CN109855632A - 基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统及其方法，所述系统包括依次连接的桥梁阻尼器、传感器节点、无线网络节点、桥梁监测终端、地图导航平台和用户终端；传感器节点采集桥梁阻尼器的震动信息和位置信息，通过无线网络节点发送到桥梁监测终端，经分析处理得到的工程分析数据和导航支持数据，导航支持数据发送到地图导航平台，由地图导航平台向用户终端发送导航数据。本发明一方面可通过阻尼器对桥梁结构起到减震作用，另一方面可通过减震数据记录及数据分析，为车辆导航通行提供数据支持。

Description

基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统和方法

技术领域

本发明涉及道路交通安全及导航技术领域，具体涉及一种基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统和方法。

背景技术

桥梁结构的跨度不断增加，导致桥梁结构的柔性越来越大，阻尼比越来越小，在外荷载的激励下极易发生大幅振动，尤其在强风和强震的作用下，桥梁结构的大幅振动容易导致致命损害、威胁居民和行车安全。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统和方法，通过桥梁阻尼器对桥梁结构起到减震作用，并通过减震数据的记录及数据分析，为车辆导航通行提供数据支持。

本发明所采用的技术方案为：

基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统，其特征在于：

所述系统包括依次连接的桥梁阻尼器、传感器节点、无线网络节点、桥梁监测终端、地图导航平台和用户终端；

传感器节点采集桥梁阻尼器的震动信息和位置信息，通过无线网络节点发送到桥梁监测终端，经分析处理得到的工程分析数据和导航支持数据，导航支持数据发送到地图导航平台，由地图导航平台向用户终端发送导航数据。

每一个桥梁阻尼器对应连接一个传感器节点，多个传感器节点对应连接一个无线网络节点。

桥梁阻尼器包括可调节质量块、可变刚度弹簧、阻尼系统和定位芯片；

传感器节点采集可调节质量块、可变刚度弹簧的位移形变数据，以及阻尼系统的频率数据，获得震动信息；传感器节点采集定位芯片的定位数据，或得位置信息；震动信息和位置信息通过无线网络节点发送到桥梁监测终端。

传感器节点包括依次连接的传感单元、数模转换单元、数据处理与储存单元和无线通信单元；

传感器节点通过传感单元采集桥梁阻尼器的震动信息和位置信息，通过数模转换单元进行模拟信号与数字信号的转换，转换后的数据储存于数据处理与储存单元，并通过无线通信单元发送到无线网络节点。

无线网络节点包括依次连接的数据输入单元和数据输出单元；

无线网络节点通过数据输入单元接收传感器节点发送的信息，再通过数据输出单元发送到桥梁监测终端。

桥梁监测终端包括依次连接的数据通信单元、储存单元和数据处理与分析单元；

桥梁监测终端通过数据通信单元接收无线网络节点发送的信息，储存到储存单元，并由数据处理与分析单元读取进行分析处理，得到工程分析数据和导航支持数据，导航支持数据发送到地图导航平台。

地图导航平台包括路径规划系统、服务器和地图导航平台通讯单元；

地图导航平台通过地图导航平台通讯单元接收桥梁监测终端发送的导航支持数据，从服务器调用地图后，结合导航支持数据通过路径规划系统规划路径，然后将获得的导航数据通过地图导航平台通讯单元发送到用户终端。

用户终端包括地图导航APP、定位单元和用户终端通讯单元；

用户终端的地图导航APP发出导航请求并输入目的地，通过定位单元定位当前位置，通过用户终端通讯单元发送给地图导航平台，之后通过用户终端通讯单元接收导航数据。

工程分析数据为桥梁特定时间段内的震动的强度、频率数值，作为安全维护信息；

导航支持数据为桥梁特定时间段内的震动的曲线峰值分布，作为车流量依据。

基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤1：车辆用户通过用户终端的地图导航APP发出导航请求，输入目的地，并通过定位单元定位车辆当前位置；导航请求将通过用户终端通讯单元发送给地图导航平台的地图导航平台通讯单元；

步骤2：地图导航平台从服务器中调用地图，并通过路径规划系统规划路径；如果规划的路径不通过桥梁，则进入步骤5，如果规划的路径通过桥梁，则进入下一步；

步骤3：桥梁监测终端的数据处理与分析单元将根据桥梁震动数据生成桥梁震动峰值曲线，并通过数据通信单元将震动峰值曲线数据发送给地图导航平台通讯单元；地图导航平台的路径规划系统将对步骤2规划的路径进行分析；分析的方法是根据震动峰值曲线判断该时间段桥梁车流量；如果该时间段桥梁车流量较多，表明该时间段桥梁拥堵，则进入下一步；如果该时间段桥梁车流量不多，则进入步骤5；

步骤4：该时间段桥梁车流量较多，一方面为避免用户拥堵，另一方面为避免桥梁承受更多震动，地图导航平台的路径规划系统将重新规划一条绕开该桥梁的路径；

步骤5：地图导航平台的地图导航平台通讯单元将生成的路径发送给用户终端的用户终端通讯单元，用户通过地图导航APP按导航路径行驶。

本发明具有以下优点：

本发明中桥梁阻尼器在对桥梁结构起到减震作用的同时，可为车辆导航通行提供数据支持。传统地图导航方式根据用户使用车载地图的定位信息，判断道路、桥梁的车流量，但这种方式，未使用车载地图的用户将不被统计，统计数据缺乏准确性。

附图说明

图1为本发明系统组成图。

图2为本发明工作原理图。

图3为本发明工作流程图。

图4为导航工作流程图。

图中，1-桥梁，2-桥梁阻尼器，3-传感器节点，4-无线网络节点，5-桥梁监测终端，6-地图导航平台，7-用户终端；

201-可调节质量块，202-可变刚度弹簧，203-阻尼系统，204-定位芯片；

301-传感单元，302-数模转换单元，303-数据处理与储存单元，304-无线通信单元；

401-数据输入单元，402-数据输出单元；

501-数据通信单元，502-储存单元，503-数据处理与分析单元；

601-路径规划系统，602-服务器，603-地图导航平台通讯单元；

701-地图导航APP，702-定位单元，703-用户终端通讯单元。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统，所述系统包括依次连接的桥梁阻尼器2、传感器节点3、无线网络节点4、桥梁监测终端5、地图导航平台6和用户终端7。传感器节点3采集桥梁阻尼器2的震动信息和位置信息，通过无线网络节点4发送到桥梁监测终端5，经分析处理得到的工程分析数据和导航支持数据，导航支持数据发送到地图导航平台6，由地图导航平台6向用户终端7发送导航数据。每一个桥梁阻尼器2对应连接一个传感器节点3，多个传感器节点3对应连接一个无线网络节点4。

桥梁阻尼器2安装到桥梁1上，用于桥梁减震，包括可调节质量块201、可变刚度弹簧202、阻尼系统203和定位芯片204。可采用调谐质量阻尼器（TMD），将其振动频率调整至主结构频率附近，改变结构共振特性，以达到减震作用。传感器节点3采集可调节质量块201、可变刚度弹簧202的位移形变数据，以及阻尼系统203的频率数据，获得震动信息；传感器节点3采集定位芯片204的定位数据，或得位置信息；震动信息和位置信息通过无线网络节点4发送到桥梁监测终端5。

传感器节点3用于读取传输阻尼器数据，包括依次连接的传感单元301（具体为检测阻尼）、数模转换单元302（具体为AD数模转化）、数据处理与储存单元303（具体为sd储存卡）和无线通信单元304（具体为4G通信）。传感器节点3为光电传感单元，通过传感单元301采集桥梁阻尼器2的震动信息和位置信息，通过数模转换单元302进行模拟信号与数字信号的转换，转换后的数据储存于数据处理与储存单元303，并通过无线通信单元304发送到无线网络节点4。

无线网络节点4用于网络通信，包括依次连接的数据输入单元401（具体为路由器输入）和数据输出单元402（具体为路由器输出）；无线网络节点4通过数据输入单元401接收传感器节点3发送的信息，再通过数据输出单元402发送到桥梁监测终端5。

桥梁监测终端5用于监测桥梁震动数据与桥梁质量，包括依次连接的数据通信单元501（具体为4G接口））、储存单元502（具体为sd储存卡）和数据处理与分析单元503（具体为单片机）；桥梁监测终端5通过数据通信单元501接收无线网络节点4发送的信息，储存到储存单元502，并由数据处理与分析单元503读取进行分析处理，得到工程分析数据和导航支持数据，导航支持数据发送到地图导航平台6。工程分析数据为桥梁特定时间段内的震动的强度、频率数值，作为安全维护信息；导航支持数据为桥梁特定时间段内的震动的曲线峰值分布，作为车流量依据。

地图导航平台6如百度地图、高德地图等包括路径规划系统601（即导航软件，输入目的地，规划路径）、服务器602（地图后台，如百度地图云端或高得地图云端）和地图导航平台通讯单元603（地图后台与手机终端、其他设备终端通信的接口）；地图导航平台6通过地图导航平台通讯单元603接收桥梁监测终端5发送的导航支持数据，从服务器602调用地图后，结合导航支持数据通过路径规划系统601规划路径，然后将获得的导航数据通过地图导航平台通讯单元603发送到用户终端7。

用户终端7可以为但不限于手机终端、pad终端、车载终端等，包括地图导航APP701、定位单元702（手机GPS定位）和用户终端通讯单元703（手机4G通信）；用户终端7的地图导航APP701发出导航请求并输入目的地，通过定位单元702定位当前位置，通过用户终端通讯单元703发送给地图导航平台6，之后通过用户终端通讯单元703接收导航数据。

桥梁阻尼器减震数据分析工作流程：

步骤1：桥梁阻尼器2安装于桥梁1上，可以一个桥梁1上安装一个，也可以一个桥梁1上安装多个，用于采集桥梁1不同路段的震动情况。桥梁阻尼器2安装后，桥梁阻尼器2的定位芯片204将实时发送位置信息给桥梁监测终端5的数据通信单元501，桥梁监测终端5可获知阻尼器位置。桥梁阻尼器2安装后，安装传感器节点3，每个传感器节点3对应一个桥梁阻尼器2，用于读取、采集桥梁阻尼器2信号。

步骤2：传感器节点3的传感单元301用于采集桥梁阻尼器2的工作数据，具体来说，通过采集可调节质量块201、可变刚度弹簧202的位移形变，读取震动力数据，通过采集阻尼系统203的频率，读取震动频率数据，通过定位芯片204读取桥梁阻尼器2位置信息。

步骤3：如果桥梁发生震动，桥梁阻尼器2将对桥梁起到减震作用。减震方式为桥梁阻尼器2的可调节质量块201、可变刚度弹簧202将发生位移形变，阻尼系统203将发生震动频率变化。传感器节点3的传感单元301将读取可调节质量块201、可变刚度弹簧202的位移数据及阻尼系统203的震动频率数据，并通过数模转换单元302进行模拟信号与数字信号的转换。转换后的数据将储存于数据处理与储存单元303中。

步骤4：传感器节点3的数据处理与储存单元303处理与储存的减震数据将通过无线通信单元304发送给无线网络节点4的数据输入单元401，通过数据输出单元402将数据发送给桥梁监测终端5的数据通信单元501，减震数据将在储存单元502中储存。

步骤5：数据读取后，桥梁监测终端5的数据处理与分析单元503将对收集的数据进行分析与处理。一方面，进行工程数据分析，另一方面为导航数据提供支持。工程数据分析，主要为桥梁一段时间（一天、一周等）震动的强度、频率数值，以便工程人员及时发现桥梁哪个部段需要维修维护，减震的同时，确保桥梁安全。导航数据支持，主要是分析桥梁一段时间（一天、一周等）震动的曲线峰值分布，如一天中某时间段震动峰值高，表明该时间段通行车辆较多。将震动峰值曲线数据通过数据通信单元501发送给地图导航平台6的地图导航平台通讯单元603，为地图导航服务提供数据支持。

基于上述系统的基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航方法，包括以下步骤：

步骤1：车辆用户通过用户终端7的地图导航APP701发出导航请求，输入目的地，并通过定位单元702定位车辆当前位置；导航请求将通过用户终端通讯单元703发送给地图导航平台6的地图导航平台通讯单元603；

步骤2：地图导航平台6从服务器602中调用地图，并通过路径规划系统601规划路径；如果规划的路径不通过桥梁，则进入步骤5，如果规划的路径通过桥梁，则进入下一步；

步骤3：桥梁监测终端5的数据处理与分析单元503将根据桥梁震动数据生成桥梁震动峰值曲线，并通过数据通信单元501将震动峰值曲线数据发送给地图导航平台通讯单元603；地图导航平台6的路径规划系统601将对步骤2规划的路径进行分析；分析的方法是根据震动峰值曲线判断该时间段桥梁车流量；如果该时间段桥梁车流量较多，表明该时间段桥梁拥堵，则进入下一步；如果该时间段桥梁车流量不多，则进入步骤5；

步骤4：该时间段桥梁车流量较多，一方面为避免用户拥堵，另一方面为避免桥梁承受更多震动，地图导航平台6的路径规划系统601将重新规划一条绕开该桥梁的路径；

步骤5：地图导航平台6的地图导航平台通讯单元603将生成的路径发送给用户终端7的用户终端通讯单元703，用户通过地图导航APP701按导航路径行驶。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统，其特征在于：

所述系统包括依次连接的桥梁阻尼器（2）、传感器节点（3）、无线网络节点（4）、桥梁监测终端（5）、地图导航平台（6）和用户终端（7）；

传感器节点（3）采集桥梁阻尼器（2）的震动信息和位置信息，通过无线网络节点（4）发送到桥梁监测终端（5），经分析处理得到的工程分析数据和导航支持数据，导航支持数据发送到地图导航平台（6），由地图导航平台（6）向用户终端（7）发送导航数据。

2.根据权利要求1所述的基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统，其特征在于：

每一个桥梁阻尼器（2）对应连接一个传感器节点（3），多个传感器节点（3）对应连接一个无线网络节点（4）。

3.根据权利要求1所述的基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统，其特征在于：

桥梁阻尼器（2）包括可调节质量块（201）、可变刚度弹簧（202）、阻尼系统（203）和定位芯片（204）；

传感器节点（3）采集可调节质量块（201）、可变刚度弹簧（202）的位移形变数据，以及阻尼系统（203）的频率数据，获得震动信息；传感器节点（3）采集定位芯片（204）的定位数据，或得位置信息；震动信息和位置信息通过无线网络节点（4）发送到桥梁监测终端（5）。

4.根据权利要求1所述的基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统，其特征在于：

传感器节点（3）包括依次连接的传感单元（301）、数模转换单元（302）、数据处理与储存单元（303）和无线通信单元（304）；

传感器节点（3）通过传感单元（301）采集桥梁阻尼器（2）的震动信息和位置信息，通过数模转换单元（302）进行模拟信号与数字信号的转换，转换后的数据储存于数据处理与储存单元（303），并通过无线通信单元（304）发送到无线网络节点（4）。

5.根据权利要求1所述的基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统，其特征在于：

无线网络节点（4）包括依次连接的数据输入单元（401）和数据输出单元（402）；

无线网络节点（4）通过数据输入单元（401）接收传感器节点（3）发送的信息，再通过数据输出单元（402）发送到桥梁监测终端（5）。

6.根据权利要求1所述的基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统，其特征在于：

桥梁监测终端（5）包括依次连接的数据通信单元（501）、储存单元（502）和数据处理与分析单元（503）；

桥梁监测终端（5）通过数据通信单元（501）接收无线网络节点（4）发送的信息，储存到储存单元（502），并由数据处理与分析单元（503）读取进行分析处理，得到工程分析数据和导航支持数据，导航支持数据发送到地图导航平台（6）。

7.根据权利要求1所述的基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统，其特征在于：

地图导航平台（6）包括路径规划系统（601）、服务器（602）和地图导航平台通讯单元（603）；

地图导航平台（6）通过地图导航平台通讯单元（603）接收桥梁监测终端（5）发送的导航支持数据，从服务器（602）调用地图后，结合导航支持数据通过路径规划系统（601）规划路径，然后将获得的导航数据通过地图导航平台通讯单元（603）发送到用户终端（7）。

8.根据权利要求1所述的基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统，其特征在于：

用户终端（7）包括地图导航APP（701）、定位单元（702）和用户终端通讯单元（703）；

用户终端（7）的地图导航APP（701）发出导航请求并输入目的地，通过定位单元（702）定位当前位置，通过用户终端通讯单元（703）发送给地图导航平台（6），之后通过用户终端通讯单元（703）接收导航数据。

9.根据权利要求6所述的基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航系统，其特征在于：

工程分析数据为桥梁特定时间段内的震动的强度、频率数值，作为安全维护信息；

导航支持数据为桥梁特定时间段内的震动的曲线峰值分布，作为车流量依据。

10.基于桥梁阻尼器减震数据采集的车辆通行导航方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤1：车辆用户通过用户终端（7）的地图导航APP（701）发出导航请求，输入目的地，并通过定位单元（702）定位车辆当前位置；导航请求将通过用户终端通讯单元（703）发送给地图导航平台（6）的地图导航平台通讯单元（603）；

步骤2：地图导航平台（6）从服务器（602）中调用地图，并通过路径规划系统（601）规划路径；如果规划的路径不通过桥梁，则进入步骤5，如果规划的路径通过桥梁，则进入下一步；

步骤3：桥梁监测终端（5）的数据处理与分析单元（503）将根据桥梁震动数据生成桥梁震动峰值曲线，并通过数据通信单元（501）将震动峰值曲线数据发送给地图导航平台通讯单元（603）；地图导航平台（6）的路径规划系统（601）将对步骤2规划的路径进行分析；分析的方法是根据震动峰值曲线判断该时间段桥梁车流量；如果该时间段桥梁车流量较多，表明该时间段桥梁拥堵，则进入下一步；如果该时间段桥梁车流量不多，则进入步骤5；

步骤4：该时间段桥梁车流量较多，一方面为避免用户拥堵，另一方面为避免桥梁承受更多震动，地图导航平台（6）的路径规划系统（601）将重新规划一条绕开该桥梁的路径；

步骤5：地图导航平台（6）的地图导航平台通讯单元（603）将生成的路径发送给用户终端（7）的用户终端通讯单元（703），用户通过地图导航APP（701）按导航路径行驶。