CN103743316A - 弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统，包括用于检测墩梁之间的相对位移并将其转换为数字信号的第一墩梁位移检测装置、用于对第一墩梁位移检测装置得到的墩梁之间的相对位移进行辅助验证的第二墩梁位移检测装置、用于采集图像的图像采集装置、用于感测温度值的温度传感器、用于暂存第一墩梁位移检测装置所得到的数字信号、图像采集装置所采集得到的图像以及温度传感器所感测到的温度值、将信号传输至远程监控中心的信号处理器。上述弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统可实现对墩梁相对位移进行实时自动监测、对伸缩缝的位移情况和对支座滑移状态进行人工判读、并实现对第一墩梁位移检测装置所采集得到数据的验证功能。

Description

弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统

技术领域

本发明涉及一种桥梁墩梁位移监测领域，特别涉及一种弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统。

背景技术

对运营期间大量弯桥、坡桥（统称弯坡桥）的调查表明，弯坡桥的墩、梁、支座以及伸缩缝会出现相互关联的病害，如：梁体与墩柱之间会产生异常位移，主要表现为：支座产生超限滑移、破坏、甚至失效；墩柱异常偏移，严重时地面以上一定高度范围内混凝土出现环向裂缝；梁体出现异常滑移至伸缩缝宽度超限或抵死，弯桥伸缩缝出现横向错位；部位弯坡桥外侧防震挡块因推挤而开裂、破损。这些病害的出现极大的威胁桥梁结构安全，必须及时发现、及时处治。

相关规范规定，桥梁必须定期检查，但由于各种原因，定期检查的质量参差不齐，类似病害不能得到及时发现，且当发现时病害往往已经非常严重，甚至成为危桥。山区公路因受地形限制，桥梁结构所占比例较大，在交通主干道和高速公路上占比更大，不但桥梁数量多，弯坡桥也非常普遍，桥梁安全变得尤为重要。为了避免因此类病害发现不及时而导致运营桥梁安全事故的发生，对弯坡桥墩梁位移的实时监测变得尤为迫切。

针对此病害，目前主要通过人工手段进行检测，以及位移传感器方式进行监测。人工检测方法存在费事、耗力、费用高、工期长、影响交通、且需要专业人员进行现场测量等种种弊端；而位移传感器方式均是对单一部位进行监测，监测数据不够全面。鉴于以上检测手段的弊端，本发明设计了一种弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统，其可自动的对弯坡桥墩梁位移进行实时监测。

本发明所提供的一种弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统，用于监测测弯坡桥墩梁之间的相对位移、用于对伸缩缝位移情况和支座滑移状况进行人工判读、用于对第一墩梁位移检测装置所采集得到的墩梁相对位移值进行辅助验证，所述弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统包括：

第一墩梁位移检测装置，连接于左横梁或右横梁与对应的墩之间，用于检测墩梁之间的相对位移，并将其转换为对应的数字信号；

第二墩梁位移检测装置，连接于左横梁或右横梁与对应的墩之间，用于对第一墩梁位移检测装置测量得到的墩梁之间的相对位移进行辅助验证；

图像采集装置，用于采集第二墩梁位移检测装置的图像；

温度传感器，邻近于第一墩梁位移检测装置设置，所述温度传感器用于感测温度值；

处理器，用于接收第一墩梁位移检测装置所得到的数字信号、图像采集装置所采集得到的图像以及温度传感器所感测到的温度值；

信号传输装置，与处理器相连；

电源，与第一墩梁位移检测装置、图像采集装置、温度传感器、处理器及信号传输装置相连，以为所述第一墩梁位移检测装置、图像采集装置、温度传感器、处理器及信号传输装置提供工作电源；以及

远程监测平台，用于通过信号传输装置接收来自处理器的数字信号、图像及温度值。

进一步的，所述桥墩梁位移实时自动监测系统还包括伸缩缝检测装置，所述伸缩缝检测装置连接于左横梁及对应的右横梁之间，用于测量伸缩缝之间的相对位移；所述图像采集装置还用于采集伸缩缝检测装置的图像，所述处理器还用于接收所采集到的伸缩缝检测装置的图像，所述信号采集装置还用于将伸缩缝检测装置的图像传输至远程监测中心。

其中，所述第一墩梁位移检测装置包括位移牵引杆、位移尺及可变电阻滑轨，所述牵引杆的一端通过固定装置固定连接于左横梁或右横梁上，另一端与位移尺相连；所述可变电阻滑轨固定安装于对应的墩上，且所述位移尺可在可变电阻滑轨上滑动。

其中，所述第二墩梁位移检测装置包括第一测量尺及第一指针，所述第一测量尺的一端通过固定支座固定安装于左横梁或右横梁上，且所述第一测量尺的另一端朝向对应的右横梁或者左横梁，所述第一指针通过固定支座固定安装于对应的墩上，且所述第一指针在与第一测量尺相垂直的方向上与第一测量尺之间具有间距。

其中，所述伸缩缝检测装置包括第二测量尺及第二指针，所述第二测量尺的一端通过固定支座固定安装于右横梁或左横梁上，另一端朝向对应的左横梁或右横梁，所述第二指针通过固定支座固定安装于对应的左横梁或者右横梁上，且所述第二指针在于第二测量尺相垂直的方向上与第二测量尺之间具有间距。

其中，所述图像采集装置包括高清摄像头及安装支架，所述高清摄像头通过安装支架安装于第二墩梁位移检测装置的前方，且所述高清摄像头的视角范围包括第二墩梁位移检测装置及与左横梁或右横梁对应的桥梁支座。

其中，所述图像采集装置包括高清摄像头及安装支架，所述高清摄像头通过安装支架安装于第二墩梁位移检测装置及伸缩缝检测装置的前方，且所述高清摄像头的视角范围包括第一及第二测量尺、第一及第二指针及与左横梁或右横梁对应的桥梁支座。

其中，所述安装支架包括底座、竖安装板和横安装板，所述竖安装板垂直连接于底座上，所述横安装板垂直连接于竖安装板上；且所述竖安装板上沿垂直于底座的方向开设有长条状开槽，所述横安装板上沿垂直于竖安装板的方向开设有两个相互平行的长条状开槽。

其中，所述信号传输装置为无线传输模块。

进一步的，所述信号传输装置为移动无线模块。

上述弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统通过第一墩梁位移检测装置实时监测墩梁相对位移，且由第二墩梁位移检测装置对第一墩梁位移检测装置所采集的数据进行辅助验证，并通过处理器及信号传输装置传输至监测平台，以供工作人员查看。同时，所述弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统还通过伸缩缝检测装置同步测量伸缩缝的尺寸，并通过图像采集装置采集伸缩缝检测装置的图像，之后通过处理器及信号传输装置传输至监测平台以人工判读。另外，本发明中，所述信号装置采用移动无线模块，其可通过现有的通讯网络将信号远程传输至监测平台，更加方便。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是本发明弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统的较佳实施例的原理方框图。

图2是图1中第一墩梁位移检测装置的结构示意图。

图3是桥梁的部分结构示意图。

图4是图1中第二墩梁位移检测装置的结构示意图。

图5是图1中伸缩缝检测装置的结构示意图。

图6是图1中第二墩梁位移检测装置、伸缩缝检测装置及图像采集装置的位置示意图。

图7是图1中图像采集装置的安装支架的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解的是，虽然此处可以使用“第一”、“第二”等术语来描述各种元件，但是这些元件不应当由这些术语所限制。这些术语仅用来区分一个元件和另一个元件。因此，下文所讨论的“第一”元件也可以被称为“第二”元件而不偏离本发明的教导。应当理解的是，当提及一元件“连接”或者“联接”到另一元件时，其可以直接地连接或直接地联接到另一元件或者也可以存在中间元件。相反地，当提及一元件“直接地连接”或“直接地联接”到另一元件时，则不存在中间元件。

在此使用的术语仅仅用于描述具体的实施方式的目的而无意作为对本发明的限定。如此处所使用的，除非上下文另外清楚地指出，则单数形式意图也包括复数形式。

应当进一步理解的是，当在本说明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，这些术语指明了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但是也不排除一个以上其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在和/或附加。

请参见图1，图1是本发明一种弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统的硬件架构图，所述弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统的较佳实施方式包括第一墩梁位移检测装置1、第二墩梁位移检测装置2、伸缩缝检测装置3、温度传感器5、处理器6、图像采集装置7、信号传输装置8、电源9及远程监测平台100，其中所述第一墩梁位移检测装置1、第二墩梁位移检测装置2、伸缩缝检测装置3、温度传感器5、处理器6、图像采集装置7、信号传输装置8及电源9均设置于需要监测的弯坡桥梁上。

具体的，所述第一墩梁位移检测装置1及第二墩梁位移检测装置2均设置于左横梁或右横梁与对应的墩之间，所述伸缩缝检测装置3设置于左横梁与对应的右横梁之间，所述温度传感器5邻近第一墩梁位移检测装置1设置。所述第一墩梁位移检测装置1用于检测左横梁或右横梁与对应的墩之间的相对位移（下文记为墩梁之间的相对位移），并将其传输至处理器6；所述第二墩梁位移检测装置2用于测量墩梁之间的相对位移，所述伸缩缝检测装置3用于测量左横梁和对应的右横梁之间的相对位移（下文记为伸缩缝的尺寸），所述图像采集装置7用于采集第二墩梁位移检测装置2及伸缩缝检测装置3的图像，并将其传输至处理器6；所述温度传感器5用于检测桥梁周围环境的温度值。所述信号传输装置8用于将第一墩梁位移检测装置1所感测得到的信号、温度传感器5所得到的信号以及图像采集装置7采集得到的第二墩梁位移检测装置2及伸缩缝检测装置3的图像传输至远程监测平台100，由检测人员对接收的数据进行分析处理。所述电源9用于为整个监测系统提供工作电源。

本实施方式中，所述电源9可采用220V市电与稳压电源模块，以为整个监测系统提供12V及5V直流电源。当然，若无法使用220V市电时，亦可采用太阳能板和蓄电池进行供电，比如采用18V/50W的单晶硅太阳能板及12V/8A的蓄电池，以为整个监测系统提供12V及5V直流电源。

具体来讲，请参考图2所示，图2为第一墩梁位移检测装置1的结构示意图。所述第一墩梁位移检测装置1包括位移牵引杆10、位移尺12及可变电阻滑轨16，所述牵引杆10的一端通过固定装置固定连接于左横梁200上（请参图3所示，当然其他实施方式中所述牵引杆10的一端亦可固定连接于右横梁上，其可根据实际需要测量的尺寸进行选择），另一端与位移尺12相连。所述可变电阻滑轨16固定安装于与左横梁200对应的墩300上，且所述位移尺12可在可变电阻滑轨16上滑动。使用时，所述可变电阻滑轨16连接稳态直流电压，允许流过微安培的小电流，位移尺12和可变电阻滑轨16的始端之间的电压与位移尺12移动的长度成正比。当桥梁的左横梁200和墩300之间发生相对位移（即墩梁之间发生相对位移）时，所述位移尺12与可变电阻滑轨16之间的相对位置会发生改变，通过检测位移尺12与传感器滑轨16的始端之间的电压即可得知位移尺12在可变电阻滑轨16上的相对位移量，进而得知墩梁之间的相对位移。

所述温度传感器5安装于第一墩梁位移检测装置1附近，用于感测桥梁附近的环境的温度。本实施方式中，所述温度传感器5采用+5V直流电源供电，可测量范围为-25～125摄氏度，测量精度为0.1摄氏度。

请继续参考图4所示，图4为第二墩梁位移检测装置2的结构示意图。本实施方式中，所述第二墩梁位移检测装置2包括第一测量尺20及第一指针22。

所述第一测量尺20的一端通过固定支座固定安装于左横梁200上，且所述第一测量尺20的另一端朝向右横梁600（请参图3所示，当然，其他实施方式中，所述第一测量尺20的一端亦可固定在右横梁上，其另一端则朝向左横梁），所述第一指针22通过固定支座固定安装于对应的墩300上，且所述第一指针22在与第一测量尺20相垂直的方向上与第一测量尺20之间具有一定的间距。由于第一测量尺20的一端固定在左横梁200上且第一指针22固定在墩300上，因此当左横梁200与墩300之间产生相对位移时，所述第一指针22所指向的第一测量尺20上的位置会发生变化。

请继续参考图5所示，图5为伸缩缝检测装置3的结构示意图。所述伸缩缝检测装置3包括第二测量尺30及第二指针33。

所述第二测量尺30的一端通过固定支座固定安装于右横梁600上，另一端朝向左横梁200，所述第二指针33通过固定支座固定安装于左横梁200上，且所述第二指针33在于第二测量尺30相垂直的方向上与第二测量尺30之间具有一定的间距。由于所述第二测量尺30的一端固定在右横梁600上且第二指针33固定在左横梁200上，因此当左横梁200与右横梁600之间发生相对位移时（即伸缩缝发生相对位移时），所述第二指针33指向第二测量尺30上的位置会发生变化。上述左右横梁之间的距离被称之为伸缩缝的尺寸。当然，其他实施方式中，所述第二测量尺30的一端亦可固定于左横梁200上，所述第二指针33则固定安装于墩300上。

请一并参考图6及图7所示，所述图像采集装置7包括高清摄像头及安装支架，所述高清摄像头通过安装支架安装于第二墩梁位移检测装置2及伸缩缝检测装置3的前方。具体来讲，所述安装支架包括底座72、竖安装板75和横安装板77，所述竖安装板75垂直连接于底座72上，所述横安装板77垂直连接于竖安装板75上。而且，所述竖安装板75上沿垂直于底座72的方向开设有长条状开槽，所述横安装板77上沿垂直于竖安装板75的方向开设有两个相互平行的长条状开槽。通过螺栓卡固于竖安装板75与横安装板77上对应的开槽内即可将高清摄像头固定于安装支架上，且可自由调节高清摄像头的位置。本实施方式中，所述高清摄像头的拍摄范围必须能拍摄到第一指针22、第二指针33、第一测量尺、第二测量尺及与左横梁、右横梁对应的桥梁支座800（请参图6所示）。

从上面的描述可以看出，本发明中，通过所述第一墩梁位移检测装置1、第二墩梁位移检测装置2及图像采集装置7对墩梁之间的相对位移进行了双重确认，以确保了检测结果的精确。另外，所述图像采集装置7还用于采集对应的桥梁支座，以通过人工判读桥梁支座的滑移情况。

同时，所述监测平台100内还存储有若干数据值，即若干组温度值及墩梁位移值，其中每一温度值对应一墩梁位移值。当所述处理器6将来自温度传感器5及第一墩梁位移检测装置1所检测到的数据远程传送至监测平台100之后，所述监测平台100可将其与存储的标准值进行比较，以判断此时桥梁是否处于正常状态。若所述监测平台100判断桥梁此时处于非正常状态，则还同时发送预警信息至客户端（比如指定的手机），以提醒工作人员立刻采取安全措施。

同时，所述远程监测平台100还将所有由信号传输装置8所传来的数据进行存储，以方便后续工作人员对其进行分析及整理。

本实施方式中，所述信号传输装置8为无线传输模块，其可通过无线方式将处理器处理之后的信号传输至监测平台100或者客户端。具体的，所述信号传输装置8为移动无线模块，其可通过现有的通讯网络将信号远程传输至监测平台100或客户端。更为具体的，所述信号传输装置8为SIM900A模块，在配备SIM卡后，该模块可与通讯基站建立连接，实现测量结果与图像数据的远程传输。同时，本实施方式中所述处理器6采用STM32单片机，所述SIM900A模块通过串口与STM32单片机进行通信，在STM32单片机的控制下，可以进行GSM短信收发或者通过GPRS接入Internet网络与远端监测平台100进行数据交互。

本实施方式中，所述STM32单片机可以根据远程监测中心的设置在每天的特定时间启动，定时自动采集位移、温度等关键数据并上传。为了满足临时的数据更新需求，远程监测中心还可以通过短信唤醒STM32单片机，进行数据的采集和上传。同时，远程监测中心还可以通过短信自动识别SIM卡的剩余流量、余额等重要信息，并检测电源的电压，避免因余额不足、电源的电压过低影响系统正常工作。另外，当使用太阳能供电时，为了应对连续的阴雨天气，增加单次充电后的系统运作时间、降低功耗显得尤为重要，所述STM32单片机还设置了休眠和数据唤醒功能，在休眠时自动的切断对耗电单元的供电，最大可能的降低系统功耗。

上述桥墩梁位移实时自动监测系统通过第一墩梁位移检测装置及第二墩梁位移检测装置双重实时检测墩梁之间的相对位移，并通过处理器及信号传输装置传输至监测平台，以供工作人员查看。同时，所述桥墩梁位移实时自动监测系统还通过伸缩缝检测装置同步测量伸缩缝的尺寸，并通过图像采集装置采集伸缩缝检测装置的图像，之后通过处理器及信号传输装置传输至监测平台以供人工判读。另外，本发明中，所述信号装置采用移动无线模块，其可通过现有的通讯网络将信号远程传输至监测平台，更加方便。

Claims (10)

1.一种弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统，用于检测弯坡桥的墩梁之间的相对位移，其特征在于：所述弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统包括：

第一墩梁位移检测装置，连接于左横梁或右横梁与对应的墩之间，用于检测墩梁之间的相对位移，并将其转换为对应的数字信号；

第二墩梁位移检测装置，安装于左横梁或右横梁与对应的墩之间，用于对第一墩梁位移检测装置测量得到的墩梁之间的相对位移进行辅助验证；

图像采集装置，用于采集第二墩梁位移检测装置的图像；

温度传感器，邻近于第一墩梁位移检测装置设置，所述温度传感器用于感测温度值；

处理器，用于接收第一墩梁位移检测装置所得到的数字信号、图像采集装置所采集得到的图像以及温度传感器所感测到的温度值；

电源，与第一墩梁位移检测装置、图像采集装置、温度传感器、处理器及信号传输装置相连，为以上所述第一墩梁位移检测装置、图像采集装置、温度传感器、处理器及信号传输装置提供工作电源；

远程监测平台，用于通过信号传输装置接收来自处理器的数字信号、图像及温度值。

2.如权利要求1所述的弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统，其特征在于：所述弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统还包括伸缩缝位移检测装置，所述伸缩缝位移检测装置连接于左横梁及对应的右横梁之间，用于测量伸缩缝的位移；所述图像采集装置还用于采集伸缩缝位移检测装置的图像，所述处理器还用于将伸缩缝检测装置的图像传输至远程监测平台。

3.如权利要求1所述的弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统，其特征在于：所述第一墩梁位移检测装置包括位移牵引杆、位移尺及可变电阻滑轨，所述牵引杆的一端通过固定装置固定于左横梁或右横梁上，另一端与位移尺相连；所述可变电阻滑轨固定安装于墩上，且所述位移尺可在可变电阻滑轨上滑动。

4.如权利要求1所述的弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统，其特征在于：所述第二墩梁位移检测装置包括第一测量尺及第一指针，所述第一测量尺的一端通过固定支座固定安装于左横梁或右横梁上，且所述第一测量尺的另一端朝向对应的右横梁或左横梁，所述第一指针通过固定支座固定安装于对应的墩上，且所述第一指针在与第一测量尺相垂直的方向上与第一测量尺之间具有间距。

5.如权利要求2所述的弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统，其特征在于：所述伸缩缝检测装置包括第二测量尺及第二指针，所述第二测量尺的一端通过固定支座固定安装于右横梁或左横梁上，另一端朝向对应的左横梁或右横梁，所述第二指针通过固定支座固定安装于左横梁或右横梁上，且所述第二指针在与第二测量尺相垂直的方向上与第二测量尺之间具有间距。

6.如权利要求1所述的弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统，其特征在于：所述图像采集装置包括高清摄像头及安装支架，所述高清摄像头通过安装支架安装于第二墩梁位移检测装置的前方，且所述高清摄像头的视角范围包括第二墩梁位移检测装置及与左横梁或右横梁对应的桥梁支座。

7.如权利要求2所述的弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统，其特征在于：所述图像采集装置包括高清摄像头及安装支架，所述高清摄像头通过安装支架安装于第二墩梁位移检测装置及伸缩缝检测装置的前方，且所述高清摄像头的视角范围包括第一及第二测量尺、第一及第二指针及与左横梁或右横梁对应的桥梁支座。

8.如权利要求7所述的弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统，其特征在于：所述安装支架包括底座、竖安装板和横安装板，所述竖安装板垂直连接于底座上，所述横安装板垂直连接于竖安装板上；且所述竖安装板上沿垂直于底座的方向有长条状开槽，所述横安装板上沿垂直于竖安装板的方向有两个相互平行的长条状开槽。

9.如权利要求1所述的弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统，其特征在于：所述信号传输装置为无线传输模块。

10.如权利要求9所述的弯坡桥墩梁位移实时自动监测系统，其特征在于：所述信号传输装置为移动无线模块。

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