CN116718296A - 一种橡胶支座应力智能监控系统及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及支座监控技术领域，尤其涉及一种橡胶支座应力智能监控系统及设备，该系统包括监控模块、传输模块和监控中心，所述监控模块用于监控、分析橡胶支座的应力，并通过所述传输模块将橡胶支座的应力情况传输给所述监控中心，所述监控模块包括数据采集模块、分析模块和监控组件，所述数据采集模块通过监控组件采集每个橡胶支座的应力，并传输至分析模块，所述分析模块用于分析橡胶支座的应力数据，并进行判断，再将应力数据通过所述传输模块传输至监控中心。其目的在于：能够智能监控每个橡胶支座以及整个桥梁的橡胶支座的应力情况，并快速筛选出有问题的橡胶支座。
Description
技术领域
本发明涉及支座监控技术领域，尤其涉及一种橡胶支座应力智能监控系统及设备。
背景技术
传统的桥梁检测在很大程度上依赖于管理者和技术人员的经验，缺乏科学系统的方法，往往对桥梁特别是大型桥梁的状况缺乏全面的把握和了解，信息得不到及时反馈。如果对桥梁的病害估计不足，就很可能失去养护的最佳时机，加快桥梁损坏的进程，缩短桥梁的服务寿命。如果对桥梁的病害估计过高，便会造成不必要的资金浪费，使得桥梁的承载能力不能充分发挥。
近年来，通信网络、信号处理、人工智能等技术的不断发展加速了桥梁监测系统的实用化进程。业界纷纷着手研究和开发各种灵活、高效、廉价、并且不影响桥梁结构正常使用的长期实施监测方法或技术。桥梁健康监测系统的部署和应用不单单具有重要的现实意义，还具有重要的研究价值，在推动和发展智能化、数字化和信息化桥梁工程中起到了积极的作用。
常规的桥梁健康监测方法是在成桥后期粘贴应变片检测，仅适用于成桥后期活荷载的变化状况，不能直接反应每个支座的实际受力(静载+活载)。支座的应力监测，是桥梁监测系统的重要组成部分，可以用以判断整个桥梁的荷载变化情况、支座的健康运营状况等，大大节约了人工的定期检测。
橡胶支座是目前桥梁中常用的一种支座形式，常规的橡胶支座的上下两侧分别安装有上封板和下封板。橡胶支座主要用于支撑桥梁重量，其具有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，并且能将上部构造的压力可靠地传递给墩台，有良好的弹性以适应梁端地转动，有较大地剪切变形以满足上部构造的水平位移。
目前，对橡胶支座的应力情况的监测主要依靠压力传感单元，但是很少有采用橡胶支座监控系统对整个桥梁的橡胶支座应力情况进行监控，即使采用也不具备精准判断每一个橡胶支座的应力情况，从而筛选出有问题的橡胶支座；即由于桥梁的橡胶支座在使用过程中需要承受巨大的载荷，同时，传感单元通常埋于橡胶支座内部等原因，在长期使用后，传感单元存在损坏的情况，即传感器失灵或者数据传输出现明显问题，则需要更换传感单元，还存在橡胶支座出现老化或者被污染的情况，则需要更换整个橡胶支座，目前在更换有问题的传感单元以及橡胶支座时，一般是更换整个橡胶支座，成本高且操作复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种橡胶支座应力智能监控系统及设备，能够智能监控每个橡胶支座以及整个桥梁的橡胶支座的应力情况，并快速筛选出有问题的橡胶支座，且能够针对有问题的橡胶支座或传感单元快速更换。
本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：
第一方面，本申请公开了一种橡胶支座应力智能监控系统，包括监控模块、传输模块和监控中心，所述监控模块用于监控、分析橡胶支座的应力，并通过所述传输模块将橡胶支座的应力情况传输给所述监控中心，所述监控模块包括数据采集模块、分析模块和监控组件，所述数据采集模块通过监控组件采集每个橡胶支座的应力，并传输至分析模块，所述分析模块用于分析橡胶支座的应力数据，并进行判断，再将应力数据通过所述传输模块传输至监控中心。
在上述方案的基础上，本申请还进行了以下优化：
结合第一方面，作为优选的，所述数据采集模块在通过监控组件采集橡胶支座的应力时，所述数据采集模块将每个橡胶支座在时间段内的应力数据分组采集。
结合第一方面，作为优选的，所述分析模块还用于：
基于采集的每个应力数据的时间戳，当每组所述应力数据中存在超过设定阈值的应力数据，且在预设时段内超过所述设定阈值的应力数据的个数超过指定个数时，将所述预设时段内超过所述设定阈值的应力数据划分为表征异常数据的第一类数据集；
基于采集的每个应力数据的时间戳，当每组所述应力数据中存在超过所述设定阈值的应力数据，且在预设时段内超过所述设定阈值的应力数据的个数未超过所述指定个数时，将所述预设时段内超过所述设定阈值的应力数据划分为表征临时异常数据的第二类数据集；
当每组所述应力数据中不存在超过所述设定阈值的应力数据时，将未超过所述设定阈值的应力数据划分为表征正常数据的第三类数据集。
结合第一方面，作为优选的，所述分析模块还用于：
根据数据采集模块采集应力数据的时间段，将所述第一类数据集、所述第二类数据集和所述第三类数据集根据时间段划分；
将划分后的所述第一类数据集、所述第二类数据集和所述第三类数据集集调用异常数据库，遍历异常数据库，判断出异常数据的原因。
结合第一方面，作为优选的，所述监控中心还用于与用户终端通信连接；
所述监控中心将采集到所述异常数据的所述监控模块确定为目标监控模块，并获取预先存储的所述目标监控模块的第一位置数据，以及获取所述用户终端的实时位置以作为第二位置数据，并根据所述第一位置数据和所述第二位置数据生成从所述用户终端至所述目标监控模块所在位置的导航路径，并将所述导航路径发送至所述用户终端。
结合第一方面，作为优选的，所述监控中心预先存储有已安装所述监控组件的建筑的虚拟三维模型，所述虚拟三维模型中设置有与所述监控组件的ID关联的关键区域，所述关键区域为表征在所述建筑中安装所述监控组件的位置区域；
所述监控中心还用于将与所述目标监控模块的ID关联的位置区域确定为异常区域，并通过所述监控中心的显示屏对所述虚拟三维模型中的所述异常区域进行差异化显示，其中，所述差异化显示包括对所述异常区域进行红色高亮显示，或在所述异常区域生成表征异常的提示文本。
第二方面，本申请还公开了一种橡胶支座应力监控设备，包括
底座，所述底座用于橡胶支座的安装；
监控组件，所述监控组件设置在橡胶支座内，且便于更换，所述监控组件用于监控橡胶支座的应力；
橡胶支座，所述橡胶支座包括盆体、橡胶垫和上封板，所述盆体设置在底座上，所述橡胶垫设置在盆体内，所述监控组件设置在橡胶垫内，所述上封板设置在橡胶垫上。
结合第二方面，作为优选的，所述监控组件包括传感单元、导线和信号放大器，所述传感单元均匀布置在橡胶垫内，所述导线与每个传感单元连接，所述信号放大器与导线的自由端连通。
结合第二方面，作为优选的，所述盆体套设在底座上，所述盆体的外壁上等角度设置有耳部，所述耳部与上封板之间可拆卸设置有支撑杆。
结合第二方面，作为优选的，所述橡胶垫包括第一橡胶垫和第二橡胶垫；
所述第一橡胶垫设置在盆体内，所述第二橡胶垫设置在第一橡胶垫与上封板之间，所述监控组件设置在第一橡胶垫和第二橡胶垫之间；
或所述第二橡胶垫设置在盆体内，所述第一橡胶垫设置在第二橡胶垫上，所述上封板的底部设置有压板，所述第一橡胶垫设置在压板内，所述监控组件设置在第一橡胶垫和第二橡胶垫之间。
采用上述技术方案的本申请，具有如下优点：
1.通过本申请的监控系统，能够对监控每个橡胶支座的应力情况以及整个桥梁的橡胶支座的应力情况，并将应力情况通过传输模块传输到监控中心，从而使后台工作人员能够准确的对橡胶支座的应力情况进行准确的监控，还能够随时查看监控情况，提高桥梁的安全性和监测的便捷性；
2.通过数据采集模块、分析模块和监控组件的相互配合，不仅能够监控每个橡胶支座的应力情况，还能够筛选出有问题的橡胶支座和传感单元，提高数据监控的准确性，进一步提升桥梁的安全性；
3.通过对橡胶支座结构的改进，能够将有问题的橡胶支座或/和传感单元快速更换，提升了橡胶支座的智能化，降低了橡胶支座的更换成本。
附图说明
本申请可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图；
图1是本发明一种橡胶支座应力智能监控系统的框图之一；
图2是本发明一种橡胶支座应力智能监控系统的框图之二；
图3是本发明一种橡胶支座应力监控设备的结构示意之一；
图4是本发明一种橡胶支座应力监控设备的剖视结构图之一；
图5是本发明一种橡胶支座应力监控设备的剖视结构图之二；
图6是本发明一种橡胶支座应力监控设备中监控组件的布置结构示意图；
图7是本发明一种橡胶支座应力监控设备的结构示意之二；
图8是本发明一种橡胶支座应力监控设备中支撑杆的结构示意图之一；
图9是本发明一种橡胶支座应力监控设备中支撑杆的结构示意图之二；
图10是本发明一种橡胶支座应力监控设备中卡环的结构示意图；
图11是本发明一种橡胶支座应力监控设备中垫块的结构示意图；
主要符号说明：
1、底座；11、凹槽；2、盆体；21、耳部；
3、橡胶垫；31、第二橡胶垫；311、钢板；312、天然橡胶；32、第一橡胶垫；33、监控组件；331、传感单元；332、环形线槽；
4、上封板；5、压板；51、套筒；6、支撑杆；60、动力源；61、支撑垫；7、垫块；71、卡块；72、拉环；8、信号放大器；9、卡环；91、第二卡环；92、第一卡环；93、卡接块；94、铰接柱；
100、监控模块；110、数据采集模块；120、分析模块；200、传输模块；300、监控中心。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本申请进行详细说明，需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性：
请参考附图3-11所示，本申请实施例公开了一种橡胶支座应力监控设备，包括底座1、监控组件33和橡胶支座。通过底座1、监控组件33和橡胶支座的相互配合，能够快速更换有问题的监控组件和橡胶支座，降低橡胶支座更换的成本。
在一些实施例中，如图4-5所示，底座1呈凸状，橡胶支座套设在凸状的底座1上，底座1的凸状部上具有多个凹槽11，优选为4个，4个凹槽11等间距的分布在凸状部上。底座1的两侧还具有多个通孔，通过螺栓穿过通孔，能够将底座1固定在墩台上，进而将橡胶支座固定在墩台上。
在一些实施例中，如图3-5所示，橡胶支座包括盆体2、橡胶垫3和上封板4。盆体2的下部套设在底座1的凸状部上，橡胶垫3设置在盆体2内，使盆体2和橡胶垫3相对底座1的位置可调，有利于适应不同高度的墩台。监控组件33设置在橡胶垫3内，用于监控橡胶垫3受到的应力情况。上封板4设置在橡胶垫3上，用于橡胶支座与桥梁刚箱连接。桥梁上的每个橡胶支座内均设置有监控组件33，从而能够监控整个桥梁的橡胶支座的应力情况。
在本实施例中，如图3所示，盆体2的外壁上等角度焊接有多个耳部21，优选为四个，四个耳部21上均一体成型有螺纹孔，每个耳部21与上封板4之间均设置有支撑杆6，一方面，用于提升整个橡胶支座的抗剪切形变，另一方面，通过外接动力源60，能够将盆体2、橡胶垫3和上封板4的高度整体提高，从而适应不同高度的墩台；另外，还能够将上封板4抬起，便于更换橡胶垫3以及监控组件33。
在一些可选的实施例中，如图8所示，支撑杆6的上部一体成型有支撑垫61，用于提供更大的受力支撑，支撑杆6的下部具有螺纹，支撑杆6的下部螺接在螺纹孔内，并通过螺母的紧固，将盆体2与支撑杆6连接成一个整体，便于高度的调节。
在一些其他实施例中，如图9所示，支撑杆6的下部为光杆，通过外接动力源，能够将上封板4抬起，从而更换有问题的橡胶垫。
在本实施例中，如图7所示，动力源60优选为液压千斤顶，通过千斤顶，能够在支撑杆6的下部为螺纹时，将盆体2、橡胶垫3和上封板4一起顶升，从而调节整个橡胶支座的高度。当整个橡胶支座相对底座1的高度调高时，盆体2的底部与底座1之间的间距通过垫块7填充，从而使调节后的高度稳定。
在本实施例中，如图4-5和图11所示，垫块7呈环状，垫块7的内壁上具有卡块71，垫块7的外壁上具有拉环72，多个垫块7在填充盆体2底部与底座1之间的间距时，卡块71卡设在凹槽11内，使垫块7稳定垫在盆体2与底座1之间；当盆体2与底座1之间的间距变小时，可通过将上面的垫块7取出，有利于适应不同的盆体2与底座1之间的间距。且通过拉环72，有利于垫块7的取出。
在本实施例中，环形垫块7为两段式或四段式，有利于垫块7的安装。
在本实施例中，当支撑杆6的下部为光杆时，通过千斤顶能够将上封板4顶升，从而能够更换橡胶垫3。
在一些实施例中，如图3-5所示，橡胶垫3包括第一橡胶垫32和第二橡胶垫31，第一橡胶垫32和第二橡胶垫31结构相同，均为钢板311和天然橡胶312相互重叠硫化而成。但不同之处在于，第一橡胶垫32的高度尺寸小于第二橡胶垫31的高度尺寸，监控组件33布置在第一橡胶垫32和第二橡胶垫31之间，用于监控橡胶支座受到的应力情况。
通过将橡胶垫3分体式设计或在现有技术中只有一个橡胶垫的基础上，增设一个橡胶垫，在不影响橡胶垫受力的情况下，有利于监控组件33的更换。
在一个示范性实施例中，如图4和图6所示，第一橡胶垫32设置在盆体2内，第一橡胶垫32的高度尺寸小于盆体2的侧壁高度尺寸，第一橡胶垫32的上表面具有多个安装槽以及一个环形线槽332，监控组件33设置在安装槽以及环形线槽332内，第二橡胶垫31设置在第一橡胶垫32上，且第二橡胶垫31的下部部分位于盆体2内，上封板4设置在第二橡胶垫31上，使整个橡胶支座在受力时，监控组件33能够监控第二橡胶垫31受到的应力，且不会影响第二橡胶垫31的力学性能。
在本实施例中，如图7所示，需要更换盆体2内处第一橡胶垫32或/和监控组件33时，支撑杆6的下部为光杆，上封板4与第二橡胶垫31之间通过螺栓固定连接有压板5，压板5的下部具有套筒51，套筒51套接在第二橡胶垫31的上部，套筒51与第二橡胶垫31之间设置有卡环9，通过卡环9，将套筒51与第二橡胶垫31的上部紧固，当千斤顶工作时，能够将上封板4、压板5和第二橡胶垫31顶升，使第二橡胶垫31脱离盆体2，从而能够将第一橡胶垫32或/和监控组件33更换。
在本实施例中，如图10所示，卡环9包括第一卡环92和第二卡环91，第一卡环92和第二卡环91的一端通过铰接柱94铰接，第一卡环92和第二卡环91的另一端均为开口，并焊接有卡接块93，通过螺栓穿出卡接块93，能够将第一卡环92和第二卡环91紧固，从而将套筒51和第二橡胶垫31连接牢固。
在本实施例中，第一卡环92的内径小于第二卡环91的内积，使第一卡环92和第二卡环91能够适应不同直径的第二橡胶垫31和套筒51。
在一个示范性实施例中，如图5所示，第二橡胶垫31设置在盆体2内，第一橡胶垫32设置是在第二橡胶垫31的顶部，套筒51套接在第一橡胶垫32和第二橡胶垫31上，套筒51的长度尺寸大于第一橡胶垫32的高度尺寸，使第一橡胶垫32能够稳定的装配在第二橡胶垫31上受力。第一橡胶垫32的下表面具有多个安装槽以及一个环形线槽332，监控组件33设置在安装槽以及环形线槽332内，使监控组件33能够监控第一橡胶垫32和第二橡胶垫31受到的应力。
在本实施例中，需要更换第二橡胶垫31上的第一橡胶垫32时，支撑杆6的下部为光杆，当千斤顶工作时，能够将上封板4和压板5顶升，使第一橡胶垫32和第二橡胶垫31的上部露出，从而能够更换有问题的监控组件33或/和第一橡胶垫32以及第二橡胶垫31。
在一些实施例中，如图5-6所示，监控组件33包括传感单元331、导线和信号放大器8。传感单元331均匀布置在第一橡胶垫32的安装槽内，导线与每个传感单元331连接，并布置在环形线槽332内，信号放大器8与导线的自由端连通，使每个传感单元331在监测到应力时，能够通过导线传递到信号放大器8，再通过信号放大器8传递给数据采集模块110。
在本实施例中，传感单元331为纳米橡胶传感器、压电式测力传感器、薄膜压力传感器和压电陶瓷片中的一种，优选为柔性薄膜压力传感器。柔性薄膜压力传感器设置为至少8个，8个柔性薄膜压力传感器分别布置在第一橡胶垫32的中部和边缘部，且错位分布，能够更准确的监测橡胶支座受到的应力。
在本实施例中，柔性薄膜压力传感器主要是用于定期采集橡胶支座受到的静态应力以及实时采集橡胶支座受到外界施加的应力(活载)，从而更好的监测整个桥梁的荷载变化情况、支座的健康运营状况等。
请参考附图1-2所示，本申请实施例还公开了一种橡胶支座应力智能监控系统，监控系统包括至少一个可以软件或固件(Firmware)的形式存储于存储模块中或固化在操作系统(Operating System，OS)中的软件功能模块。例如监控系统所包括的软件功能模块及计算机程序等。
监控系统可以包括监控模块100、传输模块200和监控中心300。各模块具有的功能可以如下：
监控模块100用于监控、分析橡胶支座的应力，并通过传输模块200将橡胶支座的应力情况传输给监控中心，从而对橡胶支座受到的应力实现智能化监控，使监控中心300能够监控每一个橡胶支座以及整个桥梁上橡胶支座受到的应力，从而使后台工作人员能够准确的对橡胶支座的应力情况进行准确的监控，提高桥梁的安全性。
可以理解的，监控中心300具有远程服务器，能够接收传输模块200传输的数据信息，并实时呈现在监控屏幕上，便于后台工作人员查看。
可以理解的，远程服务器还可以通信连通手机APP，使监控信息能够实时显示在手机APP上，有利于及时知晓桥梁信息。
可以理解的，传输模块200设置为无线通信模块，其能够将监控模块100采集到的数据传输给监控中心300。在一种可选的实施方式中，无线通信模块可以为5G信号收发器，可同时接收800个传感器发送的信号，并将信号发送到远程服务器，实现监控信息在电脑软件和手机APP的实时显示。
作为一种可选的实施方式，监控模块100可以包括数据采集模块110、分析模块120和监控组件33。数据采集模块110通过监控组件33采集每个橡胶支座的应力，并传输至分析模块120；分析模块120用于分析橡胶支座的应力数据，并进行判断，再将应力数据通过传输模块200传输至监控中心300。
在本实施例中，监控组件33在上述实施例中已经详细阐述，故此不再赘述。
可以理解的，数据采集模块110与每个橡胶支座处的信号放大器8通信连接，使数据采集模块110能够采集整个桥梁上所有的橡胶支座受到的应力。分析模块120与数据采集模块110通信连接，使数据采集模块110将采集到的应力数据无损传输给分析模块120。
可以理解的，数据采集模块110为远程数据采集模块，其内置微处理器，能够将应力数据转换为数字信号，能够更快速、高效的采集橡胶支座受到的应力。
作为一种可选的实施方式，数据采集模块110在通过监控组件33采集橡胶支座的应力时，数据采集模块110将每个橡胶支座在时间段内的应力数据分组采集。
在本实施例中，数据采集模块110采集应力数据的时间段设置为车辆行驶时间段和车辆禁止行驶时间段，即采集静态应力与活载。由于在车辆行驶时间段，桥梁上的橡胶支座在绝大部分时间均会受到外界带来的压力，采集此时间段内的橡胶支座的应力数据，能够实时反馈桥梁的健康状况。在车辆禁止行驶时间段，一般为深夜2点到5点，该时间段桥梁上基本没有车辆行驶或很少有车辆行驶，采集此时间段内的橡胶支座的应力数据，能够更真实的反馈橡胶支座本身的健康状况，从而筛选出有问题的橡胶支座或/和监控组件33。
作为一种可选的实施方式，分析模块120还用于：
基于采集的每个应力数据的时间戳，当每组应力数据中存在超过设定阈值的应力数据，且在预设时段内超过设定阈值的应力数据的个数超过指定个数时，将预设时段内超过设定阈值的应力数据划分为表征异常数据的第一类数据集；
基于采集的每个应力数据的时间戳，当每组应力数据中存在超过设定阈值的应力数据，且在预设时段内超过设定阈值的应力数据的个数未超过指定个数时，将预设时段内超过设定阈值的应力数据划分为表征临时异常数据的第二类数据集；
当每组应力数据中不存在超过设定阈值的应力数据时，将未超过设定阈值的应力数据划分为表征正常数据的第三类数据集。
可以理解的，以不超过10s作为一个时间戳，这个时间段内数据采集模块110采集的应力个数作为一组应力数据，其中，指定个数为预先设置的个数，例如2个，即在10s内采集到超过设定阈值的应力数据大于2个，则将该组应力数据划分到异常数据的第一类数据集；在10s内采集到超过设定阈值的应力数据小于等于2个，则将该组应力数据划分到异常数据的第二类数据集。在10s内采集到应力数据均未超过设定阈值时，表明采集到的数据均在正常范围内，不会影响桥梁的健康状况。
可以理解的，设定阈值为每个橡胶支座在受到外界作用力时，产生的应力，该设定阈值可以根据不同的桥梁，灵活设置。
作为一种可选的实施方式，分析模块120在分析应力数据时，包括以下方式：
根据数据采集模块采集应力数据的时间段，将第一类数据集、第二类数据集和第三类数据集根据时间段划分；
将划分后的第一类数据集、第二类数据集和第三类数据集集调用异常数据库，遍历异常数据库，判断出异常数据的原因。
可以理解的，将第一类数据集、第二类数据集和第三类数据集根据时间段划分时，根据车辆行驶时间段和车辆禁止行驶时间段划分，在车辆行驶时间段，将第一类数据集和第二类数据集与异常数据库内的数据进行对比，能够快速判断出异常数据是由传感器造成的还是橡胶支座本体异常造成的还是传感器和橡胶支座本体共同异常造成的，从而能够快速筛选出有问题的传感器或橡胶支座，并将异常情况传输给远程服务器以及手机APP；
可以理解的，在车辆禁止行驶时间段，采用最小二乘法拟合多项式非线性函数，将第一类数据集与第二类数据集进行拟合，建立应力数据与数据采集模块110输出原始数据之间的数据关系模型，提高监控系统数据采集的精度。
监控系统给定原始数据和标准应力值构成的数据点(xi,yi)，i＝0,1,...m由最小二乘法构造的数据关系模型可以表示为：
其中，φ为最高项次数小于n(n<m)的所有多项式构成的函数集，Pn(x)表示数据关系模型预测的应力值。
数据关系模型的目标函数可以表示为:
其中，I表示预测应力值与实际应力值的误差平方和；显然误差平方和I是由ak构成的多元函数，多元函数求极值的必要条件可以表示为：
简化可得：从而可以得出ak的值，带入最小二乘法构造的数据关系模型，可以得出最小二乘法拟合的多项式函数表达式，从而能够得出模型预测的应力值。
在第一类数据集和第二数据集的采集过程中，采用绝对误差和平均相对误差进一步衡量传感器测量的监测点数据的准确度。绝对误差e(i)是指监测点i的预测的应力值和采集值的差值的绝对值,绝对误差e(i)的计算公式为：e(i)＝|zi-yi|，平均相对误差是指预测的应力值偏离采集值的平均值，平均相对误差/>的计算公式为：/>其中，m为监测点数量，zi为传感器显示应力值，相对误差δ是指预测的应力值偏离采集值的程度，而相对误差δ计算公式为：/>
采用平均绝对误差和平均相对误差进一步衡量拟合的高次多项式准确度。平均绝对误差是指在一个数据采集的时间段内所有预测的应力值和采集值的差值绝对值的平均值。/>计算公式为：/>
由于最小二乘法拟合获得的多项式最高次数越高，处理后的数据误差越小，但是多项式过于复杂会降低系统的实时性，同时也会产生病态方程式现象，因此采用三次多项式处理应力数据。经处理后的数据其平均绝对误差百分比降低，远低于原始数据平均绝对误差百分比，证明支座应力数据采集系统的有效性和应用性，进而提高第一类数据集和第二类数据集中的异常数据的准确性。
可以理解的，异常数据库包括橡胶支座本体异常数据和监控组件异常数据，包括测试时，模拟橡胶支座和传感器在实际使用过程中的情况，在橡胶支座或/和传感器出现问题的情况下，收集到的数据；以及远程服务器收集到的以前桥梁在检测过程中出现的橡胶支座或/和传感器出现问题的数据。
作为一种可选的实施方式，监控中心300还用于与用户终端通信连接；
监控中心300将采集到异常数据的监控模块确定为目标监控模块，并获取预先存储的目标监控模块的第一位置数据，以及获取用户终端的实时位置以作为第二位置数据，并根据第一位置数据和第二位置数据生成从用户终端至目标监控模块所在位置的导航路径，并将导航路径发送至所述用户终端。
在安装每个监控模块时，可以通过定位设备在电子地图上对每个监控模块的安装位置进行定位，以得到每个监控模块的位置数据(即为第一位置数据)，并将位置数据存储在监控中心300，即，监控中心300存储有每个监控模块在电子地图上的位置数据。
可以理解的，一个监控系统可以包括一个或多个监控模块，每个监控模块可以设置在相应的橡胶支座上。例如，一个监控系统可以包括设置在橡胶支座a上的监控模块a，设置在橡胶支座b上的监控模块b，以及橡胶支座c上的监控模块c等。监控中心可以确定异常数据的橡胶支座属于具体哪个橡胶支座。
比如，假设采集到异常数据的监控模块为监控模块a，此时，监控中心可以基于监控模块a的ID获取到预先存储的监控模块a(或橡胶支座a)的位置数据，再结合从用户终端获取的用户终端的实时位置，便可以在电子地图上规划出从用户终端至监控模块a的导航路径。维护人员手持用户终端，按照导航路径前进，便可以准确抵达监控模块a所在位置，如此，有利于维护人及时处理有问题的橡胶支座或/和传感单元。
作为一种可选的实施方式，监控中心300预先存储有已安装监控组件的建筑的虚拟三维模型，虚拟三维模型中设置有与监控组件的ID关联的关键区域，关键区域为表征在所述建筑中安装监控组件的位置区域；
监控中心300还用于将与目标监控模块的ID关联的位置区域确定为异常区域，并通过监控中心300的显示屏对虚拟三维模型中的异常区域进行差异化显示，其中，差异化显示包括对异常区域进行红色高亮显示，或在异常区域生成表征异常的提示文本。
可以理解的，虚拟三维模型为与建筑的结构比例相同或接近的模型，因此，虚拟三维模型中的关键位置可以等同于实际建筑中安装监控模块的位置，其中，建筑可以是但不限于桥梁。
例如，一座桥梁上可以在不同的位置上分别安装一个监控模块，通过预设存储相关桥梁的虚拟三维模型，并将有问题的橡胶支座/监控模块通过差异化显示呈现在虚拟三维模型中，如此，便于监控人员查看有问题的橡胶支座或/和传感单元的具体位置，有利于后续的处理。
监控中心300还可以将存在异常区域的虚拟三维模型的画面发送至用户终端，以供维护人员查看。如此，方便维护人员基于现场情况，并结合虚拟三维模型中的异常位置，在实体建筑中准确定位采集到异常数据的监控模块的位置。
综上，本申请实施例提供的一种橡胶支座应力智能监控系统及设备，能够对监控每个橡胶支座的应力情况以及整个桥梁的橡胶支座的应力情况，并将应力情况通过传输模块传输到监控中心，还能够筛选出有问题的橡胶支座和传感单元，从而使后台工作人员能够准确的对橡胶支座的应力情况进行智能化的监控，进而提高桥梁的安全性，且能够将有问题的橡胶支座或/和传感单元快速更换，提升了橡胶支座的智能化，降低了橡胶支座的更换成本。
以上对本发明提供的一种橡胶支座应力智能监控系统及设备进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
应当指出，在说明书中提到的“一个实施例”、“实施例”、“一些可选的实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等表示所述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但未必每个实施例都包括该特定特征、结构或特性。此外，这样的短语未必是指同一实施例。此外，在结合实施例描述特定特征、结构或特性时，结合明确或未明确描述的其他实施例实现这样的特征、结构或特性处于本领域技术人员的知识范围之内。
应当容易地理解，应当按照最宽的方式解释本公开中的“在……上”、“在……以上”和“在……之上”，以使得“在……上”不仅意味着“直接处于某物上”，还包括“在某物上”且其间具有中间特征或层的含义，并且“在……以上”或者“在……之上”不仅包括“在某物以上”或“之上”的含义，还可以包括“在某物以上”或“之上”且其间没有中间特征或层(即，直接处于某物上)的含义。
此外，文中为了便于说明可以使用空间相对术语，例如，“下面”、“以下”、“下方”、“以上”、“上方”等，以描述一个元件或特征相对于其他元件或特征的如图所示的关系。空间相对术语意在包含除了附图所示的取向之外的处于使用或操作中的器件的不同取向。装置可以具有其他取向(旋转90度或者处于其他取向上)，并且文中使用的空间相对描述词可以同样被相应地解释。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种橡胶支座应力智能监控系统，其特征在于，包括监控模块(100)、传输模块(200)和监控中心(300)，所述监控模块(100)用于监控、分析橡胶支座的应力，并通过所述传输模块(200)将橡胶支座的应力情况传输给所述监控中心(300)，所述监控模块(100)包括数据采集模块(110)、分析模块(120)和监控组件(33)，所述数据采集模块(110)通过监控组件(33)采集每个橡胶支座的应力，并传输至分析模块(120)，所述分析模块(120)用于分析橡胶支座的应力数据，并进行判断，再将应力数据通过所述传输模块(200)传输至监控中心(300)。
2.根据权利要求1所述的一种橡胶支座应力智能监控系统，其特征在于，所述数据采集模块(110)在通过监控组件(33)采集橡胶支座的应力时，所述数据采集模块(110)将每个橡胶支座在时间段内的应力数据分组采集。
3.根据权利要求2所述的一种橡胶支座应力智能监控系统，其特征在于，所述分析模块(120)还用于：
基于采集的每个应力数据的时间戳，当每组所述应力数据中存在超过设定阈值的应力数据，且在预设时段内超过所述设定阈值的应力数据的个数超过指定个数时，将所述预设时段内超过所述设定阈值的应力数据划分为表征异常数据的第一类数据集；
基于采集的每个应力数据的时间戳，当每组所述应力数据中存在超过所述设定阈值的应力数据，且在预设时段内超过所述设定阈值的应力数据的个数未超过所述指定个数时，将所述预设时段内超过所述设定阈值的应力数据划分为表征临时异常数据的第二类数据集；
当每组所述应力数据中不存在超过所述设定阈值的应力数据时，将未超过所述设定阈值的应力数据划分为表征正常数据的第三类数据集。
4.根据权利要求3所述的一种橡胶支座应力智能监控系统，其特征在于，所述分析模块(120)还用于：
根据数据采集模块(110)采集应力数据的时间段，将所述第一类数据集、所述第二类数据集和所述第三类数据集根据时间段划分；
将划分后的所述第一类数据集、所述第二类数据集和所述第三类数据集集调用异常数据库，遍历异常数据库，判断出异常数据的原因。
5.根据权利要求1所述的一种橡胶支座应力智能监控系统，其特征在于，所述监控中心(300)还用于与用户终端通信连接；
所述监控中心(300)将采集到所述异常数据的所述监控模块确定为目标监控模块，并获取预先存储的所述目标监控模块的第一位置数据，以及获取所述用户终端的实时位置以作为第二位置数据，并根据所述第一位置数据和所述第二位置数据生成从所述用户终端至所述目标监控模块所在位置的导航路径，并将所述导航路径发送至所述用户终端。
6.根据权利要求5所述的一种橡胶支座应力智能监控系统，其特征在于，所述监控中心(300)预先存储有已安装所述监控组件的建筑的虚拟三维模型，所述虚拟三维模型中设置有与所述监控组件(33)的ID关联的关键区域，所述关键区域为表征在所述建筑中安装所述监控组件(33)的位置区域；
所述监控中心(300)还用于将与所述目标监控模块的ID关联的位置区域确定为异常区域，并通过所述监控中心(300)的显示屏对所述虚拟三维模型中的所述异常区域进行差异化显示，其中，所述差异化显示包括对所述异常区域进行红色高亮显示，或在所述异常区域生成表征异常的提示文本。
7.一种橡胶支座应力监控设备，其特征在于，包括
底座(1)，所述底座(1)用于橡胶支座的安装；
监控组件(33)，所述监控组件(33)设置在橡胶支座内，且便于更换，所述监控组件(33)用于监控橡胶支座的应力；
橡胶支座，所述橡胶支座包括盆体(2)、橡胶垫(3)和上封板(4)，所述盆体(2)设置在底座(1)上，所述橡胶垫(3)设置在盆体(2)内，所述监控组件(33)设置在橡胶垫(3)内，所述上封板(4)设置在橡胶垫(3)上。
8.根据权利要求7所述的一种橡胶支座应力监控设备，其特征在于，所述监控组件(33)包括传感单元(331)、导线和信号放大器(8)，所述传感单元(331)均匀布置在橡胶垫(3)内，所述导线与每个传感单元(331)连接，所述信号放大器(8)与导线的自由端连通。
9.根据权利要求7所述的一种橡胶支座应力监控设备，其特征在于，所述盆体(2)套设在底座(1)上，所述盆体(2)的外壁上等角度设置有耳部(21)，所述耳部(21)与上封板(4)之间可拆卸设置有支撑杆(6)。
10.根据权利要求7所述的一种橡胶支座应力监控设备，其特征在于，所述橡胶垫(3)包括第一橡胶垫(32)和第二橡胶垫(31)；
所述第一橡胶垫(32)设置在盆体(2)内，所述第二橡胶垫(31)设置在第一橡胶垫(32)与上封板(4)之间，所述监控组件(33)设置在第一橡胶垫(32)和第二橡胶垫(31)之间；
或所述第二橡胶垫(31)设置在盆体(2)内，所述第一橡胶垫(32)设置在第二橡胶垫(31)上，所述上封板(4)的底部设置有压板(5)，所述第一橡胶垫(32)设置在压板(5)内，所述监控组件(33)设置在第一橡胶垫(32)和第二橡胶垫(31)之间。
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