CN117871065A - 基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法及系统 - Google Patents

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CN117871065A CN202311654404.8A CN202311654404A CN117871065A CN 117871065 A CN117871065 A CN 117871065A CN 202311654404 A CN202311654404 A CN 202311654404A CN 117871065 A CN117871065 A CN 117871065A
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Abstract

本发明公开了基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，包括：布设多个应力测点和GNSS监测点；对双幅桥整体结构及其周围环境建立三维GIS模型；分析各转体结构的上、下球铰间不同方向上的应力与对应梁体的纵向、横向高差间的关系；规划左、右幅梁体的转体方案；开始转体，结合各特征点在三维GIS模型中的坐标变化和上、下球铰间不同方向的应力变化，综合分析得到实时转体数据；对转动位置数据、不平衡力数据和转动同步性数据进行预警。本发明通过外部GNSS测点与内部应力测点的配合实现对桥梁转体过程中各指标的全面、实时、准确监测和预警，在控制成本的同时有效提高对桥梁转体过程进行监测和预警的实时性、准确性和可靠性。

Description

基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法及系统
技术领域
本发明涉及桥梁转体技术领域。更具体地说，本发明涉及基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法及系统。
背景技术
随着基础建设的发展，桥梁转体技术的应用越来越广泛，它可以将在障碍上空的作业转化为岸上或近地面的作业，对于跨线桥梁的架设施工有着重要意义。
现有技术中主要采用人工观测的方式对转体施工过程进行监测，具体的，包括对转动位置(角度)和姿态的监测，其中，对于转动角度，通常在转盘上提前标记角度刻度和参考线，通过人工目视或视觉监测设备检测的方式确认当前转动进度；对于转动姿态，通常在桥梁端部提前布设多组高程监测点，然后利用全站仪、水准仪等装置对梁体的纵向、横向高差进行监测，以判断当前梁体的不平衡状态。此外，当转体桥为双幅桥结构时，还需要投入额外的人工和设备对两个梁体的转体同步性进行监测，以免两个梁体在转体过程中发生干涉或碰撞，影响施工稳定性和安全性。
上述监测方式中，对于不同的监测指标(转动角度、转动姿态、转动同步性)，需要在桥梁上布置不同的设备，并分别投入相应的施工人员对各指标进行监测、判断和预警，一方面需耗费大量人工成本，效率低下，监测和预警结果受人工主观因素影响较大，其准确性、实时性均无法保证，且测量过程中施工人员需长期处于监测设备附近，容易影响转体施工的稳定性，还存在较大的安全风险；另一方面，由于监测指标的不同，需投入大量不同的监测设备，设备的安拆过程复杂、效率低，且监测过程容易受到设备自身功能的限制和多种环境因素的影响，存在设备成本高、监测结果的可靠性不足等问题。
为解决上述问题，需要设计基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法及系统，在控制成本的同时有效提高对桥梁转体过程进行监测和预警的实时性、准确性和可靠性。
发明内容
本发明的目的是提供基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法及系统，通过外部GNSS测点与内部应力测点的配合实现对桥梁转体过程中各指标的全面、实时、准确监测和预警，大幅度简化了监测设备的布设过程，减少了人工投入，在控制成本的同时有效提高对桥梁转体过程进行监测和预警的实时性、准确性和可靠性。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，包括：
S1、在双幅桥各转体结构的上、下球铰接触面上沿周向间隔布设多个应力测点，并在各梁体上选取多个特征点，在每个特征点处布设GNSS监测点；
S2、查阅地质资料，获取施工地点的地形图和区域分化图，结合桥梁设计参数和所述GNSS监测点获取的桥梁坐标信息，对双幅桥整体结构及其周围环境建立三维GIS模型；
S3、读取各GNSS监测点、应力测点在转体前的历史监测数据，分析各转体结构的上、下球铰间不同方向上的应力与对应梁体的纵向、横向高差间的关系；
S4、根据施工工况和左右幅梁体设计参数，规划左、右幅梁体的转体方案；
S5、按照S4中预设的转体方案控制左、右幅梁体同时开始转体，期间持续读取各GNSS监测点、应力测点的实时监测数据，并对S2中的三维GIS模型进行实时更新，然后结合各特征点在三维GIS模型中的坐标变化和上、下球铰间不同方向的应力变化，综合分析得到双幅桥的实时转体数据，其包括各梁体的转动位置数据、不平衡力数据和两个梁体的转动同步性数据；
S6、根据预设的转体方案对各梁体的转动位置数据进行预警，根据设定的不平衡力限值范围对各梁体的不平衡力数据进行预警，根据设定的测量误差范围对两个梁体的同步性数据进行预警。
优选的是，所述基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，所述多个特征点分别设置在对应梁体长度方向、宽度方向的两端和对应梁体与另一梁体的设计里程重合段上，位于两个梁体的设计里程重合段上的特征点两两对应成组，任意两组特征点中位于左幅梁体上的两个特征点的间距等于位于右幅梁体上的两个特征点的间距，任一特征点位于对应梁体沿长度或宽度方向的中心线上。
优选的是，所述基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，S3中，分析各转体结构的上、下球铰间不同方向上的应力与对应梁体的纵向、横向高差间的关系的方法包括：根据各GNSS监测点的坐标数据计算得到对应的梁体的纵向高差与横向高差，分析各应力测点的应力数据变化对梁体的纵向高差、横向高差的影响并建立两组多对一的映射关系。
优选的是，所述基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，S4中，左、右幅梁体的转体方案的设计策略为：当两个梁体在初始位置下不平行时，先进入过渡状态，控制相对设计位置的实时转角更大的梁体对应的转体机构提高转速，直至两个梁体平行；然后进入同步控制状态，控制两个梁体对应的转体机构的转速相同，直至任一梁体转动至设计位置；若两个梁体在设计位置下也不平行，则控制对应的梁体停止转动，另一梁体继续转动至设计位置。
优选的是，所述基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，S5中，各梁体的转动位置数据包括梁体沿长度方向的中心线在实时转动位置下相对设计位置的角度，各梁体的不平衡力数据包括根据各GNSS监测点的实时监测数据计算得到梁体的纵向、横向高差和根据各应力测点的实时监测数据、S3中的对应关系计算得到的梁体的纵向、横向高差，两个梁体的转动同步性数据包括各组特征点的间距。
优选的是，所述基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，S6中，对双幅桥的实时转体数据进行预警的方法包括：
S61、判断各梁体沿长度方向的中心线在当前转动位置下相对设计位置的角度是否符合S4中预设的转体方案，当判断结果为符合时判定此时梁体的转动位置达标并进入下一判定；
S62、分别判断根据GNSS监测点、应力测点的实时监测数据计算得到的各梁体的纵向、横向高差是否在设定的不平衡力限值范围内，当判断结果均为是时判定此时梁体的不平衡力状态达标并进入下一判定；
S63、判断两个梁体的相对转动状态，当两个梁体处于同步控制状态时，判断两个梁体上各组特征点的间距的差值是否在设定的测量误差范围内，当判断结果为是或两个梁体不处于同步控制状态时，判定此时两个梁体的同步性达标并进入下一判定；
S64、判断两个梁体是否均转动至设计位置，当判断结果为否时判定继续转体并重复前述步骤进行循环，当判断结果为是时判定转体结束；
其中，S61-S63中，当任一判断结果为否时，判定此时出现转体异常，向外部发送预警信号并向各转体机构发送停机指令，待故障排除后再发送信号允许继续进行转体。
本发明还提供了基于北斗系统的桥梁转体监测和预警系统，包括：
数据采集模块，其包括多个应力测点，其沿周向间隔布设在双幅桥各转体结构的上、下球铰接触面上；多个GNSS监测点，其分别设置在各梁体长度方向、宽度方向的两端和两个梁体的设计里程重合段上；
数据处理模块，其设置为用于接收、识别并存储外部数据和所述数据采集模块的监测数据，然后以此为依据对双幅桥整体结构及其周围环境建立三维GIS模型；
数据分析模块，其设置为用于先根据各GNSS监测点、应力测点在转体前的历史监测数据，分析各转体结构的上、下球铰间不同方向上的应力与对应梁体的纵向、横向高差间的关系；然后根据施工工况和左右幅梁体设计参数，规划左、右幅梁体的转体方案；再根据各GNSS监测点在三维GIS模型中的坐标变化和上、下球铰间不同方向的应力变化，综合分析得到双幅桥的实时转体数据，其包括各梁体的转动位置数据、不平衡力数据和两个梁体的转动同步性数据；
预警模块，其设置为用于接收所述双幅桥的实时转体数据，并根据预设的转体方案对各梁体的转动位置数据进行预警，根据设定的不平衡力限值范围对各梁体的不平衡力数据进行预警，根据设定的测量误差范围对两个梁体的同步性数据进行预警；
数据传输模块，其设置为用于接收所述预警模块的预警数据并将其传输至外部显示设备上进行显示。
优选的是，所述基于北斗系统的桥梁转体监测和预警系统，所述GNSS监测点为北斗监测点，其包括箱体，其固定安装在梁体顶面上；北斗接收机，其设置在所述箱体内；电源，其为所述北斗接收机供电；无线通讯装置，其设置为用于向所述数据处理模块传输所述北斗接收机获取的实时坐标信息。
本发明还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行所述基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法。
本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现所述基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法。
本发明至少包括以下有益效果：
1、本发明通过外部GNSS测点与内部应力测点的配合实现对桥梁转体过程中各指标的全面、实时、准确监测和预警，为转体施工中的稳定性控制和转体后的姿态调节提供了可靠依据，同时大幅度简化了监测设备的布设过程，减少了人工投入，在控制成本的同时有效提高了对桥梁转体过程进行监测和预警的实时性、准确性和可靠性；
2、本发明通过卫星导航定位技术与GIS技术结合建立桥梁整体结构及其周围环境的三维GIS模型，有效提高了对桥梁转体进度和姿态进行识别的速度和精确度，进一步保证了监测结果的实时性和准确性；
3、本发明通过控制系统内置控制逻辑对各监测数据进行自动识别、分析和判断，从而，实现对桥梁转体过程中多个监测指标的集成控制，大幅度提高了桥梁转体监测和预警的自动化、智能化程度，避免人工主观因素造成的误差；
4、本发明将通过两种监测手段(GNSS测点的坐标位移和应力测点的应力值变化)获得的监测结果结合来判断桥梁转体结构的不平衡状态，避免了单一监测手段在外界因素(外部环境因素等)影响下产生的误差，进一步保证了监测结果的有效性和可靠性。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明一个实施例的基于北斗系统的桥梁转体检测和预警方法的流程图；
图2为上述实施例中基于北斗系统的桥梁转体检测和预警系统的布设结构示意图。
附图标记说明：
1、左幅梁体；2、左幅设计位置；3、左幅转体机构；4、右幅梁体；5、右幅设计位置；6、右幅转体机构；7、既有道路；8、GNSS监测点。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并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发明的限制。
如图1-2所示，本发明提供基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，包括：
S1、在双幅桥各转体结构的上、下球铰接触面上沿周向间隔布设多个应力测点，并在各梁体上选取多个特征点，在每个特征点处布设GNSS监测点，从而，可获取不同时刻下桥梁各特征位置处的三维坐标信息和球铰接触面在不同方向上的应力信息；
S2、查阅地质资料，获取施工地点的地形图和区域分化图，结合桥梁设计参数和所述GNSS监测点获取的桥梁坐标信息，对双幅桥整体结构及其周围环境建立三维GIS模型；
其中，周围环境包括双幅桥横跨的既有道路、周边建筑物、岩体、植被等；
S3、读取各GNSS监测点、应力测点在转体前的历史监测数据，分析各转体结构的上、下球铰间不同方向上的应力与对应梁体的纵向、横向高差间的关系；
S4、根据施工工况和左右幅梁体设计参数，规划左、右幅梁体的转体方案；
S5、按照S4中预设的转体方案控制左、右幅梁体同时开始转体，期间持续读取各GNSS监测点、应力测点的实时监测数据，并对S2中的三维GIS模型进行实时更新，然后结合各特征点在三维GIS模型中的坐标变化和上、下球铰间不同方向的应力变化，综合分析得到双幅桥的实时转体数据，其包括各梁体的转动位置数据、不平衡力数据和两个梁体的转动同步性数据；
S6、根据预设的转体方案对各梁体的转动位置数据进行预警，根据设定的不平衡力限值范围对各梁体的不平衡力数据进行预警，根据设定的测量误差范围对两个梁体的同步性数据进行预警。
上述技术方案中，双幅桥的转体结构采用常规方案设置，对于单桥(左幅桥、右幅桥)而言，在主墩处从下向上依次设有下承台、下转盘、下球铰、上球铰、上转盘、上承台等构件，墩柱和梁体(现浇)架设在上承台顶部，并在千斤顶与牵引索的牵引作用下随上转盘同步转动；其中，设定位于上、下承台间的结构为转体机构。在本实施例中，双幅桥的两个梁体分别为左幅梁体1和右幅梁体2，其初始位置分别设置在既有道路7的两侧，且下方分别对应设置有左幅转体机构3和右幅转体机构6，左幅梁体1需从初始位置转动至左幅设计位置2，右幅梁体4需从初始位置转动至右幅设计位置5。本发明采用多测点、多指标集成控制方式，配套设置有集成控制系统，GNSS监测点8通过卫星导航定位技术接收GNSS系统的定位信息，并将当前监测点的实时坐标信息通过无线信号传输至控制系统进行处理。S3中，在转体结构施工完成到正式转体开始前，存在一个转体施工准备阶段，通常在该段时间内进行梁体的对中调平、转体结构称重配重、试转体等步骤。此时，由于监测点已布置完成，可利用转体施工准备阶段内的监测数据(即历史监测数据)提前分析各转体结构的上、下球铰间不同方向上的应力与对应梁体的纵向、横向高差间的关系，并在正式转体中，运用该转化关系，通过应力测点的监测数据计算梁体的纵向、横向高差，并将其与通过GNSS测点的监测数据计算得到的梁体的纵向、横向高差共同作为梁体不平衡数据进行预警，能够有效防止梁体在不同方向上的倾斜、偏转等异常情况。各梁体的转动位置数据可通过识别同一梁体上各特征点在三维GIS模型中的坐标变化得到，通过将不同时刻下各梁体的实时转动位置与转体方案中的设计转动位置对比，即可对梁体的转动位置进行预警，能够有效防止超转/转速控制失效等异常情况。两个梁体的转动同步性数据可通过识别两个梁体上相对应的特征点在三维GIS模型中的相对变化情况得到，判断初始位置相对应的两个特征点在各时刻的相对位置变化情况，即可对梁体的转动同步性进行预警，从而避免各梁体在转动过程中相互干涉、碰撞等异常情况。从而，通过GNSS监测点与相应的监测和预警方法配合，可实现对桥梁转体空间状态的实时、动态监控，能够同时对桥梁转体过程中的多种监测指标(转动位置、不平衡状态和同步状态)进行分析和监测，GNSS监测点的监测数据对桥梁转体状态进行动态响应，并将监测结果实时反馈至控制系统中对三维数据模型进行更新，再利用更新的模型和数据对各监测指标进行预警，从最大限度上保证了桥梁转体监测的实时性和准确性，避免出现较大的测量误差。各监测指标均可通过GNSS监测点的监测数据转化计算得到，不需要设置多套复杂的监测设备，且监测过程完全由系统自动控制实现，大幅度减少了人工、设备成本投入，也避免了人工主观判断因素对监测结果的影响；同时，通过设置多个应力测点对桥梁转体结构的不平衡状态进行辅助判断，对不平衡力监测数据的有效性进行保证，避免了多种环境因素对桥梁不平衡力监测可能存在的影响。
本发明通过外部GNSS测点与内部应力测点的配合实现对桥梁转体过程中各指标的全面、实时、准确监测和预警，为转体施工中的稳定性控制和转体后的姿态调节提供了可靠依据，同时大幅度简化了监测设备的布设过程，减少了人工投入，在控制成本的同时有效提高了对桥梁转体过程进行监测和预警的实时性、准确性和可靠性。
在另一技术方案中，所述的基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，所述多个特征点分别设置在对应梁体长度方向、宽度方向的两端和对应梁体与另一梁体的设计里程重合段上，位于两个梁体的设计里程重合段上的特征点两两对应成组，任意两组特征点中位于左幅梁体上的两个特征点的间距等于位于右幅梁体上的两个特征点的间距，任一特征点位于对应梁体沿长度或宽度方向的中心线上。其中，设置在梁体长度方向、宽度方向的两端的特征点用于对梁体的端部特征和方向(两个特征点的连线方向即代表梁体的长度、宽度方向)进行识别，同时还能够计算得到梁体的横向、纵向高差，即对梁体各方向的不平衡力进行识别；成组设置在两个梁体的设计里程重合段上的特征点用于对两个梁体的转动同步性进行识别，当两个梁体处于平行状态时，任意两组特征点应构成平行四边形，因此，通过判断各组特征点的间距是否相等即可判定两个梁体是否处于同步转动状态。所述两个梁体的设计里程重合段包括：右幅设计位置的前端沿梁体宽度方向在左幅梁体上的投影到左幅梁体的后端部的节段；左幅设计位置的后端沿梁体宽度方向在右幅梁体上的投影到右幅梁体的前端部的节段。将多组监测点精准布设在限定的范围内，尽可能的保证了使用监测点数据对桥梁转体状态进行判断的有效性，有利于准确、直观的对转体同步性和各梁体的实时转动位置进行判断，从而实现对转体过程的合理、有效控制。同时，将各特征点设置在梁体沿长度或宽度方向的中心线上，保证了通过特征点的坐标监测数据对梁体纵向、横向高差和转动方向进行计算的有效性和准确性，同时有效简化了外部测点和设备的安装步骤，降低了监测成本，提高了监测装置的安装效率；另外，使各监测装置(GNSS监测点)产生的荷载位于梁体顶部的中心线上，不会额外影响梁体在转动过程中的平衡性，进一步保证了转体过程稳定性。
在另一技术方案中，所述的基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，S3中，分析各转体结构的上、下球铰间不同方向上的应力与对应梁体的纵向、横向高差间的关系的方法包括：根据各GNSS监测点的坐标数据计算得到对应的梁体的纵向高差与横向高差，分析各应力测点的应力数据变化对梁体的纵向高差、横向高差的影响并建立两组多对一的映射关系。上述技术方案中，转体结构的上、下球铰间不同方向上的应力变化与转体结构的不平衡力状态相关，而转体结构的不平衡力状态会反馈至对应梁体的纵向、横向高差上表现出来，因此，可以认为各应力测点的应力数据与对应梁体的纵向高差、横向高差之间存在一定的映射关系。具体的，将转体施工准备阶段产生的全部监测数据作为历史监测数据，并以此为依据建立各应力测点的应力数据变化与梁体的纵向高差间的映射关系：ΔH＝H1-H2＝f1(s1，s2，s3…sn)，H1、H2为两个纵向高程测点的高度坐标数据，s1～sn为n个应力测点的应力数据；各应力测点的应力数据变化与梁体的横向高差间的映射关系：Δh＝h1-h2＝f2(s1，s2，s3…sn)，h1、h2为两个横向高程测点的高度坐标数据，s1～sn为n个应力测点的应力数据。
在另一技术方案中，所述的基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，S4中，左、右幅梁体的转体方案的设计策略为：当两个梁体在初始位置下不平行时，先进入过渡状态，控制相对设计位置的实时转角更大的梁体对应的转体机构提高转速，直至两个梁体平行；然后进入同步控制状态，控制两个梁体对应的转体机构的转速相同，直至任一梁体转动至设计位置；若两个梁体在设计位置下也不平行，则控制对应的梁体停止转动，另一梁体继续转动至设计位置。其中，设计得到的转体方案应包括各梁体的总转动角度、转动阶段(过渡状态、同步控制状态、单梁体转动状态的变化顺序和持续时间)、各阶段的转动角度及转速。从而，通过上述方法设计、规划得到的转体方案，对初始、最终姿态不同的梁体转动过程进行规划和拆分，使两个梁体在最大允许范围内进行平行、同步转体，并能够根据各GNSS监测点的监测数据变化精确监测同步控制状态下两个梁体转动的同步性，在最大限度上避免了两个梁体在转体过程中的干涉、碰撞，能够很好的适应左、右幅梁体的初始方向和/或最终设置方向不平行的情况，满足多种不同的转体施工要求，并保证转体稳定性和转体效率，具有良好的应用前景。
在另一技术方案中，所述的基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，S5中，各梁体的转动位置数据包括梁体沿长度方向的中心线在实时转动位置下相对设计位置的角度，各梁体的不平衡力数据包括根据各GNSS监测点的实时监测数据计算得到梁体的纵向、横向高差和根据各应力测点的实时监测数据、S3中的对应关系计算得到的梁体的纵向、横向高差，两个梁体的转动同步性数据包括各组特征点的间距。上述技术方案中，梁体的不平衡力数据包括通过两种方法计算得到的梁体纵向、横向高差，其中，设定根据GNSS监测点的实时监测数据计算得到梁体的纵向高差与横向高差为基准值；设定根据多个应力测点的实时监测数据和映射关系计算得到梁体的纵向高差与横向高差为控制值，在实际应用中，通过上述基准值和控制值共同判断桥梁转体结构的不平衡状态，两种监测结果可相互印证以保证监测结果的有效性和可靠性，也避免了单一监测手段在外界因素(外部环境因素等)影响下产生的误差。这里，计算得到的梁体纵向、横向高差情况即可代表转体结构不平衡力的情况，所述不平衡力数据是通过高差值来间接体现的，有利于进一步减少监测数据的处理量和计算量，提高监测效率。
在另一技术方案中，所述的基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，S6中，对双幅桥的实时转体数据进行预警的方法包括：
S61、判断各梁体沿长度方向的中心线在当前转动位置下相对设计位置的角度是否符合S4中预设的转体方案，当判断结果为符合时判定此时梁体的转动位置达标并进入下一判定；
这里，设计位置指的是各梁体在转体完成时对应的设计转动位置，即桥梁设计方位；
S62、分别判断根据GNSS监测点、应力测点的实时监测数据计算得到的各梁体的纵向、横向高差是否在设定的不平衡力限值范围内，当判断结果均为是时判定此时梁体的不平衡力状态达标并进入下一判定；
这里，不平衡力限值范围中的极限值是对转体过程中允许的最大不平衡力的值预处理后的对应高差值，方便在分析过程中更加快速、直观的进行判断；
S63、判断两个梁体的相对转动状态，当两个梁体处于同步控制状态时，判断两个梁体上各组特征点的间距的差值是否在设定的测量误差范围内，当判断结果为是或两个梁体不处于同步控制状态时，判定此时两个梁体的同步性达标并进入下一判定；
这里，对两个梁体转动同步性进行判断的标准为各组特征点的间距是否相等(差值是否为0)，但由于存在测量和计算误差的影响，需提前预设测量误差范围，计算得到的各组特征点的间距的差值不超过该测量误差范围时，即可认为各组特征点的间距实质相等，即转体同步性达标；
S64、判断两个梁体是否均转动至设计位置(即是否转体完成)，当判断结果为否时判定继续转体并重复前述步骤进行循环，当判断结果为是时判定转体结束；
这里，当判断结果为否时，存在两种情况，一种是两个梁体均未转动至设计位置，此时直接判定继续转体并循环S61-S63的步骤对转体状态进行监测；另一种是只有一个梁体转动至设计位置，此时需先控制对应的转体结构停止工作，再判定另一梁体继续转体并循环S61-S63的步骤对其转体状态进行监测。
其中，在S61-S63中，当任一判断结果为否时，判定此时出现转体异常，向外部发送预警信号并向各转体机构发送停机指令，待故障排除后再发送信号允许继续进行转体。预警信号中包括异常数据的具体情况和来源(即具体是哪一项监测指标的判定没有通过及对应的监测数据)，施工人员可根据预警信号中的异常数据判断故障位置和可能的故障原因，便于快速、高效的对故障进行排查和处理。
在转体完成后，还可以根据梁体的纵向高差与横向高差的控制值对梁体姿态进行纵向、横向精调，直至各向高差的基准值和控制值均为0，从而，在转体完成后的梁体精调工序中，同时控制梁体纵向高差、横向高差的基准值和控制值，即在调节过程中需同时保证梁体坐标和球铰内部应力符合平衡要求，才能够确定当前梁体被完全调平，有效保证了转体施工的施工质量。
另外，S5中，还可以通过三维GIS模型监测环境变化情况(包括风力、雨水、沙尘等)并设置相应的监测指标；S6中，当任一环境因素的变化超出设定等级范围时，对环境监测指标进行预警，并停止转体。
本发明还提供了基于北斗系统的桥梁转体监测和预警系统，包括：
数据采集模块，其包括多个应力测点，其沿周向间隔布设在双幅桥各转体结构的上、下球铰接触面上；多个GNSS监测点，其分别设置在各梁体长度方向、宽度方向的两端和两个梁体的设计里程重合段上；位于两个梁体的设计里程重合段上的特征点两两对应成组，任意两组特征点中位于左幅梁体上的两个特征点的间距等于位于右幅梁体上的两个特征点的间距，任一特征点位于对应梁体沿长度或宽度方向的中心线上；
数据处理模块，其设置为用于接收、识别并存储外部数据和所述数据采集模块的监测数据，然后以此为依据对双幅桥整体结构及其周围环境建立三维GIS模型；其中，外部数据包括施工地点的地形图、区域分化图、桥梁设计参数等；
数据分析模块，其设置为用于先根据各GNSS监测点、应力测点在转体前的历史监测数据，分析各转体结构的上、下球铰间不同方向上的应力与对应梁体的纵向、横向高差间的关系；然后根据施工工况和左右幅梁体设计参数，规划左、右幅梁体的转体方案，其设计策略为：当两个梁体在初始位置下不平行时，先进入过渡状态，控制相对设计位置的实时转角更大的梁体对应的转体机构提高转速，直至两个梁体平行；然后进入同步控制状态，控制两个梁体对应的转体机构的转速相同，直至任一梁体转动至设计位置；若两个梁体在设计位置下也不平行，则控制对应的梁体停止转动，另一梁体继续转动至设计位置；再根据各GNSS监测点在三维GIS模型中的坐标变化和上、下球铰间不同方向的应力变化，综合分析得到双幅桥的实时转体数据，其包括各梁体的转动位置数据、不平衡力数据和两个梁体的转动同步性数据；其中，各梁体的转动位置数据包括梁体沿长度方向的中心线在实时转动位置下相对设计位置的角度，各梁体的不平衡力数据包括根据各GNSS监测点的实时监测数据计算得到梁体的纵向、横向高差和根据各应力测点的实时监测数据、S3中的对应关系计算得到的梁体的纵向、横向高差，两个梁体的转动同步性数据包括各组特征点的间距；
预警模块，其设置为用于接收所述双幅桥的实时转体数据，并根据预设的转体方案对各梁体的转动位置数据进行预警，根据设定的不平衡力限值范围对各梁体的不平衡力数据进行预警，根据设定的测量误差范围对两个梁体的同步性数据进行预警；
具体的，所述预警模块的预警策略为：依次判断各梁体沿长度方向的中心线在当前转动位置下相对设计位置的角度是否符合S4中预设的转体方案；根据GNSS监测点、应力测点的实时监测数据计算得到的各梁体的纵向、横向高差是否在设定的不平衡力限值范围内；同步控制状态下，两个梁体上各组特征点的间距的差值是否在设定的测量误差范围内。当任一判断结果不达标时，判定此时出现转体异常，并将存在异常的数据作为预警数据发送至外部，施工人员以所述预警数据为依据对转体施工中的稳定性进行控制，并对转体后转体结构的姿态进行调节。
数据传输模块，其设置为用于接收所述预警模块的预警数据并将其传输至外部显示设备上进行显示。
在另一技术方案中，所述的基于北斗系统的桥梁转体监测和预警系统，所述GNSS监测点为北斗监测点，其包括箱体，其固定安装在梁体顶面上；北斗接收机，其设置在所述箱体内；电源，其为所述北斗接收机供电；无线通讯装置，其设置为用于向所述数据处理模块传输所述北斗接收机获取的实时坐标信息。其中，北斗接收机用于接收中国的北斗卫星导航系统的定位数据，用于获取各特征点的初始三维坐标信息和实时三维坐标信息，无线通讯装置可将北斗接收机获取的特征点三维坐标信息通过无线方式传输至数据处理模块。
另外，所述应力测点包括压力传感器，其埋设在下球铰内部且测量端面与其所在位置的下球铰内球面平齐；无线信号收发器，其设置在下承台上并与所述压力传感器电连接，所述无线信号收发器设置为用于将所述压力传感器检测到的测点应力数据传输至数据处理模块。其中，压力传感器的一端埋设在下球铰内部，另一端通过数据线与外部的无线信号收发器连接，下球铰的内球面上提前预设有安装槽，压力传感器对应设置在所述安装槽内且测量端面(应力感应面)刚好处于安装槽的开口平面，压力传感器的测量端面正对下球铰的球心设置，以保证测量端面与下球铰的内球面平齐，避免影响上、下球铰的正常转动，同时保证测量端面能够准确感应上、下球铰间的应力数据。
本发明还提供了一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行所述基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法。
本发明还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时，实现所述基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，其特征在于，包括：
S1、在双幅桥各转体结构的上、下球铰接触面上沿周向间隔布设多个应力测点，并在各梁体上选取多个特征点，在每个特征点处布设GNSS监测点；
S2、查阅地质资料，获取施工地点的地形图和区域分化图，结合桥梁设计参数和所述GNSS监测点获取的桥梁坐标信息，对双幅桥整体结构及其周围环境建立三维GIS模型；
S3、读取各GNSS监测点、应力测点在转体前的历史监测数据，分析各转体结构的上、下球铰间不同方向上的应力与对应梁体的纵向、横向高差间的关系；
S4、根据施工工况和左右幅梁体设计参数，规划左、右幅梁体的转体方案；
S5、按照S4中预设的转体方案控制左、右幅梁体同时开始转体，期间持续读取各GNSS监测点、应力测点的实时监测数据，并对S2中的三维GIS模型进行实时更新，然后结合各特征点在三维GIS模型中的坐标变化和上、下球铰间不同方向的应力变化，综合分析得到双幅桥的实时转体数据，其包括各梁体的转动位置数据、不平衡力数据和两个梁体的转动同步性数据；
S6、根据预设的转体方案对各梁体的转动位置数据进行预警，根据设定的不平衡力限值范围对各梁体的不平衡力数据进行预警，根据设定的测量误差范围对两个梁体的同步性数据进行预警。
2.如权利要求1所述的基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，其特征在于，所述多个特征点分别设置在对应梁体长度方向、宽度方向的两端和对应梁体与另一梁体的设计里程重合段上，位于两个梁体的设计里程重合段上的特征点两两对应成组，任意两组特征点中位于左幅梁体上的两个特征点的间距等于位于右幅梁体上的两个特征点的间距，任一特征点位于对应梁体沿长度或宽度方向的中心线上。
3.如权利要求1所述的基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，其特征在于，S3中，分析各转体结构的上、下球铰间不同方向上的应力与对应梁体的纵向、横向高差间的关系的方法包括：根据各GNSS监测点的坐标数据计算得到对应的梁体的纵向高差与横向高差，分析各应力测点的应力数据变化对梁体的纵向高差、横向高差的影响并建立两组多对一的映射关系。
4.如权利要求1所述的基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，其特征在于，S4中，左、右幅梁体的转体方案的设计策略为：当两个梁体在初始位置下不平行时，先进入过渡状态，控制相对设计位置的实时转角更大的梁体对应的转体机构提高转速，直至两个梁体平行；然后进入同步控制状态，控制两个梁体对应的转体机构的转速相同，直至任一梁体转动至设计位置；若两个梁体在设计位置下也不平行，则控制对应的梁体停止转动，另一梁体继续转动至设计位置。
5.如权利要求2所述的基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，其特征在于，S5中，各梁体的转动位置数据包括梁体沿长度方向的中心线在实时转动位置下相对设计位置的角度，各梁体的不平衡力数据包括根据各GNSS监测点的实时监测数据计算得到梁体的纵向、横向高差和根据各应力测点的实时监测数据、S3中的对应关系计算得到的梁体的纵向、横向高差，两个梁体的转动同步性数据包括各组特征点的间距。
6.如权利要求5所述的基于北斗系统的桥梁转体监测和预警方法，其特征在于，S6中，对双幅桥的实时转体数据进行预警的方法包括：
S61、判断各梁体沿长度方向的中心线在当前转动位置下相对设计位置的角度是否符合S4中预设的转体方案，当判断结果为符合时判定此时梁体的转动位置达标并进入下一判定；
S62、分别判断根据GNSS监测点、应力测点的实时监测数据计算得到的各梁体的纵向、横向高差是否在设定的不平衡力限值范围内，当判断结果均为是时判定此时梁体的不平衡力状态达标并进入下一判定；
S63、判断两个梁体的相对转动状态，当两个梁体处于同步控制状态时，判断两个梁体上各组特征点的间距的差值是否在设定的测量误差范围内，当判断结果为是或两个梁体不处于同步控制状态时，判定此时两个梁体的同步性达标并进入下一判定；
S64、判断两个梁体是否均转动至设计位置，当判断结果为否时判定继续转体并重复前述步骤进行循环，当判断结果为是时判定转体结束；
其中，S61-S63中，当任一判断结果为否时，判定此时出现转体异常，向外部发送预警信号并向各转体机构发送停机指令，待故障排除后再发送信号允许继续进行转体。
7.基于北斗系统的桥梁转体监测和预警系统，其特征在于，包括：
数据采集模块，其包括多个应力测点，其沿周向间隔布设在双幅桥各转体结构的上、下球铰接触面上；多个GNSS监测点，其分别设置在各梁体长度方向、宽度方向的两端和两个梁体的设计里程重合段上；
数据处理模块，其设置为用于接收、识别并存储外部数据和所述数据采集模块的监测数据，然后以此为依据对双幅桥整体结构及其周围环境建立三维GIS模型；
数据分析模块，其设置为用于先根据各GNSS监测点、应力测点在转体前的历史监测数据，分析各转体结构的上、下球铰间不同方向上的应力与对应梁体的纵向、横向高差间的关系；然后根据施工工况和左右幅梁体设计参数，规划左、右幅梁体的转体方案；再根据各GNSS监测点在三维GIS模型中的坐标变化和上、下球铰间不同方向的应力变化，综合分析得到双幅桥的实时转体数据，其包括各梁体的转动位置数据、不平衡力数据和两个梁体的转动同步性数据；
预警模块，其设置为用于接收所述双幅桥的实时转体数据，并根据预设的转体方案对各梁体的转动位置数据进行预警，根据设定的不平衡力限值范围对各梁体的不平衡力数据进行预警，根据设定的测量误差范围对两个梁体的同步性数据进行预警；
数据传输模块，其设置为用于接收所述预警模块的预警数据并将其传输至外部显示设备上进行显示。
8.如权利要求7所述的基于北斗系统的桥梁转体监测和预警系统，其特征在于，所述GNSS监测点为北斗监测点，其包括箱体，其固定安装在梁体顶面上；北斗接收机，其设置在所述箱体内；电源，其为所述北斗接收机供电；无线通讯装置，其设置为用于向所述数据处理模块传输所述北斗接收机获取的实时坐标信息。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器执行权利要求1-6中任一项所述的方法。
10.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时，实现权利要求1-6中任一项所述的方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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