CN105301587A - 一种桥梁形变监测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种桥梁形变检测方法及系统，所述方法包括：接收至少一个雷达传感器以预设时间为周期，周期性发送的桥梁形变的微波回波信号，得到不同时刻的各微波回波信号；根据不同时刻的各微波回波信号，确定每一时刻的桥梁形变量；将每一时刻的桥梁形变量发送至远程管理终端，以使所述远程管理终端实时显示所述桥梁形变量。本发明的桥梁形变检测方法及系统可通过布置多个雷达传感器及形变检测器实现对桥梁形变量的实时检测，具有无需人员值守、全天候、全天时、低成本测量的优点，解决了现有技术中桥梁形变检测系统布设复杂且成本高的技术问题。

Description

一种桥梁形变监测方法及系统

技术领域

本发明涉及工程测量领域，尤其涉及一种桥梁形变监测方法及系统。

背景技术

桥梁形变监测对于掌握桥梁健康程度、确保桥梁安全具有重要意义。目前，桥梁形变监测的常用设备有：常规地面测量设备，GPS桥梁位移检测设备，以及雷达形变测量设备。

其中，常规地面测量设备(如测距仪、经纬仪等)可以提供桥梁整体的变形状态，能适应不同的监测环境，但是现场工作量大，测量精度不高；GPS桥梁位移检测设备自动化程度高，受大气、天气因素影响较小，定位速度快，精度高，但检测成本高、设备复杂；而雷达形变测量设备具有非接触、易布设、无人值守、全天候、全天时、全天时测量的特点，可以达到亚毫米量级测量精度，其难点是检测系统的大批量布设和运行对设备成本和稳健性提出较高要求。

发明内容

基于现有技术的缺陷，本发明提供一种桥梁形变检测方法及系统，以解决现有技术中桥梁形变检测系统布设复杂且成本高的技术问题。

第一方面，本发明提供一种桥梁形变检测方法，包括：

接收至少一个雷达传感器以预设时间为周期，周期性发送的桥梁形变的微波回波信号，得到不同时刻的各微波回波信号；

根据不同时刻的各微波回波信号，确定每一时刻的桥梁形变量；

将每一时刻的桥梁形变量发送至远程管理终端，以使所述远程管理终端实时显示所述桥梁形变量。

可选地，所述根据不同时刻的各微波回波信号，确定每一时刻的桥梁形变量，包括：

根据不同时刻的各微波回波信号，确定不同时刻的各峰值频率；

根据所述不同时刻的各峰值频率，确定不同时刻的各峰值相位；

根据所述不同时刻的各峰值相位，确定每一时刻的桥梁形变量。

可选地，所述根据不同时刻的各微波回波信号，确定不同时刻的各峰值频率，包括：

对所述不同时刻的各微波回波信号做傅立叶变换处理，并基于以下公式确定不同时刻的各峰值频率：

$S\left(f\right)=\sin c\[T(f-K\frac{2R}{c})\]\exp (-j\frac{4\mathrm{\π}R}{\mathrm{\λ}});$

其中，S(f)为不同时刻的各微波回波信号的频域响应函数，f为不同时刻的各微波回波信号的频率，T为每一雷达传感器发射信号的时域宽度，K为每一雷达传感器的发射信号的调频率，R为每一雷达传感器的雷达视线向的距离，c为光速，λ为每一雷达传感器的发射信号的载频的波长。

可选地，所述根据所述不同时刻的各峰值频率，确定不同时刻的各峰值相位，包括：

根据以下公式，确定峰值频率处的峰值相位：

Φ_IF＝angle[S(f_IF)]；

其中，Φ_IF为峰值相位，angle为取相位操作。

可选地，所述根据所述不同时刻的各峰值相位，确定每一时刻的桥梁形变量，包括：

对所述不同时刻的各峰值相位进行去噪处理，确定由桥梁形变引起的各形变相位；

根据所述各形变相位，确定每一时刻的桥梁形变量。

可选地，所述根据所述各形变相位，确定每一时刻的桥梁形变量，包括：

根据所述各形变相位，基于以下公式，确定每一时刻的桥梁形变量：

$\mathrm{\Δ}d=\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}}\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ};$

其中，Δd为桥梁形变量，Δφ为形变相位。

第二方面，本发明提供一种桥梁形变检测系统，包括：

远程管理终端、至少一个雷达传感器和至少一个形变检测器，所述至少一个雷达传感器与至少一个形变检测器一一对应连接，每一形变检测器均与所述远程管理终端连接；

每一雷达传感器以预设时间为周期，周期性得到桥梁形变的微波回波信号，并将所述微波回波信号发送至对应连接的形变检测器；

每一形变检测器根据接收的所述微波回波信号，确定桥梁形变量，并将所述桥梁形变量发送至所述远程管理终端；

所述远程管理终端实时显示接收到的每一形变检测器发送的桥梁形变量。

可选地，所述每一形变检测器通过有线或无线数据网络连接所述远程管理终端。

可选地，所述远程管理终端在所述桥梁形变量超过预设的阈值时报警。

可选地，所述每一雷达传感器均为商用24GHz频段雷达传感器。

由上述技术方案可知，本发明的桥梁形变检测方法及系统，通过布置多个雷达传感器及形变检测器实现对桥梁形变量的实时检测，其中雷达传感器采用线性调频信号作为发射信号，测量重复率高，测量周期短，具有无需人员值守、全天候、全天时、低成本测量的优点。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的桥梁形变检测方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的桥梁形变检测方法的步骤S12的细分流程图；

图3为本发明一实施例提供的桥梁形变检测系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1示出了本发明一实施例提供的桥梁形变检测方法的流程示意图。如图1所示，本实施例的桥梁形变检测方法包括步骤S11至S13。

S11、接收至少一个雷达传感器以预设时间为周期，周期性发送的桥梁形变的微波回波信号，得到不同时刻的各微波回波信号。

雷达传感器能通过发射与接收一定频率的微波对桥梁的形变进行感知，并将带有桥梁形变信息的微波信号转化为电信号，即微波回波信号。

雷达传感器的发射频率与雷达传感器的类型有关。

S12、根据不同时刻的各微波回波信号，确定每一时刻的桥梁形变量。

S13、将每一时刻的桥梁形变量发送至远程管理终端，以使所述远程管理终端实时显示所述桥梁形变量。

本实施例的形变检测方法，利用雷达传感器对桥梁的形变量进行实时检测，并将实时桥梁形变量发送至远程管理终端进行显示，实现无需人员值守、全天候的检测，方便使用者根据桥梁形变量对桥梁进行养护和维修。

图2示出了本发明一实施例提供的桥梁形变检测方法的步骤S12的细分流程图。如图2所示，本实施例的桥梁形变检测方法的步骤S12：根据不同时刻的各微波回波信号，确定每一时刻的桥梁形变量，进一步地包括以下步骤：

S121、根据不同时刻的各微波回波信号，确定不同时刻的各峰值频率。

S122、根据所述不同时刻的各峰值频率，确定不同时刻的各峰值相位。

S123、根据所述不同时刻的各峰值相位，确定每一时刻的桥梁形变量。

在本发明的一个优选实施例中，步骤S121具体为：对不同时刻的各微波回波信号做傅立叶变换处理，并基于以下公式确定不同时刻的各峰值频率：

$S\left(f\right)=\sin c\[T(f-K\frac{2R}{c})\]\exp (-j\frac{4\mathrm{\π}R}{\mathrm{\λ}});$

其中，S(f)为不同时刻的各微波回波信号的频域响应函数，f为不同时刻的各微波回波信号的频率，T为每一雷达传感器发射信号的时域宽度，K为每一雷达传感器的发射信号的调频率，R为每一雷达传感器的雷达视线向的距离，c为光速，λ为每一雷达传感器的发射信号的载频的波长。

步骤S122具体为：根据以下公式，确定峰值频率处的峰值相位：

Φ_IF＝angle[S(f_IF)]；

其中，Φ_IF为峰值相位，angle为取相位操作。

步骤S123具体为：对所述不同时刻的各峰值相位进行去噪处理，确定由桥梁形变引起的各形变相位；根据所述各形变相位，确定每一时刻的桥梁形变量。

根据所述各形变相位，基于以下公式，确定每一时刻的桥梁形变量：

$\mathrm{\Δ}d=\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}}\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ};$

其中，Δd为桥梁形变量，Δφ为形变相位。

本实施例的桥梁形变检测方法，将噪声造成的相位差去除，保证了桥梁形变量检测的准确性。

图3示出了本发明一实施例提供的桥梁形变检测系统的结构示意图。如图3所示，本实施例的桥梁形变检测系统包括远程管理终端、至少一个雷达传感器和至少一个形变检测器，其中，至少一个雷达传感器与至少一个形变检测器一一对应连接，组成桥梁形变检测节点，每一形变检测器均与远程管理终端连接。

每一雷达传感器以预设时间为周期，周期性得到桥梁形变的微波回波信号，并将所述微波回波信号发送至对应连接的形变检测器。

本实施例中，采用24GHz频段商用雷达传感器，每秒可以发射100次雷达微波，得到100个微波回波信号。

每一形变检测器根据接收的所述微波回波信号，确定桥梁形变量，并将所述桥梁形变量发送至所述远程管理终端。

形变检测器首先将接收的雷达传感器发送的微波回波信号进行模拟信号数字化，之后图2所示实施例的步骤进行数据处理，得到桥梁形变量。

所述远程管理终端实时显示接收到的每一形变检测器发送的桥梁形变量。

本实施例中，共有N个雷达传感器和N个形变检测器，组成N个桥梁形变测量节点，分别编号为桥梁形变测量节点#1，……桥梁形变测量节点#N，每个桥梁形变测量节点都会检测到一个桥梁形变量，对应的编号为桥梁形变量#1，……桥梁形变量#N，各桥梁形变测量节点将检测的各桥梁形变量发送至远程管理终端，由远程管理终端进行显示。

本实施例的桥梁形变检测系统，通过布置多个桥梁形变测量节点来检测桥梁各个位置的形变量，并通过远程管理终端对各个桥梁形变量进行显示，实现了无需人工值守、全天候、全天时、实时监测桥梁形变。

在本发明的一个优选的实施例中，所述每一形变检测器通过有线或无线数据网络连接所述远程管理终端。

本实施例的桥梁形变检测系统，形变检测器与远程管理终端间允许多种方式进行数据传输，提高了桥梁形变检测系统的适用性。

在本发明的一个优选的实施例中，所述远程管理终端在所述桥梁形变量超过预设的阈值时报警。

本实施例的桥梁形变检测系统，在桥梁形变量超过预设的阈值时，会触发报警，以提醒管理人员采取必要的措施对桥梁进行养护或修缮。

在本发明的一个优选的实施例中，所述每一雷达传感器均为商用24GHz频段雷达传感器，如德国Innosent公司生产的雷达传感器IVS-179，相比专用雷达传感器，可显著降低成本。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。

Claims (10)

1.一种桥梁形变检测方法，其特征在于，包括：

接收至少一个雷达传感器以预设时间为周期，周期性发送的桥梁形变的微波回波信号，得到不同时刻的各微波回波信号；

根据不同时刻的各微波回波信号，确定每一时刻的桥梁形变量；

将每一时刻的桥梁形变量发送至远程管理终端，以使所述远程管理终端实时显示所述桥梁形变量。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据不同时刻的各微波回波信号，确定每一时刻的桥梁形变量，包括：

根据不同时刻的各微波回波信号，确定不同时刻的各峰值频率；

根据所述不同时刻的各峰值频率，确定不同时刻的各峰值相位；

根据所述不同时刻的各峰值相位，确定每一时刻的桥梁形变量。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据不同时刻的各微波回波信号，确定不同时刻的各峰值频率，包括：

对所述不同时刻的各微波回波信号做傅立叶变换处理，并基于以下公式确定不同时刻的各峰值频率：

$S\left(f\right)=\sin c\[T(f-K\frac{2R}{c})\]\exp (-j\frac{4\mathrm{\π}R}{\mathrm{\λ}});$

其中，S(f)为不同时刻的各微波回波信号的频域响应函数，f为不同时刻的各微波回波信号的频率，T为每一雷达传感器发射信号的时域宽度，K为每一雷达传感器的发射信号的调频率，R为每一雷达传感器的雷达视线向的距离，c为光速，λ为每一雷达传感器的发射信号的载频的波长。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述不同时刻的各峰值频率，确定不同时刻的各峰值相位，包括：

根据以下公式，确定峰值频率处的峰值相位：

Φ_IF＝angle[S(f_IF)]；

其中，Φ_IF为峰值相位，angle为取相位操作。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述不同时刻的各峰值相位，确定每一时刻的桥梁形变量，包括：

对所述不同时刻的各峰值相位进行去噪处理，确定由桥梁形变引起的各形变相位；

根据所述各形变相位，确定每一时刻的桥梁形变量。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述各形变相位，确定每一时刻的桥梁形变量，包括：

根据所述各形变相位，基于以下公式，确定每一时刻的桥梁形变量：

$\mathrm{\Δ}d=\frac{\mathrm{\λ}}{4\mathrm{\π}}\mathrm{\Δ}\mathrm{\φ};$

其中，Δd为桥梁形变量，Δφ为形变相位。

7.一种桥梁形变检测系统，其特征在于，包括：

远程管理终端、至少一个雷达传感器和至少一个形变检测器，所述至少一个雷达传感器与至少一个形变检测器一一对应连接，每一形变检测器均与所述远程管理终端连接；

每一雷达传感器以预设时间为周期，周期性得到桥梁形变的微波回波信号，并将所述微波回波信号发送至对应连接的形变检测器；

每一形变检测器根据接收的所述微波回波信号，确定桥梁形变量，并将所述桥梁形变量发送至所述远程管理终端；

所述远程管理终端实时显示接收到的每一形变检测器发送的桥梁形变量。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述每一形变检测器通过有线或无线数据网络连接所述远程管理终端。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述远程管理终端在所述桥梁形变量超过预设的阈值时报警。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述每一雷达传感器均为商用24GHz频段雷达传感器。