CN113030240A - 一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法及相关设备 - Google Patents

一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法及相关设备 Download PDF

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CN113030240A CN202110563328.4A CN202110563328A CN113030240A CN 113030240 A CN113030240 A CN 113030240A CN 202110563328 A CN202110563328 A CN 202110563328A CN 113030240 A CN113030240 A CN 113030240A
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Abstract

本申请公开一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法及相关设备，方法包括：利用磁场传感器，测量斜拉桥拉索的磁感应强度梯度数据；判断斜拉桥拉索是否存在索力损伤，确定索力损伤位置；利用北斗卫星，获取斜拉桥的动态三维坐标数据；得到斜拉桥的三维形变数据；在三维形变数据中分离出环境效应成分和车辆载荷成分；去除三维形变数据中的环境效应成分和车辆载荷成分，得到斜拉桥本体成分；分别判断斜拉桥本体成分、环境效应成分和车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势；判断异常值或者异常趋势与索力损伤位置是否相关；预测斜拉桥的安全使用期限。能够改善现有方法难以识别弱于接近断裂的索力损伤的问题。

Description

一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法及相关设备
技术领域
本申请涉及桥梁勘测技术领域，尤其涉及一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法及相关设备。
背景技术
拉索是斜拉桥的关键受力构件，如果部分拉索的索力发生损伤会影响承载能力，将对整个斜拉桥产生重大影响，甚至可能导致整座桥梁垮塌，因此，对斜拉桥的索力进行损伤识别具有重要意义。
然而，现有的斜拉桥索力损伤识别方法对接近断裂的大尺度裂纹有效，金属疲劳裂纹的萌生及扩展导致的声波特性变化比较微弱，加上噪声信号的干扰，声发射技术很难准确得到有效信号，这对索力损伤的识别极为有限，使得，现有的斜拉桥索力损伤识别方法难以识别弱于接近断裂的索力损伤。
发明内容
本申请实施例提供了一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法及相关设备，能够改善现有的斜拉桥索力损伤识别方法难以识别弱于接近断裂的索力损伤的问题。
一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，包括：
利用在斜拉桥拉索上匀速移动的磁场传感器，测量在所述斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据；
根据所述磁感应强度梯度数据判断所述斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在所述索力损伤，确定索力损伤位置；
利用北斗卫星，基于斜拉桥建立三维坐标系，并获取所述斜拉桥的动态三维坐标数据；
根据所述动态三维坐标数据，得到所述斜拉桥的三维形变数据；
在所述三维形变数据中分离出环境效应成分和车辆载荷成分；
去除所述三维形变数据中的所述环境效应成分和所述车辆载荷成分，得到斜拉桥本体成分；
如果存在所述索力损伤，将所述索力损伤位置标定在所述三维坐标系中；
分别判断所述斜拉桥本体成分、所述环境效应成分和所述车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势；
如果所述斜拉桥本体成分、所述环境效应成分和所述车辆载荷成分中的至少一者存在所述异常值或者所述异常趋势，判断所述异常值或者所述异常趋势与所述索力损伤位置是否相关；
如果所述异常值或者所述异常趋势与所述索力损伤位置相关，预测所述斜拉桥的安全使用期限。
在一种可行的实施方式中，所述环境效应成分包括温度效应成分，所述方法还包括：
利用所述北斗卫星和设置在所述斜拉桥上的温度传感器，获取所述斜拉桥的动态三维温度数据；
建立所述动态三维温度数据和所述温度效应成分之间的温度多元线性动态时变模型；
根据所述温度多元线性动态时变模型中的参数，计算索力损伤等级。
在一种可行的实施方式中，所述环境效应成分包括风载荷成分，所述方法还包括：
利用所述北斗卫星和设置在所述斜拉桥上的风速传感器，获取所述斜拉桥的动态三维风速数据；
建立所述动态三维风速数据和所述风载荷成分之间的风载荷多元线性动态时变模型；
根据所述风载荷多元线性动态时变模型中的参数，计算索力损伤等级。
在一种可行的实施方式中，所述分别判断所述斜拉桥本体成分、所述环境效应成分和所述车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势的步骤，包括：
判断所述索力损伤等级是否为损伤级别；
如果所述索力损伤等级为损伤级别，确定所述索力损伤等级对应的所述温度效应成分的所述异常值。
在一种可行的实施方式中，所述分别判断所述斜拉桥本体成分、所述环境效应成分和所述车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势的步骤，包括：
判断所述索力损伤等级是否为损伤级别；
如果所述索力损伤等级为损伤级别，确定所述索力损伤等级对应的所述风载荷成分的所述异常值。
在一种可行的实施方式中，所述磁场传感器包括三轴磁场传感器，所述三轴磁场传感器的三轴方向分别为x轴、y轴和z轴，所述z轴的方向与所述斜拉桥拉索的延伸方向相同；
所述利用在斜拉桥拉索上匀速移动的磁场传感器，测量在所述斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据的步骤，包括：
利用在斜拉桥拉索上匀速移动的所述三轴磁场传感器，测量所述斜拉桥拉索的三轴方向磁感应强度，其中，所述三轴方向磁感应强度包括x轴磁感应强度、y轴磁感应强度和z轴磁感应强度；
计算所述三轴方向磁感应强度在所述斜拉桥拉索的延伸方向上的所述磁感应强度梯度数据。
在一种可行的实施方式中，所述根据所述磁感应强度梯度数据判断所述斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在所述索力损伤，确定索力损伤位置的步骤，包括：
根据所述磁感应强度梯度数据计算所述斜拉桥拉索的局部模量和安全系数；
根据所述斜拉桥拉索的所述局部模量和所述安全系数，判断所述斜拉桥拉索是否存在所述索力损伤，如果存在所述索力损伤，确定所述索力损伤位置。
第二方面，一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别系统，包括：
磁场传感器，活动设置在斜拉桥拉索上，用于测量在所述斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据；
计算机，用于根据所述磁感应强度梯度数据判断所述斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在所述索力损伤，确定索力损伤位置；
北斗卫星，用于获取所述斜拉桥的动态三维坐标数据；
所述计算机，还用于根据所述北斗卫星获取的所述斜拉桥的坐标，基于所述斜拉桥建立三维坐标系；
所述计算机，还用于根据所述动态三维坐标数据，得到所述斜拉桥的三维形变数据；
所述计算机，还用于在所述三维形变数据中分离环境效应成分和车辆载荷成分；
所述计算机，还用于去除所述三维形变数据中的所述环境效应成分和所述车辆载荷成分，得到斜拉桥本体成分；
所述计算机，还用于如果存在所述索力损伤，将所述索力损伤位置标定在所述三维坐标系中；
所述计算机，还用于分别判断所述斜拉桥本体成分、所述环境效应成分和所述车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势；
所述计算机，还用于如果所述斜拉桥本体成分、所述环境效应成分和所述车辆载荷成分中的至少一者存在异常值或者所述异常趋势，判断所述异常值或者所述异常趋势与所述索力损伤位置是否相关；
所述计算机，还用于如果所述异常值或者所述异常趋势与所述索力损伤位置相关，预测所述斜拉桥的安全使用期限。
第三方面，一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现上述任一项所述的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法的步骤。
第四方面，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法的步骤。
本申请实施例提供的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法及相关设备，通过磁场传感器沿着斜拉桥拉索进行移动测试磁感应强度，根据测得的各个位置的磁感应强度，计算得到在斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据。根据磁感应强度梯度数据来判断斜拉桥拉索各个位置的磁感应强度的变化情况，斜拉桥拉索各个位置的磁感应强度的变化情况能够反映出斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在索力损伤，可以进一步锁定索力损伤位置。相对于现有技术采用磁粉探伤以及着色渗透法只能静态地判断表面和近表面有无裂纹，扫纹法可以对裂纹的扩展行为进行动态监测，但是只对接近断裂失效的大尺度裂纹有效，本申请实施例采用移动的磁场传感器测试得到磁感应强度梯度数据，可以对微弱的裂纹进行感测，同时还可以确定裂纹的位置，可以对索力损伤进行精确检测和定位，可以定量的进行安全预警。另外，通过北斗卫星，对斜拉桥的动态坐标进行监控，得到斜拉桥的三维形变数据，对三维形变数据进行环境效应成分和车辆载荷成分的分离，得到斜拉桥本体成分，可以剔除环境和车辆引起斜拉桥形变的因素，只保留斜拉桥本体因素的形变数据，分别分析斜拉桥本体成分、环境效应成分和车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势，如果斜拉桥本体成分中存在异常值或者异常趋势，且异常值或者异常趋势与索力损伤位置相关，说明索力损伤对于斜拉桥已经形成了形变影响，可以判定该索力损伤已经形成了安全隐患，需要根据形变异常值或者异常趋势的具体程度，对斜拉桥的安全使用期限做初步预测，以提供给维护人员做维护计划或维护准备，且限定最迟维护期限，能够保证斜拉桥的安全使用，以免造成安全事故。如果斜拉桥的环境效应成分或车辆载荷成分中存在异常值或者异常趋势，且异常值或者异常趋势与索力损伤位置相关，说明索力损伤在结合了环境效应或者车辆载荷后对于斜拉桥的形变影响出现了叠加效应，则需要根据形变异常值或者异常趋势的具体程度，对斜拉桥的安全使用期限做初步预测。本申请实施例提供的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，不仅可以对索力损伤进行检测和定位，还可以结合斜拉桥的形变数据，对斜拉桥的安全使用期限进行预测，能够最大限度的保证斜拉桥的安全使用，并且对斜拉桥的维护进行合理规划。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法的示意性流程图；
图2为本申请实施例提供的一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别系统的示意性结构框图；
图3为本申请实施例提供的一种电子设备的示意性结构框图；
图4为本申请实施例提供的一种计算机可读存储介质的示意性结构框图。
具体实施方式
为了更好的理解本说明书实施例提供的技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
在本文中，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。术语“两个以上”包括两个或大于两个的情况。
拉索是斜拉桥的关键受力构件，如果部分拉索的索力发生损伤会影响承载能力，将对整个斜拉桥产生重大影响，甚至可能导致整座桥梁垮塌，因此，对斜拉桥的索力进行损伤识别具有重要意义。然而，现有的斜拉桥索力损伤识别方法对接近断裂的大尺度裂纹有效，金属疲劳裂纹的萌生及扩展导致的声波特性变化比较微弱，加上噪声信号的干扰，声发射技术很难准确得到有效信号，这对索力损伤的识别将产生较大影响，使得，现有的斜拉桥索力损伤识别方法难以识别弱于接近断裂的索力损伤。
有鉴于此，本申请提供一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法及相关设备，能够改善现有的斜拉桥索力损伤识别方法难以识别弱于接近断裂的索力损伤的问题。
第一方面，在一种可行的实施方式中，图1为本申请实施例提供的一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法的示意性流程图。如图1所示，本申请实施例提供的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，包括：
S100：利用在斜拉桥拉索上匀速移动的磁场传感器，测量在斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据。磁场传感器可以活动的设置在斜拉桥的拉索上，磁场传感器可以沿着斜拉桥拉索进行移动测试磁感应强度，根据测得的各个位置的磁感应强度，可以计算得到在斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据。
S200：根据磁感应强度梯度数据判断斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在索力损伤，确定索力损伤位置。可以根据磁感应强度梯度数据来判断斜拉桥拉索各个位置的磁感应强度的变化情况，斜拉桥拉索各个位置的磁感应强度的变化情况能够反映出斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在索力损伤，可以进一步锁定索力损伤位置。
S300：利用北斗卫星，基于斜拉桥建立三维坐标系，并获取斜拉桥的动态三维坐标数据。北斗卫星导航系统（Beidou Navigation Aatellite System ，BDS）因在桥梁三维变形监测上的时效性和高精度性等优势而有着越来越多的应用。容易理解的是斜拉桥通常包括主梁、拉索和桥塔，可以分别在斜拉桥的主梁、拉索和桥塔上安装BDS监测点，还可以在斜拉桥附近3km内布设北斗参考站，北斗参考站是以北斗卫星导航系统为主，兼容其他全球卫星导航系统（Global Navigation Satellite System，GNSS）的地基增强系统，通过地面的北斗参考站可以播发导航信号修正量和辅助定位信号，斜拉桥上的BDS监测点和斜拉桥附近的北斗参考站所接收的卫星信号可以通过光纤或者无线通信传输到后台云机房进行数据处理，数据处理可以采用专业的北斗高精度实时数据解算处理软件，具体的数据传输方式和数据处理方式本申请不作具体限定。示例性的，数据解算处理软件在进行GNSS数据处理方面采用了先进的非线性Kalman滤波双差解、三差解算法，同时增加了先进的电离层改正模型、支持多参考站解算及实时独立基线网平差等功能，最终可解算出各监测点的精确三维坐标。
S400：根据动态三维坐标数据，得到斜拉桥的三维形变数据。斜拉桥上BDS监测点的竖向、横向以及垂直于横向和竖向组成平面的方向的动态坐标可以作为斜拉桥的形变数据，即可以设竖向为w轴，横向为v轴，垂直于横向和竖向组成平面的方向为p轴，沿w轴的动态坐标、沿v轴的动态坐标和沿p轴的动态坐标可以组成三维形变数据。
S500：在三维形变数据中分离出环境效应成分和车辆载荷成分。环境效应成分可以包括温度效应成分、风载荷成分或者湿度效应成分等，本申请不作具体限定。
S600：去除三维形变数据中的环境效应成分和车辆载荷成分，得到斜拉桥本体成分。环境效应成分和车辆载荷成分容易对斜拉桥的形变产生较多程度的影响，因此，在分析索力损伤引起的斜拉桥形变时，需要将对斜拉桥形变影响较大的其他成分剔除掉，可以提高分析索力损伤引起的斜拉桥形变的准确度。
S700：如果存在索力损伤，将索力损伤位置标定在三维坐标系中。如果在通过磁场传感器检测出索力损伤，并测定出索力损伤位置，可以将索力损伤位置标定在三维坐标系中，以便于后续的分析和比对。
S800：分别判断斜拉桥本体成分、环境效应成分和车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势。异常值可以是极高值、极低值或者偏离均值阈值的数值，本申请不作具体限定。环境效应成分通常具有周期特性，可以将不符合周期特性或者周期发生变化的情况视为异常趋势，周期变化可以是周期偏离、周期规律性变化或者无规律的变化，本申请不作具体限定。车辆载荷成分通常与车流量强相关，在车流量较小的时段如果车辆载荷成分出现较大形变或者较大形变趋势，则有可能是由于车辆载荷之外的其他因素引起，该较大形变或者较大形变趋势可视为异常值以及异常趋势。
S900：如果斜拉桥本体成分、环境效应成分和车辆载荷成分中的至少一者存在异常值或者异常趋势，判断异常值或者异常趋势与索力损伤位置是否相关。由于斜拉桥的三维形变数据都是基于位置坐标的动态变化得到的，本身就带有位置信息，所以，如果存在异常值或者异常趋势，可以对应到异常值或者异常趋势的位置信息。如果利用磁场传感器预先测试到索力损伤位置，则可以异常值或者异常趋势的位置信息，判断该位置信息与索力损伤位置是否存在关联。
SA00：如果异常值或者异常趋势与索力损伤位置相关，预测斜拉桥的安全使用期限。如果斜拉桥本体成分中存在异常值或者异常趋势，且异常值或者异常趋势与索力损伤位置相关，说明索力损伤对于斜拉桥已经形成了形变影响，可以判定该索力损伤已经形成了安全隐患，需要根据形变异常值或者异常趋势的具体程度，对斜拉桥的安全使用期限做初步预测，以提供给维护人员做维护计划或者维护准备，且限定最迟维护期限，能够保证斜拉桥的安全使用，以免造成安全事故。如果斜拉桥的环境效应成分或车辆载荷成分中存在异常值或者异常趋势，且异常值或者异常趋势与索力损伤位置相关，说明索力损伤在结合了环境效应或者车辆载荷后对于斜拉桥的形变影响出现了叠加效应，则需要根据形变异常值或者异常趋势的具体程度，对斜拉桥的安全使用期限做初步预测，以提供给维护人员做维护计划或维护准备，且限定最迟维护期限，能够保证斜拉桥的安全使用，以免造成安全事故。如果判断索力损伤在结合了环境效应或者车辆载荷后对于斜拉桥的形变影响出现了叠加效应，对应的安全使用期限则更短，只在斜拉桥本体成分中存在异常值或者异常趋势与索力损伤相关的情形下的安全使用期限更长。
本申请实施例提供的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，通过磁场传感器沿着斜拉桥拉索进行移动测试磁感应强度，根据测得的各个位置的磁感应强度，计算得到在斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据。根据磁感应强度梯度数据来判断斜拉桥拉索各个位置的磁感应强度的变化情况，斜拉桥拉索各个位置的磁感应强度的变化情况能够反映出斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在索力损伤，可以进一步锁定索力损伤位置。相对于现有技术采用磁粉探伤以及着色渗透法只能静态地判断表面和近表面有无裂纹，扫纹法可以对裂纹的扩展行为进行动态监测，但是只对接近断裂失效的大尺度裂纹有效，本申请实施例采用移动的磁场传感器测试得到磁感应强度梯度数据，可以对微弱的裂纹进行感测，同时还可以确定裂纹的位置，可以对索力损伤进行精确检测和定位，可以定量的进行安全预警。另外，通过北斗卫星，对斜拉桥的动态坐标进行监控，得到斜拉桥的三维形变数据，对三维形变数据进行环境效应成分和车辆载荷成分的分离，得到斜拉桥本体成分，可以剔除环境和车辆引起斜拉桥形变的因素，只保留斜拉桥本体因素的形变数据，分别分析斜拉桥本体成分、环境效应成分和车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势，如果斜拉桥本体成分中存在异常值或者异常趋势，且异常值或者异常趋势与索力损伤位置相关，说明索力损伤对于斜拉桥已经形成了形变影响，可以判定该索力损伤已经形成了安全隐患，需要根据形变异常值或者异常趋势的具体程度，对斜拉桥的安全使用期限做初步预测，以提供给维护人员做维护计划或维护准备，且限定最迟维护期限，能够保证斜拉桥的安全使用，以免造成安全事故。如果斜拉桥的环境效应成分或车辆载荷成分中存在异常值或者异常趋势，且异常值或者异常趋势与索力损伤位置相关，说明索力损伤在结合了环境效应或者车辆载荷后对于斜拉桥的形变影响出现了叠加效应，则需要根据形变异常值或者异常趋势的具体程度，对斜拉桥的安全使用期限做初步预测。本申请实施例提供的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，不仅可以对索力损伤进行检测和定位，还可以结合斜拉桥的形变数据，对斜拉桥的安全使用期限进行预测，能够最大限度的保证斜拉桥的安全使用，并且对斜拉桥的维护进行合理规划。
在一种可行的实施方式中，如果异常值或者异常趋势与索力损伤位置无关，则可以单独根据索力损伤位置，初步预测索力损伤对于斜拉桥的安全隐患贡献度，也可以组织维护人员现场勘查，本申请不作具体限定。
在一种可行的实施方式中，判断异常值或者异常趋势与索力损伤位置是否相关步骤中，可以根据异常值和异常趋势出现的位置信息，圈定一个异常位置范围，通过判断索力损伤位置是否落在异常位置范围内来判定异常值或者异常趋势与索力损伤位置是否相关。
在一种可行的实施方式中，磁场传感器可以包括三轴磁场传感器，三轴磁场传感器的三轴方向分别为x轴、y轴和z轴，z轴的方向与斜拉桥拉索的延伸方向相同。
步骤S100，包括：
利用在斜拉桥拉索上匀速移动的三轴磁场传感器，测量斜拉桥拉索的三轴方向磁感应强度，其中，三轴方向磁感应强度包括x轴磁感应强度、y轴磁感应强度和z轴磁感应强度。
计算三轴方向磁感应强度在斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据。
斜拉桥拉索上的任意位置可以用
Figure 984469DEST_PATH_IMAGE001
表示，其中，
Figure 688114DEST_PATH_IMAGE002
，n代表该斜拉桥拉索区段进行磁感应测试的总次数，
Figure 547486DEST_PATH_IMAGE003
代表预先指定的磁感应测试分辨率，取值范围可以是：0.1mm<
Figure 890742DEST_PATH_IMAGE003
<10m，则斜拉桥拉索在x轴向、y轴向和z轴向的磁感应强度可以分别表示为
Figure 110240DEST_PATH_IMAGE004
、
Figure 448817DEST_PATH_IMAGE005
和
Figure 964244DEST_PATH_IMAGE006
。
三轴方向磁感应强度在斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据可以按照下式计算：
磁感应强度沿z轴向的磁感应梯度分别为：
Figure 919430DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 948478DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure 610403DEST_PATH_IMAGE009
，
其中，
Figure 562310DEST_PATH_IMAGE010
分别为位置
Figure 208055DEST_PATH_IMAGE011
和
Figure 192192DEST_PATH_IMAGE012
处的x轴向磁感应强度，
Figure 489050DEST_PATH_IMAGE013
分别为位置
Figure 595546DEST_PATH_IMAGE014
和
Figure 276057DEST_PATH_IMAGE015
处的y轴向磁感应强度,
Figure 126201DEST_PATH_IMAGE016
分别为位置
Figure 277566DEST_PATH_IMAGE017
和
Figure 492647DEST_PATH_IMAGE018
处的z轴向磁感应强度，
Figure 581825DEST_PATH_IMAGE019
分别为
Figure 783131DEST_PATH_IMAGE020
、
Figure 211838DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 456874DEST_PATH_IMAGE022
沿z轴向的磁感应梯度。
在一种可行的实施方式中，步骤S200，包括：
根据磁感应强度梯度数据计算斜拉桥拉索的局部模量和安全系数。
根据斜拉桥拉索的局部模量和安全系数，判断斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在所述索力损伤，确定索力损伤位置。
具体的，可以按照下式计算磁感应强度沿z轴向的二次梯度
Figure 548196DEST_PATH_IMAGE023
：
Figure 412247DEST_PATH_IMAGE024
，
其中，
Figure 820095DEST_PATH_IMAGE025
分别为位置
Figure 455606DEST_PATH_IMAGE026
和
Figure 457060DEST_PATH_IMAGE027
处的z轴向磁感应强度。
按照下式计算斜拉桥拉索的疲劳荷载的应力幅值
Figure 452698DEST_PATH_IMAGE028
：
Figure 161723DEST_PATH_IMAGE029
，
其中，在检测磁感应强度前，选取与斜拉桥拉索同样材料的试样进行拉拉疲劳试验，对试验中应力幅值和相应磁场二次梯度进行最小二乘法得到常数
Figure 279720DEST_PATH_IMAGE030
。
按照下式计算斜拉桥拉索的疲劳荷载循环次数
Figure 50361DEST_PATH_IMAGE031
：
Figure 849690DEST_PATH_IMAGE032
，
其中，在检测磁感应强度前，选取与斜拉桥拉索同样材料的试样进行拉拉疲劳试验，对试验中循环次数和相应磁场二次梯度进行最小二乘法得到常数
Figure 950239DEST_PATH_IMAGE033
。
按照下式计算斜拉桥拉索的安全系数
Figure 521029DEST_PATH_IMAGE034
：
Figure 824971DEST_PATH_IMAGE035
，
其中，C和D为应力-寿命曲线常数，可以通过查找材料手册得到。
按照下式计算斜拉桥拉索的局部模量
Figure 473996DEST_PATH_IMAGE036
（
Figure 930516DEST_PATH_IMAGE037
）：
Figure 328000DEST_PATH_IMAGE038
，
按照下式计算局部模量的变化率
Figure 791342DEST_PATH_IMAGE039
：
Figure 858041DEST_PATH_IMAGE040
，
当
Figure 418335DEST_PATH_IMAGE041
时，则判定斜拉桥拉索的
Figure 393245DEST_PATH_IMAGE042
处发生索力损伤。
当
Figure 655468DEST_PATH_IMAGE043
且
Figure 131448DEST_PATH_IMAGE044
时，判定，
Figure 218353DEST_PATH_IMAGE045
为索力损伤位置对应的安全系数，可以根据安全系数
Figure 505109DEST_PATH_IMAGE045
，判断斜拉桥拉索的索力损伤程度，
Figure 411885DEST_PATH_IMAGE045
越大，索力损伤程度越大。P是设定百分比的阈值，可以根据具体斜拉桥的跨度或者拉索的长度和承重情况进行具体设定，例如5%或者8%，本申请不作具体限定。
本申请实施例提供的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，通过计算安全系数，不仅能够助于索力损伤位置的判断，还能成为索力损伤程度预测的数值依据，能够进一步提高索力损伤的测试精度。
在一种可行的实施方式中，环境效应成分包括温度效应成分，方法还包括：
利用北斗卫星和设置在斜拉桥上的温度传感器，获取斜拉桥的动态三维温度数据。温度传感器可以安装在斜拉桥的主梁的顶面、底面和侧面以及桥塔的各个侧面等位置，本申请不作具体限定。由于，拉索上活动安装有磁场传感器，因此，温度传感器主要安装在主梁和桥塔上，用于检测主梁和桥塔相应位置的实际温度。
建立动态三维温度数据和温度效应成分之间的温度多元线性动态时变模型。
根据温度多元线性动态时变模型中的参数，计算索力损伤等级。
可以用下式表征动态三维温度数据和温度效应成分之间的温度多元线性动态时变模型：
Figure 629240DEST_PATH_IMAGE046
，
其中，
Figure 944552DEST_PATH_IMAGE047
为斜拉桥主梁和桥塔的动态三维温度数据，
Figure 526843DEST_PATH_IMAGE048
为主梁的温度效应成分（与温度相关的形变数据，每个值对应不同的采样时刻t），
Figure 45549DEST_PATH_IMAGE049
为温度效应成分与主梁静形变的时不变线性影响参数，
Figure 738699DEST_PATH_IMAGE050
为在t采样时刻温度效应成分与主梁静形变的时不变线性影响参数，
Figure 409983DEST_PATH_IMAGE051
为主梁静形变的模型常数项，
Figure 491071DEST_PATH_IMAGE052
为转置符号。
Figure 372440DEST_PATH_IMAGE053
，
其中，
Figure 977602DEST_PATH_IMAGE054
为第
Figure 690343DEST_PATH_IMAGE055
根拉索在采样时刻t对应的时变参数向量，
Figure 489803DEST_PATH_IMAGE056
为第
Figure 858468DEST_PATH_IMAGE055
根拉索对于主梁静形变的时不变线性影响参数，0<
Figure 283633DEST_PATH_IMAGE055
<J，J为桥塔对应的拉索总数，当斜拉桥具有一个以上的桥塔时，每个桥塔上的拉索可以单独进行分析，本申请不作具体限定。
按照下式计算索力损伤等级
Figure 788563DEST_PATH_IMAGE057
：
Figure 263319DEST_PATH_IMAGE058
，
其中，
Figure 447176DEST_PATH_IMAGE059
为
Figure 20240DEST_PATH_IMAGE060
的二范数，
Figure 931740DEST_PATH_IMAGE061
为t=1时的取值。
需要说明的是，
Figure 276265DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure 744155DEST_PATH_IMAGE063
、
Figure 963653DEST_PATH_IMAGE064
可以为数据序列或者数据矩阵，具体可以根据采样模式确定，本申请不作具体限定。
根据上式，可以建立温度多元线性动态时变模型中的参数与索力损伤等级的对应关系，参数包括
Figure 290115DEST_PATH_IMAGE065
和
Figure 805541DEST_PATH_IMAGE066
。
在一种可行的实施方式中，环境效应成分包括风载荷成分，方法还包括：
利用北斗卫星和设置在斜拉桥上的风速传感器，获取斜拉桥的动态三维风速数据。风速传感器可以安装在主梁和桥塔上，本申请不作具体限定。
建立动态三维风速数据和风载荷成分之间的风载荷多元线性动态时变模型。
根据风载荷多元线性动态时变模型中的参数，计算索力损伤等级。
风载荷多元线性动态时变模型的建立可以参考温度多元线性动态时变模型的建立，索力损伤等级的计算也同理，此处不作赘述。
在一种可行的实施方式中，步骤S800，包括：
判断索力损伤等级是否为损伤级别；
如果索力损伤等级为损伤级别，确定索力损伤等级对应的温度效应成分的异常值。
如果索力损伤等级为损伤级别，确定索力损伤等级对应的风载荷成分的异常值。
需要说明的是，损伤级别的判定标准，例如，索力损伤等级超过25%的可以认定为损伤级别，其余为未损伤级别，具体可以根据斜拉桥的具体设计情况进行设定，本申请不作具体限定。
第二方面，本申请实施例提供一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别系统，图2为本申请实施例提供的一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别系统的示意性结构框图。如图2所示，包括：
磁场传感器100，活动设置在斜拉桥拉索上，用于测量在斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据。
计算机200，用于根据磁感应强度梯度数据判断斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在索力损伤，确定索力损伤位置。
北斗卫星300，用于获取斜拉桥的动态三维坐标数据。
计算机200，还用于根据北斗卫星获取的所述斜拉桥的坐标，基于斜拉桥建立三维坐标系。
计算机200，还用于根据动态三维坐标数据，得到斜拉桥的三维形变数据。
计算机200，还用于在三维形变数据中分离环境效应成分和车辆载荷成分。
计算机200，还用于去除三维形变数据中的环境效应成分和车辆载荷成分，得到斜拉桥本体成分。
计算机200，还用于如果存在索力损伤，将索力损伤位置标定在三维坐标系中。
计算机200，还用于分别判断斜拉桥本体成分、环境效应成分和车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势。
计算机200，还用于如果斜拉桥本体成分、环境效应成分和车辆载荷成分中的至少一者存在异常值或者异常趋势，判断异常值或者异常趋势与索力损伤位置是否相关。
计算机200，还用于如果异常值或者异常趋势与索力损伤位置相关，预测斜拉桥的安全使用期限。
第三方面，图3为本申请实施例提供的一种电子设备的示意性结构框图。如图3所示，一种电子设备400，包括：存储器410、处理器420以及存储在存储器410中并可在处理器上运行的计算机程序，处理器420用于执行存储器410中存储的计算机程序时实现如下步骤：
利用在斜拉桥拉索上匀速移动的磁场传感器，测量在斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据。
根据磁感应强度梯度数据判断斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在索力损伤，确定索力损伤位置。
利用北斗卫星，基于斜拉桥建立三维坐标系，并获取斜拉桥的动态三维坐标数据。
根据动态三维坐标数据，得到斜拉桥的三维形变数据。
在三维形变数据中分离出环境效应成分和车辆载荷成分。
去除三维形变数据中的环境效应成分和车辆载荷成分，得到斜拉桥本体成分。
如果存在索力损伤，将索力损伤位置标定在三维坐标系中。
分别判断斜拉桥本体成分、环境效应成分和车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势。
如果斜拉桥本体成分、环境效应成分和车辆载荷成分中的至少一者存在异常值或者异常趋势，判断异常值或者异常趋势与索力损伤位置是否相关。
如果异常值或者异常趋势与索力损伤位置相关，预测斜拉桥的安全使用期限。
在具体实施过程中，处理器420执行计算机程序时，可以实现上述实施例中任一实施方式。
由于本实施例所介绍的电子设备为实施本申请实施例中北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，故而基于本申请实施例中所介绍的方法，本领域所属技术人员能够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式，所以在此对于该电子设备如何实现本申请实施例中的方法不再详细介绍，只要本领域所属技术人员实施本申请实施例中的方法所采用的设备，都属于本申请所欲保护的范围。
第四方面，图4为本申请实施例提供的一种计算机可读存储介质的示意性结构框图。如图4所示，一种计算机可读存储介质500，其上存储有计算机程序510，计算机程序510被处理器执行时实现如下步骤：
利用在斜拉桥拉索上匀速移动的磁场传感器，测量在斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据。
根据磁感应强度梯度数据判断斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在索力损伤，确定索力损伤位置。
利用北斗卫星，基于斜拉桥建立三维坐标系，并获取斜拉桥的动态三维坐标数据。
根据动态三维坐标数据，得到斜拉桥的三维形变数据。
在三维形变数据中分离出环境效应成分和车辆载荷成分。
去除三维形变数据中的环境效应成分和车辆载荷成分，得到斜拉桥本体成分。
如果存在索力损伤，将索力损伤位置标定在三维坐标系中。
分别判断斜拉桥本体成分、环境效应成分和车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势。
如果斜拉桥本体成分、环境效应成分和车辆载荷成分中的至少一者存在异常值或者异常趋势，判断异常值或者异常趋势与索力损伤位置是否相关。
如果异常值或者异常趋势与索力损伤位置相关，预测斜拉桥的安全使用期限。
在具体实施过程中，该计算机程序510被处理器执行时可以实现上述实施例中任一实施方式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程流程管理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程流程管理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
在一个典型的配置中，设备包括一个或多个处理器(CPU)、存储器和总线。设备还可以包括输入/输出接口、网络接口等。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)，存储器包括至少一个存储芯片。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存 (PRAM)、静态随机存取存储器 (SRAM)、动态随机存取存储器 (DRAM)、其他类型的随机存取存储器 (RAM)、只读存储器 (ROM)、电可擦除可编程只读存储器 (EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘 (DVD) 或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体 (transitory media)，如调制的数据信号和载波。
还需要说明的是，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、商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、商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，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，其特征在于，包括：
利用在斜拉桥拉索上匀速移动的磁场传感器，测量在所述斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据；
根据所述磁感应强度梯度数据判断所述斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在所述索力损伤，确定索力损伤位置；
利用北斗卫星，基于斜拉桥建立三维坐标系，并获取所述斜拉桥的动态三维坐标数据；
根据所述动态三维坐标数据，得到所述斜拉桥的三维形变数据；
在所述三维形变数据中分离出环境效应成分和车辆载荷成分；
去除所述三维形变数据中的所述环境效应成分和所述车辆载荷成分，得到斜拉桥本体成分；
如果存在所述索力损伤，将所述索力损伤位置标定在所述三维坐标系中；
分别判断所述斜拉桥本体成分、所述环境效应成分和所述车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势；
如果所述斜拉桥本体成分、所述环境效应成分和所述车辆载荷成分中的至少一者存在所述异常值或者所述异常趋势，判断所述异常值或者所述异常趋势与所述索力损伤位置是否相关；
如果所述异常值或者所述异常趋势与所述索力损伤位置相关，预测所述斜拉桥的安全使用期限。
2.根据权利要求1所述的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，其特征在于，所述环境效应成分包括温度效应成分，所述方法还包括：
利用所述北斗卫星和设置在所述斜拉桥上的温度传感器，获取所述斜拉桥的动态三维温度数据；
建立所述动态三维温度数据和所述温度效应成分之间的温度多元线性动态时变模型；
根据所述温度多元线性动态时变模型中的参数，计算索力损伤等级。
3.根据权利要求1所述的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，其特征在于，所述环境效应成分包括风载荷成分，所述方法还包括：
利用所述北斗卫星和设置在所述斜拉桥上的风速传感器，获取所述斜拉桥的动态三维风速数据；
建立所述动态三维风速数据和所述风载荷成分之间的风载荷多元线性动态时变模型；
根据所述风载荷多元线性动态时变模型中的参数，计算索力损伤等级。
4.根据权利要求2所述的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，其特征在于，所述分别判断所述斜拉桥本体成分、所述环境效应成分和所述车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势的步骤，包括：
判断所述索力损伤等级是否为损伤级别；
如果所述索力损伤等级为损伤级别，确定所述索力损伤等级对应的所述温度效应成分的所述异常值。
5.根据权利要求3所述的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，其特征在于，所述分别判断所述斜拉桥本体成分、所述环境效应成分和所述车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势的步骤，包括：
判断所述索力损伤等级是否为损伤级别；
如果所述索力损伤等级为损伤级别，确定所述索力损伤等级对应的所述风载荷成分的所述异常值。
6.根据权利要求1所述的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，其特征在于，所述磁场传感器包括三轴磁场传感器，所述三轴磁场传感器的三轴方向分别为x轴、y轴和z轴，所述z轴的方向与所述斜拉桥拉索的延伸方向相同；
所述利用在斜拉桥拉索上匀速移动的磁场传感器，测量在所述斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据的步骤，包括：
利用在斜拉桥拉索上匀速移动的所述三轴磁场传感器，测量所述斜拉桥拉索的三轴方向磁感应强度，其中，所述三轴方向磁感应强度包括x轴磁感应强度、y轴磁感应强度和z轴磁感应强度；
计算所述三轴方向磁感应强度在所述斜拉桥拉索的延伸方向上的所述磁感应强度梯度数据。
7.根据权利要求6述的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法，其特征在于，所述根据所述磁感应强度梯度数据判断所述斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在所述索力损伤，确定索力损伤位置的步骤，包括：
根据所述磁感应强度梯度数据计算所述斜拉桥拉索的局部模量和安全系数；
根据所述斜拉桥拉索的所述局部模量和所述安全系数，判断所述斜拉桥拉索是否存在所述索力损伤，如果存在所述索力损伤，确定所述索力损伤位置。
8.一种北斗模式斜拉桥索力损伤识别系统，其特征在于，包括：
磁场传感器，活动设置在斜拉桥拉索上，用于测量在所述斜拉桥拉索的延伸方向上的磁感应强度梯度数据；
计算机，用于根据所述磁感应强度梯度数据判断所述斜拉桥拉索是否存在索力损伤，如果存在所述索力损伤，确定索力损伤位置；
北斗卫星，用于获取所述斜拉桥的动态三维坐标数据；
所述计算机，还用于根据所述北斗卫星获取的所述斜拉桥的坐标，基于所述斜拉桥建立三维坐标系；
所述计算机，还用于根据所述动态三维坐标数据，得到所述斜拉桥的三维形变数据；
所述计算机，还用于在所述三维形变数据中分离环境效应成分和车辆载荷成分；
所述计算机，还用于去除所述三维形变数据中的所述环境效应成分和所述车辆载荷成分，得到斜拉桥本体成分；
所述计算机，还用于如果存在所述索力损伤，将所述索力损伤位置标定在所述三维坐标系中；
所述计算机，还用于分别判断所述斜拉桥本体成分、所述环境效应成分和所述车辆载荷成分中是否存在异常值或者异常趋势；
所述计算机，还用于如果所述斜拉桥本体成分、所述环境效应成分和所述车辆载荷成分中的至少一者存在异常值或者所述异常趋势，判断所述异常值或者所述异常趋势与所述索力损伤位置是否相关；
所述计算机，还用于如果所述异常值或者所述异常趋势与所述索力损伤位置相关，预测所述斜拉桥的安全使用期限。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器用于执行存储器中存储的计算机程序时实现如权利要求1-7中任一项所述的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的北斗模式斜拉桥索力损伤识别方法的步骤。
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