CN111505010B - 一种基于云平台的桥梁安全检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于云平台的桥梁安全检测系统，其包括承载获取模块、通行量检测模块、环境温度采集模块、河流参数采集模块、参数影响调度处理模块、附加负载量分析模块、裂纹图像采集模块、裂纹处理模块、裂纹演变构建模块、管理服务器、预警推演模块和桥梁安全监管终端。本发明根据桥面上车辆通行量、环境参数和河流参数获得附加通行危险影响系数、温度变化速率以及河流环境摧毁影响系数，并综合分析桥梁所在各影响因素综合对桥梁上裂纹的裂纹变化影响系数，并通过裂纹阈值统计出预计通行预警时间，提高了裂纹演变统计的准确性，节约人工检查裂纹所需时间和精力，提高了预计通行预警时间统计的准确性，可提高车辆或人员通过桥梁时的安全性。

Description

一种基于云平台的桥梁安全检测系统

技术领域

本发明属于桥梁检测技术领域，涉及到一种基于云平台的桥梁安全检测系统。

背景技术

农桥是指乡镇道路上跨越渠道、河流、沟谷等的桥梁。农桥按主要承重结构所用的材料，可分为木桥、石桥、砖桥、混凝土桥、钢筋混凝土桥及预应力混凝土桥等，桥梁一般由上部构造、下部结构、支座和附属构造物组成，上部结构又称桥跨结构，是跨越障碍的主要结构；下部结构包括桥台、桥墩和基础。

桥梁的品质受桥梁建筑所需的材料以及桥梁结构本身的影响，还受到环境中的温度、桥面上通行的车辆以及河流中的水流速度等外界影响干扰，随着桥梁使用时间，桥梁上的裂纹受环境所在的温度变化、桥面上通行的负载车辆以及河流等影响，造成桥梁上的裂纹逐渐扩大，促使桥梁的承载能力逐渐下降，目前，无法针对桥梁所在的外界干扰因素分析裂纹变化与外界干扰因素间的关系，且无法预测在当前干扰因素的干扰下桥梁能够正常通行的预计时间，具有检测的准确性差、无法进行预警提醒等问题，增加了人员或车辆通过桥梁时的危险程度，同时，现有桥梁的安全性，常采用人工进行检测，增加了人工检测的时间和精力，且检测的效率低、准确性，为了解决以上问题，现设计一种基于云平台的桥梁安全检测系统。

发明内容

本发明的目的在于提供的一种基于云平台的桥梁安全检测系统，解决了背景技术中提及的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于云平台的桥梁安全检测系统，其包括承载获取模块、通行量检测模块、环境温度采集模块、河流参数采集模块、参数影响调度处理模块、附加负载量分析模块、裂纹图像采集模块、裂纹处理模块、裂纹演变构建模块、管理服务器、预警推演模块和桥梁安全监管终端；

所述承载获取模块用于调取待检测桥梁在建造时的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力，并将调取的待检测桥梁的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力发送至管理服务器，将桥面可承受的承载力发送至附加负载量分析模块；

所述通行量检测模块安装在桥梁上，通行量检测模块用于检测固定监测周期内车辆通过桥梁时的车辆的行驶车速、车辆重量以及通过桥梁前端和后端时的车辆数量，并将检测的通过桥梁的车辆行驶车速、车辆重量以及通过桥梁前端和后端时的车辆数量发送至附加负载量分析模块；

所述附加负载量分析模块用于接收通行量检测模块发送的通过桥梁的车辆行驶车速、车辆重量以及通过桥梁前端和后端时的车辆数量，判断车辆在通过桥梁时的行驶车速是否超过设定的桥梁安全车速，若大于设定的桥梁安全车速，则发送预警信息至车辆报警器，并根据通过桥梁前端和后端时的车辆数量，统计相邻输出车辆时间段内停留在桥面上的车辆数量，以统计相邻输出时间段内附加车辆对桥面的压力，附加负载量分析模块根据车辆重量以及通过桥梁前、后端面时的车辆数量和相邻输出时间段内附加车辆对桥面的压力且接收承载获取模块发送的桥面可承受的承载力，分析附加车辆通行危险影响系数，并将附加车辆通行危险影响系数发送至管理服务器；

所述环境温度采集模块用于实时监测桥梁所在环境中的温度，对采集的当天环境温度进行分析，提取当前环境中的最高温度、最低温度，并将提取的桥梁每天的环境中的最高温度、最低温度以及最高温度和最低温度对应的时间点发送至参数影响调度处理模块；

所述河流参数采集模块安装在桥墩上，用于实时采集桥墩位于河水内的深度、水流速度以及水流对桥墩的冲击力，并将采集的桥墩位于河水内的深度、水流速度以及水流对桥墩前端面的冲击力大小分别发送至裂纹存储数据模块和参数影响调度处理模块；

所述参数影响调度处理模块用于接收环境温度采集模块发送的桥梁每天的环境中的最高温度、最低温度以及最高温度和最低温度对应的时间点，并根据接收的每天中的最高温度和最低温度统计当天中的最高温度差，并根据最高温度和最低温度对应的时间点，统计每天的温度变化速率，并接收河流参数采集模块发送的桥墩位于河水中的深度、水流速度以及水流对桥墩周侧的冲击力大小，并根据桥墩位于河水中的深度从裂纹存储数据模块中提取各水位深度等级对应的上、下限水流速度和水流对桥墩前端面的上、下限冲击力，并将检测的水流速度与该水位深度等级对应的上、下限水流速度进行对比，判断水流危险系数，并统计该固定监测周期内在各水位深度等级下各水流危险系数对应的累计时长，同时，将桥墩前端面对应的冲击力与该水位深度等级对应的前端面的上、下限冲击力进行对比，判断冲击力危险系数，统计该固定监测周期内在各水位深度等级下的各冲击力危险系数对应的累计时长，参数影响调度处理模块根据桥墩所在的水流流速以及桥墩所受的冲击力大小，统计河流环境摧毁影响系数，并将固定监测周期内的每天的温度变化速率以及桥墩在固定监测周期内河流环境摧毁影响系数发送至管理服务器；

所述裂纹图像采集模块包括若干摄像头，分别安装在桥面、桥台以及桥墩处，用于以固定监测周期对桥梁的桥面、桥台以及桥墩进行全面的裂纹图像采集，并将采集的各处裂纹图像发送至裂纹处理模块；

所述裂纹处理模块用于接收裂纹图像采集模块发送的桥梁各处的裂纹图像，提取各裂纹图像对应的编号，并根据各裂纹图像对应的不同编号对裂纹图像进行划分，将同一编号的裂纹图像进行归类，且对采集的各编号的裂纹图像进行预处理，提高裂纹图像的清晰程度，并将经预处理后的各编号的裂纹图像发送至裂纹演变构造模块；

所述裂纹演变构造模块用于接收裂纹处理模块发送的经预处理后的各编号的裂纹图像，对裂纹图像进行特征提取，判断是否具有裂纹特征，并根据裂纹特征进行长度、宽度统计，将统计的该裂纹长度和宽度分别与设定的各裂纹长度等级、宽度等级进行对比，确定该编号下的裂纹长度等级和裂纹宽度等级，并依次对各编号下的裂纹图像进行裂纹长度和宽度等级，并将统计的各编号下的裂纹长度等级和宽度等级发送至裂纹存储数据模块，同时，将各编号下的裂纹图像所对应的裂纹长度和宽度数值以及裂纹长度等级和裂纹宽度等级分别发送至管理服务器；

裂纹存储数据模块用于存储各裂纹对应的特征以及各裂纹长度等级对应的长度范围、各裂纹宽度等级对应的裂纹宽度范围，用于存储河流参数采集模块发送的桥墩位于河水中的深度、水流速度以及水流对桥墩前端面的冲击力大小，另外，存储各水位深度等级对应的水位深度范围、各水位深度等级对应的上、下限水流速度和水流对桥墩前端面的上、下限冲击力，以及管理服务器发送的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力，所述水位深度等级分别为H1、H2、H3、H4、H5；

所述管理服务器用于接收承载获取模块发送的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力，并将接收的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力存储至裂纹存储数据模块，接收附加负载量分析模块发送的各固定监测周期内的附加车辆通行危险影响系数，接收参数影响调度处理模块发送的各固定监测周期内的每天的温度变化速率以及桥墩在固定监测周期内河流环境摧毁影响系数，并接收裂纹演变构造模块发送的各编号下的裂纹图像所对应的裂纹长度和宽度数值以及裂纹长度等级和裂纹宽度等级，提取第s个以及第s+1个固定监测周期内的各编号下的裂纹图像所对应的裂纹长度和宽度数值以及裂纹长度等级和裂纹宽度等级，以及前s个固定监测周期内的附加车辆通行危险影响、每天的温度变化速率以及桥墩在固定监测周期内河流环境摧毁影响系数，并根据以上参数统计桥梁在当前环境参数的影响下的裂纹变化影响系数，管理服务器将统计的裂纹变化影响系数分别发送至预警推演模块和桥梁安全监管终端；

所述预警推演模块用于接收管理服务器发送的裂纹变化影响系数，并预估推演桥梁以当前裂纹变化影响系数从当前桥梁裂痕状态到不可通行状态下的裂纹阈值所对应的预计通行预警时间，并预计通行预警时间发送至桥梁安全监管终端；

所述桥梁安全监管终端用于接收预警推演模块发送的桥梁上裂纹的预计通行预警时间以及管理服务器发送的各固定监测周期内的裂纹影响系数，并进行显示。

进一步地，所述附加车辆通行危险影响系数的计算公式为

ψ_s表示为第s个固定监测周期内桥面对应的附加车辆通行危险影响系数，λ表示为桥面承重危险因子，等于1.829，p_h表示为车辆在第s个固定监测周期内桥梁后端统计的车辆数量，桥梁后端统计的车辆数量等于相邻输出时间段的数量加1，Mp_s表示为第p个相邻输出时间段内桥面上车辆对桥面的附加压力，M_smax表示为第s个固定监测周期中所有相邻输出时间段内桥面上车辆对桥面的附加压力所对应的附加压力最大的附加压力数值，F_桥面表示为桥面可承受的承载力。

进一步地，所述河流参数采集模块包括液位检测单元、流速检测单元和冲击力检测单元，液位检测单元为液位传感器，用于检测桥墩位于河水中的深度，流速检测单元为水流传感器，用于检测水流的速度，冲击力检测单元包括若干压力传感器，分别贴于桥墩前端面，用于检测水流对桥墩前端面的冲击力大小。

进一步地，所述温度变化速率

W_s′_i表示为第s个固定监测周期内第i天的温度变化速率，i＝1,2,...,Q，W_si高、W_si低分别表示为第s个固定监测周期内第i天的最高温度和最低温度，T_si高、T_si低分别表示为第s个固定监测周期内第i天的最高温度和最低温度对应的时间点。

进一步地，所述河流环境摧毁影响系数的计算公式为

，φ_s表示为河流环境对桥墩在第s个固定监测周期内的河流环境摧毁影响系数，e是自然数，η_sj表示为桥墩在第s个固定监测周期内第j个水位深度等级对应的流速影响因子，水位深度等级与该水位深度等级对应对应的流速影响因子呈正比，γ_sj表示为桥墩在第s个固定监测周期内第j个水位深度等级对应的冲击力影响因子，水位深度等级越大，该水位深度等级对应对的冲击力影响因子呈正比，T_阈表示为设定的时间阈值，B1、B2和B3分别表示为桥墩前端面所受的冲击力与上、下限冲击力对比后所对应的不同冲击力危险系数，T_sjB1、T_sjB2和T_sjB3分别表示为第s个固定监测周期内第j个水位深度等级下各冲击力危险系数所对应的累计时长，A1、A2和A3分别表示为桥墩所在的河水中的水流速度与上、下限水流速度对比后所对应的不同水流危险系数，T_sjA1、T_sjA2和T_sjA3分别表示为第s个固定监测周期内第j个水位深度等级下各水流危险系数所对应的累计时长。

进一步地，所述裂纹变化影响系数的计算公式为

σ_s表示为从第s个固定监测周期到第s+1个固定监测周期内的裂纹变化影响系数，l_sxc和l_sxk分别表示为第s个固定监测周期内第x个裂纹图像分别对应的裂纹长度和裂纹宽度，l_(s+1)xc和l_(s+1)xk分别表示为第s+1个固定监测周期内第x个裂纹图像分别对应的裂纹长度和裂纹宽度，X为采集的裂纹图像的总数量，d_sxc和d_sxk分别表示为第s个固定监测周期内第x个裂纹图像中裂纹长度和裂纹宽度分别对应的裂纹长度等级和裂纹宽度等级，d_(s+1)xc和d_(s+1)xk分别表示为第s+1个固定监测周期内第x个裂纹图像中裂纹长度和裂纹宽度分别对应的裂纹长度等级和裂纹宽度等级，ψ_s表示为第s个固定监测周期内桥面对应的附加车辆通行危险影响系数，φ_s表示为河流环境对桥墩在第s个固定监测周期内的河流环境摧毁影响系数，W_s′_i表示为第s个固定监测周期内第i天的温度变化速率，W_阈值表示为温度变化速率的阈值。

进一步地，所述预计通行预警时间的公式为

Γ表示为桥梁从当前固定监测周期到桥梁不可通行状态下所需的时间，Y表示为裂纹长度对应的权重系数，Y＜1，σ_s表示为从第s个固定监测周期到第s+1个固定监测周期内的裂纹变化影响系数，d_sxcmax和d_sxkmax分别表示为第s个固定监测周期内所有裂纹图像中最大的裂纹长度和最大的裂纹宽度所对应的最大裂纹长度等级和最大裂纹宽度等级，D_阈c和D_阈k分别表示为不可通行状态下的裂纹长度等级阈值和裂纹宽度等级阈值。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种基于云平台的桥梁安全检测系统，通过对桥面上车辆通行量进行检测、分析，获得桥面上附加车辆对桥梁的附加车辆通行危险影响系数，并依次对河流参数和环境参数进行检测、分析处理，分别获得桥梁所在环境中的温度变化速率以及河流环境中的水流流速和冲击力对桥梁的摧毁影响系数，并根据附加车辆通行危险影响系数、温度变化速率、河流环境摧毁影响系数以及裂纹宽度和长度，综合分析桥梁所在各影响因素综合对桥梁上裂纹的裂纹变化影响系数，能够直观地评估出桥梁所在环境对桥梁上裂纹形成所造成的影响，提高了裂纹演变统计的准确性，且能够有效地构造裂纹变化影响的模型。

本发明提供的基于云平台的桥梁安全检测系统，管理服务器分析出在当前环境下桥梁的裂纹变化影响系数，并根据裂纹变化影响系数统计从当前裂纹到达不可通行状态下的裂纹阈值所需的预计通行预警时间，能够准确预测出裂纹达到裂纹阈值所需的时间，便于对达到裂纹阈值状态下的桥梁进行预警提醒，避免人员、车辆通过处于裂纹阈值状态下的桥梁，且无需实时检测桥梁所处的环境和桥梁各处的图像，减少检测的成本，且减少人工修复预警存在的误差，可及时进行预警时间的提醒，大大节约现有人工检查裂纹所需耗费的时间和精力，提高了预计通行预警时间统计的准确性，通过对预警时间进行检测，以保证桥面通行人员和车辆的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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。

图1为本发明中一种基于云平台的桥梁安全检测系统的示意图。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，一种基于云平台的桥梁安全检测系统，包括承载获取模块、通行量检测模块、环境温度采集模块、河流参数采集模块、参数影响调度处理模块、附加负载量分析模块、裂纹图像采集模块、裂纹处理模块、裂纹演变构建模块、裂纹存储数据模块、管理服务器、预警推演模块和桥梁安全监管终端。

附加负载量分析模块分别与承载获取模块、通行量检测模块连接，参数影响调节处理模块分别与河流参数采集模块、环境温度采集模块和裂纹存储数据模块连接，裂纹存储数据模块分别与河流参数采集模块、管理服务器和裂纹演变构造模块连接，裂纹处理模块分别与裂纹图像采集模块和裂纹演变构造模块连接，管理服务器分别与承载获取模块、附加负载量分析模块、裂纹演变构造模块、参数影响调度处理模块、预警推演模块和桥梁安全监管终端连接，预警推演模块与桥梁安全监管终端连接。

以固定监测周期对桥梁的安全性进行检测，固定监测周期天数为Q。

承载获取模块用于调取待检测桥梁在建造时的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力，并将调取的待检测桥梁的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力发送至管理服务器，将桥面可承受的承载力发送至附加负载量分析模块；

通行量检测模块安装在桥梁上，通行量检测模块用于检测固定监测周期内车辆通过桥梁时的车辆的行驶车速、车辆重量以及通过桥梁前端和后端时的车辆数量，并将检测的通过桥梁的车辆行驶车速、车辆重量以及通过桥梁前端和后端时的车辆数量发送至附加负载量分析模块。其中，通行量检测模块包括压力传感器、车速传感器和两计数器，压力传感器分别安装在桥梁前后端的桥面上，用于实时检测通过的车辆的重量，车速传感器用于检测车辆通过桥梁前端、后端的车辆车速，两计数器沿车辆前进的方向，分别在桥梁前端和后端安装有计数器，用于依次统计通过桥梁前端的车辆数量、桥梁后端的车辆数量。

附加负载量分析模块用于接收通行量检测模块发送的通过桥梁的车辆行驶车速、车辆重量以及通过桥梁前端和后端时的车辆数量，判断车辆在通过桥梁时的行驶车速是否超过设定的桥梁安全车速，若大于设定的桥梁安全车速，则发送预警信息至车辆报警器，车辆报警器发出超速报警提醒，并根据通过桥梁前端和后端时的车辆数量，统计相邻输出车辆时间段内停留在桥面上的车辆数量，以统计相邻输出时间段内附加车辆对桥面的压力，附加负载量分析模块根据车辆重量以及通过桥梁前、后端面时的车辆数量和相邻输出时间段内附加车辆对桥面的压力且接收承载获取模块发送的桥面可承受的承载力，分析附加车辆通行危险影响系数，并将附加车辆通行危险影响系数发送至管理服务器。

其中，相邻输出时间段表示为相邻车辆从桥梁后端输出所对应的时间差。

其中，附加车辆通行危险影响系数的计算公式为

ψ_s表示为第s个固定监测周期内桥面对应的附加车辆通行危险影响系数，λ表示为桥面承重危险因子，等于1.829，p_h表示为车辆在第s个固定监测周期内桥梁后端统计的车辆数量，桥梁后端统计的车辆数量等于相邻输出时间段的数量加1，Mp_s表示为第p个相邻输出时间段内桥面上车辆对桥面的附加压力，M_smax表示为第s个固定监测周期中所有相邻输出时间段内桥面上车辆对桥面的附加压力所对应的附加压力最大的附加压力数值，F_桥面表示为桥面可承受的承载力。

环境温度采集模块用于实时监测桥梁所在环境中的温度，对采集的当天环境温度进行分析，提取当前环境中的最高温度、最低温度，并将提取的桥梁每天的环境中的最高温度、最低温度以及最高温度和最低温度对应的时间点发送至参数影响调度处理模块。

河流参数采集模块安装在桥墩上，用于实时采集桥墩位于河水内的深度、水流速度以及水流对桥墩的冲击力，并将采集的桥墩位于河水内的深度、水流速度以及水流对桥墩前端面的冲击力大小分别发送至裂纹存储数据模块和参数影响调度处理模块，其中，河流参数采集模块包括液位检测单元、流速检测单元和冲击力检测单元，液位检测单元为液位传感器，用于检测桥墩位于河水中的深度，流速检测单元为水流传感器，用于检测水流的速度，冲击力检测单元包括若干压力传感器，分别贴于桥墩前端面，用于检测水流对桥墩前端面的冲击力大小。

参数影响调度处理模块用于接收环境温度采集模块发送的桥梁每天的环境中的最高温度、最低温度以及最高温度和最低温度对应的时间点，并根据接收的每天中的最高温度和最低温度统计当天中的最高温度差，并根据最高温度和最低温度对应的时间点，统计每天的温度变化速率，并接收河流参数采集模块发送的桥墩位于河水中的深度、水流速度以及水流对桥墩周侧的冲击力大小，并根据桥墩位于河水中的深度从裂纹存储数据模块中提取各水位深度等级对应的上、下限水流速度和水流对桥墩前端面的上、下限冲击力，并将检测的水流速度与该水位深度等级对应的上、下限水流速度进行对比，若大于设定上限水流速度，则水流危险系数为A1(A1＞1)，若小于设定的下限水流速度，则水流危险系数为A2(0＜A2＜0.3)，若大于设定的下限水流速度且大于设定的上限水流速度，则水流危险系数为A3(0.5＜A3＜1)，并统计该固定监测周期内在各水位深度等级下各水流危险系数对应的累计时长，同时，将桥墩前端面对应的冲击力与该水位深度等级对应的前端面的上、下限冲击力进行对比，若冲击力大于设定的前端面上限冲击力，则冲击力危险系数为B1(B1＞e，e是自然数)，若小于设定的前端面上限冲击力，则冲击力危险系数为B2(0＜B2＜0.15),若大于设定的侧面下限冲击力小于设定的上限冲击力，则冲击力危险系数为B3(0.2＜B3＜1),统计该固定监测周期内在各水位深度等级下的各冲击力危险系数对应的累计时长，参数影响调度处理模块根据桥墩所在的水流流速以及桥墩所受的冲击力大小，统计河流环境摧毁影响系数，并将固定监测周期内的每天的温度变化速率以及桥墩在固定监测周期内河流环境摧毁影响系数发送至管理服务器。

其中，温度变化速率

W′_si表示为第s个固定监测周期内第i天的温度变化速率，i＝1,2,...,Q，W_si高、W_si低分别表示为第s个固定监测周期内第i天的最高温度和最低温度，T_si高、T_si低分别表示为第s个固定监测周期内第i天的最高温度和最低温度对应的时间点。

其中，河流环境摧毁影响系数的计算公式为

，φ_s表示为河流环境对桥墩在第s个固定监测周期内的河流环境摧毁影响系数，e是自然数，η_sj表示为桥墩在第s个固定监测周期内第j个水位深度等级对应的流速影响因子，水位深度等级与该水位深度等级对应对应的流速影响因子呈正比，γ_sj表示为桥墩在第s个固定监测周期内第j个水位深度等级对应的冲击力影响因子，水位深度等级越大，该水位深度等级对应对的冲击力影响因子呈正比，T_阈表示为设定的时间阈值，B1、B2和B3分别表示为桥墩前端面所受的冲击力与上、下限冲击力对比后所对应的不同冲击力危险系数，T_sjB1、T_sjB2和T_sjB3分别表示为第s个固定监测周期内第j个水位深度等级下各冲击力危险系数所对应的累计时长，A1、A2和A3分别表示为桥墩所在的河水中的水流速度与上、下限水流速度对比后所对应的不同水流危险系数，T_sjA1、T_sjA2和T_sjA3分别表示为第s个固定监测周期内第j个水位深度等级下各水流危险系数所对应的累计时长。

裂纹图像采集模块包括若干摄像头，分别安装在桥面、桥台以及桥墩处，用于以固定监测周期对桥梁的桥面、桥台以及桥墩进行全面的裂纹图像采集，并将采集的各处裂纹图像发送至裂纹处理模块，每个位置处的摄像头对应的编号不同，同一摄像头采集的裂纹图像对应的编号与摄像头对应的编号相同。

裂纹处理模块用于接收裂纹图像采集模块发送的桥梁各处的裂纹图像，提取各裂纹图像对应的编号，并根据各裂纹图像对应的不同编号对裂纹图像进行划分，将同一编号的裂纹图像进行归类，且对采集的各编号的裂纹图像进行预处理，提高裂纹图像的清晰程度，并将经预处理后的各编号的裂纹图像发送至裂纹演变构造模块；

裂纹演变构造模块用于接收裂纹处理模块发送的经预处理后的各编号的裂纹图像，对裂纹图像进行特征提取，判断是否具有裂纹特征，并根据裂纹特征进行长度、宽度统计，将统计的该裂纹长度和宽度分别与设定的各裂纹长度等级、宽度等级进行对比，确定该编号下的裂纹长度等级和裂纹宽度等级，并依次对各编号下的裂纹图像进行裂纹长度和宽度等级，并将统计的各编号下的裂纹长度等级和宽度等级发送至裂纹存储数据模块，同时，将各编号下的裂纹图像所对应的裂纹长度和宽度数值以及裂纹长度等级和裂纹宽度等级分别发送至管理服务器。

裂纹存储数据模块用于存储各裂纹对应的特征以及各裂纹长度等级对应的长度范围、各裂纹宽度等级对应的裂纹宽度范围，用于存储河流参数采集模块发送的桥墩位于河水中的深度、水流速度以及水流对桥墩前端面的冲击力大小，另外，存储各水位深度等级对应的水位深度范围、各水位深度等级对应的上、下限水流速度和水流对桥墩前端面的上、下限冲击力，以及管理服务器发送的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力，其中，水位深度等级分别为H1、H2、H3、H4、H5，各水位深度等级依次对应的水位深度分别为L0-L1,L1-L2,L2-L3,L3-L4,L4-L5，且L0＜L1＜L2＜L3＜L4＜L5，L5的高度小于桥墩的高度。

管理服务器用于接收承载获取模块发送的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力，并将接收的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力存储至裂纹存储数据模块，接收附加负载量分析模块发送的各固定监测周期内的附加车辆通行危险影响系数，接收参数影响调度处理模块发送的各固定监测周期内的每天的温度变化速率以及桥墩在固定监测周期内河流环境摧毁影响系数，并接收裂纹演变构造模块发送的各编号下的裂纹图像所对应的裂纹长度和宽度数值以及裂纹长度等级和裂纹宽度等级，提取第s个以及第s+1个固定监测周期内的各编号下的裂纹图像所对应的裂纹长度和宽度数值以及裂纹长度等级和裂纹宽度等级，以及前s个固定监测周期内的附加车辆通行危险影响、每天的温度变化速率以及桥墩在固定监测周期内河流环境摧毁影响系数，并根据以上参数统计桥梁在当前环境参数的影响下，裂纹变化影响系数

σ_s表示为从第s个固定监测周期到第s+1个固定监测周期内的裂纹变化影响系数，l_sxc和l_sxk分别表示为第s个固定监测周期内第x个裂纹图像分别对应的裂纹长度和裂纹宽度，l_(s+1)xc和l_(s+1)xk分别表示为第s+1个固定监测周期内第x个裂纹图像分别对应的裂纹长度和裂纹宽度，X为采集的裂纹图像的总数量，d_sxc和d_sxk分别表示为第s个固定监测周期内第x个裂纹图像中裂纹长度和裂纹宽度分别对应的裂纹长度等级和裂纹宽度等级，d_(s+1)xc和d_(s+1)xk分别表示为第s+1个固定监测周期内第x个裂纹图像中裂纹长度和裂纹宽度分别对应的裂纹长度等级和裂纹宽度等级，ψ_s表示为第s个固定监测周期内桥面对应的附加车辆通行危险影响系数，φ_s表示为河流环境对桥墩在第s个固定监测周期内的河流环境摧毁影响系数，W′_si表示为第s个固定监测周期内第i天的温度变化速率，W_阈值表示为温度变化速率的阈值，裂纹变化影响系数越大，表明桥梁上的裂纹受桥面车辆、河流等影响程度越大，即危险程度越大，管理服务器将统计的裂纹变化影响系数分别发送至预警推演模块和桥梁安全监管终端。

预警推演模块用于接收管理服务器发送的裂纹变化影响系数，并预估推演桥梁以当前裂纹变化影响系数从当前桥梁裂痕状态到不可通行状态下的裂纹阈值所对应的预计通行预警时间，并预计通行预警时间发送至桥梁安全监管终端，其中，预计通行预警时间的公式为

Γ表示为桥梁从当前固定监测周期到桥梁不可通行状态下所需的时间，Y表示为裂纹长度对应的权重系数，Y＜1，σ_s表示为从第s个固定监测周期到第s+1个固定监测周期内的裂纹变化影响系数，d_sxcmax和d_sxkmax分别表示为第s个固定监测周期内所有裂纹图像中最大的裂纹长度和最大的裂纹宽度所对应的最大裂纹长度等级和最大裂纹宽度等级，D_阈c和D_阈k分别表示为不可通行状态下的裂纹长度等级阈值和裂纹宽度等级阈值，其中，预计通行预警时间小于桥梁上裂纹达到裂纹长度等级阈值和裂纹宽度等级阈值所需的时间。

桥梁安全监管终端用于接收预警推演模块发送的桥梁上裂纹达到不可通行状态下的裂纹阈值所对应的预警通行预警时间以及管理服务器发送的各固定监测周期内的裂纹影响系数，并进行显示，便于提醒桥梁监管人员及时了解桥梁的安全性以及桥梁上裂纹预演到不可通行状态下的时间，同时便于及时对即将通行该桥梁的人员和车辆进行预警提醒，以保证通行人员和车辆的安全性。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于云平台的桥梁安全检测系统，其特征在于：包括承载获取模块、通行量检测模块、环境温度采集模块、河流参数采集模块、参数影响调度处理模块、附加负载量分析模块、裂纹图像采集模块、裂纹处理模块、裂纹演变构建模块、管理服务器、预警推演模块和桥梁安全监管终端；

所述承载获取模块用于调取待检测桥梁在建造时的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力，并将调取的待检测桥梁的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力发送至管理服务器，将桥面可承受的承载力发送至附加负载量分析模块；

所述通行量检测模块安装在桥梁上，通行量检测模块用于检测固定监测周期内车辆通过桥梁时的车辆的行驶车速、车辆重量以及通过桥梁前端和后端时的车辆数量，并将检测的通过桥梁的车辆行驶车速、车辆重量以及通过桥梁前端和后端时的车辆数量发送至附加负载量分析模块；

所述附加负载量分析模块用于接收通行量检测模块发送的通过桥梁的车辆行驶车速、车辆重量以及通过桥梁前端和后端时的车辆数量，判断车辆在通过桥梁时的行驶车速是否超过设定的桥梁安全车速，若大于设定的桥梁安全车速，则发送预警信息至车辆报警器，并根据通过桥梁前端和后端时的车辆数量，统计相邻输出车辆时间段内停留在桥面上的车辆数量，以统计相邻输出时间段内附加车辆对桥面的压力，附加负载量分析模块根据车辆重量以及通过桥梁前、后端面时的车辆数量和相邻输出时间段内附加车辆对桥面的压力且接收承载获取模块发送的桥面可承受的承载力，分析附加车辆通行危险影响系数，并将附加车辆通行危险影响系数发送至管理服务器；

其中，所述附加车辆通行危险影响系数的计算公式为

ψ_s表示为第s个固定监测周期内桥面对应的附加车辆通行危险影响系数，λ表示为桥面承重危险因子，等于1.829，p_h表示为车辆在第s个固定监测周期内桥梁后端统计的车辆数量，桥梁后端统计的车辆数量等于相邻输出时间段的数量加1，Mp_s表示为第p个相邻输出时间段内桥面上车辆对桥面的附加压力，

表示为第s个固定监测周期中所有相邻输出时间段内桥面上车辆对桥面的附加压力所对应的附加压力最大的附加压力数值，F_桥面表示为桥面可承受的承载力；

所述环境温度采集模块用于实时监测桥梁所在环境中的温度，对采集的当天环境温度进行分析，提取当前环境中的最高温度、最低温度，并将提取的桥梁每天的环境中的最高温度、最低温度以及最高温度和最低温度对应的时间点发送至参数影响调度处理模块；

所述河流参数采集模块安装在桥墩上，用于实时采集桥墩位于河水内的深度、水流速度以及水流对桥墩的冲击力，并将采集的桥墩位于河水内的深度、水流速度以及水流对桥墩前端面的冲击力大小分别发送至裂纹存储数据模块和参数影响调度处理模块；

所述参数影响调度处理模块用于接收环境温度采集模块发送的桥梁每天的环境中的最高温度、最低温度以及最高温度和最低温度对应的时间点，并根据接收的每天中的最高温度和最低温度统计当天中的最高温度差，并根据最高温度和最低温度对应的时间点，统计每天的温度变化速率，并接收河流参数采集模块发送的桥墩位于河水中的深度、水流速度以及水流对桥墩周侧的冲击力大小，并根据桥墩位于河水中的深度从裂纹存储数据模块中提取各水位深度等级对应的上、下限水流速度和水流对桥墩前端面的上、下限冲击力，并将检测的水流速度与该水位深度等级对应的上、下限水流速度进行对比，判断水流危险系数，并统计该固定监测周期内在各水位深度等级下各水流危险系数对应的累计时长，同时，将桥墩前端面对应的冲击力与该水位深度等级对应的前端面的上、下限冲击力进行对比，判断冲击力危险系数，统计该固定监测周期内在各水位深度等级下的各冲击力危险系数对应的累计时长，参数影响调度处理模块根据桥墩所在的水流流速以及桥墩所受的冲击力大小，统计河流环境摧毁影响系数，并将固定监测周期内的每天的温度变化速率以及桥墩在固定监测周期内河流环境摧毁影响系数发送至管理服务器；

所述裂纹图像采集模块包括若干摄像头，分别安装在桥面、桥台以及桥墩处，用于以固定监测周期对桥梁的桥面、桥台以及桥墩进行全面的裂纹图像采集，并将采集的各处裂纹图像发送至裂纹处理模块；

所述裂纹处理模块用于接收裂纹图像采集模块发送的桥梁各处的裂纹图像，提取各裂纹图像对应的编号，并根据各裂纹图像对应的不同编号对裂纹图像进行划分，将同一编号的裂纹图像进行归类，且对采集的各编号的裂纹图像进行预处理，提高裂纹图像的清晰程度，并将经预处理后的各编号的裂纹图像发送至裂纹演变构造模块；

所述裂纹演变构造模块用于接收裂纹处理模块发送的经预处理后的各编号的裂纹图像，对裂纹图像进行特征提取，判断是否具有裂纹特征，并根据裂纹特征进行长度、宽度统计，将统计的该裂纹长度和宽度分别与设定的各裂纹长度等级、宽度等级进行对比，确定该编号下的裂纹长度等级和裂纹宽度等级，并依次对各编号下的裂纹图像进行裂纹长度和宽度等级，并将统计的各编号下的裂纹长度等级和宽度等级发送至裂纹存储数据模块，同时，将各编号下的裂纹图像所对应的裂纹长度和宽度数值以及裂纹长度等级和裂纹宽度等级分别发送至管理服务器；

裂纹存储数据模块用于存储各裂纹对应的特征以及各裂纹长度等级对应的长度范围、各裂纹宽度等级对应的裂纹宽度范围，用于存储河流参数采集模块发送的桥墩位于河水中的深度、水流速度以及水流对桥墩前端面的冲击力大小，另外，存储各水位深度等级对应的水位深度范围、各水位深度等级对应的上、下限水流速度和水流对桥墩前端面的上、下限冲击力，以及管理服务器发送的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力，所述水位深度等级分别为H1、H2、H3、H4、H5；

所述管理服务器用于接收承载获取模块发送的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力，并将接收的桥面可承受的承载力、桥面对桥墩的压力以及桥墩的承载力存储至裂纹存储数据模块，接收附加负载量分析模块发送的各固定监测周期内的附加车辆通行危险影响系数，接收参数影响调度处理模块发送的各固定监测周期内的每天的温度变化速率以及桥墩在固定监测周期内河流环境摧毁影响系数，并接收裂纹演变构造模块发送的各编号下的裂纹图像所对应的裂纹长度和宽度数值以及裂纹长度等级和裂纹宽度等级，提取第s个以及第s+1个固定监测周期内的各编号下的裂纹图像所对应的裂纹长度和宽度数值以及裂纹长度等级和裂纹宽度等级，以及前s个固定监测周期内的附加车辆通行危险影响、每天的温度变化速率以及桥墩在固定监测周期内河流环境摧毁影响系数，并根据以上参数统计桥梁在当前环境参数的影响下的裂纹变化影响系数，管理服务器将统计的裂纹变化影响系数分别发送至预警推演模块和桥梁安全监管终端；

其中，所述河流环境摧毁影响系数的计算公式为

，φ_s表示为河流环境对桥墩在第s个固定监测周期内的河流环境摧毁影响系数，e是自然数，η_sj表示为桥墩在第s个固定监测周期内第j个水位深度等级对应的流速影响因子，水位深度等级与该水位深度等级对应对应的流速影响因子呈正比，γ_sj表示为桥墩在第s个固定监测周期内第j个水位深度等级对应的冲击力影响因子，水位深度等级越大，该水位深度等级对应对的冲击力影响因子呈正比，T_阈表示为设定的时间阈值，B1、B2和B3分别表示为桥墩前端面所受的冲击力与上、下限冲击力对比后所对应的不同冲击力危险系数，T_sjB1、T_sjB2和T_sjB3分别表示为第s个固定监测周期内第j个水位深度等级下各冲击力危险系数所对应的累计时长，A1、A2和A3分别表示为桥墩所在的河水中的水流速度与上、下限水流速度对比后所对应的不同水流危险系数，T_sjA1、T_sjA2和T_sjA3分别表示为第s个固定监测周期内第j个水位深度等级下各水流危险系数所对应的累计时长；

所述预警推演模块用于接收管理服务器发送的裂纹变化影响系数，并预估推演桥梁以当前裂纹变化影响系数从当前桥梁裂痕状态到不可通行状态下的裂纹阈值所对应的预计通行预警时间，并预计通行预警时间发送至桥梁安全监管终端；

所述桥梁安全监管终端用于接收预警推演模块发送的桥梁上裂纹的预计通行预警时间以及管理服务器发送的各固定监测周期内的裂纹影响系数，并进行显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于云平台的桥梁安全检测系统，其特征在于：所述河流参数采集模块包括液位检测单元、流速检测单元和冲击力检测单元，液位检测单元为液位传感器，用于检测桥墩位于河水中的深度，流速检测单元为水流传感器，用于检测水流的速度，冲击力检测单元包括若干压力传感器，分别贴于桥墩前端面，用于检测水流对桥墩前端面的冲击力大小。

3.根据权利要求1所述的一种基于云平台的桥梁安全检测系统，其特征在于：所述温度变化速率

W′_si表示为第s个固定监测周期内第i天的温度变化速率，i＝1,2,...,Q，W_si高、W_si低分别表示为第s个固定监测周期内第i天的最高温度和最低温度，T_si高、T_si低分别表示为第s个固定监测周期内第i天的最高温度和最低温度对应的时间点。

4.根据权利要求1所述的一种基于云平台的桥梁安全检测系统，其特征在于：所述裂纹变化影响系数的计算公式为

σ_s表示为从第s个固定监测周期到第s+1个固定监测周期内的裂纹变化影响系数，l_sxc和l_sxk分别表示为第s个固定监测周期内第x个裂纹图像分别对应的裂纹长度和裂纹宽度，l_(s+1)xc和l_(s+1)xk分别表示为第s+1个固定监测周期内第x个裂纹图像分别对应的裂纹长度和裂纹宽度，X为采集的裂纹图像的总数量，d_sxc和d_sxk分别表示为第s个固定监测周期内第x个裂纹图像中裂纹长度和裂纹宽度分别对应的裂纹长度等级和裂纹宽度等级，d_(s+1)xc和d_(s+1)xk分别表示为第s+1个固定监测周期内第x个裂纹图像中裂纹长度和裂纹宽度分别对应的裂纹长度等级和裂纹宽度等级，ψ_s表示为第s个固定监测周期内桥面对应的附加车辆通行危险影响系数，φ_s表示为河流环境对桥墩在第s个固定监测周期内的河流环境摧毁影响系数，W′_si表示为第s个固定监测周期内第i天的温度变化速率，W_阈值表示为温度变化速率的阈值。

5.根据权利要求4所述的一种基于云平台的桥梁安全检测系统，其特征在于：所述预计通行预警时间的公式为

Γ表示为桥梁从当前固定监测周期到桥梁不可通行状态下所需的时间，Y表示为裂纹长度对应的权重系数，Y＜1，σ_s表示为从第s个固定监测周期到第s+1个固定监测周期内的裂纹变化影响系数，d_sxcmax和d_sxkmax分别表示为第s个固定监测周期内所有裂纹图像中最大的裂纹长度和最大的裂纹宽度所对应的最大裂纹长度等级和最大裂纹宽度等级，D_阈c和D_阈k分别表示为不可通行状态下的裂纹长度等级阈值和裂纹宽度等级阈值。

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