CN115307565A - 一种桥梁轨道变形位移的监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例涉及桥梁轨道变形监测领域，提供了一种桥梁轨道变形位移的监测装置及监测方法，其中，监测装置包括监测靶标、第一图像获取件、第一倾角测量件、距离测量件、数据采集网关以及安装基座。监测靶标置于梁轨的被监测点上，安装基座置于桥梁靠近监测靶标的一端并位于轨道的一侧，第一图像获取件、第一倾角测量件和距离测量件均设置于安装基座上，并与数据采集网关电连接。数据采集网关采集第一图像获取件获取的图像、距离测量件以及第一倾角测量件获取的数据信息后，用于计算被监测点相对位移。本申请提供的监测装置与方法，提升了监测精度，并提供了一种自动化监测手段，及时获取梁轨形变状态，保障铁路运行安全。

Description

一种桥梁轨道变形位移的监测装置及监测方法

技术领域

本申请涉及高速铁路桥梁轨道监测技术领域，特别涉及一种桥梁轨道变形位移的监测装置及监测方法。

背景技术

目前，从国家层面到地方政府，均大力推进高速铁路桥梁轨道的健康安全运营管理，特别针对梁轨相对位移变化较大的关键位置，需要有合理的监测手段，保障铁路运行整体安全性。

当前常用的监测手段有，人工标定测量，采用测量工具，如直尺标记、水准仪等传统工具测量标定点位置，在夜间人工巡检的天窗期进行测量；或者采用棱镜对中装置对高铁梁轨位移进行监测，通过观察装置中的气泡位置进行变形监测。

采用现有技术进行监测时，会导致测量数据误差较大，准确性较差，且必须做到人工值守在场标记数值，人工效率低，无法实时获得列车运营时刻梁轨关键位置横向、竖向、纵向三向动态形变位移，且位移监测具有较大的局限性，误差大，可操作性不强，难以及时发现梁轨形位变化潜在的病害和风险，存在一定分析滞后性及功能缺陷性。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例的主要目的在于提供一种桥梁轨道变形位移的监测装置及监测方法，以解决现有技术中监测手段自动化程度低以及监测精度低等问题。

为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

本申请实施例第一方面提供了一种桥梁轨道变形位移的监测装置，包括：监测靶标，设置于所述桥梁一端的梁轨的被监测点上；第一图像获取件，用于获取所述监测靶标的第一图像；第一倾角测量件，用于获取所述第一图像获取件沿横桥向的第一倾角；距离测量件，用于获取所述监测靶标与所述第一图像获取件之间的距离；安装基座，设置于所述桥梁靠近所述监测靶标的一端并位于所述轨道的一侧，所述第一图像获取件、所述第一倾角测量件和所述距离测量件均设置于所述安装基座上；数据采集网关，与所述第一图像获取件、所述第一倾角测量件及所述距离测量件电连接，用于采集所述第一图像获取件、所述第一倾角测量件及所述距离测量件的数据信息，以计算出所述被监测点的相对位移。

进一步地，所述监测装置还包括：基准靶标，设置于所述桥梁远离所述安装基座的另一端并与所述安装基座位于所述轨道的同一侧；第二图像获取件，设置于所述安装基座上，用于获取所述基准靶标的第二图像；第二倾角测量件，设置于所述安装基座上，用于获取所述第二图像获取件沿顺桥向的第二倾角，所述数据采集网关与所述第二图像获取件及所述第二倾角测量件电连接，采集所述第二图像获取件及所述第二倾角测量件的数据信息，以计算出所述被监测点的整体位移。

进一步地，所述安装基座包括：旋转件，所述第一图像获取件、所述第二图像获取件、所述第一倾角测量件、所述第二倾角测量件和所述距离测量件均设置于所述旋转件上；固定杆，所述旋转件可旋转地设置于所述固定杆的一端，所述固定杆的另一端设置于所述桥梁上。

进一步地，所述数据采集网关安装在所述旋转件上；和/或，所述固定杆配置为可调节高度。

进一步地，所述第一图像获取件为具有直角短焦镜头的光电摄像机，所述距离测量件为光电测距仪，所述监测靶标为反光材质靶标。

进一步地，所述第二图像获取件为具有直角长焦镜头的光电摄像机，所述基准靶标为红外靶标；和/或，所述第一倾角测量件和所述第二倾角测量件集成为双轴倾角仪。

进一步地，所述监测靶标与所述安装基座位于所述桥梁的同一横截面位置；和/或，所述第一图像获取件和所述距离测量件同等高度平行设置，所述第二图像获取件与所述第一图像获取件同等高度垂直设置；和/或，所述监测靶标包括设置于所述梁轨的防撞墙的第一靶标、设置于所述轨道的底座板的第二靶标、设置于所述轨道的轨道板的第三靶标以及设置于所述轨道的钢轨的第四靶标。

本申请实施例第二方面提供了一种桥梁轨道变形位移的监测方法，利用此监测方法，所述监测装置可以得到桥梁轨道的具体形变位移数值。

所述监测方法包括：

通过第一图像获取件获取梁轨的被监测点上监测靶标的第一图像；

通过第一倾角测量件获取所述第一图像获取件沿横桥向的第一倾角；

通过距离测量件获取所述监测靶标与所述第一图像获取件之间的距离；

通过数据采集网关采集所述第一图像获取件、所述第一倾角测量件及所述距离测量件的数据信息，用于计算出所述被监测点的相对位移。

进一步地，计算所述被监测点的相对位移具体包括：

所述被监测点相对于监测装置的横向相对位移为：y′＝y-y₀，

所述被监测点相对于所述监测装置的纵向相对位移为：x′＝x-x₀，

所述被监测点相对于所述监测装置的竖向相对位移为：

其中，x′、y′、z′分别表示所述被监测点相对于所述监测装置的纵向相对位移、横向相对位移和竖向相对位移，x，z表示通过所述第一图像获取的被监测点相对于所述监测装置在顺桥向和竖向的实测值，x₀，z₀表示通过所述第一图像获取的被监测点相对于所述监测装置在顺桥向和竖向的初始值，y表示通过所述距离测量件获取的被监测点相对于所述监测装置在横桥向的距离，y₀表示通过所述距离测量件获取的被监测点相对于所述监测装置在横桥向的初始距离，θ_A为所述第一图像获取件沿横桥向的第一倾角。

进一步地，所述监测方法还包括：

通过第二图像获取件获取所述基准靶标的第二图像；

通过第二倾角测量件获取所述第二图像获取件沿顺桥向的第二倾角；

通过所述数据采集网关采集所述第二图像获取件及所述第二倾角测量件的数据信息，用于计算出所述被监测点的整体位移。

进一步地，所述被监测点的竖向整体位移为：

其中，z′表示所述被监测点相对于监测装置的竖向相对位移，z_b0表示所述第二图像获取的所述基准靶标相对于所述监测装置在竖向的实测值，x_b0表示所述基准靶标到所述第二图像获取件的距离，θ_B为所述第二图像获取件沿顺桥向的第二倾角。

本申请实施例涉及桥梁轨道变形监测领域，提供了一种桥梁轨道变形位移的监测装置及监测方法，其中，监测装置包括监测靶标、第一图像获取件、第一倾角测量件、距离测量件、数据采集网关以及安装基座。监测靶标置于梁轨的被监测点上，安装基座置于桥梁靠近监测靶标的一端并位于轨道的一侧，第一图像获取件、第一倾角测量件和距离测量件均设置于安装基座上，并与数据采集网关电连接。数据采集网关采集第一图像获取件获取的图像、距离测量件以及第一倾角测量件获取的数据信息后，用于计算被监测点相对位移。本申请提供的监测装置与方法，提升了监测精度，并提供了一种自动化监测手段，及时获取梁轨形变状态，保障铁路运行安全。

附图说明

图1为本申请实施例的一种桥梁轨道变形位移的监测装置安装结构示意图；

图2为图1中第一图像获取件与桥梁轨道形变方向一致时A-A剖面图及算法示意图；

图3为图1中第一图像获取件与桥梁轨道形变方向相反时A-A剖面图及算法示意图，其中仅示出了第四靶标的算法示意；

图4为图1中B-B剖面图及算法示意图；

图5为图1中监测靶标在第一图像获取件中的成像示意图；

图6为图1中基准靶标在第二图像获取件中的成像示意图；

图7为本申请实施例的一种桥梁轨道变形位移的监测装置通过旋转件旋转角度后各监测断面示意图；

图8为本申请实施例的一种桥梁轨道变形位移的监测方法的流程图；

图9为本申请实施例的一种桥梁轨道变形位移的监测方法的流程图。

附图标记说明

100、监测装置；10、基准靶标；20、第二图像获取件；30、安装基座；301、旋转件；302、固定杆；40、数据采集网关；50、双轴倾角仪；501、第一倾角测量件；502、第二倾角测量件；60、距离测量件；70、第一图像获取件；80、监测靶标；801、第一靶标；802、第二靶标；803、第三靶标；804、第四靶标。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合，具体实施方式中的详细描述应理解为本申请宗旨的解释说明，不应视为对本申请的不当限制。

在本申请中，为便于扩展表述，“顺桥向”是指与桥梁的纵向即轨道的延伸方向相同或相近的方位或位置关系，例如为基于附图1中B-B剖切方向或位置关系，“横桥向”是指与顺桥向垂直的方位或位置关系，例如为基于附图1所示的A-A剖切方向或位置关系。需要理解的是，这些方位术语仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

本申请一实施例的一方面，提供了一种桥梁轨道变形位移的监测装置100，桥梁包括但不限于连续梁桥、拱桥、斜拉桥或悬索桥，请参阅图1-3、图5，该监测装置100包括监测靶标80、第一图像获取件70、第一倾角测量件501、距离测量件60、数据采集网关40和安装基座30。监测靶标80设置于桥梁一端的梁轨的被监测点上，其中梁轨包括轨道和防撞墙，轨道包括底座板、轨道板和钢轨，监测靶标80可以设置在防撞墙、底座板、轨道板和钢轨的至少之一的被监测点上，例如同时设置在防撞墙、底座板、轨道板和钢轨的被监测点上，被监测点可以是防撞墙上的被监测点A₀、底座板上的被监测点A₁、轨道板上的被监测点A₂和钢轨上的被监测点A₃。第一图像获取件70用于获取监测靶标80的第一图像；第一倾角测量件501用于获取第一图像获取件70沿横桥向的第一倾角；距离测量件60用于获取监测靶标80与第一图像获取件70之间的距离。安装基座30，设置于桥梁靠近监测靶标80的一端并位于轨道的一侧，例如位于防撞墙的外侧，位于梁轨关键位置对应的电缆槽附近，第一图像获取件70、第一倾角测量件501和距离测量件60均设置于安装基座30上。数据采集网关40与第一图像获取件70、第一倾角测量件501及距离测量件60电连接，用于采集第一图像获取件70、第一倾角测量件501及距离测量件60的数据信息，以计算出被监测点的相对位移，例如数据采集网关40将采集的数据信息通过有线网络或无线网络发送给后台计算机进行被监测点的相对位移计算。数据采集网关40可以设置于安装基座30上，也可以安装在电缆槽中。

具体地，本申请实施例在桥梁轨道上和/或防撞墙上设置被监测点，例如防撞墙上的被监测点A₀、轨道的底座板上的被监测点A₁、轨道的轨道板上的被监测点A₂和轨道的钢轨上的被监测点A₃，如需要监测防撞墙、底座板、轨道板以及钢轨中任意一个、两个、三个或四个被监测点相对监测装置的相对位移，可以选择在防撞墙的被监测点A₀上设置第一靶标801，在底座板的被监测点A₁上设置第二靶标802，在轨道板的被监测点A₂上设置第三靶标803，在钢轨的被监测点A₃上设置第四靶标804。监测装置可以单独监测防撞墙、底座板、轨道板以及钢轨相对于监测装置100的相对位移，也可以监测各被监测点之间的相对位移。监测靶标80例如为反光板材质靶标，具有防水、反光率高、防潮、耐久抗腐蚀等优点，监测靶标80也可以是红外靶标，实际选择时可以根据第一图像获取件70和距离测量件60的特性进行匹配，本申请对此不作限定，监测靶标80的外观可以为十字形或圆形等，能够满足监测即可，对于外观形状不做强制要求。监测靶标80可以粘贴于被监测点外侧表面。

第一图像获取件70例如可以为具有直角短焦镜头的光电摄像机，光电摄像机(CCD摄像机)工作原理是将被摄物体的图像经过镜头聚焦至CCD芯片上，CCD根据光的强弱积累相应比例的电荷，各个像素积累的电荷在视频时序的控制下逐点外移，经滤波、放大处理后形成视频信号输出。光电摄像机可以得到更加清晰的图像，为后续形变位移计算提供更准确地数据信息。第一图像获取件70也可以为获取图像的其他设备，主要目的在于采集监测靶标80的第一图像，在使用过程中，根据实际需求进行选择，本申请在此不做限定。

另外，本申请实施例的监测装置100中的第一倾角测量件501例如可以是电子式角度仪或倾角传感器等设备，在本实施例中的用法为测量第一图像获取件70与横桥向之间的第一倾角。此处“第一图像获取件70与横桥向之间的第一倾角”应理解为第一图像获取件70相对于被监测点方向的倾角。距离测量件60可以为光电测距仪、激光测距仪或超声波测距传感器等设备，使用时根据实际需求进行选择，可以精准测量被监测点的监测靶标80与第一图像获取件70之间的距离。一实施例中，距离测量件60为光电测距仪，光电测距仪是利用调制的光波进行精密测距的仪器，测程可达2.5公里左右，也能用于夜间作业，当光电测距仪发出光至反光材质靶标制作的监测靶标80时，经反光反射后又返回仪器，得到监测靶标80与光电测距仪之间的距离，通过光电测距仪与光电摄像机之间的安装关系，从而也能得到监测靶标80与光电摄像机之间的距离。

一实施例中，第一图像获取件70与距离测量件60安装在安装基座30同一侧，并保持同等高度平行安装，安装后，保证第一图像获取件70对准监测靶标80后，固定好安装基座30。数据采集网关40使用时与第一图像获取件70、距离测量件60和第一倾角测量件501电连接，能够实现数据采集功能，数据采集网关40将采集的数据传递给后台计算机，后台计算机再根据设定的计算程序完成相对位移计算。

数据采集网关40可以为嵌入式采集网关，设置于安装基座30上。数据采集网关40可以内置数据采集模块、时序数据库模块、边缘计算管理模块、感知图表展示模块、MQTT传输服务等功能模块，通过发挥前段处理功能、数据清洗预处理，将梁轨位移解算信息传输至后台计算机。在桥梁轨道变形监测领域，使用此结构的监测装置100，能够自动完成数据采集，且装置能够自动计算桥梁轨道相对于监测装置100的实时形变位移数据，相当于提供了一种自动监测装置，同时能够提升测量精度，提高了铁路运行的安全性。

一实施例中，请参阅图1、图4和图6，监测装置100还包括基准靶标10、第二图像获取件20和第二倾角测量件502。基准靶标10设置于桥梁远离安装基座30的另一端并与安装基座30位于轨道的同一侧，例如基准靶标10设置在桥梁的一端，安装基座30设置在桥梁的另一端；第二图像获取件20设置于安装基座30上，用于获取基准靶标10的第二图像；第二倾角测量件502设置于安装基座30上，用于获取第二图像获取件20沿顺桥向的第二倾角，数据采集网关40与第二图像获取件20及第二倾角测量件502电连接，采集第二图像获取件20及第二倾角测量件502的数据信息，以计算出被监测点的整体位移。例如，数据采集网关40将采集的第二图像和第二倾角发送给后台计算机，后台计算机再根据设定的计算程序完成整体位移计算。

具体地，本实施例中第二图像获取件20同样可以为具有直角长焦镜头的光电摄像机，采用直角长焦镜头光电摄像机获取梁端基准靶标10的图像，长焦镜头可以根据桥梁实际情况选择，本申请在此不做限定，直角长焦镜头光电摄像机获取精确信息，减少整体位移计算误差。第二图像获取件20也可以为获取图像的其他设备，在使用过程中，根据实际需求进行选取，本申请在此不做限定。基准靶标10可以为红外靶标，其特征性强，确保基准靶标10的数据信息准确。

一实施例中，第二图像获取件20安装在安装基座30上的高度与第一图像获取件70保持一致，且安装方向与第一图像获取件70安装方向垂直。基准靶标10例如为红外靶标，基准靶标10固定于桥梁远离安装基座30的另一端并与安装基座30位于轨道的同一侧。通过增加设置基准靶标10，解决了桥梁轨道关键位置仅能获取被监测点相对于监测装置100的相对位移的技术缺陷，通过直角90°耦合梁端靶标，可达到监测桥梁轨道横向、竖向、纵向三个方向轴上相对位移与整体位移的串联。

一实施例中，请参阅图1，安装基座30包括固定杆302及旋转件301，第一图像获取件70、第二图像获取件20、第一倾角测量件501、第二倾角测量件502和距离测量件60均设置于旋转件301上；旋转件301可旋转地设置于固定杆302的一端，固定杆302的另一端设置于桥梁上。

具体地，旋转件301是一个具有防腐功能的转动平台，此转动平台由一个平台基座和一个转盘构成，固定杆302材质可以是不锈钢等防腐材料制成的立杆，立杆一侧与平台基座采用满焊等方式固定，另一侧垂直桥面固定，提供支撑设备作用，其高度可以根据监测靶标80的高度定制或调节，确保监测靶标80在第一图像获取件70监测方向上。固定杆302也可以不做调整，具体实施时，将监测靶标80与第一图像获取件70的竖向方向的初始高度差值记录在后台计算机中。监测时，在[-90°，90°]范围内，根据实际的监测角度需求，后台计算机下达指令给数据采集网关40，数据采集网关40执行指令，转盘带动第一图像获取件70、第二图像获取件20、距离测量件60、第一倾角测量件501及第二倾角测量件502转动到所需角度，转动平台可以增加监测装置100的监测范围，提升设备整体的性能。

在其他实施例中，旋转件301也可以相对于固定杆302固定设置，固定杆302可以根据监测靶标80的高度来做出调整，以确保监测靶标80在第一图像获取件70监测方向上。此外，固定杆302也可以不做调整，具体实施时，将监测靶标80与第一图像获取件70的竖向方向的初始高度差值记录在后台计算机中。在本实施例中，如果需要测量多个横断面桥梁轨道形变量，可以根据实际需求在所需测量的轨道横桥向方向安装本实施例中提供的监测装置100。

一实施例中，请参阅图1、图7，数据采集网关40安装在旋转件301上。具体地，数据采集网关40可以安装在旋转件301平台基座上，与监测装置100各数据采集设备电连接，就近设置，提升数据采集的稳定性，避免了远程数据采集出现的通讯故障。

一实施例中，第一倾角测量件501和第二倾角测量件502可以集成为一个双轴倾角仪50，双轴倾角仪50是在单轴的基础上结合具体的实际要求，设计出的一款针对两个方向夹角大小的测量工具，使用双轴倾角仪50可以有效减小安装尺寸，其与数据采集网关40之间仅需要一次电连接即可完成两个角度的数据采集，提升监测装置100整体稳定性。其他实施例中，第一倾角测量件501和第二倾角测量件502也可以为独立的两个元器件。

一实施例中，请参阅图1，监测靶标80与安装基座30位于桥梁的同一横截面位置，即该横截面垂直于轨道的延伸方向。请参阅图7，当用同一监测装置100监测不同横截面的被监测点时，可以转动监测装置100的旋转件301，实现同一监测装置对多截面多点进行监测，大大提高了监测装置100的监测性能，使得监测装置100的可适用性更强。例如，可以对处于桥梁的不同横截面，位于防撞墙上的被监测点N0、底座板上的被监测点N1、轨道板上的被监测点N2和钢轨上的被监测点N3进行变形位移监测。此时，“横桥向”应理解为监测装置100朝向被监测点的方向。

一实施例中，第一图像获取件70与距离测量件60可以安装在同一高度平行设置，第二图像获取件20安装方向垂直于第一图像获取件70安装方向。此种安装方式，省去了各测量用电子元器件本身存在的竖向高度差，在执行计算程序时，无需处理初始偏差，简化运算操作，提升运算效率。

在其他实施例中，第一图像获取件70与距离测量件60也可以安装在不同高度相交设置，第二图像获取件20安装方向也可以与第一图像获取件70相交设置，在此实施例中，只需要知道第一图像获取件70与距离测量件60安装的初始高度差及安装方向夹角，及第二图像获取件20与第一图像获取件70安装方向的初始夹角，可以在后续计算程序中代入初始值后利用简单的几何关系进行换算。

本申请一实施例的另一方面，还提供了一种桥梁轨道变形监测方法，可以利用上述任意一种监测装置100，请参阅图1-3、图5及图8，监测方法包括如下步骤：

S10、通过第一图像获取件70获取梁轨的被监测点上监测靶标80的第一图像；

S20、通过第一倾角测量件501获取第一图像获取件70沿横桥向的第一倾角；

S30、通过距离测量件60获取监测靶标80与第一图像获取件70之间的距离；

S40、通过数据采集网关40采集第一图像获取件70、第一倾角测量件501及距离测量件60的数据信息，用于计算出被监测点的相对位移。

关于上述步骤中的第一图像获取件70、第一倾角测量件501、距离测量件60、数据采集网关40及被监测点在上文中已经介绍，在此不再赘述。上述步骤的顺序只是为了方便表述，不应理解为限定了特定的先后顺序，例如S10～S30步骤可以是同时进行的。

参见图1，以监测装置100的安装中心为坐标原点，沿横桥向为Y轴，顺桥向为X轴，垂直于桥梁的方向为Z轴构成坐标系；下面各实施例中的数据采集及计算均参照该坐标系。

一些实施例中，请参阅图1～3、图5，在S10步骤中通过第一图像获取件70获取被监测点上监测靶标80图像后，得到监测靶标80在坐标系中的坐标数据(x，z)；在S20步骤中通过第一倾角测量件501获取第一图像获取件70与横桥向的第一倾角θ_A，倾角朝水平面往上为正角，反之为负角；在S30步骤中通过距离测量件60获取监测靶标80与坐标原点之间的垂直距离y。

根据上述数据，可以计算得出：

被监测点相对于监测装置100的横向相对位移为：y′＝y-y₀，

被监测点相对于监测装置100的纵向相对位移为：x′＝x-x₀，

被监测点相对于监测装置100的竖向相对位移为：z′，

则

其中，x′、y′、z′分别表示所述被监测点相对于所述监测装置的纵向相对位移、横向相对位移和竖向相对位移，x，z表示第一图像在坐标系中的坐标(x，z)，即被监测点相对于监测装置100在顺桥向和竖向的实测值，x₀，z₀表示第一图像在第一坐标系中的初始坐标(x₀，z₀)，即被监测点相对于监测装置100在顺桥向和竖向的初始值，y表示距离测量件60获取的被监测点相对于监测装置100在横桥向的距离，y₀表示距离测量件60获取的被监测点相对于监测装置100在横桥向的初始距离，θ_A为第一图像获取件70沿横桥向的第一倾角。

在防撞墙的被监测点A₀上设置第一靶标801，第一靶标801图像在坐标系中的坐标为(x₁，z₁)，第一靶标801在横桥向上的距离为y₁；和/或，

在轨道的底座板的被监测点A₁上设置第二靶标802，第二靶标802图像在坐标系中的坐标为(x₂，z₂)，第二靶标802在横桥向上的距离为y₂；和/或，

在轨道的轨道板的被监测点A₂上设置第三靶标803，第三靶标803图像在坐标系中的坐标为(x₃，z₃)，第三靶标803在横桥向上的距离为y₃；和/或，

在轨道的钢轨的被监测点A₃上设置第四靶标804，第四靶标804图像在坐标系中的坐标为(x₄，z₄)，第三靶标803在横桥向上的距离为y₄；

由此，可以得出各被监测点相对于监测装置100的竖向位移，

防撞墙相对于监测装置100的竖向相对位移为：

底座板相对于监测装置100的竖向相对位移为：

轨道板相对于监测装置100的竖向相对位移为：

钢轨相对于监测装置100的竖向相对位移为：

进一步地，考虑到防撞墙作为桥面系与桥梁结构协调变形，且不作为列车及轨道荷载作用的直接受力结构，防撞墙变形可接近于桥梁自身变形值，在需要获取桥梁轨道的底座板、轨道板及钢轨相对于桥梁的相对形变值时，可以在桥梁的防撞墙的被监测点A₀上设置第一靶标801，并在轨道的底座板的被监测点A₁上设置第二靶标802；和/或，在轨道的轨道板的被监测点A₂上设置第三靶标803；和/或，以及在轨道的钢轨的被监测点A₃上设置第四靶标804；从而所以得出底座板与桥梁结构相对竖向位移为z′₂-z′₁，轨道板与桥梁结构相对竖向位移为z′₃-z′₁，钢轨与桥梁结构相对竖向位移为z′₄-z′₁。

另外的，可根据建立轨道各结构与防撞墙结构几何算法关系，得出底座板与桥梁结构横桥向相对位移为△(y₂-y₁)，轨道板与桥梁结构横桥向相对位移为△(y₃-y1)，钢轨与桥梁结构横桥向相对位移为△(y4-y1)，其中△表示当前差值减去原始标定差值。

针对桥梁轨道顺桥向相对位移，可根据建立轨道各结构与防撞墙结构几何算法关系，得出底座板与桥梁结构顺桥向相对位移为△(x₂-x1)，轨道板与桥梁结构顺桥向相对位移为△(x2-x₁)，钢轨与桥梁结构顺桥向相对位移为△(x2-x1)，其中△表示当前差值减去原始标定差值。

一些实施例中，请参阅图1、图4、图6及图9，该监测方法还包括以下步骤：

S50、通过第二图像获取件20获取基准靶标10的第二图像；

S60、通过第二倾角测量件502获取第二图像获取件20沿顺桥向的第二倾角；

S70、通过数据采集网关40采集第二图像获取件20及第二倾角测量件502的数据信息，用于计算出被监测点的整体位移。

关于上述步骤中的第二图像获取件20、第二倾角测量件502、数据采集网关40、基准靶标10及被监测点在上文中已经介绍，在此不再赘述。上述步骤的顺序只是为了方便表述，不应理解为限定了特定的先后顺序，例如S50～S60步骤可以是同时进行的，还可以与S10～S30同时进行。

在一些实施例中，在S50步骤中通过第二图像获取件20获取基准靶标10在坐标系中的坐标数据(yb0，z_b0)；在S60步骤中通过第二倾角测量件502获取直角长焦镜头光电摄像机与顺桥向的第二倾角θ_B，倾角朝水平面往上为正角，反之为负角；根据实际基准靶标10安装位置，可以得到其与坐标原点之间的垂直距离x_b0；

如图4所示，根据上述数据，可以根据如下公式得到第二图像获取件20相对于基准靶标10在竖向方向上的相对位移为

进一步地，被监测点的竖向整体位移Z为：

其中，z′表示被监测点相对于监测装置100的竖向相对位移，z_b0表示第二图像获取件20获取的基准靶标10在坐标系上的Z轴坐标值，即所述基准靶标相对于所述监测装置在竖向的实测值，x_b0表示基准靶标10到坐标原点的距离，θ_B为第二图像获取件20与顺桥向的第二倾角。

进一步地，建立桥梁轨道各结构与监测装置100、监测装置100与基准靶标10的几何算法关系，可以得到桥梁轨道各被监测点竖向整体位移为对应的各被监测点相对于监测装置100的竖向相对位移与监测装置100相对于基准靶标10的竖向相对位移之和，联立解算桥梁轨道竖向整体形变量，防撞墙竖向整体变形值Z₁：

底座板竖向整体变形值Z₂：

轨道板竖向整体变形值Z₂：

钢轨竖向整体变形值Z₂：

其中，z′₁表示防撞墙相对于监测装置100的竖向相对位移，z′₂表示底座板相对于监测装置100的竖向相对位移，z′₃表示轨道板相对于监测装置100的竖向相对位移，z′₄表示钢轨相对于监测装置100的竖向相对位移，z_b0表示第二图像获取件20获取的基准靶标10在坐标系上的Z轴坐标值，x_b0表示基准靶标10到坐标原点的距离，θ_B为第二图像获取件20与纵桥向的第二倾角，倾角朝水平面往上为正角，反之为负角。

本申请提供的一种桥梁轨道变形位移的监测装置及监测方法，实施后，可以为桥梁轨道形变监测领域提供一种更加精确，且适用性更强的监测手段，使用本申请提出的监测装置及监测方法后，解决了人工测量误差大、效率低等问题，针对桥梁轨道相对位移变化较大的关键位置，本申请提供的技术手段可操作性更高，监测得到的形变值更精确，并且能够全天候24h及时获取被监测点相对于监测装置的相对位移及整体位移数据，对桥梁轨道实时监控，保障铁路运行整体安全性。

上述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种桥梁轨道变形位移的监测装置，其特征在于，包括：

监测靶标，设置于所述桥梁一端的梁轨的被监测点上；

第一图像获取件，用于获取所述监测靶标的第一图像；

第一倾角测量件，用于获取所述第一图像获取件沿横桥向的第一倾角；

距离测量件，用于获取所述监测靶标与所述第一图像获取件之间的距离；

安装基座，设置于所述桥梁靠近所述监测靶标的一端并位于所述轨道的一侧，所述第一图像获取件、所述第一倾角测量件和所述距离测量件均设置于所述安装基座上；

数据采集网关，与所述第一图像获取件、所述第一倾角测量件及所述距离测量件电连接，用于采集所述第一图像获取件、所述第一倾角测量件及所述距离测量件的数据信息，以计算出所述被监测点的相对位移。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括：

基准靶标，设置于所述桥梁远离所述安装基座的另一端并与所述安装基座位于所述轨道的同一侧；

第二图像获取件，设置于所述安装基座上，用于获取所述基准靶标的第二图像；

第二倾角测量件，设置于所述安装基座上，用于获取所述第二图像获取件沿顺桥向的第二倾角，所述数据采集网关与所述第二图像获取件及所述第二倾角测量件电连接，采集所述第二图像获取件及所述第二倾角测量件的数据信息，以计算出所述被监测点的整体位移。

3.根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于，所述安装基座包括：

旋转件，所述第一图像获取件、所述第二图像获取件、所述第一倾角测量件、所述第二倾角测量件和所述距离测量件均设置于所述旋转件上；

固定杆，所述旋转件可旋转地设置于所述固定杆的一端，所述固定杆的另一端设置于所述桥梁上。

4.根据权利要求3所述的监测装置，其特征在于，所述数据采集网关安装在所述旋转件上；和/或，所述固定杆配置为可调节高度。

5.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述第一图像获取件为具有直角短焦镜头的光电摄像机，所述距离测量件为光电测距仪，所述监测靶标为反光材质靶标。

6.根据权利要求2所述的监测装置，其特征在于，所述第二图像获取件为具有直角长焦镜头的光电摄像机，所述基准靶标为红外靶标；和/或，

所述第一倾角测量件和所述第二倾角测量件集成为双轴倾角仪。

7.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测靶标与所述安装基座位于所述桥梁的同一横截面位置；和/或，

所述第一图像获取件和所述距离测量件同等高度平行设置，所述第二图像获取件与所述第一图像获取件同等高度垂直设置；和/或，

所述监测靶标包括设置于所述梁轨的防撞墙的第一靶标、设置于所述轨道的底座板的第二靶标、设置于所述轨道的轨道板的第三靶标以及设置于所述轨道的钢轨的第四靶标。

8.一种桥梁轨道变形位移的监测方法，其特征在于，所述监测方法包括：

通过第一图像获取件获取梁轨的被监测点上监测靶标的第一图像；

通过第一倾角测量件获取所述第一图像获取件沿横桥向的第一倾角；

通过距离测量件获取所述监测靶标与所述第一图像获取件之间的距离；

通过数据采集网关采集所述第一图像获取件、所述第一倾角测量件及所述距离测量件的数据信息，用于计算出所述被监测点的相对位移。

9.根据权利要求8所述的监测方法，其特征在于，计算所述被监测点的相对位移具体包括：

所述被监测点相对于监测装置的横向相对位移为：y′＝y-y₀，

所述被监测点相对于所述监测装置的纵向相对位移为：x′＝x-x₀，

所述被监测点相对于所述监测装置的竖向相对位移为：

其中，x′、y′、z′分别表示所述被监测点相对于所述监测装置的纵向相对位移、横向相对位移和竖向相对位移，x，z表示通过所述第一图像获取的被监测点相对于所述监测装置在顺桥向和竖向的实测值，x₀，z₀表示通过所述第一图像获取的被监测点相对于所述监测装置在顺桥向和竖向的初始值，y表示通过所述距离测量件获取的被监测点相对于所述监测装置在横桥向的距离，y₀表示通过所述距离测量件获取的被监测点相对于所述监测装置在横桥向的初始距离，θ_A为所述第一图像获取件沿横桥向的第一倾角。

10.根据权利要求8所述的监测方法，其特征在于，所述监测方法还包括：

通过第二图像获取件获取所述基准靶标的第二图像；

通过第二倾角测量件获取所述第二图像获取件沿顺桥向的第二倾角；

通过所述数据采集网关采集所述第二图像获取件及所述第二倾角测量件的数据信息，用于计算出所述被监测点的整体位移。

11.根据权利要求10所述的监测方法，其特征在于，所述被监测点的竖向整体位移为：

其中，z′表示所述被监测点相对于监测装置的竖向相对位移，z_b0表示所述第二图像获取件获取的所述基准靶标相对于所述监测装置在竖向的实测值，x_b0表示所述基准靶标到所述第二图像获取件的距离，θ_B为所述第二图像获取件沿顺桥向的第二倾角。

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