CN207622735U - 一种基于北斗gnss的桥梁变形监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统，涉及桥梁形状监测技术领域。该系统通过结合我国北斗地基增强系统和北斗导航系统，实现了高精度桥梁三维位移的监测，精准的了解桥梁健康状况，降低了桥梁事故的发生率；通过结合无线局域网和运营商通信网络，建立区域内桥梁安全运营监控中心，便于管理者对区域内桥梁群进行统一管理、维修和养护；所以，采用本实施例提供的监测系统既能够能解决交通领域高精度定位的需求，又能拓展地基增强系统和北斗系统在交通领域的应用，从而降低我国对GPS系统的依赖性。
Description
技术领域
本实用新型涉及桥梁形状监测技术领域，尤其涉及一种基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统。
背景技术
随着交通行业的发展，桥梁作为道路交通的枢纽，作用越来越重要，数量也越来越多。近年来，我国在修路筑桥方面增加了大量的人力、物力和财力投入，加快桥梁等基础设施建设，各种斜拉桥、悬索桥等大跨度的桥梁相继出现，使我国一跃成为世界桥梁大国，截止2015年底，全国拥有公路桥梁77.92万座。然而随着使用年限的增加和外界环境的干扰，桥梁会受到不同程度的损伤产生安全隐患，发生桥梁垮塌等事故。为了确保桥梁的安全运营，需要对桥梁进行变形监测，及早发现潜在隐患，避免不必要的损失。
目前，我国桥梁监测领域，涉及卫星导航应用技术的产品一般都采用GPS。但GPS系统的所有权、控制权、运营权都属于美国国防部，且一直存在人为干扰等问题。另外，单纯的靠GPS系统，监测精度很难满足要求，需要通过部署大量基站或有效的差分算法弥补此缺点，而部署大量基站浪费财力、物力，差分计算则会消耗很多时间，难以达到实时监测。最后，我国桥梁监测多是单点监测，对某一桥梁的变形进行监控，不利于桥梁资产的管理。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统，从而解决现有技术中存在的前述问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统，包括：监控外场网络、数据传输网络和桥梁安全运营监控中心，所述监控外场网络采集的数据通过所述数据传输网络发送至所述桥梁安全运营监控中心；
所述监控外场网络包括布置在桥梁上的北斗测点和各种传感器，所述北斗测点通过北斗导航系统和北斗地基增强系统进行定位，并将定位数据通过所述数据传输网络发送至所述桥梁安全运营监控中心。
优选地，所述北斗测点设置在桥梁主梁、桥墩、桥塔和地基处。
优选地，所述传感器包括温度传感器、加速度传感器、应变传感器、位移传感器和/或挠度传感器。
优选地，监控外场网络包括桥梁监控工作站，所述北斗测点的定位数据和各种传感器采集的数据通过局域网发送至所述桥梁监控工作站，所述桥梁监控工作站通过所述数据传输网络将数据发送至所述桥梁安全运营监控中心。
优选地，所述北斗导航系统和北斗地基增强系统包括多个物理基站和以物理基站为基础模拟出来的虚拟基站。
本实用新型的有益效果是：本实用新型实施例提供的一种基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统，通过结合我国北斗地基增强系统和北斗导航系统，实现了高精度桥梁三维位移的监测，精准的了解桥梁健康状况，降低了桥梁事故的发生率；通过结合无线局域网和运营商通信网络，建立区域内桥梁安全运营监控中心，便于管理者对区域内桥梁群进行统一管理、维修和养护；所以，采用本实施例提供的监测系统既能够能解决交通领域高精度定位的需求，又能拓展地基增强系统和北斗系统在交通领域的应用，从而降低我国对GPS系统的依赖性。
附图说明
图1是基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统整体结构示意图；
图2是监控外场网络结构示意图；
图3是各大桥至桥梁安全运营监控中心的网络拓扑图；
图4是虚拟基站建立方式示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
如图1-4所示，本实用新型实施例提供了一种基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统，包括：监控外场网络、数据传输网络和桥梁安全运营监控中心，所述监控外场网络采集的数据通过所述数据传输网络发送至所述桥梁安全运营监控中心；
所述监控外场网络包括布置在桥梁上的北斗测点和各种传感器，所述北斗测点通过北斗导航系统和北斗地基增强系统进行定位，并将定位数据通过所述数据传输网络发送至所述桥梁安全运营监控中心。
上述结构中，各部分的功能和作用为：
监控外场网络：根据桥梁情况部署位移、加速等监测设备和北斗测点，并通过光纤网络将监测数据汇聚到桥梁监测工作站，并通过专用数据传输网络汇集数据到桥梁安全运营监控中心。
数据传输网络：依靠通信运营商的稳定技术和已有网络，保证中心系统的稳定安全。另外为保证中心系统的发展和下属桥梁的扩充，以及在不方便使用宽带网络技术的市郊区域或网络边缘区，还可以搭建无线局域网。
桥梁安全运营监控中心：监控中心主要实现监测数据的处理以及桥梁网的管理养护。中心依托北斗监测站和北斗地基增强系统，实现桥梁变形的毫米级监测。在基站数量满足的情况下，充分依靠基站实现毫米级精度；在基站数量缺乏的情况下，根据已有基站模拟出虚拟基站，并根据虚拟基站和差分算法实现毫米级精度。
本实施例提供的基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统，通过结合我国北斗地基增强系统和北斗导航系统，实现了高精度桥梁三维位移的监测，精准的了解桥梁健康状况，降低了桥梁事故的发生率；通过结合无线局域网和运营商通信网络，建立区域内桥梁安全运营监控中心，便于管理者对区域内桥梁群进行统一管理、维修和养护；所以，采用本实施例提供的监测系统既能够能解决交通领域高精度定位的需求，又能拓展地基增强系统和北斗系统在交通领域的应用，从而降低我国对GPS系统的依赖性。
本实用新型的一个优选实施例中，所述北斗测点可以设置在桥梁主梁、桥墩、桥塔和地基处。
本实施例中，除了在桥梁主梁、桥墩、桥塔等位置布设北斗监测点之外，在桥梁地基处也设置了北斗监测点，从而根据北斗测点的监测数据判断桥梁变形是由桥梁本身的震动、结构变形引起的，还是由区域的地形沉降或地质构造变化引起的。
本实用新型实施例中，所述传感器可以包括温度传感器、加速度传感器、应变传感器、位移传感器和/或挠度传感器。
监测数据采集方面：本实施例中，通过在桥梁上部署温度、位移等传感器，并根据光纤光栅传感网络分析仪的最大测点数接入一定数量的传感器数据，将数据进行转换后通过数据传输网络传输到桥梁监控工作站，最后传至桥梁安全运营监控中心，为数据处理提供基准数据，提高监测精度。
本实施例中，监控外场网络包括桥梁监控工作站，所述北斗测点的定位数据和各种传感器采集的数据通过局域网发送至所述桥梁监控工作站，所述桥梁监控工作站通过所述数据传输网络将数据发送至所述桥梁安全运营监控中心。
由于每座桥梁上均设置有多个北斗测点和多个传感器，而且在一个局域网内包括多个桥梁，则采用上述结构，可以将一个局域网中多个桥梁上的北斗测点的定位数据和传感器采集到的数据均发送至桥梁监控工作站，然后，多个桥梁监控工作站通过数据传输网络将数据发送至所述桥梁安全运营监控中心，实现所有局域网内的多个桥梁的北斗测点的定位和传感器的数据采集。
其中，各大桥至桥梁安全运营监控中心的网络基于成熟运营商网络，采用VPN组网方式进行数据传输，具体网络拓扑结构如图3所示，具体为：
1、采用VPN组网技术连接桥梁监控工作站，依靠通信运营商的稳定技术和已有网络，保证数据通畅地传送至中心，并保证中心系统的稳定安全。
2、由于桥梁安全运营监控中心在全网处于核心地位，为保证系统可靠性，避免网络的单点故障，为桥梁监测管理中心提供接入双路由保护，接入路由器和交换机设备裸光纤直连，采用端口汇聚实现双路由的保护。
本实施例中，所述北斗导航系统和北斗地基增强系统包括多个物理基站和以物理基站为基础模拟出来的虚拟基站。
桥梁安全运营监控中心基于北斗地基增强系统对采集的桥梁变形数据进行修正，提高精度，实现毫米级精度，中心对数据修正主要包括以下两类类情况：
1、基站数量满足精度要求
在北斗地基增强系统基站和已有GNSS基站数量满足毫米级精度的情况下，通过现有差分方法解算即可。
2、基站数量无法满足精度要求
在基站数量不足的情况下，可以根据已有基站模拟出虚拟基站，然后根据虚拟基站或虚拟基站与已有基站组合，满足差分精度需求。虚拟基站是根据已有基站的信息以及已有基站与虚拟基站的距离等信息，计算虚拟基站位置信息，最后将虚拟基站作为已有基站，进行差分解算，实现桥梁变形毫米级监测。虚拟基站解算示意图如图4所示。
通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：本实用新型实施例提供的一种基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统，通过结合北斗地基增强系统和北斗导航系统，实现了高精度桥梁三维位移的监测，精准的了解桥梁健康状况，降低了桥梁事故的发生率；通过结合无线局域网和运营商通信网络，建立区域内桥梁安全运营监控中心，便于管理者对区域内桥梁群进行统一管理、维修和养护；所以，采用本实施例提供的监测系统既能够能解决交通领域高精度定位的需求，又能拓展地基增强系统和北斗系统在交通领域的应用，从而降低我国对GPS系统的依赖性。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统，其特征在于，包括：监控外场网络、数据传输网络和桥梁安全运营监控中心，所述监控外场网络采集的数据通过所述数据传输网络发送至所述桥梁安全运营监控中心；
所述监控外场网络包括布置在桥梁上的北斗测点和各种传感器，所述北斗测点通过北斗导航系统和北斗地基增强系统进行定位，并将定位数据通过所述数据传输网络发送至所述桥梁安全运营监控中心。
2.根据权利要求1所述的基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统，其特征在于，所述北斗测点设置在桥梁主梁、桥墩、桥塔和地基处。
3.根据权利要求1所述的基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统，其特征在于，所述传感器包括温度传感器、加速度传感器、应变传感器、位移传感器和/或挠度传感器。
4.根据权利要求1所述的基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统，其特征在于，监控外场网络包括桥梁监控工作站，所述北斗测点的定位数据和各种传感器采集的数据通过局域网发送至所述桥梁监控工作站，所述桥梁监控工作站通过所述数据传输网络将数据发送至所述桥梁安全运营监控中心。
5.根据权利要求1所述的基于北斗GNSS的桥梁变形监测系统，其特征在于，所述北斗导航系统和北斗地基增强系统包括多个物理基站和以物理基站为基础模拟出来的虚拟基站。
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