CN201680894U - 桥梁交通荷载综合监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种桥梁交通荷载综合监测装置，该装置是在桥梁的车道上设置有主监测区和辅助监测区，在主监测区车道的路面中设置有感应线圈，在感应线圈的左、右侧分别设置有称重传感器，在感应线圈的上前方，设有摄像头；在辅助监测区车道的路面中，设有感应线圈，在感应线圈上前方，设有摄像头；上述的感应线圈、称重传感器和摄像头与监测处理器连接；感应线圈在车辆金属底盘经过时产生电磁感应而输出阶跃电压，监测处理器算出车辆的轴重、轴距、总重、车速及长度，按阶跃电压产生的时刻启动摄像头工作，采集车辆的牌照号码。本实用新型的优点是在桥梁多个截面上监测交通流，掌握交通流特性在桥梁不同区域上的变化；造价上具有很大优势；把桥梁结构动静力响应与交通荷载联系起来，使交通荷载监测的价值明显提高。

Description

桥梁交通荷载综合监测装置

技术领域

本实用新型属于桥梁结构健康监测领域，特别涉及一种桥梁交通荷载综合监测装置。

背景技术

地震和船撞、风、温度、交通车辆是作用于桥梁结构的几种常见可变荷载。从目前国际国内已建立的桥梁结构健康监测系统来看，它们是大多数监测系统中环境及荷载监测部分的重要内容。

地震和船撞属于极端荷载，在桥梁的服役年限中不会发生或很少发生，因而对于桥梁在正常运营条件下的健康和安全状态缺乏指导意义。风荷载与温度荷载属于日常荷载，且对桥梁结构的响应乃至性能有着广泛而深入的影响。然而，其自身的复杂性为风荷载与温度荷载的监测带来了很多困难。首先，风荷载与温度荷载的作用施加于整座桥梁，在桥址区域内风场与温度场有着复杂的空间分布。其次，桥梁结构无时不刻不在经历着风荷载与温度荷载的作用，而在不同时刻风荷载与温度荷载的特性又有着显著的变化。即使在较长时期内观测这两种荷载的统计特性，所得到的规律性仍是较弱的。因此，在目前的技术条件下，通过在桥梁上布设有限的风速风向传感器和温度传感器，无法全面而准确地监测风荷载与温度荷载的特性。

与地震和船撞荷载相比，交通荷载属于桥梁结构的日常荷载，与桥梁的安全性、使用性及寿命等重大问题密切相关。与风荷载和温度荷载相比，交通荷载具有如下特性：

1.交通荷载仅作用于桥面车道；

2.对于桥梁的任一截面，交通荷载的作用不是连续不间断的，而仅在车辆通过的瞬间发生；

3.就单一车辆而言，在通过桥梁的过程中，其若干重要特性如轴距、轴重等保持不变；

4.对于特定的桥梁，交通荷载主要受区域经济发展状况、所处交通线位置、交通管制等因素的影响，上述因素不会在短时内发生显著变化，因此交通荷载的统计特性亦能在一定时期内保持稳定。

以上交通荷载的特殊性质，使得通过合适的监测手段获取丰富的关于交通流的信息成为可能。综上所述，交通荷载的监测对桥梁结构的状态评估、管理和养护具有重要意义，且针对交通荷载的特性制定科学合理的监测方案，从而获取充足的信息以满足评估、管理和养护的需求是可以实现的。

目前交通荷载的监测方法主要有交通调查、BWIM(桥梁动态称重系统)、WIM(动态称重系统)三种。交通调查通常先对车辆进行简单分类，然后人工或辅以简单设备数出各种类型车辆的数目。显然该做法是非常粗略的，调查结果与实际交通荷载的偏差很大，而且由于条件限制，交通调查时间一股均较短，不能反映长期车辆荷载效应。BWIM利用桥梁自身作为测量标尺，根据车辆经过桥梁时桥梁的反应推算总重、轴重、轴距、车速等数据。尽管与WIM相比其造价十分低廉，然而由于精度、适用对象等原因，BWIM并没有得到广泛应用。WIM(动态称重系统)通过在路面上布设特殊的传感系统，获取质量很高的信号进而识别总重、轴重、轴距、车辆间距、车辆横向分布、车速等多种交通车辆特性。动态称重技术在测量精度、长期可靠性、可获取信息的多样性等方面日趋成熟，是应用最广泛交通荷载监测技术。

如前所述，虽然就各方面性能而言WIM是交通荷载监测的最优选择，但是由于其造价昂贵，很多中小跨度桥梁从节约成本上考虑，都不采用WIM做长期交通荷载监测。即使一些桥梁应用了WIM，亦不可能同时布设多部WIM，在全桥多个截面监测交通荷载，以求全面把握整座桥梁上交通流的各种特性。单一WIM监测交通流的缺陷在于仅能透过某一截面去观测交通流的信息，无法知悉整座桥梁上车速、荷载横向分布、车辆间距等特性的变化，更重要的是，无法建立交通荷载与桥梁结构响应的联系，对桥梁的状态评估及管理养护制度的确立提供的帮助是有限的。

实用新型内容

为了解决以上的技术问题，本实用新型提供一种桥梁交通荷载综合监测装置，该项装置是在桥梁的车道上设置有主监测区和辅助监测区，在主监测区车道的路面中，设置有感应线圈，在感应线圈的左、右侧分别设置有称重传感器，在感应线圈的上前方，设有摄像头；在辅助监测区车道的路面中，设有感应线圈，在感应线圈上前方，设有摄像头；上述主、辅监测区设置的感应线圈、称重传感器和摄像头，都与一监测处理器连接。

所述主监测区设有一个，所述辅助监测区设有一个以上。主监测区设置在桥梁车道的平整顺直处，应避开设有伸缩缝、减速带或转向的路段。辅助监测区的设置位置无特殊要求，主要结合桥梁具体情况和用户需求而定。

所述称重传感器的长度，与桥梁车道宽度相同，二个称重传感器之间的距离为3～3.5m。在各个车轮经过时，称重传感器受到车轮压力作用输出冲击响应信号。

所述感应线圈在车辆金属底盘经过时产生电磁感应而输出阶跃感应电压，由监测处理器按感应线圈输出的阶跃电压的起、止时间，算出车辆的轴重、轴距、总重、车速及长度。在感应线圈阶跃电压产生的时刻启动摄像头工作，采集车辆的牌照号码。

本实用新型的有益效果是，

1.在桥梁多个截面上监测交通流，掌握交通流特性在桥梁不同区域上的变化；

2.相对于单纯依赖WIM的监测方法，造价上具有很大优势；

3.把桥梁结构动静力响应与交通荷载联系起来，使交通荷载监测的价值明显提高。

附图说明

附图1是本实用新型平面视图。

附图2是本实用新型在双向四车道上设置的主监测区平面视图。

附图3是本实用新型在双向四车道上设置的辅助监测区平面视图。

图中标号说明

1-感应线圈A；                2-称重传感器M；

3-称重传感器N；              4-摄像头P；

5-感应线圈B；                6-摄像头Q；

7-监测处理器；                8-支架横撑X；

9-支架横撑Y。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型作进一步的描述。

如图1所示，本实用新型提供一种桥梁交通荷载综合监测装置，该项装置是在桥梁的车道上设置有主监测区A和辅助监测区B，辅助监测区B设置在行车方向的主监测区A的前方，在主监测区A车道的路面中，设置有感应线圈1A，在感应线圈1A的左、右侧，分别设置有称重传感器2M、3N，在感应线圈1A的上前方，设有摄像头4P；在辅助监测区B车道的路面中，设有感应线圈5B，在感应线圈5B上前方，设有摄像头6Q；上述主、辅监测区A、B设置的感应线圈1A、5B、称重传感器2M、3N和摄像头4P、6Q，都与一监测处理器7连接；

所述主监测区设有一个，所述辅助监测区设有一个以上。主监测区设置在桥梁车道的平整顺直处，应避开设有伸缩缝、减速带或转向的路段。辅助监测区的设置位置无特殊要求，主要结合桥梁具体情况和用户需求而定。

所述称重传感器的长度，与桥梁车道宽度相同，二个称重传感器之间的距离为3～3.5m。在各个车轮经过时，称重传感器受到车轮压力作用输出冲击响应信号。

所述感应线圈在车辆金属底盘经过时产生电磁感应而输出阶跃感应电压，由监测处理器按感应线圈输出的阶跃电压的起、止时间，算出车辆的轴重、轴距、总重、车速及长度。在感应线圈阶跃电压产生的时刻启动摄像头工作，采集车辆的牌照号码。

如图1所示，当车辆沿行车方向到达主监测区时，由于车辆金属底盘通过感应线圈1A上方，感应线圈1A产生感应电压，监测处理器7采集到感应线圈1A输出的电压阶跃，记此时刻为t_start。一旦采集到电压阶跃，监测处理器7立即激发摄像头4P拍摄车辆的牌照并存储所拍摄的照片以待进一步处理。直到车辆金属底盘完全通过感应线圈1A的上方，感应线圈1A输出的感应电压消失，记这一时刻为t_end。同时，车辆各轴首先作用于称重传感器2M，在轮胎压力作用下称重传感器2M输出冲击响应信号，监测处理器7采集称重传感器2M的输出信号，记录信号中各峰值及其对应的时刻分别为p2_i，i＝1，L，n与t2_i，i＝1，L，n，其中n为车辆轴数。车辆继续行进通过称重传感器3N，称重传感器3N有与称重传感器2M相同的工作过程，记录称重传感器3N的输出信号中各峰值及与其对应的时刻为p3_i，i＝1，L，n与t3_i，i＝1，L，n。

从感应线圈的工作原理可知，感应电压的产生与消失是判别是否有车辆通过或者说区分前后车的良好指标，因而t_start与t_end可以视作本例中车辆通过主监测区的起止时间，据此可以从称重传感器2M、3N输出信号中提取p2_i、p3_i、t2_i、t3_i，监测处理器7根据p2_i、p3_i、t2_i、t3_i可以识别车辆的轴数、轴重、总重、车速及轴距等信息并保存至监测数据库，涉及的识别方法属于动态称重技术的一部分，此处不再赘述。摄像头4P拍摄的照片，经图像识别可得到车辆的牌照，作为通过桥梁所有车辆的身份标识，此项信息亦存入监测数据库。结合车速、t_start与t_end这3项数据还可以计算车辆长度，其方法为L＝v(t_end-t_start)-s，其中L为车辆长度，v为车辆速度，s为感应线圈1的宽度。

车辆通过辅助监测区时，其金属底盘使感应线圈5B产生感应电压，记感应电压产生和消失的时刻分别为t′_start和t′_end，监测处理器7仍然在采集到感应线圈5B输出的电压阶跃后，立刻激发摄像头6Q拍摄车辆牌照并存储。监测处理器7识别出拍摄照片记录的牌照号码后，在数据库中按此牌照查询，即可获得车辆的各项基本信息。查询到车辆长度L，按

可计算车辆通过辅助监测区时的速度。

如前所述，t_start与t_end及t′_start与t′_end可视为车辆通过主监测区及辅助监测区的起止时间，即可获悉某一车辆何时通过固定的监测区域，这为建立交通荷载监测与其它桥梁动静力响应监测提供了极大的方便。以此为基础，可选择平顺路段设置主监测区，以利于轴重、车速等特征的测量，选择桥梁健康监测系统中传感器布设集中的截面设置辅助监测区。交通荷载辅助监测区与桥梁结构响应监测区域相结合，t′_start至t′_end阶段中桥梁的加速度、位移、应变等响应就与交通车辆的总重、速度、轴重、轴距等系列信息对应起来。

下面以双向四车道的桥面的交通荷载监测为例，作进一步阐明。

某桥梁设双向4车道，车道宽度3.75m，路面中央设1m宽隔离带。该桥的1/4跨、3/4跨及跨中截面各安装了一定数量的加速度传感器、应变传感器。结合上述具体情况，交通荷载主监测区设立在1/4跨截面，为建立交通荷载与桥梁响应的联系，在跨中及3/4跨截面设立2个辅助监测区。

如图2所示，在主监测区每个车道上布设1个感应线圈、2个称重传感器和1个摄像头。下面以车道1为例，称重传感器2M和称重传感器3N的长度均与车道1宽度相同为3.75m，垂直于行车方向布设，两称重传感器2M、3N间的距离为3m。感应线圈1A沿行车方向的长度为2.5m，垂直于行车方向的长度为3m，布设在车道中央、称重传感器2M、3N位于感应线圈1A的两侧。摄像头4安装于距桥面高度为6.0m的支架横撑8X上，对应车道1中心线正上方的位置固定。支架横撑8X与感应线圈1A中心的水平距离为6.0m。其它3个车道上设备尺寸与车道1上相同，布设位置也与车道1类似，需要说明的是支架横撑8X总是布设在沿行车方向感应线圈的前方。

如图3所示，在辅助监测区每个车道上布设1个感应线圈和1个摄像头。仍以车道1为例，感应线圈5B沿行车方向的长度为2.5m，垂直于行车方向的长度为3m，布设在车道1中央。摄像头6Q安装于距桥面高度为6.0m的支架横撑9Y上，对应车道1中心线正上方的位置固定。支架横撑9Y与感应线圈5B中心的水平距离为6.0m。其它3个车道上设备尺寸与车道1上相同，布设位置也与车道1类似，需要特殊说明是支架横撑9Y总是布设在沿行车方向上第一个动态称重传感器前方6.0m。

Claims (4)

1.一种桥梁交通荷载综合监测装置，其特征在于：

在桥梁的车道上设置有主监测区和辅助监测区，在主监测区车道的路面中，设置有感应线圈，在感应线圈的左、右侧分别设置有称重传感器，在感应线圈的上前方，设有摄像头；在辅助监测区车道的路面中，设有感应线圈，在感应线圈上前方，设有摄像头；上述主、辅监测区设置的感应线圈、称重传感器和摄像头，都与一监测处理器连接。

2.按权利要求1所述的桥梁交通荷载综合监测装置，其特征在于：

所述主监测区设有一个，所述辅助监测区设有一个以上。

3.按权利要求1所述的桥梁交通荷载综合监测装置，其特征在于：

所述称重传感器的长度，与桥梁车道宽度相同，二个称重传感器之间的距离为3～3.5m。

4.按权利要求1所述的桥梁交通荷载综合监测装置，其特征在于：

所述感应线圈在车辆金属底盘经过时产生电磁感应而输出阶跃感应电压，由监测处理器处理按感应线圈输出的阶跃电压的起、止时间，算出车辆的轴重、轴距、总重、车速及长度，在感应线圈阶跃电压产生的时刻启动摄像头工作，采集车辆的牌照号码。

Images