CN114414180B - 一种桥梁施工临时结构的安全监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁施工临时结构的安全监测系统，包括临时结构检测装置、无线数传电台以及上位机，无线数传电台分别与临时结构检测装置和上位机连接；临时结构检测装置包括若干个传感器节点，按照分类进行组网后与无线数传电台通信连接，将各危险部位的检测数据通过无线数传电台发送至上位机；上位机用于对多种检测数据进行分析和处理，将监测结果进行输出和显示。从而可以对临时结构的健康安全情况进行实时监测，并在健康状态异常时进行自动报警以提醒监管人员注意，从而可以及时采集救济措施；通过不断采集临时结构的健康安全数据，分析数据的变化情况和数据之间的联动关系，对于后续合理减少桥梁设计上的余度具有重要的参考和指导意义。
Description
技术领域
本发明属于施工监测技术领域，具体涉及一种桥梁施工临时结构的安全监测系统。
背景技术
随着我国经济实力的迅速提升，桥梁建设数量逐年增长，大中型桥梁建设比重逐年增加。在桥梁施工过程中，通常需要修建桥梁临时结构来辅助桥梁施工，例如修建钢栈桥来辅助桥梁施工。而临时结构在桥梁施工过程中会一直面临河流和高负荷工程车辆的冲击，为了保障作业人员的人身安全，对于临时结构的健康安全监测显得尤为重要。
现有技术中的监测系统都是针对桥梁永久性结构进行的安全性监测，整个周期较长且成本较高。由于施工中的临时结构属于周期性临时工程，针对该结构的监测系统很不完善，目前基本是由人工进行监测。而人工监测存在以下缺陷：一是结构隐患无法及时发现，由于人工监测存在监测间隙，在间隙期间出现的隐患问题无法被及时发现；二是人工监测时间较长且工作量较大，人工完成所有的监测指标需要花费较长的时间，特别是有些项目的监测需要人员到桥下作业，工作繁琐不便，效率较低；三是监测数据的关联性较差，由于各项数据监测花费时间较长，数据之间的实时关联性较差，导致无法对数据进行实时关联性分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种桥梁施工临时结构的安全监测系统，用于解决现有技术中的至少一个技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种桥梁施工临时结构的安全监测系统，所述系统包括基于传感器网络的临时结构检测装置、无线数传电台以及上位机，所述无线数传电台分别与所述临时结构检测装置和所述上位机通信连接；
所述临时结构检测装置包括安装在所述临时结构各危险部位的若干个传感器节点，所述若干个传感器节点按照分类进行组网后与所述无线数传电台通信连接，并将各危险部位的检测数据通过所述无线数传电台发送至所述上位机；
所述上位机用于对接收到的多种检测数据进行分析和处理，并将监测结果进行输出和显示。
在一种可能的设计中，所述系统还包括远程监控终端，所述远程监控终端与所述上位机通信连接，用于对所述临时结构的健康安全进行远程监控。
在一种可能的设计中，所述临时结构包括钢栈桥，所述钢栈桥包括伸缩缝、主梁、分栈桥、钢管桩、围堰以及围堰钢支撑；所述传感器节点包括位移传感器、静力水准仪、倾角传感器以及表面应变器；
所述位移传感器安装在所述伸缩缝中，用于检测所述伸缩缝的位移量；
所述静力水准仪安装在所述主梁的主跨上以及所述分栈桥的贝雷梁上，用于采集供所述上位机计算得到主梁挠度沉降量和贝雷梁挠度沉降量的检测数据；
所述倾角传感器安装在所述钢管桩的顶部以及所述围堰的四角，用于检测钢管桩的倾斜量和围堰四角的倾斜量；
所述表面应变器安装在所述围堰钢支撑上，用于检测所述围堰钢支撑的应变。
在一种可能的设计中，所述上位机具体用于根据所述静力水准仪的检测数据计算所述主梁挠度沉降量和所述贝雷梁挠度沉降量，计算公式如下：
△H＝△Hx+△Hj；
△Hx＝Kx(Fox-Fx)；
△Hj＝Kj(Fj-Foj)；
其中，△H表示静力水准仪观测点的沉降变化量或升高变化量，当△H为负值时表示沉降变化量；△Hx表示静力水准仪观测点的液化变化量，Kx表示静力水准仪观测点的传感器系数，Fox表示静力水准仪观测点的初始读数，Fx表示静力水准仪观测点的实时测量值；△Hj表示静力水准仪基准点的液位变化量，Kj表示静力水准仪基准点的传感器系数，Fj表示静力水准仪基准点的实时测量值，Foj表示静力水准仪基准点的初始读数。
在一种可能的设计中，所述若干个传感器节点根据检测的参数类型不同以及在临时结构上安装位置的不同进行分类，并将每一类传感器节点通过485总线进行组网。
在一种可能的设计中，所述无线数传电台包括基于远距离无线电l ora技术的无线数传电台。
在一种可能的设计中，所述上位机还用于在某一检测数据超出预警阈值时进行自动报警，并基于网络将报警信息发送至所述远程监控终端。
在一种可能的设计中，所述远程监控终端包括PC端和/或智能手机。
有益效果：
本发明通过安装在临时结构各危险部位的若干个传感器节点采集各危险部位的健康安全数据，并通过无线数传电台发送至所述上位机。利用上位机对接收到的多种检测数据进行分析和处理，并将监测结果进行输出和显示。从而可以对临时结构的健康安全情况进行实时监测，并在健康状态异常时进行自动报警以提醒监管人员注意，从而可以及时采集救济措施。此外，通过不断采集临时结构的健康安全数据，分析数据的变化情况和数据之间的联动关系，对于后续合理减少桥梁设计上的余度具有重要的参考和指导意义。通过对健康安全数据的监测，还能够对桥梁设计力学模型进行有效验证，为后续桥梁施工提供数据支持。
附图说明
图1为本实施例中的桥梁施工临时结构的安全监测系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本说明书实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，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
为了解决现有技术中存在的人工监测桥梁施工临时结构时效率十分低下的技术问题，本申请实施例提供了一种桥梁施工临时结构的安全监测系统，该系统能够对临时结构的健康安全情况进行实时监测，并在健康状态异常时进行自动报警以提醒监管人员注意，从而可以及时采集救济措施。此外，通过不断采集临时结构的健康安全数据，分析数据的变化情况和数据之间的联动关系，对于后续合理减少桥梁设计上的余度具有重要的参考和指导意义。通过对健康安全数据的监测，还能够对桥梁设计力学模型进行有效验证，为后续桥梁施工提供数据支持。
如图1所示，本发明提供一种桥梁施工临时结构的安全监测系统，所述系统包括基于传感器网络的临时结构检测装置、无线数传电台以及上位机，所述无线数传电台分别与所述临时结构检测装置和所述上位机通信连接；
其中，需要说明的是，本实施例中的临时结构主要是指在桥梁施工前期修建的钢栈桥，用于辅助后续的桥梁施工，例如用于供车辆运输和施工人员作业。当然，可以理解的是，本实施例中的临时结构也不限于上述钢栈桥，还可以是在桥梁施工过程中修建的其他临时结构，并配置对应的传感器网络检测装置，此处不做限定。
所述临时结构检测装置包括安装在所述临时结构各危险部位的若干个传感器节点，所述若干个传感器节点按照分类进行组网后与所述无线数传电台通信连接，并将各危险部位的检测数据通过所述无线数传电台发送至所述上位机；
其中，优选的，本实施例中待检测的数据包括但不限于伸缩缝位移、钢栈桥主梁挠度沉降、钢栈桥沉降、钢管桩倾斜、围堰四角倾斜、围堰内钢支撑应力及应变、测区气象环境等数据，此处不做限定。
所述上位机用于对接收到的多种检测数据进行分析和处理，并将监测结果进行输出和显示。
其中，需要说明的是，所述上位机对接收到的多种检测数据进行分析和处理，并将监测结果进行输出和显示，主要包括：对多种检测数据进行分析，并生成对应的分析曲线，例如生成基于时间维度的数据变化曲线，并将该分析曲线显示在用户界面，用于供监控人员直观观察到临时结构的健康安全情况。当然，可以理解的是，本实施例中上位机采用的数据分析和处理方式并不限于上述方式，此处不做具体限定。
基于上述公开的内容，本实施例从而可以对临时结构的健康安全情况进行实时监测，以实时获知桥梁临时结构的健康安全情况，而通过不断采集临时结构的健康安全数据，分析数据的变化情况和数据之间的联动关系，对于后续合理减少桥梁设计上的余度具有重要的参考和指导意义。通过对健康安全数据的监测，还能够对桥梁设计力学模型进行有效验证，为后续桥梁施工提供数据支持。
在一种具体的实施方式中，所述系统还包括远程监控终端，所述远程监控终端与所述上位机通信连接，用于对所述临时结构的健康安全进行远程监控，优选的，所述远程监控终端包括PC(Private computer，私人电脑)和/或智能手机，其中，该PC端和/或智能手机上设置有关于临时结构安全监测系统的客户端，远程监管人员可以通过该客户端实时直观地获取临时结构的健康安全数据；更优选的，所述上位机还用于在某一检测数据超出预警阈值时进行自动报警，并基于网络将报警信息发送至所述远程监控终端，从而可以在临时结构存在健康状态异常时进行自动报警以提醒监管人员注意，从而可以及时采集救济措施。
在一种具体的实施方式中，所述临时结构包括钢栈桥，所述钢栈桥包括伸缩缝、主梁、分栈桥、钢管桩、围堰以及围堰钢支撑；所述传感器节点包括位移传感器、静力水准仪、倾角传感器以及表面应变器；
所述位移传感器安装在所述伸缩缝中，用于检测所述伸缩缝的位移量；
其中，优选的，所述临时结构上设置有两条伸缩缝，每条伸缩缝上安装有3个所述位移传感器，当然，可以理解的是，本实施例并不限于在每条伸缩缝上安装3个所述位移传感器的实施方式，此处不做限定。
其中，优选的，所述位移传感器采用拉线位移传感器，其技术参数的设置可以如下：量程：100MM，输出信号：RS485，线性精度：±0.1％，重复性精度：±0.01％
分辨率：32bit，IP等级：防水型IP67，使用温度：-40℃—80℃，工作电压：DC 6-12V。
所述静力水准仪安装在所述主梁的主跨上以及所述分栈桥的贝雷梁上，用于采集供所述上位机计算得到主梁挠度沉降量和贝雷梁挠度沉降量的检测数据；
其中，优选的，所述静力水准仪采用压差式静力水准仪，其技术参数的设置可以如下：测量介质：液体，压力形式：差压，压力量程：0～200mmH20,0～1000mmH20,0～20mH20，温度量程：-40～100℃，综合精度：0.02～0.1％FS，分辩率：0.01mm，输出信号：RS485-RTU，供电电压：12VDC(7～30VDC)，绝缘阻抗：≥1000MΩ/100VDC，补偿温度：-20～60℃，介质温度：-40～85℃，环境温度：-40～80℃，储存温度：-40～85℃；相对湿度：0～95％RH，响应时间：≤5mS，过载压力：150％FS，破坏压力：3倍量程，电气连接：防水航空插，直接引线，防护等级：Ip67、IP68，连接电缆：四芯防水航空接插件，连接材料：航空铝合金，氧化，过程连接：导液管:Ф10mmPU管/导气管:Ф8mmPU管。
在一种具体的实施方式中，所述上位机具体用于根据所述静力水准仪的检测数据计算所述主梁挠度沉降量和所述贝雷梁挠度沉降量，计算公式如下：
△H＝△Hx+△Hj；
△Hx＝Kx(Fox-Fx)；
△Hj＝Kj(Fj-Foj)；
其中，△H表示静力水准仪观测点的沉降变化量或升高变化量，当△H为负值时表示沉降变化量；△Hx表示静力水准仪观测点的液化变化量，Kx表示静力水准仪观测点的传感器系数，Fox表示静力水准仪观测点的初始读数，Fx表示静力水准仪观测点的实时测量值；△Hj表示静力水准仪基准点的液位变化量，Kj表示静力水准仪基准点的传感器系数，Fj表示静力水准仪基准点的实时测量值，Foj表示静力水准仪基准点的初始读数。
所述倾角传感器安装在所述钢管桩的顶部以及所述围堰的四角，用于检测钢管桩的倾斜量和围堰四角的倾斜量；
其中，优选的，所述倾角传感器采用倾角传感器双轴。
所述表面应变器安装在所述围堰钢支撑上，用于检测所述围堰钢支撑的应变。
其中，优选的，所述表面应变器采用上拉线式位移传感器，可以用于检测围堰受力对立面间距离变化；或者，所述表面应变器采用表面应变计，用于检测支撑杆的应变，该表面应变计的技术参数可以如下：量程：±2000με，灵敏度：1με(0.1Hz)，测量标距：150mm，使用环境温度：-10℃——﹢70℃温度测量范围：-20℃-﹢125℃,温度测量：灵敏度0.5℃精度：±1℃，信号输出：modbus485。
在一种具体的实施方式中，所述若干个传感器节点根据检测的参数类型不同以及在临时结构上安装位置的不同进行分类，并将每一类传感器节点通过485总线进行组网，优选的，所述485总线包括RS485总线或者Modbus总线；另外，优选的，所述无线数传电台包括基于远距离无线电lora技术的无线数传电台，从而基于RS485总线或者Modbus总线组网后，实现与基于远距离无线电lora技术的无线数传电台的通信。
基于上述公开的内容，本实施例通过安装在临时结构各危险部位的若干个传感器节点采集各危险部位的健康安全数据，并通过无线数传电台发送至所述上位机。利用上位机对接收到的多种检测数据进行分析和处理，并将监测结果进行输出和显示。从而可以对临时结构的健康安全情况进行实时监测，并在健康状态异常时进行自动报警以提醒监管人员注意，从而可以及时采集救济措施。此外，通过不断采集临时结构的健康安全数据，分析数据的变化情况和数据之间的联动关系，对于后续合理减少桥梁设计上的余度具有重要的参考和指导意义。通过对健康安全数据的监测，还能够对桥梁设计力学模型进行有效验证，为后续桥梁施工提供数据支持。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种桥梁施工临时结构的安全监测系统，其特征在于，所述系统包括基于传感器网络的临时结构检测装置、无线数传电台以及上位机，所述无线数传电台分别与所述临时结构检测装置和所述上位机通信连接；
所述临时结构检测装置包括安装在所述临时结构各危险部位的若干个传感器节点，所述若干个传感器节点按照分类进行组网后与所述无线数传电台通信连接，并将各危险部位的检测数据通过所述无线数传电台发送至所述上位机；
所述上位机用于对接收到的多种检测数据进行分析和处理，并将监测结果进行输出和显示；
所述临时结构包括钢栈桥，所述钢栈桥包括主梁和分栈桥，所述传感器节点包括静力水准仪，其中，所述静力水准仪安装在所述主梁的主跨上以及所述分栈桥的贝雷梁上，用于采集供所述上位机计算得到主梁挠度沉降量和贝雷梁挠度沉降量的检测数据；
所述上位机具体用于根据所述静力水准仪的检测数据计算所述主梁挠度沉降量和所述贝雷梁挠度沉降量，计算公式如下：
△H＝△Hx+△Hj；
△Hx＝Kx(Fox-Fx)；
△Hj＝Kj(Fj-Foj)；
其中，△H表示静力水准仪观测点的沉降变化量或升高变化量，当△H为负值时表示沉降变化量；△Hx表示静力水准仪观测点的液化变化量，Kx表示静力水准仪观测点的传感器系数，Fox表示静力水准仪观测点的初始读数，Fx表示静力水准仪观测点的实时测量值；△Hj表示静力水准仪基准点的液位变化量，Kj表示静力水准仪基准点的传感器系数，Fj表示静力水准仪基准点的实时测量值，Foj表示静力水准仪基准点的初始读数。
2.根据权利要求1所述的桥梁施工临时结构的安全监测系统，其特征在于，所述系统还包括远程监控终端，所述远程监控终端与所述上位机通信连接，用于对所述临时结构的健康安全进行远程监控。
3.根据权利要求1所述的桥梁施工临时结构的安全监测系统，其特征在于，所述钢栈桥还包括伸缩缝、钢管桩、围堰以及围堰钢支撑；所述传感器节点还包括位移传感器、倾角传感器以及表面应变器；
所述位移传感器安装在所述伸缩缝中，用于检测所述伸缩缝的位移量；
所述倾角传感器安装在所述钢管桩的顶部以及所述围堰的四角，用于检测钢管桩的倾斜量和围堰四角的倾斜量；
所述表面应变器安装在所述围堰钢支撑上，用于检测所述围堰钢支撑的应变。
4.根据权利要求1所述的桥梁施工临时结构的安全监测系统，其特征在于，所述若干个传感器节点根据检测的参数类型不同以及在临时结构上安装位置的不同进行分类，并将每一类传感器节点通过485总线进行组网。
5.根据权利要求1所述的桥梁施工临时结构的安全监测系统，其特征在于，所述无线数传电台包括基于远距离无线电lora技术的无线数传电台。
6.根据权利要求2所述的桥梁施工临时结构的安全监测系统，其特征在于，所述上位机还用于在某一检测数据超出预警阈值时进行自动报警，并基于网络将报警信息发送至所述远程监控终端。
7.根据权利要求2所述的桥梁施工临时结构的安全监测系统，其特征在于，所述远程监控终端包括PC端和/或智能手机。
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- 2022-01-21 CN CN202210074576.7A patent/CN114414180B/zh active Active
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