CN201173847Y - 用于桥梁荷载实验的无线遥控式挠度测量系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于桥梁荷载实验的无线遥控式挠度测量系统包括激光投射装置、图像采集装置、控制与数据处理装置、遥控器和无线通信控制器；遥控器和无线通信控制器可以相互发送和接收通讯信号；控制与数据处理装置通过遥控器和无线通信控制器集中控制设置在各测点的各激光投射装置，从而完成各测点测量的快速切换；控制与数据处理装置处理图像采集装置摄录的图像信息并最终生成桥梁各测点挠度变量；本实用新型配置合理，实施方便，大大降低了桥梁荷载试验的挠度检测人力物力成本，能够在桥梁荷载实验的挠度测量中在短时间内完成多个点的测量，提高桥梁荷载实验的效率和准确度。

Description

用于桥梁荷载实验的无线遥控式挠度测量系统

技术领域

本实用新型涉及桥梁监测设备领域，尤其是一种用于桥梁荷载实验的无线遥控式挠度测量系统。

背景技术

桥梁建设对于社会与经济发展影响深远。在桥梁设计、施工、运营等环节，任何微小的疏忽都可能酿成重大损失甚至灾难性事故，轻则影响交通、消耗大量维修费用，重则桥毁人亡、造成巨大的人员伤亡与财产损失，从这一点讲投资巨大的大型桥梁和投资较小的中小型桥梁的安全性的要求是同等重要的。因此确保绝大多数桥梁运行阶段的安全性，是全世界桥梁工程界和政府管理当局的一个严峻课题，同时也是一个管理和决策上的普遍共性问题，具有极大的社会、经济、科学意义。由于受环境、使用、老化等因素的影响，桥梁肯定会出现垂直方向的变形(通常所说挠度)，桥梁的垂直方向的变形是桥梁健康状况的重要表现，如果变形到了一定程度即桥梁挠度变化超过一定程度，桥梁就有出现垮塌的危险。进行桥梁荷载实验，收集桥梁挠度变化信息，能够判断已经投入使用的桥梁的健康状况从而保证桥梁能够安全健康的运营，也有助于验证桥梁设计合理性、施工情况，保证桥梁在投放运营时的安全性并可以积累设计经验，因此进行桥梁荷载实验是对桥梁的设计、施工和安全运营有着重大的意义。目前，桥梁荷载试验挠度测试方法，主要采用机械式位移计法、电子式位移计法和精密水准仪法。

1机械式位移计法

机械式位移计法常用百分表、千分表等仪表测试挠度，该法安装与使用方便，读数可靠，不受环境影响，测量精度高但该法需要搭设工作支架和观测脚手架，而且观测人员多，不能自动记录，观测读数费时.仅适用于桥下可搭设支架的桥梁工程。

2电子式位移计法

电子式位移计法常用电阻式位移计和应变式位移计测试挠度该法不需搭设观测脚手架，可采用测试记录仪，读数简单、方便，所需人员少，数据可自动采集记录，操作安全，分辨率高，反应速度快，其测试精度较高但安装调试较为麻烦，测试精度和稳定性受应变片粘贴质量和环境的影响，而且仍需搭设工作支架，仅适用于桥下可搭设支架的桥梁工程。

3精密水准仪法

精密水准仪法常用s型水准仪测试挠度。该法不需搭设工作支架和观测脚手架，测量精度较高，但一般需转站观测，观测时间较长。对于特大跨径桥梁，观测时间长，观测相当麻烦，而且测试精度稳定性易受观测人员水平等因素的影响。

由此可见，对于大跨径桥梁，采用上述方法测试桥梁荷载挠度，所需测试辅助工作多，测试时间长，而且往往受到各种客观因素影响，致使挠度测试精度有所下降。更为重要的是要对一座桥梁结构的安全性进行全面的评价，仅仅靠测量一两个点的挠度变化情况是远远不够的，还应该对桥梁结构上多个关键部位的挠度进行测量，才能够通过桥梁线性的变化趋势预测桥梁的健康状况，因此，荷载实验通常需要对桥梁的多个测点挠度同时测量，通常需要8个点或者更多，然而，桥梁荷载试验加载后桥梁状态很难长时间保持，需要在约30秒内测完所有点，因此必须快速测量以提高测量的准确性。使用现有的激光挠度测试装置同时测量多测点的挠度数据有很多缺陷有待完善；例如，采用现有的激光挠度测试仪时，对于跨度大、纵坡长且桥下有水的桥梁完成快速测量有很大困难，如果人为开关激光投射装置，两个测点间有几十米的距离，测量人员走完两个测点之间的距离都要几分钟时间，而大跨径桥很长，有的四五百米长甚至更长，消耗时间会更长；如果采用普通的遥控方法遥控激光投射装置的启停也还是需要花费很长的时间，例如采用对讲机或者普通按键式遥控器开启或者关闭激光投射装置，不仅增加了人工上的成本，而且人工操作的速度仍然不能满足多测点快速测量的要求；如果各测点的激光投射装置将激光投射到不同的接受屏，则势必增加人力物力成本；各测点的激光投射装置将激光投射到一个接收屏时，必需处理好不同测点光斑的交叠问题，此时，若果同时测量则光斑数量数量越多，光斑越容易交叠，而且图像采集处理程序对识别不同光斑的难度越大，因此挠度测点数量受到限制，如果逐点测量不仅要保证各测点激光投射装置的快速切换以满足测量时间的要求，而且要把握好各测点激光投射装置切换时机才能进行对应测点的光斑数据采集，否则会造成不同测点的激光光斑数据相互混淆；现有的技术方案无法完全解决上述问题。因此，在桥梁荷载实验测试方面，缺乏一种合理方便地、能够在很短时间内迅速完成多点挠度测量技术方案。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种用于桥梁荷载实验的无线遥控式挠度测量系统，该系统配置合理，实施简单、操作方便，大大降低了桥梁荷载试验的挠度检测人力物力成本，能够实现在很短时间内迅速完成多点挠度测量，提高荷载实验挠度测量的效率和准确度。

为到达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型的用于桥梁荷载实验的无线遥控式挠度测量系统，包括激光投射装置、图像采集装置、控制与数据处理装置、遥控器和无线通信控制器，遥控器和无线通信控制器可以相互发送和接收通讯信号；所述无线通信控制器与激光投射装置相连，所述的遥控器与所述的控制与数据处理装置相连；所述控制与数据处理装置发出指令信号，该指令信号通过遥控器发射出去，无线通信控制器接收所述遥控指令并控制激光投射装置的启停，无线通信控制器将所述激光投射装置的启停状态信息反馈给遥控器，遥控器将该启停状态信息传递至所述的控制与数据处理装置；所述图像采集装置包括摄像头和激光标靶，所述的激光投射装置投射光斑到激光标靶上；所述摄像头对准激光标靶摄录激光标靶上的光斑图像，并将光斑图像信息传递至所述的控制与数据处理装置；所述控制与数据处理装置内预设控制与数据处理程序，该程序的处理步骤包括对遥控器和控制与数据处理装置之间的信号传递进行控制处理，该程序的处理步骤还包括对摄像头传来光斑图像信息进行采集处理并生成挠度变化量。

进一步，所述的无线通信控制器包括无线通信收发单元、控制单元、电控开关和编号器；控制单元与无线通信收发单元、电控开关和编号器分别相连，电控开关与所述激光投射装置相连；无线通信收发单元接收所述遥控器的遥控指令，然后将指令信号传递至控制单元，控制单元识别指令信号然后控制电控开关从而控制所述激光投射装置的启停；无线通信收发单元还将所述激光投射装置的启停状态信息反馈给遥控器；所述编号器用以给所述激光投射装置设置编号；

进一步，还包括可活动调节的三角支架，所述激光投射装置可拆卸地固定在三角支架顶部，三脚支架上还设置有调节器用以微量调节所述激光投射装置的激光出射方向；

进一步，所述的摄像头采用广角摄像头；

进一步，所述遥控器与控制与数据处理装置之间采用RS-232串行接口，所述的摄像头与控制与数据处理装置之间采用USB数据接口。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用无线通信遥控的方法由遥控器遥控激光投射装置的启停，实施时在桥梁的多个测点分别设置一个激光投射装置和一个对应的无线通信控制器，多个激光投射装置激光投射方向对准同一个激光标靶，一个遥控器与不同的测点的无线通信控制器进行无线通信联络，各无线通信控制器接收遥控器的指令开启或者关闭对应的激光投射装置并将该激光投射装置的启停状态信号反馈给遥控器，遥控器将该启停状态信号进一步传递至控制与数据处理装置，控制与数据处理装置根据遥控器的传来的状态信号集中控制量测步骤的进行，从而实现不同测点激光投射装置的有顺序有步骤的快速切换，避免了不同光斑之间的干扰和混淆，提高了测量精度和准确度；由于采用合理的技术方案使得本实用新型实现了全自动多点挠度测量，测量速度大大提高，满足了桥梁荷载实验多点挠度测量的时间要求；由于本实用新型系统配置合理、实施简单方便，能够大大降低了桥梁荷载试验的挠度检测人力物力成本，提高了工作效率，尤其对于大跨径桥梁其有益效果更加明显。本实用新型的优点、目标和特征在某种程度上将体现在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型的实施时的使用示意图；

图3为本实用新型对每个待测点的视频数据采集计算流程图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例的用于桥梁荷载实验的无线遥控式挠度测量系统，包括激光投射装置1、图像采集装置、控制与数据处理装置4、遥控器5、机器编号装置10和无线通信控制器9；所述图像采集装置包括摄像头3和激光标靶2；所述的无线通信控制器9包括无线通信收发单元6、控制单元7、和电控开关8。所述无线通信控制器9的电控开关8与激光投射装置1相连；遥控器5具有收发信号的功能，遥控器5与无线通信收发单元6可以互相发送和接收无线通讯信号；遥控器5发射遥控指令，无线通信控制器9的无线通信收发单元6接收所述遥控指令并控制激光投射装置1的启停；无线通信控制器9的无线通信收发单元6还可将激光投射装置1的启停状态信号通过无线的方式反馈给遥控器5；所述遥控器5与控制与数据处理装置4相连，遥控器5发射遥控指令给所述的无线通信控制器9，无线通信控制器9控制激光投射装置1的启停并将激光投射装置1的启停状态信号反馈发射给遥控器5，遥控器5将无线通信控制器9反馈的激光投射装置1的启停状态信号传递给所述的控制与数据处理装置4，所述的控制与数据处理装置4根据遥控器反馈的状态信号决定开始采集激光投射装置1投射到激光标靶2上的光斑图像信息；所述的激光投射装置1投射光斑到激光标靶2上；所述摄像头3对准激光标靶2摄录激光标靶上的光斑图像，并将光斑图像信息传递至所述的控制与数据处理装置4，该控制与数据处理装置4内预设数据处理程序，对光斑图像信息进行处理生成挠度变化量。无线通信控制器9的控制单元7分别与无线通信收发单元6和电控开关8相连，电控开关8与所述激光投射装置1相连；无线通信收发单元6接收所述遥控器5的遥控指令，然后将指令信号传递至控制单元7，控制单元7识别指令信号然后控制电控开关8从而控制所述激光投射装置1的启停。无线通信控制器9还包括一个编号器10，编号器10与控制单元7相连，用以给激光投射装置1设置对应的编号。

具体实施时，激光投射装置1采用点激光投射器，点激光投射器数量可以根据待测桥梁的实际情况确定，各点激光投射器分别对应设置一个无线通信控制器9，即在每一个桥梁测试点均设置有一个点激光投射器和一个无线通信控制器9；激光标靶2采用半投射接收屏；摄像头3采用广角CCD/COMS摄像机；控制与数据处理装置4采用普通笔记本电脑；遥控器5采用红外线无线通信遥控器，该遥控器具有接收无线通信信号的功能，红外线遥控器与笔记本电脑之间采用RS-232串行接口，摄像机与笔记本电脑之间采用USB数据接口；控制单元7采用单片机控制器AT89C51；编号器10带有编号显示器。本实施例的用于桥梁荷载实验的无线遥控式挠度测量系统可活动调节的三角支架，所述点激光投射器可拆卸地固定到三角支架的顶部，三脚支架上还设置有调节器用以调节所述点激光投射器的激光出射方向，调节器是可以进行上下左右调节的调节盘，该调节器主要是对激光出射方向的微调，粗调是通过三角支架自身的伸缩调节水平，激光投射装置1自身的设计结构可以完成激光出射方向上下左右的粗调。

一般荷载试验需同时测多个点的挠度数据，而现有的装置很难同时测量多个点，此外荷载试验加载后桥梁状态很难长时间保持，需要在约30秒内测完所有点，如果人为开关激光投射装置，两个测点间有几十米的距离，测量人员走完两个测点之间的距离都要几分钟时间，而大跨径桥很长，有的四五百米长甚至更长，消耗时间会更长；如果采用普通的遥控方法遥控激光投射装置的启停也还是需要花费很长的时间，例如采用对讲机或者普通按键式遥控器开启或者关闭激光投射装置，不仅增加了人工上的成本，而且人工操作的速度仍然不能满足多测点快速测量的要求；如果各测点的激光投射装置将激光投射到不同的接受屏，则势必增加人力物力成本；各测点的激光投射装置将激光投射到一个接收屏时，必需处理好不同测点光斑的交叠问题，此时，若果同时测量则光斑数量数量越多，光斑越容易交叠，而且图像采集处理程序对识别不同光斑的难度越大，因此挠度测点数量受到限制，如果逐点测量不仅要保证各测点激光投射装置的快速切换以满足测量时间的要求，而且要把握好各测点激光投射装置切换时机才能进行对应测点的光斑数据采集，否则会造成不同测点的激光光斑数据相互混淆；现有的技术方案无法完全解决上述问题。

以下结合图2进一步介绍本实用新型的测量系统用于测量5个测点挠度测量时实施过程。

用本实用新型的系统对待测桥梁进行荷载实验同时收集5个测点挠度数据时，本实施例的系统包括5个点激光投射器(11、12、13、14、15)，各点激光投射器分别对应设置一个无线通信控制器，即在每一个测点均设置有一个点激光投射器和一个对应的无线通信控制器。每个点激光投射器分别设置在一个三角支架上，各三角支架设置在待测桥梁的5个挠度测点，调整各点激光投射器对应的三角支架上的调节器使各点激光投射器出射的激光能够投射到一个半透射接收屏16上；CCD摄像机17设在半透射接收屏16的后方正对半透射接收屏16；红外线无线通信遥控器19与笔记本电脑18通过RS-232串行接口相连，CCD摄像机17与笔记本电脑18之间通过USB数据接口相连。笔记本电脑18内预设控制与数据处理程序，该程序具有操作界面，点击操作界面的测量按钮就可以实现各测点全自动的逐一测量，使用本实用新型的系统测量时，激光一个点一个点的打在标靶上，每次只需测一个点，并且不同测点的激光投射切换迅速准确，因此，能够提高测量效率和测量的准确性。红外线无线通信遥控器19在笔记本电脑18控制下发出遥控指令控制不同测点的点激光投射器的启停，对不同测点逐点进行初始数据的测量，桥梁加载后，同样逐点获得加载后的再次测量数据。测量每个测点的每一个数据时，笔记本电脑18通过红外线无线通信遥控器19首先遥控该测点的无线通信控制器开启该测点的点激光投射器，点激光投射器开启后，无线通信控制器将点激光投射器的启停状态信号通过无线方式反馈发射给红外线无线通信遥控器19，红外线无线通信遥控器19将无线通信控制器反馈的点激光投射器的启停状态信号传递给所述的笔记本电脑18，所述的笔记本电脑18根据遥控器反馈的状态信号决定开始采集该点激光投射器投射到半透射接收屏16上的光斑图像信息，光斑图像采集完毕后，笔记本电脑18通过红外线无线通信遥控器19发出关闭该点激光投射器的指令，该测点的无线通信控制器接收该指令信息将对应的点激光投射器关闭，该点激光投射器关闭后，该测点的无线通信控制器将对应的点激光投射器的启停状态信号反馈给红外线无线通信遥控器19，红外线无线通信遥控器19将收到的点激光投射器的启停状态信号传递给所述的笔记本电脑18，笔记本电脑18确定该点激光投射器关闭后才开始进行指令开启下一个测点的点激光投射器。整个测量步骤如下：

(1)在桥梁没加载时，进行如下a至h步骤，

a.遥控开启其中一个测点的点激光投射器11；

b.确认点激光投射器11已经开启，然后采集激光光斑图像信息；

c.进行图像畸变恢复处理，确定激光光斑的像素位置，将该激光光斑的像素位置数据作为点激光投射器11所在测点的初始测量数据进行记录；

d.关闭点激光投射器11，并确认该关闭操作已经生效；

e.采用与步骤a至d相同的方法，获取点激光投射器12所在测点的初始测量数据；

f.采用与步骤a至d相同的方法，获取点激光投射器13所在测点的初始测量数据；

g.采用与步骤a至d相同的方法，获取点激光投射器14所在测点的初始测量数据；

h.采用与步骤a至d相同的方法，获取点激光投射器15所在测点的初始测量数据；

(2)桥梁加载后，进行如下i至p步骤，

i.遥控开启其中一个测点的点激光投射器11；

j.确认点激光投射器11已经开启，然后采集激光光斑图像信息；

k.进行图像畸变恢复处理，确定激光光斑的像素位置，将该激光光斑的像素位置数据作为点激光投射器11所在测点的再次测量数据进行记录；

l.关闭点激光投射器11，并确认该关闭操作已经生效；

m.采用与步骤i至l相同的方法，获取点激光投射器12所在测点的再次测量数据；

n.采用与步骤i至l相同的方法，获取点激光投射器13所在测点的再次测量数据；

o.采用与步骤i至l相同的方法，获取点激光投射器14所在测点的再次测量数据；

p.采用与步骤i至l相同的方法，获取点激光投射器15所在测点的再次测量数据；

(3)将桥梁加载前和加载后各测点的初始测量数据和再次测量数据相比较，得出两次激光光斑的像素位置变化，从而得出对应测点挠度的相对变化量。

图3为本实用新型对每个待测点的视频数据采集计算流程图，如图3所示，本实用新型实施例的控制与数据处理装置内预设控制与数据处理程序，该程序的数据处理部分对光斑图像信息进行处理生成挠度变化量，针对每个挠度测点，控制与数据处理装置的数据处理步骤均包括初始数据采集步骤20和再次数据采集步骤30，初始数据采集步骤20和再次数据采集步骤30均包括以下步骤：首先进行摄像头数据的采集，然后进行图像畸变恢复处理，最后确定激光光斑的像素位置作为初始测量数据；针对每个挠度测点，将初始数据采集步骤20和再次数据采集步骤30骤的数据进行比较，得出两次激光光斑的像素位置变化，从而得出该测点挠度的相对变化量。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案所做的修改或者等同替换，只要不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种用于桥梁荷载实验的无线遥控式挠度测量系统，包括激光投射装置、图像采集装置、控制与数据处理装置，其特征在于：还包括遥控器和无线通信控制器，遥控器和无线通信控制器可以相互发送和接收通讯信号；所述无线通信控制器与激光投射装置相连，所述的遥控器与所述的控制与数据处理装置相连；所述控制与数据处理装置发出指令信号，该指令信号通过遥控器发射出去，无线通信控制器接收所述遥控指令并控制激光投射装置的启停，无线通信控制器将所述激光投射装置的启停状态信息反馈给遥控器，遥控器将该启停状态信息传递至所述的控制与数据处理装置；所述图像采集装置包括摄像头和激光标靶，所述的激光投射装置投射光斑到激光标靶上；所述摄像头对准激光标靶摄录激光标靶上的光斑图像，并将光斑图像信息传递至所述的控制与数据处理装置；所述控制与数据处理装置内预设控制与数据处理程序，该程序的处理步骤包括对遥控器和控制与数据处理装置之间的信号传递进行控制处理，该程序的处理步骤还包括对摄像头传来光斑图像信息进行采集处理并生成挠度变化量。

2.根据权利要求1所述的用于桥梁荷载实验的无线遥控式挠度测量系统，其特征在于：所述的无线通信控制器包括无线通信收发单元、控制单元、电控开关和编号器；控制单元与无线通信收发单元、电控开关和编号器分别相连，电控开关与所述激光投射装置相连；无线通信收发单元接收所述遥控器的遥控指令，然后将指令信号传递至控制单元，控制单元识别指令信号然后控制电控开关从而控制所述激光投射装置的启停；无线通信收发单元还将所述激光投射装置的启停状态信息反馈给遥控器；所述编号器用以给所述激光投射装置设置编号。

3.根据权利要求2所述的用于桥梁荷载实验的无线遥控式挠度测量系统，其特征在于：还包括可活动调节的三角支架，所述激光投射装置可拆卸地固定在三角支架顶部，三脚支架上还设置有调节器用以微量调节所述激光投射装置的激光出射方向。

4.根据权利要求3所述的用于桥梁荷载实验的无线遥控式挠度测量系统，其特征在于：所述的摄像头采用广角摄像头。

5.根据权利要求1至4任一项所述的用于桥梁荷载实验的无线遥控式挠度测量系统，其特征在于：所述遥控器与控制与数据处理装置之间采用RS-232串行接口，所述的摄像头与控制与数据处理装置之间采用USB数据接口。

Images