CN107609989A - 一种路网级的桥梁健康监测智能cs架构系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统，包括若干现场监控装置、服务器、监测系统和客户端；现场监控装置用于采集桥梁的若干类型的物理量的数据信息，并将物理量的数据信息上传至服务器；服务器将数据信息存入监测系统并更新监测系统的安装包，将监测系统的安装包上传至客户端；客户端供用户离线下载监测系统的安装包，并安装监测系统，以查看桥梁的健康状况，并管理数据信息。每个现场监控装置服务对应的桥梁，所有桥梁的数据信息均由监测系统统一管理，监测系统可以对各个桥梁的健康状况进行等级评分,为桥梁的日常管理、维护决策和维护资金的合理分配提供第一手依据；本发明工作的全程均为离线式工作方式，无需使用网络。

Description

一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统

技术领域

本发明属于桥梁工程健康监测技术领域，具体涉及一种路网级的桥梁健康监测智能C/S架构系统。

背景技术

目前，大多数的桥梁监测系统都属于项目级监测系统，即针对单个桥梁建立健康监测系统,得到桥梁的健康状况评估、损伤分析、剩余寿命评估和维修决策等结论,这样的系统过于单一化，且无法获知城市系统中其他桥梁的健康状态，针对整个城市的桥梁系统而言，无法根据每个桥梁的健康状况合理地做出维护决策，分配维护资金，不便于统一的管理。而且，现有的项目级监测系统必须依靠网络进行数据的输送与管理等工作，应用过程受网络的局限。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的提供一种同时管理多个桥梁的路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统。

为实现上述目的，本发明按以下技术方案予以实现的：

本发明所述的一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统，包括若干现场监控装置、服务器、客户端和监测系统，每个现场监控装置服务对应的桥梁；

所述现场监控装置，用于采集桥梁的若干类型的物理量的数据信息，并将所述物理量的数据信息上传至所述服务器；

所述服务器，将所述数据信息存入所述监测系统并更新所述监测系统的安装包，将所述监测系统的安装包上传至所述客户端；

所述客户端，供用户离线下载所述监测系统的安装包，并安装所述监测系统，以查看桥梁的健康状况，并管理所述数据信息。

进一步地，所述监测系统包括：

若干项目管理子系统，每个项目管理子系统用于管理对应的桥梁，用于评估桥梁的健康状况并给出等级评分；

路网级管理子系统，根据每个桥梁的所述等级评分，为每个桥梁配置相应的维护资金额度；

数据库管理子系统，用于管理的所述监测系统的数据信息，以形成统一的数据管理模式。

进一步地，所述项目管理子系统包括损伤退化模块，所述损伤退化模块根据桥梁的各类型的物理量的数据信息分析桥梁的健康状况并给出所述等级评分。

进一步地，所述项目管理子系统包括：

健康预警模块，判断桥梁的各类型物理量的数据信息是否超过预警值，若超过，则进行报警，并记录报警的时间点和报警次数；

维护决策模块，用于记录报警后的处理状态，所述处理状态包括“已处理”和“未处理”。

进一步地，所述项目管理子系统包括桥梁监测模块，所述桥梁监测模块用于实时显示桥梁的各类型的物理量的数据信息。

进一步地，桥梁的维护资金额度的计算公式为：

其中，i＝1,2,3,,,n；

ci为第i座桥梁的维护资金额度；

bi为第i座桥梁的评估等级评分；

n为路网内桥梁数量的总和；

a为所有桥梁的等级评分的总和；

C为桥梁维护总费用。

进一步地，所述损伤退化模块是基于径向基函数神经网络计算得到桥梁健康状况的评估值，其包括：

数据存储单元，用于存储所述网络评估参数、若干座桥梁的数据信息组以及桥梁损伤指数等级；

输入单元，用于读取网络评估参数和桥梁的若干类型的物理量的数据信息；

计算单元，根据所述网络评估参数和所述数据信息，通过径向基函数神经网络计算桥梁健康状况的评估值，其中，桥梁的若干类型的物理量的数据信息即为径向基函数神经网络的输入向量；

判断单元，用于对比所述评估值和桥梁损伤指数等级，判断桥梁的健康状况等级。

进一步地，所述桥梁损伤指数等级的数值区间的范围为[0.0,1.0]，其分为五个连续的子区间，每个子区间的数值范围及对应的健康状况等级分别为：

第一子区间的数值范围为[0.0,0.2)，对应的健康状况等级为第一等级,等级评分为0；

第二子区间的数值范围为[0.2,0.4)，对应的健康状况等级为第二等级，等级评分为1；

第三子区间的数值范围为[0.4,0.6)，对应的健康状况等级为第三等级，等级评分为2；

第四子区间的数值范围为[0.6,0.8)，对应的健康状况等级为第四等级，等级评分为3；

第五子区间的数值范围为[0.8,1.0]，对应的健康状况等级为第五等级，等级评分为4；

桥梁健康状况的评估值越高，代表桥梁健康状况等级越高，等级评分越高，健康状况越差。

进一步地，所述现场监控装置包括：

传感器子模块，用于采集桥梁的若干类型的物理量的数据信息；

采集仪子模块，将所述数据信息通过串口上传至所述服务器。

进一步地，所述传感器子模块包括震动传感器、位移传感器、温度传感器和应力应变传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明设置多个现场监控装置，每个现场监控装置服务对应的桥梁，所有桥梁的数据信息均由监测系统统一管理，监测系统可以对各个桥梁的健康状况进行等级评分,为桥梁的日常管理、维护决策和维护资金的合理分配提供第一手依据；同时，桥梁的数据信息由服务器更新至监测系统，将监测系统以安装包的形式发送至客户端，客户全程均可以以离线方式安装系统，查看监测数据，无需使用网络。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明所述的一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统的结构框图；

图2是本发明所述的损伤退化模块的结构框图。

图中：

1-现场监控装置；11-传感器子模块；12-采集仪子模块；

2-服务器；3-客户端；4-监测系统；5-项目管理子系统；

51-损伤退化模块；52-健康预警模块；53-维护决策模块53；54-桥梁监测模块；

511-数据存储单元；512-输入单元；513-计算单元；514-判断单元；

6-路网级管理子系统；7-数据库管理子系统；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供的一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统，包括若干现场监控装置1、服务器2、和客户端3和监测系统4，每个现场监控装置1服务对应的桥梁，现场监控装置1数量根据现役桥梁的数量具体确定。其中，现场监控装置1用于采集桥梁的若干类型的物理量的数据信息，并将物理量的数据信息上传至服务器2，服务器2将数据信息存入监测系统4并更新监测系统4的安装包，将监测系统4的安装包上传至客户端3，用户打开客户端3，离线下载监测系统4的安装包，并安装监测系统4，根据各个物理量的数据信息判断桥梁的健康状况。

现场监控装置1包括传感器子模块11和采集仪子模块12，传感器子模块11用于采集桥梁的若干类型的物理量的数据信息，其中，传感器子模块11包括震动传感器、位移传感器、温度传感器和应力应变传感器等，根据各自的功能布置在桥梁的桥墩、桥塔、箱梁等部位，采集的物理量的数据信息包括主梁沉降值、主梁震动值、伸缩缝变形值、桥塔位移值、拉索应力值、桥墩位移值、桥墩沉降值、温度值等，采集仪子模块12将上述数据信息通过串口上传至服务器2。其中，一座桥梁的若干类型的物理量的数据信息为一组，即下文的数据信息组。

优选地，监测系统4包括若干项目管理子系统5、路网级管理子系统6和数据库管理子系统7。每个项目管理子系统5用于管理对应的桥梁，其用于评估桥梁的健康状况并给出等级评分，路网级管理子系统6根据每个桥梁的等级评分，为每个桥梁配置相应的维护资金额度，数据库管理子系统7用于管理的监测系统4的数据信息，以形成统一的数据管理模式，其管理的项目包括数据的输入、编辑、统计、查询、输出和备份工作等。

优选地，项目管理子系统5包括损伤退化模块51、健康预警模块52、维护决策模块53和桥梁监测模块54。

其中，损伤退化模块51根据桥梁的各类型物理量的数据信息分析桥梁的健康状况并给出等级评分，健康状况共分为5个等级，每个等级的等级评分为：一级为0分，二级为1分，三级2分，四级为3分，五级为4分，分数越低，代表桥梁的健康状况越好。

健康预警模块52用于判断桥梁的各类型物理量的数据信息是否超过预警值，若超过，则进行报警，并记录报警的时间点和报警次数，用户可以通过分析不同由物理量造成的报警次数的多少，查找桥梁的危险源。其中，预警值是在系统中预设的数值，不同类型的物理量均有对应的预警值。

维护决策模块53用于记录报警后的处理状态，处理状态包括“已处理”和“待处理”，用户根据处理状态合理安排维修进度。

桥梁监测模块54用于实时显示桥梁的各类型物理量的数据信息，方便用户直观地获取桥梁的健康状况。

优选地，损伤退化模块是基于径向基函数神经网络计算得到桥梁健康状况的评估值，如图2所示，损伤退化模块包括数据存储单元511、输入单元512、计算单元513和判断单元514，其中，数据存储单元511用于存储网络评估参数、若干座桥梁的数据信息组以及桥梁损伤指数等级，输入单元512用于读取网络评估参数和桥梁的若干类型的物理量的数据信息；计算单元513根据网络评估参数和数据信息，通过径向基函数神经网络计算桥梁健康状况的评估值，判断单元514用于对比评估值和桥梁损伤指数等级，判断桥梁的健康状况等级。网络评估参数包括：输入层至中间层的连接权值w_ij，i＝1,2,…,n，j＝1,2,…,p；中间层至输出层的连接权值v_jt，j＝1,2,…,p，t＝1,2,…,p；中间层各单元的输出阀值θ_j，j＝1,2,…,p；输出层各单元的输出分值γ_j，j＝1,2,…,p。

优选地，桥梁损伤指数等级的数值区间的范围为[0.0,1.0]，其分为五个连续的子区间，每个子区间的数值范围及对应的健康状况等级分别为：

第一子区间的数值范围为[0.0,0.2)，对应的健康状况等级为第一等级,等级评分为0；

第二子区间的数值范围为[0.2,0.4)，对应的健康状况等级为第二等级，等级评分为1；

第三子区间的数值范围为[0.4,0.6)，对应的健康状况等级为第三等级，等级评分为2；

第四子区间的数值范围为[0.6,0.8)，对应的健康状况等级为第四等级，等级评分为3；

第五子区间的数值范围为[0.8,1.0]，对应的健康状况等级为第五等级，等级评分为4；

桥梁健康状况的评估值越高，代表桥梁健康状况等级越高，等级评分越高，健康状况越差。

本实施例中，计算桥梁健康状况的评估值的方法包括如下步骤：

为了方便描述，先对各个参数做如下定义：

P_k＝(a₁,a₂,…,a_n)：径向基函数神经网络的输入向量，该输入向量即为桥梁的物理量的数据信息组；

S_k＝(s₁,s₂,…,s_p)：径向基函数神经网络的中间层输入向量，

T_k＝(b₁,b₂,…,b_p)：径向基函数神经网络的中间层输出向量；

L：径向基函数神经网络的输出层单元输入向量；

B：径向基函数神经网络输出向量，即桥梁健康状况的评估值。

步骤S1：根据输入向量P_k＝(a₁,a₂,…,a_n)、输入层至中间层的连接权值w_ij和中间层各单元的输出阀值θ_j，计算中间层各单元的输入向量S_k＝(s₁,s₂,…,s_p)，计算公式为：

步骤S2：根据步骤S1得到的s_j，计算径向基函数神经网络的中间层输出向量T_k＝(b₁,b₂,…,b_p)，计算公式为：

步骤S3：根据步骤S2得到的b_j,以及中间层至输出层的连接权值v_jt和输出层各单元的输出阀值γ_j，计算径向基函数神经网络的输出层单元输入向量L，计算公式为：

步骤S4：根据步骤S3得到的L，计算径向基函数神经网络输出向量C，计算公式为：

计算所得的径向基函数神经网络输出向量C即为桥梁健康状况的评估值，根据桥梁健康状况的评估值，对比桥梁损伤指数等级，得到桥梁的健康状况等级和等级评分。

优选地，本发明的桥梁的维护资金额度的计算公式为：

其中，i＝1,2,3,,,n；

ci为第i座桥梁的维护资金额度；

bi为第i座桥梁的等级评分；

n为路网内桥梁数量的总和；

a为所有桥梁的等级评分的总和；

C为桥梁维护总费用。

例如，现有桥梁维护总费用C为1000万，路网内桥梁数量的总和n为100座，这100座桥梁的等级评分的总和a为300，其中，4号桥梁的等级评分为3，根据上述公式，4号桥梁的维护资金额度

本实施例一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统的其它结构参见现有技术。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，故凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统，其特征在于，包括若干现场监控装置、服务器、客户端和监测系统，每个现场监控装置服务对应的桥梁；

所述现场监控装置，用于采集桥梁的若干类型的物理量的数据信息，并将所述物理量的数据信息上传至所述服务器；

所述服务器，将所述数据信息存入所述监测系统并更新所述监测系统的安装包，将所述监测系统的安装包上传至所述客户端；

所述客户端，供用户离线下载所述监测系统的安装包，并安装所述监测系统，根据各个物理量的数据信息判断桥梁的健康状况。

2.根据权利要求1所述的一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统，其特征在于，所述监测系统包括：

若干项目管理子系统，每个项目管理子系统用于管理对应的桥梁，用于评估桥梁的健康状况并给出等级评分；

路网级管理子系统，根据每个桥梁的所述等级评分，为每个桥梁配置相应的维护资金额度；

数据库管理子系统，用于管理的所述监测系统的数据信息，以形成统一的数据管理模式。

3.根据权利要求2所述的一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统，其特征在于，

所述项目管理子系统包括损伤退化模块，所述损伤退化模块根据桥梁的各类型的物理量的数据信息分析桥梁的健康状况并给出所述等级评分。

4.根据权利要求2所述的一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统，其特征在于，

所述项目管理子系统包括：

健康预警模块，判断桥梁的各类型物理量的数据信息是否超过预警值，若超过，则进行报警，并记录报警的时间点和报警次数；

维护决策模块，用于记录报警后的处理状态，所述处理状态包括“已处理”和“未处理”。

5.根据权利要求2所述的一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统，其特征在于，

所述项目管理子系统包括桥梁监测模块，所述桥梁监测模块用于实时显示桥梁的各类型的物理量的数据信息。

6.根据权利要求2所述的一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统，其特征在于，

桥梁的维护资金额度的计算公式为：

其中，i＝1,2,3,,,n；

ci为第i座桥梁的维护资金额度；

bi为第i座桥梁的评估等级评分；

n为路网内桥梁数量的总和；

a为所有桥梁的等级评分的总和；

C为桥梁维护总费用。

7.根据权利要求3所述的一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统，其特征在于，

所述损伤退化模块是基于径向基函数神经网络计算得到桥梁健康状况的评估值，其包括：

数据存储单元，用于存储所述网络评估参数、若干座桥梁的数据信息组以及桥梁损伤指数等级；

输入单元，用于读取网络评估参数和桥梁的若干类型的物理量的数据信息；

计算单元，根据所述网络评估参数和所述数据信息，通过径向基函数神经网络计算桥梁健康状况的评估值，其中，桥梁的若干类型的物理量的数据信息即为径向基函数神经网络的输入向量；

判断单元，用于对比所述评估值和桥梁损伤指数等级，判断桥梁的健康状况等级。

8.根据权利要求7所述的一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统，其特征在于，

所述桥梁损伤指数等级的数值区间的范围为[0.0,1.0]，其分为五个连续的子区间，每个子区间的数值范围及对应的健康状况等级分别为：

第一子区间的数值范围为[0.0,0.2)，对应的健康状况等级为第一等级,等级评分为0；

第二子区间的数值范围为[0.2,0.4)，对应的健康状况等级为第二等级，等级评分为1；

第三子区间的数值范围为[0.4,0.6)，对应的健康状况等级为第三等级，等级评分为2；

第四子区间的数值范围为[0.6,0.8)，对应的健康状况等级为第四等级，等级评分为3；

第五子区间的数值范围为[0.8,1.0]，对应的健康状况等级为第五等级，等级评分为4；

桥梁健康状况的评估值越高，代表桥梁健康状况健康状况等级越高，等级评分越高，健康状况越差。

9.根据权利要求1所述的一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统，其特征在于，

所述现场监控装置包括：

传感器子模块，用于采集桥梁的若干类型的物理量的数据信息；

采集仪子模块，将所述数据信息通过串口上传至所述服务器。

10.根据权利要求9所述的一种路网级的桥梁健康监测智能CS架构系统，其特征在于，

所述传感器子模块包括震动传感器、位移传感器、温度传感器和应力应变传感器。