，其特征在于，包括：包括位移传感器、远程监测单元、无线网关节点、监控主机，其中，位移传感器安装在桥梁、桥墩的监控点，采集桥梁位移信息，将其转变为相应的电信号送至所属远程监测单元；远程监测单元获取所监控的各监控点处的位移信息，并将远程监测单元自身状态和桥梁位移信息传至无线网关节点，同时接收来自无线网关节点的下行信息；无线网关节点通过公用/专用的有线或无线网络与监控主机互联，监控主机对接收到的各种信息数据进行分析、处理、存储，并可将预报警信息经由网络分发至相关负责人员。
2.根据权利要求1所述的基于无线传感的桥梁位移在线监测系统，其特征在于，其中远程监测单元包括远端节点电源模块、远端节点电源防雷模块、信号防雷模块、数据采集处理模块、远端节点通讯模块以及密封防护机箱，远端节点电源模块、远端节点电源防雷模块、信号防雷模块、数据采集处理模块、远端节点通讯模块设置在密封防护机箱内，远端节点电源模块对数据采集处理模块和远端节点通讯模块供电，上述位移传感器输出的电信号按顺序接入，经由信号防雷模块处理后，进入数据采集处理模块，处理的数据输入远端节点通讯模块后，便可按相应的通信协议远程与无线网关节点设备进行通讯。
3.根据权利要求1所述的基于无线传感的桥梁位移在线监测系统，其特征在于，其中无线网关节点包含网关电源模块、网关电源防雷模块以及网关通讯模块，网关电源模块对网关通讯模块进行供电，无线网关节点管理控制一个或多个远程监测单元构成的无线传感网络，将远程监测单元的数据经网络传送至监控主机。
4.根据权利要求1所述的基于无线传感的桥梁位移在线监测系统，其特征在于，其中位移传感器可以是电感式、电容式、光电式、超声波式和霍尔式位移传感器。
5.根据权利要求1所述的基于无线传感的桥梁位移在线监测系统，其特征在于，其中远程监测单元和无线网关节点有市电和太阳能供电系统供电两种方式。
6.根据权利要求5所述的基于无线传感的桥梁位移在线监测系统，其特征在于，其中太阳能供电系统采用太阳能板和蓄电池组合的浮充供电，太阳能供电系统包括太阳能阵、太阳能控制器、负载和蓄电池，且太阳能阵采用单晶硅板。
7.根据权利要求1所述的基于无线传感的桥梁位移在线监测系统，其特征在于，监控主机不仅分析桥梁的位移状况和健康状态；同时负责监测各节点设备、供电系统运行状态。
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