CN107393312A - 一种识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法和系统 - Google Patents
一种识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法和系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法和系统，该方法包括步骤：沿桥梁纵长方向标记共包含3～4个截面的两个截面组；采集测量两个截面组处的桥梁弯曲正应变，根据弯曲正应变计算得到两组名义等效剪力，将两组名义等效剪力分别构建两条名义等效剪力曲线；对名义等效剪力曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N。该系统包括应变传感器，用于将桥梁弯曲正应变转换为电信号输出；信号处理系统，数据处理系统，监控系统，数据库服务器，多用户终端。本发明在识别桥上行驶车辆车轴和速度的过程中使用较少传感器和设备便取得了更为可靠和准确的结果。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁健康监测、桥梁动态称重以及车辆荷载监测领域，尤其涉及识别桥上行驶车辆车轴数量、轴距和速度的方法和系统。
背景技术
近年来，由于受车辆移动荷载的作用以及运输超载的影响，使得桥梁安全事故屡屡发生。因此，检测桥梁上移动荷载大小，确定桥上行驶车辆的速度、车轴数以及轴距，对桥梁健康监测和交通运输治理超载超速车辆具有重要的理论意义和应用价值。
目前对桥梁上车辆移动荷载的监测主要为传统的地磅和BWIM(Bridge weigh-in-motion，桥梁动态称重)。前者需要停车或以极低速度行驶导致识别效率低，并且需要设置专用的称重站，维护成本高；后者采用安装传感器，利用计算机处理数据并分析结果的现代化方法。虽然较传统方式大大提高了效率，降低了成本；但是安装在桥面的磁带式或压感式传感器存在使用寿命低和安装维护需要中断交通的缺点，而FAD(Free-of-axle-detector)传感器(非路面式车轴探测传感器)对车辆横向行驶位置很敏感，即车辆行驶位置的改变可能导致识别结果精度下降，甚至无法识别。
为此本人的专利201610114464.4公开了一种用于桥梁的车轴识别方法及系统，使用桥梁全局响应进行车辆轴距识别，车辆识别结果更为可靠，进而能准确识别车辆轴距和速度。但是上述通过建立两座虚拟简支梁的方案，并由响应时程曲线来实现车轴数判断的方法需要每车道至少4个到至多6个传感器来达到识别的目的，存在需要传感器数量较多等缺点，且隔离响应的计算过程较为复杂。为了解决以上问题，本发明人重新提出一种操作更为简单、所需传感器更少的识别桥上行驶车辆车轴数量、轴距和车速的方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种识别桥上行驶车辆车轴数量、轴距和速度的方法和系统，以解决FAD传感器稳定性和识别精度较差，识别结果易受车辆横向行驶位置影响，应用范围小的技术问题。另外，专利201610114464.4基于“虚拟简支梁”原理，通过信号处理获得桥梁隔离响应，进而识别车辆车轴和速度信息；本专利基于新提出的“等效剪力”原理，通过简单的加减法运算获得名义等效剪力，然后对名义等效剪力进行信号处理以获得车辆的轴数、轴距和速度信息。相对于专利201610114464.4，本发明以较少的传感器数量和较简单的方法取得了更为可靠和准确的结果。同时识别系统更为简单、功能更全，操作维护也更加方便轻松。两种方法的核心理论分别基于不同的力学原理，故本发明不能直接从专利201610114464.4类推得到。
为实现上述目的，本发明提供的一种识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法。包括以下步骤：
S1：沿桥梁纵长方向标记共包含3～4个截面的两个截面组；
S2：采集测量两个截面组处的桥梁时程响应，根据时程响应分别构建两条名义等效剪力曲线；
S3：对名义等效剪力曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N。
作为本发明的方法的进一步改进：
优选地，步骤S1包括以下步骤：
S101：在桥梁上依次标记两个截面P1,Q1，称为第一截面组，其x坐标分别为xp1,xq1；按照相同步骤再依次标记两个截面P2,Q2，称为第二截面组，其x坐标分别为xp2,xq2；两个截面组的x坐标满足如下条件：
满足上述条件(1)的情形包括以下两种：
S101A：两个截面组中所有截面的x坐标均不相同,此时两个截面组中共有4个不同截面；
S101B：两组截面各坐标除满足条件(1)，同时满足以下条件：
xq1＝xp2
此时两个截面组中有1个截面相同，故两个截面组共有3个不同截面；
S102：在桥梁上标记两个截面组的3～4个截面，并记P1Q1的长度记为l1，P2Q2的长度为l2，两个截面组中心之间的长度为L，并在两个截面组的3～4个截面处安装采集正应变的传感器。
优选地，步骤S2中，等效剪力的计算方法包括以下步骤：
S201：将采集得到的桥梁正应变ε代入公式(2)，计算得到2组名义等效剪力ESF1和ESF2：
式中j＝1,2，分别表示第一截面组和第二截面组，E表示桥梁结构的材料弹性模量，W表示截面抵抗矩，lj表示第j个截面组的长度，表示Qj截面采集的得到的桥梁正应变；表示Pj截面采集的得到的桥梁正应变；表示第j个截面组所夹梁段中间截面处的等效剪力。 【公式(2)为理论公式，实际应用中只需测量而无需知道lj,E,W,的真实值】
该式由以下公式(3)、(4)推导而来。
Ms＝EWεs,s＝{P1,Q1,P2,Q2} (3)
其中Ms(s＝Pj,Qj；j＝1,2)为各截面的理论弯矩，E表示桥梁结构的材料弹性模量，εs表示某个截面处的应变，W表示截面抵抗矩；
优选地，步骤S3完成后，方法还包括车速与轴距识别步骤：
S4：分别提取两条名义等效剪力曲线ESF1和ESF2上局部峰值出现的时刻，其中，名义等效剪力曲线ESF1上的各局部峰值点出现的时刻按顺序记录为名义等效剪力曲线ESF2上的各局部峰值点出现的时刻按顺序记录为
S5：由提取的名义等效剪力曲线局部峰值时刻计算得到车速；
S6：根据车速，计算得到任意相邻车轴的两组待选轴距值：
其中，i为车辆车轴序数，代表车辆的第i个车轴；j为截面组序数；为利用第j个截面组识别得到的第i个轴距值；
S7：通过已知车辆进行校验，从两组待选轴距值取与真实的车轴轴距更接近的一组待选轴距值，或者取两组待选轴距值的平均值，作为识别的轴距值。
优选地，步骤S5，包括以下步骤：
S501：利用获取的2N组时刻值可计算得到N个识别速度值，记为集合V：
其中，vk为第k个识别速度值，L为两个截面组中心之间的纵向距离；
S502：对集合V中的元素进行数据处理可得v，数据处理方法为以下三者之一：
S502A：取V中的若干个元素的平均值，即：
S502B：取V中的若干个元素的有效值，即：
S502C：取V中的若干个元素的中位数，即：
其中，NE为从V中任取若干个元素进行计算时元素的个数。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种采用上述方法识别桥上行驶车辆车轴和速度的车轴和车速识别系统，包括：
传感器，安装于共包含3～4个截面的两个截面组处，用于将桥梁弯曲正应变转换为电信号输出。传感器为应变传感器；且只需要在承受主要车辆荷载的横向位置安装传感器，即桥梁跨中或车道正中位置安装传感器，而不需要在每一车道横向位置均安装传感器；传感器的纵向安装位置为3～4个截面处，传感器安装位置的纵向距离应使得待识别的最小车辆的轴距dmin(dmin通常按照用户的需求设定)不小于其距离的1.5倍；
信号处理系统，连接于传感器和数据处理系统之间，用于对传感器采集的桥梁弯曲正应变的电信号进行除杂处理并且转换为模拟信号输出，除杂处理包括通过低通滤波器对电信号进行低通滤波以去除高频干扰信号。
数据处理系统，用于根据弯曲正应变计算并构建名义等效剪力曲线，并对名义等效剪力曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N。还用于通过名义等效剪力曲线，计算车辆速度和轴距。
监控系统，用于根据数据处理结果进行实时预警和数据统计，将车辆的轴距dmin不满足系统要求，或者轴距过小、车辆的速度超过限值等警告信息以及车数和轴距的数据处理等统计信息返回给用户终端。
数据库服务器，用于接收来自监控系统和用户终端的数据，并进行云端存储。该数据传输可使用有线或无线连接并传输。
多用户终端，与监控系统和数据库服务器可进行双向数据连接和传输，多用户终端可位于不同位置同时操作。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法和系统，利用车辆作用下结构的弯曲应变响应，因此适用于任意受力形式以受弯为主的桥梁或桥梁局部。包括两类：
a、整体受力形式以受弯为主的桥梁，包括但不限于混凝土梁板桥、正交异性板桥、钢桁架桥、钢筋混凝土混合梁桥。
b、桥梁局部受力形式为受弯，包括但不限于悬索桥上由吊索悬吊的主梁，斜拉桥斜拉索支承的同时承受弯矩和轴力的主梁，下承式拱桥由吊索悬吊的主梁。
2、本发明的用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法和系统，能适用于各种路面状况以及车辆横向加载位置变化的情况，并且车辆识别结果可靠准确。
3、本发明的用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法和系统，具有非常好的精度和稳定性。
4、本发明的用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法和系统，具有成本低，安装简单，适用范围广的特点。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法的流程示意图；
图2是本发明另一优选实施例用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法的流程示意图；
图3是本发明优选实施例的4个截面各不相同的设置位置示意图；
图4是本发明优选实施例的3个截面中有一个截面重复时的设置位置示意图；
图5是本发明优选实施例的单个集中力通过一个截面组的位置及等效剪力曲线示意图；
图6是本发明优选实施例的多个集中力通过两个截面组的位置示意图；
图7是本发明优选实施例的两个截面组处的弯矩及等效剪力曲线示意图；
图8是本发明优选实施例的用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明中所称的用户为识别的车轴信息的获取方，例如直接关注车轴信息的管理人员或利用车轴信息进行车辆称重的BWIM系统。采用的坐标系为：桥梁纵长方向(车辆行驶方向)为x轴正方向，也称为桥梁纵向；竖直向上为z轴正方向，也称为桥梁竖向；水平面内垂直x 轴为y轴，也称为桥梁横向；x、y、z构成右手坐标系。如下对本发明中涉及的名词进行解释：
轮距：车辆前后相临两轮胎之间的纵向距离。
轴距：车辆第i个和第i+1个车轴的接地位置之间的距离，记为di(i＝1,2,...)。当车轴类型为单个轮轴时，车轴接地位置为该轴与路面接触面的中心位置，当车轴类型为轴组时，车轴接地位置为该组车轴的等效静力作用位置。
车辆最小轴距：按用户需求设定的车轴轴距的最小目标值，记为dmin。当车辆多个轮轴之间的距离小于该值时，可被视为轴组。
车轴：车辆与地面接触的轮轴，记为Ai(i＝1,2,...)，Ai为车辆第i个车轴(轴组)。按用户需求设定的车辆最小轴距dmin可将车轴分为普通车轴和轴组两种：①轮距大于设定的最小轴距dmin时为普通车轴，②轮距小于设定的最小轴距dmin时，多个车轴可能被该专利提出的方法识别为单个轮轴，称该多个轮轴组成的车轴为轴组。
车速：车辆行驶速度，记为v，本发明基于车辆匀速行驶的假定进行车轴识别。
参见图1，本发明的用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法，包括以下步骤：
S1：沿桥梁纵长方向标记共包含3～4个截面的两个截面组；
S2：采集测量两个截面组处的桥梁时程响应，根据时程响应计算得到两组名义等效剪力响应，将两组名义等效剪力响应分别构建两条名义等效剪力曲线；
S3：对名义等效剪力曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N。
通过上述步骤，能利用车辆作用下结构的弯曲应变，使用桥梁全局响应进行车辆轴距识别，因此适用于任意受力形式以受弯为主的桥梁或桥梁局部，车轴识别结果更为可靠。
在实际应用中，参见图2，在上述步骤的基础上，本发明的用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法还可增加以下步骤进行优化：
S1：沿桥梁纵长方向标记共包含3～4个截面的两个截面组。具体如下：
S101：在桥梁上依次标记两个截面P1,Q1，称为第一截面组，其x坐标分别为xp1,xq1；按照相同步骤再依次标记两个截面P2,Q2，称为第二截面组，其x坐标分别为xp2,xq2；两个截面组的x坐标满足如下条件：
满足上述条件(1)的情形包括以下两种：
S101A：两个截面组中所有截面的x坐标均不相同，此时两个截面组中共有4个不同截面，可能的设置位置如图3所示。
S101B：两组截面各坐标除满足条件(1)，同时满足以下条件：
xq1＝xp2
此时两个截面组中有1个截面相同，故两个截面组共有3个不同截面，可能的设置位置如图4所示。
所有满足上述条件的4个截面的可能相对位置关系如图3至4所示。图中A、B为桥梁上的两个点，且A点的x坐标xA满足xA≤xp1，B点的x坐标xB满足xB≥xq2；桥上带圈数字表示截面编号，且编号小的截面的x坐标严格小于编号大的截面的x坐标；桥上带圈数字上方的字母表示第一组截面所在位置，桥上带圈数字下方的字母表示第二组截面所在位置。
S102：在桥梁上标记两个截面组的3～4个截面，并记P1O1的长度记为l1，P2O2的长度为l2，两个截面组中心之间的长度为L，并在两个截面组的3～4个截面处安装采集弯曲正应变的传感器。
下面以较为简单的一个截面组两个截面P,Q的情形对上述步骤中涉及的方法理论进行分析，且下面的理论可以方便地推广到两个截面组的情形：
参见图5，考虑一根边界条件任意的梁AB，P，Q为梁上的任意两点，AP的长度记为lA，QB的长度记为lB，O是P,Q的中点，PO＝OQ＝l，梁上距A点x处作用有集中力F。A、B两点的弯矩和剪力假设为Ms,Fs，其中s＝{A,B}；且均是关于x的函数。
根据叠加原理，P，Q两点的弯矩为：
由上式可以得到：
此处
显然，可以看出G(x)是一个分段线性函数，FA(x)为A点剪力影响线乘以F，且是一个 关于x的单调递减函数，由此得VE(x)曲线上有一个峰、谷值，而且由于G(x)的导数在PQ段的值一般远大于FA(x)的导数值，因此VE(x)在PQ段的陡峭程度主要取决于PQ段的长度和荷载大小，而跟AB段的总长度关系不大，如图5所示。事实上，由材料力学相关理论可知，VE近似等于O点的剪力，故称之为等效剪力：
由于桥梁在常规车辆荷载作用下通常可被视为线弹性体系，故弯矩与弯曲正应变是线性相关的，可根据以下公式(4)、(5)计算：
Ms＝EWε,s＝{P,Q} (4)
其中，E是材料的弹性模量，W是截面抵抗矩，l为截面组所夹梁段的长度，ε是横截面P,Q处的正应变。
又因为EW和l为常量，为了简化令：
即ESF＝εQ-εP。
由上式可知，等效剪力与名义等效剪力呈线性关系，二者的时程响应具有完全相似的波形信息，因此可将从等效剪力VE中提取车辆轴数、轴距和车速信息替换为从ESF中提取上述信息，由于等效剪力VE需要较为复杂的测量和计算才能够获得，而名义等效剪力ESF仅需要采集桥梁弯曲正应变并进行简单的减法计算即可获得，故利用名义等效剪力识别上述车辆相关信息降低了系统复杂度。
S2：采集测量两个截面组处的桥梁弯曲正应变，记为εs(s＝P1,Q1,P2,Q2)，s为桥梁截面。根据弯曲正应变计算得到两组名义等效剪力，将两组名义等效剪力分别构建两条名义等效剪力曲线。
等效剪力的计算方法包括以下步骤：
S201：将采集得到的桥梁正应变ε代入公式(2)，计算得到2组名义等效剪力ESF1和ESF2：
式中j＝1,2，分别表示第一截面组和第二截面组，E表示桥梁结构的材料弹性模量，W表示截面抵抗矩，lj表示第j个截面组的长度，表示Qj截面采集的得到的桥梁正应变；表示Pj截面采集的得到的桥梁正应变；表示第j个截面组所夹梁段中间截面处的等效剪力。该式由以下公式(7)、(8)推导而来。
Ms＝EWεs,s＝{P1,Q1,P2,Q2} (7)
其中Ms(s＝Pj,Qj；j＝1,2)为各截面的理论弯矩，E表示材料弹性模量，εs表示某个截面处的应变，W表示截面抵抗矩；
S3：对名义等效剪力曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N。
当一个荷载移动经过梁AB时，名义等效剪力曲线上会形成一个峰。事实上，当一组荷载(N个集中力，荷载之间具有合适的间距)移动经过梁AB时，名义等效剪力曲线上会形成N个峰。通过对这类峰值进行计数，可以获知车辆的轴数。
从而，参见图6，在桥梁上AB段的纵向位置设置两个截面组P1Q1和P2Q2，并记P1Q1的长度为l1，P2Q2的长度为l2，两个截面组中心之间的距离为L，则当一组荷载(N个集中力，荷载之间具有合适的间距)移动经过梁AB时，名义等效剪力ESF1和ESF2上会各自形成N个峰。
S4：分别提取两条名义等效剪力曲线ESF1和ESF2上局部峰值出现的时刻，其中，名义等效剪力曲线ESF1上的各局部峰值点出现的时刻按顺序记录为名义等效剪力曲线ESF2上的各局部峰值点出现的时刻按顺序记录为
S5：识别车速v，包括以下步骤：
S501：利用获取的2N组时刻值计算得到N个识别速度值，记为集合V：
其中，vk为第k个识别速度值，L为两个截面组中心之间的纵向距离；
S502：对集合V中的元素进行数据处理可得v，数据处理方法为以下三者之一：
S502A：取V中的若干个元素的平均值，即：
S502B：取V中的若干个元素的有效值，即：
S502C：取V中的若干个元素的中位数，即：
其中，NE为从V中任取若干个元素进行计算时元素的个数。
以图7所示梁上两个截面组处弯矩及等效剪力曲线为例，其中梁AB的边界条件设定为虚拟简支梁，荷载个数设定为2个，荷载间距离设定为d。注意到等效剪力V1 E上峰值出现的时刻和较等效剪力上峰值出现的时刻和分别早DT1,DT2。由于两个截面组中心之间的长度为L，因此，荷载移动速度可由下式求得：
识别车速和识别轴距的部分是相互独立的，即也可以使用除步骤S5之外的其它方法获得速度，然后再用以下的步骤S6至S7获得轴距。
S6：根据车速，计算得到两组待选轴距值：
其中，i为车辆车轴序数，代表车辆的第i个车轴；j为截面组序数；为利用第j个截面组识别得到的第i个轴距值；
S7：通过已知车辆进行校验，从两组待选轴距值取与真实的车轴轴距更接近的一组待选轴距值，或者取两组待选轴距值的平均值，作为识别的轴距值。
以图7所示两个截面组处等效剪力曲线为例，第一个荷载相应的峰值在等效剪力V1 E上出现的时刻与第二个荷载相应的峰值在等效剪力V1 E上出现的时刻的时间间隔为同理，第一个荷载相应的峰值在等效剪力V2 E上出现的时刻与第二个荷 载相应的峰值在等效剪力上出现的时刻的时间间隔为而车辆速度已通过公式(13)求出，因此二个荷载之间的间距d可由下式求得：
S7：通过已知车辆进行校验，从两组待选轴距值取与真实的车轴轴距更接近的一组待选轴距值，或者取两组待选轴距值的平均值，作为识别的轴距值。具体地，该输出的轴距值di(i＝1,2,...,N-1)可按如下原则确定：
a).使用多种已知轴距的车辆进行校验，若从两组等效剪力均能获得较为理想的轴距值，即与真实的车轴轴距均较为相符，则将二组识别值的平均值作为输出的轴距值，即：
b).若从两组等效剪力识别出的车辆轴距值仅有一组与真实的车轴轴距均较为相符，记为 且在用户接受的前提下，可将该组结果作为方法的输出值，即：
其中，为利用两组等效剪力识别出的车辆轴距值仅有一组与真实的车轴轴距均较为相符时较为相符的那一组轴距识别结果。
参见图8，本发明采用上述用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法的车轴和车速识别系统，包括传感器、信号处理系统、数据处理系统、监控系统、数据库服务器和多用户终端。传感器安装于共包含3～4个截面的两个截面组处，用于将桥梁弯曲正应变转换为电信号输出，且只需要在承受主要车辆荷载的横向位置安装传感器，而不需要在每一车道横向位置均安装传感器，即桥梁跨中或车道正中位置安装传感器；传感器的纵向安装位置为3～4个截面处，传感器安装位置的纵向距离应使得待识别的最小车辆的轴距dmin(dmin通常按照用户的需求设定)不小于其距离的1.5倍。
本实施例中，信号处理系统连接于传感器和数据处理系统之间，用于对传感器采集的桥梁弯曲正应变的电信号进行除杂处理并且转换为模拟信号输出。
本实施例中，数据处理系统用于根据弯曲正应变计算并构建名义等效剪力曲线，并对名义等效剪力曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N。还用于通过名义等效剪力曲线，计算车辆速度和轴距。
本实施例中，监控系统用于根据数据处理结果进行实时预警和数据统计，将车辆的轴距 dmin不满足系统要求，或者轴距过小、车辆的速度超过限值等警告信息以及车数和轴距的数据处理等统计信息返回给用户终端。
本实施例中，数据库服务器用于接收来自监控系统和用户终端的数据，并进行云端存储。该数据传输可使用有线或无线连接并传输。
本实施例中，多用户终端与监控系统和数据库服务器可进行双向数据连接和传输，多用户终端可位于不同位置同时操作。
综上可知，本发明通过利用车辆作用下结构的弯曲正应变，因此适用于任意受力形式以受弯为主的桥梁或桥梁局部。包括两类：
a、整体受力形式以受弯为主的桥梁，包括但不限于混凝土梁板桥、正交异性板桥、钢桁架桥、钢筋混凝土混合梁桥。
b、桥梁局部受力形式为受弯，包括但不限于悬索桥上由吊索悬吊的主梁，斜拉桥斜拉索支承的同时承受弯矩和轴力的主梁，下承式拱桥由吊索悬吊的主梁。
本发明原则上不限桥梁长度、宽度、抗弯刚度。
以上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 (10)
1.一种用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：沿桥梁纵长方向标记共包含3～4个截面的两个截面组；
S2：采集测量两个截面组处的桥梁弯曲正应变，根据所述弯曲正应变计算得到两组名义等效剪力，将所述两组名义等效剪力分别构建两条名义等效剪力曲线；
S3：对所述名义等效剪力曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N。
2.根据权利要求1所述的用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：
S101：在桥梁上依次标记两个截面P1,Q1，称为第一截面组，其x坐标分别为xp1,xq1；按照相同步骤再依次标记两个截面P2,Q2，称为第二截面组，其x坐标分别为xp2,xq2；两个截面组的x坐标满足如下条件：
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</msub>
<mo>&le;</mo>
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<mi>x</mi>
<mrow>
<mi>p</mi>
<mn>2</mn>
</mrow>
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<mi>x</mi>
<mrow>
<mi>q</mi>
<mn>2</mn>
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</mtd>
</mtr>
</mtable>
</mfenced>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>1</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
满足上述条件(1)的情形包括以下两种：
S101A：两个截面组中所有截面的x坐标均不相同,此时两个截面组中共有4个不同截面；
S101B：两组截面各坐标除满足条件(1)，同时满足以下条件：
xq1＝xp2
此时两个截面组中有1个截面相同，故两个截面组共有3个不同截面；
S102：在桥梁上标记两个截面组的3～4个截面，并记P1Q1的长度记为l1，P2Q2的长度为l2，两个截面组中心之间的长度为L，并在两个截面组的3～4个截面处安装采集正应变的传感器。
3.根据权利要求1所述的识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S201：将采集得到的桥梁正应变ε代入公式(2)，计算得到2组名义等效剪力ESF1和ESF2：
<mrow>
<msub>
<mi>ESF</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<msubsup>
<mi>V</mi>
<mi>j</mi>
<mi>E</mi>
</msubsup>
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<msub>
<mi>l</mi>
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</mrow>
</mfrac>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>&epsiv;</mi>
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<mi>j</mi>
</msub>
</msub>
<mo>-</mo>
<msub>
<mi>&epsiv;</mi>
<msub>
<mi>P</mi>
<mi>j</mi>
</msub>
</msub>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>2</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
式中j＝1,2，分别表示第一截面组和第二截面组，其中，E表示桥梁结构的材料弹性模量，W表示截面抵抗矩，表示Qj截面采集的得到的桥梁正应变，表示Pj截面采集的得到的桥梁正应变，表示第j个截面组所夹梁段中间截面处的等效剪力。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法，其特征在于，所述步骤S3完成后，所述方法还包括轴距识别步骤：
S4：分别提取两条名义等效剪力曲线ESF1和ESF2上局部峰值出现的时刻，其中，名义等效剪力曲线ESF1上的各局部峰值点出现的时刻按顺序记录为名义等效剪力曲线ESF2上的各局部峰值点出现的时刻按顺序记录为
S5：识别车速v；
S6：根据所述车速，计算得到两组待选轴距值：
<mrow>
<msubsup>
<mi>d</mi>
<mi>i</mi>
<mi>j</mi>
</msubsup>
<mo>=</mo>
<mi>v</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mn>1</mn>
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<mo>+</mo>
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<mo>(</mo>
<mi>i</mi>
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<mn>2</mn>
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<mn>2</mn>
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<mo>,</mo>
<mi>i</mi>
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<mo>,</mo>
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<mo>,</mo>
<mi>N</mi>
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<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
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<mn>2</mn>
<mo>;</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>3</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，i为车辆车轴序数，代表车辆的第i个车轴；j为截面组序数；为利用第j个截面组识别得到的第i个轴距值；
S7：通过已知车辆进行校验，从两组待选轴距值取与真实的车轴轴距更接近的一组待选轴距值，或者取两组待选轴距值的平均值，作为识别的轴距值。
5.根据权利要求4所述的车轴识别方法，其特征在于，所述步骤S5，包括以下步骤：
S501：利用获取的2N组时刻值计算得到N个识别速度值，记为集合V：
<mrow>
<mi>V</mi>
<mo>=</mo>
<mo>{</mo>
<msub>
<mi>v</mi>
<mi>k</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
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<mi>k</mi>
<mn>1</mn>
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<mn>2</mn>
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<mi>t</mi>
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<mi>k</mi>
<mn>2</mn>
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<mn>2</mn>
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<mn>2</mn>
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<mi>t</mi>
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<mi>k</mi>
<mn>1</mn>
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<mn>1</mn>
</msubsup>
<mo>+</mo>
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<mi>k</mi>
<mn>2</mn>
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<mn>1</mn>
</msubsup>
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<mn>2</mn>
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<mn>1</mn>
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<mo>,</mo>
<mo>...</mo>
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<mi>N</mi>
<mo>}</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>4</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，vk为第k个识别速度值，L为两个截面组中心之间的纵向距离；
S502：对集合V中的元素进行数据处理可得v，数据处理方法为以下三者之一：
S502A：取V中的若干个元素的平均值，即：
<mrow>
<mi>v</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<msub>
<mi>N</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
</mfrac>
<munderover>
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<mrow>
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</msub>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>5</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
S502B：取V中的若干个元素的有效值，即：
<mrow>
<mi>v</mi>
<mo>=</mo>
<msup>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<msub>
<mi>N</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
</mfrac>
<munderover>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>l</mi>
<mo>=</mo>
<mn>1</mn>
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<msub>
<mi>N</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
</munderover>
<msubsup>
<mi>v</mi>
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<mi>m</mi>
<mi>l</mi>
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<mn>2</mn>
</msubsup>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mn>2</mn>
</mfrac>
</msup>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>6</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
S502C：取V中的若干个元素的中位数，即：
<mrow>
<mi>v</mi>
<mo>=</mo>
<mi>M</mi>
<mi>e</mi>
<mi>d</mi>
<mi>i</mi>
<mi>a</mi>
<mi>n</mi>
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<mi>v</mi>
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<mi>i</mi>
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</msub>
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<mo>,</mo>
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<mo>,</mo>
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<msub>
<mi>N</mi>
<mi>E</mi>
</msub>
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<mi>N</mi>
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</mrow>
<mo>;</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>7</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
其中，NE为从V中任取若干个元素进行计算时元素的个数。
6.一种用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的系统，其特征在于，包括：
传感器，安装于共包含3～4个截面的两个截面组处，用于将桥梁弯曲正应变转换为电信号输出；
信号处理系统，连接于传感器和数据处理系统之间，用于对传感器采集的桥梁弯曲正应变的电信号进行除杂处理并且转换为模拟信号输出；
数据处理系统，用于根据弯曲正应变计算并构建等效剪力曲线，并对名义等效剪力曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N；
监控系统，用于根据数据处理结果进行实时预警和数据统计；
数据库服务器，用于接收来自监控系统和用户终端的数据，并进行云端存储；
多用户终端，与监控系统和数据库服务器可进行双向数据连接和传输。
7.根据权利要求6所述的车轴和车速识别系统，其特征在于，所述传感器为应变传感器；且只需要在承受主要车辆荷载的横向位置安装传感器，即桥梁跨中或车道正中位置安装传感器，而不需要在每一车道横向位置均安装传感器；传感器的纵向安装位置为3～4个截面处，传感器安装位置的纵向距离应使得待识别的最小车辆的轴距dmin(dmin通常按照用户的需求设定)不小于其距离的1.5倍。
8.根据权利要求6所述的车轴和车速识别系统，其特征在于，所述数据处理系统，还用于通过名义等效剪力曲线，计算车辆速度和轴距。
9.根据权利要求6所述的车轴和车速识别系统，其特征在于，所述监控系统，将实时预警和数据统计信息返回给多用户终端。
10.根据权利要求6所述的车轴和车速识别系统，其特征在于，所述监控系统和数据库服务器与多用户终端可使用有线或无线连接并传输，且所述多用户终端可位于不同位置同时操作。
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