CN103398682A

CN103398682A - 一种桥梁位移监测系统及其监测方法

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Publication number: CN103398682A
Application number: CN2013103435829A
Authority: CN
Inventors: 白植舟; 朱卫; 王冰
Original assignee: NINGBO HAICHUANG TIANXIA INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NINGBO HAICHUANG TIANXIA INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-08-08
Filing date: 2013-08-08
Publication date: 2013-11-20

Abstract

本发明公开了一种桥梁位移监测系统，该系统包括：桥梁位移监测装置、通信装置、数据管理中心和用户端，所述桥梁位移监测装置通过无线电通信模块将监测桥梁的信号传输至通信装置，通信装置通过无线电通信模块将信号传输至数据管理中心，数据管理中心将信号解算后传输至用户端。本发明的有益效果为：利用内置GNSS接收机的测量站和参考站，可以对桥梁的横向位移、纵向位移和垂直位移进行长期实时监测，实现对桥梁结构安全健康的监测和预警，测量站和参考站之间无需通视且实现同步测量，信号通过无线传输，实时提供高精度的三维坐标的特点，节省了人工测试的时间，令桥梁管理上升到自动化、智能化的水平，极大地提高了桥梁安全监测和维护效率。

Description

一种桥梁位移监测系统及其监测方法

技术领域

本发明涉及桥梁结构健康监测技术领域，具体而言，涉及一种桥梁位移监测系统及其监测方法。

背景技术

随着我国社会经济的发展、科学技术的进步以及交通运输的需求，许多不同类型的桥梁应运而生。桥梁往往是交通路线上的枢纽，直接关系到社会公共安全，其服务期限往往长达数十年，甚至上百年，若发生了安全隐患未能及时预警，极端情况下易引发灾难性的事故，给人民生命财产和社会资源造成巨大损失。相应地，《国家中长期科技发展规划纲要》也已将公共安全健康及危险监测等纳入了国家战略发展方向。而随着交通运输量的增大，行车密度、行车速度和车辆载重也越来越大，尤其是推行拖挂运输和集装箱运输后，重型车辆日益增多，这些因素均容易导致桥梁产生过大变形或吊空，影响到车辆行驶的舒适性和稳定性，更会危害桥梁安全。因此，为了保障桥梁的安全性，对于桥梁这类重要的基础设施急需采用高效的技术手段监测和评定其安全状况。监测桥梁变形可以有效反映桥梁结构的工作状况，通过变形监测提供桥梁的健康状况预警，有利于桥梁管理部门及早发现桥梁病害，确定桥梁损伤部位并进行定性和定量分析，为维修养护和管理决策提供依据和指导，另外桥梁管理部门要做到提前预警、防止事故发生是一项需要长期进行的工作，其意义重大。

北斗卫星导航系统是我国自主建设、独立运行，与世界其他卫星导航系统兼容共用的全球卫星导航系统（GNSS），我国完全自主知识产权利用北斗卫星导航系统的GNSS高精度测量技术，该技术已经应用于国防事业中卫星、导弹的测轨等。经进一步转化，可在关系民生的危险预警中发挥重要作用，目前还没有利用该技术对桥梁变形进行监测。桥梁变形监测需要根据桥梁类型、变形特点等因素来确定变形监测内容、监测精度和监测方法。相关技术中桥梁的变形监测方法主要有两大类：一是物理学传感器方法；二是常规的大地测量方法。物理传感器方法只能观测有限的局部变形，常规的大地测量方法，工作量大、效率低、受气候的影响大，并要求监测点与基点通视，难以对桥梁进行实时、精确、无线远距离测量。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种桥梁位移监测系统及其监测方法。

本发明提供了一种桥梁位移监测系统，该系统包括：桥梁位移监测装置、通信装置、数据管理中心和用户端，所述桥梁位移监测装置通过无线电通信模块将监测桥梁的信号传输至通信装置，通信装置通过无线电通信模块将信号传输至数据管理中心，数据管理中心将信号解算后传输至用户端。

进一步的，所述桥梁位移监测装置包括一个固定在桥梁外的参考站和多个安装在桥梁、桥墩的测量站，所述参考站和测量站内均安装有GNSS接收机。

进一步的，所述通信装置包括通信站和通信控制器，通信站通过无线电通信模块接收所述桥梁位移监测装置发送的信号，且连接通信控制器并转发信号至通信控制器。

进一步的，所述数据管理中心包括网关服务器和中心解算服务器，网关服务器通过无线电通信模块接收所述通信控制器传输的信号，且连接中心解算服务器并发送信号至中心解算服务器，中心解算服务器将解算后的数据传输至用户端。

进一步的，所述无线电通信模块包括GPRS无线网络或CDMA无线网络。

进一步的，所述用户端为监控计算机。

本发明还提供了一种桥梁位移监测系统的监测方法，该监测方法包括以下步骤：

步骤101：安装测量站和参考站，测量站和参考站内的GNSS接收机接收来自北斗卫星导航系统监测到的信号，然后通过无线电通信模块将信号传输至通信装置；

步骤102：通信装置内的通信站接收来自测量站和参考站发来的信号，并将该信号转发至通信控制器，通信控制器接收信号后，按照信号时间将接收到的信号拼为一帧数据，并将该数据通过无线电通信模块传送至数据管理中心；

步骤103：数据管理中心内的网关服务器将接收到的数据分发至中心解算服务器，中心解算服务器对接收到的数据进行解算，并将解算后的数据传输至用户端；

步骤104：用户端的计算机接收数据，通过计算机可实时观测被测桥梁的状态。

进一步的，步骤101中，测量站和参考站内的GNSS接收机接收来自卫星导航系统监测到的信号包括载波相位信号和ID号码。

进一步的，步骤103中，数据管理中心内的网关服务器将接收到的数据分发至中心解算服务器，中心解算服务器对接收到的数据进行解算的方法为：中心解算服务器通过载波相位差分技术计算出测量站相对于参考站的经度、纬度、高度在一定的时间段内的三维坐标。

进一步的，步骤104中，用户端的计算机接收数据后，实时显示监测点的位移-时程曲线，并演示三维桥梁的位移实时动态图；当超过桥梁结构的安全健康阙值时，计算机即刻发出报警信号。

本发明的有益效果为：本发明可适用于桥梁的施工和运营期，基于北斗卫星导航系统的GNSS高精度测量技术，利用安装在桥体上内置GNSS接收机的测量站和参考站，可以对桥梁的横向位移、纵向位移和垂直位移进行长期实时监测，实现对桥梁结构安全健康的监测和预警，测量站和参考站之间无需通视且实现同步测量，信号通过无线传输，实时提供高精度的三维坐标的特点，因此能节省大量人工测试所需的时间，令桥梁管理上升到自动化、智能化的水平，从而极大地提高桥梁安全监测和维护效率。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种桥梁位移监测系统的结构框图；

图2为本发明实施例所述的一种桥梁位移监测系统的监测方法的流程图。

图中，

1、桥梁位移监测装置；2、测量站；3、GNSS接收机；4、通信装置；5、数据管理中心；6、用户端；7、中心解算服务器；8、网关服务器；9、通信控制器；10、通信站；11、参考站。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

实施例1，如图1所示，本发明实施例所述的一种桥梁位移监测系统，该系统包括：桥梁位移监测装置1、通信装置4、数据管理中心5和用户端6，所述桥梁位移监测装置通过无线电通信模块将监测桥梁的信号传输至通信装置，通信装置通过无线电通信模块将信号传输至数据管理中心，数据管理中心将信号解算后传输至用户端。

本发明可适用于桥梁的施工和运营期，基于北斗卫星导航系统的GNSS高精度测量技术，利用安装在桥体上内置GNSS接收机的测量站和参考站，可以对桥梁的横向位移、纵向位移和垂直位移进行长期实时监测，实现对桥梁结构安全健康的监测和预警，测量站和参考站之间无需通视且实现同步测量，信号通过无线传输，实时提供高精度的三维坐标的特点，因此能节省大量人工测试所需的时间，令桥梁管理上升到自动化、智能化的水平，从而极大地提高桥梁安全监测和维护效率。

进一步的，所述桥梁位移监测装置包括一个固定在桥梁外的参考站11和多个安装在桥梁、桥墩的测量站2，所述参考站和测量站内均安装有GNSS接收机3。在桥外固定一个参考站，在桥上固定多个位移监测的测量站，参考站和测量站内均安装有GNSS接收机，GNSS接收机是接收（或者兼容接收）中国北斗卫星导航系统的全球卫星导航系统固件，使用北斗卫星导航系统中的开放服务卫星信号，通过利用北斗卫星导航系统可以在亚太地区获得更加精确的定位。北斗系统在亚太的应用效果远远优于GPS（全球定位系统），接收机在高遮挡地区抗干扰能力显著增强，通过利用北斗卫星导航系统可以获得更加精确的定位，该系统具有高精度的三维定位能力，为监测各种工程变形提供了极为有效的手段。正因为它具有高精度、高效益、全天候、远距离等优点，所以该系统应用前景巨大。

进一步的，所述通信装置包括通信站10和通信控制器9，通信站通过无线电通信模块接收所述桥梁位移监测装置发送的信号，且连接通信控制器并转发信号至通信控制器。通信控制器接收各测量站及参考站信息，按照接收的顺序将接收的信息拼为一帧数据，该帧数据以1Hz的速率通过GPRS或CDMA无线网络或本地Internet发送至数据管理中心。

进一步的，所述数据管理中心包括网关服务器8和中心解算服务器7，网关服务器通过无线电通信模块接收所述通信控制器传输的信号，且连接中心解算服务器并发送信号至中心解算服务器，中心解算服务器将解算后的数据传输至用户端。进一步的，所述无线电通信模块包括GPRS无线网络或CDMA无线网络。CDMA (Code Division Multiple Access)，是扩频通信技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。进一步的，所述用户端为监控计算机。

实施例2，如图2所示，本发明还提供了一种桥梁位移监测系统的监测方法，该监测方法包括以下步骤：

进一步的，步骤103中，数据管理中心内的网关服务器将接收到的数据分发至中心解算服务器，中心解算服务器对接收到的数据进行解算的方法为：中心解算服务器通过载波相位差分技术计算出测量站相对于参考站的经度、纬度、高度在一定的时间段内的三维坐标。中心解算服务器通过网关服务器分发收到的载波相位信息，经过载波相位差分技术核心算法解算出各测量站相对于基准站的经度、纬度、高度信息△E\△N\△H和当前年月日时分秒，并将解算后的数据传输至用户端。

载波相位差分定位技术是在基准站上安置一台接收机，对卫星进行连续观测，并通过无线电传输设备实时地将观测数据及测站坐标信息传送给用户站；用户站在接收卫星信号的同时通过无线接收设备接收基准站信息，根据相对定位原理实时处理数据并以厘米级精度给出用户端的三维坐标。载波相位差分定位技术可分为修正法和求差法：前者将载波相位的修正量发送给用户站，对用户站的载波相位进行改正实现定位；后者将基准站的载波相位发送给用户，由用户端将观测值求差进行坐标解算。

进一步的，步骤104中，用户端的计算机接收数据后，实时显示监测点的位移-时程曲线，并演示三维桥梁的位移实时动态图；当超过桥梁结构的安全健康阙值时，计算机即刻发出报警信号。为了给用户端以简洁直观的印象，便于用户及时掌握桥梁的变形情况，演示系统直接分析传入数据，显示测点的位移-时程曲线，并在整个监测系统的客户计算机端成立三维桥梁位移实时动态演示。当超过桥梁结构的安全健康阙值时，即刻发出报警信号。

本发明的桥梁位移监测系统，采用基于北斗卫星导航系统的GNSS高精度测量技术，在亚太地区应用效果更加明显，接收机在高遮挡地区抗干扰能力显著增强，通过利用北斗卫星导航系统可以获得更加精确的定位，实现无线超距离和同步实时进行超长度范围内（数十公里）桥梁结构位移的高精度健康监测，使用方便，操作便利。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种桥梁位移监测系统，其特征在于，该系统包括：桥梁位移监测装置（1）、通信装置（4）、数据管理中心（5）和用户端（6），所述桥梁位移监测装置通过无线电通信模块将监测桥梁的信号传输至通信装置，通信装置通过无线电通信模块将信号传输至数据管理中心，数据管理中心将信号解算后传输至用户端。

2.根据权利要求1所述的桥梁位移监测系统，其特征在于，所述桥梁位移监测装置包括一个固定在桥梁外的参考站（11）和多个固定在桥梁/桥墩的测量站（2），所述参考站和测量站内均安装有GNSS接收机（3）。

3.根据权利要求2所述的桥梁位移监测系统，其特征在于，所述通信装置包括通信站（10）和通信控制器（9），通信站通过无线电通信模块接收所述桥梁位移监测装置发送的信号，且连接通信控制器并转发信号至通信控制器。

4.根据权利要求3所述的桥梁位移监测系统，其特征在于，所述数据管理中心包括网关服务器（8）和中心解算服务器（7），网关服务器通过无线电通信模块接收所述通信控制器传输的信号，且连接中心解算服务器并发送信号至中心解算服务器，中心解算服务器将解算后的数据传输至用户端。

5.根据权利要求4所述的桥梁位移监测系统，其特征在于，所述无线电通信模块包括GPRS无线网络或CDMA无线网络。

6.根据权利要求5所述的桥梁位移监测系统，其特征在于，所述用户端为监控计算机。

7.一种桥梁位移监测系统的监测方法，其特征在于，该监测方法包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的桥梁位移监测系统的监测方法，其特征在于：步骤101中，测量站和参考站内的GNSS接收机接收来自卫星导航系统监测到的信号包括载波相位信号和ID号码。

9.根据权利要求7所述的桥梁位移监测系统的监测方法，其特征在于：步骤103中，数据管理中心内的网关服务器将接收到的数据分发至中心解算服务器，中心解算服务器对接收到的数据进行解算的方法为：中心解算服务器通过载波相位差分技术计算出测量站相对于参考站的经度、纬度、高度在一定的时间段内的三维坐标。

10.根据权利要求7所述的桥梁位移监测系统的监测方法，其特征在于：步骤104中，用户端的计算机接收数据后，实时显示监测点的位移-时程曲线，并演示三维桥梁的位移实时动态图；当超过桥梁结构的安全健康阙值时，计算机即刻发出报警信号。