CN212505894U - 基于4g物联网的桥梁顶推施工监控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统，包括：桥梁结构监测模块，其包括若干传感器和若干4G路由器，若干传感器包括：应变传感器、倾角传感器、北斗传感器、温度传感器、拉绳位移计；设备控制模块，其采集各个施工设备的运行参数并控制其运行，施工设备包括液压千斤顶、液压卷扬机和监控摄像头；综合数据处理模块，其安装于云端服务器上，所述4G路由器通讯连接综合数据处理模块，所述综合数据处理模块接收各模块的数据并保存进行处理分析，所述综合数据处理模块还向设备控制模块发送施工设备操作指令；远程控制终端。本实用新型的系统具有施工数据采集实时、数据自动计算与分析得出施工指令、施工设备实时通信的优点。

Description

基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统

技术领域

本实用新型涉及土木工程领域中的桥梁顶推施工领域。更具体地说，本实用新型涉及基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统。

背景技术

桥梁顶推施工法是指梁体在桥台背后路堤上逐段浇筑或拼装，并用顶推装置纵向顶推，使梁体通过各墩顶临时滑移装置而就位的施工方法。梁体顶推过程是结构体系不断转换的过程，这个过程中梁体的整体及局部受力复杂，在诸多外因与内因的共同作用下，不仅使顶推结果具有不确定性，更使得顶推过程的危险性提高，对施工过程进行监控就是为了消除不确定性，保证施工安全和施工质量，因此桥梁顶推施工监控具有重要的意义。然而目前传统的顶推施工监控方法仍然存在以下问题：

在传统的顶推施工监控中桥梁梁体及临时结构的结构线形主要通过人工测量的方式进行，无法实时了解顶推施工效果；桥梁结构应力、温度、位移等数据主要通过手动或有线方式进行布线和组网，受现场因素干扰较大，数据实时性、有效性和准确性无法保障；在采集到桥梁结构数据后，主要由人工手动计算得出施工指令，工期较长且容错率低；桥梁顶推施工设备例如千斤顶和卷扬机的运行状态参数未接入到监控系统，主要由现场操作人员查看设备数据，在收到指令后手动进行控制，响应时间较长，操作精度不高，影响施工效率和质量。

实用新型内容

本实用新型的一个目的是提供基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统，其基于4G物联网技术连接各个模块，通过采集顶推施工相关实时数据后进行分析与处理，控制施工设备进行合理运作，保障顶推施工安全顺利进行。

为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统，包括：

桥梁结构监测模块，其包括若干传感器和若干4G路由器，一个传感器对应一个4G路由器，若干传感器包括：安装于顶推导梁、主桥梁体设定位置的应变传感器，用于采集梁体结构内部应力实时数据；安装于顶推导梁、主桥梁体设定位置的倾角传感器和北斗传感器，用于采集梁体的倾斜度和位移偏差实时数据；安装于主桥梁体设定位置的温度传感器，用于采集梁体结构内部温度实时数据；安装于顶推临时支架设定位置的应变传感器和倾角传感器，用于采集临时支架所受应力和倾斜度实时数据；安装于顶推临时支座与梁体之间的拉绳位移计，用于采集临时支座与梁体之间位移的实时数据；

设备控制模块，其在各个施工设备的电气控制系统中均安装一个，所述设备控制模块通过其上的PLC电路连接至4G路由器，施工设备包括液压千斤顶、液压卷扬机和监控摄像头，设备控制模块采集各个施工设备的运行参数并控制其运行；

综合数据处理模块，其安装于云端服务器上，所述4G路由器通讯连接综合数据处理模块，所述综合数据处理模块接收桥梁结构监测模块和设备控制模块的数据并保存进行处理分析，所述综合数据处理模块还向设备控制模块发送施工设备操作指令；

远程控制终端，其作为计算机程序安装在电脑客户端或手机客户端上，所述远程控制终端通过综合数据处理模块向设备控制模块发送施工设备操作指令。

优选的是，所述传感器与4G路由器之间通过通信电缆连接。

优选的是，所述设备控制模块与施工设备之间采用通信线缆连接。

优选的是，所述桥梁结构监测模块和设备控制模块的4G路由器均与所述综合数据处理模块之间通过4G无线方式传输。

优选的是，所述综合数据处理模块与远程控制终端通过有线或无线的互联网传输数据。

优选的是，设备控制模块采集液压千斤顶实时数据包括设备电源、实时顶推力、累积顶推距离、实时顶推距离，并通过综合数据处理模块向液压千斤顶发送控制千斤顶开关、运行顶推距离的操作指令。

优选的是，设备控制模块采集液压卷扬机实时数据包括设备电源、实时拉力、卷扬速率、累积卷扬高度、实时顶卷扬高度，并通过综合数据处理模块向液压卷扬机发送控制卷扬机开关、卷扬速率、运行卷扬长度的操作指令。

优选的是，设备控制模块采集监控摄像头实时数据包括设备电源、实时监控画面、历史监控画面、摄像头角度、摄像头焦距，并通过综合数据处理模块向监控摄像头发送控制摄像头角度、摄像头焦距的操作指令。

本实用新型至少包括以下有益效果：

(1)建立基于4G物联网的全自动实时数据采集与传输系统：将人工采集升级为实时自动采集，将通讯线缆传输升级为4G无线传输，减少信号干扰，减少人工成本与工期，降低施工质量与安全风险。目前部分桥梁顶推施工监控技术仍为人工采集数据，成本及风险高。

(2)顶推监测数据自动分析处理：采用云端服务器存储数据，效率更高且数据不易丢失，获得实时采集到的监测数据后，系统根据内置的桥梁结构受力算法自动分析结构状态，评估施工安全性；通过对比理论数据确定实际施工进度和偏差，减少了人工成本与工期，提高了工作效率，降低了施工安全风险。目前顶推施工监控技术中结构计算工作仍为人工手算，容易出错且工期长。

(3)设备控制模块接入监控系统：与液压千斤顶和卷扬机等设备进行实时通信，读取设备运行信息，向设备发送操作指令，减少了人工成本与工期，指令传递更实时，提高了工作效率与施工质量，降低安全风险。目前顶推施工监控技术中设备操作方式为现场工人手动控制，需要大量时间调整，工期较长且容易出错。

(4)多平台远程控制终端：施工管理者可以随时随地通过手机移动终端查看顶推施工综合数据，并能及时反馈下一步施工指令，减少人为干预与间接指令传达，提高了施工效率与质量，降低了人工成本与施工安全风险。

本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型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为本实用新型的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型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；在本实用新型的描述中，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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

如图1所示，本实用新型提供一种基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统，包括：

桥梁结构监测模块，其包括若干传感器和若干4G路由器，一个传感器对应一个4G路由器，所述传感器与4G路由器之间通过通信电缆连接，若干传感器包括：安装于顶推导梁、主桥梁体设定位置的应变传感器，用于采集梁体结构内部应力实时数据；安装于顶推导梁、主桥梁体设定位置的倾角传感器和北斗传感器，用于采集梁体的倾斜度和位移偏差实时数据；安装于主桥梁体设定位置的温度传感器，用于采集梁体结构内部温度实时数据；安装于顶推临时支架设定位置的应变传感器和倾角传感器，用于采集临时支架所受应力和倾斜度实时数据；安装于顶推临时支座与梁体之间的拉绳位移计，用于采集临时支座与梁体之间位移的实时数据；

设备控制模块，其在各个施工设备的电气控制系统中均安装一个，所述设备控制模块通过其上的PLC电路连接至4G路由器，所述设备控制模块与施工设备之间采用通信线缆连接，施工设备包括液压千斤顶、液压卷扬机和监控摄像头，设备控制模块采集各个施工设备的运行参数并控制其运行；设备控制模块采集液压千斤顶实时数据包括设备电源、实时顶推力、累积顶推距离、实时顶推距离，并通过综合数据处理模块向液压千斤顶发送控制千斤顶开关、运行顶推距离的操作指令；设备控制模块采集液压卷扬机实时数据包括设备电源、实时拉力、卷扬速率、累积卷扬高度、实时顶卷扬高度，并通过综合数据处理模块向液压卷扬机发送控制卷扬机开关、卷扬速率、运行卷扬长度的操作指令；设备控制模块采集监控摄像头实时数据包括设备电源、实时监控画面、历史监控画面、摄像头角度、摄像头焦距，并通过综合数据处理模块向监控摄像头发送控制摄像头角度、摄像头焦距的操作指令；

综合数据处理模块，其安装于云端服务器上，所述4G路由器通讯连接综合数据处理模块，所述综合数据处理模块接收桥梁结构监测模块和设备控制模块的数据并保存进行处理分析，所述综合数据处理模块还向设备控制模块发送施工设备操作指令；所述桥梁结构监测模块和设备控制模块的4G路由器均与所述综合数据处理模块之间通过4G无线方式传输。

远程控制终端，其作为计算机程序安装在电脑客户端或手机客户端上，所述远程控制终端通过综合数据处理模块向设备控制模块发送施工设备操作指令；所述综合数据处理模块与远程控制终端通过有线或无线的互联网传输数据。

本实用新型监控系统具体如下：

桥梁结构监测模块，用于对桥梁施工过程中的结构参数进行全方位监测，即用于采集顶推过程中桥梁结构实时数据，例如梁体和桥墩的应力、温度、位移等。建立一套基于4G物联网的全自动实时数据采集与传输系统，桥梁结构监测模块由安装在桥梁结构上的各类传感器和若干台4G路由器组成，安装在桥梁结构上的各个传感器通过通信线缆连接到4G路由器，由采集站用4G通信的方式将实时数据发送到云端服务器，也就是综合数据处理模块。根据桥梁顶推施工项目特点，传感器数量和安装位置视具体施工图纸而定，也就是根据实际施工项目的顶推情况可适当增加传感器个数和种类，同时合理调整安装位置。主要监测项目如下：

(1)在顶推导梁、主桥梁体指定位置安装应变传感器，用于采集梁体结构内部应力实时数据；

(2)在顶推导梁、主桥梁体指定位置安装倾角仪、北斗传感器，用于采集梁体结构空间姿态以及施工进度实时数据，例如变形、位移、倾斜度、三维坐标等，北斗传感器跟GPS一样，是监测点三个方向上的位移数据，即经度，纬度，标高，在监测顶推过程中，获得梁体的位移偏差情况；

(3)在梁体指定位置安装温度传感器，用于采集梁体结构内部温度实时数据；

(4)在顶推临时支架指定位置安装应变传感器，用于采集支架所受应力实时数据；

(5)在顶推临时支架指定位置安装倾角仪，用于采集支架倾斜度实时数据；

(6)在顶推临时支座与梁体之间安装拉绳位移计，用于采集临时支座与梁体之间位移的实时数据。

设备控制模块，用于控制顶推施工相关设备(包括液压千斤顶、液压卷扬机、监控摄像头)，通过PLC控制器将设备运行参数和数据上传到综合数据处理模块，并从综合数据处理模块获得实时操作指令并执行，由液压千斤顶或液压卷扬机对梁体进行顶推操作，由监控摄像头对顶推施工过程进行实时智能化监控。

综合数据处理模块，安装在与互联网相连接的云端服务器上，通过4G路由器和互联网实现与各个模块的数据接收与发送，数据均保存在服务器数据库中。综合数据处理模块用于处理顶推施工综合数据，将获得的综合数据存储到服务器数据库中，根据实时采集到的桥梁结构数据、施工环境数据、设备信息进行处理和分析，通过分析结果与理论数据的对比得出下一步的施工指令，向设备控制模块发送设备操作指令。当分析评估结果显示有异常或者紧急情况时，通过超限数据预警模块实时向远程控制终端发送警报并自动向集中控制的机械设备发出停止指令，以降低施工安全风险，预防安全事故。

(1)实时数据处理与存储：根据桥梁结构特点和实际监测项目、测点布置情况将原始采集数据按照监测类型、计算相关性和安装位置按照顺序以数据表格的形式存储到服务器硬盘数据库，合理设计数据库结构和字段，为后续的计算和评估工作提供数据基础。

(2)桥梁结构计算分析和顶推评估：将步骤(1)处理后的数据导入到桥梁结构有限元模型自动计算程序中，根据结构和设备数据判断当前施工进度和施工计划的偏差，并自动更新有限元模型及相关参数，根据顶推施工计算理论分析桥梁结构的实时受力状态和空间姿态，并根据分析结果确定桥梁结构各个监测参数的安全范围和对比值，以及设备下一步运行指令，为预警和决策模块提供数据基础。

(3)向远程控制终端发出超限数据警报：当有数据超限情况发生时，根据预警机制和指标生成实时超限警报文本，通过互联网或移动通信网络向远程控制终端发送实时预警信息(电脑端为网页信息、手机端为APP信息和手机短信)，信息包括数据超限发生的时间、类型、超限值、预警级别、间隔时间等，并根据预警人级别不同显示相应的预警信息内容。数据超限三级预警值分为黄色警报、橙色警报、红色警报，包括桥梁结构数据如应力、倾角、位移超过各个级别允许值、设备运行数据超过各个级别允许值等情况。

(4)向设备控制模块发出操作指令：根据桥梁结构分析结果和施工进度与计划偏差值，通过4G路由器向设备控制模块发出操作指令，控制液压卷扬机、液压千斤顶和监控摄像头的运行。

远程控制终端，作为计算机软件程序安装在电脑或者移动设备上，用户(施工管理者)可以通过控制终端查看综合数据处理模块中的各类实时与历史数据、分析与计算结果、预警信息等，接收实时预警警报推送，并能通过控制终端向设备控制模块发送设备操作指令。远程控制终端采用C/S架构设计，在不同施工阶段将相应的传感器数据用图表和曲线形式展示在主页，通过实时数据驱动桥梁顶推施工模型在三维仿真界面进行情景还原，采用三维视角展示桥梁结构姿态和受力状态，提供了直观的施工控制界面，对现场施工机械设备发出操作指令，接收并处理实时和历史预警信息，确保桥梁顶推施工顺利进行。

尽管本实用新型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实用新型的领域，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，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (8)

1.基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统，其特征在于，包括：

桥梁结构监测模块，其包括若干传感器和若干4G路由器，一个传感器对应一个4G路由器，若干传感器包括：安装于顶推导梁、主桥梁体设定位置的应变传感器，用于采集梁体结构内部应力实时数据；安装于顶推导梁、主桥梁体设定位置的倾角传感器和北斗传感器，用于采集梁体的倾斜度和位移偏差实时数据；安装于主桥梁体设定位置的温度传感器，用于采集梁体结构内部温度实时数据；安装于顶推临时支架设定位置的应变传感器和倾角传感器，用于采集临时支架所受应力和倾斜度实时数据；安装于顶推临时支座与梁体之间的拉绳位移计，用于采集临时支座与梁体之间位移的实时数据；

设备控制模块，其在各个施工设备的电气控制系统中均安装一个，所述设备控制模块通过其上的PLC电路连接至4G路由器，施工设备包括液压千斤顶、液压卷扬机和监控摄像头，设备控制模块采集各个施工设备的运行参数并控制其运行；

综合数据处理模块，其安装于云端服务器上，所述4G路由器通讯连接综合数据处理模块，所述综合数据处理模块接收桥梁结构监测模块和设备控制模块的数据并保存进行处理分析，所述综合数据处理模块还向设备控制模块发送施工设备操作指令；

远程控制终端，其作为计算机程序安装在电脑客户端或手机客户端上，所述远程控制终端通过综合数据处理模块向设备控制模块发送施工设备操作指令。

2.如权利要求1所述的基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统，其特征在于，所述传感器与4G路由器之间通过通信电缆连接。

3.如权利要求1所述的基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统，其特征在于，所述设备控制模块与施工设备之间采用通信线缆连接。

4.如权利要求1所述的基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统，其特征在于，所述桥梁结构监测模块和设备控制模块的4G路由器均与所述综合数据处理模块之间通过4G无线方式传输。

5.如权利要求1所述的基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统，其特征在于，所述综合数据处理模块与远程控制终端通过有线或无线的互联网传输数据。

6.如权利要求1所述的基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统，其特征在于，设备控制模块采集液压千斤顶实时数据包括设备电源、实时顶推力、累积顶推距离、实时顶推距离，并通过综合数据处理模块向液压千斤顶发送控制千斤顶开关、运行顶推距离的操作指令。

7.如权利要求1所述的基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统，其特征在于，设备控制模块采集液压卷扬机实时数据包括设备电源、实时拉力、卷扬速率、累积卷扬高度、实时顶卷扬高度，并通过综合数据处理模块向液压卷扬机发送控制卷扬机开关、卷扬速率、运行卷扬长度的操作指令。

8.如权利要求1所述的基于4G物联网的桥梁顶推施工监控系统，其特征在于，设备控制模块采集监控摄像头实时数据包括设备电源、实时监控画面、历史监控画面、摄像头角度、摄像头焦距，并通过综合数据处理模块向监控摄像头发送控制摄像头角度、摄像头焦距的操作指令。

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