CN112380599A - 一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统 - Google Patents

一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统，包括检测区域划分模块、承重压力检测模块、裂缝检测模块、风向风速检测模块、变形位移检测模块、索力检测模块、数据库、数据预处理模块、建模分析模块、预警模块和显示终端。该系统能实现监测数据在线实时采集，并对采集的数据进行处理分析，提高了数据的安全性，且在对桥梁进行安全评价时能根据评估结果进行自动预警，以保证桥梁的使用安全，同时可通过显示终端将数据显示出来，方便管理人员的管理与数据的记录，促进了桥梁安全与应急管理的的科学化，及时、有效的保障桥梁运营安全。

Description

一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统
技术领域
本发明属于桥梁监测技术领域，涉及到一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统。
背景技术
交通是社会的经济命脉，桥梁是交通的咽喉，桥梁技术状况的好坏直接影响公路的畅通和行车安全，也直接影响社会经济的发展和人民群众的出行安全。如果桥梁结构出现了损伤却未能及时发现，并未采取相应的养护、维修措施，轻则造成损伤加剧，影响行车安全和缩短桥梁使用寿命，增加维修费用，重则导致桥梁突然破坏和倒塌等重大事故。为此，对既有桥梁特别是对交通运输有重大影响的大跨径桥梁进行必要的监测和相应的养护，对于确保桥梁安全运营，延长桥梁的使用寿命是十分必要的。
然而现有技术中最传统的桥梁监测方式是采用人工进行数据的测量、记录和处理。该监测方式测量速度慢，耗费较多的人工资源和人工费用，且带来了监测风险，并且监测效率低，完成桥梁结构的一次采集数据耗时较长，难以保证各个测点数据的工作状态一致性，同时也很难保证人工记录数据和处理数据的准确性。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统，该系统能实现监测数据在线实时采集，并对采集的数据进行处理分析，提高了数据的安全性，且在对桥梁进行安全评估时能根据评估结果进行自动预警，以保证桥梁的使用安全，同时可通过显示终端将数据显示出来，方便管理人员的管理与数据的记录。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统,包括检测区域划分模块、承重压力检测模块、风向风速检测模块、变形位移检测模块、索力检测模块、裂缝检测模块、环境检测模块、数据库、数据预处理模块、建模分析模块、预警模块、管理服务器和显示终端；
检测区域划分模块分别与承重压力检测模块、风向风速检测模块、变形位移检测模块、索力检测模块、裂缝检测模块和环境检测模块连接，数据库与数据预处理模块和管理服务器连接，建模分析模块与裂缝检测模块、变形位移检测模块、管理服务器和显示终端连接，预警模块和管理服务器连接，显示终端与数据预处理模块、管理服务器和建模分析服务器连接；
所述检测区域划分模块,用于对整个桥面进行区域划分,按照从桥头到桥尾的顺序,将整个桥面划分为若干面积相同且相互连接的检测子区域,各检测子区域与对应的一条吊索连接,若干检测子区域按照从桥头到桥尾的顺序进行编号,依次标记为1,2,...,m,...,n；
所述承重压力检测模块,包括若干压力传感器,其均匀设置在桥梁各检测子区域对应的桥底处,用于采集桥梁各检测子区域所受到的承重压力,构成桥梁各检测子区域的承重压力值集合F压(f压1,f压2,...,f压m,...,f压n),f压m表示为桥梁第m个子区域所受到的承重压力值,并将获得的桥梁各检测子区域的承重压力值集合发送至数据预处理模块；
所述风速风向检测模块,包括若干风速风向测定仪,用于采集桥梁各检测子区域的风速及风向角度,并将采集到的桥梁各检测子区域的风速及风向角度发送至数据预处理模块；
所述变形位移检测模块,包括若干静力水准仪,用于采集桥梁各检测子区域内出现的若干变形点的纵向变形位移量，变形位移检测步骤如下：
S1：分别统计桥梁各检测子区域内出现的变形点数，并检测各子区域内出现的变形点对应的纵向变形位移量，构成桥梁各检测子区域的变形点纵向变形位移量集合Am(am1,am2,...,amj,...,amk),amj表示为桥梁第m个子区域内第j个变形点的纵向变形位移量；
S2：对桥梁各检测子区域内出现的若干变形点对应的纵向变形位移量进行累加，得到桥梁各检测子区域内出现的若干变形点的纵向变形位移和；
S3：将桥梁各检测子区域内出现的若干变形点的纵向变形位移和,构成桥梁各检测子区域的纵向变形位移和集合H(h1,h2,...,hm,...,hn),hm表示为桥梁第m个子区域的纵向变形位移和，并将获得的桥梁各检测子区域的纵向变形位移和集合发送至建模分析模块；
所述裂缝检测模块,包括若干裂缝计,用于采集桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝的对应宽度,裂缝检测步骤如下：
T1:分别统计桥梁各检测子区域内出现的裂缝条数，并检测各子区域内出现的裂缝对应的宽度，构成桥梁各检测子区域的裂缝宽度集合Bm(bm1,bm2,...,bmp,...,bmq)，bmp表示为桥梁第m个子区域内第p条裂缝的宽度；
T2：对桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝对应的宽度进行累加，得到桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝的宽度和；
T3：将桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝的宽度和,构成桥梁各检测子区域的裂缝宽度和集合L(l1,l2,...,lm,...,ln),lm表示为桥梁第m个子区域内出现的若干条裂缝的宽度和，并将获得的桥梁各检测子区域的裂缝宽度和集合发送至建模分析模块；
所述环境参数检测模块,包括若干温湿度传感器,用于采集桥梁各检测子区域内的温度和湿度,构成桥梁各检测子区域的环境参数集合Qw(qw1,qw2,...,qwm,...,qwn),qwm表示为桥梁第m个检测子区域的第w个环境参数,w表示为环境参数,w＝p1,p2,p1,p2表示为温度和湿度,并将桥梁各检测子区域内的环境参数集合发送至数据预处理模块；
所述索力检测模块,包括若干磁通量传感器,其设置在桥梁各检测子区域对应的吊索上,用于采集桥梁各检测子区域对应的吊索索力,构成桥梁各检测子区域的吊索索力值集合F索(f索1,f索2,...,f索m,...,f索n),f索m表示为桥梁第m个子区域吊索的索力值,并将采集到的桥梁各检测子区域的吊索索力值集合发送至数据预处理模块；
所述数据库用于存储桥梁承重压力安全阈值、桥梁承受风力安全阈值、吊索索力安全阈值、各季节对应的桥梁标准温湿度,存储各级别桥梁对应的桥梁安全系数范围，存储桥梁各检测子区域的面积，并存储桥梁所在区域的空气密度；
所述数据预处理模块接收承重压力检测模块发送的桥梁各检测子区域的承重压力值集合,并将桥梁各检测子区域的承重压力值与数据库中存储的桥梁承重压力安全阈值作对比,获得桥梁各检测子区域的承重压力对比值集合ΔF压(Δf压1,Δf压2,...,Δf压m,...,Δf压n),Δf压m表示为桥梁第m个子区域所受到的承重压力与桥梁承重压力安全阈值的对比值,并将桥梁各检测子区域的承重压力对比值集合分别发送至建模分析模块和显示终端；
数据预处理模块接收风速风向检测模块发送的桥梁各检测子区域的风速及风向角度,并提取数据库中各检测子区域的面积和桥梁所在区域的空气密度，根据计算公式计算统计出桥梁各检测子区域所受到的纵向风力值,获得桥梁各检测子区域的纵向风力值集合F风(f风1,f风2,...,f风m,...,f风n),f风m表示为桥梁第m个子区域所受到的纵向风力值,并将桥梁各检测子区域所受到的纵向风力值与数据库中存储的桥梁承受风力安全阈值作对比,获得桥梁各检测子区域的纵向风力对比值集合ΔF风(Δf风1,Δf风2,...,Δf风m,...,Δf风n),Δf风m表示为桥梁第m个子区域所受到的纵向风力与桥梁承受风力安全阈值的对比值,并将获得的桥梁各检测子区域的纵向风力对比值集合分别发送至建模分析模块和显示终端；
数据预处理模块接收索力检测模块发送的桥梁各检测子区域对应的吊索索力值集合,并将桥梁各检测子区域对应的吊索的索力值与数据库中存储的桥梁吊索索力安全阈值作对比,获得桥梁各检测子区域对应的吊索的索力对比值集合ΔF索(Δf索1,Δf索2,...,Δf索m,...,Δf索n),Δf索m表示为桥梁第m个子区域对应的吊索索力与桥梁吊索索力安全阈值的对比值,并将获得的桥梁各检测子区域对应的吊索索力对比值集合分别发送至建模分析模块和显示终端；
数据预处理模块接收环境参数检测模块发送的桥梁各检测子区域的环境参数集合,并将桥梁各检测子区域的环境参数与数据库中存储的当前季节设定的桥梁标准温湿度作对比,获得桥梁各检测子区域的环境参数对比值集合ΔQw(Δqw1,Δqw2,...,Δqwm,...,Δqwn),Δqwm表示为桥梁第m个检测子区域的第w个环境参数与当前季节设定的桥梁标准温湿度对比值,并将获得的桥梁各检测子区域的环境参数对比集合分别发送至建模分析模块和显示终端；
所述建模分析模块接收数据预处理模块发送的桥梁各检测子区域的承重压力对比值集合、风力对比值集合、索力对比值集合和环境参数对比值集合,接收变形位移检测模块发来的桥梁各检测子区域的纵向变形位移和集合,接收裂缝检测模块发来的桥梁各检测子区域的裂缝宽度和集合,用来统计桥梁各检测子区域的桥梁安全系数U,并将桥梁各检测子区域的桥梁安全系数、纵向变形位移和集合和裂缝宽度和集合分别发送至显示终端，将桥梁各检测子区域的桥梁安全系数发送至管理服务器；
所述管理服务器，接收建模分析模块发送来的桥梁各检测子区域的桥梁安全系数，并提取数据库中各级别的桥梁安全系数范围，将桥梁各检测子区域的桥梁安全系数与数据库中存储的各级别的桥梁安全系数范围进行对比，若某检测子区域的桥梁安全系数小于一级桥梁对应的桥梁安全系数范围的下限数值，则管理服务器不发送安全预警指令至预警模块，若某检测子区域的桥梁安全系数在一级桥梁对应的桥梁安全系数范围内，则管理服务器发送一级安全预警指令至预警模块，并将对应的需要发送一级安全预警指令的检测子区域编号发送至显示终端，若某检测子区域的桥梁安全系数在二级桥梁对应的桥梁安全系数范围内，则管理服务器发送二级安全预警指令至预警模块，并将对应的需要发送二级安全预警指令的检测子区域编号发送至显示终端，若某检测子区域的桥梁安全系数在三级桥梁对应的桥梁安全系数范围内，则管理服务器发送三级安全预警指令至预警模块，并将对应的需要发送三级安全预警指令的检测子区域编号发送至显示终端；
所述预警模块，接收管理服务器发送的各级别安全预警指令，若没有接收到安全预警指令，则预警信号灯显示为绿色预警，若接收到一级安全预警指令，则预警信号灯显示为蓝色预警，若接收到二级安全预警指令，则预警信号灯显示为黄色预警，若接收到三级安全预警指令，则预警信号灯显示为红色预警，并且语音报警器会立即响应；
所述显示终端用来接收建模分析模块发送的桥梁各检测子区域的桥梁安全系数、纵向变形位移和集合和裂缝宽度和集合,接收数据预处理模块发送的桥梁各检测子区域的承重压力对比值集合、风力对比值集合、索力对比值集合和环境参数对比值集合，接收管理服务器发送的一级、二级和三级预警的检测子区域编号，并进行显示。
优选地，所述压力传感器、静力水准仪、磁通量传感器、温湿度传感器、风向风速测定仪和裂缝计对应的个数应与桥梁各检测子区域的个数保持一致。
进一步地，所述桥梁各检测子区域内出现的若干变形点对应的纵向变形位移量累加计算公式为
Figure BDA0002767544780000071
hm表示为桥梁第m个子区域的纵向变形位移和，amj表示为桥梁第m个子区域内第j个变形点的纵向变形位移量。
进一步地，所述桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝对应的宽度累加计算公式为
Figure BDA0002767544780000072
lm表示为桥梁第m个子区域内出现的若干条裂缝的宽度和，bmp表示为桥梁第m个子区域内第p条裂缝的宽度。
进一步地，所述桥梁各检测子区域侧面所受的纵向风力对应的计算公式
Figure BDA0002767544780000073
其中sm表示为桥梁第m个子区域的面积,r表示为桥梁所在区域的空气密度,vm表示为桥梁第m个子区域的风速,θm表示为桥梁第m个子区域内风向与桥面的夹角。
进一步地，所述桥梁安全系数计算公式为
Figure BDA0002767544780000074
其中hm表示为桥梁第m个子区域的纵向变形位移量,lm表示为桥梁第m个子区域的裂缝宽度和,Δf压m表示为桥梁第m个子区域所受到的承重压力与桥梁承重压力安全阈值的对比值,Δf索m表示为桥梁第m个子区域对应的吊索索力与桥梁吊索索力安全阈值的对比值,Δf风m表示为桥梁第m个子区域所受到纵向风力与桥梁承受风力安全阈值的对比值,Δqwm表示为桥梁第m个检测子区域的第w个环境参数与当前季节设定的桥梁标准温湿度对比值,qwm表示为桥梁第m个检测子区域的第w个环境参数。
进一步地，桥梁安全系数越大表示桥梁结构越安全,桥梁安全系数越小表示桥梁结构越危险。
有益效果：
本发明通过检测区域划分模块对桥梁整个桥面进行划分，通过各类传感器进行实时数据监测与采集，结合建模分析模块统计出桥梁各检测子区域的桥梁安全系数，实现了桥梁安全评估的量化展示，便于管理人员清楚地掌握桥梁的安全状况，且在对桥梁进行安全评估时能根据评估结果进行自动预警，以保证桥梁的使用安全，能促进桥梁安全与应急管理的的科学化，及时、有效的保障桥梁运营安全。
本发明在预警模块，对桥梁进行实时在线监测，若发现桥梁安全系数出现明显的异常变化，则立即变换预警信号灯的颜色警示管理人员，避免二次事故的发生，保证了桥梁的安全性，减少了事故的发生。
本发明在显示终端，通过直观显示分析、处理后的桥梁安全系数，方便专业技术人员直接通过显示的各种监测数据和评估结果对桥梁采取对应的措施进行维护，同时也方便了一般桥梁管理人员与政府监管部门等其他人员在不同时间、地点查阅桥梁的相关信息。
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为本发明的模块示意图。
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，一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统,包括检测区域划分模块、承重压力检测模块、风向风速检测模块、变形位移检测模块、索力检测模块、裂缝检测模块、环境检测模块、数据库、数据预处理模块、建模分析模块、预警模块、管理服务器和显示终端。
检测区域划分模块分别与承重压力检测模块、风向风速检测模块、变形位移检测模块、索力检测模块、裂缝检测模块和环境检测模块连接，数据库与数据预处理模块和管理服务器连接，建模分析模块与裂缝检测模块、变形位移检测模块、管理服务器和显示终端连接，预警模块和管理服务器连接，显示终端与数据预处理模块、管理服务器和建模分析服务器连接。
所述检测区域划分模块,用于对整个桥面进行区域划分,按照从桥头到桥尾的顺序,将整个桥面划分为若干面积相同且相互连接的检测子区域,各检测子区域与对应的一条吊索连接,若干检测子区域按照从桥头到桥尾的顺序进行编号,依次标记为1,2,...,m,...,n。
所述承重压力检测模块,包括压力传感器，其个数与桥梁各检测子区域的个数保持一致，分别设置在桥梁各检测子区域对应的桥底处,用于采集桥梁各检测子区域所受到的承重压力,构成桥梁各检测子区域的承重压力值集合F压(f压1,f压2,...,f压m,...,f压n),f压m表示为桥梁第m个子区域所受到的承重压力值,并将获得的桥梁各检测子区域的承重压力值集合发送至数据预处理模块。
所述风速风向检测模块,包括风速风向测定仪,其个数与桥梁各检测子区域的个数保持一致，用于采集桥梁各检测子区域的风速及风向角度,并将采集到的桥梁各检测子区域的风速及风向角度发送至数据预处理模块。
所述变形位移检测模块,包括静力水准仪,其个数与桥梁各检测子区域的个数保持一致，用于采集桥梁各检测子区域内出现的若干变形点的纵向变形位移量，变形位移检测步骤如下：
S1：分别统计桥梁各检测子区域内出现的变形点数，并检测各子区域内出现的变形点对应的纵向变形位移量，构成桥梁各检测子区域的变形点纵向变形位移量集合Am(am1,am2,...,amj,...,amk),amj表示为桥梁第m个子区域内第j个变形点的纵向变形位移量；
S2：对桥梁各检测子区域内出现的若干变形点对应的纵向变形位移量进行累加，计算公式为
Figure BDA0002767544780000101
得到桥梁各检测子区域内出现的若干变形点的纵向变形位移和；
S3：将桥梁各检测子区域内出现的若干变形点的纵向变形位移和,构成桥梁各检测子区域的纵向变形位移和集合H(h1,h2,...,hm,...,hn),hm表示为桥梁第m个子区域的纵向变形位移和，并将获得的桥梁各检测子区域的纵向变形位移和集合发送至建模分析模块。
所述裂缝检测模块,包括裂缝计,其个数与桥梁各检测子区域的个数保持一致，用于采集桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝的对应宽度,裂缝检测步骤如下：
T1:分别统计桥梁各检测子区域内出现的裂缝条数，并检测各子区域内出现的裂缝对应的宽度，构成桥梁各检测子区域的裂缝宽度集合Bm(bm1,bm2,...,bmp,...,bmq)，bmp表示为桥梁第m个子区域内第p条裂缝的宽度；
T2：对桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝对应的宽度进行累加，计算公式为
Figure BDA0002767544780000111
得到桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝的宽度和；
T3：将桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝的宽度和,构成桥梁各检测子区域的裂缝宽度和集合L(l1,l2,...,lm,...,ln),lm表示为桥梁第m个子区域内出现的若干条裂缝的宽度和，并将获得的桥梁各检测子区域的裂缝宽度和集合发送至建模分析模块。
所述环境参数检测模块,包括温湿度传感器,其个数与桥梁各检测子区域的个数保持一致，用于采集桥梁各检测子区域内的温度和湿度,构成桥梁各检测子区域的环境参数集合Qw(qw1,qw2,...,qwm,...,qwn),qwm表示为桥梁第m个检测子区域的第w个环境参数,w表示为环境参数,w＝p1,p2,p1,p2表示为温度和湿度,并将桥梁各检测子区域内的环境参数集合发送至数据预处理模块。
所述索力检测模块,包括磁通量传感器,其个数与桥梁各检测子区域的个数保持一致，分别设置在桥梁各检测子区域对应的吊索上,用于采集桥梁各检测子区域对应的吊索索力,构成桥梁各检测子区域的吊索索力值集合F索(f索1,f索2,...,f索m,...,f索n),f索m表示为桥梁第m个子区域吊索的索力值,并将采集到的桥梁各检测子区域的吊索索力值集合发送至数据预处理模块。
所述数据库用于存储桥梁承重压力安全阈值、桥梁承受风力安全阈值、吊索索力安全阈值、各季节对应的桥梁标准温湿度,存储各级别桥梁对应的桥梁安全系数范围，存储桥梁各检测子区域的面积，并存储桥梁所在区域的空气密度。
所述数据预处理模块接收承重压力检测模块发送的桥梁各检测子区域的承重压力值集合,并将桥梁各检测子区域的承重压力值与数据库中存储的桥梁承重压力安全阈值作对比,获得桥梁各检测子区域的承重压力对比值集合ΔF压(Δf压1,Δf压2,...,Δf压m,...,Δf压n),Δf压m表示为桥梁第m个子区域所受到的承重压力与桥梁承重压力安全阈值的对比值,并将桥梁各检测子区域的承重压力对比值集合分别发送至建模分析模块和显示终端。
数据预处理模块接收风速风向检测模块发送的桥梁各检测子区域的风速及风向角度,并提取数据库中各检测子区域的面积和桥梁所在区域的空气密度，根据计算公式计算统计出桥梁各检测子区域所受到的纵向风力值，计算公式
Figure BDA0002767544780000121
其中sm表示为桥梁第m个子区域的面积,r表示为桥梁所在区域的空气密度,vm表示为桥梁第m个子区域的风速,θm表示为桥梁第m个子区域内风向与桥面的夹角，获得桥梁各检测子区域的纵向风力值集合F风(f风1,f风2,...,f风m,...,f风n),f风m表示为桥梁第m个子区域所受到的纵向风力值,并将桥梁各检测子区域所受到的纵向风力值与数据库中存储的桥梁承受风力安全阈值作对比,获得桥梁各检测子区域的纵向风力对比值集合ΔF风(Δf风1,Δf风2,...,Δf风m,...,Δf风n),Δf风m表示为桥梁第m个子区域所受到的纵向风力与桥梁承受风力安全阈值的对比值,并将获得的桥梁各检测子区域的纵向风力对比值集合分别发送至建模分析模块和显示终端。
数据预处理模块接收索力检测模块发送的桥梁各检测子区域对应的吊索索力值集合,并将桥梁各检测子区域对应的吊索的索力值与数据库中存储的桥梁吊索索力安全阈值作对比,获得桥梁各检测子区域对应的吊索的索力对比值集合ΔF索(Δf索1,Δf索2,...,Δf索m,...,Δf索n),Δf索m表示为桥梁第m个子区域对应的吊索索力与桥梁吊索索力安全阈值的对比值,并将获得的桥梁各检测子区域对应的吊索索力对比值集合分别发送至建模分析模块和显示终端。
数据预处理模块接收环境参数检测模块发送的桥梁各检测子区域的环境参数集合,并将桥梁各检测子区域的环境参数与数据库中存储的当前季节设定的桥梁标准温湿度作对比,获得桥梁各检测子区域的环境参数对比值集合ΔQw(Δqw1,Δqw2,...,Δqwm,...,Δqwn),Δqwm表示为桥梁第m个检测子区域的第w个环境参数与当前季节设定的桥梁标准温湿度对比值,并将获得的桥梁各检测子区域的环境参数对比集合分别发送至建模分析模块和显示终端。
所述建模分析模块接收数据预处理模块发送的桥梁各检测子区域的承重压力对比值集合、风力对比值集合、索力对比值集合和环境参数对比值集合,接收变形位移检测模块发来的桥梁各检测子区域的纵向变形位移和集合,接收裂缝检测模块发来的桥梁各检测子区域的裂缝宽度和集合,用来统计桥梁各检测子区域的桥梁安全系数U,其计算公式为
Figure BDA0002767544780000131
其中hm表示为桥梁第m个子区域的纵向变形位移量,lm表示为桥梁第m个子区域的裂缝宽度和,Δf压m表示为桥梁第m个子区域所受到的承重压力与桥梁承重压力安全阈值的对比值,Δf索m表示为桥梁第m个子区域对应的吊索索力与桥梁吊索索力安全阈值的对比值,Δf风m表示为桥梁第m个子区域所受到纵向风力与桥梁承受风力安全阈值的对比值,Δqwm表示为桥梁第m个检测子区域的第w个环境参数与当前季节设定的桥梁标准温湿度对比值,qwm表示为桥梁第m个检测子区域的第w个环境参数，桥梁安全系数越大表示桥梁结构越安全,桥梁安全系数越小表示桥梁结构越危险，并将桥梁各检测子区域的桥梁安全系数、纵向变形位移和集合和裂缝宽度和集合分别发送至管理服务器和显示终端。
所述管理服务器，接收建模分析模块发送来的桥梁各检测子区域的桥梁安全系数，并提取数据库中各级别的桥梁安全系数范围，将桥梁各检测子区域的桥梁安全系数与数据库中存储的各级别的桥梁安全系数范围进行对比，若某检测子区域的桥梁安全系数小于一级桥梁对应的桥梁安全系数范围的下限数值，则管理服务器不发送安全预警指令至预警模块，若某检测子区域的桥梁安全系数在一级桥梁对应的桥梁安全系数范围内，则管理服务器发送一级安全预警指令至预警模块，并将对应的需要发送一级安全预警指令的检测子区域编号发送至显示终端，若某检测子区域的桥梁安全系数在二级桥梁对应的桥梁安全系数范围内，则管理服务器发送二级安全预警指令至预警模块，并将对应的需要发送二级安全预警指令的检测子区域编号发送至显示终端，若某检测子区域的桥梁安全系数在三级桥梁对应的桥梁安全系数范围内，则管理服务器发送三级安全预警指令至预警模块，并将对应的需要发送三级安全预警指令的检测子区域编号发送至显示终端。
所述预警模块，接收管理服务器发送的各级别安全预警指令，若没有接收到安全预警指令，则预警信号灯显示为绿色预警，说明此时桥梁检测子区域处于稳定且安全的状态,管理人员可进行日常巡视管理，若接收到一级安全预警指令，则预警信号灯显示为蓝色预警，管理人员会密切关注该桥梁子区域的变化情况，若接收到二级安全预警指令，则预警信号灯显示为黄色预警，管理人员会到对应的桥梁监测子区域检查情况并进行处理,若接收到三级安全预警指令，则预警信号灯显示为红色预警，并且语音报警器会立即响应，管理人员会采取立刻封锁交通的措施,对该桥梁检测子区域进行紧急检修。
本实施例对桥梁进行实时在线监测，若发现桥梁安全系数出现明显的异常变化，则立即变换预警信号灯的颜色警示管理人员，避免二次事故的发生，保证了桥梁的安全性，减少了事故的发生。
所述显示终端用来接收建模分析模块发送的桥梁各检测子区域的桥梁安全系数、纵向变形位移和集合和裂缝宽度和集合,接收数据预处理模块发送的桥梁各检测子区域的承重压力对比值集合、风力对比值集合、索力对比值集合和环境参数对比值集合，接收管理服务器发送的一级、二级和三级预警的检测子区域编号，并进行显示。
本实施例通过显示分析、处理后的桥梁安全系数，十分直观，方便专业技术人员直接通过显示的各种监测数据和评估结果对桥梁采取对应的措施进行维护，同时也方便了一般桥梁管理人员与政府监管部门等其他人员在不同时间、地点查阅桥梁的相关信息。
本发明通过区域划分模块对桥梁整个桥面进行划分，通过各类传感器进行实时数据监测与采集，结合建模分析模块统计出桥梁各检测子区域的桥梁安全系数，实现了桥梁安全评估的量化展示，便于管理人员清楚地掌握桥梁的安全状况，且在对桥梁进行安全评估时能根据评估结果进行自动预警，以保证桥梁的使用安全，能促进桥梁安全与应急管理的的科学化，及时、有效的保障桥梁运营安全。
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 (7)

1.一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统,其特征在于：包括检测区域划分模块、承重压力检测模块、风向风速检测模块、变形位移检测模块、索力检测模块、裂缝检测模块、环境检测模块、数据库、数据预处理模块、建模分析模块、管理服务器、预警模块和显示终端；
检测区域划分模块分别与承重压力检测模块、风向风速检测模块、变形位移检测模块、索力检测模块、裂缝检测模块和环境检测模块连接，数据库与数据预处理模块和管理服务器连接，建模分析模块与裂缝检测模块、变形位移检测模块、管理服务器和显示终端连接，预警模块和管理服务器连接，显示终端与数据预处理模块、管理服务器和建模分析服务器连接；
所述检测区域划分模块,用于对整个桥面进行区域划分,按照从桥头到桥尾的顺序,将整个桥面划分为若干面积相同且相互连接的检测子区域,各检测子区域与对应的一条吊索连接,若干检测子区域按照从桥头到桥尾的顺序进行编号,依次标记为1,2,...,m,...,n；
所述承重压力检测模块,包括若干压力传感器,分别设置在桥梁各检测子区域对应的桥底处,用于采集桥梁各检测子区域所受到的承重压力,构成桥梁各检测子区域的承重压力值集合F压(f压1,f压2,...,f压m,...,f压n),f压m表示为桥梁第m个子区域所受到的承重压力值,并将获得的桥梁各检测子区域的承重压力值集合发送至数据预处理模块；
所述风速风向检测模块,包括若干风速风向测定仪,用于采集桥梁各检测子区域的风速及风向角度,并将采集到的桥梁各检测子区域的风速及风向角度发送至数据预处理模块；
所述变形位移检测模块,包括若干静力水准仪,用于采集桥梁各检测子区域内出现的若干变形点的纵向变形位移量，变形位移检测步骤如下：
S1：分别统计桥梁各检测子区域内出现的变形点数，并检测各子区域内出现的变形点对应的纵向变形位移量，构成桥梁各检测子区域的变形点纵向变形位移量集合Am(am1,am2,...,amj,...,amk),amj表示为桥梁第m个子区域内第j个变形点的纵向变形位移量；
S2：对桥梁各检测子区域内出现的若干变形点对应的纵向变形位移量进行累加，得到桥梁各检测子区域内出现的若干变形点的纵向变形位移和；
S3：将桥梁各检测子区域内出现的若干变形点的纵向变形位移和,构成桥梁各检测子区域的纵向变形位移和集合H(h1,h2,...,hm,...,hn),hm表示为桥梁第m个子区域的纵向变形位移和，并将获得的桥梁各检测子区域的纵向变形位移和集合发送至建模分析模块；
所述裂缝检测模块,包括若干裂缝计,用于采集桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝的对应宽度,裂缝检测步骤如下：
T1:分别统计桥梁各检测子区域内出现的裂缝条数，并检测各子区域内出现的裂缝对应的宽度，构成桥梁各检测子区域的裂缝宽度集合Bm(bm1,bm2,...,bmp,...,bmq)，bmp表示为桥梁第m个子区域内第p条裂缝的宽度；
T2：对桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝对应的宽度进行累加，得到桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝的宽度和；
T3：将桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝的宽度和,构成桥梁各检测子区域的裂缝宽度和集合L(l1,l2,...,lm,...,ln),lm表示为桥梁第m个子区域内出现的若干条裂缝的宽度和，并将获得的桥梁各检测子区域的裂缝宽度和集合发送至建模分析模块；
所述环境参数检测模块,包括若干温湿度传感器,用于采集桥梁各检测子区域内的温度和湿度,构成桥梁各检测子区域的环境参数集合Qw(qw1,qw2,...,qwm,...,qwn),qwm表示为桥梁第m个检测子区域的第w个环境参数,w表示为环境参数,w＝p1,p2,p1,p2表示为温度和湿度,并将桥梁各检测子区域内的环境参数集合发送至数据预处理模块；
所述索力检测模块,包括若干磁通量传感器,分别设置在桥梁各检测子区域对应的吊索上,用于采集桥梁各检测子区域对应的吊索索力,构成桥梁各检测子区域的吊索索力值集合F索(f索1,f索2,...,f索m,...,f索n),f索m表示为桥梁第m个子区域吊索的索力值,并将采集到的桥梁各检测子区域的吊索索力值集合发送至数据预处理模块；
所述数据库用于存储桥梁承重压力安全阈值、桥梁承受风力安全阈值、吊索索力安全阈值、各季节对应的桥梁标准温湿度,存储各级别桥梁对应的桥梁安全系数范围，存储桥梁各检测子区域的面积，并存储桥梁所在区域的空气密度；
所述数据预处理模块接收承重压力检测模块发送的桥梁各检测子区域的承重压力值集合,并将桥梁各检测子区域的承重压力值与数据库中存储的桥梁承重压力安全阈值作对比,获得桥梁各检测子区域的承重压力对比值集合ΔF压(Δf压1,Δf压2,...,Δf压m,...,Δf压n),Δf压m表示为桥梁第m个子区域所受到的承重压力与桥梁承重压力安全阈值的对比值,并将桥梁各检测子区域的承重压力对比值集合分别发送至建模分析模块和显示终端；
数据预处理模块接收风速风向检测模块发送的桥梁各检测子区域的风速及风向角度,并提取数据库中各检测子区域的面积和桥梁所在区域的空气密度，根据计算公式计算统计出桥梁各检测子区域所受到的纵向风力值,获得桥梁各检测子区域的纵向风力值集合F风(f风1,f风2,...,f风m,…,f风n),f风m表示为桥梁第m个子区域所受到的纵向风力值,并将桥梁各检测子区域所受到的纵向风力值与数据库中存储的桥梁承受风力安全阈值作对比,获得桥梁各检测子区域的纵向风力对比值集合ΔF风(Δf风1,Δf风2,...,Δf风m,...,Δf风n),Δf风m表示为桥梁第m个子区域所受到的纵向风力与桥梁承受风力安全阈值的对比值,并将获得的桥梁各检测子区域的纵向风力对比值集合分别发送至建模分析模块和显示终端；
数据预处理模块接收索力检测模块发送的桥梁各检测子区域对应的吊索索力值集合,并将桥梁各检测子区域对应的吊索索力值与数据库中存储的桥梁吊索索力安全阈值作对比,获得桥梁各检测子区域对应的吊索的索力对比值集合ΔF索(Δf索1,Δf索2,...,Δf索m,...,Δf索n),Δf索m表示为桥梁第m个子区域对应的吊索索力与桥梁吊索索力安全阈值的对比值,并将获得的桥梁各检测子区域对应的吊索索力对比值集合分别发送至建模分析模块和显示终端；
数据预处理模块接收环境参数检测模块发送的桥梁各检测子区域的环境参数集合,并将桥梁各检测子区域的环境参数与数据库中存储的当前季节设定的桥梁标准温湿度作对比,获得桥梁各检测子区域的环境参数对比值集合ΔQw(Δqw1,Δqw2,...,Δqwm,...,Δqwn),Δqwm表示为桥梁第m个检测子区域的第w个环境参数与当前季节设定的桥梁标准温湿度对比值,并将获得的桥梁各检测子区域的环境参数对比集合分别发送至建模分析模块和显示终端；
所述建模分析模块接收数据预处理模块发送的桥梁各检测子区域的承重压力对比值集合、风力对比值集合、索力对比值集合和环境参数对比值集合,接收变形位移检测模块发来的桥梁各检测子区域的纵向变形位移和集合,接收裂缝检测模块发来的桥梁各检测子区域的裂缝宽度和集合,用来统计桥梁各检测子区域的桥梁安全系数U,并将桥梁各检测子区域的桥梁安全系数、纵向变形位移和集合和裂缝宽度和集合发送至显示终端，将桥梁各监测子区域的桥梁安全系数发送至管理服务器；
所述管理服务器，接收建模分析模块发送来的桥梁各检测子区域的桥梁安全系数，并提取数据库中各级别的桥梁安全系数范围，将桥梁各检测子区域的桥梁安全系数与数据库中存储的各级别的桥梁安全系数范围进行对比，若某检测子区域的桥梁安全系数小于一级桥梁对应的桥梁安全系数范围的下限数值，则管理服务器不发送安全预警指令至预警模块，若某检测子区域的桥梁安全系数在一级桥梁对应的桥梁安全系数范围内，则管理服务器发送一级安全预警指令至预警模块，并将对应的需要发送一级安全预警指令的检测子区域编号发送至显示终端，若某检测子区域的桥梁安全系数在二级桥梁对应的桥梁安全系数范围内，则管理服务器发送二级安全预警指令至预警模块，并将对应的需要发送二级安全预警指令的检测子区域编号发送至显示终端，若某检测子区域的桥梁安全系数在三级桥梁对应的桥梁安全系数范围内，则管理服务器发送三级安全预警指令至预警模块，并将对应的需要发送三级安全预警指令的检测子区域编号发送至显示终端；
所述预警模块，接收管理服务器发送的各级别安全预警指令，若没有接收到安全预警指令，则预警信号灯显示为绿色，若接收到一级安全预警指令，则预警信号灯显示为蓝色预警，若接收到二级安全预警指令，则预警信号灯显示为黄色预警，若接收到三级安全预警指令，则预警信号灯显示为红色预警，并且语音报警器会立即响应；
所述显示终端用来接收建模分析模块发送的桥梁各检测子区域的桥梁安全系数、纵向变形位移和集合和裂缝宽度和集合，接收数据预处理模块发送的桥梁各检测子区域的承重压力对比值集合、风力对比值集合、索力对比值集合和环境参数对比值集合,接收管理服务器发送的一级、二级和三级预警的检测子区域编号，并进行显示。
2.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统,其特征在于：所述压力传感器、静力水准仪、磁通量传感器、温湿度传感器、风向风速测定仪和裂缝计对应的个数应与桥梁各检测子区域的个数保持一致。
3.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统,其特征在于：所述桥梁各检测子区域内出现的若干变形点对应的纵向变形位移量累加计算公式为
Figure FDA0002767544770000061
hm表示为桥梁第m个子区域的纵向变形位移和，amj表示为桥梁第m个子区域内第j个变形点的纵向变形位移量。
4.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统,其特征在于：所述桥梁各检测子区域内出现的若干条裂缝对应的宽度累加计算公式为
Figure FDA0002767544770000062
lm表示为桥梁第m个子区域内出现的若干条裂缝的宽度和，bmp表示为桥梁第m个子区域内第p条裂缝的宽度。
5.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统,其特征在于：所述桥梁各检测子区域侧面所受的纵向风力对应的计算公式
Figure FDA0002767544770000063
其中sm表示为桥梁第m个子区域的面积,r表示为桥梁所在区域的空气密度,vm表示为桥梁第m个子区域的风速,θm表示为桥梁第m个子区域内风向与桥面的夹角。
6.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统,其特征在于：所述桥梁安全系数计算公式为
Figure FDA0002767544770000064
其中hm表示为桥梁第m个子区域的纵向变形位移量,lm表示为桥梁第m个子区域的裂缝宽度和,Δf压m表示为桥梁第m个子区域所受到的承重压力与桥梁承重压力安全阈值的对比值,Δf索m表示为桥梁第m个子区域对应的吊索索力与桥梁吊索索力安全阈值的对比值,Δf风m表示为桥梁第m个子区域所受到纵向风力与桥梁承受风力安全阈值的对比值,Δqwm表示为桥梁第m个检测子区域的第w个环境参数与当前季节设定的桥梁标准温湿度对比值,qwm表示为桥梁第m个检测子区域的第w个环境参数。
7.根据权利要求1所述的一种基于大数据分析的桥梁智能在线监测预警系统,其特征在于：桥梁安全系数越大表示桥梁结构越安全,桥梁安全系数越小表示桥梁结构越危险。
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