CN111964720A - 一种基于大数据的钢结构桥梁安全性智能监测管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于大数据的钢结构桥梁安全性智能监测管理系统，包括拉索划分模块、视频采集模块、特征筛选模块、锈蚀面积检测模块、索力角度检测模块、索力检测模块、索力分析模块、垂直度检测模块、流速检测模块、风速风向检测模块、远程控制中心、分析服务器和存储数据库；本发明通过检测和分析各斜拉索的锈蚀等级和锈蚀面积，同时检测各斜拉索与桥塔之间的索力、夹角以及桥塔与桥面的垂直度，判断桥塔是否存在倾斜，对存在倾斜的桥塔进行安全修复，并根据水流速度和风速风向综合分析桥塔安全影响系数，对处于危险桥塔所在的桥梁进行封锁，同时进行重新施工改造，降低了人们的财产损失，提高了人们的生命安全。

Description

一种基于大数据的钢结构桥梁安全性智能监测管理系统

技术领域

本发明涉及桥梁安全监测技术领域，涉及到一种基于大数据的钢结构桥梁安全性智能监测管理系统。

背景技术

随着科学技术的进步以及交通运输的需求，很多大跨度桥梁应运而生，尤其是斜拉索桥以其跨度大，造型优美，节省材料而备受人们的青睐，成为大跨度桥梁的首选，但是由于缺乏对桥塔安全的监测和相应的养护，世界各地出现了大量桥梁损坏事故。

目前，现有的斜拉索桥梁安全监测在很大程度上依赖于管理者和技术人员的目测和经验，缺乏科学系统的方法，无法监测斜拉索的锈蚀程度，从而失去养护的最佳时机，造成不必要的资金浪费，同时通过人员目测巡查无法监测斜拉索对桥塔作用的索力，存在垂直度偏差过大导致桥塔倾斜，增加了桥塔倾斜事故的发生率，给人们的生命安全造成极大危害，并根据技术人员的经验难以精准的评估桥塔健康状况，从而导致桥塔发生不良反映时人们无法及时处理，给人们经济财产和生命安全造成了巨大损失，为了解决以上问题，现设计一种基于大数据的钢结构桥梁安全性智能监测管理系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于大数据的钢结构桥梁安全性智能监测管理系统，本发明通过视频采集模块、特征筛选模块、锈蚀面积检测模块并结合分析服务器综合判断各斜拉索的锈蚀等级和锈蚀面积，对超过安全锈蚀等级的各斜拉索进行维修或更换，同时检测各斜拉索与桥塔之间的索力、夹角以及桥塔与桥面的垂直度，判断桥塔是否存在倾斜，对存在倾斜的桥塔进行安全修复，并通过检测桥塔下水流的流速和桥塔周围的风速风向综合分析桥塔安全影响系数，对处于危险的桥塔所在的桥梁进行封锁，同时进行重新施工改造，解决了背景技术中存在的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于大数据的钢结构桥梁安全性智能监测管理系统，包括拉索划分模块、视频采集模块、特征筛选模块、锈蚀面积检测模块、索力角度检测模块、索力检测模块、索力分析模块、垂直度检测模块、流速检测模块、风速风向检测模块、远程控制中心、分析服务器和存储数据库；

所述拉索划分模块用于对与桥塔连接的斜拉索进行划分，并将与桥塔同面连接的左右两侧对称斜拉索划分为一组，将桥塔正面按照从下到上的顺序再将桥塔背面按照从上到下的顺序依次进行编号，编号分别为1,2,...,i,...,n，将各组斜拉索的编号发送至存储数据库；

所述视频采集模块包括斜拉索检测仪，用于对各斜拉索的表面进行视频图像采集，通过斜拉索检测仪沿待检测斜拉索爬升，进行视频图像采集，将采集的各斜拉索表面视频图像发送至特征筛选模块；

所述特征筛选模块与视频采集模块连接，用于接收视频采集模块发送的各斜拉索表面视频图像，提取存储数据库中存储的斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的标准图像，将各斜拉索表面视频图像与斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的标准图像进行对比，统计各斜拉索表面视频中分割的各图像与斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的标准图像的相似度，筛选相似度最大的斜拉索钢丝锈蚀表面图像，统计各斜拉索钢丝的锈蚀等级，构成各斜拉索钢丝的锈蚀等级集合D(d_1x,d_2x,...,d_ix,...,d_nx)，d_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀等级，x＝a,b，a、b分别为各组对称斜拉索的左右两侧，并将各斜拉索钢丝的锈蚀等级集合发送至分析服务器；

所述锈蚀面积检测模块包括漏磁检测仪，用于对斜拉索钢丝的锈蚀面积进行无损检测，漏磁检测仪检测被磁化的斜拉索表面泄露的磁场强度，根据泄露的磁场强度分析各斜拉索钢丝的锈蚀面积，构成各斜拉索钢丝的锈蚀面积集合S_n(s_1x,s_2x,...,s_ix,...,s_nx)，s_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀面积，并将各斜拉索钢丝的锈蚀面积集合发送至分析服务器；

所述分析服务器分别与特征筛选模块和锈蚀面积检测模块连接，用于接收特征筛选模块发送的各斜拉索钢丝的锈蚀等级集合，同时接收锈蚀面积检测模块发送的各斜拉索钢丝的锈蚀面积集合，提取存储数据库中存储的斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的锈蚀影响系数，统计接收的各斜拉索钢丝的锈蚀等级对应的锈蚀影响系数，构成各斜拉索钢丝的锈蚀影响系数集合D_nxλ(d_1xλ,d_2xλ,...,d_ixλ,...,d_nxλ)，d_ixλ表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀等级对应的第λ个锈蚀影响系数，λ＝λ_V1,λ_V2,λ_V3,λ_V4,λ_V5，并提取存储数据库中存储的斜拉索钢丝的安全锈蚀等级，将各斜拉索钢丝的锈蚀等级与斜拉索钢丝的安全锈蚀等级进行对比，若某斜拉索钢丝的锈蚀等级小于或等于斜拉索钢丝的安全锈蚀等级，表明该斜拉索处于正常阶段，若某斜拉索钢丝的锈蚀等级大于斜拉索钢丝的安全锈蚀等级，表明该斜拉索存在安全隐患，统计存在安全隐患的各斜拉索编号，将存在安全隐患的各斜拉索编号发送至远程控制中心；

所述索力角度检测模块包括角度传感器，用于对各组斜拉索与桥塔之间的夹角进行检测，通过角度传感器检测各组斜拉索与桥塔之间的角度，统计各组斜拉索与桥塔之间的角度，构成各组斜拉索与桥塔之间的角度集合θ_N(θ_1x,θ_2x,...,θ_ix,...,θ_nx)，θ_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索与桥塔之间的角度，将各组斜拉索与桥塔之间的角度发送至索力分析模块；

所述索力检测模块包括若干压力传感器，其中若干压力传感器安装在各斜拉索与桥塔之间的连接处，若干压力传感器与各斜拉索一一对应，用于对各斜拉索与桥塔之间的索力进行检测，统计各斜拉索与桥塔之间的索力，构成各斜拉索与桥塔之间的索力集合F_n(f_1x,f_2x,...,f_ix,...,f_nx)，f_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索与桥塔之间的索力，将各斜拉索与桥塔之间的索力集合发送至索力分析模块；

所述索力分析模块分别与索力角度检测模块和索力检测模块连接，用于接收索力角度检测模块发送的各组斜拉索与桥塔之间的角度，同时接收索力检测模块发送的各斜拉索与桥塔之间的索力集合，计算各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，统计各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，构成各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值集合ΔF_N(ΔF₁,ΔF₂,...,ΔF_i,...,ΔF_n)，ΔF_i表示第i组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，将各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值发送至分析服务器；

所述垂直度检测模块包括垂直度检测仪，用于对桥塔与桥面的垂直度进行检测，通过垂直度检测仪检测桥塔与桥面的垂直度，记为k，将桥塔与桥面的垂直度发送至分析服务器；

所述分析服务器分别与索力分析模块和垂直度检测模块连接，用于接收索力分析模块发送的各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，同时接收垂直度检测模块发送的桥塔与桥面的垂直度，计算各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的总差值，同时提取存储数据库中存储的桥塔与桥面的标准垂直度范围，将接收的桥塔与桥面的垂直度与标准垂直度范围进行对比，若接收的桥塔与桥面的垂直度处于标准垂直度范围之内，表明该桥塔处于稳定状态，若接收的桥塔与桥面的垂直度处于标准垂直度范围之外，表明该桥塔存在侧倾状况，将存在侧倾状况的塔桥发送至远程控制中心；

所述流速检测模块包括流速仪，用于实时检测桥塔下水流的流速，记为v₁，并将检测的桥塔下水流的流速发送至分析服务器；

所述风速风向检测模块包括无线风速风向计，用于实时检测桥塔周围的风速值和风向角，分别记为v₂和θ₀，并将检测的桥塔周围的风速和风向发送至分析服务器；

所述分析服务器分别与流速检测模块和风速风向检测模块连接，用于接收流速检测模块发送的桥塔下水流的流速，同时接收风速风向检测模块发送的桥塔周围的风速和风向，综合分析桥塔安全影响系数，提取存储数据库中存储的标准桥塔安全影响系数，将分析的桥塔安全影响系数与存储的标准桥塔安全影响系数进行对比，若分析的桥塔安全影响系数小于或等于标准桥塔安全影响系数，表明该桥塔处于安全阶段，若分析的桥塔安全影响系数大于标准桥塔安全影响系数，表明该桥塔处于危险阶段，将处于危险阶段的桥塔发送至远程控制中心；

所述远程控制中心与分析服务器连接，用于接收分析服务器发送的存在安全隐患的各斜拉索编号、存在侧倾状况的桥塔和处于危险阶段的桥塔，通知相关人员根据编号对应的存在安全隐患的各斜拉索进行维修或更换，同时对存在侧倾状况的桥塔所在的桥梁进行安全修复；并通知相关人员对处于危险阶段的桥塔所在的桥梁进行封锁，同时进行重新施工改造；

所述存储数据库分别与拉索划分模块、特征筛选模块和分析服务器连接，用于接收拉索划分模块发送的各组斜拉索的编号，存储斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的标准图像，各锈蚀等级分别为V1,V2,V3,V4,V5,斜拉索钢丝的锈蚀等级依次增大，V1、V2、V3、V4、V5分别表示为无锈蚀、微弱锈蚀、弱锈蚀、较强锈蚀和强锈蚀，存储斜拉索钢丝的安全锈蚀等级，同时存储斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的锈蚀影响系数，依次分别为λ_V1,λ_V2,λ_V3,λ_V4,λ_V5,λ_V1、λ_V2、λ_V3、λ_V4、λ_V5分别表示为无锈蚀、微弱锈蚀、弱锈蚀、较强锈蚀和强锈蚀等级对应的锈蚀影响系数，并存储桥塔与桥面的标准垂直度范围和标准桥塔安全影响系数；

进一步地，所述各组对称斜拉索左右两侧水平作用力的差值计算公式为ΔF_i＝f_iasinθ_ia-f_ibsinθ_ib，ΔF_i表示为第i组对称斜拉索左右两侧水平作用力的差值，f_ia表示为第i组对称斜拉索左边与桥塔之间的索力，f_ib表示为第i组对称斜拉索右边与桥塔之间的索力，θ_ia,θ_ib表示为第i组中左右两侧斜拉索与桥塔之间的角度；

进一步地，所述桥塔安全影响系数的计算公式为

ξ表示为桥塔安全影响系数，e表示为自然数，等于2.718，ΔF_i表示第i组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，k表示为桥塔与桥面的垂直度，d_ixλ表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀等级对应的第λ个锈蚀影响系数，x＝a,b，a、b分别为各组对称斜拉索的左右两侧，s_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀面积，ρ表示为空气的标准密度，v₂表示桥塔周围的风速值，θ₀表示为桥塔周围的风向角，g表示为为地球表面的重力加速度，等于9.8m/s²，v₁表示为桥塔下水流的流速。

有益效果：

(1)本发明提供的一种基于大数据的钢结构桥梁安全性智能监测管理系统，通过视频采集模块、特征筛选模块、锈蚀面积检测模块并结合分析服务器综合判断各斜拉索的锈蚀等级和锈蚀面积，同时对超过安全锈蚀等级的各斜拉索进行维修或更换，从而确保养护的最佳时机，降低不必要的资金浪费，并检测各斜拉索与桥塔之间的索力和夹角，计算各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的总差值，能够精准全面的对斜拉索进行监测，同时对桥塔与桥面的垂直度进行检测，判断桥塔是否存在倾斜，安排相关人员对存在倾斜的桥塔进行安全修复，大大降低了桥塔倾斜事故的发生率，并实时检测桥塔下水流的流速和桥塔周围的风速风向，为后期综合计算桥塔安全影响系数提供可靠的参考数据。

(2)本发明通过分析服务器综合计算桥塔安全影响系数，判断桥塔的安全状况，对处于危险的桥塔所在的桥梁进行封锁，同时进行重新施工改造，从而防止桥塔发生不良反映时人们无法及时处理，避免人员的慌乱，保障了人们财产损失和生命安全。

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为本发明的示意图；

图2为本发明斜拉索与桥塔正面连接的分布示意图；

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，一种基于大数据的钢结构桥梁安全性智能监测管理系统，包括拉索划分模块、视频采集模块、特征筛选模块、锈蚀面积检测模块、索力角度检测模块、索力检测模块、索力分析模块、垂直度检测模块、流速检测模块、风速风向检测模块、远程控制中心、分析服务器和存储数据库；

所述拉索划分模块用于对与桥塔连接的斜拉索进行划分，并将与桥塔同面连接的左右两侧对称斜拉索划分为一组，将桥塔正面按照从下到上的顺序再将桥塔背面按照从上到下的顺序依次进行编号，编号分别为1,2,...,i,...,n，将各组斜拉索的编号发送至存储数据库；

所述视频采集模块包括斜拉索检测仪，用于对各斜拉索的表面进行视频图像采集，通过斜拉索检测仪沿待检测斜拉索爬升，进行视频图像采集，将采集的各斜拉索表面视频图像发送至特征筛选模块；

所述特征筛选模块与视频采集模块连接，用于接收视频采集模块发送的各斜拉索表面视频图像，提取存储数据库中存储的斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的标准图像，将各斜拉索表面视频图像与斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的标准图像进行对比，统计各斜拉索表面视频中分割的各图像与斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的标准图像的相似度，筛选相似度最大的斜拉索钢丝锈蚀表面图像，统计各斜拉索钢丝的锈蚀等级，构成各斜拉索钢丝的锈蚀等级集合D(d_1x,d_2x,...,d_ix,...,d_nx)，d_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀等级，x＝a,b，a、b分别为各组对称斜拉索的左右两侧，并将各斜拉索钢丝的锈蚀等级集合发送至分析服务器；

所述锈蚀面积检测模块包括漏磁检测仪，用于对斜拉索钢丝的锈蚀面积进行无损检测，漏磁检测仪检测被磁化的斜拉索表面泄露的磁场强度，根据泄露的磁场强度分析各斜拉索钢丝的锈蚀面积，构成各斜拉索钢丝的锈蚀面积集合S_n(s_1x,s_2x,...,s_ix,...,s_nx)，s_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀面积，并将各斜拉索钢丝的锈蚀面积集合发送至分析服务器；

所述分析服务器分别与特征筛选模块和锈蚀面积检测模块连接，用于接收特征筛选模块发送的各斜拉索钢丝的锈蚀等级集合，同时接收锈蚀面积检测模块发送的各斜拉索钢丝的锈蚀面积集合，提取存储数据库中存储的斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的锈蚀影响系数，统计接收的各斜拉索钢丝的锈蚀等级对应的锈蚀影响系数，构成各斜拉索钢丝的锈蚀影响系数集合D_nxλ(d_1xλ,d_2xλ,...,d_ixλ,...,d_nxλ)，d_ixλ表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀等级对应的第λ个锈蚀影响系数，λ＝λ_V1,λ_V2,λ_V3,λ_V4,λ_V5，并提取存储数据库中存储的斜拉索钢丝的安全锈蚀等级，将各斜拉索钢丝的锈蚀等级与斜拉索钢丝的安全锈蚀等级进行对比，若某斜拉索钢丝的锈蚀等级小于或等于斜拉索钢丝的安全锈蚀等级，表明该斜拉索处于正常阶段，若某斜拉索钢丝的锈蚀等级大于斜拉索钢丝的安全锈蚀等级，表明该斜拉索存在安全隐患，统计存在安全隐患的各斜拉索编号，将存在安全隐患的各斜拉索编号发送至远程控制中心。

所述索力角度检测模块包括角度传感器，用于对各组斜拉索与桥塔之间的夹角进行检测，通过角度传感器检测各组斜拉索与桥塔之间的角度，统计各组斜拉索与桥塔之间的角度，构成各组斜拉索与桥塔之间的角度集合θ_N(θ_1x,θ_2x,...,θ_ix,...,θ_nx)，θ_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索与桥塔之间的角度，将各组斜拉索与桥塔之间的角度发送至索力分析模块；

所述索力检测模块包括若干压力传感器，其中若干压力传感器安装在各斜拉索与桥塔之间的连接处，若干压力传感器与各斜拉索一一对应，用于对各斜拉索与桥塔之间的索力进行检测，统计各斜拉索与桥塔之间的索力，构成各斜拉索与桥塔之间的索力集合F_n(f_1x,f_2x,...,f_ix,...,f_nx)，f_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索与桥塔之间的索力，将各斜拉索与桥塔之间的索力集合发送至索力分析模块；

所述索力分析模块分别与索力角度检测模块和索力检测模块连接，用于接收索力角度检测模块发送的各组斜拉索与桥塔之间的角度，同时接收索力检测模块发送的各斜拉索与桥塔之间的索力集合，计算各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，各组对称斜拉索左右两侧水平作用力的差值计算公式为ΔF_i＝f_iasinθ_ia-f_ibsinθ_ib，ΔF_i表示为第i组对称斜拉索左右两侧水平作用力的差值，f_ia表示为第i组对称斜拉索左边与桥塔之间的索力，f_ib表示为第i组对称斜拉索右边与桥塔之间的索力，θ_ia,θ_ib表示为第i组中左右两侧斜拉索与桥塔之间的角度，统计各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，构成各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值集合ΔF_N(ΔF₁,ΔF₂,...,ΔF_i,...,ΔF_n)，ΔF_i表示第i组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，将各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值发送至分析服务器；

所述垂直度检测模块包括垂直度检测仪，用于对桥塔与桥面的垂直度进行检测，通过垂直度检测仪检测桥塔与桥面的垂直度，记为k，将桥塔与桥面的垂直度发送至分析服务器；

所述分析服务器分别与索力分析模块和垂直度检测模块连接，用于接收索力分析模块发送的各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，同时接收垂直度检测模块发送的桥塔与桥面的垂直度，计算各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的总差值，能够精准全面的对斜拉索进行监测，同时提取存储数据库中存储的桥塔与桥面的标准垂直度范围，将接收的桥塔与桥面的垂直度与标准垂直度范围进行对比，若接收的桥塔与桥面的垂直度处于标准垂直度范围之内，表明该桥塔处于稳定状态，若接收的桥塔与桥面的垂直度处于标准垂直度范围之外，表明该桥塔存在侧倾状况，将存在侧倾状况的塔桥发送至远程控制中心。

所述流速检测模块包括流速仪，用于实时检测桥塔下水流的流速，记为v₁，为后期综合计算桥塔安全影响系数提供可靠的参考数据，并将检测的桥塔下水流的流速发送至分析服务器；

所述风速风向检测模块包括无线风速风向计，用于实时检测桥塔周围的风速值和风向角，分别记为v₂和θ₀，为后期综合计算桥塔安全影响系数提供可靠的参考数据，并将检测的桥塔周围的风速和风向发送至分析服务器；

所述分析服务器分别与流速检测模块和风速风向检测模块连接，用于接收流速检测模块发送的桥塔下水流的流速，同时接收风速风向检测模块发送的桥塔周围的风速和风向，综合分析桥塔安全影响系数，桥塔安全影响系数的计算公式为

ξ表示为桥塔安全影响系数，e表示为自然数，等于2.718，ΔF_i表示第i组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，k表示为桥塔与桥面的垂直度，d_ixλ表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀等级对应的第λ个锈蚀影响系数，x＝a,b，a、b分别为各组对称斜拉索的左右两侧，s_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀面积，ρ表示为空气的标准密度，v₂表示桥塔周围的风速值，θ₀表示为桥塔周围的风向角，g表示为为地球表面的重力加速度，等于9.8m/s²，v₁表示为桥塔下水流的流速，并提取存储数据库中存储的标准桥塔安全影响系数，将分析的桥塔安全影响系数与存储的标准桥塔安全影响系数进行对比，若分析的桥塔安全影响系数小于或等于标准桥塔安全影响系数，表明该桥塔处于安全阶段，若分析的桥塔安全影响系数大于标准桥塔安全影响系数，表明该桥塔处于危险阶段，将处于危险阶段的桥塔发送至远程控制中心。

所述远程控制中心与分析服务器连接，用于接收分析服务器发送的存在安全隐患的各斜拉索编号、存在侧倾情况的桥塔和处于危险阶段的桥塔，通知相关人员根据编号对应的存在安全隐患的各斜拉索进行维修或更换，从而确保养护的最佳时机，降低不必要的资金浪费，同时对存在侧倾状况的桥塔所在的桥梁进行安全修复，大大降低了桥塔倾斜事故的发生率；并通知相关人员对处于危险阶段的桥塔所在的桥梁进行封锁，同时进行重新施工改造，从而防止桥塔发生不良反映时人们无法及时处理，避免人员的慌乱，保障了人们财产损失和生命安全。

所述存储数据库分别与拉索划分模块、特征筛选模块和分析服务器连接，用于接收拉索划分模块发送的各组斜拉索的编号，存储斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的标准图像，各锈蚀等级分别为V1,V2,V3,V4,V5,斜拉索钢丝的锈蚀等级依次增大，V1、V2、V3、V4、V5分别表示为无锈蚀、微弱锈蚀、弱锈蚀、较强锈蚀和强锈蚀，存储斜拉索钢丝的安全锈蚀等级，同时存储斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的锈蚀影响系数，依次分别为λ_V1,λ_V2,λ_V3,λ_V4,λ_V5,λ_V1、λ_V2、λ_V3、λ_V4、λ_V5分别表示为无锈蚀、微弱锈蚀、弱锈蚀、较强锈蚀和强锈蚀等级对应的锈蚀影响系数，并存储桥塔与桥面的标准垂直度范围和标准桥塔安全影响系数。

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 (3)

1.一种基于大数据的钢结构桥梁安全性智能监测管理系统,其特征在于：包括拉索划分模块、视频采集模块、特征筛选模块、锈蚀面积检测模块、索力角度检测模块、索力检测模块、索力分析模块、垂直度检测模块、流速检测模块、风速风向检测模块、远程控制中心、分析服务器和存储数据库；

所述拉索划分模块用于对与桥塔连接的斜拉索进行划分，并将与桥塔同面连接的左右两侧对称斜拉索划分为一组，将桥塔正面按照从下到上的顺序再将桥塔背面按照从上到下的顺序依次进行编号，编号分别为1,2,...,i,...,n，将各组斜拉索的编号发送至存储数据库；

所述视频采集模块包括斜拉索检测仪，用于对各斜拉索的表面进行视频图像采集，通过斜拉索检测仪沿待检测斜拉索爬升，进行视频图像采集，将采集的各斜拉索表面视频图像发送至特征筛选模块；

所述特征筛选模块与视频采集模块连接，用于接收视频采集模块发送的各斜拉索表面视频图像，提取存储数据库中存储的斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的标准图像，将各斜拉索表面视频图像与斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的标准图像进行对比，统计各斜拉索表面视频中分割的各图像与斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的标准图像的相似度，筛选相似度最大的斜拉索钢丝锈蚀表面图像，统计各斜拉索钢丝的锈蚀等级，构成各斜拉索钢丝的锈蚀等级集合D(d_1x,d_2x,...,d_ix,...,d_nx)，d_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀等级，x＝a,b，a、b分别为各组对称斜拉索的左右两侧，并将各斜拉索钢丝的锈蚀等级集合发送至分析服务器；

所述锈蚀面积检测模块包括漏磁检测仪，用于对斜拉索钢丝的锈蚀面积进行无损检测，漏磁检测仪检测被磁化的斜拉索表面泄露的磁场强度，根据泄露的磁场强度分析各斜拉索钢丝的锈蚀面积，构成各斜拉索钢丝的锈蚀面积集合S_n(s_1x,s_2x,...,s_ix,...,s_nx)，s_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀面积，并将各斜拉索钢丝的锈蚀面积集合发送至分析服务器；

所述分析服务器分别与特征筛选模块和锈蚀面积检测模块连接，用于接收特征筛选模块发送的各斜拉索钢丝的锈蚀等级集合，同时接收锈蚀面积检测模块发送的各斜拉索钢丝的锈蚀面积集合，提取存储数据库中存储的斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的锈蚀影响系数，统计接收的各斜拉索钢丝的锈蚀等级对应的锈蚀影响系数，构成各斜拉索钢丝的锈蚀影响系数集合D_nxλ(d_1xλ,d_2xλ,...,d_ixλ,...,d_nxλ)，d_ixλ表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀等级对应的第λ个锈蚀影响系数，λ＝λ_V1,λ_V2,λ_V3,λ_V4,λ_V5，并提取存储数据库中存储的斜拉索钢丝的安全锈蚀等级，将各斜拉索钢丝的锈蚀等级与斜拉索钢丝的安全锈蚀等级进行对比，若某斜拉索钢丝的锈蚀等级小于或等于斜拉索钢丝的安全锈蚀等级，表明该斜拉索处于正常阶段，若某斜拉索钢丝的锈蚀等级大于斜拉索钢丝的安全锈蚀等级，表明该斜拉索存在安全隐患，统计存在安全隐患的各斜拉索编号，将存在安全隐患的各斜拉索编号发送至远程控制中心；

所述索力角度检测模块包括角度传感器，用于对各组斜拉索与桥塔之间的夹角进行检测，通过角度传感器检测各组斜拉索与桥塔之间的角度，统计各组斜拉索与桥塔之间的角度，构成各组斜拉索与桥塔之间的角度集合θ_N(θ_1x,θ_2x,...,θ_ix,...,θ_nx)，θ_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索与桥塔之间的角度，将各组斜拉索与桥塔之间的角度发送至索力分析模块；

所述索力检测模块包括若干压力传感器，其中若干压力传感器安装在各斜拉索与桥塔之间的连接处，若干压力传感器与各斜拉索一一对应，用于对各斜拉索与桥塔之间的索力进行检测，统计各斜拉索与桥塔之间的索力，构成各斜拉索与桥塔之间的索力集合F_n(f_1x,f_2x,...,f_ix,...,f_nx)，f_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索与桥塔之间的索力，将各斜拉索与桥塔之间的索力集合发送至索力分析模块；

所述索力分析模块分别与索力角度检测模块和索力检测模块连接，用于接收索力角度检测模块发送的各组斜拉索与桥塔之间的角度，同时接收索力检测模块发送的各斜拉索与桥塔之间的索力集合，计算各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，统计各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，构成各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值集合ΔF_N(ΔF₁,ΔF₂,...,ΔF_i,...,ΔF_n)，ΔF_i表示第i组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，将各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值发送至分析服务器；

所述垂直度检测模块包括垂直度检测仪，用于对桥塔与桥面的垂直度进行检测，通过垂直度检测仪检测桥塔与桥面的垂直度，记为k，将桥塔与桥面的垂直度发送至分析服务器；

所述分析服务器分别与索力分析模块和垂直度检测模块连接，用于接收索力分析模块发送的各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，同时接收垂直度检测模块发送的桥塔与桥面的垂直度，计算各组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的总差值，同时提取存储数据库中存储的桥塔与桥面的标准垂直度范围，将接收的桥塔与桥面的垂直度与标准垂直度范围进行对比，若接收的桥塔与桥面的垂直度处于标准垂直度范围之内，表明该桥塔处于稳定状态，若接收的桥塔与桥面的垂直度处于标准垂直度范围之外，表明该桥塔存在侧倾状况，将存在侧倾状况的塔桥发送至远程控制中心；

所述流速检测模块包括流速仪，用于实时检测桥塔下水流的流速，记为v₁，并将检测的桥塔下水流的流速发送至分析服务器；

所述风速风向检测模块包括无线风速风向计，用于实时检测桥塔周围的风速值和风向角，分别记为v₂和θ₀，并将检测的桥塔周围的风速和风向发送至分析服务器；

所述分析服务器分别与流速检测模块和风速风向检测模块连接，用于接收流速检测模块发送的桥塔下水流的流速，同时接收风速风向检测模块发送的桥塔周围的风速和风向，综合分析桥塔安全影响系数，提取存储数据库中存储的标准桥塔安全影响系数，将分析的桥塔安全影响系数与存储的标准桥塔安全影响系数进行对比，若分析的桥塔安全影响系数小于或等于标准桥塔安全影响系数，表明该桥塔处于安全阶段，若分析的桥塔安全影响系数大于标准桥塔安全影响系数，表明该桥塔处于危险阶段，将处于危险阶段的桥塔发送至远程控制中心；

所述远程控制中心与分析服务器连接，用于接收分析服务器发送的存在安全隐患的各斜拉索编号、存在侧倾情况的桥塔和处于危险阶段的桥塔，通知相关人员根据编号对应的存在安全隐患的各斜拉索进行维修或更换，同时对存在侧倾状况的桥塔所在的桥梁进行安全修复；并通知相关人员对处于危险阶段的桥塔所在的桥梁进行封锁，同时进行重新施工改造；

所述存储数据库分别与拉索划分模块、特征筛选模块和分析服务器连接，用于接收拉索划分模块发送的各组斜拉索的编号，存储斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的标准图像，各锈蚀等级分别为V1,V2,V3,V4,V5,斜拉索钢丝的锈蚀等级依次增大，V1、V2、V3、V4、V5分别表示为无锈蚀、微弱锈蚀、弱锈蚀、较强锈蚀和强锈蚀，存储斜拉索钢丝的安全锈蚀等级，同时存储斜拉索钢丝的各锈蚀等级对应的锈蚀影响系数，依次分别为λ_V1,λ_V2,λ_V3,λ_V4,λ_V5,λ_V1、λ_V2、λ_V3、λ_V4、λ_V5分别表示为无锈蚀、微弱锈蚀、弱锈蚀、较强锈蚀和强锈蚀等级对应的锈蚀影响系数，并存储桥塔与桥面的标准垂直度范围和标准桥塔安全影响系数。

2.根据权利要求1所述的一种基于大数据的钢结构桥梁安全性智能监测管理系统，其特征在于：所述各组对称斜拉索左右两侧水平作用力的差值计算公式为ΔF_i＝f_iasinθ_ia-f_ibsinθ_ib，ΔF_i表示为第i组对称斜拉索左右两侧水平作用力的差值，f_ia表示为第i组对称斜拉索左边与桥塔之间的索力，f_ib表示为第i组对称斜拉索右边与桥塔之间的索力，θ_ia,θ_ib表示为第i组中左右两侧斜拉索与桥塔之间的角度。

3.根据权利要求1所述的一种基于大数据的钢结构桥梁安全性智能监测管理系统，其特征在于：所述桥塔安全影响系数的计算公式为

ξ表示为桥塔安全影响系数，e表示为自然数，等于2.718，ΔF_i表示第i组对称斜拉索的左右两侧水平作用力的差值，k表示为桥塔与桥面的垂直度，d_ixλ表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀等级对应的第λ个锈蚀影响系数，x＝a,b，a、b分别为各组对称斜拉索的左右两侧，s_ix表示为第i组中第x侧的斜拉索钢丝的锈蚀面积，ρ表示为空气的标准密度，v₂表示桥塔周围的风速值，θ₀表示为桥塔周围的风向角，g表示为为地球表面的重力加速度，等于9.8m/s²，v₁表示为桥塔下水流的流速。

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