CN116086742A - 一种桥梁健康监测平台及监测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种桥梁健康监测平台，包括，数据采集单元，设置为多组，每组数据采集单元对应一个桥梁状态监测；数据处理单元，用于采集数据的存储和处理，数据处理单元与每个数据采集单元均为通信连接；异常监测单元，电信号连接至实时数据检测模块，用于判断每个数据采集单元是否发生异常并向数据处理单元传输故障信号；状态预测单元，电信号连接至历史数据存储模块，生成桥梁状态趋势曲线，并依据桥梁状态趋势曲线将数据采集单元划分为高风险、中风险和低风险状态；此外，本发明还提供了上述桥梁健康检测平台的监测方法；通过上述技术方案，解决了一个桥梁的健康监测，不利于管理方或监测方的统筹管理监测。

Description

一种桥梁健康监测平台及监测方法
技术领域
本发明涉及一种建筑物参数监控系统，特别是涉及一种桥梁健康监测平台及监测方法。
背景技术
为了确保大型桥梁结构的使用安全性和耐久性，通过恰当的监测手段可以及时了解桥梁的健康状况，特别是有可能在早期就发现危及桥梁安全的隐蔽损伤，将对确保桥梁安全起到至关重要的作用，同时也为桥梁的维修加固提供必要的依据，由此可节约桥梁的维修加固费用，避免频繁大修关闭交通所带来的不便与损失。
目前，中国专利CN111486893A公开了一种桥梁结构健康检测与预警系统及预警方法，包括桥梁结构健康监测系统和桥梁健康状态预警系统；所述桥梁结构健康监测系统用于对桥梁结构的进行实时自动监测，并进行数据整理保存，同时将整理后的数据上传至桥梁健康状态预警系统，所述桥梁健康状态预警系统对上述数据进行处理和分析，若发现安全预警指标出现明显的异常变化，则立即发出预警信号或者直接中断交通；若安全预警指标变化情况不是很明确，则立即触发桥梁结构损伤识别及安全检查模块对全桥进行分析评价，再根据评价结果采取相应的措施。
这种桥梁结构健康检测与预警系统只能监测一个桥梁，只是解决了一个桥梁的健康检测问题，而实际应用中一个监测方或监管单位，通常对应了多个桥梁，现有的检测系统无法适应这种实际应用的需求。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种桥梁健康监测平台，用于解决现有技术中一个系统只能监测一个桥梁，只是解决了一个桥梁的健康检测问题，而实际应用中一个监测方或监管单位，通常对应了多个桥梁，现有的检测系统无法适应这种实际应用需求的问题。此外，本发明还提供了桥梁健康监测方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种桥梁健康监测平台，其特征在于，包括，
数据采集单元，设置为多组，每组数据采集单元对应一个桥梁状态监测；
数据处理单元，用于采集数据的存储和处理，所述数据处理单元与每个所述数据采集单元均为通信连接，所述数据处理单元包括实时数据检测模块、历史数据存储模块和数据显示模块；
异常监测单元，电信号连接至所述实时数据检测模块，内预设有各数据采集单元的故障预警值，用于判断每个所述数据采集单元是否发生异常并向数据处理单元传输故障信号；
状态预测单元，电信号连接至所述历史数据存储模块，生成桥梁状态趋势曲线，并依据桥梁状态趋势曲线将所述数据采集单元划分为高风险、中风险和低风险状态。
通过上述技术方案，整个桥梁健康监测平台可以同时进行多个桥梁的检测，每个桥梁形成一个数据采集单元，通过数据处理单元能够看到每个数据采集单元中的实时数据，也能够整合其历史数据形成变化趋势从而便于进行故障预测，例如，当传感器中的实时数据的偏移或数据异常数值越来越大，则可以预测该传感器所在的桥梁位置可能发生故障；同时，依据传感器中的故障发生可能性或历史异常数据，可以将各数据采集单元(即各桥梁)划分高、中、低风险状态，高风险状态的桥梁显示在前，便于监测人员查看；整个健康检测平台不仅能够形成一对多的监测模式，而且能够对各个模式进行横向、纵向的对比排序，更利于检测方或监管单位统筹管理。
于本发明的一实施例中，每个所述数据采集单元均包括无线数据采集仪和与无线数据采集仪电信号连接的应变传感器、位移传感器、裂缝传感器和挠度传感器，所述无线数据采集仪与所述数据处理单元通信连接。
通过上述技术方案，每个无线数据采集仪可以采集某一区域范围内的传感器数据，此外本申请中设置了应变、位移、裂缝和挠度四个方面进行桥梁健康状态的检测，检测范围全面。
于本发明的一实施例中，所述数据显示模块内分列项目显示模块，所述综合显示模块依据所述状态预测单元划分的高、中、低风险状态依次排列所述数据采集单元。
通过上述技术方案，项目显示模块中可以按照风险状态的高低排列个数据采集单元，具体使用时是显示排列个数据采集单元的名称、风险状态及历史异常数据的数量，管理者可以一目了然的看到各数据采集单元(即各桥梁)的整体状态。
于本发明的一实施例中，每个数据采集单元内的无线数据采集仪数量为一个或多个，每个所述数据采集内可电信号连接多个应变传感器、位移传感器、裂缝传感器和挠度传感器。
通过上述技术方案，针对于桥梁的具体情况可以设置一个或多个无线数据采集仪，使得数据采集情况更佳。
于本发明的一实施例中，所述数据显示模块内分列采集仪管理模块、传感器管理模块和告警检测模块，所述采集仪管理模块中陈列每个所述无线数据采集仪的通信状态，所述传感器管理模块中可陈列组合多个传感器的数据，所述告警检测模块统计所述故障检测单元中的异常数据。
通过上述技术方案，采集仪管理模块用于管理每个数据采集单元的无线数据采集仪的数量及状态，传感器管理模块可以用于管理每个无线数据采集仪内的传感器状态，也可以比较用一数据采集单元或不同数据采集单元内同一种类型传感器的状态，告警检测模块用于统计和查看传感器数据异常的历史次数和具体异常信息。
于本发明的一实施例中，每个所述应变传感器、所述位移传感器、所述裂缝传感器和所述挠度传感器上均安装有用于信号传递的无线发射器。
于本发明的一实施例中，每个所述无线数据采集仪上配备一个温度传感器和一个湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器均电信号连接至所述数据处理单元。
通过上述技术方案，传感器的数据会受到当前环境的温度、湿度的影响，每个无线数据采集仪配备一个温度传感器和一个湿度传感器，更加便于管理人员进行数据异常分析。
本发明还提供一种桥梁健康监测方法，本监测方法基于上述的桥梁健康监测平台，包括如下步骤：
S1、数据检测，若干数据采集单元按照预定的检测频率实时检测各桥梁预设区域的状态，并将实时获取的检测数据上传至数据处理单元；
S2、数据统计及预测，数据处理单元根据采集的检测数据生成变化曲线，以时状态预测单元依据所述变化曲线的变化趋势进行故障预测；
S3、风险状态划分，所述状态预测单元依据所述变化曲线的异常数据频率按照预定策略将各数据采集单元分别划分为高风险区域、中风险区域和低风险区域，
S4、异常数据警告，当任一所述数据采集单元采集的检测数据出现异常时，所述异常检测单元记录该异常数据并数据显示模块输送提示信号。
通过上述技术方案，本监测方法能够统筹管理某一区域或某一个项目单位管理内的多个桥梁状态，在完成基本的检测功能时，还衍生了故障预测和多个项目的风险划分，不仅能够形成一对多的监测模式，而且能够对各个模式进行横向、纵向的对比排序，更利于检测方或监管单位统筹管理。
于本发明的一实施例中，所述步骤S1中，应变传感器、位移传感器、裂缝传感器和挠度传感器的检测频率通常为1～2h/次。
于本发明的一实施例中，所述步骤S3中高风险状态的判断标准为：数据采集单元中异常传感器数量大于等于该数据采集单元总传感器数量的1/5,或经预测发生故障的异常传感器数量大于等于该数据采集单元总传感器数量的1/5；中风险状态的判断标准为：数据采集单元中异常传感器数量大于等于该数据采集单元总传感器数量的1/10,或经预测发生故障的异常传感器数量大于等于该数据采集单元总传感器数量的1/10。
如上所述，本发明的桥梁健康监测平台及监测方法，具有以下有益效果：
1、整个桥梁健康监测平台可以同时进行多个桥梁的检测，每个桥梁形成一个数据采集单元，通过数据处理单元能够看到每个数据采集单元中的实时数据，也能够整合其历史数据形成变化趋势从而便于进行故障预测，例如，当传感器中的实时数据的偏移或数据异常数值越来越大，则可以预测该传感器所在的桥梁位置可能发生故障；同时，依据传感器中的故障发生可能性或历史异常数据，可以将各数据采集单元(即各桥梁)划分高、中、低风险状态，高风险状态的桥梁显示在前，便于监测人员查看。
2、本监测方法能够统筹管理某一区域或某一个项目单位管理内的多个桥梁状态，在完成基本的检测功能时，还衍生了故障预测和多个项目的风险划分，不仅能够形成一对多的监测模式，而且能够对各个模式进行横向、纵向的对比排序，更利于检测方或监管单位统筹管理。
附图说明
图1显示为本发明实施例1中公开的桥梁监测平台的控制系统示意图。
图2显示为本发明实施例1中公开的桥梁监测平台的数据采集单元系统示意图。
图3显示为本发明实施例1中公开的桥梁监测平台的数据处理单元系统示意图。
图4显示为本发明实施例2中公开的桥梁监测方法的方法示意图。
元件标号说明
1、数据采集单元；2、数据处理单元；3、异常检测单元；4、状态预测单元；5、应变传感器；6、位移传感器；7、裂缝传感器；8、挠度传感器；9、无线数据采集仪；10、实时数据检测模块；11、历史数据检测模块；12、数据显示模块；13、项目显示模块；14、采集仪管理模块；15、传感器管理模块；16、告警检测模块。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
请参阅图1，本发明提供一种桥梁健康监测平台，包括数据采集单元1、数据处理单元2、异常检测单元3和状态预测单元4。
请一并参阅图2，数据采集单元1设置为多组，每组数据采集单元1对应一个桥梁状态监测，每个数据采集单元1均包括无线数据采集仪9和与无线数据采集仪9电信号连接的应变传感器5、位移传感器6、裂缝传感器7和挠度传感器8，无线数据采集仪9与数据处理单元2通信连接；每个数据采集单元1内的无线数据采集仪9数量为一个或多个，每个数据采集内可电信号连接多个应变传感器5、位移传感器6、裂缝传感器7和挠度传感器8。
每个无线数据采集仪9可以采集某一区域范围内的传感器数据，针对于桥梁的具体情况可以设置一个或多个无线数据采集仪9，使得数据采集情况更佳，此外本申请中设置了应变、位移、裂缝和挠度四个方面进行桥梁健康状态的检测，检测范围全面。
更进一步的，每个应变传感器5、位移传感器6、裂缝传感器7和挠度传感器8上均安装有用于信号传递的无线发射器。
更进一步的，每个无线数据采集仪9上配备一个温度传感器和一个湿度传感器，温度传感器和湿度传感器均电信号连接至数据处理单元2；传感器的数据会受到当前环境的温度、湿度的影响，每个无线数据采集仪9配备一个温度传感器和一个湿度传感器，更加便于管理人员进行数据异常分析。
请一并参阅图3，用于采集数据的存储和处理的数据处理单元2，数据处理单元2与每个数据采集单元1均为通信连接，数据处理单元2包括实时数据检测模块10、历史数据检测模块11和数据显示模块12；数据显示模块12内陈列项目显示模块13、采集仪管理模块14、传感器管理模块15和告警检测模块16，数据显示模块12依据状态预测单元4划分的高、中、低风险状态依次排列数据采集单元1，采集仪管理模块14中陈列每个无线数据采集仪9的通信状态，传感器管理模块15中可陈列组合多个传感器的数据，告警检测模块16统计异常检测单元中的异常数据。
具体的，数据采集单元1中异常传感器数量大于等于该数据采集单元1总传感器数量的1/5，或经预测发生故障的异常传感器数量大于等于该数据采集单元1总传感器数量的1/5；中风险状态的判断标准为：数据采集单元1中异常传感器数量大于等于该数据采集单元1总传感器数量的1/10，或经预测发生故障的异常传感器数量大于等于该数据采集单元1总传感器数量的1/10。
使用时，项目显示模块13中可以按照风险状态的高低排列各数据采集单元1，具体使用时是显示排列个数据采集单元1的名称、风险状态及历史异常数据的数量，管理者可以一目了然的看到各数据采集单元1(即各桥梁)的整体状态；采集仪管理模块14用于管理每个数据采集单元的无线数据采集仪9的数量及状态，传感器管理模块15可以用于管理每个无线数据采集仪9内的传感器状态，也可以比较用一数据采集单元或不同数据采集单元内同一种类型传感器的状态，告警检测模块16用于统计和查看传感器数据异常的历史次数和具体异常信息。
异常检测单元，电信号连接至实时数据检测模块10，其内预设有各数据采集单元1的故障预警值，用于判断每个数据采集单元1是否发生异常并向数据处理单元2传输故障信号。
状态预测单元4，电信号连接至历史数据检测模块，状态预测单元4结合历史数据生成桥梁状态趋势曲线，并依据桥梁状态趋势曲线将数据采集单元1划分为高风险、中风险和低风险状态。
本实施例中，整个桥梁健康监测平台可以同时进行多个桥梁的检测，每个桥梁形成一个数据采集单元1，通过数据处理单元2能够看到每个数据采集单元1中的实时数据，也能够整合其历史数据形成变化趋势从而便于进行故障预测，例如，当传感器中的实时数据的偏移或数据异常数值越来越大，则可以预测该传感器所在的桥梁位置可能发生故障；同时，依据传感器中的故障发生可能性或历史异常数据，可以将各数据采集单元1(即各桥梁)划分高、中、低风险状态，高风险状态的桥梁显示在前，便于监测人员查看；整个健康检测平台不仅能够形成一对多的监测模式，而且能够对各个模式进行横向、纵向的对比排序，更利于检测方或监管单位统筹管理。
实施例2
请参阅图4，本发明还提供一种桥梁健康监测方法，本监测方法基于上述的桥梁健康监测平台，包括如下步骤：
S1、数据检测，若干数据采集单元按照预定的检测频率实时检测各桥梁预设区域的状态，并将实时获取的检测数据上传至数据处理单元；
S2、数据统计及预测，数据处理单元根据采集的检测数据生成变化曲线，以时状态预测单元依据所述变化曲线的变化趋势进行故障预测；
S3、风险状态划分，所述状态预测单元依据所述变化曲线的异常数据频率按照预定策略将各数据采集单元分别划分为高风险区域、中风险区域和低风险区域，
S4、异常数据警告，当任一所述数据采集单元采集的检测数据出现异常时，所述异常检测单元记录该异常数据并数据显示模块输送提示信号。
具体的，步骤S1中，应变传感器5、位移传感器6、裂缝传感器7和挠度传感器8的检测频率通常为1～2h/次。
具体的，步骤S3中高风险状态的判断标准为：数据采集单元1中异常传感器数量大于等于该数据采集单元1总传感器数量的1/5，或经预测发生故障的异常传感器数量大于等于该数据采集单元1总传感器数量的1/5；中风险状态的判断标准为：数据采集单元1中异常传感器数量大于等于该数据采集单元1总传感器数量的1/10，或经预测发生故障的异常传感器数量大于等于该数据采集单元1总传感器数量的1/10。
本实施例中的监测方法能够统筹管理某一区域或某一个项目单位管理内的多个桥梁状态，在完成基本的检测功能时，还衍生了故障预测和多个项目的风险划分，不仅能够形成一对多的监测模式，而且能够对各个模式进行横向、纵向的对比排序，更利于检测方或监管单位统筹管理。
综上，本发明能够统筹管理某一区域或某一个项目单位管理内的多个桥梁状态，在完成基本的检测功能时，还衍生了故障预测和多个项目的风险划分，不仅能够形成一对多的监测模式，而且能够对各个模式进行横向、纵向的对比排序，更利于检测方或监管单位统筹管理。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种桥梁健康监测平台，其特征在于，包括：
数据采集单元，设置为多组，每组数据采集单元对应一个桥梁状态监测；
数据处理单元，用于采集数据的存储和处理，所述数据处理单元与每个所述数据采集单元均为通信连接，所述数据处理单元包括实时数据检测模块、历史数据存储模块和数据显示模块；
异常监测单元，电信号连接至所述实时数据检测模块，内预设有各数据采集单元的故障预警值，用于判断每个所述数据采集单元是否发生异常并向数据处理单元传输故障信号；
状态预测单元，电信号连接至所述历史数据存储模块，生成桥梁状态趋势曲线，并依据桥梁状态趋势曲线将所述数据采集单元划分为高风险、中风险和低风险状态。
2.根据权利要求1所述的桥梁健康监测平台，其特征在于：每个所述数据采集单元均包括无线数据采集仪和与无线数据采集仪电信号连接的应变传感器、位移传感器、裂缝传感器和挠度传感器，所述无线数据采集仪与所述数据处理单元通信连接。
3.根据权利要求1所述的桥梁健康监测平台，其特征在于：所述数据显示模块内分列项目显示模块，所述综合显示模块依据所述状态预测单元划分的高、中、低风险状态依次排列所述数据采集单元。
4.根据权利要求2所述的桥梁健康监测平台，其特征在于：每个数据采集单元内的无线数据采集仪数量为一个或多个，每个所述数据采集内可电信号连接多个应变传感器、位移传感器、裂缝传感器和挠度传感器。
5.根据权利要求4所述的桥梁健康监测平台，其特征在于：所述数据显示模块内分列采集仪管理模块、传感器管理模块和告警检测模块，所述采集仪管理模块中陈列每个所述无线数据采集仪的通信状态，所述传感器管理模块中可陈列组合多个传感器的数据，所述告警检测模块统计所述故障检测单元中的异常数据。
6.根据权利要求4所述的桥梁健康监测平台，其特征在于：每个所述应变传感器、所述位移传感器、所述裂缝传感器和所述挠度传感器上均安装有用于信号传递的无线发射器。
7.根据权利要求2所述的桥梁健康监测平台，其特征在于：每个所述无线数据采集仪上配备一个温度传感器和一个湿度传感器，所述温度传感器和湿度传感器均电信号连接至所述数据处理单元。
8.一种桥梁健康监测方法，其特征在于：基于权利要求1-7所述的桥梁健康监测平台，包括如下步骤：
S1、数据检测，若干数据采集单元按照预定的检测频率实时检测各桥梁预设区域的状态，并将实时获取的检测数据上传至数据处理单元；
S2、数据统计及预测，数据处理单元根据采集的检测数据生成变化曲线，以时状态预测单元依据所述变化曲线的变化趋势进行故障预测；
S3、风险状态划分，所述状态预测单元依据所述变化曲线的异常数据频率按照预定策略将各数据采集单元分别划分为高风险区域、中风险区域和低风险区域，
S4、异常数据警告，当任一所述数据采集单元采集的检测数据出现异常时，所述异常检测单元记录该异常数据并数据显示模块输送提示信号。
9.根据权利要求1所述的桥梁健康监测方法，其特征在于：所述步骤S1中，应变传感器、位移传感器、裂缝传感器和挠度传感器的检测频率通常为1～2h/次。
10.根据权利要求1所述的桥梁健康监测方法，其特征在于：所述步骤S3中高风险状态的判断标准为：数据采集单元中异常传感器数量大于等于该数据采集单元总传感器数量的1/5，或经预测发生故障的异常传感器数量大于等于该数据采集单元总传感器数量的1/5；中风险状态的判断标准为：数据采集单元中异常传感器数量大于等于该数据采集单元总传感器数量的1/10，或经预测发生故障的异常传感器数量大于等于该数据采集单元总传感器数量的1/10。
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