CN111464791A - 拉索锚头可视化监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种拉索锚头可视化监测系统，其特征在于：包括探头、数据传输和转换终端、数据处理与分析终端、监控管养终端以及数据存储终端，所述探头耦合在拉索的锚头上，所述探头的信号线从锚头内引出到锚头外与数据传输和转换终端连接，探头、数据传输和转换终端、数据处理与分析终端、监控管养终端以及数据存储终端依次连接形成可视化监测系统。本发明监测系统能够自感知拉索密封结构内如锚固端的运营状态，无需检测人员到现场观测记录，即可有效监管运营期其使用状态，特别能够满足全寿命监管养护的目标。

Description

拉索锚头可视化监测系统

技术领域

本发明涉及桥梁拉索技术领域，具体是一种拉索锚头可视化监测系统。

背景技术

拉索锚固区(锚头)是桥梁中的关键部位，拉索的局部集中力将通过这一部位将主梁、桥塔连接起来。近年来，出于对桥梁应力结构面临的老化、腐蚀、护套破损、养护不到位导致功能退化的考虑，为了避免桥梁结构发生突发性破坏，桥梁健康监测领域得到了迅猛的发展，通过针对结构的各种重要性能指标进行可视化监测来达到评估结构安全是其中的一种手段。

目前桥梁拉索锚固区可视化的检测技术已经逐渐成熟，如专利CN105100726A公开一种检查境及其使用方法。包括圆柱体的探头、视频监视器以及主机，探头通过电缆与主机连接，主机与视频监视器连接；检测人员使用小型圆柱体探头伸入桥梁拉索的锚头，获取拉索锚头图像，观测锈蚀、破损或渗水状况。但是存在如下缺陷：

1、上述检查方法仅能取到一个时间点的图像信息，难以对拉索锚头全生命周期进行监测，不能对锚头所处的腐蚀环境进行及时预警及维护，至使很难达到与桥梁同寿命，其次无法判断锚头锈蚀、破损或渗水的具体时间，同时缺失过程记录，对后期的维护措施缺少判断依据，造成后期维护次数与费用的增加。

2、锚头外部一般会有保护罩额外防护，探头难以在不拆卸保护罩的情况下直接观测，并且部分桥梁拉索锚头处于梁底，检测人员无法直接从桥面将探头伸到拉索锚头处，必须借助桥检车才能到达，消耗大量的人力物力；

3、由于拉索最为关键的受力组件钢丝外层有密封筒、HDPE等保护，该方法不能对钢丝直接进行检测，缺少最为关键的一环。而且探头伸入锚头内部对于检查境的角度较难调控，使用存在着诸多不便及困难，影响监测效率和监测结果。

如专利CN109164143A公开一种拉索腐蚀监测装置及其用于预应力拉索腐蚀监测的方法。包括腐蚀监测传感器、传感器支架、读数仪，所述腐蚀监测传感器过传感器支架安装在锚头或拉索处，读数仪与腐蚀监测传感器连接，将采集到的数据通过读数仪显示腐蚀数据，得到腐蚀速率。但是存在如下缺陷：

1、腐蚀传感器是通过电信号与标准值比较，得到截面的变化值，该方法易受材质、防腐层、所处环境以及位置等因素的影响，存在误差较大。不如图片、视频直接对比更准确。

2、腐蚀传感器仅能监测已经产生腐蚀的拉索锚头，未能起到提前预防和预警的作用。

3、腐蚀传感器只能监测有存在有腐蚀的状态，无法对拉索锚头发生腐蚀的前因后果进行分析判断，不便于后期提出有针对性的处理方案，维护成本高。

发明内容

针对上述现有缺陷，本发明提供了一种拉索锚头可视化监测系统，该系统能够自感知拉索密封结构内如锚固端的运营状态，无需检测人员到现场观测记录，即可有效监管运营期其使用状态，特别能够满足全寿命监管养护的目标。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种拉索锚头可视化监测系统，包括耦合在锚头内的探头以及设置在锚头外的数据传输和转换终端、数据处理与分析终端、监控管养终端、数据存储终端；

所述探头用于拍摄拉索锚头的动态和/或静态图像；

所述数据传输和转换终端用于采集探头的图像数据并进行转换，然后将图像数据传输至数据处理与分析终端；

所述数据处理与分析终端用于将得到的图像数据进行处理、分析、识别后输出到监控管养终端，同时将图像数据处理结果反馈给数据传输和转换终端，用于调节探头的采样频率；

所述监控管养终端用于展示拉索锚头的可视化图像数据，并输出监测报告，同时将数据传输至数据存储终端；

所述数据存储终端用于实时存储监控管养终端传递的图像数据并进行备份，同时将图像分类标记，用于监控管养终端检索调用和查看。

具体的，所述数据传输和转换终端包括信号传输模块以及信号转换模块，所述探头的线缆从锚头内引出到锚头外与信号传输模块连接，所述信号传输模块用于传输探头的光导纤维信号或电子摄像信号或光学透镜信号给信号转换模块，并用于接收数据处理与分析终端传回的信号；所述信号转换模块能够将信号转换为图像信息，并将图像信息传输至数据处理与分析终端。

具体的，所述数据处理与分析终端包括图像处理模块和图像识别模块，所述图像处理模块用于图像的像素处理、空间卷积、变焦、旋转、浮点矢量/阵列处理、平滑、增强，将图像数据传输给监控管养终端；图像识别模块通过图像处理模块得到的数据与正常图像信息进行分析比对，识别图像异常信息，将图像数据处理结果反馈给数据传输和转换终端。

具体的，所述监控管养终端包括图像查看模块和预警通知模块，图像查看模块输出各个时间的高分辨率彩色图像；预警通知模块用于查收图像数据处理结果，输出监测报告传输给数据存储终端。

具体的，所述数据存储终端包括图像存储模块和分类标记模块，图像存储模块对图像数据进行存储和备份，分类标记模块标记图像的GIS、时间等关键信息，对图像分类存储。

具体的，所述探头耦合于锚头的保护罩内部。

作为优选地，所述探头耦合于保护罩内的所述锚头底端的凹陷内部位置。

作为优选地，所述探头通过固定装置耦合在锚头上，其中，所述固定装置包括支架、滑座以及环形卡箍，所述探头卡接在环形卡箍上，所述支架与拉索的锚头固定，所述支架上设置有螺栓孔，所述滑座上设置有与螺栓孔相匹配的过钉孔，所述滑座通过螺栓与支架横向转动连接；所述滑座上还设置有连接块，所述环形卡箍两末端通过中轴与连接块竖向转动连接。

作为另一种优选地，所述探头通过固定装置耦合在锚头上，所述固定装置包括支架与螺栓，所述支架与拉索的锚头固定，所述探头通过螺栓固定在支架上。

具体的，所述探头设置一个或多个。

具体的，所述探头上具有发光体。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明通过在桥梁拉索锚头耦合设置探头，信号线从锚头内引出到锚头外用于接入可视化监测系统提供信号，解决了现有技术中锚头外部有保护罩额外防护，探头难以在不拆卸保护罩的情况下直接观测，以及检测人员需要借助桥检车才能到达的问题。可视化检测系统可获取拉索锚头的动态、静态图像，通过互联网数据传输，无需检测人员到现场观测记录，即可远程可视化监控拉索锚头健康状况。

2、本发明通过设置不同功能的模块，具备了无线连接、采样频率调节、图像存储、图像检索及预警等功能，具有完整的控制性及实用性。

3、本发明通过探头代替现有传感器解决了现有传感器如已经失效导致数据错误不能及时发现的问题，且现有传感器仅能监测已经产生破坏的拉索锚头，无法对拉索锚头发生破坏的前因后果进行分析判断，未能起到预防和预警的作用的问题。

4、本发明固定装置采用独立可调节的方式，能够在安装时独立调整探头的拍摄角度以及拍摄高度；能适应各种不同环境空间的拍摄工作。

5、本发明能够通过组合不同位置的监测能做到及早发现，及早处理，降低了后期的处理难度与经济成本，通过不同监测的数据分析可在确保拉索存于良好环境下，提供一份施工安装周期，做到维护游刃有余，费用最小化。还可以通过随时查阅数据，了解防水密封存在的问题，对延长拉索维护周期，减小维护次数，实现拉索全生命周期内成本最低。

附图说明

图1为本发明的拉索锚头可视化检测系统的整体示意图。

图2为本发明实施例可视化检测系统的示意图。

图3为本发明实施例可视化检测系统的工作流程图。

图4为本发明实施例固定装置的示意图。

图5为本发明实施例另一种固定装置的示意图。

图6为本发明实施例探头安装位置的示意图。

图中，1-拉索；2-探头；3-数据传输和转换终端；301-信号传输模块；302-信号转换模块；4-数据处理与分析终端；401-图像处理模块；402-图像识别模块；5-监控管养终端；501-图像查看模块；502-预警通知模块；6-数据存储终端；601-图像存储模块；602-分类标记模块；7-支架；8-滑座；9-环形卡箍；10-螺栓；11-连接块；12-中轴。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施例并配合附图予以说明。

本发明提供了一种拉索锚头可视化监测系统，如图1所示，包括探头2、数据传输和转换终端3、数据处理与分析终端4、监控管养终端5以及数据存储终端6。

所述探头2紧耦合在拉索1的锚头上，所述探头2的信号线从锚头内引出到锚头外与数据传输和转换终端3连接，数据传输和转换终端3、数据处理与分析终端4、监控管养终端5以及数据存储终端6依次连接形成本实施例的可视化监测系统。探头2上还可以设LED发光二极管发光体，适用于黑暗环境，工作时所述探头2用于拍摄拉索锚头的动态、静态图像，通过数据传输和转换终端3传输至数据处理与分析终端4；所述数据处理与分析终端4用于将得到的图像数据进行处理、分析、识别后输出到监控管养终端5，同时将图像数据处理结果反馈给数据传输和转换终端3，用于调节探头2的采样频率；所述监控管养终端5用于展示拉索锚头的可视化图像数据，并输出监测报告，同时将有效数据传输至数据存储终端6；所述数据存储终端6用于实时存储监控管养终端5传递的图像数据并进行备份，同时将图像分类标记，用于监控管养终端5检索调用和查看。

具体如图2所示，所述数据传输和转换终端3包括信号传输模块301以及信号转换模块302，所述数据处理与分析终端4包括图像处理模块401和图像识别模块402，所述监控管养终端5包括图像查看模块501和预警通知模块502，所述数据存储终端6包括图像存储模块601和分类标记模块602。

所述探头2的线缆从锚头内引出到锚头外与信号传输模块301连接，所述信号传输模块301用于传输探头2的光导纤维信号或电子摄像信号或光学透镜信号给信号转换模块302，并用于接收图像识别模块402传回的信号，所述信号转换模块302能够将信号转换为图像信息，并将图像信息传输至所述图像处理模块401；所述图像处理模块401对图像的像素处理、空间卷积、变焦、旋转、浮点矢量/阵列处理、平滑、增强，将图像数据传输给图像查看模块501；图像识别模块402通过图像处理模块401得到的数据与正常图像信息进行分析比对，识别图像异常信息，将图像数据处理结果反馈给信号传输模块301以及预警通知模块502；图像查看模块501输出各个时间的高分辨率彩色图像；预警通知模块502用于查收图像数据处理结果以及图分析比对结果，输出监测报告传输给图像存储模块601；图像存储模块601对图像数据进行存储和备份，分类标记模块602标记图像的GIS、时间等关键信息，对图像分类存储以便于检索查看。

拉索锚头刚安装时为没有缺陷的正常状态，以此时得到图像作为参照图像，图像识别模块402通过上述图像处理模块401对监测时期获取的图像与参照图像进行一一识别对比，监测时期获取的图像可以是一个时间段的图像，也可以定期采集的图片，如监测时期获取的图像与参照图像对比像素点颜色与原始状态的颜色一致则为正常状态；当出现异常图像点时，如有冷凝水或流水产生时，有水存在的地方或有流水经过的地方的像素点颜色与原始状态的颜色不一致，可以成为一种异常图像信息；发生锈蚀时，锈蚀存在的地方的像素点颜色与原始状态的颜色不一致，可以成为一种异常图像信息；

当探头2获取的图像经图像识别模块402分析后结果正常，信号传输模块301则采用预设的正常频率从该处探头2获得的采样数据，当探头2获取的图像经图像识别模块402分析后结果为异常图像信息，信号传输模块301则采用异常的采样频率从该处探头2采样，异常采样频率通过在一定时间内提高采样的次数，可由信号传输模块301发送调整采样频率指令应在当天中几个温度特殊点分别进行采样，采样完成后再进行与参照图像对比，这样可以合理分配资源。

当所述探头2获取的图像经图像识别模块402分析后如有异常图像信息，结果异常，图像识别模块402则发出预警信号至预警通知模块502，监控管养终端5通过预警通知模块502将病害凸显预警，即可向维护人员发出预警通知。必要时，维护人员可通过图像查看模块501调取实时视频进行进一步的判断，以及修改探头2的参数及参照图像，或及时调整探头2的位置，以便于工作人员及时排查锚头出现的问题，确保拉索1存于良好环境。

如图3所示，本实施例的拉索锚头可视化监测系统的工作步骤如下：

S1：系统启动；

S2：信号传输模块301将对探头2的图像数据进行采样的频率设置为预设正常的采样频率；

S3：信号传输模块301对探头2的图像数据进行采样，并把采样数据传输给信号转换模块302；

S4：信号转换模块302对数据进行转换后传输给图像处理模块401；

S5：图像处理模块401对图像数据进行处理，并分别传输给识别模块402和图像查看模块501；

S6：图像识别模块402对图像进行分析与识别，若图像正常，则返回执行S2；

若图像异常，则同时执行S7和S8；

S7：图像识别模块402发送结果给信号传输模块301，信号传输模块301将对探头2的图像数据进行采样的频率设置为预设异常的采样频率，并返回执行S3；

S8：图像识别模块402发送预警信号给预警通知模块502，预警通知模块502完成预警信息显示；

S9：图像查看模块501完成图像的显示；

S10:图像查看模块501将图像传输到图像存储模块601进行储存；

S11：分类标记模块602对图像存储模块601的数据进行分类标记。

本实施例为拉索锚头可视化监测提供经济、准确的布点选择，无需拆卸保护罩，无需借助桥检车，可远程获取拉索锚头图像，观测拉索钢丝是否有积水、锈蚀以及锚具锈蚀、破损或渗水状况。通过组合不同位置的监测能做到及早发现，及早处理，降低了后期的处理难度与经济成本，通过不同监测的数据分析可在确保拉索存于良好环境下，提供一份施工安装周期。还可以通过随时查阅数据，了解防水密封存在的问题，对延长拉索维护周期，减小维护次数，实现拉索全生命周期内成本最低。

作为本实施例的优选方案，探头2通过固定装置紧耦合在锚头上，如图4所示，所述固定装置包括支架7、滑座8以及环形卡箍9，所述支架7与拉索的锚头固定，所述支架7可以通过螺钉、胶体或者焊接固定于拉索的锚头；所述探头2卡接在环形卡箍上9，所述支架7上设置有螺栓孔，所述滑座8上设置有与螺栓孔相匹配的过钉孔，所述滑座8通过螺栓10与支架7横向转动连接；所述滑座8上还设置有连接块11，所述环形卡箍9两末端通过中轴12与连接块11竖向转动连接。安装时，通过旋转松开螺栓10，转动所述滑座8的角度，滑座8带动探头2横向转动，用于调整所述探头2的拍摄角度，通过旋紧螺栓10锁紧探头2的拍摄角度；通过调节环形卡箍9的铰接角度带动探头2竖向转动，用于调整所述探头2的拍摄高度，因此能适应锚头内各种不同环境空间的拍摄工作。

此外，如图5所示，固定装置也可以只包括支架7和螺栓10，支架7在工厂内已经和保护罩14耦合，调节好探头2的观测位置和角度后进行固定，整套装置可直接在工地现场进行安装，适用于拍摄位置比较固定的情况，施工便捷，普通安装人员即可安装。

上述实施例中的探头2布置在附图1保护罩中，可以布置其中的任意一个或多个位置，每个位置所起的作用各不相同。

如探头2安装于附图6中的最下端的保护罩内，其主要监测拉索锚头外部锈蚀、渗水，油脂脱落等情况，将会对拉索的使用寿命产生关键的影响。该保护罩处于梁底，如果使用插入式的探头，检测人员需要借助桥检车才能到达，影响工作效率，采用本实施例的耦合式探头2，能快速简单的监测该部位的情况。通过图像的前后对比为密封失效过程提供了影像资料，以便后期的防水密封做得更好。如图6所示，探头2可以同时安装于保护罩内的所述锚头底端的凹陷内部位置，此探头2主要监测拉索的钢丝内部造成了积水而造成钢丝的腐蚀，将会对拉索的使用寿命产生关键的影响，通过监测此处可以保确钢丝处于良好的环境中。

保护罩内各个位置的检测可根据维护管理的不同进行分别选择或组合选择。其组合选择可以使预防处理措施提前进行，减少施工难道及维护费用。也可以实现钢丝与锚具的全方面的监测，确保拉索在始终处于一个较好的环境中。

虽然，上文中已经用具体实施方式，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 (10)

1.一种拉索锚头可视化监测系统，其特征在于：包括耦合在锚头内的探头(2)以及设置在锚头外的数据传输和转换终端(3)、数据处理与分析终端(4)、监控管养终端(5)、数据存储终端(6)；

所述探头(2)用于拍摄拉索锚头的动态和/或静态图像；

所述数据传输和转换终端(3)用于采集探头(2)的图像数据并进行转换，然后将图像数据传输至数据处理与分析终端(4)；

所述数据处理与分析终端(4)用于处理、分析、识别图像数据，并输出到监控管养终端(5)，同时将图像数据处理结果反馈给数据传输和转换终端(3)，用于调节探头(2)的采集图像数据的频率；

所述监控管养终端(5)用于展示拉索锚头的可视化图像数据，并输出监测报告，同时将数据传输至数据存储终端(6)；

所述数据存储终端(6)用于实时存储监控管养终端(5)传递的图像数据并进行备份，同时将图像分类标记，用于监控管养终端(5)检索调用和查看。

2.根据权利要求1所述的一种拉索锚头可视化监测系统，其特征在于：所述数据传输和转换终端(3)包括信号传输模块(301)以及信号转换模块(302)，所述探头(2)的线缆从锚头内引出到锚头外与信号传输模块(301)连接，所述信号传输模块(301)用于传输探头(2)的光导纤维信号或电子摄像信号或光学透镜信号给信号转换模块(302)，并用于接收数据处理与分析终端(4)传回的信号；所述信号转换模块(302)能够将信号转换为图像信息，并将图像信息传输至数据处理与分析终端(4)。

3.根据权利要求1所述的一种拉索锚头可视化监测系统，其特征在于：所述数据处理与分析终端(4)包括图像处理模块(401)和图像识别模块(402)，所述图像处理模块(401)用于图像的像素处理、空间卷积、变焦、旋转、浮点矢量/阵列处理、平滑、增强，将图像数据传输给监控管养终端(5)；图像识别模块(402)通过图像处理模块(401)得到的数据与正常图像信息进行分析比对，识别图像异常信息，将图像数据处理结果反馈给数据传输和转换终端(3)。

4.根据权利要求1所述的一种拉索锚头可视化监测系统，其特征在于：所述监控管养终端(5)包括图像查看模块(501)和预警通知模块(502)，图像查看模块(501)输出各个时间的高分辨率彩色图像；预警通知模块(502)用于查收图像数据处理结果，输出监测报告传输给数据存储终端(6)。

5.根据权利要求1所述的一种拉索锚头可视化监测系统，其特征在于：所述数据存储终端(6)包括图像存储模块(601)和分类标记模块(602)，图像存储模块(601)对图像数据进行存储和备份，分类标记模块(602)标记图像的GIS、时间等关键信息，对图像分类存储。

6.根据权利要求1所述的一种拉索锚头可视化监测系统，其特征在于：所述探头(2)耦合于锚头的保护罩(14)内部。

7.根据权利要求7所述的一种拉索锚头可视化监测系统，其特征在于：所述探头(2)耦合于保护罩内的所述锚头底端的凹陷内部位置。

8.根据权利要求1所述的一种拉索锚头可视化监测系统，其特征在于：所述探头(2)通过固定装置耦合在锚头上，其中，所述固定装置包括支架(7)、滑座(8)以及环形卡箍(9)，所述探头(2)卡接在环形卡箍上(9)，所述支架(7)与拉索的锚头固定，所述支架(7)上设置有螺栓孔，所述滑座(8)上设置有与螺栓孔相匹配的过钉孔，所述滑座(8)通过螺栓(10)与支架(7)横向转动连接；所述滑座(8)上还设置有连接块(11)，所述环形卡箍(9)两末端通过中轴(12)与连接块(11)竖向转动连接。

9.根据权利要求1所述的一种拉索锚头可视化监测系统，其特征在于：所述探头(2)通过固定装置耦合在锚头上，所述固定装置包括支架(7)与螺栓(10)，所述支架(7)与拉索的锚头固定，所述探头(2)通过螺栓(10)固定在支架上(7)。

10.根据权利要求1所述的一种拉索锚头可视化监测系统，其特征在于：所述探头(2)设置一个或多个。

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