CN110907633A - 一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置及方法，属于安全检测领域，其技术方案要点是，包括惯性导航系统，惯性导航系统安装在载体上，用于实现对桥梁不同位置处的三维姿态信号进行测量；数据记录仪，数据记录仪与惯性导航系统连接，用于对惯性导航系统输出的三维姿态信号进行采集和记录，并将三维姿态信号输出；网络计算机，网络计算机通过数据传输链路与数据记录仪连接，用于接收三维姿态信号并分析提取桥梁的结构形变数据。通过惯性导航系统将实时测量的待检测桥梁上的位置及其对应的三维姿态数据传输至网络计算机，能够实现对于桥梁形变引起的三维姿态数据进行连续监测，对桥梁结构疲劳和损伤进行识别。

Description

一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置及方法
技术领域
本发明涉及安全检测技术领域，具体而言，涉及一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置及方法。
背景技术
桥梁是重要的交通基础设施。桥梁在服役使用过程中，不可避免地受到环境侵蚀、材料老化、负荷效应、人为或自然的突发灾害等因素的作用而产生结构损伤、出现安全隐患。这些安全隐患达到一定程度时将影响桥梁的正常使用，甚至引起灾难性的突发事故，造成重大经济损失和人员伤亡。因此，采用有效的桥梁安全检测装置和方法，对桥梁的健康状况进行定期检测，对桥梁的损伤进行预警，能够提高桥梁的安全健康维护效率，并且在一定程度上预防桥梁在服役使用过程中的安全事故，具有重要的社会与经济价值。
桥梁安全检测方法包括外观目测、基于仪器设备的局部损伤检测、基于静态测量数据的结构健康检测和基于动态测量数据的结构健康检测等。
但是，现有桥梁安全检测方法存在精度低、成本高等问题。
为此，本发明提出一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置及方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置，包括惯性导航系统，所述惯性导航系统安装在载体上，用于实现对桥梁不同位置处的三维姿态信号进行测量；数据记录仪，所述数据记录仪与惯性导航系统连接，用于对惯性导航系统输出的三维姿态信号进行采集和记录，并将三维姿态信号输出；网络计算机，所述网络计算机通过数据传输链路与数据记录仪连接，用于接收三维姿态信号并分析提取桥梁的结构形变数据。
进一步地，所述惯性导航系统包括陀螺仪、加速度计、适配电路和导航计算机，三个所述陀螺仪和三个所述加速度计安装在载体上，三个所述陀螺仪、三个所述加速度计通过适配电路与导航计算机连接，所述导航计算机实时计算姿态矩阵，以使计算出载体坐标系与导航坐标系之间的关系。
进一步地，所述惯性导航系统还包括卫星导航接收模块，以使进行卫星、惯性组合导航。
进一步地，所述惯性导航系统通过安装适配底板固定安装在移动检测车上。
进一步地，所述惯性导航系统通过安装适配底板固定安装在待检测桥梁的预检测点上。
进一步地，所述数据传输链路为数据网络。
进一步地，其检测方法如下：
S1、将惯性导航系统通过安装适配底板固定于移动检测车内；
S2、将惯性导航系统通电，同时数据记录仪和网络计算机开始进入工作状态；
S3、等候惯性导航系统预热和初始对准完毕；
S4、移动检测车开行至待检测桥梁；
S5、网络计算机接收和分析惯性导航系统实时测量的待检测桥梁上的位置及其对应的三维姿态数据，直至移动检测车驶出待检测桥梁。
进一步地，其检测方法还包括：
S6、如待检测桥梁有预先确定的预检测点，将移动检测车内的惯性导航系统卸下，并通过安装适配底板固定于预先确定的预检测点上，网络计算机接收和分析待检测桥梁上预先确定的预检测点处的三维姿态数据；
其中，此过程中，所述惯性导航系统处于连续通电工作状态；
S7、将惯性导航系统从预先确定的预检测点上卸下，并重新安装于移动检测车内，移动检测车驶出待检测桥梁。
应用本发明的技术方案，有益效果是：
1、通过惯性导航系统将实时测量的待检测桥梁上的位置及其对应的三维姿态数据传输至网络计算机，能够实现对于桥梁形变引起的三维姿态数据进行移动连续监测，对桥梁结构疲劳和损伤进行识别，对桥梁的安全健康状态进行诊断和预警，从而有效地提高了测量精度；
2、通过惯性导航系统连续、重复使用，从而降低了对于桥梁安全检测的成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书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示出了本发明的整体结构示意图；
图2示出了本发明的移动桥梁安全检测装置车载安装示意图；
图3示出了本发明的移动桥梁安全检测装置检测点安装示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、惯性导航系统；11、安装适配底板；20、数据记录仪；21、数据传输链路；30、网络计算机；40、移动检测车；50、待检测桥梁；51、预检测点。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1至图3所示，本发明提供了一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置，包括惯性导航系统10，惯性导航系统10安装在载体上，用于实现对桥梁不同位置处的三维姿态信号进行测量；数据记录仪20，数据记录仪20与惯性导航系统10连接，用于对惯性导航系统10输出的三维姿态信号进行采集和记录，并将三维姿态信号输出；网络计算机30，网络计算机30通过数据传输链路21与数据记录仪20连接，用于接收三维姿态信号并分析提取桥梁的结构形变数据。
应用本实施例的技术方案，惯性导航系统10安装在载体上，惯性导航系统10测量的三维姿态信号，输出给与之相连的数据记录仪20进行采集和记录，数据记录仪20通过数据传输链路21，与网络计算机30进行数据交换，惯性导航系统10可以连续实时地测量载体所在的位置和三维姿态，由于桥梁在正常情况下，每一位置处的三维朝向是固定的，即其三维姿态是固定的，在交通、气象等干扰条件下，桥梁会发生形变而导致三维姿态产生一定的波动，在桥梁处于安全健康状态时，各个位置的三维姿态波动在桥梁设计时的允许形变数据和专家经验数据选取的数据阀值之内，网络计算机30基于现有的数字信号处理技术将接收到的三维信号进行简单滤波平滑处理，平滑处理后的数据波动范围即表征了被监测桥梁的形变大小，根据形变大小，可针对选取不同的数据阈值，对被监测桥梁的安全健康状态做出评判，从而实现对于桥梁形变引起的三维姿态数据进行移动连续监测，对桥梁结构疲劳和损伤进行识别，对桥梁的安全健康状态进行诊断和预警，从而有效地提高了测量精度；
其中，通过惯性导航系统10连续、重复使用，从而降低了对于桥梁安全检测的成本。
针对惯性导航系统10的具体结构，惯性导航系统10包括陀螺仪、加速度计、适配电路和导航计算机，三个陀螺仪和三个加速度计安装在载体上，三个陀螺仪、三个加速度计通过适配电路与导航计算机连接，导航计算机实时计算姿态矩阵，以使计算出载体坐标系与导航坐标系之间的关系。
该种结构设计，将加速度计和陀螺仪直接安装在载体上，在计算机中实时计算姿态矩阵，即计算出载体坐标系与导航坐标系之间的关系，从而把载体坐标系的加速度计信息转换为导航坐标系下的信息，然后进行导航计算并得到三维姿态数据。
其中，惯性导航系统10还包括卫星导航接收模块，以使进行卫星、惯性组合导航，通过引入包括但不限于北斗导航、GPS导航在内的卫星导航接收模块，能够增加惯性导航系统的测量精度。
具体地，如图2所示，惯性导航系统10通过安装适配底板11固定安装在移动检测车40上。
具体地，如图3所示，惯性导航系统10通过安装适配底板11固定安装在待检测桥梁50的预检测点51上，在对桥梁整体检测时，通过惯性导航系统10安装在预检测点51上，实现对桥梁局部针对性检测。
具体地，数据传输链路21为数据网络，通过数据网络将数据记录仪20与网络计算机30连接，实现数据的传输，而且数据网络连接方式包括但不限于有线连接、GPRS网络连接、4G网络连接、5G网络连接。
针对车载移动桥梁安全检测装置的具体结构，其检测方法如下：
S1、将惯性导航系统10通过安装适配底板11固定于移动检测车40内；
S2、将惯性导航系统10通电，同时数据记录仪20和网络计算机30开始进入工作状态；
S3、等候惯性导航系统10预热和初始对准完毕；
S4、移动检测车40开行至待检测桥梁50；
S5、网络计算机30接收和分析惯性导航系统10实时测量的待检测桥梁50上的位置及其对应的三维姿态数据，直至移动检测车40驶出待检测桥梁50。
为了实现便于对桥梁局部进行针对性检测的效果，其检测方法还包括：
S6、如待检测桥梁50有预先确定的预检测点51，将移动检测车40内的惯性导航系统10卸下，并通过安装适配底板11固定于预先确定的预检测点51上，网络计算机30接收和分析待检测桥梁50上预先确定的预检测点51处的三维姿态数据；
其中，此过程中，惯性导航系统10处于连续通电工作状态；
S7、将惯性导航系统10从预先确定的预检测点51上卸下，并重新安装于移动检测车40内，移动检测车40驶出待检测桥梁50。
该种检测方法，用过惯性导航系统10可拆卸安装在待检测桥梁50上预先确定的预检测点51处，能够使得惯性导航系统10收集预检测点51位置的三维姿态数据，从而对桥梁局部进行针对性检测，从而有效地提高了桥梁检测的精度。
下列为本实施例的部分组件型号，
数据记录仪20：gl820；
网络计算机30：
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
1、通过惯性导航系统将实时测量的待检测桥梁上的位置及其对应的三维姿态数据传输至网络计算机，能够实现对于桥梁形变引起的三维姿态数据进行移动连续监测，对桥梁结构疲劳和损伤进行识别，对桥梁的安全健康状态进行诊断和预警，从而有效地提高了测量精度；
2、本发明安装简单，无需改变被监测桥梁现有结构，从而提高了检测桥梁的便捷性；
3、本发明通过惯性导航系统可拆卸安装在移动检测车上，实现连续、重复使用，从而降低了对于桥梁安全检测的成本；
4、本发明可以对待检测桥梁上预先确定的预检测点进行针对性检测，从而实现针对性实时检测桥梁局部状态，从而达到了操作便捷，提高检测效率的效果；
5、本发明采用网络计算机对监测数据进行处理和记录，所得数据除对桥梁安全健康状态进行诊断和预警外，还可供交通大数据分析、桥梁形变专家库等第三方平台进一步加工利用。
以上所述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 (8)

1.一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置，其特征在于：包括
惯性导航系统(10)，所述惯性导航系统(10)安装在载体上，用于实现对桥梁不同位置处的三维姿态信号进行测量；
数据记录仪(20)，所述数据记录仪(20)与惯性导航系统(10)连接，用于对惯性导航系统(10)输出的三维姿态信号进行采集和记录，并将三维姿态信号输出；
网络计算机(30)，所述网络计算机(30)通过数据传输链路(21)与数据记录仪(20)连接，用于接收三维姿态信号并分析提取桥梁的结构形变数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置，其特征在于：所述惯性导航系统(10)包括陀螺仪、加速度计、适配电路和导航计算机，三个所述陀螺仪和三个所述加速度计安装在载体上，三个所述陀螺仪、三个所述加速度计通过适配电路与导航计算机连接，所述导航计算机实时计算姿态矩阵，以使计算出载体坐标系与导航坐标系之间的关系。
3.根据权利要求2所述的一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置，其特征在于：所述惯性导航系统(10)还包括卫星导航接收模块，以使进行卫星、惯性组合导航。
4.根据权利要求1所述的一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置，其特征在于：所述惯性导航系统(10)通过安装适配底板(11)固定安装在移动检测车(40)上。
5.根据权利要求1所述的一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置，其特征在于：所述惯性导航系统(10)通过安装适配底板(11)固定安装在待检测桥梁(50)的预检测点(51)上。
6.根据权利要求1所述的一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置，其特征在于：所述数据传输链路(21)为数据网络。
7.根据权利要求4所述的一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置，其检测方法如下：
S1、将惯性导航系统(10)通过安装适配底板(11)固定于移动检测车(40)内；
S2、将惯性导航系统(10)通电，同时数据记录仪(20)和网络计算机(30)开始进入工作状态；
S3、等候惯性导航系统(10)预热和初始对准完毕；
S4、移动检测车(40)开行至待检测桥梁(50)；
S5、网络计算机(30)接收和分析惯性导航系统(10)实时测量的待检测桥梁(50)上的位置及其对应的三维姿态数据，直至移动检测车(40)驶出待检测桥梁(50)。
8.根据权利要求5所述的一种基于惯性导航的车载移动桥梁安全检测装置，其检测方法还包括：
S6、如待检测桥梁(50)有预先确定的预检测点(51)，将移动检测车(40)内的惯性导航系统(10)卸下，并通过安装适配底板(11)固定于预先确定的预检测点(51)上，网络计算机(30)接收和分析待检测桥梁(50)上预先确定的预检测点(51)处的三维姿态数据；
其中，此过程中，所述惯性导航系统(10)处于连续通电工作状态；
S7、将惯性导航系统(10)从预先确定的预检测点(51)上卸下，并重新安装于移动检测车(40)内，移动检测车(40)驶出待检测桥梁(50)。
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