CN111188285A - 一种桥梁维护方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种桥梁维护方法和系统。本发明提出的桥梁维护方法结合当前物联网技术，通过传感器和云服务器将桥梁形变情况推送给维护人员的智能终端上，维护人员通过智能终端能够查看桥梁的形变历史，并且通过桥梁形变曲线能够对桥梁可能发生的形变情况进行预期。另外，本发明的桥梁维护方法将桥梁形变分为竖直位移、水平左右位移、水平前后位移以及综合加权位移，通过三个维度的位移侦测，能够完整反映桥梁的位移情况，提高维护效率。

Description

一种桥梁维护方法和系统

技术领域

本发明涉及桥梁技术领域，尤其涉及一种桥梁维护方法和系统。

背景技术

当前，交通工程、水利工程中非常重要的分项工程都含有桥梁工程，现有技术中，桥梁的桥面之间通常有伸缩缝结构，伸缩缝结构的作用是适应桥梁的热胀冷缩，对桥梁的形变提供一定的缓冲作用。对于桥梁的形变，目前主要采用人工测量的方式，即每天或每隔几天定期对伸缩缝的宽度进行测量并记录，根据记录的伸缩缝宽度数据对桥梁的形变进行分析，然后根据分析结果判定桥梁的状态。但是现有的靠人工测量的方式不仅需要维护人员现场进行测量、记录，而且通常只对伸缩缝的宽度变化进行测量和记录，这就导致现有的人工维护方式不仅耗时耗力，而且不能全维度的对桥梁形变做出判断，极易对桥梁的形变造成错误的判断，导致不能及时对桥梁进行维护，造成潜在的安全隐患。

发明内容

本发明的主要目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种桥梁维护方法和系统，能够解决现有技术中人工维护桥梁不准确、耗费大量人力物力的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种桥梁维护方法，包括桥梁维护人员和维护系统，桥梁维护方法包括以下步骤：

S1、维护人员的智能终端与维护系统的控制台无线连接；

S2、维护人员向控制台发送维护请求；

S3、维护系统询问维护人员查看维护方案的类型，所述类型包括综合加权位移维护方案、竖直位移维护方案、水平左右位移维护方案、水平前后位移维护方案，其中在综合加权位移维护方案中，综合加权位移的计算公式为：W=aS+bZ+cQ，其中W为综合加权位移量，S为竖直位移量，Z为水平左右位移量，Q为水平前后位移量，a、b、c为加权系数；

S4、询问查看维护方案的时间段类型，所述时间段类型包括一天、一星期、一月、一季度、一年；

S5、根据选择的时间类型绘制对应时间段内的位移曲线图，其中所述位移曲线图的横坐标为时间，纵坐标为位移量，若选择的时间段类型为一天，则横坐标最小单位为小时，若选择的时间段类型为一星期，则横坐标最小单位为一天，若选择的时间段类型为一季度，则横坐标最小单位为一个月，若选择的时间段类型为一年，则横坐标最小单位为一个月或一个季度。

进一步地，加权系数a、b、c的取值依次为0.5、0.25、0.25。

进一步地，在绘制位移曲线时，将曲线的最大值和最小值进行显示，并显示最大值和最小值的差值。

进一步地，当绘制的位移曲线的最大值和最小值的差值大于预设差值时，向维护人员发出提醒信息，所述提醒信息为询问维护人员是否要查看当前位移值，若维护人员选择查看当前位移值，则将当前桥梁的位移值发送至维护人员的智能终端并在智能终端上进行显示，所述智能终端为智能手机或可穿戴设备。

另外，本发明还提出了一种桥梁维护系统，技术方案为：一种桥梁维护系统，包括控制台、传感器组、智能终端以及云服务器，维护系统包括控制台和智能终端，传感器组用于检测桥梁的竖直位移量、水平左右位移量和水平前后位移量并将检测结果以无线的方式传输给控制台，控制台与云服务器无线通信，智能终端通过云服务器与控制台无线通信，维护人员的智能终端和控制台通过无线的方式进行连接，维护人员通过智能终端向控制台发送维护请求，控制台在接收到维护请求后向维护人员的智能终端发出询问维护人员勘察维护方案的类型的通讯消息，所述维护方案的类型包括综合加权位移维护方案、竖直位移维护方案、水平左右位移维护方案、水平前后位移维护方案，其中在综合加权位移维护方案中，综合加权位移的计算公式为：W=aS+bZ+cQ，其中W为综合加权位移量，S为竖直位移量，Z为水平左右位移量，Q为水平前后位移量，a、b、c为加权系数，当维护人员选择查看维护方案的类型后，控制台向智能终端发送询问维护方案的时间段类型的通讯消息并根据维护人员的选择结果绘制对应时间段内的位移曲线图，所述位移曲线图的横坐标为时间，纵坐标为位移量，若选择的时间段类型为一天，则横坐标最小单位为小时，若选择的时间段类型为一星期，则横坐标最小单位为一天，若选择的时间段类型为一季度，则横坐标最小单位为一个月，若选择的时间段类型为一年，则横坐标最小单位为一个月或一个季度。

进一步地，加权系数a、b、c的取值依次为0.5、0.25、0.25。

进一步地，在绘制位移曲线时，将曲线的最大值和最小值进行显示，并显示最大值和最小值的差值。

进一步地，当绘制的位移曲线的最大值和最小值的差值大于预设差值时，向维护人员发出提醒信息，所述提醒信息为询问维护人员是否要查看当前位移值，若维护人员选择查看当前位移值，则将当前桥梁的位移值发送至维护人员的智能终端并在智能终端上进行显示，所述智能终端为智能手机或可穿戴设备。

另外，在本发明所述技术方案中，凡未做特别说明的，均可采用本领域中的常规手段来实现本技术方案。

本发明具有以下优点：相比于现有技术，本发明提出的桥梁维护方法利用物联网技术，利用传感器对桥梁的伸缩缝进行三个维度的监测，同时记录并把三个维度的监测数据上传云服务器，云服务器对数据进行处理，将处理后的结果发送至维护人员的智能终端上，维护人员可以在智能终端上查看桥梁的历史形变数据和图形，对桥梁的情况进行预判断。本发明将伸缩缝的形变测量分为竖直位移、水平左右位移、水平前后位移三个维度，每个维度都表征一个方向上的桥梁形变，将传统的一维监测升级为三维监测，显著提高了监测精确度。另外，本发明还创造性的把竖直位移、水平左右位移、水平前后位移综合计算得到综合加权位移，利用综合加权位移对桥梁的整体进行形变程度做出判断。由此可见，本发明提出的桥梁维护方法和系统不仅解决了现有技术中人工测量和记录伸缩缝形变导致的单一维度不准确的技术问题，更重要的是能够显著降低维护人员的工作强度，提高维护人员的工作效率，并且本发明的桥梁维护方法和系统通过智能终端能够可视化地显示桥梁的历史位移情况和位移曲线，使维护人员更加直观地对桥梁状态进行判断，及时发现桥梁的异常状态，提高桥梁的安全性。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图说明

图1是本发明的桥梁维护系统的设置示意图；

图2是本发明的桥梁维护系统的传感器组的具体设置示意图；

图3是本发明的桥梁维护方法的控制流程图；

图4是本发明的桥梁维护系统的逻辑示意图；

图5是本发明的桥梁维护方法的位移曲线示意图；

图6是本发明的桥梁维护方法的历年位移曲线示意图。

图中：1桥梁本体；2、传感器组；3、竖直位移传感器；4、水平左右位移传感器；5、水平前后位移传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。

参见图1-4，本发明的桥梁维护系统是在现有桥梁的基础上进行的改进，对于现有桥梁没有任何破坏性施工，一方面能够保证现有桥梁的整体结构稳定，另一方面由于设置的方式非常简单，因此施工效率极高，成本低。如图1和图2所示，本发明提出的桥梁维护系统包括控制台（图中未示出）、传感器组、智能终端和云服务器，传感器组包括竖直位移传感器、水平左右位移传感器、水平前后位移传感器，如图2所示，竖直位移传感器检测Z轴方向的位移（即桥梁在竖直方向的位移），水平左右位移传感器检测Y轴方向的位移（即桥梁在水平左右方向上的位移），水平前后位移传感器检测X轴方向的位移（即桥梁在水平前后方向上的位移），三个传感器的设置方式如图所示，水平左右位移传感器和水平前后位移传感器设置在同一水平面上，而竖直位移传感器设置在水平左右位移传感器和水平前后位移传感器的正上方，当然也可以采用其他设置方式，但是必须保证水平左右位移传感器和水平前后位移传感器处于同一水平面，并且上述三个传感器均设置在桥梁的伸缩缝内，如图2所示，在两个桥梁本体之间的空间为桥梁伸缩缝（现有桥梁均具有伸缩缝，并且现有桥梁的伸缩缝空间足够容纳传感器的设置），上述三个传感器必须都安装在伸缩缝同一侧的桥梁本体的端面，这样才能保证采集的数据是能够准确表征桥梁位移的数据，并且在目前的桥梁领域，桥梁伸缩缝上必然设置有伸缩缝装置，伸缩缝装置上设置有盖板，因此本发明提出的桥梁维护系统创造性的将传感器组设置在伸缩缝盖板下方的桥梁本体的端面上，这样设置一方面可以使传感器组准确测量桥梁在竖直和水平方向上的三个位移量，另一方面可以利用伸缩缝装置的盖板对传感器组进行一定程度的保护。

参见图3，本发明提出的桥梁维护方法包括以下步骤：S1、维护人员的智能终端与维护系统的控制台无线连接；

S2、维护人员向控制台发送维护请求；

S3、维护系统询问维护人员查看维护方案的类型，所述类型包括综合加权位移维护方案、竖直位移维护方案、水平左右位移维护方案、水平前后位移维护方案，其中在综合加权位移维护方案中，综合加权位移的计算公式为：W=aS+bZ+cQ，其中W为综合加权位移量，S为竖直位移量，Z为水平左右位移量，Q为水平前后位移量，a、b、c为加权系数；

S4、询问查看维护方案的时间段类型，所述时间段类型包括一天、一星期、一月、一季度、一年；

S5、根据选择的时间类型绘制对应时间段内的位移曲线图，其中所述位移曲线图的横坐标为时间，纵坐标为位移量，若选择的时间段类型为一天，则横坐标最小单位为小时，若选择的时间段类型为一星期，则横坐标最小单位为一天，若选择的时间段类型为一季度，则横坐标最小单位为一个月，若选择的时间段类型为一年，则横坐标最小单位为一个月或一个季度。

在上述步骤中，首先应确定维护人员的智能终端与控制台进行了无线连接，这样就可以使维护人员随时随地获取桥梁的位移情况，这里所说的智能终端是指智能手机或可穿戴设备，例如iphone或Android手机，或apple watch或Android wear设备，而这些智能终端与控制台的无线连接方式是目前通信技术领域公知的技术手段，本发明的技术创新也并不在与智能终端与控制台的具体连接方式，因此可以采用现有技术中公知的技术手段实现智能终端和控制台的无线连接，例如通过WIFI网络以密码访问的形式将智能终端与控制台无线连接。在本发明的桥梁维护方法中，由于本发明采用了传感器组对竖直位移、水平左右位移和水平前后位移进行了检测，因此可以分别对上述三种位移进行曲线绘图，维护人员根据每一种曲线可以相应的了解桥梁在某一个维度上的位移量，但是对于桥梁来说，由于在伸缩缝上安装有伸缩缝装置，而本领域公知的是，现有技术的伸缩缝装置的重要作用就是承接两个桥梁本体，因此伸缩缝装置的主要作用是对两个桥梁本体在水平左右和水平前后方向上的位移进行缓冲，即桥梁本体在水平左右和水平前后方向上对位移具有一定的容纳空间，换句话说，桥梁本体在水平左右方向和水平前后方向上对于位移的要求没有竖直方向上对位移的要求高，即在实际桥梁维护工作中，对于桥梁本体在水平左右和水平前后方向上的位移的要求相对较低，而桥梁在竖直方向上的位移通常由桥墩来承受，而桥墩本身又要承受桥梁质量、桥梁载荷、地质条件的影响，因此在实际维护工作中，相比于水平左右和水平前后方向上的位移，维护人员更加关注桥梁在竖直方向上的位移，但是又要同时关注水平左右和水平前后方向上的位移，因此本发明创造性的提出了一个综合加权位移作为表征桥梁三个维度位移的唯一参数，维护人员在初步探查桥梁位移状况时只需要在智能终端上显示综合加权位移即可，其中，综合加权位移的计算公式为：W=aS+bZ+cQ，其中W为综合加权位移量，S为竖直位移量，Z为水平左右位移量，Q为水平前后位移量，a、b、c为加权系数，加权系数a、b、c的取值依次为0.5、0.25、0.25，在此需要说明的是对于加权系数的选择，是根据不同桥梁类型进行的，上述数值可以用于斜拉桥、梁式桥、拱式桥。

在上述位移维护方法中，在步骤S5中，绘制曲线是指在智能终端上显示一种类型的位移在一定时间段内的位移量，例如当维护人员选择竖直位移且显示一个星期时间段时，智能终端根据接收到的数据在屏幕上绘制二维坐标系曲线图，此时的横坐标为“天”，纵坐标为位移量，此时的位移量对于绘制曲线图来说，应选择一天中位移量的平均值，一天中平均值的计算方式取决于竖直位移传感器、水平左右位移传感器和水平前后传感器的检测频率，优选地，上述三个位移传感器的检测周期为半小时。对于选择一天时间中的位移量的平均值来说，由于检测周期为半小时，因此会得到24组数据，对这24组数据进行求平均值即可获得一天时间中的位移量的平均值。上述计算过程也适用于其他时间类型。举例来说，如果维护人员选择竖直位移且显示一个季度时间段内的位移量时，此时的横坐标最小单位为一个月，那么应该计算一个月的位移平均值，具体计算方法为：首先获取一天的平均值，当每半小时为检测周期时，每一天的平均值为24组检测数据除以24，然后计算每星期的平均值，即7天的平均值累计求和，然后除以7，然后计算每个月的平均值，即4个星期的平均值累计求和，然后除以4。

上述计算方法仅为一种计算形式，作为改进，还可以按照下面的方法绘制二维坐标曲线图：当维护人员选择数值为宜且显示一个星期时间段时，由于传感器检测周期为半小时，因此选择每天3点、6点、9点、12点、15点、18点、21点以及24点的检测值，然后将上述检测值累计求和并计算平均值，从而获取每一天的位移平均值。上述方法的优点在于：以确定的时间点作为检测对象，这样就可以更精确的获取桥梁的位数值，与不区分时间的方式相比，由于桥梁的位移很大程度上与载荷相关，而载荷又很大程度的与桥面上的车辆、行人等因素相关，因此这样就可以更加精确的表达桥梁的位移与时间的确定关系（因为每一次的检测点都是上述时间点，这样就可以保证每次检测的时间节点相同，避免由于时间节点不同带来的误差）。具体绘图结果附图5所示，图5仅示意性的展示了在智能终端上绘制的曲线图，图5曲线上的位移并不代表桥梁的实际位移，图中纵坐标的单位是cm。

当然，作为一个改进，对于绘制曲线来说，还可以绘制若干年同一时间段内的曲线，方便维护人员与历年同一时间段的位移量进行对比。举例来说，当控制台接收到维护人员要求绘制历年同一时间段对比曲线时，控制台询问维护人员需要绘制的年数，维护人员向控制台反馈需要绘制2年的数据，此时控制台将2年数据发送给智能终端，然后进行绘制，如图6所示，并提醒维护人员，黑色实心曲线为今年数据，双线曲线为去年数据。对于位移量的获取方式和上述关于S5步骤中所述的获取方式相同，在此不再赘述。可见，本发明可以对位移量进行多种显示并在维护人员的智能终端上进行显示，极大地方便了维护人员对桥梁的维护，并且位移量的显示直观，简单，显著提高了工作效率。

另外，本发明的维护方法还进一步的包括：在绘制位移曲线时，将曲线的最大值和最小值进行显示，并显示最大值和最小值的差值。当绘制的位移曲线的最大值和最小值的差值大于预设差值时，向维护人员发出提醒信息，所述提醒信息为询问维护人员是否要查看当前位移值，若维护人员选择查看当前位移值，则将当前桥梁的位移值发送至维护人员的智能终端并在智能终端上进行显示。显示最大值和最小值可以直接明确的告知维护人员桥梁的位移量的状态，方便维护人员使用。另外，本发明还特意设置了提醒功能，即智能终端能够对接收到的位移量进行计算，如果位移曲线的最大值和最小值之差大于预设值，则表示桥梁的位移出现了较为严重的变化，此时智能终端向维护人员发出提醒警示，提醒维护人员及时排查桥梁可能发生的问题，上述提醒警示可以是推送消息、铃声或震动的一种或几种。

本发明同时还提出了一种桥梁维护系统，包括控制台、传感器组、智能终端以及云服务器，维护系统包括控制台和智能终端，传感器组用于检测桥梁的竖直位移量、水平左右位移量和水平前后位移量并将检测结果以无线的方式传输给控制台，控制台与云服务器无线通信，智能终端通过云服务器与控制台无线通信，维护人员的智能终端和控制台通过无线的方式进行连接，维护人员通过智能终端向控制台发送维护请求，控制台在接收到维护请求后向维护人员的智能终端发出询问维护人员勘察维护方案的类型的通讯消息，所述维护方案的类型包括综合加权位移维护方案、竖直位移维护方案、水平左右位移维护方案、水平前后位移维护方案，其中在综合加权位移维护方案中，综合加权位移的计算公式为：W=aS+bZ+cQ，其中W为综合加权位移量，S为竖直位移量，Z为水平左右位移量，Q为水平前后位移量，a、b、c为加权系数，当维护人员选择查看维护方案的类型后，控制台向智能终端发送询问维护方案的时间段类型的通讯消息并根据维护人员的选择结果绘制对应时间段内的位移曲线图，所述位移曲线图的横坐标为时间，纵坐标为位移量，若选择的时间段类型为一天，则横坐标最小单位为小时，若选择的时间段类型为一星期，则横坐标最小单位为一天，若选择的时间段类型为一季度，则横坐标最小单位为一个月，若选择的时间段类型为一年，则横坐标最小单位为一个月或一个季度。如图4所示，传感器组与控制台无线连接，控制台与智能终端的连接形式分为两种，一种是控制台通过云服务器与智能终端无线连接，另一种是控制台与智能终端直接无线连接。通过云服务器的连接方式主要是将传感器组传输的检测数据存储在服务器内，这样可以方便智能终端调取历年数据，优选地是服务器存储历史5年的数据；直接无线连接的方式是当维护人员在桥梁上进行维护作业时，可以将智能终端与控制台直接连接，实时查看传感器组的检测数据，无需通过服务器，这样就可以避免服务器宕机或不稳定造成的数据延迟，提高了查看数据的及时性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种桥梁维护方法，包括桥梁维护人员和维护系统，其特征在于：桥梁维护方法包括以下步骤：

S1、维护人员的智能终端与维护系统的控制台无线连接；

S2、维护人员向控制台发送维护请求；

S3、维护系统询问维护人员查看维护方案的类型，所述类型包括综合加权位移维护方案、竖直位移维护方案、水平左右位移维护方案、水平前后位移维护方案，其中在综合加权位移维护方案中，综合加权位移的计算公式为：W=aS+bZ+cQ，其中W为综合加权位移量，S为竖直位移量，Z为水平左右位移量，Q为水平前后位移量，a、b、c为加权系数；

S4、询问查看维护方案的时间段类型，所述时间段类型包括一天、一星期、一月、一季度、一年；

S5、根据选择的时间类型绘制对应时间段内的位移曲线图，其中所述位移曲线图的横坐标为时间，纵坐标为位移量，若选择的时间段类型为一天，则横坐标最小单位为小时，若选择的时间段类型为一星期，则横坐标最小单位为一天，若选择的时间段类型为一季度，则横坐标最小单位为一个月，若选择的时间段类型为一年，则横坐标最小单位为一个月或一个季度。

2.根据权利要求1所述的桥梁维护方法，其特征在于：加权系数a、b、c的取值依次为0.5、0.25、0.25。

3.根据权利要求2所述的桥梁维护方法，其特征在于：所述步骤S5还包括：在绘制位移曲线时，将曲线的最大值和最小值进行显示，并显示最大值和最小值的差值。

4.根据权利要求3所述的桥梁维护方法，其特征在于：所述步骤S5还包括：当绘制的位移曲线的最大值和最小值的差值大于预设差值时，向维护人员发出提醒信息，所述提醒信息为询问维护人员是否要查看当前位移值，若维护人员选择查看当前位移值，则将当前桥梁的位移值发送至维护人员的智能终端并在智能终端上进行显示，所述智能终端为智能手机或可穿戴设备。

5.一种桥梁维护系统，包括所述控制台、所述传感器组、所述智能终端以及所述云服务器，其特征在于：维护系统包括控制台和智能终端，传感器组用于检测桥梁的竖直位移量、水平左右位移量和水平前后位移量并将检测结果以无线的方式传输给控制台，控制台与云服务器无线通信，智能终端通过云服务器与控制台无线通信，维护人员的智能终端和控制台通过无线的方式进行连接，维护人员通过智能终端向控制台发送维护请求，控制台在接收到维护请求后向维护人员的智能终端发出询问维护人员勘察维护方案的类型的通讯消息，所述维护方案的类型包括综合加权位移维护方案、竖直位移维护方案、水平左右位移维护方案、水平前后位移维护方案，其中在综合加权位移维护方案中，综合加权位移的计算公式为：W=aS+bZ+cQ，其中W为综合加权位移量，S为竖直位移量，Z为水平左右位移量，Q为水平前后位移量，a、b、c为加权系数，当维护人员选择查看维护方案的类型后，控制台向智能终端发送询问维护方案的时间段类型的通讯消息并根据维护人员的选择结果绘制对应时间段内的位移曲线图，所述位移曲线图的横坐标为时间，纵坐标为位移量，若选择的时间段类型为一天，则横坐标最小单位为小时，若选择的时间段类型为一星期，则横坐标最小单位为一天，若选择的时间段类型为一季度，则横坐标最小单位为一个月，若选择的时间段类型为一年，则横坐标最小单位为一个月或一个季度。

6.根据权利要求5所述的桥梁维护方法和系统，其特征在于：加权系数a、b、c的取值依次为0.5、0.25、0.25。

7.根据权利要求5所述的桥梁维护方法和系统，其特征在于：在绘制位移曲线时，将曲线的最大值和最小值进行显示，并显示最大值和最小值的差值。

8.根据权利要求5所述的桥梁维护系统，其特征在于：当绘制的位移曲线的最大值和最小值的差值大于预设差值时，向维护人员发出提醒信息，所述提醒信息为询问维护人员是否要查看当前位移值，若维护人员选择查看当前位移值，则将当前桥梁的位移值发送至维护人员的智能终端并在智能终端上进行显示，所述智能终端为智能手机或可穿戴设备。

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