CN111444252A - 一种桥梁监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁监测系统，包括公共工程安全监测平台数据管理系统、桥梁运营监测系统、桥梁监测数据预处理系统、桥梁监测数据库管理系统、桥梁监测预警系统、桥梁监测分析系统。本发明能够实时监测桥梁健康状况，变被动为主动，实现桥梁的精细管理及安全预警，能促进桥梁安全与应急管理的科学化，科学、有效的保障桥梁运营安全。
Description
技术领域
本发明涉及公共工程监测技术领域，特别是涉及一种桥梁监测系统。
背景技术
近年来，大桥坍塌的事故屡有发生，造成大量人员伤亡。现有技术中，也会对桥梁进行监测，但都是靠人工拿着机器定时对桥梁状况检查，通常3至5月检查一次，具有一定滞后性，不能及时反应桥梁状况。
因此本领域技术人员致力于开发一种能实时监测桥梁状况并进行安全预警的桥梁监测系统。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能实时监测桥梁状况并进行安全预警的桥梁监测系统。
为实现上述目的，本发明提供了一种桥梁监测系统，包括公共工程安全监测平台数据管理系统、桥梁运营监测系统、桥梁监测数据预处理系统、桥梁监测数据库管理系统、桥梁监测预警系统、桥梁监测分析系统；
其中，所述公共工程安全监测平台数据管理系统包括各种数据库、数据交换系统；
所述桥梁运营监测系统用于对桥梁运营进行监测；
所述桥梁监测数据预处理系统用于对得到的原始数据进行数据预处理；
所述桥梁监测数据库管理系统用于管理和储存所述桥梁监测系统和大桥的全寿命静态资料信息和动态监测数据；
所述桥梁监测预警系统，对实时采集的监测信息进行自动处理和统计分析，发生异常或具有异常征兆时及时报警；
所述桥梁监测分析系统对数据进行分析与安全评估。
较佳的，所述公共工程安全监测平台数据管理系统包括：
支撑数据库，用于存储公共工程安全监测系统的传感器数据、业务数据、地图数据、视频数据；
业务主题数据库，由地理信息数据数据库、关系型数据库、非关系型数据库、文档资料数据库、流媒体数据库构成；
数据交换系统，支持各类数据库的连接、输入、输出，对数据进行基于元数据的架构处理，及对数据或文件进行传输、获取、解压、压缩、比较、删除、移动、编辑、转换，及作业管理、优先级分配、作业运行监控、作业调度、作业自动化操作，及可视化服务器状态监控、大数据库支持、数据交换。
较佳的，所述桥梁运营监测系统包括：
应用层，将系统数据和状态通过UI界面展示给用户的应用软件层面，包括桥梁监测云平台B/S端、移动巡检APP系统；
服务层，包括数据预处理和告警模块、数据分析模块、结构分析模块；
数据层，存储监测数据，包括预警评估服务器、数据库服务器、数据处理与控制服务器，均为虚拟服务器；
传输层，实现端到端的数据传输；
感知层，用于监测数据的采集。
较佳的，所述传输层采用4G和LoRa混合组网模式。
较佳的，所述感知层的采集设备包括温湿度传感器、挠度传感器、应变传感器、墩倾斜传感器、振动传感器、车流量传感器、风速风向传感器、支座位移监测传感器、裂缝及伸缩缝监测传感器中的一种或多种。
本发明的有益效果是：本发明能够实时监测桥梁健康状况，变被动为主动，实现桥梁的精细管理及安全预警，能促进桥梁安全与应急管理的科学化，科学、有效的保障桥梁运营安全。
附图说明
图1是本发明一具体实施方式的结构示意图。
图2是本发明一具体实施方式桥梁运营监测系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种桥梁监测系统，包括公共工程安全监测平台数据管理系统、桥梁运营监测系统、桥梁监测数据预处理系统、桥梁监测数据库管理系统、桥梁监测预警系统、桥梁监测分析系统；
其中，公共工程安全监测平台数据管理系统包括各种数据库、数据交换系统；
桥梁运营监测系统用于对桥梁运营进行监测；
桥梁监测数据预处理系统用于对得到的原始数据进行数据预处理；
桥梁监测数据库管理系统用于管理和储存桥梁监测系统和大桥的全寿命静态资料信息和动态监测数据，静态资料信息包括桥梁基本设计资料、监测系统所有软硬件技术资料、参数、图片，以及监测系统各类监测、巡检数据文件信息、操作人员权限信息等；动态监测数据则是指系统实时采集的原始监测数据，包括当前数据和历史数据。本申请中，以非关系型数据库MongoDB和关系型数据库Microsoft SQL Server 2012为基础，MongoDB主要存储动态实时采集数据，Microsoft SQL Server 2012主要存储分析结果、桥梁配置等静态数据。
本申请中，桥梁监测数据库管理系统数据库管理软件基于公共工程安全监测平台的数据管理系统建设。
桥梁监测预警系统，对实时采集的监测信息进行自动处理和统计分析，发生异常或具有异常征兆时及时报警；
桥梁监测分析系统对数据进行分析与安全评估。
公共工程安全监测平台数据管理系统包括：支撑数据库，用于存储公共工程安全监测系统的传感器数据、业务数据、地图数据、视频数据，按数据类型分为非结构化数据和结构化数据。支撑数据库的建设需利用已经成熟的数据平台软件提供的基础设施，实现各类数据存储、计算与管理。本申请中，公共工程安全监测系统为可以包括水库监测系统、边坡监测系统(与本申请的桥梁监测系统类似)等公共工程的监测系统。公共工程安全监测平台的数据库设计既包含关系型数据，也包含非关系型数据，因此，本申请中，支撑数据库采用SQL Server 2016和MongoDB，Redis作为高性能缓存，与SQL Server和MongoDB都有丰富的接口，因此，本申请中选择Redis 3.2.8+SQL Server 2016+MongoDB的方式进行组合，同时通过虚拟化技术将数据存储到数据库服务器中。
业务主题数据库，基于支撑数据库建设，由地理信息数据数据库、关系型数据库、非关系型数据库、文档资料数据库、流媒体数据库构成，针对桥梁的监测，主要包括桥梁识别数据、桥梁结构数据、桥梁档案/图纸数据、桥梁监测设施数据、桥梁养护数据、桥梁事故数据、视频数据、车流量数据、应变/温湿度/偏移等实时数据、周边地形数据、桥梁经常性检查数据、桥梁监测前的专项检测数据的保存。
数据交换系统，支持各类数据库的连接、输入、输出，对数据进行基于元数据的架构处理，及对数据或文件进行传输、获取、解压、压缩、比较、删除、移动、编辑、转换，及作业管理、优先级分配、作业运行监控、作业调度、作业自动化操作，及可视化服务器状态监控、大数据库支持、数据交换。本申请中，采用Prmition DI数据交换系统，其具有可视化界面进行作业流程设计，Transformation(数据转换)界面中，支持Input(输入组件)、Output(输出组件)、Transform(转换组件)等，可将组件用图形化组件拖拽方式拖到流程设计器中进行连接。同时能够实现上述功能，可连接前述数据库，能够对数据进行基于元数据的架构处理，如：数据过滤、数据映射、数据转换、数据拆分、数据排序、数据合并、数据分组、去除重复数据等。
如图2所示，桥梁运营监测系统包括：
应用层，将系统数据和状态通过UI界面展示给用户的应用软件层面，包括桥梁监测云平台B/S端、移动巡检APP系统；
服务层，包括数据预处理和告警模块、数据分析模块、结构分析模块；
数据层，存储监测数据，包括预警评估服务器、数据库服务器、数据处理与控制服务器，均为虚拟服务器；
传输层，实现端到端的数据传输；
感知层，即数据采集平台模块，用于监测数据的采集。
本申请中，传输层采用4G和LoRa混合组网模式，当然在其他实施方式中也可采用5G等传输方式。感知层的采集设备包括温湿度传感器、挠度传感器、应变传感器、墩倾斜传感器、振动传感器、车流量传感器、风速风向传感器、支座位移监测传感器、裂缝及伸缩缝监测传感器中的一种或多种。
本申请中，桥梁监测数据处理包括如下步骤：
数据采集：数据采集平台模块采集应变、挠度、车流量、风速风向、索力、偏移位移、塔偏等、倾角传感器数据，存储到原始数据库中，本申请中，原始数据库为支撑数据库。
数据预处理：数据预处理和告警模块读取原始数据库中的数据，过滤掉明显的传感器错误数据(极大值、极小值)，并利用插值法进行填充。
数据告警：结合阈值分析法和交通部发布的《公路桥梁结构安全监测系统技术规程》(JTT1037-2016)进行安全预警设置，当发生告警的时候会通过图形化界面、声音和图像的发生通知最终用户。整个告警分为三级，分为一级红色预警、二级黄色预警和三级蓝色预警。当发生一级红色预警时，会直接将预警信息通过短信和邮件发送至监控中心和大桥安全负责人，采取紧急预案进行处置；当发生二级黄色预警时，监测人员会到现场查明情况，进行处理；当发生三级蓝色预警时，监测人员会密切关注变化情况并进行现场检查。
数据分析：在桥梁监测监控系统监测项目中，经过数据预处理(降噪)后的数据，可以用来进行数据分析，包括监测数据趋势分析、加速度线性回归分析、荷载分析、风参数分析、地震数据分析、温度参数分析、湿度参数分析。上述分析统计数据分析包括最大值、最小值、平均值、均方根值、累计值、标准差值等统计值，并可通过统计图展示分析结果。
桥梁监测过程中，传感器的偶发故障以及采集现场的信号干扰，将不可避免的导致异常数据的产生，而这些异常数据将严重影响健康评估的准确性。所以，需要桥梁监测数据预处理系统对这些数据进行识别、预处理。原始数据中的异常值分为两大类，一类是结构损伤、结构异常或者偶然荷载比如撞击等等是需要识别的数据；另一类是由于传感器噪声、环境噪声以及系统运行造成的数据缺失、漂移等。数据预处理过程要做到的是第一类结构损伤、结构异常比如装船等偶然事件引起的数据异常和第二类由于系统设备原因造成的数据异常区分开，并更够根据异常的数据进行初步诊断，实现第一层次的预警。
桥梁监测数据预处理系统具有以下功能：
对采集到的所有数据进行分析、处理、显示、归档和存储；
将经过分析和处理的数据发送到结构安全评估系统服务器，以进行结构安全状况评估和生成监测/评估报告。
数据处理接收的数据来自于桥梁运营监测系统的原始数据，首先对原始数据进行分析和整理，针对数据的异常现象诊断出仪器设备的工作状态，并将结果存入中心数据库。
本申请中，桥梁监测数据预处理系统程序以系统服务(Windows Services)方式实现，开机自启，可设置程序每间隔一段时间运行一次，例如5分钟运行一次。
当然，对数据做预处理后，还可对数据进行二次处理，数据的二次处理是指对预处理过的数据通过统计计算提取特征值，计算设定时段内的最大(最小)值、均值、方差、标准差、变化幅值等做出数据的周报、月报，从而对结构状态做出趋势分析
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种桥梁监测系统，其特征是：包括公共工程安全监测平台数据管理系统、桥梁运营监测系统、桥梁监测数据预处理系统、桥梁监测数据库管理系统、桥梁监测预警系统、桥梁监测分析系统；
其中，所述公共工程安全监测平台数据管理系统包括各种数据库、数据交换系统；
所述桥梁运营监测系统用于对桥梁运营进行监测；
所述桥梁监测数据预处理系统用于对得到的原始数据进行数据预处理；
所述桥梁监测数据库管理系统用于管理和储存所述桥梁监测系统和大桥的全寿命静态资料信息和动态监测数据；
所述桥梁监测预警系统，对实时采集的监测信息进行自动处理和统计分析，发生异常或具有异常征兆时及时报警；
所述桥梁监测分析系统对数据进行分析与安全评估。
2.如权利要求1所述的桥梁监测系统，其特征是，所述公共工程安全监测平台数据管理系统包括：
支撑数据库，用于存储公共工程安全监测系统的传感器数据、业务数据、地图数据、视频数据；
业务主题数据库，由地理信息数据数据库、关系型数据库、非关系型数据库、文档资料数据库、流媒体数据库构成；
数据交换系统，支持各类数据库的连接、输入、输出，对数据进行基于元数据的架构处理，及对数据或文件进行传输、获取、解压、压缩、比较、删除、移动、编辑、转换，及作业管理、优先级分配、作业运行监控、作业调度、作业自动化操作，及可视化服务器状态监控、大数据库支持、数据交换。
3.如权利要求1所述的桥梁监测系统，其特征是，所述桥梁运营监测系统包括：
应用层，将系统数据和状态通过UI界面展示给用户的应用软件层面，包括桥梁监测云平台B/S端、移动巡检APP系统；
服务层，包括数据预处理和告警模块、数据分析模块、结构分析模块；
数据层，存储监测数据，包括预警评估服务器、数据库服务器、数据处理与控制服务器，均为虚拟服务器；
传输层，实现端到端的数据传输；
感知层，用于监测数据的采集。
4.如权利要求3所述的桥梁监测系统，其特征是，所述传输层采用4G和LoRa混合组网模式。
5.如权利要求3所述的桥梁监测系统，其特征是：所述感知层的采集设备包括温湿度传感器、挠度传感器、应变传感器、墩倾斜传感器、振动传感器、车流量传感器、风速风向传感器、支座位移监测传感器、裂缝及伸缩缝监测传感器中的一种或多种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200724 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |