CN117521197A - 一种基于gnss和bim的桥梁转体实时监测预警系统及方法 - Google Patents

一种基于gnss和bim的桥梁转体实时监测预警系统及方法 Download PDF

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CN117521197A CN202311392747.1A CN202311392747A CN117521197A CN 117521197 A CN117521197 A CN 117521197A CN 202311392747 A CN202311392747 A CN 202311392747A CN 117521197 A CN117521197 A CN 117521197A
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Abstract

本发明提供了一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警系统及方法,包括桥梁传感器、GNSS接收机、无线数据采集系统和BIM桥梁三维仿真系统;通过无线传输的方式,将传感器和GNSS接收器的监测数据传输至PC端,并通过Visual C++开发平台对有效数据进行处理,采用Revit平台进行建模,同时对监测数据进行了误差判断,提高了数据采集的精度,并通过实时3D模型对标准构建和工况下转体桥梁施工提供指导。可对桥梁安全监测预警的实时性及可视化提供技术支持,可为桥梁施工和标准化作业提供指导,减少测量人员在转体过程中的工作量,降低人为计算误差。

Description

一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警系统及方法
技术领域
本发明涉及桥梁转体施工安全监测预警的技术领域,具体涉及一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警系统及方法。
背景技术
桥梁在现代基础设施建设中起到了至关重要的作用,而随着经济建设和基础设施的快速发展,越来越多的铁路、公路、桥梁和轨道交通被建设起来。在新建公路、城市轨道交通和道路需要跨越既有铁路线、险峻的峡谷或深水区等特殊条件的情况下,桥梁转体施工方案被广泛采用。转体施工技术既能保证工期的顺利进行,还能保证既有铁路线的正常运营。而且由于高铁的提速,对跨越高铁路线的桥梁转体施工提出了更高的技术要求,因此,对桥梁转体施工过程的研究和优化具有重要的现实意义。
桥梁转体是一个动态过程,正式转体过程中,桥梁结构处于单点支撑悬臂状态,梁体受外界干扰因素多,是最不稳定阶段。因此,为保证转体安全,转体过程中需监测桥梁关键截面应力、梁端变位、转体角速度、梁端线速度、转体牵引力、转体角度等关键参数,若有异常,应暂停转体,待分析原因后再决策是否转体。因此需要对桥梁转体施工过程开展实时监测,实时掌握其转体速度,方可在其出现异常时及时采取相应措施,以确保施工的质量和结构安全。
目前在桥梁转体施工监控中多采用的是传统的监测方法,例如采用经纬仪或全站仪,并在目标位置安装靶标棱镜,采用交会法或坐标法进行监测,这种手动、静态的监测方法,受气候环境和人为因素的影响较大,监控精度不足,并且无法满足对桥梁转体实时监测的要求。
因此,亟需采用新方法、新技术对桥梁转体施工过程进行实时监测,以提高监测精度和监测效率,同时可结合BIM和物联网技术对转体施工进行虚拟仿真,在实际转体施工操作前对转体过程进行多工况预测和模拟,以确定合理的转速、牵引力和转角,同时也许对施工过程中的危险情况进行监测预警,构建的监测预警系统及方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警系统及方法,解决上述背景技术中的问题。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:包括桥梁传感器、GNSS接收机、无线数据采集系统和BIM桥梁三维仿真系统;
所述桥梁传感器用于采集桥梁现场受力点的应力应变实时数据、桥梁转体结构的转体角速度、转体牵引力、转体角度、梁端变位、桥身倾角参数;
所述GNSS接收机用于获取桥梁端部、监测点、基准点的初始测点坐标和设定监测时间间隔内的实时测点坐标,并传输至无线数据采集系统;
所述无线数据采集系统包括移动信号塔、基准站和带GPRS传输功能的监测设备,将监测数据传输至服务器,通过C++程序将数据转换为操作台和Revit所需数据格式,并将数据分发至桥梁转体施工操作台和BIM桥梁三维仿真系统,根据仿真结果和实时数据进行实时监测预警和智能控制桥梁转体施工操作;
所述BIM桥梁三维仿真系统根据桥梁尺寸、连接关系、施工顺序及监测数据,基于Revit平台构建桥梁转体施工簇库,构建标准模型,根据不同桥梁尺寸、施工工况进行转体施工模拟,根据桥梁姿态、旋转速度、力矩分布显示安全分级颜色预警,对施工操作提供指导。
优选的,桥梁传感器包括倾角仪、应变计、挠度计、单点沉降计、静力水准仪、风速传感器、地质罗盘、拉线位移计、GPS定位计,传感器采用GPRS与移动信号塔和数据采集设备通信连接;
所述桥梁传感器在转体施工结束后亦可为桥梁监测提供服务,为桥梁运营、检测、维护和科学研究提供实时监测数据。
优选的,GNSS接收机包括GPS接收机、GLONASS接收机、GALILEO接收机和北斗接收机;
所述基准站将GNSS接收机布设于远离桥梁主体施工结构500米范围外,并和布设于桥梁主体结构的GNSS接收机进行数据交换、数据校准和差分求解,对比初始测点坐标构建GNSS数据校准模式,获取桥梁实时空间位置信息;
所述GNSS接收机将获取用于根据桥梁的大地坐标和时间信息,进行纵向数据解算,分析桥梁转体施工过程中的角速度、线速度、倾角关键参数;
所述GNSS接收机监测数据将和桥梁传感器获取进行同步和校对,两者数值在允许误差范围则认为测量准确,否则需进行误差校对。
优选的,所述BIM桥梁三维仿真系统包括建模模块、可视化模块和监测预警平台,所述建模模块将桥梁尺寸、连接关系、施工顺序及监测数据,基于Revit平台构建桥梁转体施工簇库,构建桥梁转体施工标准模型,在改变桥梁尺寸、高度、吨位的情况下结合监测数据进行实时可视化建模。可视化模块除显示初始模型信息,将根据处理后数据进行实时更新,显示桥梁施工过程的动态姿态信息,并结合转体施工标准构建监测预警平台。
优选的,监测预警平台根据转体施工的转体角速度、转体牵引力、转体角度、梁端变位、桥身倾角生成预警信号,将监测预警设置为红橙黄绿四个等级,并将监测信息实时传输至控制台,指导操作人员调整施工参数。
优选的,所述安全分级颜色预警包括以下颜色预警:
绿色预警:显示绿色的监测点说明处于稳定且安全的状态,此时可进行日常巡视管理,检查数据传导情况与BIM实时模拟的变形情况;
黄色预警:当转动角速度、线速度,平转角速度在0.008~0.012 rad/min,梁体悬臂端线速度大于 1.2~1.4 m/min,连续千斤顶行程差在0.8~0.9 mm时, 监测系统对操作台发送橙色预警指令,对现场设备进行检查,同时对预警信息进行记录,记录预警出现的位置、预警类型、预警值、正常值;
橙色预警:当转动角速度、线速度,平转角速度在0.012~ 0.015 rad/min,梁体悬臂端线速度在 1.4~1.5 m/min,连续千斤顶行程差在0.9~1.0 mm, 监测系统对操作台发送黄色预警指令,对现场设备进行检查,同时对预警信息进行记录,记录预警出现的位置、预警类型、预警值、正常值;
红色预警:当转动角速度、线速度,平转角速度大于 0.015 rad/min,梁体悬臂端线速度大于 1.5 m/min,连续千斤顶行程差大于1 mm, 监测系统对操作台发送黄色预警指令,对现场设备进行检查,同时对预警信息进行记录,记录预警出现的位置、预警类型、预警值、正常值,外业组在接到内业组的通知后携带设备在30分钟内到达现场,立即组织开展桥梁抢修工作。
一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警方法,其方法是:包括以下步骤:
S1、根据施工设计图,提取桥梁转体施工控制参数以及桥梁结构特征,确定桥梁下转盘平整度、上转盘和端部空间位置变化速度预警值和桥梁最终位置;
S2、根据桥梁尺寸、连接关系、施工顺序、传感器构建桥梁转体施工簇库,基于Revit平台构建桥梁转体施工基础模型,预留传感器、GNSS接收器数据接口;
S3、通过桥梁传感器,获取桥梁现场受力点的应力应变实时数据、桥梁转体结构的转体角速度、转体牵引力、转体角度、梁端变位、桥身倾角参数,通过GNSS接收机获取桥梁端部的初始测点坐标和设定监测时间间隔内桥梁端部的实时测点坐标,并转化为桥梁空间位置变化角速度、线速度和倾角;
S4、基于GNSS接收机和桥梁传感器获取数据,对桥梁转体角速度、转体角度、梁端变位、桥身倾角进行数据初始化、数据校核和误差分析,并通过无线数据采集与传输系统传输至PC终端;
S5、基于Visual C++开发平台,编译数据处理系统,将有效数据传输至Revit平台和现场操作台,根据BIM桥梁转体施工模拟过程和转体牵引力、桥身倾角参数,指导施工控制台动态调整相关参数;
S6、根据GNSS接收器和桥梁传感器数据,通过BIM桥梁转体施工模型,实时可视化显示桥梁转体施工过程、桥梁端部实时空间位置变化,根据预设桥梁转体角速度、转体角度、梁端变位、桥身倾角、风速数据预警阈值,将危险等级划分为红橙黄绿四个等级;
S7、当桥梁转体到桥梁最终位置时,停止转体,PC端调整监测频率,持续监测桥梁关键参数,为桥梁运维提供数据。
优选的,还包括以下步骤:
实时监测桥梁转体过程中T型梁梁端的倾角、高程变化情况;
实时监测桥梁转体过程中桥梁梁体的振动特性;
实时监测桥梁转体过程中上转盘的倾角、应变情况和支撑脚应力;
实时监测桥梁转体过程中反力架的转体牵引力大小和施加速度。
优选的,步骤S4包括以下分步骤:
S41、基于GNSS接收器获取桥梁基站、梁端、梁柱四个位置初始测点坐标和实时测点坐标,并将其转换为桥梁倾角、梁端高程、转角和桥身倾角,并将其传输至PC端;
S42、基于桥梁传感器获取数据并采用GPRS基于移动信号塔,传输至PC端;
S43、将GNSS接收器和桥梁传感器数据进行相互校核和初始化,随后进行实时监测,当两者误差大于±3 mm时,进行预警和校对;
S44、将有效数据传输至Revit平台和控制台,获取桥梁转体施工实时监测数据,更新BIM模型和指导施工。
本发明提供了一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警系统及方法,通过无线传输的方式,将传感器和GNSS接收器的监测数据传输至PC端,并通过Visual C++开发平台对有效数据进行处理,采用Revit平台进行建模,同时对监测数据进行了误差判断,提高了数据采集的精度,并通过实时3D模型对标准构建和工况下转体桥梁施工提供指导。可对桥梁安全监测预警的实时性及可视化提供技术支持,可为桥梁施工和标准化作业提供指导,减少测量人员在转体过程中的工作量,降低人为计算误差。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:
图1是本发明监测预警系统的架构图;
图2是本发明监测预警系统操作流程图;
图3是本发明BIM标准化模型更新软件架构图;
图4是本发明监测预警方法的流程图;
具体实施方式
实施例1
如图1所示,一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警系统及方法,包括依次通信连接的多个桥梁传感器、多个GNSS接收机和移动卫星、基于移动信号塔的无线数据采集系统和BIM桥梁三维仿真系统以及桥梁转体施工操作台。
其中,桥梁传感器包括倾角仪、应变计、挠度计、单点沉降计、静力水准仪、风速传感器、地质罗盘、拉线位移计、GPS定位计等,所述传感器采用GPRS与移动信号塔和数据采集设备通信连接。
GNSS接收机用于获取桥梁端部、监测点、基准点的初始测点坐标和设定监测时间间隔内的实时测点坐标,并传输至数据采集系统。
其中,一共布设4个GNSS接收机,基准站布设于远离桥梁主体施工结构500米范围外的固定点,并和布设于桥梁主体结构的GNSS接收机进行数据交换、数据校准和差分求解,以提高监测精度,对比初始测点坐标构建GNSS数据校准模式,获取桥梁实时空间位置信息。
所述无线数据采集系统基于移动信号塔、基站和带GPRS传输功能的监测设备,将监测数据传输至无线数据采集系统,通过C++程序将数据转换为操作台和Revit所需数据格式,并将数据分发至操作台和BIM桥梁三维仿真系统,根据仿真结果和实时数据进行实时监测预警和智能控制桥梁转体施工操作。
BIM桥梁三维仿真系统根据桥梁尺寸、连接关系、施工顺序及监测数据,基于Revit平台构建桥梁转体施工簇库,构建标准模型,可根据不同桥梁尺寸、施工工况进行转体施工模拟,根据桥梁姿态、旋转速度、力矩分布显示安全分级颜色预警,对施工操作提供指导。
实施例2:
针对实施例1中的基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测系统,如图2所示,传感设备包括倾角仪、应变计、挠度计、单点沉降计、静力水准仪、风速传感器、地质罗盘、拉线位移计、GPS定位计等。
桥梁转体前需解除上下转盘间的固定约束,转体时梁体处于悬臂状态,仅靠上下球铰面接触,无其他约束条件,故转体时桥梁处于最不利状态,桥梁相关参数监控是转体是否成功的关键。转体过程中需要重点监测以下参数:①关键截面应力:测试转体结构关键截面应力,评估转体结构受力状态;②梁端变位:为转体就位、梁体姿态调整提供数据支持,用于评估结构转体安全状态;③转体速度:包括测试转体角速度和梁端线速度,应保证转体结构处于规范可控范围;④转体角度及空间位置:应明确点动牵引起止点,保证梁体精确就位,梁体中心线满足设计要求;⑤牵引力:监测牵引力的变化情况,并分析查找原因,以保证转体牵引系统正常运行;⑥风速风向:确保在允许的风力等级范围内进行转体施工,保证转体抗倾覆安全。其中梁体结构关键截面应力在梁体施工阶段开始监测,其他内容在正式转体阶段开始监测。角速度通过牵引设备进行控制,空间位置主要反映梁体转体过程中与设计位置的关系。
基于此,本发明基于GNSS接收器和桥梁传感器对桥梁转体施工关键参数进行监测。在监测过程中综合考虑经济、高效、高精度的原则选取监测设备。
由于倾角仪设备简单、反应灵敏、成本最低,选择倾角仪作为梁端变位变化监测设备,转体过程中通过测量梁体竖向转动角度可推算梁端变位数值。现场试验表明,倾角仪具有优异的抗干扰能力,当磁性干扰物靠近时可保持高精度的方位信息,同时具有优异的动态性能,可保证转体动态测量精度,竖向精度可达 18″,水平向精度可达 0.01°。
拉线位移计传感器用于测量线性位移、输出模拟量型和数字量型,具有标准化接口,坚固耐用,设备安装方便。现场测试结果显示,采用拉线位移计进行角度测试,不受磁场影响,数据稳定、性能可靠、精度高,且具备数据无线采集和传输功能。 故最终选择拉线位移计作为转体角度监测设备。拉线位移计可在转体系统2m范围内选某固定点进行安装,转体时根据拉线行程和上球铰直径等参数计算转体角度。其他梁体空间位置、转体角速度、梁端线速度均可根据转体角度进行计算。
温湿度传感器和风速风向传感器可以监测桥梁施工环境的温度、湿度、风速、风向等环境数据,当遭遇极端天气或环境不适宜施工时及时反馈给工作人员。
此外,本发明还采用静力水准仪、应变传感器等对桥梁加强监测。随后,基于GNSS接收机获取数据进行相互校对和验证,通过无线数据采集系统将监测数据进行分析和BIM仿真,随后根据监测和仿真建立标准数据库,对现场操作进行预警和疏散。
本发明实施例中,传感设备中的各类传感器采用内置唯一编码的智能记忆芯片和GPRS传输系统,可将监测数据上传时移动信号塔进行临时储存和实时上传至服务器。
实施例3:
针对实施例2中的GNSS接收机,如图2所示,其包括GPS接收机、GLONASS接收机、GALILEO接收机和北斗接收机。
本发明实施例中的GNSS接收机可以接收包括美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统、欧盟的伽利略(GALILEO)卫星导航系统和中国的北斗卫星导航系统在内的全球各类卫星导航系统的定位数据,应用范围广泛。
但作为本发明实施例的一种优选方式,GNSS接收机优选北斗接收机。北斗卫星导航系统的监测数据是利用载波相位信息和载波相位差分技术,将基准站与各个监测点数据进行差分处理,可以有效消除或者减弱卫星测距的各种误差,使得定位精度得以大大提高。北斗卫星导航定位监测具有全天候,自动化,监测点间无需通视等特点,可实现连续、高精度、全自动的数据监测。
实施例4:
针对实施例2中的数据分析与BIM仿真,如图3所示,BIM仿真系统通过布置在桥梁上的传感器,采集应力、转体角度、牵引力等数据,以全面监测桥梁转体过程,通过分析数据,评估结构安全性能,以及时发出预警通知。桥梁转体智能化实时可视监控系统是该系统的软件部分,包括数据采集模块、数据服务模块、通信服务模块、监测控制模块、综合评估预警模块。其中数据采集模块将采集的数据保存为二进制文件,根据不同传感器类型、不同位置对超限数据发出报警信息。如果监测控制模块要求显示实时数据,则数据采集模块向监测控制模块发送实时数据。监测控制模块综合利用应力自动化监测采集的数据,实时保存监测数据至数据库,最后报表分析时从数据库中读取数据输出。 综合评估预警模块直接从数据服务器中读取数据进行预警分析、安全性能评估等操作,最后得到结果生成报表。
优选的,所述安全分级颜色预警包括以下颜色预警:
绿色预警:显示绿色的监测点说明处于稳定且安全的状态,此时可进行日常巡视管理,检查数据传导情况与BIM实时模拟的变形情况;
黄色预警:当转动角速度、线速度,平转角速度在0.008~0.012 rad/min,梁体悬臂端线速度大于 1.2~1.4 m/min,连续千斤顶行程差在0.8~0.9 mm时, 监测系统对操作台发送橙色预警指令,对现场设备进行检查,同时对预警信息进行记录,记录预警出现的位置、预警类型、预警值、正常值;
橙色预警:当转动角速度、线速度,平转角速度在0.012~ 0.015 rad/min,梁体悬臂端线速度在 1.4~1.5 m/min,连续千斤顶行程差在0.9~1.0 mm, 监测系统对操作台发送黄色预警指令,对现场设备进行检查,同时对预警信息进行记录,记录预警出现的位置、预警类型、预警值、正常值;
红色预警:当转动角速度、线速度,平转角速度大于 0.015 rad/min,梁体悬臂端线速度大于 1.5 m/min,连续千斤顶行程差大于1 mm, 监测系统对操作台发送黄色预警指令,对现场设备进行检查,同时对预警信息进行记录,记录预警出现的位置、预警类型、预警值、正常值,外业组在接到内业组的通知后携带设备在30分钟内到达现场,立即组织开展桥梁抢修工作。
根据实时定量监测数据,对转体施工过程进行动态监测,减少了现场施工人员工作量,解决了以往过于依赖经验的现状,能及时有效的进行监测预警,降低了施工风险。
实施例5:
本发明实施例提供了一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警方法,如图4所示,包括以下步骤:
S1、根据施工设计图,提取桥梁转体施工控制参数以及桥梁结构特征,确定桥梁下转盘平整度、上转盘和端部空间位置变化速度预警值和桥梁最终位置;
S2、根据桥梁尺寸、连接关系、施工顺序、传感器构建桥梁转体施工簇库,基于Revit平台构建桥梁转体施工基础模型,预留传感器、GNSS接收器数据接口;
S3、通过桥梁传感器,获取桥梁现场受力点的应力应变实时数据、桥梁转体结构的转体角速度、转体牵引力、转体角度、梁端变位、桥身倾角等参数,通过GNSS接收机获取桥梁端部的初始测点坐标和设定监测时间间隔内桥梁端部的实时测点坐标,并转化为桥梁空间位置变化角速度、线速度和倾角;
S4、基于GNSS接收机和桥梁传感器获取数据,对桥梁转体角速度、转体角度、梁端变位、桥身倾角进行数据初始化、数据校核和误差分析,并通过无线数据采集与传输系统传输至PC终端;
S5、基于Visual C++开发平台,编译数据处理系统,将有效数据传输至Revit平台和现场操作台,根据BIM桥梁转体施工模拟过程和转体牵引力、桥身倾角等参数,指导施工控制台动态调整相关参数;
S6、根据GNSS接收器和桥梁传感器数据,通过BIM桥梁转体施工模型,实时可视化显示桥梁转体施工过程、桥梁端部实时空间位置变化,根据预设桥梁转体角速度、转体角度、梁端变位、桥身倾角、风速等数据预警阈值,将危险等级划分为红橙黄绿四个等级;
S7、当桥梁转体到桥梁最终位置时,停止转体。PC端调整监测频率,持续监测桥梁关键参数,为桥梁运维提供数据。
本发明实施例中,当桥梁转体到接近桥梁最终位置时,即关闭设备对转体的控制,并开始单点旋转控制桥梁转体,直到达到桥梁最终位置,能够有效防止超转。
发明提供了一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警方法,能够对桥梁转体施工过程中转体结构的关键参数:转体角速度、转体角度、梁端变位、桥身倾角、风速等进行实时监测,掌握桥梁结构GNSS三维坐标变化情况,可将监测数据和BIM实现快速融合,构建BIM仿真动画和监测预警系统,为施工提供安全预警,同时可采用BIM仿真平台对关键参数进行反演。
本发明采用GNSS和BIM对桥梁转体施工进行实时监测和仿真,具有及时、快速、监测精度高等特点,可实现高效、自动、实时可视化的桥梁转体施工模拟和监测,为施工提供技术指导,减少人为计算误差。能够对桥梁转体施工过程中的姿态和转速进行实时监测,实时掌握桥跨结构GNSS三维坐标变化情况,方可在其出现异常时及时采取相应措施,以确保施工的质量和结构安全。同时,本发明实施例基于GNSS对桥梁转体施工进行监测,具有全天候、自动化、监测点间无需通视等特点,可实现连续、高精度、全自动以及可视化的桥梁转体施工监测。
实施例6:
针对实施例5中的一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警方法,步骤S4包括以下分步骤:
S41、基于GNSS接收器获取桥梁基站、梁端、梁柱四个位置初始测点坐标和实时测点坐标,并将其转换为桥梁倾角、梁端高程、转角和桥身倾角,并将其传输至PC端;
S42、基于桥梁传感器获取数据并采用GPRS基于移动信号塔,传输至PC端;
S43、将GNSS接收器和桥梁传感器数据进行相互校核和初始化,随后进行实时监测,当两者误差大于±3 mm时,进行预警和校对;
S44、将有效数据传输至Revit平台和控制台,获取桥梁转体施工实时监测数据,更新BIM模型和指导施工。
本发明实施例通过无线传输的方式,将传感器和GNSS接收器的监测数据传输至PC端,并通过Visual C++开发平台对有效数据进行处理,采用Revit平台进行建模,同时对监测数据进行了误差判断,提高了数据采集的精度,并通过实时3D模型对标准构建和工况下转体桥梁施工提供指导。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案,而不应视为对于本发明的限制,本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案,包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进,也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警系统,其特征是:包括桥梁传感器、GNSS接收机、无线数据采集系统和BIM桥梁三维仿真系统;
所述桥梁传感器用于采集桥梁现场受力点的应力应变实时数据、桥梁转体结构的转体角速度、转体牵引力、转体角度、梁端变位、桥身倾角参数;
所述GNSS接收机用于获取桥梁端部、监测点、基准点的初始测点坐标和设定监测时间间隔内的实时测点坐标,并传输至无线数据采集系统;
所述无线数据采集系统包括移动信号塔、基准站和带GPRS传输功能的监测设备,将监测数据传输至服务器,通过C++程序将数据转换为操作台和Revit所需数据格式,并将数据分发至桥梁转体施工操作台和BIM桥梁三维仿真系统,根据仿真结果和实时数据进行实时监测预警和智能控制桥梁转体施工操作;
所述BIM桥梁三维仿真系统根据桥梁尺寸、连接关系、施工顺序及监测数据,基于Revit平台构建桥梁转体施工簇库,构建标准模型,根据不同桥梁尺寸、施工工况进行转体施工模拟,根据桥梁姿态、旋转速度、力矩分布显示安全分级颜色预警,对施工操作提供指导。
2.根据权利要求1所述一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警系统,其特征是:桥梁传感器包括倾角仪、应变计、挠度计、单点沉降计、静力水准仪、风速传感器、地质罗盘、拉线位移计、GPS定位计,传感器采用GPRS与移动信号塔和数据采集设备通信连接;
所述桥梁传感器在转体施工结束后亦可为桥梁监测提供服务,为桥梁运营、检测、维护和科学研究提供实时监测数据。
3.根据权利要求1所述一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警系统,其特征是:GNSS接收机为GPS接收机,或为GLONASS接收机,或为GALILEO接收机,或为北斗接收机;
所述基准站的GNSS接收机布设于远离桥梁主体施工结构500米范围外,并和布设于桥梁主体结构的GNSS接收机进行数据交换、数据校准和差分求解,对比初始测点坐标构建GNSS数据校准模式,获取桥梁实时空间位置信息;
所述GNSS接收机将获取用于根据桥梁的大地坐标和时间信息,进行纵向数据解算,分析桥梁转体施工过程中的角速度、线速度、倾角关键参数;
所述GNSS接收机监测数据将和桥梁传感器获取进行同步和校对,两者数值在允许误差范围则认为测量准确,否则需进行误差校对。
4.根据权利要求1所述一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警系统,其特征是:所述BIM桥梁三维仿真系统包括建模模块、可视化模块和监测预警平台,所述建模模块将桥梁尺寸、连接关系、施工顺序及监测数据,基于Revit平台构建桥梁转体施工簇库,构建桥梁转体施工标准模型,在改变桥梁尺寸、高度、吨位的情况下结合监测数据进行实时可视化建模。
5.可视化模块除显示初始模型信息,将根据处理后数据进行实时更新,显示桥梁施工过程的动态姿态信息,并结合转体施工标准构建监测预警平台。
6.根据权利要求4所述一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警系统,其特征是:监测预警平台根据转体施工的转体角速度、转体牵引力、转体角度、梁端变位、桥身倾角生成预警信号,将监测预警设置为红橙黄绿四个等级,并将监测信息实时传输至控制台,指导操作人员调整施工参数。
7.根据权利要求5所述一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警系统,其特征是:所述安全分级颜色预警包括以下颜色预警:
绿色预警:显示绿色的监测点说明处于稳定且安全的状态,此时可进行日常巡视管理,检查数据传导情况与BIM实时模拟的变形情况;
黄色预警:当转动角速度、线速度,平转角速度在0.008~0.012 rad/min,梁体悬臂端线速度大于 1.2~1.4 m/min,连续千斤顶行程差在0.8~0.9 mm时, 监测系统对操作台发送橙色预警指令,对现场设备进行检查,同时对预警信息进行记录,记录预警出现的位置、预警类型、预警值、正常值;
橙色预警:当转动角速度、线速度,平转角速度在0.012~ 0.015 rad/min,梁体悬臂端线速度在 1.4~1.5 m/min,连续千斤顶行程差在0.9~1.0 mm, 监测系统对操作台发送黄色预警指令,对现场设备进行检查,同时对预警信息进行记录,记录预警出现的位置、预警类型、预警值、正常值;
红色预警:当转动角速度、线速度,平转角速度大于 0.015 rad/min,梁体悬臂端线速度大于 1.5 m/min,连续千斤顶行程差大于1 mm, 监测系统对操作台发送黄色预警指令,对现场设备进行检查,同时对预警信息进行记录,记录预警出现的位置、预警类型、预警值、正常值,外业组在接到内业组的通知后携带设备在30分钟内到达现场,立即组织开展桥梁抢修工作。
8.根据权利要求1~6任一项所述一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警方法,其方法是:包括以下步骤:
S1、根据施工设计图,提取桥梁转体施工控制参数以及桥梁结构特征,确定桥梁下转盘平整度、上转盘和端部空间位置变化速度预警值和桥梁最终位置;
S2、根据桥梁尺寸、连接关系、施工顺序、传感器构建桥梁转体施工簇库,基于Revit平台构建桥梁转体施工基础模型,预留传感器、GNSS接收器数据接口;
S3、通过桥梁传感器,获取桥梁现场受力点的应力应变实时数据、桥梁转体结构的转体角速度、转体牵引力、转体角度、梁端变位、桥身倾角参数,通过GNSS接收机获取桥梁端部的初始测点坐标和设定监测时间间隔内桥梁端部的实时测点坐标,并转化为桥梁空间位置变化角速度、线速度和倾角;
S4、基于GNSS接收机和桥梁传感器获取数据,对桥梁转体角速度、转体角度、梁端变位、桥身倾角进行数据初始化、数据校核和误差分析,并通过无线数据采集与传输系统传输至PC终端;
S5、基于Visual C++开发平台,编译数据处理系统,将有效数据传输至Revit平台和现场操作台,根据BIM桥梁转体施工模拟过程和转体牵引力、桥身倾角参数,指导施工控制台动态调整相关参数;
S6、根据GNSS接收器和桥梁传感器数据,通过BIM桥梁转体施工模型,实时可视化显示桥梁转体施工过程、桥梁端部实时空间位置变化,根据预设桥梁转体角速度、转体角度、梁端变位、桥身倾角、风速数据预警阈值,将危险等级划分为红橙黄绿四个等级;
S7、当桥梁转体到桥梁最终位置时,停止转体,PC端调整监测频率,持续监测桥梁关键参数,为桥梁运维提供数据。
9.根据权利要求7所述一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警方法,其方法是:还包括以下步骤:
实时监测桥梁转体过程中T型梁梁端的倾角、高程变化情况;
实时监测桥梁转体过程中桥梁梁体的振动特性;
实时监测桥梁转体过程中上转盘的倾角、应变情况和支撑脚应力;
实时监测桥梁转体过程中反力架的转体牵引力大小和施加速度。
10.根据权利要求7所述一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警方法,其方法是:步骤S4包括以下分步骤:
S41、基于GNSS接收器获取桥梁基站、梁端、梁柱四个位置初始测点坐标和实时测点坐标,并将其转换为桥梁倾角、梁端高程、转角和桥身倾角,并将其传输至PC端;
S42、基于桥梁传感器获取数据并采用GPRS基于移动信号塔,传输至PC端;
S43、将GNSS接收器和桥梁传感器数据进行相互校核和初始化,随后进行实时监测,当两者误差大于±3 mm时,进行预警和校对;
S44、将有效数据传输至Revit平台和控制台,获取桥梁转体施工实时监测数据,更新BIM模型和指导施工。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN118194416A (zh) * 2024-05-16 2024-06-14 中交第二航务工程局有限公司 一种转体桥梁转体测控系统及其测控方法

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