CN113984110A - 一种桥梁安全与健康监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁安全与健康监测系统及方法，包括前端监测感知系统，包括桥梁车辆载荷监测子系统、桥梁结构监测子系统、桥梁桥面环境监测子系统，以及桥下安全防控子系统；数据采集传输系统，用于接收前端监测感知系统的各类信息，并进行信息处理后传输；桥梁中心管理平台，包括基础数据档案管理模块、安全健康在线监测模块、预警模块、辅助决策模块、系统运维管理模块，以及移动客户端；情报发布系统，用于根据接收预警信息，并发布预警。本发明通过前端感知设备对桥梁结构、桥梁周界环境等进行全方位的智能监测，同时利用大数据、云计算等新技术深入融合。实现桥梁管养业务，以及对桥梁自身结构、周界环境数据的智能评估、诊断及预警。

Description

一种桥梁安全与健康监测系统及方法

技术领域

本发明涉及桥梁安全监测技术领域，特别涉及一种桥梁安全与健康监测系统及方法。

背景技术

桥梁，一般指架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行的构筑物。为适应现代高速发展的交通行业，桥梁亦引申为跨越山涧、不良地质或满足其他交通需要而架设的使通行更加便捷的建筑物。桥梁一般由上部构造、下部结构、支座和附属构造物组成，上部结构又称桥跨结构，是跨越障碍的主要结构；下部结构包括桥台、桥墩和基础；支座为桥跨结构与桥墩或桥台的支承处所设置的传力装置；附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等。桥梁按照受力特点划分，有梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥、组合体系桥(斜拉桥)五种基本类型，按照孔跨径划分可以分为特大桥：大桥、中桥、小桥。

现有技术的不足之处在于，由于材料劣化、地基沉降等渐变型风险，车辆超载、车船撞击、地质灾害等突发型风险，运营年限过长、管养不周等因素导致桥梁损伤，产生病害，进而直接或间接威胁桥梁安全与健康。

发明内容

本发明的目的克服现有技术存在的不足，为实现以上目的，采用一种桥梁安全与健康监测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

一种桥梁安全与健康监测系统，包括：

前端监测感知系统，所述前端监测感知系统包括桥梁车辆载荷监测子系统、桥梁结构监测子系统、桥梁桥面环境监测子系统，以及桥下安全防控子系统；

数据采集传输系统，用于接收前端监测感知系统的各类信息，并进行信息处理后传输；

桥梁中心管理平台，所述桥梁中心管理平台包括基础数据档案管理模块、安全健康在线监测模块、预警模块、辅助决策模块、系统运维管理模块，以及移动客户端；

情报发布系统，用于根据接收预警信息，并实时发布警告预警。

作为本发明的进一步的方案：所述桥梁车辆载荷监测子系统包括车辆自动衡器、地感线圈、抓拍相机、闪光灯、补光灯、激光雷达，以及信息化机柜。

作为本发明的进一步的方案：所述桥梁结构监测子系统包括用于桥梁体挠度监测的静力水准仪、用于梁体裂缝监测的裂缝针、用于桥梁振动监测的振动测量模块、用于桥梁悬索拉力测量的索力测量模块、用于桥塔位移监测的位移监测模块，以及用于桥身受力监测的应变监测模块。

作为本发明的进一步的方案：所述桥梁桥面环境监测子系统包括用于桥面交通流量监测的全景鹰眼相机、用于桥面车辆行驶轨迹定位的卫星导航定位模块、用于桥梁周边温湿度监测的温湿度监测模块、用于风力监测的风力测量模块，以及雨量监测模块。

作为本发明的进一步的方案：所述桥下安全防控子系统包括激光雷达模块、视频监控模块，以及声光报警模块。

作为本发明的进一步的方案：所述前端监测感知系统与桥梁中心管理平台之间的通信方式采用专网、NB-IoT、4G、5G和互联网。

一种包括如上任一项所述的一种桥梁安全与健康监测系统的方法，具体步骤包括：

通过对桥梁设置前端监测感知系统，获取桥梁载荷、结构、环境以及桥下安全的感知数据信息；

利用数据采集传输系统进行感知数据信息的数据采集、信号调理以及数据传输；

桥梁中心管理平台接收数据采集传输系统传输的感知数据信息，并进行数据的智能分析；

根据数据的智能分析的结果，并对桥梁运行状态、力学特征及其关键要素的评估、诊断及预警，实时共享发布。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

通过采用上述的技术方案，利用设置于桥梁周边的前端监测感知系统，包括包括桥梁车辆载荷监测子系统、桥梁结构监测子系统、桥梁桥面环境监测子系统，以及桥下安全防控子系统，分别对桥梁的对桥梁结构、桥梁周界环境等进行全方位的智能监测，同时利用大数据、云计算、物联网、人工智能、北斗导航、5G、GIS、BIM等新技术与公路桥梁管养业务、超限超载治理业务等深入融合，实现对桥梁自身结构、周界环境数据的准确、实时、多维感知与存储，并通过对感知数据的智能分析，实现对桥梁运行状态、力学特征等关键要素的智能评估、智能诊断及智能预警，实现桥梁管养业务的综合研判、在线会商、决策支持等辅助决策功能，实现系统数据、应用、服务等能力共享功能等。再通过数据采集传输系统进行数据采集、处理转换、信号变换，及远程传输。桥梁中心管理平台对获取的各类信息进行各种桥梁信息、档案资料的录入和组织、管理，实时在线监测桥梁安全状态，并根据已有数据基于模型和非模型的预警机制设定预警阈值，并根据数据触发预警通知，实现动态预警，同时能够通过移动客户端进行数据展示。

附图说明

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述：

图1为本申请公开的一些实施例的桥梁安全与健康监测系统结构示意图。

图中：1、前端监测感知系统；11、桥梁车辆载荷监测子系统；12、桥梁结构监测子系统；13、桥梁桥面环境监测子系统；14、桥下安全防控子系统；2、数据采集传输系统；3、桥梁中心管理平台；31、基础数据档案管理模块；32、安全健康在线监测模块；33、预警模块；34、辅助决策模块；35、系统运维管理模块；36、移动客户端；4、情报发布系统。

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。

请参考图1，本发明实施例中，一种桥梁安全与健康监测系统，包括：

前端监测感知系统1，所述前端监测感知系统1包括桥梁车辆载荷监测子系统11、桥梁结构监测子系统12、桥梁桥面环境监测子系统13，以及桥下安全防控子系统14；

具体的，通过前端部署的各类感知设备对桥梁结构、桥梁周界环境等进行全方位的智能监测，并通过数据采集传输系统2与桥梁中心管理平台3进行数据交互。

数据采集传输系统2，用于接收前端监测感知系统1的各类信息，并进行信息处理后传输；

桥梁中心管理平台3，所述桥梁中心管理平台3包括基础数据档案管理模块31、安全健康在线监测模块32、预警模块33、辅助决策模块34、系统运维管理模块35，以及移动客户端36；

情报发布系统4，用于根据接收预警信息，并实时发布警告预警。

在一些具体实施例中，所述桥梁车辆载荷监测子系统11包括车辆自动衡器、地感线圈、抓拍相机、闪光灯、补光灯、激光雷达，以及信息化机柜。

具体的，敷设安装在车辆驶入桥梁前的两端适当公路路段上，对行驶通过桥梁的车辆进行动态不停车载荷及特征监测。系统安装位置选择在具有路基或具有稳定支撑的混凝土结构的车道内，监测区域覆盖所有通行车道。子系统能够实时、自动采集通过车辆总重、轴重、车速、车牌、车头车尾车身图片、过车短视频、车辆外形轮廓等必要数据，若被检测车辆的相关检测数据超过桥梁通行限定标准，则在前方情报显示屏上自动发布警示车辆按引导指示绕行信息，提醒车辆涉嫌超限超载运行。

在一些具体实施例中，所述桥梁结构监测子系统12包括用于桥梁体挠度监测的静力水准仪、用于梁体裂缝监测的裂缝针、用于桥梁振动监测的振动测量模块、用于桥梁悬索拉力测量的索力测量模块、用于桥塔位移监测的位移监测模块，以及用于桥身受力监测的应变监测模块。

具体的，可根据桥梁受力特点，分别对梁式桥、拱式桥、刚架桥、悬索桥、组合体系桥(斜拉桥)进行有针对性的结构监测。

具体监测项包括：全桥GNSS定位、索力监测、伸缩缝位移监测、应力监测、振动监测、桥墩倾斜监测、拱圈收敛监测、主缆紧固力监测、外源车辆通载量监测、外源环境监测、外源异常预警等。

采用静力水准仪对梁体挠度进行监测测量；

裂缝监测采用裂缝针进行测量，其主要用于不同的结构体的裂缝变化测量；

振动监测包括对梁体振动、拱顶振动、桥塔振动、吊杆(索)振动等内容的监测。

在一些具体实施例中，所述桥梁桥面环境监测子系统13包括用于桥面交通流量监测的全景鹰眼相机、用于桥面车辆行驶轨迹定位的卫星导航定位模块、用于桥梁周边温湿度监测的温湿度监测模块、用于风力监测的风力测量模块，以及雨量监测模块。

具体的，综合运用视频图像(全景鹰眼相机、视频相机等)、GNSS(北斗、GPS)卫星导航定位等技术手段，实时监测桥面交通流量(车辆队列识别)、精确定位车辆行驶轨迹(特定个体车辆识别)、识别交通拥堵状况、识别定位交通事故，识别分析车辆“抛洒滴漏”行为等，实时监测识别桥梁路面障碍物、积水、结冰、积雪、团雾、火灾等潜在风险因素。

同时，可对影响桥梁交通环境安全与桥梁结构安全的周界自然环境因素进行精准识别与实时监测。具体实施方式，在桥梁适当位置安装敷设机动车尾气遥感、大气质量等感知模块。

在一些具体实施例中，所述桥下安全防控子系统14包括激光雷达模块、视频监控模块，以及声光报警模块。

具体实施方式，运用激光、雷达、视频、闪光灯、广播报警等技术和装备，实时动态监测桥下空间，全天候感知、防控异常因素，通过与桥梁安全健康智慧管理平台数据融合，动态分析、评估以异常因素可能对桥梁结构、桥下车辆、桥下船舶安全的影响，及时发布预警、防控信息指令，保障桥下交通环境安全以及桥梁结构安全。

在一些具体实施例中，所述前端监测感知系统1与桥梁中心管理平台3之间的通信方式采用专网、NB-IoT、4G、5G和互联网。

情报发布系统4，具体安装在车辆驶入桥梁前的两端适当公路路段上，与桥梁安全健康智慧管理平台数据对接，面向行驶通过桥梁的车辆、人员以及其他相关社会公众发布实时、动态信息。

信息发布内容包括：

路面横风、积水、结冰、积雪、团雾信息；超限超载车辆预警、告知信息；桥面交通流量、交通拥堵疏导、交通事故、火灾等警示信息；桥面施工作业、车道障碍物警示信息；与桥梁、人员、车辆、船舶相关预警信息；其他告知信息。

一种包括如上任一项所述的一种桥梁安全与健康监测系统的方法，具体步骤包括：

通过对桥梁设置前端监测感知系统1，获取桥梁载荷、结构、环境以及桥下安全的感知数据信息；

利用数据采集传输系统2进行感知数据信息的数据采集、信号调理以及数据传输；

桥梁中心管理平台3接收数据采集传输系统2传输的感知数据信息，并进行数据的智能分析；

根据数据的智能分析的结果，并对桥梁运行状态、力学特征及其关键要素的评估、诊断及预警，实时共享发布。

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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种桥梁安全与健康监测系统，其特征在于，包括：

前端监测感知系统(1)，所述前端监测感知系统包括桥梁车辆载荷监测子系统(11)、桥梁结构监测子系统(12)、桥梁桥面环境监测子系统(13)，以及桥下安全防控子系统(14)；

数据采集传输系统(2)，用于接收前端监测感知系统的各类信息，并进行信息处理后传输；

桥梁中心管理平台(3)，所述桥梁中心管理平台包括基础数据档案管理模块(31)、安全健康在线监测模块(32)、预警模块(33)、辅助决策模块(34)、系统运维管理模块(35)，以及移动客户端(36)；

情报发布系统(4)，用于根据接收预警信息，并实时发布警告预警。

2.根据权利要求1所述一种桥梁安全与健康监测系统，其特征在于，所述桥梁车辆载荷监测子系统包括车辆自动衡器、地感线圈、抓拍相机、闪光灯、补光灯、激光雷达，以及信息化机柜。

3.根据权利要求1所述一种桥梁安全与健康监测系统，其特征在于，所述桥梁结构监测子系统包括用于桥梁体挠度监测的静力水准仪、用于梁体裂缝监测的裂缝针、用于桥梁振动监测的振动测量模块、用于桥梁悬索拉力测量的索力测量模块、用于桥塔位移监测的位移监测模块，以及用于桥身受力监测的应变监测模块。

4.根据权利要求1所述一种桥梁安全与健康监测系统，其特征在于，所述桥梁桥面环境监测子系统包括用于桥面交通流量监测的全景鹰眼相机、用于桥面车辆行驶轨迹定位的卫星导航定位模块、用于桥梁周边温湿度监测的温湿度监测模块、用于风力监测的风力测量模块，以及雨量监测模块。

5.根据权利要求1所述一种桥梁安全与健康监测系统，其特征在于，所述桥下安全防控子系统包括激光雷达模块、视频监控模块，以及声光报警模块。

6.根据权利要求1所述一种桥梁安全与健康监测系统，其特征在于，所述前端监测感知系统与桥梁中心管理平台之间的通信方式采用专网、NB-IoT、4G、5G和互联网。

7.一种包括如权利要求1至6任一项所述的一种桥梁安全与健康监测系统的方法，其特征在于，具体步骤包括：

通过对桥梁设置前端监测感知系统，获取桥梁载荷、结构、环境以及桥下安全的感知数据信息；

利用数据采集传输系统进行感知数据信息的数据采集、信号调理以及数据传输；

桥梁中心管理平台接收数据采集传输系统传输的感知数据信息，并进行数据的智能分析；

根据数据的智能分析的结果，并对桥梁运行状态、力学特征及其关键要素的评估、诊断及预警，实时共享发布。

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