CN112651066A - 基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统及评价方法 - Google Patents

基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统及评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统及评价方法，涉及桥梁监测领域。该基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统，包括信息收集模块，所述信息收集模块用于收集桥梁上的各种信息；信息处理模块，所述信息处理模块对所述信息收集模块收集的信息预先处理；信息传送模块，所述信息传送模块对所述信息处理模块处理的信息和所述信息收集模块收集的信息进行发送；信息接收模块，所述信息接收模块将所述信息传送模块接收；终端，所述终端根据传递的信息评价，确定桥梁的健康情况。通过信息处理模块和终端设置，可以在两处均存储数据，提高数据的安全，以及信息处理模块预先处理可以减少终端的运算量，同时该系统实时监测桥梁的健康情况。

Description

基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统及评价方法
技术领域
本发明涉及桥梁监测技术领域，具体为基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统及评价方法。
背景技术
桥梁健康监测的基本内涵即是通过对桥梁结构状况的监控与评估，为桥梁在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况异常严重时发出预警信号，为桥梁的维护维修和管理决策提供依据与指导。然而，桥梁结构健康监测不仅是为了结构状态监控和评估，其信息反馈于结构设计的更深远的意义在于，结构设计方法与相应的规范标准等可能得到改进。再有就是桥梁健康监测带来的不仅仅是监测系统和对某特定桥梁设计的反思，还可能并应该成为桥梁研究的“现场实验室”。桥梁健康监测为桥梁工程中的未知问题和超大跨度桥梁的研究提供了新的契机。由运营中的桥梁结构与其环境所获得的信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，还可以提供有关结构行为和环境规律的最真实是信息。
现有的桥梁的运维，一：是数据的存储位置单一，因意外事故导致数据损失的风险大；二：只有实时监控现有的桥梁的状态，不能对桥梁未来情况分析。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统及评价方法，解决了数据存储的安全性以及桥梁检修时间和检修效果不确定的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统，包括信息收集模块，所述信息收集模块用于收集桥梁上的各种信息；信息处理模块，所述信息处理模块对所述信息收集模块收集的信息预先处理；信息传送模块，所述信息传送模块对所述信息处理模块处理的信息和所述信息收集模块收集的信息进行发送；信息接收模块，所述信息接收模块将所述信息传送模块接收；终端，所述终端根据传递的信息评价，确定桥梁的健康情况。
优选的，所述信息收集模块和信息处理模块、信息处理模块和信息传送模块、信息接收模块和终端通过线缆的方式，即物理连接的方式连接；所述信息传送模块和信息接收模块通过GSM无线传输。
优选的，所述信息收集模块包括钢应变仪，所述钢应变仪用于监测桥梁钢结构的应力的变化；索力仪，所述索力仪用于监测缆索的应力变化；倾斜仪，所述倾斜仪用于监测桥梁在风力和交通工具通过下的倾斜度的变化；风速风向仪，所述风速风向仪用于监测经过桥梁时的风向风力；钢温度仪，所述钢温度仪监测桥梁结构中的钢的温度；地磅装置，所述地磅装置用于监测交通工具的质量；摄像头，所述摄像头用于监控桥梁以及测量交通工具的速度；GPS定位仪，所述GPS定位仪用于提供桥梁的位置信息；数模转换，所述数模转换用于将模拟量转换成数字信息。
优选的，所述信息处理模块包括数据分析模块一，所述数据分析模块一用于处理信息收集模块收集的信息；所述异常信息模块，所述异常信息模块用于将异常的数据标记并传送；桥梁原始记录模块，所述桥梁原始记录模块用于存储桥梁施工结束后的数据且为只读状态；桥梁记录模块，所述桥梁记录模块用于读取和记录信息。
优选的，所述终端包括数据分析模块二，所述数据分析模块二用于桥梁的信息汇总；桥梁评价模块，所述桥梁评价模块根据所述数据分析模块二分析的数据判断桥梁的健康情况；数据存储模块，所述数据存储模块用于将汇总的信息存储；推送模块，所述推送模块用于将处理的信息通过GMS、互联网方式发送至移动端，所述移动端可通过移动设备对桥梁实时监控。
优选的，基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统的评价方法，包括：
a.数据处理：
在信息处理模块中设置有桥梁原始记录模块，以Xi(i＝1，2，…，n)表示各种数据，并对各种数据加权处理，实时监测的数据有X变i，并判断
Xi(1-α)≤X变i≤Xi(1+α)
α为加权数，根据各种数据的不同，(5％≤α≤20％)，若实时监测的数据不满足上式要求，则通过异常信息模块优先发送至终端，由终端的维护人员分析处理，并发送至移动端，对桥梁进行针对性的维护维修。
b.评价处理：
终端中的桥梁评价模块采用多元线性回归模型对桥梁的健康进行评价。多元线性回归模型是用两个或两个以上的自变量来表示因变量的一种模型。
Y＝β1X1+β2X2+…+βiXi+μi，(i＝1，2，…，n)
上式为多元线性回归模型，式中Y为因变量，X为自变量，μ为随机扰动项参数，β为回归系数。
对桥梁原始数据进行计算，得Y原始，并对Y原始加权处理，同时，实时监测的数据定时计算一次，得Y变，
Y原始(1-γ)≤Y变≤Y原始(1+γ)
γ为加权数，根据实际情况其变化的区间在5～15％选取，若上式不满足要求，则桥梁健康存在问题，通过对a中的数据处理中波动最大的类型的数据筛选以及维护人员综合分析，确定桥梁的健康问题，并发送至移动端，对桥梁进行检测，确定后针对性的维护维修，通过对Y变统计分析，预估桥梁的健康问题变化的趋势。
(三)有益效果
本发明提供了基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统及评价方法。具备以下有益效果：
1、本发明，通过信息处理模块和终端设置，可以在两处均存储数据，提高数据的安全。
2、本发明，信息处理模块预先处理可以减少终端的运算量，同时异常信息处理模块发现信息优先将异常信息发送至终端处理，缩短整个系统的响应时间，提高数据处理的速度。
3、本发明，通过桥梁评价模块，可对桥梁实时监控的同时，还可以将预测桥梁的健康状况，便于维护维修，提高桥梁的运营寿命和安全。
附图说明
图1为本发明的整体结构框图；
图2为本发明的信息收集模块结构框图；
图3为本发明的信息处理模块结构框图；
图4为本发明的终端结构框图。
其中，1、信息收集模块；11、钢应变仪；12、索力仪；13、倾斜仪；14、风速风向仪；15、钢温度仪；16、地磅装置；17、摄像头；18、GPS定位仪；19、数模转换；2、信息处理模块；21、数据分析模块一；22、异常信息；23、桥梁原始记录模块；24、桥梁记录；3、信息传送模块；4、信息接收模块；5、终端；51、桥梁评价模块；52、数据分析模块二；53、推送模块；54、数据存储模块；6、移动端。
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。
实施例一：
如图1-4所示，本发明实施例提供基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统，包括信息收集模块1，信息收集模块1用于收集桥梁上的各种信息；信息处理模块2，信息处理模块2对信息收集模块1收集的信息预先处理；信息传送模块3，信息传送模块3对信息处理模块2处理的信息和信息收集模块1收集的信息进行发送；信息接收模块4，信息接收模块4将信息传送模块3接收；终端5，终端5根据传递的信息评价，确定桥梁的健康情况。
信息收集模块1和信息处理模块2、信息处理模块2和信息传送模块3、信息接收模块4和终端5通过线缆的方式，即物理连接的方式连接；信息传送模块3和信息接收模块4通过GSM无线传输。
信息收集模块1包括钢应变仪11，钢应变仪11用于监测桥梁钢结构的应力的变化；索力仪12，索力仪12用于监测缆索的应力变化；倾斜仪13，倾斜仪13用于监测桥梁在风力和交通工具通过下的倾斜度的变化；风速风向仪14，风速风向仪14用于监测经过桥梁时的风向风力；钢温度仪15，钢温度仪15监测桥梁结构中的钢的温度；地磅装置16，地磅装置16用于监测交通工具的质量；摄像头17，摄像头17用于监控桥梁以及测量交通工具的速度；GPS定位仪18，GPS定位仪18用于提供桥梁的位置信息；数模转换19，数模转换19用于将模拟量转换成数字信息。
信息处理模块2包括数据分析模块一21，数据分析模块一21用于处理信息收集模块1收集的信息；异常信息模块22，异常信息模块22用于将异常的数据标记并传送；桥梁原始记录模块23，桥梁原始记录模块23用于存储桥梁施工结束后的数据且为只读状态；桥梁记录模块24，桥梁记录模块24用于读取和记录信息。
终端5包括数据分析模块二52，数据分析模块二52用于桥梁的信息汇总；桥梁评价模块51，桥梁评价模块51根据数据分析模块二52分析的数据判断桥梁的健康情况；数据存储模块54，数据存储模块54用于将汇总的信息存储；推送模块53，推送模块53用于将处理的信息通过GMS、互联网方式发送至移动端6，移动端6可通过移动设备对桥梁实时监控。
实施例二：
基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统的评价方法，包括：
a.数据处理：
在信息处理模块2中设置有桥梁原始记录模块23，以Xi(i＝1，2，…，n)表示各种数据，并对各种数据加权处理，实时监测的数据有X变i，并判断
Xi(1-α)≤X变i≤Xi(1+α)
α为加权数，根据各种数据的不同，(5％≤α≤20％)，若实时监测的数据不满足上式要求，则通过异常信息模块22优先发送至终端5，由终端5的维护人员分析处理，并发送至移动端6，对桥梁进行针对性的维护维修。
b.评价处理：
终端5中的桥梁评价模块51采用多元线性回归模型对桥梁的健康进行评价。多元线性回归模型是用两个或两个以上的自变量来表示因变量的一种模型。
Y＝β1X1+β2X2+…+βiXi+μi，(i＝1，2，…，n)
上式为多元线性回归模型，式中Y为因变量，X为自变量，μ为随机扰动项参数，β为回归系数。
对桥梁原始数据进行计算，得Y原始，并对Y原始加权处理，同时，实时监测的数据并定时计算一次，得Y变，
Y原始(1-γ)≤Y变≤Y原始(1+γ)
γ为加权数，根据实际情况其变化的区间在5～15％选取，若上式不满足要求，则桥梁健康存在问题，通过对a中的数据处理中波动最大的类型的数据筛选以及维护人员综合分析，确定桥梁的健康问题，并发送至移动端6，对桥梁进行检测，确定后针对性的维护维修，通过对Y变统计分析，预估桥梁的健康问题变化的趋势。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统，其特征在于：包括信息收集模块(1)，所述信息收集模块(1)用于收集桥梁上的各种信息；信息处理模块(2)，所述信息处理模块(2)对所述信息收集模块(1)收集的信息预先处理；信息传送模块(3)，所述信息传送模块(3)对所述信息处理模块(2)处理的信息和所述信息收集模块(1)收集的信息进行发送；信息接收模块(4)，所述信息接收模块(4)将所述信息传送模块(3)接收；终端(5)，所述终端(5)根据传递的信息评价，确定桥梁的健康情况。
2.根据权利要求1所述的基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统，其特征在于：所述信息收集模块(1)和信息处理模块(2)、信息处理模块(2)和信息传送模块(3)、信息接收模块(4)和终端(5)通过线缆的方式，即物理连接的方式连接；所述信息传送模块(3)和信息接收模块(4)通过GSM无线传输。
3.根据权利要求1所述的基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统，其特征在于：所述信息收集模块(1)包括钢应变仪(11)，所述钢应变仪(11)用于监测桥梁钢结构的应力的变化；索力仪(12)，所述索力仪(12)用于监测缆索的应力变化；倾斜仪(13)，所述倾斜仪(13)用于监测桥梁在风力和交通工具通过下的倾斜度的变化；风速风向仪(14)，所述风速风向仪(14)用于监测经过桥梁时的风向风力；钢温度仪(15)，所述钢温度仪(15)监测桥梁结构中的钢的温度；地磅装置(16)，所述地磅装置(16)用于监测交通工具的质量；摄像头(17)，所述摄像头(17)用于监控桥梁以及测量交通工具的速度；GPS定位仪(18)，所述GPS定位仪(18)用于提供桥梁的位置信息；数模转换(19)，所述数模转换(19)用于将模拟量转换成数字信息。
4.根据权利要求1所述的基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统，其特征在于：所述信息处理模块(2)包括数据分析模块一(21)，所述数据分析模块一(21)用于处理信息收集模块(1)收集的信息；所述异常信息模块(22)，所述异常信息模块(22)用于将异常的数据标记并传送；桥梁原始记录模块(23)，所述桥梁原始记录模块(23)用于存储桥梁施工结束后的数据且为只读状态；桥梁记录模块(24)，所述桥梁记录模块(24)用于读取和记录信息。
5.根据权利要求1或4所述的基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统，其特征在于：所述终端(5)包括数据分析模块二(52)，所述数据分析模块二(52)用于桥梁的信息汇总；桥梁评价模块(51)，所述桥梁评价模块(51)根据所述数据分析模块二(52)分析的数据判断桥梁的健康情况；数据存储模块(54)，所述数据存储模块(54)用于将汇总的信息存储；推送模块(53)，所述推送模块(53)用于将处理的信息通过GMS、互联网方式发送至移动端(6)，所述移动端(6)可通过移动设备对桥梁实时监控。
6.基于多元线性回归的桥梁健康监测智能评价系统的评价方法，包括：
a.数据处理：
在信息处理模块(2)中设置有桥梁原始记录模块(23)，以Xi(i＝1，2，…，n)表示各种数据，并对各种数据加权处理，实时监测的数据有X变i，并判断
Xi(1-α)≤X变i≤Xi(1+α)
α为加权数，根据各种数据的不同，(5％≤α≤20％)，若实时监测的数据不满足上式要求，则通过异常信息模块(22)优先发送至终端(5)，由终端(5)的维护人员分析处理，并发送至移动端(6)，对桥梁进行针对性的维护维修。
b.评价处理：
终端(5)中的桥梁评价模块(51)采用多元线性回归模型对桥梁的健康进行评价，多元线性回归模型是用两个或两个以上的自变量来表示因变量的一种模型。
Y＝β1X1+β2X2+…+βiXi+μi，(i＝1，2，…，n)
上式为多元线性回归模型，式中Y为因变量，X为自变量，μ为随机扰动项参数，β为回归系数。
对桥梁原始数据进行计算，得Y原始，并对Y原始加权处理，同时，实时监测的数据定时计算一次，得Y变，
Y原始(1-γ)≤Y变≤Y原始(1+γ)
γ为加权数，根据实际情况其变化的区间在5～15％选取，若上式不满足要求，则桥梁健康存在问题，通过对a中的数据处理中波动最大的类型的数据筛选以及维护人员综合分析，确定桥梁的健康问题，并发送至移动端(6)，对桥梁进行检测，确定后针对性的维护维修，通过对Y变统计分析，预估桥梁的健康问题变化的趋势。
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