CN110516945B - 一种共构承载结构全生命周期远程监控系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种共构承载结构全生命周期远程监控系统，包括静响应监测装置、动响应监测装置、数据转换‑无线传输装置和云平台，静响应监测装置、动响应监测装置通过数据转换‑无线传输装置与云平台通讯连接；静响应监测装置用于监测建设期以及运营期的共构承载结构的静响应参数；动响应监测装置用于监测建设期与运营期共构承载结构的动响应参数；云平台依据静响应参数和动响应参数对共构承载结构的全生命周期性能进行时效评估、决策和控制。本发明通过设置的静响应监测装置和动响应监测装置，可实现共构承载结构建设与运营周期结构静/动耦合响应指标的实时监测，而配合云平台进行大数据分析，可有效的提高数据分析的准确性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及共构承载结构远程监控技术领域，具体涉及一种共构承载结构全生命周期远程监控系统及方法。
背景技术
近年来，为提高土地使用效率，节约城市空间，多形式的共构承载结构不断涌现，如：高架快速道路与地下建筑共构，工程高架桥分别与地铁隧道、地下街或地下停车场共构，高架桥与铁路隧道、地下停车场共构等。共构承载结构由于其诸多优势被广泛使用，但其特殊的结构形式也给结构监测带来很多难以解决的问题，特别是全生命周期的静动耦合指标监测，至今尚未形成合理并行之有效的监测方法，由于缺少静动耦合沉降、变形、挠度等关键指标，导致共构承载结构的建设期施工效果评估及运营期安全性-适用性评估工作迟滞不前，严重阻碍了共构承载结构长远发展，同时留下了巨大的安全隐患，有待于解决。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种共构承载结构全生命周期远程监控系统及方法，以解决现有技术中对于共构承载结构全生命周期的监测无法及时得到相关评估报告，存在巨大安全隐患的问题。
为了实现上述目的，本发明的实施方式提供如下技术方案：
在本发明实施例的第一个方面，提供了一种共构承载结构全生命周期远程监控系统，包括静响应监测装置、动响应监测装置、数据转换-无线传输装置和云平台，所述静响应监测装置、所述动响应监测装置通过所述数据转换-无线传输装置与所述云平台通讯连接；
所述静响应监测装置用于监测建设期以及运营期的共构承载结构的静响应参数；
所述动响应监测装置用于监测建设期与运营期共构承载结构的动响应参数；
所述云平台依据所述静响应参数和所述动响应参数对所述共构承载结构的全生命周期性能进行时效评估、决策和控制。
作为本发明实施例的一种优选方案，所述静响应监测装置包括用于获取所述静响应参数的静响应传感器，以及用于收集所述静响应传感器所获取监测数据的第一信息采集终端并输出静响应电信号；所述静响应参数包括所述共构承载结构的耦合沉降参数、变形参数、和倾斜参数。
作为本发明实施例的一种优选方案，所述动响应监测装置包括用于获取所述动响应参数的动响应传感器，以及用于收集所述动响应传感器所获取监测数据的第二信息采集终端并输出动响应电信号；所述动响应参数包括所述共构承载结构的关键部位的动挠度信息、振动位移幅值信息、频率信息和振型信息。
作为本发明实施例的一种优选方案，所述数据转换-传输装置包括转换单元和无线传输装置，所述转换单元用于将所述共构承载结构的所述静响应电信号和所述动响应电信号转换成静动耦合响应数字信号；所述无线传输装置将所述静动耦合响应数字信号无线传输至所述云平台。
作为本发明实施例的一种优选方案，所述动响应传感器至少包括激光器、PSD传感器、倾角传感器和振动传感器。
作为本发明实施例的一种优选方案，所述静响应传感器包括沉降采集终端、倾斜采集终端。
作为本发明实施例的一种优选方案，在所述静响应监测装置和所述动响应监测装置附件还设置有用于补充电能的系统补能装置，所述系统补能装置包括太阳能电池板，以及与所述太阳能电池板连接且用于存储电能的蓄电池，所述蓄电池给所述静响应监测装置、所述动响应监测装置以及所述数据转换-无线传输装置提供电能。
作为本发明实施例的一种优选方案，所述云平台包括分析管理平台、性能时效评估平台、管理层决策平台和远程监控平台。
在本发明实施例的第二个方面，提供了一种共构承载结构全生命周期远程监控方法，包括如下步骤：
步骤100、获取建设期与运营期的共构承载结构全生命周期的静响应参数和动响应参数；
步骤200、将电信号性质的所述静响应参数和所述动响应参数耦合转换成静动耦合响应数字信号；
步骤300、所述静动耦合响应数字信号通过无线传输至云平台；
步骤400、所述云平台对所述静动耦合响应数字信号进行分析、处理和存储后，进行共构承载结构全生命周期性能时效评估，获取评估报告；
步骤500、依据评估报告、管理层做出决策。
作为本发明实施例的一种优选方案，所述云平台配置来完成所述共构承载结构的静动耦合数据分析，排查共构承载结构潜在安全隐患，生成建设期的共构承载结构施工效果评估报告，生成运营期的共构承载结构安全性-适用性评价报告。
本发明的实施方式具有如下优点：
本发明通过设置的静响应监测装置和动响应监测装置，可实现共构承载结构建设与运营周期结构静/动耦合响应指标的实时监测，而配合云平台进行大数据分析，可有效的提高数据分析的准确性，更加的节省人力物力，还可有效的解决相关数据收集慢，导致用户无法及时得到相关评估报告的问题，其排查共构承载结构安全隐患的效率会更高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式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示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例1提供的远程监控系统的结构框图；
图2为本发明实施例2提供的远程监控方法的流程图。
图中：
1-静响应监测装置；2-动响应监测装置；3-数据转换-无线传输装置；4-系统补能装置；5-云平台；
101-静响应传感器；102-第一信息采集终端；103-振动传感器；
201-动响应传感器；202-第二信息采集终端；203-激光器；204-PSD传感器；205-倾角传感器。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。
实施例1：
如图1所示，本发明提供了一种共构承载结构全生命周期远程监控系统，以共构承载结构为公路与轨道交通共构承载结构为例进行说明：
该监控系统主要包括静响应监测装置1、动响应监测装置2、数据转换-无线传输装置3和云平台5，所述静响应监测装置1、所述动响应监测装置2通过所述数据转换-无线传输装置3与所述云平台5通讯连接，云平台5包括分析管理平台、性能时效评估平台、管理层决策平台和远程监控平台；
静响应监测装置1用于监测建设期以及运营期的共构承载结构的静响应参数；动响应监测装置2用于监测建设期与运营期共构承载结构的动响应参数；云平台依据所述静响应参数和所述动响应参数对所述共构承载结构的全生命周期性能进行时效评估、决策和控制。
本实施例主要通过获取共构承载结构全生命周期的静响应参数和动响应参数，实现共构承载结构建设与运营周期结构静/动耦合响应指标的实时监测、智能采集以及无线传输，快速完成共构承载结构静动耦合数据分析，全方位、大范围排查共构承载结构潜在安全隐患，建设期定期自动生成共构承载结构施工效果评估报告，运营期定期自动生成共构承载结构安全性-适用性评价报告，大大提高共构承载结构安全隐患排查与管理层决策效率。
在本实施例中，共构体关键位置的主控指标主要通过静响应监测装置1和动响应监测装置2进行获取，静响应监测装置1包括用于获取所述静响应参数的静响应传感器101，以及用于收集所述静响应传感器101所获取监测数据的第一信息采集终端102并输出静响应电信号；所述静响应参数包括所述共构承载结构的耦合沉降参数、变形参数、和倾斜参数。
动响应监测装置2包括用于获取所述动响应参数的动响应传感器201，以及用于收集所述动响应传感器201所获取监测数据的第二信息采集终端202并输出动响应电信号；所述动响应参数包括所述共构承载结构的关键部位边梁、跨中等的动挠度信息、振动位移幅值信息、频率信息和振型信息。
在本实施例中，动响应传感器201至少包括激光器203、PSD传感器204、倾角传感器205和振动传感器206，激光器测量距离范围0～30m，测距精度0.05mm，所述PSD传感器量程21mm×21mm、15mm×15mm，测量精度0.01mm，所述倾角传感器精度0.0008°，振动传感器，其量程±4g，传感器分辨率
静响应传感器101包括沉降采集终端103、倾斜采集终端104。
其供电方式可以是太阳能板和蓄电池两种供电方式。
数据转换-传输装置3包括转换单元和无线传输装置，所述转换单元用于将所述共构承载结构的所述静响应电信号和所述动响应电信号转换成静动耦合响应数字信号；所述无线传输装置将所述静动耦合响应数字信号无线传输至所述云平台5。
其中，转换单元还包括信号转换器、微处理器，所述共构承载结构静动耦合响应数据无线传输装置还包括Zigbee无线网络、GPRS无线网络、数据传输中继节点、Zigbee协调器，所述Zigbee无线网络用于短距离数据传输与通讯，所述GPRS无线网络用于长距离数据传输与通讯。
在实际中，单独通过静响应参数或者动响应参数进行决策判断，其依据比较片面，如果对于处理后的数据，静响应数据和动相应数据，进行结合判断，其各自依然保持各自数据的结果特性，判断依据也不够明显，因此，在本实施例中，将静响应参数和动响应参数处理成数字信号的同时，将其耦合成静动态响应数据进行综合判断。判断依据更为准确、有效。
在所述静响应监测装置1和所述动响应监测装置2附件还设置有用于补充电能的系统补能装置4，所述系统补能装置4包括太阳能电池板，以及与所述太阳能电池板连接且用于存储电能的蓄电池，所述蓄电池给所述静响应监测装置1、所述动响应监测装置2以及所述数据转换-无线传输装置提供电能。
实施例2：
如图2所示，本发明提供了一种共构承载结构全生命周期远程监控方法，包括如下步骤：
步骤100、获取建设期与运营期的共构承载结构全生命周期的静响应参数和动响应参数；
步骤200、将电信号性质的所述静响应参数和所述动响应参数耦合转换成静动耦合响应数字信号；
步骤300、所述静动耦合响应数字信号通过无线传输至云平台；
步骤400、所述云平台对所述静动耦合响应数字信号进行分析、处理和存储后，进行共构承载结构全生命周期性能时效评估，获取评估报告；
步骤500、依据评估报告、管理层做出决策。
云平台配置来完成所述共构承载结构的静动耦合数据分析，排查共构承载结构潜在安全隐患，生成建设期的共构承载结构施工效果评估报告，生成运营期的共构承载结构安全性-适用性评价报告。
共构体关键位置的主控指标在施工期，包括框架结构的沉降、倾斜和各跨间不均匀沉降，轨道箱梁、框架结构的初始自振频率，上部简支梁施工阶段的自振频率；在运营期包括框架结构的累积沉降、倾斜和各跨间不均匀沉降，轨道箱梁、框架结构及上部简支梁关键部位的振动位移幅值、自振频率、振型。
损伤程度分为轻微损伤、中度损伤、重度损伤三个等级，对应的Bayes数据融合损伤识别计算结果分别为：0～0.05，0.05～0.15，0.15～1.0。
施工效果评价分为差、中、良、优四个等级，对应的模糊计算结果分别为0～0.6，0.6～0.8，0.8～0.9，0.9～1.0；
运营期安全性分为不安全、较安全、安全三个等级，对应的模糊计算结果分别：0～0.6，0.6～0.85，0.85～1.0；
运营期舒适性分为不舒适、较舒适、舒适三个等级，对应的模糊计算结果分别：0～0.6，0.6～0.7，0.7～1.0。
实施例3：
本发明提供了共构承载结构全生命周期性能时效评估方法，具体包括如下内容：
1、以相关规范为标准，结合工程实际情况，分别设定共构承载结构建设期与运营期主控指标沉降、变形、倾角、动挠度、振动位移幅值、频率、振型累计值阈值和主控指标变化率阈值；
2、获取共构承载结构主控指标初始值，基于频率、振型，计算得到初始动力指纹指标模态柔度差曲率MFC、模态曲率差CMSD、均匀荷载面曲率差ULSCD，使用Bayes数据融合损伤识别方法，确定共构承载结构初始损伤位置，定量分析结构初始损伤程度；
3、以共构承载结构建设期与运营期主控指标累计值和变化率、动力指纹指标累计值和变化率、损伤位置、损伤程度累计值和变化率作为主要因素分别建立共构承载结构建设期的施工效果与运营期的安全性及舒适性的模糊评价数学模型；
4、获取共构承载结构主控指标监测值，基于监测频率、振型计算得到当前动力指纹指标模态柔度差曲率MFC、模态曲率差CMSD、均匀荷载面曲率差ULSCD，使用Bayes数据融合损伤识别方法，确定共构承载结构当前损伤位置，定量分析结构当前损伤程度；
5将当前主控指标累计值及变化率带入模糊评价数学模型中得到模糊评价结果，评价共构承载结构建设期的施工效果或运营期的安全性及舒适性。
上述计算模型及相关报告预先编写成计算机程序导入共构承载结构全生命周期性能时效评估、决策、控制云平台，输入共构承载结构当前监测主控指标，即可自动计算建设期的施工效果或运营期的安全性及舒适性评价结果，生成共构承载结构建设期施工效果评估报告或共构承载结构运营期安全性-适用性评价报告。
综合上述实施例1至实施例3：本发明能够实现共构承载结构建设与运营周期结构静/动耦合响应指标的实时监测、智能采集、无线传输；基于云平台和大数据分析技术，可快速完成共构承载结构静动耦合大数据分析，提高数据分析准确度，节省人力物力；全方位、大范围排查共构承载结构潜在安全隐患，建设期定期生成共构承载结构施工效果评估报告，运营期定期生成共构承载结构安全性-适用性评价报告，大大提高共构承载结构安全隐患排查与管理层决策效率。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种共构承载结构全生命周期远程监控系统，其特征在于，包括静响应监测装置（1）、动响应监测装置（2）、数据转换-无线传输装置（3）和云平台（5），所述静响应监测装置（1）、所述动响应监测装置（2）通过所述数据转换-无线传输装置（3）与所述云平台（5）通讯连接；
所述静响应监测装置（1）用于监测建设期以及运营期的共构承载结构的静响应参数；
所述动响应监测装置（2）用于监测建设期与运营期共构承载结构的动响应参数；
所述云平台依据所述静响应参数和所述动响应参数对所述共构承载结构的全生命周期性能进行时效评估、决策和控制；
所述动响应监测装置（2）包括用于获取所述动响应参数的动响应传感器（201），以及用于收集所述动响应传感器（201）所获取监测数据的第二信息采集终端（202）并输出动响应电信号；所述动响应参数包括所述共构承载结构的关键部位的动挠度信息、振动位移幅值信息、频率信息和振型信息；
所述数据转换-无线传输装置（3）包括转换单元和无线传输装置，所述转换单元用于将所述共构承载结构的静响应电信号和动响应电信号转换成静动耦合响应数字信号；所述无线传输装置将所述静动耦合响应数字信号无线传输至所述云平台（5）；
共构承载结构的关键部位的主控指标：在施工期，包括框架结构的沉降、倾斜和各跨间不均匀沉降，轨道箱梁、框架结构的初始自振频率，上部简支梁施工阶段的自振频率；在运营期，包括框架结构的累积沉降、倾斜和各跨间不均匀沉降，轨道箱梁、框架结构及上部简支梁关键部位的振动位移幅值、自振频率、振型。
2.根据权利要求1所述的一种共构承载结构全生命周期远程监控系统，其特征在于，所述静响应监测装置（1）包括用于获取所述静响应参数的静响应传感器（101），以及用于收集所述静响应传感器（101）所获取监测数据的第一信息采集终端（102）并输出静响应电信号；所述静响应参数包括所述共构承载结构的耦合沉降参数、变形参数、和倾斜参数。
3.根据权利要求1所述的一种共构承载结构全生命周期远程监控系统，其特征在于，所述动响应传感器（201）至少包括激光器（203）、PSD传感器（204）、倾角传感器（205）、振动传感器（206）。
4.根据权利要求2所述的一种共构承载结构全生命周期远程监控系统，其特征在于，所述静响应传感器（101）包括沉降采集终端（103）、倾斜采集终端（104）。
5.根据权利要求1所述的一种共构承载结构全生命周期远程监控系统，其特征在于，在所述静响应监测装置（1）和所述动响应监测装置（2）附近还设置有用于补充电能的系统补能装置（4），所述系统补能装置（4）包括太阳能电池板，以及与所述太阳能电池板连接且用于存储电能的蓄电池，所述蓄电池给所述静响应监测装置（1）、所述动响应监测装置（2）以及所述数据转换-无线传输装置提供电能。
6.根据权利要求1所述的一种共构承载结构全生命周期远程监控系统，其特征在于，所述云平台（5）包括分析管理平台、性能时效评估平台、管理层决策平台和远程监控平台。
7.一种共构承载结构全生命周期远程监控方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤100、获取建设期与运营期的共构承载结构全生命周期的静响应参数和动响应参数；
步骤200、将电信号性质的所述静响应参数和所述动响应参数耦合转换成静动耦合响应数字信号；
步骤300、所述静动耦合响应数字信号通过无线传输至云平台；
步骤400、所述云平台对所述静动耦合响应数字信号进行分析、处理和存储后，进行共构承载结构全生命周期性能时效评估，获取评估报告；
步骤500、依据评估报告、管理层做出决策；
所述静响应参数包括所述共构承载结构的耦合沉降参数、变形参数、和倾斜参数，所述动响应参数包括所述共构承载结构的关键部位的动挠度信息、振动位移幅值信息、频率信息和振型信息；
共构承载结构的关键部位的主控指标：在施工期，包括框架结构的沉降、倾斜和各跨间不均匀沉降，轨道箱梁、框架结构的初始自振频率，上部简支梁施工阶段的自振频率；在运营期，包括框架结构的累积沉降、倾斜和各跨间不均匀沉降，轨道箱梁、框架结构及上部简支梁关键部位的振动位移幅值、自振频率、振型。
8.根据权利要求7所述的一种共构承载结构全生命周期远程监控方法，其特征在于，所述云平台配置来完成所述共构承载结构的静动耦合数据分析，排查共构承载结构潜在安全隐患，生成建设期的共构承载结构施工效果评估报告，生成运营期的共构承载结构安全性-适用性评价报告。
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