CN212110127U - 一种桥梁冲刷多源监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种桥梁冲刷多源监测系统，包括智能监测系统、数据工控机、5G远程通信传输系统以及远程冲刷深度评定中心。所述智能监测系统由3个子系统组成，包括桥梁动力特性高频实时监测系统、可调声速水下深度监测系统、受冲刷海床的土压力变化测试设备，其能够通过相互偶联进行触发式控制采集桩侧数据，形成多源桥梁局部冲刷实时感知监测系统，实现了时钟同步、冲刷环境条件动态控制、接触式传感器与非接触式传感器一体化集成；该系统能够对冲刷界面、海床淤泥冲淤、桥梁动力响应进行一体化监测，结构冲刷深度评定方法能够为桥梁养护提供依据，有效保障桥梁在冲刷作用下安全运营。

Description

一种桥梁冲刷多源监测系统

技术领域

本实用新型涉及电子监测控制技术领域，具体涉及一种桥梁冲刷多源监测系统。

背景技术

桥梁作为生命线工程需要承受各种自然灾害作用，在诸多桥梁致灾因素中，基础冲刷是造成桥梁毁坏的主要原因之一；冲刷是水流在可侵蚀河床上的由于水动力作用引起的一种自然现象。桥梁发生冲刷情况轻则影响桥梁美观及行车舒适度，重则造成桥梁破坏。美国交通安全委员会统计了1966年至2005年的1502座倒塌桥梁，发现58%的破坏是由桥梁基础冲刷及相关的水力作用引起的。近年来，中国建设的大量桥梁处于水流冲刷环境中，基础冲刷问题日益突出。特别是大型跨海桥梁处于较为恶劣的海洋环境中，受波流、台风等冲刷条件的影响，出现了一定程度的冲淤变化，对其进行局部冲刷监测和桩基冲刷深度评定更加困难。我国现有的几座跨海大桥基础冲刷现象已经超过了预期情况。对桥梁基础开展有效的冲刷深度监测及冲刷深度评定成为当下科研人员、工程师、桥梁管理部门亟待解决的问题。

桥梁基础冲刷深度监测方法能够直观获得基础冲刷情况，为实际桥梁冲刷防护措施实施提供指导性的建议，避免桥梁水毁破坏。目前国内传统的对桥梁基础冲刷的检测方法为人工水下作业检测，但是水下作业严重威胁着检测人员的生命安全，并且检测精度依赖于检测人员的经验性。对中小跨桥梁基础冲刷监测开展研究，产生了许多监测方法，如浮力监测仪、磁力滑动环、声纳、雷达、时域反射仪（TDR）。但各种监测方法受到水流、测量船的非线性运动、测量人员的经验性以及复杂的监测服役环境等因素的影响，具有精度不高、适用范围有限、经济性差及不能对冲刷情况进行实时监测等缺点。跨海桥梁所处海床泥沙冲淤复杂多变，海底沟槽变化发展较快。目前，运用于大型跨海桥梁的基础冲刷监测方法较少，泥沙冲淤相对潮流流速变化有滞后效应，监测淤泥质土冲刷及回淤情况存在不足，这迫切要求人们寻找新的桥梁基础冲刷监测方法来弥补之前方法的不足，提高冲刷监测的准确度和工作效率，并对桥梁桩基冲刷深度做出准确评定，以识别桥梁的安全状况，为大桥管理部门及时采取有效的桥梁防护措施，保障大桥安全运营，具有积极的社会意义。

实用新型内容

针对现有技术中存在的问题，本实用新型提供了一种桥梁冲刷多源监测系统。该系统主要在不同的环境条件触发下自适应控制监测装置工作，对多源监测数据进行实时动态采集和传输，为桥梁养护和安全运营提供依据。

本实用新型的技术方案如下：

一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：包括智能监测系统、数据工控机、5G远程通信传输系统以及远程冲刷深度评定中心；

所述智能监测系统由3个子系统组成，包括桥梁动力特性高频实时监测系统、可调声速水下深度监测系统及受冲海床土压力变化测试系统；

所述数据工控机及5G远程通信系统安装于桥墩顶部，能够把从智能监测系统中获得多源监测数据通过5G通信进行断点续传，实现远程数据传输，并可远程回访储存于桥梁数据工控机中的数据；

所述远程冲刷深度评定中心从智能监测系统中获得多源监测数据，通过对多源监测数据融合和权值归一化算法对桩基局部冲刷深度进行评定。

所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述桥梁动力特性高频实时监测系统，采用高频动态双向加速度传感器及动应变传感器组合，所述高频动态双向加速度传感器安装于桥墩顶部与桩基承台上，所述动应变传感器安装于桥墩顶部及底部的表面上。

所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述可调声速水下深度监测系统，采用单波束测深仪，所述单波束测深仪的换能器通过不锈钢杆件安装于不锈钢抱箍上，并保持单波束测深仪的换能器垂直设置在水面以下位置处，所述不锈钢抱箍安装于近年最低潮位桥墩表面上。

所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述受冲海床土压力变化测试系统集成压力传感器及渗压传感器，将其从桥墩附近准确下放至桩前指定测点。

所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述数据工控机通过导线与智能监测系统及电源机箱相连接，控制多源传感器的参数设定，实现桥梁冲刷感知数据链的连续存储和分块调用，并通过5G远程通信传输系统断点续传，向远程冲刷深度评定中心传输监测数据。

所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述不锈钢抱箍位置处的桥墩表面安装渗压传感器，渗压传感器实时工作，数据通过导线上传至数据工控机。

所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述不锈钢抱箍包括第一抱箍、第二抱箍、螺帽及双头螺丝，所述第一抱箍与第二抱箍通过螺帽及双头螺丝固定连接。

本实用新型的有益效果是：本专利研发了一种桥梁冲刷多源监测系统，主要通过多源智能监测系统，对监测数据进行动态采集并通过5G通信进行断点续传，给桥梁冲刷深度监测提供了新方法；考虑了海域服役条件的复杂性，本实用新型能够适应恶劣的海洋环境，弥补了水下监测手段单一，提高了传感器的耐久性，改进了监测精度不高等缺点，对桥梁基础冲刷情况通过远程控制方式间断式进行实时监测，能够有效节约能源，并能够快速判断桩基安全状况；针对以往对冲刷进行静态监测的特点，所实用新型的系统对冲刷环境条件实行定时控制采样，实现海上动态实时监测，多源监测数据实现了时钟同步。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图；

图2是本实用新型的抱箍安装示意图；

图3是本实用新型的抱箍结构示意图；

图4是本实用新型的系统模块图；

图中：1-5G远程通信传输系统，2-数据工控机，3-高频动态双向加速度传感器，4-导线，5-不锈钢杆件，6-抱箍，7-可调声速水下深度监测系统，8-受冲海床土压力变化测试系统，9-渗压传感器，10-桩基承台，11-桥墩，12-动应变传感器。

具体实施方式

以下结合说明书附图。对本实用新型作进一步描述。

如图1-4所示，一种桥梁冲刷多源监测系统，包括智能监测系统、数据工控机、5G远程通信传输系统以及远程冲刷深度评定中心；

智能监测系统由3个监测子系统组成，包括桥梁动力特性高频实时监测系统、可调声速水下深度监测系统7、受冲海床土压力变化测试系统8（该设备在专利号为：2018104740925，名称为：一种基于立方形桥梁基础冲刷安全监测装置的监测方法中已公开），3个子系统能够相互偶联进行触发式控制采集桩侧数据，形成多源桥梁局部冲刷实时感知监测系统，实现了时钟同步、冲刷环境条件动态控制、接触式传感器与非接触式传感器一体化集成。

数据工控机2及5G远程通信系统1安装于桥墩11顶部的监测平台上，可把从智能监测系统的传感器获得多源监测数据通过5G通信进行断点续传，实现远程数据传输，并可让数据分析的人员远程回访储存于桥梁中数据工控机的数据；本实施例中5G远程通信系统包括5G工业模组、天线和5G上网卡，其中5G工业模组型号为HUAWEI MH5000-31p，并集成于数据工控机2上。

远程冲刷深度评定中心获取被监测桥梁桩基局部冲刷状况的实时监测数据，通过对多源监测数据融合和权值归一化算法研发了桩基局部冲刷的结构冲刷深度评定方法，本实施例中远程冲刷深度评定中心为远程服务器。

桥梁动力特性高频实时监测系统，采用高频动态双向加速度传感器3及动应变传感器12组合，所述高频动态双向加速度传感器3安装于桥墩顶部与桩基承台上，所述动应变传感器12安装于桥墩顶部及底部的表面上，数据通过导线4上传至数据工控机2，高频动态双向加速度传感器通过防水胶固定在桥墩顶部与桩基承台上，动应变传感器通过防水胶固定在桥墩顶部及底部的表面上；其中高频动态双向加速度方向设置为：x为水流方向，y为垂直于水流方向，实现桥梁结构动力响应监测。受冲海床土压力变化测试系统，主要集成压力传感器和渗压传感器，在桥墩附近下放并准确到达桩前指定测点。

可调声速水下深度监测系统7，采用单波束测深仪能够根据所处海洋实际深水环境的声波传输速率来设置单波束测深仪声速大小，以提高监测精度。并通过水中潮位变化来自适应控制其监测启动及关闭，克服单波束测深仪不能连续工作的缺点。主要将单波束测深仪的换能器通过设置L型的不锈钢杆件5安装（焊接）于不锈钢抱箍6上，数据通过导线4上传至数据工控机2，单波束测深仪的换能器与不锈钢杆件5通过防水胶带固定，并通过金属绑带绑扎固定，保持单波束测深仪的换能器始终垂直于水面以下并距离桥墩表面一定距离；不锈钢抱箍6包括第一抱箍601、第二抱箍604、螺帽602及双头螺丝603，所述第一抱箍601与第二抱箍604通过螺帽602及双头螺丝603固定连接。不锈钢抱箍6安装于近年（近10年）最低潮位桥梁基础的桥墩表面上。

受冲海床土压力变化测试系统8集成压力传感器及渗压传感器，将其从桥墩附近准确下放至桩前指定测点，受冲海床土压力变化测试系统8通过不锈钢钢丝绳牵引，通过导线4传输数据。

不锈钢抱箍位置处的桥墩表面安装渗压传感器9（渗压传感器通过防水胶固定），渗压传感器实时工作，数据通过导线4上传至数据工控机2。当海床持力层界面发生变化时；通过对受冲海床土压力变化测试系统及不锈钢抱箍位置处的桥墩表面渗压传感器进行进一步分析，能够判断出系统装置绝对位置是否发生了变化。

Claims (7)

1.一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：包括智能监测系统、数据工控机（2）、5G远程通信传输系统（1）以及远程冲刷深度评定中心；

所述智能监测系统由3个子系统组成，包括桥梁动力特性高频实时监测系统、可调声速水下深度监测系统（7）及受冲海床土压力变化测试系统（8）；

所述数据工控机（2）及5G远程通信传输系统（1）安装于桥墩顶部，能够把从智能监测系统中获得多源监测数据通过5G通信进行断点续传，实现远程数据传输，并可远程回访储存于桥梁数据工控机中的数据；

所述远程冲刷深度评定中心从智能监测系统中获得多源监测数据，通过对多源监测数据融合和权值归一化算法对桩基局部冲刷深度进行评定。

2.根据权利要求1所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述桥梁动力特性高频实时监测系统，采用高频动态双向加速度传感器（3）及动应变传感器（12）组合，所述高频动态双向加速度传感器（3）安装于桥墩顶部与桩基承台上，所述动应变传感器（12）安装于桥墩顶部及底部的表面上。

3.根据权利要求1所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述可调声速水下深度监测系统（7），采用单波束测深仪，所述单波束测深仪的换能器通过不锈钢杆件（5）安装于不锈钢抱箍（6）上，并保持单波束测深仪的换能器垂直设置在水面以下位置处，所述不锈钢抱箍（6）安装于近年最低潮位桥墩表面上。

4.根据权利要求1所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述受冲海床土压力变化测试系统（8）集成压力传感器及渗压传感器，将其从桥墩附近准确下放至桩前指定测点。

5.根据权利要求1所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述数据工控机（2）通过导线与智能监测系统及电源机箱相连接，控制多源传感器的参数设定，实现桥梁冲刷感知数据链的连续存储和分块调用，并通过5G远程通信传输系统断点续传，向远程冲刷深度评定中心传输监测数据。

6.根据权利要求3所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述不锈钢抱箍位置处的桥墩表面安装渗压传感器（9），渗压传感器实时工作，数据通过导线（4）上传至数据工控机（2）。

7.根据权利要求3所述的一种桥梁冲刷多源监测系统，其特征在于：所述不锈钢抱箍（6）包括第一抱箍（601）、第二抱箍（604）、螺帽（602）及双头螺丝（603），所述第一抱箍（601）与第二抱箍（604）通过螺帽（602）及双头螺丝（603）固定连接。

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