CN111637956B - 基于偏振光的桥跨的监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于偏振光的桥跨的监测系统及监测方法，涉及桥跨的监测技术领域，该监测系统包括：光源、偏振反光板、偏振光图像采集组件以及控制中心；所述光源用于发射光照至所述偏振反光板；所述偏振反光板用于将所述光照偏振反射至偏振光图像采集组件；所述偏振光图像采集组件用于采集所述偏振反光板反射的偏振光形成偏振图像并传输至控制中心；所述控制中心用于根据桥跨在空载下和车辆载荷下的所述偏振图像分别得到一个偏振干涉条纹间距，并计算两个偏振干涉条纹间距之间的条纹间距变化相对值，若所述条纹间距变化相对值大于预设的条纹间距变化相对值，则判断该车辆载荷超过桥跨额定载荷。本发明造价、维护及使用成本均较低，易于推广。

Description

基于偏振光的桥跨的监测系统及监测方法

技术领域

本发明涉及桥梁的监测技术领域，特别涉及一种基于偏振光的桥跨的监测系统及监测方法。

背景技术

随着我国交通建设的高速发展，公路交通网中桥梁数量在不断增加。对于公路交通网的安全运营，桥梁结构安全显得格外重要。近年来，车辆超载超限运输给公路桥梁安全带来极大危害，已成为公路桥梁安全的主要隐患，因大型货运车辆的违法超载已造成多起桥梁倾倒侧翻事故。桥梁监测技术不仅可对新建桥梁进行竣工验收，还可对已建桥梁的运营承载力进行评定，成为了检验桥梁健康状况的重要技术手段。

相关技术中，目前现阶段存在的监测桥梁的主要技术包括桥跨挠度测量方法和桥面动态称重测量方法。前者源于新建桥梁静态荷载试验监测技术，使用激光测距仪配合反射标靶来实时监测桥跨挠度，不仅可用于新建桥梁静态荷载监测，也可用于平时桥梁运行期间的动态荷载监测。后者近年来大规模出现，以动态称重传感系统为基础，在上桥端路段布置传感器实时监测车辆总重、轴重等信息，结合桥面摄像系统记录的车辆车型、车牌等信息，能够及时监测桥面通行车辆的重量。

但是，第一种方法一般可有效监测某些重要桥跨的下挠数据，但若用于多跨桥梁需数量较多的激光测距仪，导致整体造价较高，较难推广。第二种方法的传感器需布置于桥梁的行驶路面，在货运交通密集地段故障率极高，导致维护和使用经费过高。

发明内容

本发明实施例提供一种基于偏振光的桥跨的监测系统及监测方法，以解决相关技术中桥梁监测系统造价较高，或维护和使用成本过高的技术问题。

第一方面，提供了一种基于偏振光的桥跨的监测系统，其包括：光源、偏振反光板、偏振光图像采集组件以及控制中心；

所述光源固定于桥跨一侧的桥墩上，所述光源用于发射光照至所述偏振反光板；

所述偏振反光板固定于桥跨中间底部，所述偏振反光板用于将所述光照偏振形成偏振光并反射至所述偏振光图像采集组件；

所述偏振光图像采集组件固定于桥跨另一侧的桥墩上，所述偏振光图像采集组件用于采集所述偏振反光板反射的偏振光形成偏振图像并传输至控制中心；

所述控制中心用于根据桥跨在空载下和车辆载荷下的所述偏振图像分别得到一个偏振干涉条纹间距，并计算两个偏振干涉条纹间距之间的条纹间距变化相对值，若所述条纹间距变化相对值大于预设的条纹间距变化相对值，则判断该车辆载荷超过桥跨额定载荷。

一些实施例中，所述控制中心包括：

图像处理模块，其用于根据所述偏振图像得到桥跨在空载下的偏振干涉条纹间距d1和在车辆载荷下的偏振干涉条纹间距d2；

计算模块，其用于根据两个偏振干涉条纹间距d1和d2计算条纹间距变化相对值Δd，其中Δd＝∣d2-d1∣/d1；

判断模块，其用于将条纹间距变化相对值Δd与预设的条纹间距变化相对值Δd’比较，若Δd>Δd’，则判断车辆载荷超过桥跨额定载荷。

一些实施例中，所述预设的条纹间距变化相对值Δd’不大于1％。

一些实施例中，所述监测系统还包括：

桥面图像采集组件，其用于采集驶入桥跨桥面车辆的图像并传输至控制中心，控制中心根据车辆的图像得到该车辆的长宽高尺寸，所述光源和所述偏振光图像采集组件被配置为：当该车辆的任一尺寸大于对应的预设尺寸时，控制中心发出指令以使光源和所述偏振光图像采集组件启动。

一些实施例中，所述光源为LED宽谱光源。

第二方面，提供了一种基于偏振光的桥跨的监测方法，包括以下步骤：

将光源固定于桥跨一侧的桥墩上，偏振反光板固定于桥跨中间底部，偏振光图像采集组件固定于桥跨另一侧的桥墩上；

桥跨在空载下和车辆载荷下，分别使用光源发射光照至偏振反光板，偏振反光板将光照偏振形成偏振光并反射至偏振光图像采集组件，偏振光图像采集组件将采集偏振反光板反射的偏振光形成偏振图像并传输至控制中心，

控制中心根据桥跨在空载下和车辆载荷下的偏振图像分别得到一个偏振干涉条纹间距，并计算两个偏振干涉条纹间距之间的条纹间距变化相对值，若条纹间距变化相对值大于预设的条纹间距变化相对值，则判断该车辆载荷超过桥跨额定载荷。

一些实施例中，控制中心的图像处理模块根据偏振图像得到桥跨在空载下的偏振干涉条纹间距d1和在车辆载荷下的偏振干涉条纹间距d2；

控制中心的计算模块根据两个偏振干涉条纹间距d1和d2计算条纹间距变化相对值Δd，其中Δd＝∣d2-d1∣/d1；

控制中心的判断模块将条纹间距变化相对值Δd与预设的条纹间距变化相对值Δd’比较，若Δd>Δd’，则判断车辆载荷超过桥跨额定载荷。

一些实施例中，预设的条纹间距变化相对值Δd’不大于1％。

一些实施例中，桥面图像采集组件采集驶入桥跨桥面车辆的图像并传输至控制中心，控制中心根据车辆的图像得到该车辆的长宽高尺寸，当该车辆的任一尺寸大于对应的预设尺寸时，控制中心发出指令使光源和偏振光图像采集组件启动。

一些实施例中，采用LED宽谱光源作为光源发射光照至偏振反光板。

本发明实施例提供了一种基于偏振光的桥跨的监测系统及监测方法，监测系统包括光源、偏振反光板、偏振光图像采集组件以及控制中心，光源为偏振反光板提供偏振反射光源，偏振反光板反射的图像由偏振光图像采集组件收集，再由控制中心对比桥跨在空载状态下和车辆载荷状态下的偏振反射图像，分析并对比两个偏振反射图像对应的偏振干涉条纹间距，以此判断桥跨的实时变形，进而可以评估桥梁重载车辆对桥跨的影响。光源、偏振反光板以及偏振光图像采集组件均为成熟价格低廉的器件，造价成本低，可多个桥跨布置安装。光源、偏振反光板以及偏振光图像采集组件主要安装位置位于桥跨底部或桥墩上，不占用桥跨路面空间位置，不易被车流损坏，易于维护和使用，易于向老旧桥梁和新建桥梁推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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。

图1为本发明实施例提供的基于偏振光的桥跨的监测系统的示意图；

图2为图1中沿反光板的横向截面图；

图3为本发明实施例提供的桥跨在空载下偏振光图像采集组件采集的偏振图像；

图4为本发明实施例提供的桥跨在车辆载荷下偏振光图像采集组件采集的偏振图像；

图5为本发明实施例提供的基于偏振光的桥跨的监测方法的流程图；

图中：1、光源；2、偏振反光板；3、偏振光图像采集组件；4、控制中心；5、桥面图像采集组件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

本发明实施例提供了一种基于偏振光的桥跨的监测系统，其能解决相关技术中监测系统造价较高，或维护和使用成本过高的技术问题。

参见图1和图2所示，一种用于车辆载荷下桥跨的监测系统，其包括：光源1、偏振反光板2、偏振光图像采集组件3以及控制中心4；

光源1固定于桥跨一侧的桥墩上，光源1发射光照至偏振反光板2，优选地，光源1为LED宽谱光源。偏振反光板2固定于桥跨中间底部，偏振反光板2将光照偏振形成偏振光并反射至偏振光图像采集组件3。偏振光图像采集组件3固定于桥跨另一侧的桥墩上，偏振光图像采集组件3采集偏振反光板2反射的偏振光形成偏振图像并传输至控制中心4。

控制中心4根据桥跨在空载下和车辆载荷下的偏振图像分别得到一个偏振干涉条纹间距，并计算两个偏振干涉条纹间距之间的条纹间距变化相对值，若条纹间距变化相对值大于预设的条纹间距变化相对值，则判断该车辆载荷超过桥跨额定载荷。参见图1和图2所示，当桥跨空载时，光源1发射光照至偏振反光板2，偏振反光板2将光照偏振反射至偏振光图像采集组件3，偏振光图像采集组件3采集偏振反光板2反射的偏振光形成偏振图像并传输至控制中心4，控制中心4根据桥跨在空载下的偏振图像得到一个偏振干涉条纹间距。同理，当桥跨在车辆载荷下时，控制中心4得到另一个偏振干涉条纹间距。参见图3和图4所示，分别为桥跨在空载下和车辆载荷下的偏振图像。控制中心4计算图3和图4中两个偏振干涉条纹间距之间的条纹间距变化相对值，若条纹间距变化相对值大于预设的条纹间距变化相对值，则判断该车辆载荷超过桥跨额定载荷。

与现有技术相比，本发明实施例中的基于偏振光的桥跨的监测系统，包括光源1、偏振反光板2、偏振光图像采集组件3以及控制中心4，光源1为偏振反光板2提供偏振反射光源，偏振反光板2反射的图像由偏振光图像采集组件3收集，再由控制中心4对比桥跨在空载状态下和车辆载荷状态下的偏振反射图像，分析并对比两个偏振反射图像对应的偏振干涉条纹间距，以此判断桥跨的实时变形，进而可以评估桥梁重载车辆对桥跨的影响。本发明实施例基于反射偏振光致颜色变化干涉条纹间距变化的原理，结合偏振反光板2和偏振光图像采集组件3，将反射图像包含的颜色信息与桥跨形变联系起来，具有判别速度快的优点。光源1、偏振反光板2以及偏振光图像采集组件3均为成熟价格低廉的器件，造价成本低，可多个桥跨布置安装。它们主要安装位置位于桥跨底部或桥墩上，不占用桥跨路面空间位置，不易被车流损坏，易于维护和使用，易于向老旧桥梁和新建桥梁推广。

作为可选地实施方式，本发明实施例中的控制中心4包括：图像处理模块、计算模块以及判断模块。图像处理模块用于根据偏振图像得到桥跨在空载下的偏振干涉条纹间距d1和在车辆载荷下的偏振干涉条纹间距d2。计算模块用于根据两个偏振干涉条纹间距d1和d2计算条纹间距变化相对值Δd，其中Δd＝∣d2-d1∣/d1。判断模块用于将条纹间距变化相对值Δd与预设的条纹间距变化相对值Δd’比较，若Δd>Δd’，则判断车辆超载。优选地，预设的条纹间距变化相对值Δd’不大于1％。

作为可选地实施方式，参见图2所示，本发明实施例中的用于桥跨车辆载荷的监测系统还包括桥面图像采集组件5。桥面图像采集组件5采集驶入桥跨桥面车辆的图像并传输至控制中心4，控制中心4根据车辆的图像得到该车辆的长宽高尺寸，光源1和偏振光图像采集组件3被配置为：当该车辆的任一尺寸大于对应的预设尺寸时，控制中心4发出指令使光源1和偏振光图像采集组件3启动。桥面图像采集组件5可以根据桥面的车辆情况，控制光源1和偏振光图像采集组件3启动，避免光源1和偏振光图像采集组件3长期工作，节约使用成本，延长光源1和偏振光图像采集组件3使用寿命。

参见图5所示，本发明实施例还提供了一种基于偏振光的桥跨的监测方法，包括以下步骤：

将光源1固定于桥跨一侧的桥墩上，偏振反光板2固定于桥跨中间底部，偏振光图像采集组件3固定于桥跨另一侧的桥墩上。优选地，采用LED宽谱光源作为光源1发射光照至偏振反光板2。

桥跨在空载下和车辆载荷下，分别使用光源1分别发射光照至偏振反光板2，偏振反光板2将光照偏振形成偏振光并反射至偏振光图像采集组件3，偏振光图像采集组件3将采集偏振反光板2反射的偏振光形成初始偏振图像并传输至控制中心4。

控制中心4根据桥跨在空载下和车辆载荷下的偏振图像分别得到一个偏振干涉条纹间距，并计算两个偏振干涉条纹间距之间的条纹间距变化相对值，若条纹间距变化相对值大于预设的条纹间距变化相对值，则判断该车辆载荷超过桥跨额定载荷。

作为可选地实施方式，本发明实施例中控制中心4的图像处理模块根据偏振图像得到桥跨在空载下的偏振干涉条纹间距d1和在车辆载荷下的偏振干涉条纹间距d2。控制中心4的计算模块根据两个偏振干涉条纹间距d1和d2计算条纹间距变化相对值Δd，其中Δd＝∣d2-d1∣/d1。控制中心4的判断模块将条纹间距变化相对值Δd与预设的条纹间距变化相对值Δd’比较，若Δd>Δd’，则判断车辆超载。优选地，预设的条纹间距变化相对值Δd’不大于1％。

作为可选地实施方式，参见图2所示，本发明实施例中的用于桥跨车辆载荷的监测方法中，桥面图像采集组件5采集驶入桥跨桥面车辆的图像并传输至控制中心4，控制中心4根据车辆的图像得到该车辆的长宽高尺寸，当该车辆的任一尺寸大于对应的预设尺寸时，控制中心4发出指令使光源1和偏振光图像采集组件3启动。桥面图像采集组件5可以根据桥面的车辆情况，控制光源1和偏振光图像采集组件3启动，避免光源1和偏振光图像采集组件3长期工作，节约使用成本，延长光源1和偏振光图像采集组件3使用寿命。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于偏振光的桥跨的监测系统，其特征在于，其包括：光源(1)、偏振反光板(2)、偏振光图像采集组件(3)以及控制中心(4)；

所述光源(1)固定于桥跨一侧的桥墩上，所述光源(1)用于发射光照至所述偏振反光板(2)；

所述偏振反光板(2)固定于桥跨中间底部，所述偏振反光板(2)用于将所述光照偏振形成偏振光并反射至所述偏振光图像采集组件(3)；

所述偏振光图像采集组件(3)固定于桥跨另一侧的桥墩上，所述偏振光图像采集组件(3)用于采集所述偏振反光板(2)反射的偏振光形成偏振图像并传输至控制中心(4)；

所述控制中心(4)用于根据桥跨在空载下和车辆载荷下的所述偏振图像分别得到一个偏振干涉条纹间距，并计算两个偏振干涉条纹间距之间的条纹间距变化相对值，若所述条纹间距变化相对值大于预设的条纹间距变化相对值，则判断该车辆载荷超过桥跨额定载荷。

2.如权利要求1所述的基于偏振光的桥跨的监测系统，其特征在于，所述控制中心(4)包括：

图像处理模块，其用于根据所述偏振图像得到桥跨在空载下的偏振干涉条纹间距d1和在车辆载荷下的偏振干涉条纹间距d2；

计算模块，其用于根据两个偏振干涉条纹间距d1和d2计算条纹间距变化相对值Δd，其中Δd＝∣d2-d1∣/d1；

判断模块，其用于将条纹间距变化相对值Δd与预设的条纹间距变化相对值Δd’比较，若Δd>Δd’，则判断车辆载荷超过桥跨额定载荷。

3.如权利要求2所述的基于偏振光的桥跨的监测系统，其特征在于：

所述预设的条纹间距变化相对值Δd’不大于1％。

4.如权利要求1所述的基于偏振光的桥跨的监测系统，其特征在于，还包括：

桥面图像采集组件(5)，其用于采集驶入桥跨桥面车辆的图像并传输至控制中心(4)，控制中心(4)根据车辆的图像得到该车辆的长宽高尺寸，所述光源(1)和所述偏振光图像采集组件(3)被配置为：当该车辆的任一尺寸大于对应的预设尺寸时，控制中心(4)发出指令以使光源(1)和所述偏振光图像采集组件(3)启动。

5.如权利要求1所述的基于偏振光的桥跨的监测系统，其特征在于：所述光源(1)为LED宽谱光源。

6.一种基于如权利要求1所述的基于偏振光的桥跨的监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

将光源(1)固定于桥跨一侧的桥墩上，偏振反光板(2)固定于桥跨中间底部，偏振光图像采集组件(3)固定于桥跨另一侧的桥墩上；

桥跨在空载下和车辆载荷下，分别使用光源(1)发射光照至偏振反光板(2)，偏振反光板(2)将光照偏振形成偏振光并反射至偏振光图像采集组件(3)，偏振光图像采集组件(3)将采集偏振反光板(2)反射的偏振光形成偏振图像并传输至控制中心(4)，

控制中心(4)根据桥跨在空载下和车辆载荷下的偏振图像分别得到一个偏振干涉条纹间距，并计算两个偏振干涉条纹间距之间的条纹间距变化相对值，若条纹间距变化相对值大于预设的条纹间距变化相对值，则判断该车辆载荷超过桥跨额定载荷。

7.如权利要求6所述的监测方法，其特征在于：

控制中心(4)的图像处理模块根据偏振图像得到桥跨在空载下的偏振干涉条纹间距d1和在车辆载荷下的偏振干涉条纹间距d2；

控制中心(4)的计算模块根据两个偏振干涉条纹间距d1和d2计算条纹间距变化相对值Δd，其中Δd＝∣d2-d1∣/d1；

控制中心(4)的判断模块将条纹间距变化相对值Δd与预设的条纹间距变化相对值Δd’比较，若Δd>Δd’，则判断车辆载荷超过桥跨额定载荷。

8.如权利要求7所述的监测方法，其特征在于：

预设的条纹间距变化相对值Δd’不大于1％。

9.如权利要求6所述的监测方法，其特征在于：

桥面图像采集组件(5)采集驶入桥跨桥面车辆的图像并传输至控制中心(4)，控制中心(4)根据车辆的图像得到该车辆的长宽高尺寸，当该车辆的任一尺寸大于对应的预设尺寸时，控制中心(4)发出指令使光源(1)和偏振光图像采集组件(3)启动。

10.如权利要求6所述的监测方法，其特征在于：采用LED宽谱光源作为光源(1)发射光照至偏振反光板(2)。

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