CN114659621B - 一种桥梁振动监测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种桥梁振动监测装置，包括：多个位置节点和监控系统。其中，多个位置节点均匀的安装在桥梁的下表面，每一个位置节点分别设置有第一通信器以及位置传感器，位置传感器用于采集位置信息；监控系统，设置在桥梁的外侧，与位置节点的第一通信器信号连接，包括：数据采集模块、模型建立模块、模型对比模块以及对策输出模块。本发明通过在桥梁底部均匀的铺设有大量的位置传感器，实时的检测出桥梁各个点位的位置数据，并将这些位置数据处理得到桥梁的振动情况，从而做出合理的维护措施；同时使用点云数据表现出桥梁各个点位的位置以及振动特征，从而得到桥梁的三维模拟状态，通过分析数据的方式得到桥梁整体的桥梁振动的情况。

Description

一种桥梁振动监测装置
技术领域
本发明涉及监测设备领域，特别涉及一种桥梁振动监测装置。
背景技术
桥梁安全是事关民生的大事，在桥梁安全的监测中，对桥梁振动的监测是一项重要的指标。目前，在对桥梁振动进行监测的时候，都是通过振动传感器安装在桥梁的底部表面用于检测桥梁振动，并且将检测到的桥梁振动实时的传输到中控平台，最后有中控平台判断并在合适的时候完成报警的操作。
这样的方式虽然可以检测到桥梁振动，但是所检测的桥梁振动是局部点位的，而不是整体的桥梁，这样在桥梁其他的部位点位发生了桥梁振动则无法准确的获取，从而无法通过对于桥梁振动分析而获得详细的信息，从而阻碍后续对于桥梁的维护。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术中存在的问题，提供一种桥梁振动监测装置，通过在桥梁底部均匀的铺设有大量的位置传感器，实时的检测出桥梁各个点位的位置数据，并将这些位置数据处理得到桥梁的振动情况，从而做出合理的维护措施。
为此，本发明提供一种桥梁振动监测装置，包括：多个位置节点，均匀的安装在桥梁的下表面，每一个所述位置节点分别设置有第一通信器以及位置传感器，所述位置传感器用于采集位置信息；监控系统，设置在桥梁的外侧，与所述位置节点的第一通信器信号连接，包括：数据采集模块、模型建立模块、模型对比模块以及对策输出模块；数据采集模块，接收同一个第一时间节点的每一个所述位置节点的位置信息；模型建立模块，接收到的每一个位置信息进行汇总，建立空间直角坐标系并将每一个所述位置信息导入，得到桥梁模型；模型对比模块，将每一个第一时间节点的桥梁模型与其之前的第一时间节点的桥梁模型进行对比分析，得到桥梁振动；对策输出模块，根据所述模型对比模块得到的桥梁振动获取对应的对策，并将对策输出。
进一步，所述模型建立模块在将位置信息导入的时候，将每一个位置信息转化为点云数据，每个点云数据中包括初始编号和位置坐标，输出得到所有的点云数据组成所述桥梁模型。
更进一步，所述模型对比模块在进行对比分析的时候，包括如下步骤：
在MATLAB中建立时间段，将时间段分解为若干个第二时间节点，相邻两个所述第二时间节点之间的间隔与所述第一时间节点之间的间隔相对应；
在MATLAB中将每一个第二时间节点分别设置模型区域；
依次将所述当前时间所在的第一时间节点的以及之前的所述桥梁模型按照时间的先后顺序填入所述模型区域中；
分别集取每一个相同编号的所述点云数据的位置坐标的变化，输出的得到每一个点云数据对应的振动图像，提取每一个所述点云数据对应的振动图像的振动特征；
综合全部的点云数据对应的振动特征，输出得到所述桥梁振动。
更进一步，综合全部的点云数据对应的振动特征的时候，包括如下步骤：
根据桥梁的结构依次提取出桥梁重要部位，并得到桥梁重要部位的坐标集合；
根据获取各个桥梁重要部位的振动比重参数；
依次得到各个桥梁重要部位的坐标集合中的位置坐标对应的振动特征的综合特征；
将各个桥梁重要部位对应的综合特征通过其对应的振动比重参数进行计算，得到所述桥梁振动。
更进一步，所述桥梁重要部位的坐标集合包括中心的位置坐标以及若干个边缘的位置坐标；
所述综合特征在获取的时候，包括如下步骤：
获取每一个边缘的位置坐标距离中心的位置坐标的距离，并将距离的数值的倒数作为对应的边缘的位置坐标的权重；
将各个边缘的位置坐标对应的权重进行归一化处理；
将边缘的位置坐标对应的振动特征与对应的权重进行计算，得到边缘特征；
将边缘特征与中心的位置坐标对应的振动特征根据设定的权重进行计算得到所述综合特征。
进一步，相邻的所述位置节点之间均匀设置有多个定位节点，相邻的所述定位节点之间通过直杆连接，所述位置节点与相邻的所述定位节点通过直杆连接，每一个所述定位节点分别安装在所述桥梁的下表面。
更进一步，所述定位节点中包括第二通信器和三维角度传感器；
所述定位节点通过三维角度传感器与所述直杆连接，所述三维角度传感器与所述第二通信器信号连接所述监控系统；
所述监控系统，还包括：
一组节点位置确定模块，根据每一个所述位置节点的位置信息以及与其连接的直杆的三维角度得到连接的所述定位节点的位置信息；
多组节点位置确定模块，根据每一个所述定位节点的位置信息以及与其连接的直杆的三维角度得到连接的所述定位节点的位置信息，遍历全部的定位节点；
位置导入模块，用于将每一个所述定位节点的位置信息导入所述空间直角坐标系中。
更进一步，所述监控系统还包括：
节点位置修正模块，将所述定位节点的多个位置信息收集，并将多个位置信息进行平均处理，使得每一个定位节点对应的位置信息单一化。
进一步，所述监控系统的对策输出模块，通过显示器将所述对策和所述桥梁模型输出。
本发明提供的一种桥梁振动监测装置，具有如下有益效果：
本发明通过在桥梁底部均匀的铺设有大量的位置传感器，实时的检测出桥梁各个点位的位置数据，并将这些位置数据处理得到桥梁的振动情况，从而做出合理的维护措施；
本发明在处理桥梁各个点位的位置数据的时候，使用点云数据表现出桥梁各个点位的位置以及振动特征，从而得到桥梁的三维模拟状态，通过分析数据的方式得到桥梁整体的桥梁振动的情况；
本发明为了得到精确的点云数据，在各个位置传感器之间布设更多的定位节点，相邻的两个定位节点之间之间连接直杆，通过检测两个定位节点相邻直杆的角度就可以得到各个定位节点的精确坐标，从而使得各个点位精确的将坐标以及其位置导入到监控系统，从而完成对于点位数据的采集。
附图说明
图1为本发明的整体结构纵向示意图；
图2为本发明的整体平面示意图；
图3为本发明在加入定位节点的整体结构纵向示意图；
图4为本发明在加入定位节点的整体平面示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
在本申请文件中，未经明确的部件型号以及结构，均为本领域技术人员所公知的现有技术，本领域技术人员均可根据实际情况的需要进行设定，在本申请文件的实施例中不做具体的限定。
具体的，如图1-4所示，本发明实施例提供了一种桥梁振动监测装置，包括：多个位置节点和监控系统。其中，多个位置节点是分布安装在桥梁的下表面用于监控桥梁的状态的，监控系统用于将上述的多个位置节点所检测的数据进行处理，输出得到合理的维护措施。
本发明的多个位置节点均匀的安装在桥梁的下表面，每一个所述位置节点分别设置有第一通信器以及位置传感器，所述位置传感器用于采集位置信息；第一通信器是将位置传感器采集到的位置信息作为位置节点的位置信息传输到监控系统中，位置传感器一般使用定位芯片。
本发明的监控系统设置在桥梁的外侧，与所述位置节点的第一通信器信号连接，用于接收位置节点的发送来的位置信息，其包括：数据采集模块、模型建立模块、模型对比模块以及对策输出模块。下面是各个模块的详细工作原理和介绍。
数据采集模块，接收同一个第一时间节点的每一个所述位置节点的位置信息；该模块是接收同一个第一时间节点中各个位置节点的位置信息，即是采集该时间节点中桥梁下表面各个点的状态信息。
模型建立模块，接收到的每一个位置信息进行汇总，建立空间直角坐标系并将每一个所述位置信息导入，得到桥梁模型；该模块是将上述的所有位置信息通过直角坐标系为载体进行展示，所展示的结果就是所述的桥梁模型。
模型对比模块，将每一个第一时间节点的桥梁模型与其之前的第一时间节点的桥梁模型进行对比分析，得到桥梁振动；该模块是将以时间轴为导向，相邻的两个第一时间节点对应的桥梁模型进行对比分析，从而输出得到的桥梁振动，在对比分析的时候，可以使用点云数据对比的方式，也可以使用三维数组的方式。
对策输出模块，根据所述模型对比模块得到的桥梁振动获取对应的对策，并将对策输出。该模块是根据上述的模型对比模块得到的桥梁振动，并根据对应的桥梁振动得到对一个的对策，并将取输出，这里的对策指的是合理的维护措施。
在桥梁的检测领域，一般都使用的是在结构的连接部分设置传感器，对桥梁的实际情况进行检测，在进行检测的时候，就只能检测到少数的一些节点，对于桥梁的整个情况没有完全的检测，更不能谈得上得到桥梁振动的真实情形，所得到的对策也就会具有一定的误差。
在本发明中通过在桥梁底部均匀的铺设有大量的位置传感器，实时的检测出桥梁各个点位的位置数据，并将这些位置数据处理得到桥梁的振动情况，从而做出合理的维护措施。也就是说，在本发明中，是通过数据的采集模拟出桥梁真实状态的模型，从而对后续进行研究。
在实际中，由于振动的时候，一般会产生振动的波形，本发明通过模型的方式就可以直接将振动的波形展示出来，从而使得在振动的观察的时候，通过振动的观测和分析得到桥梁振动。
在本发明中，所述模型建立模块在将位置信息导入的时候，将每一个位置信息转化为点云数据，每个点云数据中包括初始编号和位置坐标，输出得到所有的点云数据组成所述桥梁模型。在本发明中，初始编号表示的是位置传感器的原始编号，是根据位置传感器的位置，这样就可以将各个坐标位置与传感器一一对应，从而使得研究人员将桥梁模型与实际的桥梁的各个位置一一对应。本发明通过同时设置初始编号和位置坐标，就是要分析检测，每一个位置传感器所检测到的位置是否存在变动，变动是通过坐标的方式体现。
同时，在本发明中，所述模型对比模块在进行对比分析的时候，包括如下步骤：
(一)在MATLAB中建立时间段，将时间段分解为若干个第二时间节点，相邻两个所述第二时间节点之间的间隔与所述第一时间节点之间的间隔相对应；
(二)在MATLAB中将每一个第二时间节点分别设置模型区域；
(三)依次将所述当前时间所在的第一时间节点的以及之前的所述桥梁模型按照时间的先后顺序填入所述模型区域中；
(四)分别集取每一个相同编号的所述点云数据的位置坐标的变化，输出的得到每一个点云数据对应的振动图像，提取每一个所述点云数据对应的振动图像的振动特征；
(五)综合全部的点云数据对应的振动特征，输出得到所述桥梁振动。
上述技术方案中，步骤(一)至步骤(五)按照逻辑顺序依次进行，通过编号使得将位置传感器与桥梁上的位置一一对应，通过检测相邻两个时间节点上通过一个编号的位置的变化，得到桥梁的振动，并得到对应的振动曲线函数，该函数是一时间轴为导向进行的，最后通过各个点的振动特征，综合得到桥梁振动，从而使得本发明的技术方案在得到桥梁振动的时候，是根据桥梁中各个位置的振动关系，使得所得到的桥梁振动更加准确。
在根据各个位置的振动特征得到桥梁振动的时候，本发明首先建立振动特征矩阵，即是将每个点云数据的振动特征通过矩阵的方式展现得到振动特征矩阵Q，在对振动特征矩阵Q进行处理，此时，引入原始位置的位置矩阵Y，位置矩阵Y与所述振动特征矩阵Q的结构相对应，由此计算桥梁振动z，有
Z＝Q-1(YT)*
z＝r(Z*)
由于使用上述方式在计算桥梁振动z的时候，需要进行负载而繁琐的计算，还涉及到矩阵的计算。因此，本发明使用下述的方式，在确保准确的同时，减小运算的过程。在本发明中，在综合全部的点云数据对应的振动特征的时候，包括如下步骤：
(1)根据桥梁的结构依次提取出桥梁重要部位，并得到桥梁重要部位的坐标集合；
(2)根据获取各个桥梁重要部位的振动比重参数；
(3)依次得到各个桥梁重要部位的坐标集合中的位置坐标对应的振动特征的综合特征；
(4)将各个桥梁重要部位对应的综合特征通过其对应的振动比重参数进行计算，得到所述桥梁振动。
上述技术方案中，步骤(1)至步骤(4)按照逻辑顺序依次进行，通过仅仅是提取出桥梁的重要部分，通过将运算量分散的方式，对数据的运算进行缩小，在本发明中，为了使得所得到的数据与实际值更为接近，在本发明中根据桥梁的重要部位的比重参数，即是重要程度越大，比重越大，这些比重参数根据不同的桥梁进行统一的设定，之后，在得到各个桥梁重要部位的坐标集合中的位置坐标对应的振动特征的综合特征，实现将计算进行分列式进行，节约运算的数量，并且可以使得各个桥梁的重要部分的运算同时进行，最后根据这些综合特征，结合其对应的振动比重参数得到桥梁振动，这样实现了对于桥梁振动计算的进一步的简化和优化。
同时，在本发明中，所述桥梁重要部位的坐标集合包括中心的位置坐标以及若干个边缘的位置坐标；为了进一步的提升本发明的运算速率，并且使得桥梁重要部位得到的综合特征与真实的数据更加的接近，所述综合特征在获取的时候，包括如下步骤：
<1>获取每一个边缘的位置坐标距离中心的位置坐标的距离，并将距离的数值的倒数作为对应的边缘的位置坐标的权重；
<2>将各个边缘的位置坐标对应的权重进行归一化处理；
<3>将边缘的位置坐标对应的振动特征与对应的权重进行计算，得到边缘特征；
<4>将边缘特征与中心的位置坐标对应的振动特征根据设定的权重进行计算得到所述综合特征。
上述技术方案中，步骤<1>至步骤<4>按照逻辑顺序依次进行，将每一个桥梁重要部位设置为一个区域的方式进行表示，此时就可以得到这些区域的边缘的位置坐标，同时也就可以得到其中心位置的坐标，依次得到这些权重关系，将桥梁的振动点与距离建立联系，使得桥梁重要部位的每一个点云数据的振动都可以与其中中心位置的点云数据的振动建立关联。同时，在本发明中，为了节约计算的同时提升准确程度，将每一个边缘的位置坐标对应的振动特征与对应的权重进行计算，得到边缘特征，在将边缘特征和中心位置坐标的特征相结合，得到综合特征。在本发明中，使用归一化处理是为了使得权重的数值唯一。
综上，本发明在处理桥梁各个点位的位置数据的时候，使用点云数据表现出桥梁各个点位的位置以及振动特征，从而得到桥梁的三维模拟状态，通过分析数据的方式得到桥梁整体的桥梁振动的情况。
同时，为了使得所检测的数据更加的全面，同时使用的硬件设备的总体成本最对，本发明经过研究和实验。在本发明中，相邻的所述位置节点之间均匀设置有多个定位节点，相邻的所述定位节点之间通过直杆连接，所述位置节点与相邻的所述定位节点通过直杆连接，每一个所述定位节点分别安装在所述桥梁的下表面。
本发明为了得到精确的点云数据，在各个位置传感器之间布设更多的定位节点，相邻的两个定位节点之间之间连接直杆，通过检测两个定位节点相邻直杆的角度就可以得到各个定位节点的精确坐标，从而使得各个点位精确的将坐标以及其位置导入到监控系统，从而完成对于点位数据的采集。
同时，在本发明中，所述定位节点中包括第二通信器和三维角度传感器；所述定位节点通过三维角度传感器与所述直杆连接，所述三维角度传感器与所述第二通信器信号连接所述监控系统；所述监控系统，还包括：一组节点位置确定模块一级对应的多组节点位置确定模块，还有位置导入模块。下面是各个模块的工作介绍。
一组节点位置确定模块，根据每一个所述位置节点的位置信息以及与其连接的直杆的三维角度得到连接的所述定位节点的位置信息；该模块用于确定根据位置节点得到定位节点的位置信息。
多组节点位置确定模块，根据每一个所述定位节点的位置信息以及与其连接的直杆的三维角度得到连接的所述定位节点的位置信息，遍历全部的定位节点；该模块用于确定根据定位节点得到定位节点的位置信息。
位置导入模块，用于将每一个所述定位节点的位置信息导入所述空间直角坐标系中。该模块是将各个定位节点的位置信息在采集后完成导入到空间直角坐标系的过程。
上述技术方案中，记载了根据其中一个位置节点的位置，在后期定位节点中，无需位置传感器，就可以得到各个定位节点的位置信息。在扩充点云数据的同时，节省了硬件成本的。在本发明的通信中，监控系统仅仅与位置节点进行通信。
同时，在本发明中，所述监控系统还包括节点位置修正模块。节点位置修正模块是将所述定位节点的多个位置信息收集，并将多个位置信息进行平均处理，使得每一个定位节点对应的位置信息单一化。
上述技术方案所起的效果是对数据进行透视整合，由于定额外节点可能被多个位置节点所涉及得到的不同的数据，因此，在整合的时候，对多个位置信息进行平均处理，实现定位节点对应的位置信息单一化，使得在桥梁模型中可以顺利的展示。
在本发明中，为了方便用户的使用，提升产品的用户友好程度，所述监控系统的对策输出模块，通过显示器将所述对策和所述桥梁模型输出。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种桥梁振动监测装置，其特征在于，包括：
多个位置节点，均匀的安装在桥梁的下表面，每一个所述位置节点分别设置有第一通信器以及位置传感器，所述位置传感器用于采集位置信息；
监控系统，设置在桥梁的外侧，与所述位置节点的第一通信器信号连接，包括：数据采集模块、模型建立模块、模型对比模块以及对策输出模块；
数据采集模块，接收同一个第一时间节点的每一个所述位置节点的位置信息；
模型建立模块，接收到的每一个位置信息进行汇总，建立空间直角坐标系并将每一个所述位置信息导入，得到桥梁模型；
模型对比模块，将每一个第一时间节点的桥梁模型与其之前的第一时间节点的桥梁模型进行对比分析，得到桥梁振动；
对策输出模块，根据所述模型对比模块得到的桥梁振动获取对应的对策，并将对策输出；
相邻的所述位置节点之间均匀设置有多个定位节点，相邻的所述定位节点之间通过直杆连接，所述位置节点与相邻的所述定位节点通过直杆连接，每一个所述定位节点分别安装在所述桥梁的下表面，所述定位节点中包括第二通信器和三维角度传感器；
所述定位节点通过三维角度传感器与所述直杆连接，所述三维角度传感器与所述第二通信器信号连接所述监控系统；
所述监控系统，还包括：
一组节点位置确定模块，根据每一个所述位置节点的位置信息以及与其连接的直杆的三维角度得到连接的所述定位节点的位置信息；
多组节点位置确定模块，根据每一个所述定位节点的位置信息以及与其连接的直杆的三维角度得到连接的所述定位节点的位置信息，遍历全部的定位节点；
位置导入模块，用于将每一个所述定位节点的位置信息导入所述空间直角坐标系中。
2.如权利要求1所述的一种桥梁振动监测装置，其特征在于，所述模型建立模块在将位置信息导入的时候，将每一个位置信息转化为点云数据，每个点云数据中包括初始编号和位置坐标，输出得到所有的点云数据组成所述桥梁模型。
3.如权利要求2所述的一种桥梁振动监测装置，其特征在于，综合全部的点云数据对应的振动特征的时候，包括如下步骤：
根据桥梁的结构依次提取出桥梁重要部位，并得到桥梁重要部位的坐标集合；
根据获取各个桥梁重要部位的振动比重参数；
依次得到各个桥梁重要部位的坐标集合中的位置坐标对应的振动特征的综合特征；
将各个桥梁重要部位对应的综合特征通过其对应的振动比重参数进行计算，得到所述桥梁振动。
4.如权利要求3所述的一种桥梁振动监测装置，其特征在于，所述桥梁重要部位的坐标集合包括中心的位置坐标以及若干个边缘的位置坐标；
所述综合特征在获取的时候，包括如下步骤：
获取每一个边缘的位置坐标距离中心的位置坐标的距离，并将距离的数值的倒数作为对应的边缘的位置坐标的权重；
将各个边缘的位置坐标对应的权重进行归一化处理；
将边缘的位置坐标对应的振动特征与对应的权重进行计算，得到边缘特征；
将边缘特征与中心的位置坐标对应的振动特征根据设定的权重进行计算得到所述综合特征。
5.如权利要求1所述的一种桥梁振动监测装置，其特征在于，所述监控系统还包括：
节点位置修正模块，将所述定位节点的多个位置信息收集，并将多个位置信息进行平均处理，使得每一个定位节点对应的位置信息单一化。
6.如权利要求1所述的一种桥梁振动监测装置，其特征在于，所述监控系统的对策输出模块，通过显示器将所述对策和所述桥梁模型输出。
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