CN115561163A - 基于物联网通讯的桥梁结构监控方法 - Google Patents

基于物联网通讯的桥梁结构监控方法 Download PDF

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CN115561163A CN202211310890.7A CN202211310890A CN115561163A CN 115561163 A CN115561163 A CN 115561163A CN 202211310890 A CN202211310890 A CN 202211310890A CN 115561163 A CN115561163 A CN 115561163A
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Abstract

本发明提供了基于物联网通讯的桥梁结构监控方法，其自动采集与分析桥梁的振动动作、所处大气空间的大气流动数据、桥梁的内部应力分布数据，从中筛选出存在结构缺陷的桥梁部位，其能够对桥梁进行全天候无间断的自动监测，提高桥梁结构监控的全面性、自动性和精确性。

Description

基于物联网通讯的桥梁结构监控方法
技术领域
本发明涉及建筑结构监测的技术领域，特别涉及基于物联网通讯的桥梁结构监控方法。
背景技术
大型桥梁的跨度较大，并且车流量较多，使得需要对大型桥梁进行定期的检查维护。为了尽量不影响桥梁的正常通行，通常会选择在夜间时段对桥梁进行人工检查。大型桥梁的跨度较大，以及具有较多的桥墩和桥面接合位等关键部位，这使得人工检查需要借助大量人力和时间才能完成，同时在夜间检查不仅妨碍进行全面准确的检查，同时还存在相应的安全隐患。现有对大型桥梁进行人工检查的方式，无法保证桥梁结构检查的全面性、自动性和精确性。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明提供基于物联网通讯的桥梁结构监控方法，其根据桥梁不同部位的振动动作数据，初步筛选得到其中存在的异常振动桥梁部位及其所处位置信息；根据桥梁所处大气空间的大气流动数据，得到相应的风场分布实况信息，以此确定异常振动桥梁部位对应位置的风场矢量信息；再确定异常振动桥梁部位的实时振动状态与对应位置的风场作用匹配与否，从中筛选得到结构异常桥梁部位及其所处位置信息；根据结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据，判断结构异常桥梁部位是否存在结构缺陷，再通过物联网平台终端将存在结构缺陷的结构异常桥梁部位的位置信息进行广播式通知，其自动采集与分析桥梁的振动动作、所处大气空间的大气流动数据、桥梁的内部应力分布数据，从中筛选出存在结构缺陷的桥梁部位，其能够对桥梁进行全天候无间断的自动监测，提高桥梁结构监控的全面性、自动性和精确性。
本发明提供基于物联网通讯的桥梁结构监控方法，其包括如下步骤：
步骤S1，对桥梁不同部位进行周期性动作数据采集，得到每个部位对应的振动动作数据；对所述振动动作数据进行分析处理，初步判断对应的桥梁部位是否属于异常振动桥梁部位，并将所述异常振动桥梁部位在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端；
步骤S2，获取桥梁所处大气空间的大气流动数据，根据所述大气流动数据，生成桥梁所处大气空间的风场分布实况信息；根据所述异常振动桥梁部位在桥梁上所处的位置信息，从所述风场分布实况信息中提取得到对应位置的风场矢量信息；
步骤S3，根据提取得到的风场矢量信息，确定所述异常振动桥梁部位的实时振动状态是否与对应位置的风场作用相匹配，以此再次判断所述异常振动桥梁部位是否属于结构异常桥梁部位，并将所述结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端；
步骤S4，根据所述结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息，获取所述结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据；对所述内部应力分布数据进行分析处理，判断所述结构异常桥梁部位是否存在结构缺陷，并通过物联网平台终端将存在结构缺陷的结构异常桥梁部位的位置信息进行广播式通知。
进一步，在所述步骤S1中，对桥梁不同部位进行周期性动作数据采集，得到每个部位对应的振动动作数据具体包括：
通过安装在桥梁上的分布式三轴加速度传感设备对桥梁不同部位分别同步进行周期性振动动作数据采集，得到每个部位对应的振动幅度数据，振动方向数据和振动频率数据，以此作为所述振动动作数据。
进一步，在所述步骤S1中，通过安装在桥梁上的分布式三轴加速度传感设备对桥梁不同部位分别同步进行周期性振动动作数据采集，得到每个部位对应的振动幅度数据，振动方向数据和振动频率数据，以此作为所述振动动作数据具体包括：
步骤S101，安装在桥梁上采集振动的部位的两个三轴加速度传感设备，其中，所述安装在桥梁上要采集振动的部位的两个三轴加速度传感设备与所述桥梁上采集振动的部位之间三者不共线，利用下面公式(1)，根据采集到的水平两个轴向的加速度数值，得到所述桥梁上对应部位相对于两个三轴加速度传感设备X轴方向的振动方向，所述三轴加速度传感设备的三轴分别为X轴、Y轴和Z轴，其中三个轴方向相互垂直，且X轴、Y轴所在平面初始安装时与水平面保持平齐，
Figure BDA0003907051760000031
在上述公共(1)中，βx(t)表示当前时刻所述三轴加速度传感设备测量到的桥梁上要采集振动的部位的振动方向为以所述三轴加速度传感设备中的X轴为基准顺时针偏转角度βx(t)的方向；t表示当前时刻；ax(t)表示当前时刻所述三轴加速度传感设备测量到的X轴方向上的加速度值；ay(t)表示当前时刻所述三轴加速度传感设备测量到的Y轴方向上的加速度值；g表示重力加速度；
所述两个三轴加速度传感设备均利用上述公式(1)计算出所述桥梁上对应部位相对于两个三轴加速度传感设备X轴方向的振动方向，将两个振动方向沿着水平面进行延伸会得到交点，所述交点即为桥梁上采集振动的部位的振中位置，并得到所述振中位置分别与两个三轴加速度传感设备之间的距离，并记做L1(t)和L2(t)；
步骤S102，利用下面公式(2)，根据所述桥梁上对应部位相对于水平面的振动方向以及两个三轴加速度传感设备采集到的X轴、Y轴的数据和所述振中位置与两个三轴加速度传感设备之间的距离，得到所述桥梁上对应部位的实时振动幅度，
Figure BDA0003907051760000041
在上述公式(2)中，D(t)表示当前时刻所述桥梁上对应部位的振动幅度距离值；ax1(t)表示当前时刻安装在桥梁上要采集振动的部位的第一个三轴加速度传感设备测量到的X轴方向上的加速度值；ay1(t)表示当前时刻安装在桥梁上要采集振动的部位的第一个三轴加速度传感设备测量到的Y轴方向上的加速度值；ax2(t)表示当前时刻安装在桥梁上要采集振动的部位的第二个三轴加速度传感设备测量到的X轴方向上的加速度值；ay2(t)表示当前时刻安装在桥梁上要采集振动的部位的第二个三轴加速度传感设备测量到的Y轴方向上的加速度值；
步骤S103，利用下面公式(3)，根据所述桥梁上对应部位的实时振动幅度，得到所述桥梁上对应部位的振动频率，
Figure BDA0003907051760000042
在上述公式(3)中，f表示所述桥梁上对应部位的振动频率值；D(t-T1)表示通过上述步骤S102计算得到的t-T1时刻所述桥梁上对应部位的振动幅度距离值；D(t-T2)表示利用上述步骤S102计算得到的t-T2时刻所述桥梁上对应部位的振动幅度距离值；
Figure BDA0003907051760000043
表示若存在T1，T2两个数值使得括号内的三个等式全部成立时，再进行所述振动频率的计算。
进一步，在所述步骤S1中，对所述振动动作数据进行分析处理，初步判断对应的桥梁部位是否属于异常振动桥梁部位，并将所述异常振动桥梁部位在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端具体包括：
根据所述振动幅度数据、所述振动方向数据和所述振动频率数据，构建得到相应桥梁部位的三维振动动作模型；根据所述三维振动动作模型，确定相应桥梁部件的平均振动幅度、平均振动频率和振动方向方位角；
若所述平均振动幅度大于或等于预设振动幅度阈值、或所述平均振动频率大于或等于预设振动频率阈值，或所述振动方向方位角不处于预设方位角范围内，则初步判断对应的桥梁部位属于异常振动桥梁部位；否则初步判断对应的桥梁部位不属于异常振动桥梁部位；再将所有异常振动桥梁部位各自在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端。
进一步，在所述步骤S2中，获取桥梁所处大气空间的大气流动数据，根据所述大气流动数据，生成桥梁所处大气空间的风场分布实况信息具体包括：
通过安装在桥梁上的分布式风速/风向传感设备对桥梁所处大气空间的风速分布数据和风向分布数据，以此作为所述大气流动数据；
对所述风速分布数据和所述风向分布数据进行风场模拟分析处理，得到桥梁所处大气空间的风场分布实况信息；其中，所述风场分布实况信息包括桥梁所处大气空间的风场矢量大小和方向分布实况信息。
进一步，在所述步骤S2中，根据所述异常振动桥梁部位在桥梁上所处的位置信息，从所述风场分布实况信息中提取得到对应位置的风场矢量信息具体包括：
以所有异常振动桥梁部位各自在桥梁上所处的位置信息为基准，从所述风场分布实况信息中提取得到每个异常振动桥梁部位所处位置的风场矢量大小和方向信息。
进一步，在所述步骤S3中，根据提取得到的风场矢量信息，确定所述异常振动桥梁部位的实时振动状态是否与对应位置的风场作用相匹配，以此再次判断所述异常振动桥梁部位是否属于结构异常桥梁部位，并将所述结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端具体包括：
将同一位置对应的风场矢量大小和方向信息与异常振动桥梁部位的实时振动幅度和实时振动方向进行比对，若所述风场矢量大小与所述实时振动幅度相一致以及所述风场矢量方向与所述实时振动方向相一致，则确定所述异常振动桥梁部位的实时振动状态与对应位置的风场作用相匹配；否则，确定所述异常振动桥梁部位的实时振动状态与对应位置的风场作用不匹配，同时将上述不匹配的异常振动桥梁部位确定为属于结构异常桥梁部位；再将所有结构异常桥梁部位各自在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端。
进一步，在所述步骤S4中，根据所述结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息，获取所述结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据具体包括：
通过安装在桥梁内部的分布式光纤光栅传感设备对桥梁内部进行检测，采集得到桥梁内部全区域的应力分布数据；以所述结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息为基准，从所述应力分布数据中提取得到所述结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据。
进一步，在所述步骤S4中，对所述内部应力分布数据进行分析处理，判断所述结构异常桥梁部位是否存在结构缺陷，并通过物联网平台终端将存在结构缺陷的结构异常桥梁部位的位置信息进行广播式通知具体包括：
对所述内部应力分布数据进行分析处理，判断所述结构异常桥梁部分的内部应力分布是否均匀；若是，则确定所述结构异常桥梁部位不存在结构缺陷；若否，则确定所述结构异常桥梁部位存在结构缺陷；并通过物联网平台终端将所有存在结构缺陷的结构异常桥梁部位的位置信息以广播通知消息的方式发送至所有工作人员所持的移动终端。
相比于现有技术，该基于物联网通讯的桥梁结构监控方法根据桥梁不同部位的振动动作数据，初步筛选得到其中存在的异常振动桥梁部位及其所处位置信息；根据桥梁所处大气空间的大气流动数据，得到相应的风场分布实况信息，以此确定异常振动桥梁部位对应位置的风场矢量信息；再确定异常振动桥梁部位的实时振动状态与对应位置的风场作用匹配与否，从中筛选得到结构异常桥梁部位及其所处位置信息；根据结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据，判断结构异常桥梁部位是否存在结构缺陷，再通过物联网平台终端将存在结构缺陷的结构异常桥梁部位的位置信息进行广播式通知，其自动采集与分析桥梁的振动动作、所处大气空间的大气流动数据、桥梁的内部应力分布数据，从中筛选出存在结构缺陷的桥梁部位，其能够对桥梁进行全天候无间断的自动监测，提高桥梁结构监控的全面性、自动性和精确性。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的基于物联网通讯的桥梁结构监控方法的流程示意图。
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作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。
参阅图1，为本发明实施例提供的基于物联网通讯的桥梁结构监控方法的流程示意图。该基于物联网通讯的桥梁结构监控方法包括如下步骤：
步骤S1，对桥梁不同部位进行周期性动作数据采集，得到每个部位对应的振动动作数据；对该振动动作数据进行分析处理，初步判断对应的桥梁部位是否属于异常振动桥梁部位，并将该异常振动桥梁部位在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端；
步骤S2，获取桥梁所处大气空间的大气流动数据，根据该大气流动数据，生成桥梁所处大气空间的风场分布实况信息；根据该异常振动桥梁部位在桥梁上所处的位置信息，从该风场分布实况信息中提取得到对应位置的风场矢量信息；
步骤S3，根据提取得到的风场矢量信息，确定该异常振动桥梁部位的实时振动状态是否与对应位置的风场作用相匹配，以此再次判断该异常振动桥梁部位是否属于结构异常桥梁部位，并将该结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端；
步骤S4，根据该结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息，获取该结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据；对该内部应力分布数据进行分析处理，判断该结构异常桥梁部位是否存在结构缺陷，并通过物联网平台终端将存在结构缺陷的结构异常桥梁部位的位置信息进行广播式通知。
上述技术方案的有益效果为：该基于物联网通讯的桥梁结构监控方法根据桥梁不同部位的振动动作数据，初步筛选得到其中存在的异常振动桥梁部位及其所处位置信息；根据桥梁所处大气空间的大气流动数据，得到相应的风场分布实况信息，以此确定异常振动桥梁部位对应位置的风场矢量信息；再确定异常振动桥梁部位的实时振动状态与对应位置的风场作用匹配与否，从中筛选得到结构异常桥梁部位及其所处位置信息；根据结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据，判断结构异常桥梁部位是否存在结构缺陷，再通过物联网平台终端将存在结构缺陷的结构异常桥梁部位的位置信息进行广播式通知，其自动采集与分析桥梁的振动动作、所处大气空间的大气流动数据、桥梁的内部应力分布数据，从中筛选出存在结构缺陷的桥梁部位，其能够对桥梁进行全天候无间断的自动监测，提高桥梁结构监控的全面性、自动性和精确性。
优选地，在该步骤S1中，对桥梁不同部位进行周期性动作数据采集，得到每个部位对应的振动动作数据具体包括：
通过安装在桥梁上的分布式三轴加速度传感设备对桥梁不同部位分别同步进行周期性振动动作数据采集，得到每个部位对应的振动幅度数据，振动方向数据和振动频率数据，以此作为该振动动作数据。
上述技术方案的有益效果为：在实际工作中，可在桥梁的桥墩和桥面等不同部位上分别安装三轴加速度传感器，以此构成分布式三轴加速度传感设备，所有三轴加速度传感器会对所在桥梁部位同步进行周期性振动动作数据的采集，从而对相应桥梁部位的振动幅度数据，振动方向数据和振动频率数据进行全面实时的采集，便于后续以此准确判断相应桥梁部位是否存在振动异常的情况。
优选地，在该步骤S1中，通过安装在桥梁上的分布式三轴加速度传感设备对桥梁不同部位分别同步进行周期性振动动作数据采集，得到每个部位对应的振动幅度数据，振动方向数据和振动频率数据，以此作为该振动动作数据具体包括：
步骤S101，安装在桥梁上采集振动的部位的两个三轴加速度传感设备，其中，该安装在桥梁上要采集振动的部位的两个三轴加速度传感设备与该桥梁上采集振动的部位之间三者不共线，利用下面公式(1)，根据采集到的水平两个轴向的加速度数值，得到该桥梁上对应部位相对于两个三轴加速度传感设备X轴方向的振动方向，该三轴加速度传感设备的三轴分别为X轴、Y轴和Z轴，其中三个轴方向相互垂直，且X轴、Y轴所在平面初始安装时与水平面保持平齐，
Figure BDA0003907051760000091
在上述公共(1)中，βx(t)表示当前时刻该三轴加速度传感设备测量到的桥梁上要采集振动的部位的振动方向为以该三轴加速度传感设备中的X轴为基准顺时针偏转角度βx(t)的方向；t表示当前时刻；ax(t)表示当前时刻该三轴加速度传感设备测量到的X轴方向上的加速度值；ay(t)表示当前时刻该三轴加速度传感设备测量到的Y轴方向上的加速度值；g表示重力加速度；
该两个三轴加速度传感设备均利用上述公式(1)计算出该桥梁上对应部位相对于两个三轴加速度传感设备X轴方向的振动方向，将两个振动方向沿着水平面进行延伸会得到交点，该交点即为桥梁上采集振动的部位的振中位置，并得到该振中位置分别与两个三轴加速度传感设备之间的距离，并记做L1(t)和L2(t)；
步骤S102，利用下面公式(2)，根据该桥梁上对应部位相对于水平面的振动方向以及两个三轴加速度传感设备采集到的X轴、Y轴的数据和该振中位置与两个三轴加速度传感设备之间的距离，得到该桥梁上对应部位的实时振动幅度，
Figure BDA0003907051760000101
在上述公式(2)中，D(t)表示当前时刻该桥梁上对应部位的振动幅度距离值；ax1(t)表示当前时刻安装在桥梁上要采集振动的部位的第一个三轴加速度传感设备测量到的X轴方向上的加速度值；ay1(t)表示当前时刻安装在桥梁上要采集振动的部位的第一个三轴加速度传感设备测量到的Y轴方向上的加速度值；ax2(t)表示当前时刻安装在桥梁上要采集振动的部位的第二个三轴加速度传感设备测量到的X轴方向上的加速度值；ay2(t)表示当前时刻安装在桥梁上要采集振动的部位的第二个三轴加速度传感设备测量到的Y轴方向上的加速度值；
步骤S103，利用下面公式(3)，根据该桥梁上对应部位的实时振动幅度，得到该桥梁上对应部位的振动频率，
Figure BDA0003907051760000102
在上述公式(3)中，f表示该桥梁上对应部位的振动频率值；D(t-T1)表示通过上述步骤S102计算得到的t-T1时刻该桥梁上对应部位的振动幅度距离值；D(t-T2)表示利用上述步骤S102计算得到的t-T2时刻该桥梁上对应部位的振动幅度距离值；
Figure BDA0003907051760000111
表示若存在T1，T2两个数值使得括号内的三个等式全部成立时，再进行该振动频率的计算。
上述技术方案的有益效果为：利用上述公式(1)，安装在桥梁上采集振动的部位的两个三轴加速度传感设备，其中，该安装在桥梁上要采集振动的部位的两个三轴加速度传感设备与该桥梁上采集振动的部位之间三者不共线，利用下面公式(1)，根据采集到的水平两个轴向的加速度数值，得到该桥梁上对应部位相对于两个三轴加速度传感设备X轴方向的振动方向，从而通过两个加速度传感器对振动的振中位置进行精准定位，从而知晓振动的精准方位，提高系统的准确性；然后利用上述公式(2)，根据该桥梁上对应部位相对于水平面的振动方向以及两个三轴加速度传感设备采集到的X轴、Y轴的数据和该振中位置与两个三轴加速度传感设备之间的距离，得到该桥梁上对应部位的实时振动幅度，进而通过两个传感器进行数据拟合得到振中的实时震动幅度，确保计算的精准性以及实时性；最后利用上述公式(3)，根据该桥梁上对应部位的实时振动幅度，得到该桥梁上对应部位的振动频率，确保后续构建得到相应桥梁部位的三维振动动作模型与现实振动的同步可靠且准确。
优选地，在该步骤S1中，对该振动动作数据进行分析处理，初步判断对应的桥梁部位是否属于异常振动桥梁部位，并将该异常振动桥梁部位在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端具体包括：
根据该振动幅度数据、该振动方向数据和该振动频率数据，构建得到相应桥梁部位的三维振动动作模型；根据该三维振动动作模型，确定相应桥梁部件的平均振动幅度、平均振动频率和振动方向方位角；其中，振动方向方位角是指桥梁部件的振动方向在三维空间上对应的方位角；
若该平均振动幅度大于或等于预设振动幅度阈值、或该平均振动频率大于或等于预设振动频率阈值，或该振动方向方位角不处于预设方位角范围内，则初步判断对应的桥梁部位属于异常振动桥梁部位；否则初步判断对应的桥梁部位不属于异常振动桥梁部位；再将所有异常振动桥梁部位各自在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端。
上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，以桥梁部位的振动幅度数据、振动方向数据和振动频率数据为基准，构建桥梁部位对应的三维振动动作模型，该三维振动动作模式是关于桥梁部位在三维空间上的振动动作仿真模型，其能够真实表征桥梁部件的振动实况。根据三维振动动作模型，得到相应桥梁部件的平均振动幅度、平均振动频率和振动方向方位角，便于对桥梁部位的振动正常与否进行准确判断。
优选地，在该步骤S2中，获取桥梁所处大气空间的大气流动数据，根据该大气流动数据，生成桥梁所处大气空间的风场分布实况信息具体包括：
通过安装在桥梁上的分布式风速/风向传感设备对桥梁所处大气空间的风速分布数据和风向分布数据，以此作为该大气流动数据；
对该风速分布数据和该风向分布数据进行风场模拟分析处理，得到桥梁所处大气空间的风场分布实况信息；其中，该风场分布实况信息包括桥梁所处大气空间的风场矢量大小和方向分布实况信息。
上述技术方案的有益效果为：在实际工作中，可在桥梁的桥墩和桥面等不同部位上分别安装风速/风向传感器，以此构成分布式风速/风向传感设备，所有风速/风向传感器会对所在桥梁部位进行风速分布数据和风向分布数据的采集，从而对桥梁所处大气空间的大气流动数据进行量化标定。此外，以风速分布数据和风向分布数据为基准，进行风场模拟分析处理，便于对桥梁所处大气空间的风场矢量大小和方向分布进行准确量化标定。
优选地，在该步骤S2中，根据该异常振动桥梁部位在桥梁上所处的位置信息，从该风场分布实况信息中提取得到对应位置的风场矢量信息具体包括：
以所有异常振动桥梁部位各自在桥梁上所处的位置信息为基准，从该风场分布实况信息中提取得到每个异常振动桥梁部位所处位置的风场矢量大小和方向信息。
上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，在风场分布实况信息中准确提取每个异常振动桥梁部位所处位置的风场矢量大小和方向信息，便于后续对异常振动桥梁部位是否受风场作用而发生振动提供可靠的风场信息。
优选地，在该步骤S3中，根据提取得到的风场矢量信息，确定该异常振动桥梁部位的实时振动状态是否与对应位置的风场作用相匹配，以此再次判断该异常振动桥梁部位是否属于结构异常桥梁部位，并将该结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端具体包括：
将同一位置对应的风场矢量大小和方向信息与异常振动桥梁部位的实时振动幅度和实时振动方向进行比对，若该风场矢量大小与该实时振动幅度相一致以及该风场矢量方向与该实时振动方向相一致，则确定该异常振动桥梁部位的实时振动状态与对应位置的风场作用相匹配；否则，确定该异常振动桥梁部位的实时振动状态与对应位置的风场作用不匹配，同时将上述不匹配的异常振动桥梁部位确定为属于结构异常桥梁部位；再将所有结构异常桥梁部位各自在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端。
上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，将同一位置对应的风场矢量大小和方向信息与异常振动桥梁部位的实时振动幅度和实时振动方向进行比对，便于准确识别异常振动桥梁部位的异常振动是否由外界风场引起还是有桥梁部件内部的结构引起，从而准确确定其中存在的结构异常桥梁部位。
优选地，在该步骤S4中，根据该结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息，获取该结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据具体包括：
通过安装在桥梁内部的分布式光纤光栅传感设备对桥梁内部进行检测，采集得到桥梁内部全区域的应力分布数据；以该结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息为基准，从该应力分布数据中提取得到该结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据。
上述技术方案的有益效果为：在实际工作中，可在桥梁的桥墩和桥面等不同部位内部预设安装光纤光栅传感器，以此构成分布式光纤光栅传感设备，从而对桥梁进行全区域的应力数据采集，便于后续提取得到结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据。
优选地，在该步骤S4中，对该内部应力分布数据进行分析处理，判断该结构异常桥梁部位是否存在结构缺陷，并通过物联网平台终端将存在结构缺陷的结构异常桥梁部位的位置信息进行广播式通知具体包括：
对该内部应力分布数据进行分析处理，判断该结构异常桥梁部分的内部应力分布是否均匀；若是，则确定该结构异常桥梁部位不存在结构缺陷；若否，则确定该结构异常桥梁部位存在结构缺陷；并通过物联网平台终端将所有存在结构缺陷的结构异常桥梁部位的位置信息以广播通知消息的方式发送至所有工作人员所持的移动终端。
上述技术方案的有益效果为：通过上述方式，判断结构异常桥梁部分的内部应力分布是否均匀，以此确定结构异常桥梁部位是否存在结构缺陷，从而对存在结构缺陷的结构异常桥梁部位进行定位，便于物联网平台终端以广播通知消息的方式发送至所有工作人员所持的移动终端对应的定位消息，以使工作人员后续进行现场的勘查。
从上述实施例的内容可知，该基于物联网通讯的桥梁结构监控方法根据桥梁不同部位的振动动作数据，初步筛选得到其中存在的异常振动桥梁部位及其所处位置信息；根据桥梁所处大气空间的大气流动数据，得到相应的风场分布实况信息，以此确定异常振动桥梁部位对应位置的风场矢量信息；再确定异常振动桥梁部位的实时振动状态与对应位置的风场作用匹配与否，从中筛选得到结构异常桥梁部位及其所处位置信息；根据结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据，判断结构异常桥梁部位是否存在结构缺陷，再通过物联网平台终端将存在结构缺陷的结构异常桥梁部位的位置信息进行广播式通知，其自动采集与分析桥梁的振动动作、所处大气空间的大气流动数据、桥梁的内部应力分布数据，从中筛选出存在结构缺陷的桥梁部位，其能够对桥梁进行全天候无间断的自动监测，提高桥梁结构监控的全面性、自动性和精确性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.基于物联网通讯的桥梁结构监控方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤S1，对桥梁不同部位进行周期性动作数据采集，得到每个部位对应的振动动作数据；对所述振动动作数据进行分析处理，初步判断对应的桥梁部位是否属于异常振动桥梁部位，并将所述异常振动桥梁部位在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端；
步骤S2，获取桥梁所处大气空间的大气流动数据，根据所述大气流动数据，生成桥梁所处大气空间的风场分布实况信息；根据所述异常振动桥梁部位在桥梁上所处的位置信息，从所述风场分布实况信息中提取得到对应位置的风场矢量信息；
步骤S3，根据提取得到的风场矢量信息，确定所述异常振动桥梁部位的实时振动状态是否与对应位置的风场作用相匹配，以此再次判断所述异常振动桥梁部位是否属于结构异常桥梁部位，并将所述结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端；
步骤S4，根据所述结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息，获取所述结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据；对所述内部应力分布数据进行分析处理，判断所述结构异常桥梁部位是否存在结构缺陷，并通过物联网平台终端将存在结构缺陷的结构异常桥梁部位的位置信息进行广播式通知。
2.如权利要求1所述的基于物联网通讯的桥梁结构监控方法，其特征在于：在所述步骤S1中，对桥梁不同部位进行周期性动作数据采集，得到每个部位对应的振动动作数据具体包括：
通过安装在桥梁上的分布式三轴加速度传感设备对桥梁不同部位分别同步进行周期性振动动作数据采集，得到每个部位对应的振动幅度数据，振动方向数据和振动频率数据，以此作为所述振动动作数据。
3.如权利要求2所述的基于物联网通讯的桥梁结构监控方法，其特征在于：在所述步骤S1中，通过安装在桥梁上的分布式三轴加速度传感设备对桥梁不同部位分别同步进行周期性振动动作数据采集，得到每个部位对应的振动幅度数据，振动方向数据和振动频率数据，以此作为所述振动动作数据具体包括：
步骤S101，安装在桥梁上采集振动的部位的两个三轴加速度传感设备，其中，所述安装在桥梁上要采集振动的部位的两个三轴加速度传感设备与所述桥梁上采集振动的部位之间三者不共线，利用下面公式(1)，根据采集到的水平两个轴向的加速度数值，得到所述桥梁上对应部位相对于两个三轴加速度传感设备X轴方向的振动方向，所述三轴加速度传感设备的三轴分别为X轴、Y轴和Z轴，其中三个轴方向相互垂直，且X轴、Y轴所在平面初始安装时与水平面保持平齐，
Figure FDA0003907051750000021
在上述公共(1)中，βx(t)表示当前时刻所述三轴加速度传感设备测量到的桥梁上要采集振动的部位的振动方向为以所述三轴加速度传感设备中的X轴为基准顺时针偏转角度βx(t)的方向；t表示当前时刻；ax(t)表示当前时刻所述三轴加速度传感设备测量到的X轴方向上的加速度值；ay(t)表示当前时刻所述三轴加速度传感设备测量到的Y轴方向上的加速度值；g表示重力加速度；
所述两个三轴加速度传感设备均利用上述公式(1)计算出所述桥梁上对应部位相对于两个三轴加速度传感设备X轴方向的振动方向，将两个振动方向沿着水平面进行延伸会得到交点，所述交点即为桥梁上采集振动的部位的振中位置，并得到所述振中位置分别与两个三轴加速度传感设备之间的距离，并记做L1(t)和L2(t)；
步骤S102，利用下面公式(2)，根据所述桥梁上对应部位相对于水平面的振动方向以及两个三轴加速度传感设备采集到的X轴、Y轴的数据和所述振中位置与两个三轴加速度传感设备之间的距离，得到所述桥梁上对应部位的实时振动幅度，
Figure FDA0003907051750000031
在上述公式(2)中，D(t)表示当前时刻所述桥梁上对应部位的振动幅度距离值；ax1(t)表示当前时刻安装在桥梁上要采集振动的部位的第一个三轴加速度传感设备测量到的X轴方向上的加速度值；ay1(t)表示当前时刻安装在桥梁上要采集振动的部位的第一个三轴加速度传感设备测量到的Y轴方向上的加速度值；ax2(t)表示当前时刻安装在桥梁上要采集振动的部位的第二个三轴加速度传感设备测量到的X轴方向上的加速度值；ay2(t)表示当前时刻安装在桥梁上要采集振动的部位的第二个三轴加速度传感设备测量到的Y轴方向上的加速度值；
步骤S103，利用下面公式(3)，根据所述桥梁上对应部位的实时振动幅度，得到所述桥梁上对应部位的振动频率，
Figure FDA0003907051750000032
在上述公式(3)中，f表示所述桥梁上对应部位的振动频率值；D(t-T1)表示通过上述步骤S102计算得到的t-T1时刻所述桥梁上对应部位的振动幅度距离值；D(t-T2)表示利用上述步骤S102计算得到的t-T2时刻所述桥梁上对应部位的振动幅度距离值；
Figure FDA0003907051750000033
Figure FDA0003907051750000034
表示若存在T1，T2两个数值使得括号内的三个等式全部成立时，再进行所述振动频率的计算。
4.如权利要求2所述的基于物联网通讯的桥梁结构监控方法，其特征在于：在所述步骤S1中，对所述振动动作数据进行分析处理，初步判断对应的桥梁部位是否属于异常振动桥梁部位，并将所述异常振动桥梁部位在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端具体包括：
根据所述振动幅度数据、所述振动方向数据和所述振动频率数据，构建得到相应桥梁部位的三维振动动作模型；根据所述三维振动动作模型，确定相应桥梁部件的平均振动幅度、平均振动频率和振动方向方位角；若所述平均振动幅度大于或等于预设振动幅度阈值、或所述平均振动频率大于或等于预设振动频率阈值，或所述振动方向方位角不处于预设方位角范围内，则初步判断对应的桥梁部位属于异常振动桥梁部位；否则初步判断对应的桥梁部位不属于异常振动桥梁部位；再将所有异常振动桥梁部位各自在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端。
5.如权利要求4所述的基于物联网通讯的桥梁结构监控方法，其特征在于：在所述步骤S2中，获取桥梁所处大气空间的大气流动数据，根据所述大气流动数据，生成桥梁所处大气空间的风场分布实况信息具体包括：通过安装在桥梁上的分布式风速/风向传感设备对桥梁所处大气空间的风速分布数据和风向分布数据，以此作为所述大气流动数据；
对所述风速分布数据和所述风向分布数据进行风场模拟分析处理，得到桥梁所处大气空间的风场分布实况信息；其中，所述风场分布实况信息包括桥梁所处大气空间的风场矢量大小和方向分布实况信息。
6.如权利要求5所述的基于物联网通讯的桥梁结构监控方法，其特征在于：在所述步骤S2中，根据所述异常振动桥梁部位在桥梁上所处的位置信息，从所述风场分布实况信息中提取得到对应位置的风场矢量信息具体包括：
以所有异常振动桥梁部位各自在桥梁上所处的位置信息为基准，从所述风场分布实况信息中提取得到每个异常振动桥梁部位所处位置的风场矢量大小和方向信息。
7.如权利要求6所述的基于物联网通讯的桥梁结构监控方法，其特征在于：在所述步骤S3中，根据提取得到的风场矢量信息，确定所述异常振动桥梁部位的实时振动状态是否与对应位置的风场作用相匹配，以此再次判断所述异常振动桥梁部位是否属于结构异常桥梁部位，并将所述结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端具体包括：
将同一位置对应的风场矢量大小和方向信息与异常振动桥梁部位的实时振动幅度和实时振动方向进行比对，若所述风场矢量大小与所述实时振动幅度相一致以及所述风场矢量方向与所述实时振动方向相一致，则确定所述异常振动桥梁部位的实时振动状态与对应位置的风场作用相匹配；否则，确定所述异常振动桥梁部位的实时振动状态与对应位置的风场作用不匹配，同时将上述不匹配的异常振动桥梁部位确定为属于结构异常桥梁部位；再将所有结构异常桥梁部位各自在桥梁上所处的位置信息上传至物联网平台终端。
8.如权利要求7所述的基于物联网通讯的桥梁结构监控方法，其特征在于：在所述步骤S4中，根据所述结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息，获取所述结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据具体包括：
通过安装在桥梁内部的分布式光纤光栅传感设备对桥梁内部进行检测，采集得到桥梁内部全区域的应力分布数据；以所述结构异常桥梁部位在桥梁上所处的位置信息为基准，从所述应力分布数据中提取得到所述结构异常桥梁部位自身的内部应力分布数据。
9.如权利要求8所述的基于物联网通讯的桥梁结构监控方法，其特征在于：在所述步骤S4中，对所述内部应力分布数据进行分析处理，判断所述结构异常桥梁部位是否存在结构缺陷，并通过物联网平台终端将存在结构缺陷的结构异常桥梁部位的位置信息进行广播式通知具体包括：
对所述内部应力分布数据进行分析处理，判断所述结构异常桥梁部分的内部应力分布是否均匀；若是，则确定所述结构异常桥梁部位不存在结构缺陷；若否，则确定所述结构异常桥梁部位存在结构缺陷；并通过物联网平台终端将所有存在结构缺陷的结构异常桥梁部位的位置信息以广播通知消息的方式发送至所有工作人员所持的移动终端。
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