CN218941253U - 基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统，该系统在桥梁上布置有涡激振动监测单元和风况监测单元，所述的涡激振动监测单元和风况监测单元通过数据采集仪连接至边缘计算服务器，边缘计算服务器通过无线传输模块与终端服务器连接；所述的边缘计算服务器还通过控制器连接行车安全预警设备，所述的安全预警设备包括预警信息显示装置。本实用新型实现对于桥梁结构健康监测的数据采集，重点是涡激振动的数据采集，还基于边缘计算服务器实现行车安全预警。

Description

基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统

技术领域

本实用新型属于桥梁结构健康监测技术，具体涉及基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统。

背景技术

桥梁作为交通路网的重要组成部分，在国民经济中发挥着关键作用。由于桥梁新结构、新材料、新装备和新技术的发展，许多大跨径的缆索结构体系桥梁相继建成，将我国桥梁事业推上新的高峰。而随着桥梁跨度的增加，结构阻尼减小，频率降低，缆索结构体系桥梁易受风载作用而发生振动。其中，涡激振动是大跨度缆索结构体系桥梁在低风速下出现的一种复杂的风致振动。大幅度的振动会影响人体舒适性，同时也会影响行车安全，给结构带来疲劳损伤。因此有必要对缆索结构体系桥梁进行涡激振动的动态监控，对涡激振动的发生及发展进行预警，对桥梁的行车舒适度进行评估。

在对于桥梁结构监测技术中，对于桥梁的共振监测是一项目前比较热门的研究技术，检测的手段无外乎在桥梁结构上布置相关的传感器，例如“一种高速铁路桥梁动扰度测试系统”(CN 206019966U)所公开的内容，另外，部分的研究结构已经表明存在直接用户桥梁震动的检测装置，比如中科测控研发的网络化桥梁振动监测仪在市场上均有相关的应用，但是对于基于传感器实现的监测系统存在千变万化，以满足不同的数据分析系统或后台的监测需要。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统，解决长大桥梁健康监测问题，进一步的是解决涡激振动数据的采集和行车舒适性分析，据此系统实现二者数据关联性的分析，为桥梁维护管理提供必要的支撑。

技术方案：基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统，该系统在桥梁上布置有涡激振动监测单元和风况监测单元，所述的涡激振动监测单元和风况监测单元通过数据采集仪连接至边缘计算服务器，边缘计算服务器通过无线传输模块与终端服务器连接；

所述的涡激振动监测单元包括电阻式应变计、力平衡加速传感器、扰动计、索力传感器和倾角仪；

所述的风况监测单元包括风速检测仪和摄像头，所述的摄像头用于监测桥面行车画面；

所述的边缘计算服务器还通过控制器连接行车安全预警设备，所述的安全预警设备包括预警信息显示装置。

进一步的，所述电阻式应变计和倾角仪位于桥塔及桥梁的横桥向和纵桥向上。

所述的力平衡加速传感器布置于桥梁塔基上，包括两向力力平衡加速传感器和三相力力平衡加速传感器。

所述的扰动计位于桥梁的塔顶位置。

所述索力传感器位于桥梁缆索上，且等间距分布，测点对称分布。

所述的风速检测仪位于桥梁的塔顶位置。

所述的预警信息显示装置位于桥梁的行车道入口处。

有益效果：与现有的桥梁结构健康监测系统相比，本实用新型是针对缆索体系桥梁涡激振动的数据进行采集，并且包括对于行车安全因素的分析和预警提示，本实用新型所述的技术方案包括边缘计算服务器，实现的是以单个桥梁为监测对象，以边缘计算服务器实现某一桥梁的监测数据收发和处理，包括因此实现的及时预警，且将数据传输到终端服务器，该系统也方便桥梁集群的联合管理，以一个桥梁布置一个边缘计算服务器，为一个单元构建桥梁集群。

附图说明

图1是本实用新型所述的系统结构图；

图2是实施例中各个监测设备的布置结构示意图；

图3是依据本实用新型所述系统所实现的算法分析过程。

具体实施方式

为了详细的说明本实用新型所述技术方案的应用和结构，下面结合说明书附图做进一步的描述。

涡激共振现象是桥梁建设必须面对的事，近年来规范对于涡激共振也有了相应的规定，国内外一些桥梁已经有了相对成熟的处理经验。例如西堠门大桥是我国自行设计建造的特大跨度悬索桥，2009年12月建成时是世界最大跨度钢箱梁悬索桥。桥上安装了涡振监测系统，可对桥梁安全进行实时判断。自西堠门大桥建成通车以来，每年监测到20～30次涡振现象，每次持续时间10到300分钟，加速度和位移幅值均在规范允许范围内。涡激振动是大跨度桥梁在低风速下出现的一种风致振动现象，其不一定会对桥梁产生较大的损害，但是往往会影响到行车舒适性和安全性，会由于车辆行驶的不舒适导致一些危险的发生，需要及时的提醒和监测、管理，控制车辆驶入等。

结合图1，本实用新型提供的是一种基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统，该系统在桥梁上布置有涡激振动监测单元和风况监测单元，涡激振动监测单元和风况监测单元通过数据采集仪连接至边缘计算服务器，边缘计算服务器通过无线传输模块与终端服务器连接，边缘计算服务器还通过控制器连接行车安全预警设备，所述的安全预警设备包括预警信息显示装置。

具体的，涡激振动监测单元包括电阻式应变计、力平衡加速传感器、扰动计、索力传感器和倾角仪。电阻式应变计，是能将工程构件上的应变，即尺寸变化转换成为电阻变化的变换器。对于电阻式应变计的使用为本领域技术人员应的得知的内容，现有产品包括QZDB-A型动态应变计。本实施例中，将电阻式应变计布置于桥梁的构件连接处，部署在桥梁主塔及其钢梁结构上，一般的，钢梁由封闭核心箱和外挑臂横梁及斜撑组成，核心箱由顶板、腹板、底板、顶底板肋、腹板纵肋、桁式隔板、支点实腹式隔板及顶推加劲肋等组成。对于钢梁是重点的监测范围，部署的数量根据实际的桥梁长度及结构决定，优选的是布置的结构包括桥横向和桥纵向的钢梁结构上。力平衡加速传感器布置于桥梁塔基上，例如QZ2013型力平衡加速度传感器在桥梁结构健康检测中的应用，另外包括两向力力平衡加速传感器和三相力力平衡加速传感器的配合使用。本实用新型所述的系统包括采用QYG01-I倾角仪用于监测桥梁涡激振动或迎风摆动的二维动态倾斜度，还包括在桥梁主塔的顶部部署扰动计进行数据的采集。

本实用新型所述的系统设置有风况监测单元包括风速检测仪和摄像头，摄像头用于监测桥面行车画面，并将视频数据传输至边缘计算服务器，风速检测仪设置于空旷的位置，一般设置于桥梁主塔顶的位置。索力传感器位于桥梁缆索上，且等间距分布，测点对称分布。

本实用新型所述的系统中，对于涡激振动监测单元和风况监测单元的数据可由数据采集进行控制和转化、传输。具体的，G01NET-3F高精度动态数据采集仪是一款具有监测数据同步采集、现场存储、数据实时上传功能的动态数据采集仪。这款采集仪具有远程修改SD卡内运行参数、远程拷贝数据、SD卡存储空间监控功能。另外指出，在基于本实用新型所述的系统的控制上，数据采集仪包括定时采集，或远程控制采集，并控制边缘计算服务器对于预警装置的操控。

边缘计算服务器，用于数据采集的控制，也包括数据处理。边缘计算服务器对于采集的数据进行区间对比，超过安全阈值的则通过控制器控制行车安全预警设备，对于行车预警设备，则包括声、光的提醒装置，报括报警器和通过预警信息显示装置将桥梁涡激振动情况反馈给车主，并且桥梁的维护管理人员则可以据此信息及时的控制车辆通行情况，包括必要的阻止和提醒。

本实用新型所述的数据采集系统还通过无线传输模块将数据传输至终端服务器，对于终端服务器，即完成数据的存储，也可据此实现数据的分析和可视话展示，加强对于桥梁结构健康的安全管理。

实施例2

图2展示了本实用新型所述系统在桥梁结构上部署的一种方式。据此，通过本实用新型所述系统监测的项目有加速度、扰度、索力、倾斜、风速风向和温湿度。实施例2给出的说明如下：

所述系统由传感器、数据采集仪、边缘计算服务器及数据发送模块组成，各类传感器通过通信电缆与数据采集仪连接，进而实现数据的传输，无线传输方式包括4G网络模块等，由边缘计算服务器完成数据的分析、存储和对比触发。

本实用新型所述的系统在于实现缆索体系桥梁涡激振动的数据采集，对于采集的数据可通过服务器存储，包括边缘计算服务器和终端服务器。基于本实用新型所述系统进行的数据分析和监测系统为可单独实施的技术方案，例如图3所示，但是不妨碍本实用新型所述系统的实施，该技术手段为本领域技术人员应当得知。

Claims (7)

1.基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统，其特征在于：该系统在桥梁上布置有涡激振动监测单元和风况监测单元，所述的涡激振动监测单元和风况监测单元通过数据采集仪连接至边缘计算服务器，边缘计算服务器通过无线传输模块与终端服务器连接；

所述的涡激振动监测单元包括电阻式应变计、力平衡加速传感器、扰动计、索力传感器和倾角仪；

所述的风况监测单元包括风速检测仪和摄像头，所述的摄像头用于监测桥面行车画面；

所述的边缘计算服务器用于采集的数据进行区间对比，通过控制器连接行车安全预警设备，所述的安全预警设备包括预警信息显示装置。

2.根据权利要求1所述的基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统，其特征在于：所述电阻式应变计和倾角仪位于桥塔及桥梁的横桥向和纵桥向上。

3.根据权利要求1所述的基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统，其特征在于：所述的力平衡加速传感器布置于桥梁塔基上，包括两向力力平衡加速传感器和三相力力平衡加速传感器。

4.根据权利要求1所述的基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统，其特征在于：所述的扰动计位于桥梁的塔顶位置。

5.根据权利要求1所述的基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统，其特征在于：所述索力传感器位于桥梁缆索上，且等间距分布，测点对称分布。

6.根据权利要求1所述的基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统，其特征在于：所述的风速检测仪位于桥梁的塔顶位置。

7.根据权利要求1所述的基于边缘计算的缆索体系桥梁涡激振动的数据采集系统，其特征在于：所述的预警信息显示装置位于桥梁的行车道入口处。

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