CN112179422A - 一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法，包括选取桥梁上的四个参考点；获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线；计算转角随时间变化的曲线，然后计算曲率随时间变化的曲线；根据曲率随时间变化的曲线上局部峰值数量得到车轴数量，根据局部峰值的时间间隔，得到每个车轴通过第一参考点的时间间隔；根据局部峰值出现的时刻得到车辆经过第一参考点和第四参考点的时间间隔计算出车速；根据车速和车轴通过第一参考点的时间间隔计算相邻车轴轴距值，上述方法能够直接通过桥梁挠度响应的分析得到所需的车轴和车速信息，操作更加简单，成本更低。本发明还公开了一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统。

Description

一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法和系统
技术领域
本发明属于交通设施技术领域，特别是涉及一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法和系统。
背景技术
随着我国经济和交通运输行业的快速发展，车辆的数量和重量不断增加，同时也产生了车辆超载的现象，甚至在超载严重的地区，几乎所有的货运车辆都存在不同程度的超载行为。车辆荷载是高速公路和桥梁最重要的荷载之一，超载车辆会对道路和桥梁等基础设施造成严重的损害，最常见的问题是造成桥梁构件疲劳而缩短桥梁的使用寿命，在极端的条件下，超载的卡车还可能超过桥梁的承载能力而导致桥梁损毁，与此同时，超载车辆发生交通事故的几率也更高。基于以上问题，识别并限制车辆的载重对于公路和桥梁等基础设施的监测和维护显得尤为关键。
目前常用的车辆称重方法有静态称重法、路面动态称重法（Pavement Weigh-in-Motion, WIM）和桥梁动态称重法（Bridge Weigh-in-Motion，BWIM）。传统静态称重法采用地磅，其识别效率低，车辆需停车或以极低速度行驶，且不能识别车辆单轴轴重，只能识别车辆总重，还需要设置专门的称重站，而路面动态称重法需要在路面安装称重传感器，测量车辆通过传感器时产生响应，通过信号处理得到车辆的静态轴重、轴距和车速等信息，路面动态称重系统常用弯曲板、测压元件、电容垫和带状传感器等部件，需要在路面开挖基坑或凹槽，安装维护费用较高，不能拆迁，使用寿命较短，精度及稳定性也不高。近年来，桥梁动态称重BWIM系统不断发展，越来越多的运用于车辆限载和桥梁结构的状态评估与健康监测，这种桥梁动态称重系统将现有的桥梁作为一个称重秤，车辆经过桥梁时产生动态响应，以此响应来反推车辆的重量，与传统的路面动态称重系统相比，这种方法可以在不阻断交通的情况下连续不断的检测桥梁在车辆通行时产生的动态响应信号，且使用桥梁称重的时间更长，车辆无需减速通行，称重精度高，且该系统无需与车轮直接接触，耐久性高，不仅可以准确有效的识别车辆的各类信息，还可以通过桥梁的动态响应，在线监测和评估桥梁的健康状态。对于大多数BWIM系统，车辆配置（包括轴数和轴间距）和车辆速度是识别车辆轴重和总重的先决条件，是BWIM方法的重要前提，因此准确的识别桥上通行车辆的车轴信息和车速是尤为关键的。
为了识别桥上通行车辆的车轴信息和车速，通常需要在桥面上安装轴探测装置或在桥梁底部安装应变片等传感装置。现有的获取车轴数和轴距的方法主要有利用磁带式或压感式传统路面轴距识别方式或通过BWIM系统中的FAD传感器（Free of Axle Motion，非路面式车轴探测传感器）识别车辆速度和轴距，这类方法通过在桥梁上安装应变传感器，利用测得的桥梁弯曲应变来计算车辆的轴重和总重。然而，在桥梁上或桥梁底部安装各类装置的话，对装置产生的损耗较高，安装维护也不方便，需要中断交通，使用寿命低，同时，通过桥梁弯曲应变进行车轴的轴重识别，也容易受到结构材料属性和截面属性的随机性等因素的影响，识别精度局限性较大且易产生误差。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法和系统，能够直接通过桥梁挠度响应的分析得到所需的车轴和车速信息，操作更加简单，成本更低。
本发明提供的一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法包括：
选取桥梁上的第一参考点和与其邻近的分列其两侧的第二参考点和第三参考点，以及与所述第一参考点的间距大于预设长度的第四参考点；
获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线；
根据所述第一参考点、所述第二参考点和所述第三参考点的挠度随时间变化的曲线计算所述第一参考点和所述第二参考点之间以及所述第一参考点和所述第三参考点之间的转角随时间变化的曲线，根据两个所述转角随时间变化的曲线得到所述第一参考点所在截面的曲率随时间变化的曲线；
根据所述曲率随时间变化的曲线上的局部峰值的数量得到车辆的车轴数量，根据各个局部峰值之间的时间间隔，得到每个车轴通过所述第一参考点的时间间隔；
根据所述第一参考点和所述第四参考点的挠度随时间变化的曲线上局部峰值出现的时刻得到车辆经过所述第一参考点和所述第四参考点的时间间隔，结合二者之间的距离计算出车速；
根据所述车速和所述每个车轴通过所述第一参考点的时间间隔计算相邻车轴的轴距值。
优选的，在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法中，所述第一参考点位于所述桥梁的中间点位置、四分之一长度位置或者四分之三长度位置。
优选的，在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法中，所述第二参考点和所述第三参考点与所述第一参考点均相距0.1米至0.2米。
优选的，在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法中，所述第四参考点与所述第一参考点之间的距离为5米至10米。
优选的，在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法中，利用光电成像法、全站仪法、GPS法或者视频位移测量法获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线。
本发明提供的一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统包括：
参考点选取单元，用于选取桥梁上的第一参考点和与其邻近的分列其两侧的第二参考点和第三参考点，以及与所述第一参考点的间距大于预设长度的第四参考点；
挠度曲线获取单元，用于获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线；
曲率曲线获取单元，用于根据所述第一参考点、所述第二参考点和所述第三参考点的挠度随时间变化的曲线计算所述第一参考点和所述第二参考点之间以及所述第一参考点和所述第三参考点之间的转角随时间变化的曲线，根据两个所述转角随时间变化的曲线得到所述第一参考点所在截面的曲率随时间变化的曲线；
车轴数量确定单元，用于根据所述曲率随时间变化的曲线上的局部峰值的数量得到车辆的车轴数量，根据各个局部峰值之间的时间间隔，得到每个车轴通过所述第一参考点的时间间隔；
车速确定单元，用于根据所述第一参考点和所述第四参考点的挠度随时间变化的曲线上局部峰值出现的时刻得到车辆经过所述第一参考点和所述第四参考点的时间间隔，结合二者之间的距离计算出车速；
轴距确定单元，用于根据所述车速和所述每个车轴通过所述第一参考点的时间间隔计算相邻车轴的轴距值。
优选的，在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统中，所述第一参考点位于所述桥梁的中间点位置、四分之一长度位置或者四分之三长度位置。
优选的，在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统中，所述第二参考点和所述第三参考点与所述第一参考点均相距0.1米至0.2米。
优选的，在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统中，所述第四参考点与所述第一参考点之间的距离为5米至10米。
优选的，在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统中，所述挠度曲线获取单元用于利用光电成像法、全站仪法、GPS法或者视频位移测量法获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线。
通过上述描述可知，本发明提供的上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法，由于包括选取桥梁上的第一参考点和与其邻近的分列其两侧的第二参考点和第三参考点，以及与所述第一参考点的间距大于预设长度的第四参考点；获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线；根据所述第一参考点、所述第二参考点和所述第三参考点的挠度随时间变化的曲线计算所述第一参考点和所述第二参考点之间以及所述第一参考点和所述第三参考点之间的转角随时间变化的曲线，根据两个所述转角随时间变化的曲线得到所述第一参考点所在截面的曲率随时间变化的曲线；根据所述曲率随时间变化的曲线上的局部峰值的数量得到车辆的车轴数量，根据各个局部峰值之间的时间间隔，得到每个车轴通过所述第一参考点的时间间隔；根据所述第一参考点和所述第四参考点的挠度随时间变化的曲线上局部峰值出现的时刻得到车辆经过所述第一参考点和所述第四参考点的时间间隔，结合二者之间的距离计算出车速；根据所述车速和所述每个车轴通过所述第一参考点的时间间隔计算相邻车轴的轴距值，因此无需在桥底安装设备就能够直接通过桥梁挠度响应的分析得到所需的车轴和车速信息，从而操作更加简单，成本更低。本发明提供的上述系统具有与上述方法同样的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法的实时例的示意图；
图2为第一参考点M的挠度时程曲线的示意图；
图3为测点在桥梁上的具体位置的示意图；
图4为桥梁受力的情况示意图；
图5为桥梁上参考点M的曲率时程曲线示意图；
图6为本发明提供的一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统的示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法和系统，能够直接通过桥梁挠度响应的分析得到所需的车轴和车速信息，操作更加简单，成本更低。
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做出创造性劳动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。
本发明提供的一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法的实时例如图1所示，图1为本发明提供的一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法的实时例的示意图，该方法包括如下步骤：
S1：选取桥梁上的第一参考点M和与其邻近的分列其两侧的第二参考点Ml和第三参考点Mr，以及与第一参考点M的间距大于预设长度的第四参考点N；
也就是说，该第二参考点Ml和第三参考点Mr要离第一参考点M比较近，数量级一般为分米，这样才能够让后续步骤中的曲率计算更精确，而第四参考点N与第一参考点M之间的距离要比较大，数量级要达到米的级别，这样相隔比较大的距离才能够在后续步骤中更方便的计算车辆速度，结果也更准确。
S2：获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线；
需要说明的是，根据影响线叠加原理，可获得某时刻桥梁各处的挠度应为各集中力所引起的挠度之和，即：
Figure 825022DEST_PATH_IMAGE001
基于该原理，通过测量参考点处桥梁的挠度响应，可以获得M、M l 、Mr和N各参考点处的挠度时程曲线
Figure 556349DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 722888DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 675800DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 20325DEST_PATH_IMAGE005
，其中第一参考点M的挠度时程曲线如图2所示，图2为第一参考点M的挠度时程曲线的示意图。
S3：根据第一参考点M、第二参考点Ml和第三参考点Mr的挠度随时间变化的曲线计算第一参考点M和第二参考点Ml之间以及第一参考点M和第三参考点Mr之间的转角随时间变化的曲线，根据两个转角随时间变化的曲线得到第一参考点M所在截面的曲率随时间变化的曲线；
某时刻M与M l 所在横截面间的转角为：
Figure 425899DEST_PATH_IMAGE006
某时刻Mr与M所在横截面间的转角为：
Figure 412440DEST_PATH_IMAGE007
对应时刻参考点M所在截面的曲率为：
Figure 485439DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 865DEST_PATH_IMAGE009
为跨中位置各参考点的间隔距离，
Figure 893734DEST_PATH_IMAGE010
为某时刻M与M l 所在横截面间的转角，
Figure 402076DEST_PATH_IMAGE011
为某时刻Mr与M所在横截面间的转角，
Figure 814734DEST_PATH_IMAGE012
为对应时刻参考点M所在截面的曲率。
S4：根据曲率随时间变化的曲线上的局部峰值的数量得到车辆的车轴数量，根据各个局部峰值之间的时间间隔，得到每个车轴通过第一参考点的时间间隔；
具体的，在计算出的曲率图中，对曲线上的局部峰值数量进行统计，可以得到车辆的车轴数n，各局部峰值间对应的时间间隔即为各车轴依次通过中间测点的时间间隔t1、t2……tn－1。
S5：根据第一参考点和第四参考点的挠度随时间变化的曲线上局部峰值出现的时刻得到车辆经过第一参考点和第四参考点的时间间隔，结合二者之间的距离计算出车速；
也就是说，通过测量车辆经过测点M、N的时间间隔
Figure 15908DEST_PATH_IMAGE013
和测点M、N之间的距离
Figure 146806DEST_PATH_IMAGE014
，可以计算得到车辆的行驶速度：
Figure 193260DEST_PATH_IMAGE015
S6：根据车速和每个车轴通过第一参考点的时间间隔计算相邻车轴的轴距值。
也就是说，第n个车轴与第n-1个车轴间的轴距值为：
Figure 975271DEST_PATH_IMAGE016
通过上述描述可知，本发明提供的上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法的实施例中，由于包括选取桥梁上的第一参考点和与其邻近的分列其两侧的第二参考点和第三参考点，以及与第一参考点的间距大于预设长度的第四参考点；获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线；根据第一参考点、第二参考点和第三参考点的挠度随时间变化的曲线计算第一参考点和第二参考点之间以及第一参考点和第三参考点之间的转角随时间变化的曲线，根据两个转角随时间变化的曲线得到第一参考点所在截面的曲率随时间变化的曲线；根据曲率随时间变化的曲线上的局部峰值的数量得到车辆的车轴数量，根据各个局部峰值之间的时间间隔，得到每个车轴通过第一参考点的时间间隔；根据第一参考点和第四参考点的挠度随时间变化的曲线上局部峰值出现的时刻得到车辆经过第一参考点和第四参考点的时间间隔，结合二者之间的距离计算出车速；根据车速和每个车轴通过第一参考点的时间间隔计算相邻车轴的轴距值，因此无需在桥底安装设备就能够直接通过桥梁挠度响应的分析得到所需的车轴和车速信息，从而操作更加简单，成本更低。
在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法的一个具体实施例中，第一参考点M可以位于桥梁的中间点位置、四分之一长度位置或者四分之三长度位置。这个可结合实际桥梁周边的情况，只要是能方便安装挠度响应测量装置的点都可以，只是在这三个位置会更加方便计算。
在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法的另一个具体实施例中，第二参考点Ml和第三参考点Mr与第一参考点M均可以相距0.1米至0.2米，而且，第四参考点N与第一参考点M之间的距离可以为5米至10米。
在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法的又一个具体实施例中，可以利用光电成像法、全站仪法、GPS法或者视频位移测量法获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线。
具体的，当采用光电成像法时，桥梁挠度光电成像测量系统主要由光电靶标和光电数字摄像机组成，光电靶标固定在桥梁梁体的待测部位，光电数字摄像机则通过固定在桥梁的桥墩上，光电数字摄像记得成像光学系统，将发光靶标成像在数字摄像机的光敏面上，当桥梁在荷载的作用下发生位移△y时，发光靶标亦随桥梁从A点移动到B点产生△y的位移，这就导致发光靶标在摄像机相面上所成像点的位置相应地从A'移动到B'点产生△y的变化量。该方法具有非接触、测量距离远、测量精度高的优点，不仅可用于桥梁建设中的施工监控,还可进行长期在线监测，具有非常广阔的应用前景，可以实现二维动、静挠度检测，与计算机相连可使记录分析实现自动化。
当采用全站仪法时，用全站仪内置的三角高程测量程序，直接观察测站点和目标点之间的高差，由于测站点保持不动，则加载前后的两次高差之差即为目标点的挠度变化量，这种全站仪法具有准备工作简单，操作方便的优点，不受纵坡大小的影响，测程也比水准仪法测量要远，因此，全站仪法比较适合一些挠度变形量较大的大桥或特殊大桥的挠度测量，但受自然条件限制较大。
当采用GPS法时，鉴于人造卫星定位系统(GlobalPositioning System or GPS)具有高效、快速、全天候、全自动等优点，因此可以引进GPS进行桥梁的挠度测量，同时直接测量桥梁的独立三维实时位移，增强对桥梁结构健康监测的可靠度。目前，GPS测量主要有3种模式：静态、准动态和动态。各种测量模式的观测时间和测量精度有明显的差异，GPS虽然能实现动态实时、自动测量，但该系统价格昂贵，且测量精度较低，测点少、受外界干扰大，一般只能对大跨度桥梁进行测量，因此在使用范围上有一定的局限性。
当采用视频位移测量方法时，非接触式视频测量的位移检测系统主要由视频采集、分析软件和其他附件组成，采用高精度摄像机，利用图像散斑识别技术和二维图像处理技术等，精确测量摄像机图像上目标点在荷载作用下的相对位移变化量，由此得到其他的变化量，该方法具有非接触性、精度较高、适合连续在线监测等优点。
当然，上述每种方法都具有其适用性和局限性，可根据实际桥梁的结构和环境的状况进行选择。
下面以一个具体的例子对上述方法的各个步骤进行详细描述：
Step1：在桥梁合适位置处标记测点
测点在桥梁上的具体位置如图3所示，图3为测点在桥梁上的具体位置的示意图，取桥梁长度为L，在桥梁跨中位置标记一个测点M，其X坐标为XM；在测点M左右两侧Δd＝0.1m位置分别标记一个测点M l 和Mr，其X坐标分别为xMl和XMr；在距离以上测点ΔL＝10m处的桥梁取一测点N，其X坐标为XN。。
Step2：获取不同时刻桥梁上各点的挠度
桥梁受力的情况如图4所示，图4为桥梁受力的情况示意图，在此是以简支梁在多个集中力作用下的理论挠度曲线为例进行说明，当一个两轴车辆行驶在单跨简支梁上时，第1个车轴作用在桥上的集中力为F1，F1作用的位置至桥梁起点A的距离为a1，F1作用的位置至桥梁终点B的距离为b1；第2个车轴作用在桥上的集中力为F2，F2作用的位置至桥梁起点A的距离为a2，F2作用的位置至桥梁终点B的距离为b2，集中力F1与F2的间距等于车辆的轴距d。
设桥梁上的某点至桥梁起点的距离为x（0≤x≤L），由以上条件可求得F1引起的桥梁各点的挠度为：
0≤x≤a1
Figure 832500DEST_PATH_IMAGE017
a1≤x≤L
Figure 699961DEST_PATH_IMAGE018
F2引起的桥梁各点挠度为：
0≤x≤a2
Figure 566417DEST_PATH_IMAGE019
a2≤x≤L
Figure 937356DEST_PATH_IMAGE020
所以该时刻桥梁各处的挠度应为各集中力所引起的挠度之和，即：
Figure 480333DEST_PATH_IMAGE021
基于该原理，通过测量参考点处桥梁的挠度响应，可以获得M、M l 、Mr和N各参考点处的挠度时程曲线
Figure 320244DEST_PATH_IMAGE002
、
Figure 239658DEST_PATH_IMAGE003
、
Figure 481415DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 929714DEST_PATH_IMAGE005
。其中，M点挠度时程曲线示意图可以继续参考图2。在实际应用中，可以利用不同的非接触式方法测量桥梁的挠度响应，比如光电成像法、全站仪法、GPS法和视频位移测量等方法，得到桥梁各点的实测挠度时程曲线。
Step3：获取桥梁跨中附近三个参考点处的转角和曲率随时间变化曲线。
通过测量桥梁跨中三点M、M l 、Mr的挠度变化可以得到桥梁跨中点的曲率变化。
Figure 771768DEST_PATH_IMAGE022
Figure 980026DEST_PATH_IMAGE007
Figure 325557DEST_PATH_IMAGE008
式中，
Figure 226648DEST_PATH_IMAGE009
为跨中位置测点的间隔距离，
Figure 290419DEST_PATH_IMAGE023
和
Figure 286057DEST_PATH_IMAGE024
分别为转角和曲率。
Figure 236827DEST_PATH_IMAGE010
为某时刻M与M l 所在横截面间的转角，
Figure 558087DEST_PATH_IMAGE011
为某时刻Mr与M所在横截面间的转角，
Figure 859886DEST_PATH_IMAGE012
为对应时刻参考点M的曲率。
根据以上计算，可画出桥梁上参考点M的曲率时程曲线，如图5所示，图5为桥梁上参考点M的曲率时程曲线示意图。
Step4：识别车轴数量，根据曲率时程曲线获得行驶车辆的轴数和各车轴依次通过中间点的时间间隔。
桥上行驶车辆的车轴通过桥上某点时，会引起该点曲率的突变，基于该原理，在曲率图中，对曲线上的突变点的数量和对应时刻进行统计，第一个集中荷载F1相应的突变点对应的时刻为t1，第二个集中荷载F2相应的突变点对应的时刻为t2，可以得到车辆的车轴数为2，两个突变点间对应的时间间隔即为两个车轴依次通过参考点M的时间间隔
Figure 393636DEST_PATH_IMAGE025
。当参考点M位于X=L/4和X=3L/4时，也可获得相应曲率时程曲线，如图5中的虚线所示。
Step5：识别车速
分别提取M点和N点处挠度随时间变化的曲线
Figure 718351DEST_PATH_IMAGE002
和
Figure 210513DEST_PATH_IMAGE005
上局部峰值出现的时刻tM和tN，由此得到车辆经过测点M、N的时间间隔
Figure 999608DEST_PATH_IMAGE026
，再测得M、N之间的距离
Figure 337049DEST_PATH_IMAGE014
，就可以得到车辆的行驶速度：
Figure 777257DEST_PATH_IMAGE015
Step6：根据所述车速，计算得轴距值
对于该二轴车，两个车轴依次通过中间测点的时间间隔Δt1内车辆向前行驶的距离即为两车轴间的轴距，其轴距为：
Figure 659894DEST_PATH_IMAGE027
本发明提供的一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统如图6所示，图6为本发明提供的一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统的示意图，该系统包括：
参考点选取单元601，用于选取桥梁上的第一参考点和与其邻近的分列其两侧的第二参考点和第三参考点，以及与第一参考点的间距大于预设长度的第四参考点，也就是说，该第二参考点和第三参考点要离第一参考点比较近，数量级一般为分米，这样才能够让后续步骤中的曲率计算更精确，而第四参考点与第一参考点之间的距离要比较大，数量级要达到米的级别，这样相隔比较大的距离才能够在后续步骤中更方便的计算车辆速度，结果也更准确；
挠度曲线获取单元602，用于获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线，需要说明的是，根据影响线叠加原理，可获得某时刻桥梁各处的挠度应为各集中力所引起的挠度之和，通过测量参考点处桥梁的挠度响应，可以获得各参考点处的挠度时程曲线；
曲率曲线获取单元603，用于根据第一参考点、第二参考点和第三参考点的挠度随时间变化的曲线计算第一参考点和第二参考点之间以及第一参考点和第三参考点之间的转角随时间变化的曲线，根据两个转角随时间变化的曲线得到第一参考点所在截面的曲率随时间变化的曲线；
车轴数量确定单元604，用于根据曲率随时间变化的曲线上的局部峰值的数量得到车辆的车轴数量，根据各个局部峰值之间的时间间隔，得到每个车轴通过第一参考点的时间间隔，具体的，在计算出的曲率图中，对曲线上的局部峰值数量进行统计，可以得到车辆的车轴数，各局部峰值间对应的时间间隔即为各车轴依次通过中间测点的时间间隔；
车速确定单元605，用于根据第一参考点和第四参考点的挠度随时间变化的曲线上局部峰值出现的时刻得到车辆经过第一参考点和第四参考点的时间间隔，结合二者之间的距离计算出车速；
轴距确定单元606，用于根据车速和每个车轴通过第一参考点的时间间隔计算相邻车轴的轴距值。
上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统，能够直接通过桥梁挠度响应的分析得到所需的车轴和车速信息，操作更加简单，成本更低。
在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统的一个具体实施例中，第一参考点可以位于桥梁的中间点位置、四分之一长度位置或者四分之三长度位置。这个可结合实际桥梁周边的情况，只要是能方便安装挠度响应测量装置的点都可以，只是在这三个位置会更加方便计算。
在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统的另一个具体实施例中，第二参考点和第三参考点与第一参考点均相距0.1米至0.2米，而且，第四参考点与第一参考点之间的距离可以为5米至10米。
在上述利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统中，挠度曲线获取单元可以用于利用光电成像法、全站仪法、GPS法或者视频位移测量法获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线。
具体的，当采用光电成像法时，桥梁挠度光电成像测量系统主要由光电靶标和光电数字摄像机组成，光电靶标固定在桥梁梁体的待测部位，光电数字摄像机则通过固定在桥梁的桥墩上，光电数字摄像记得成像光学系统，将发光靶标成像在数字摄像机的光敏面上，当桥梁在荷载的作用下发生位移△y时，发光靶标亦随桥梁从A点移动到B点产生△y的位移，这就导致发光靶标在摄像机相面上所成像点的位置相应地从A'移动到B'点产生△y的变化量。该方法具有非接触、测量距离远、测量精度高的优点，不仅可用于桥梁建设中的施工监控,还可进行长期在线监测，具有非常广阔的应用前景，可以实现二维动、静挠度检测，与计算机相连可使记录分析实现自动化。当采用全站仪法时，用全站仪内置的三角高程测量程序，直接观察测站点和目标点之间的高差，由于测站点保持不动，则加载前后的两次高差之差即为目标点的挠度变化量，这种全站仪法具有准备工作简单，操作方便的优点，不受纵坡大小的影响，测程也比水准仪法测量要远，因此，全站仪法比较适合一些挠度变形量较大的大桥或特殊大桥的挠度测量，但受自然条件限制较大。当采用GPS法时，鉴于人造卫星定位系统(GlobalPositioning System or GPS)具有高效、快速、全天候、全自动等优点，因此可以引进GPS进行桥梁的挠度测量，同时直接测量桥梁的独立三维实时位移，增强对桥梁结构健康监测的可靠度。目前，GPS测量主要有3种模式：静态、准动态和动态。各种测量模式的观测时间和测量精度有明显的差异，GPS虽然能实现动态实时、自动测量，但该系统价格昂贵，且测量精度较低，测点少、受外界干扰大，一般只能对大跨度桥梁进行测量，因此在使用范围上有一定的局限性。当采用视频位移测量方法时，非接触式视频测量的位移检测系统主要由视频采集、分析软件和其他附件组成，采用高精度摄像机，利用图像散斑识别技术和二维图像处理技术等，精确测量摄像机图像上目标点在荷载作用下的相对位移变化量，由此得到其他的变化量，该方法具有非接触性、精度较高、适合连续在线监测等优点。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业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公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法，其特征在于，包括：
选取桥梁上的第一参考点和与其邻近的分列其两侧的第二参考点和第三参考点，以及与所述第一参考点的间距大于预设长度的第四参考点；
获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线；
根据所述第一参考点、所述第二参考点和所述第三参考点的挠度随时间变化的曲线计算所述第一参考点和所述第二参考点之间以及所述第一参考点和所述第三参考点之间的转角随时间变化的曲线，根据两个所述转角随时间变化的曲线得到所述第一参考点所在截面的曲率随时间变化的曲线；
根据所述曲率随时间变化的曲线上的局部峰值的数量得到车辆的车轴数量，根据各个局部峰值之间的时间间隔，得到每个车轴通过所述第一参考点的时间间隔；
根据所述第一参考点和所述第四参考点的挠度随时间变化的曲线上局部峰值出现的时刻得到车辆经过所述第一参考点和所述第四参考点的时间间隔，结合二者之间的距离计算出车速；
根据所述车速和所述每个车轴通过所述第一参考点的时间间隔计算相邻车轴的轴距值。
2.根据权利要求1所述的利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法，其特征在于，所述第一参考点位于所述桥梁的中间点位置、四分之一长度位置或者四分之三长度位置。
3.根据权利要求1所述的利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法，其特征在于，所述第二参考点和所述第三参考点与所述第一参考点均相距0.1米至0.2米。
4.根据权利要求1所述的利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法，其特征在于，所述第四参考点与所述第一参考点之间的距离为5米至10米。
5.根据权利要求1-4任一项所述的利用桥梁挠度识别车轴和车速的方法，其特征在于，利用光电成像法、全站仪法、GPS法或者视频位移测量法获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线。
6.一种利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统，其特征在于，包括：
参考点选取单元，用于选取桥梁上的第一参考点和与其邻近的分列其两侧的第二参考点和第三参考点，以及与所述第一参考点的间距大于预设长度的第四参考点；
挠度曲线获取单元，用于获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线；
曲率曲线获取单元，用于根据所述第一参考点、所述第二参考点和所述第三参考点的挠度随时间变化的曲线计算所述第一参考点和所述第二参考点之间以及所述第一参考点和所述第三参考点之间的转角随时间变化的曲线，根据两个所述转角随时间变化的曲线得到所述第一参考点所在截面的曲率随时间变化的曲线；
车轴数量确定单元，用于根据所述曲率随时间变化的曲线上的局部峰值的数量得到车辆的车轴数量，根据各个局部峰值之间的时间间隔，得到每个车轴通过所述第一参考点的时间间隔；
车速确定单元，用于根据所述第一参考点和所述第四参考点的挠度随时间变化的曲线上局部峰值出现的时刻得到车辆经过所述第一参考点和所述第四参考点的时间间隔，结合二者之间的距离计算出车速；
轴距确定单元，用于根据所述车速和所述每个车轴通过所述第一参考点的时间间隔计算相邻车轴的轴距值。
7.根据权利要求6所述的利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统，其特征在于，所述第一参考点位于所述桥梁的中间点位置、四分之一长度位置或者四分之三长度位置。
8.根据权利要求6所述的利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统，其特征在于，所述第二参考点和所述第三参考点与所述第一参考点均相距0.1米至0.2米。
9.根据权利要求6所述的利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统，其特征在于，所述第四参考点与所述第一参考点之间的距离为5米至10米。
10.根据权利要求6-9任一项所述的利用桥梁挠度识别车轴和车速的系统，其特征在于，所述挠度曲线获取单元用于利用光电成像法、全站仪法、GPS法或者视频位移测量法获取上述四个参考点的挠度随时间变化的曲线。
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