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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Analyse und/oder Überwachung von Brücken sowie ein entsprechendes System.
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Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Verfahren zur Analyse von Brücken bekannt, insbesondere solche, bei denen die Auslenkung der Brücke oder einiger Elemente der Brücke durch bekannte Gewichte erfasst werden, wie zum Beispiel in der
US 6 192 758 B1 offenbart. Auch sind solche Verfahren, beispielsweise aus der US 2015 / 0 198 502 A1, bekannt, bei denen die im normalen Betrieb vorhandene Verkehrslast und die Auslenkung der Brücke durch die Verkehrslast untersucht werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Analyse und insbesondere kontinuierlichen Überwachung bzw. Überwachung von Brücken und ein entsprechendes System anzugeben.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie ein System nach Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Weiterbildungen an.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Analyse und/oder Überwachung von Brücken für Landfahrzeuge, insbesondere zur kontinuierlichen Überwachung von Brücken für Landfahrzeuge, wobei die Brücke mindestens einen Fahrspurabschnitt einer Fahrspur aufweist, wobei die Biegung mindestens eines Elementes der Brücke und eine Verkehrslast der Brücke kontinuierlich und kontaktlos erfasst werden. Dabei wird die Verkehrslast insbesondere erfindungsgemäß, wie oben dargestellt, erfasst. Des Weiteren wird ein Rückstellverhalten der Biegung des mindestens einen Elementes der Brücke nach einer Reduzierung der Verkehrslast ermittelt, wobei eine Veränderung des Rückstellverhaltens aufgrund einer Reduzierung der Dämpfung als Indiz für die Alterung, Veränderung der Tragfähigkeit und/oder Schäden verwendet wird
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Für Brücken oder deren Bauteile können näherungsweise Formeln, insbesondere Schwingungsgleichungen, angegeben werden, die deren Verhalten unter einer (zeitabhängigen) Schwingungsanregung, beispielsweise durch Verkehrslast beschreiben. Darin enthalten ist üblicherweise mindestens ein Dämpfungsterm. So kann beispielsweise eine Schwingungsgleichung mit Dämpfungsterm und zweitabhängiger Anregung durch die Verkehrslast als Modell angenommen bzw. näherungsweise angenommen werden. Durch Kenntnis der zeitabhängigen Verkehrslast und der zeitabhängigen Veränderung der Durchbiegung mindestens eines Elementes der Brücke können die Parameter einer solchen Formel angepasst werden. Hier können beispielsweise bekannte Regressionsverfahren eingesetzt werden. Dadurch lässt sich ein Rückstellverhalten der Biegung des mindestens einen Elementes bei Reduzierung der Verkehrslast ermitteln, beispielsweise als Faktor eines Dämpfungsterms. Ein solches Verfahren ist den klassischen Verfahren zum Einen dahin gehend überlegen, dass das Rückstellverhalten unabhängiger gegenüber Ungenauigkeiten oder Abweichungen der angenommenen bzw. ermittelten Verkehrslast ist, als die sonst verwendete Auslenkung des mindestens einen Elementes. Zum Anderen ist es überlegen, da es eine kontinuierliche Überwachung durch die natürliche Verkehrsbelastung oder eine Analyse ohne Sperrung der Brücke ermöglicht.
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Auf Grund der Verwendung des Rückstellverhaltens kann auch ein selbstlernendes Verhalten in Bezug auf die Verkehrslastbestimmung, beispielsweise durch die Messung Durchbiegung des mindestens einen Elementes und/oder der Brücke und/oder eines anderen Elements der Brücke mit der Analyse und/oder Überwachung basierend auf dem Rückstellverhalten kombiniert eingesetzt werden.
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Die Analyse kann beispielsweise in Bezug auf die Alterung, die Festigkeit bzw. die Standfestigkeit der Brücke durchgeführt werden. Das Rückstellverhalten bzw. die Änderung des Rückstellverhaltens über die Zeit kann als Indiz für diese Parameter verwendet werden. Auch kann es sich um ein Verfahren zur Analyse und/oder Überwachung des Rückstellverhaltens der Brücke handeln.
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Dadurch ist ein Verfahren zur Analyse und/oder Überwachung von Brücken angegeben, dass sich auch bei nicht entsprechend präparierten Brücken ohne umfangreiche Nachrüstungen realisieren lässt. Auch ist es wartungsarm und zuverlässig.
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Mit besonderem Vorteil handelt es sich bei dem mindestens einen Element der Brücke um ein lang gestrecktes Element mit einem lang gestreckten Hohlraum.
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Derartige Elemente eignen sich besonders gut zur Erfassung von Biegungen der Brücke bzw. von Auswirkungen der Verkehrslast bzw. zur Analyse und/oder Überwachung der Brücke, beispielsweise ihrer Festigkeit oder Standsicherheit.
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Mit besonderem Vorteil handelt es sich bei dem mindestens einen Element der Brücke um ein mit seiner Längserstreckung horizontal angeordnetes Element.
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Mit besonderem Vorteil wird als Maß für das Rückstellverhalten mindestens eine Dämpfkonstante aus der Verkehrslastreduzierung beziehungsweise dem zeitlichen Verlauf der Verkehrslastreduzierung und dem zeitlichen Verlauf der Biegung des mindestens einen Elementes bestimmt. Diese kann insbesondere Teil eines Dämpfungsterms in einer Schwingungsgleichung sein, die durch Regression an die Messwerte angepasst wird.
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Mit besonderem Vorteil wird das Verfahren derart ausgebildet, dass eine Veränderung des Rückstellverhaltens, insbesondere eine Reduzierung der Dämpfung, als Indiz für die Alterung, Veränderung der Tragfähigkeit und/oder Schäden verwendet wird.
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Mit besonderem Vorteil beinhaltet das Verfahren eine entsprechende Benachrichtigung, beispielsweise das Versenden einer Email und/oder das Bewirken einer Verkehrsleitungsmaßnahme, wie beispielsweise die Reduzierung der zulässigen Höchstgeschwindigkeit und/oder die Sperrung der Brücke und/oder einzelner Fahrspuren der Brücke.
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Bevorzugt wird es, wenn zur Erfassung der Verkehrslast mindestens eines Fahrspurabschnittes mindestens einer Fahrspur die Höhenprofile von Landfahrzeugen erfasst werden, die die Verkehrslast verursachen, verursachen werden und/oder verursacht haben und/oder mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit verursacht haben und/oder verursachen werden und wobei aus den Höhenprofilen eine Verkehrslast bestimmt wird.
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Bevorzugt werden somit Höhenprofile von Landfahrzeugen, beispielsweise Pkws, Lkws, Bussen, Zügen oder anderen Landfahrzeugen erfasst, die die Verkehrslast verursachen, verursachen werden und/oder verursacht haben oder dies mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit tun werden. Somit kann beispielsweise eine Vermessung der Höhenprofile in dem zu betrachtenden Fahrspurabschnitt, vor diesem oder nach diesem erfolgen. Auch ist bei entsprechenden Abzweigungen oder möglichen Fahrspurwechseln bei mehreren nebeneinander angeordneten Fahrspuren, sofern denn eine Aufschlüsselung der Verkehrslast nach Fahrspuren gewünscht ist, eine Erfassung auch vor und nach dem Fahrspurabschnitt, oder beispielsweise ebenfalls hinter einer entsprechenden Abzweigung möglich. Mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit lässt sich dann dennoch aussagen, welches der in Bezug auf die Höhenprofile erfassten Landfahrzeuge Verkehrslast auf dem mindestens einen Fahrspurabschnitt erzeugt, erzeugt hat und/oder erzeugen wird.
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Durch eines solches Verfahren, das auf einfache Weise beispielsweise durch optische Abtastung von oben, aber auch durch anderartige Abtastung, beispielsweise durch elektromagnetische Wellen, beispielsweise Radar oder durch eine Kombination erreicht werden kann, lässt sich auf eine einfache Art und Weise vergleichsweise zuverlässig die Verkehrslast ermitteln. Auch ist ein solches Verfahren ohne großen Nachrüstaufwand, insbesondere ohne Veränderung der Fahrspuroberfläche möglich. Beispielsweise ist das Verfahren auch für jede Fahrspur aufgeschlüsselt möglich, wenn mehrere Fahrspuren nebeneinander angeordnet sind, ohne dass sich die Messungen oder Objekte gegenseitig beeinflussen, wie dies beispielsweise bei einer Messung von der Seite der Fall ist.
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Durch Erfassen der Höhenprofile kann nicht nur das Modell des Fahrzeuges ermittelt werden, sondern auch eine vergleichsweise zuverlässige Aussage über die Beladung des jeweiligen Fahrzeugs erreicht werden.
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So kann beispielsweise die Schräglage des Daches und/oder die Durchbiegung des Daches und/oder die Höhe des Profils über der Fahrspur als Indiz für die Beladung verwendet werden.
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Dazu kann insbesondere auf eine Datenbank mit Höhenprofilen von Landfahrzeugen zugegriffen werden. Insbesondere wird bei der Erfassung von Höhenprofilen nicht nur das Höhenprofil des Landfahrzeuges als relatives Höhenprofil, sondern auch dessen absolute Höhe zur Fahrspuroberfläche bestimmt.
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Mit besonderem Vorteil wird das Verfahren derart durchgeführt, dass die Erfassung der Höhenprofile unter Verwendung jeweils mindestens eines über jeder der mindestens einen Fahrspur angeordnetes optisches Abstandsmesssystem erfolgt und die Geschwindigkeit von den Landfahrzeugen, die die Verkehrslast verursachen, verursachen werden und/oder verursacht haben und/oder mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit verursacht haben und/oder verursachen werden, ermittelt wird. Die Ermittlung der Geschwindigkeit ist bei der Verwendung eines optischen Abstandsmesssystems pro Fahrspur notwendig, um auch die erfassten Abstandswerte in ein Höhenprofil mit korrekter Länge umzuwandeln. Darüber hinaus ist die Ermittlung in vielen Fällen notwendig um die Bewegung der Last mit der Zeit mit einer ausreichenden Wahrscheinlichkeit vorauszusagen oder zurück zu rechnen. Insbesondere wird die Geschwindigkeit am Ort oder in der Nähe, insbesondere in einem Abstand von maximal 500 m, insbesondere maximal 10 m vom Order der Ermittlung der Höhenprofile entfernt durchgeführt bzw. werden die Vorrichtungen entsprechend angeordnet. Die Geschwindigkeit kann dabei auf verschiedene Arten und Weisen erfasst werden, beispielsweise durch Radar oder andere Dopplermessungen oder mehrere zeitversetzte Abstandsmessungen. Es ist jedoch auch möglich, beabstandet von der Erfassungslinie eines ersten kontaktlosen, insbesondere optischen Abstandsmesssystems ein weiteres kontaktloses Messsystem, insbesondere optisches, insbesondere Abstandsmesssystem in Richtung oder gegen die Richtung der Bewegung der Landfahrzeuge vorzusehen und dadurch und die Kenntnis der zwischen diesen Systemen liegenden Strecke eine Geschwindigkeit zu bestimmen. So können beispielsweise auf jeder Fahrspur zwei in Längserstreckung der jeweiligen Fahrspur beabstandet angeordnete optische Abstandsmesssysteme verwendet werden, die insbesondere von oben auf die Fahrspur, insbesondere senkrecht, gerichtet sind. Ist der Abstand der Messpunkte in Fahrtrichtung bekannt, kann aus den Messwerten bzw. ihrem zeitlichen Verlauf die Geschwindigkeit bestimmt werden. Diese doppelte Erfassung kann auch zur Erhöhung der Genauigkeit der Erstellung der Höhenprofile verwendet werden.
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Mit besonderem Vorteil wird zur Ermittlung der Verkehrslast aus den Höhenprofilen eine Datenbank mit Höhenprofilen von Landfahrzeugen vorgesehen und werden zur Ermittlung der Verkehrslast die erfassten Höhenprofile mit den Daten in der Datenbank abgeglichen. Dadurch kann beispielsweise ein Fahrzeugmodell ermittelt werden. Insbesondere sind in der Datenbank auch Angaben zu Gewichten der Landfahrzeuge enthalten, beispielsweise Leergewichte und/oder zulässige Gesamtgewichte.
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Darüber hinaus können in der Datenbank auch weitere Informationen vorgesehen sein, die beispielsweise die übliche Veränderung der Höhenprofile bei verschiedenen Zuladungen bzw. Gesamtgewichten angeben.
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Mit besonderem Vorteil wird das Verfahren selbstlernend ausgestaltet und wird zum Selbstlernen ein weiterer von der Verkehrslast abhängiger Parameter gemessen und zur Anpassung und/oder Erweiterung einer bzw. der Datenbank genutzt. So kann beispielsweise die Auslenkung einer Brücke bzw. mindestens eines (weiteren/anderen) Elements der Brücke und/oder die Verformung einer Fahrbahn unter der Verkehrslast erfasst werden. Die Verformung einer Brücke oder eines Elements der Brücke bzw. einer Fahrbahn kann ebenfalls durch optische Messsysteme, beispielsweise Abstandsmesssysteme, insbesondere mit speziellen, gestuften Reflektionstargets, erfolgen.
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Gelöst wird die Aufgabe auch durch ein System zur Analyse und/oder Überwachung von Brücken für Landfahrzeuge, wobei die Brücke mindestens einen Fahrspurabschnitt einer Fahrspur aufweist, aufweisend mindestens eine Biegungsüberwachungsvorrichtung zur kontinuierlichen und kontaktlosen Erfassung der Biegung mindestens eines Elementes der Brücke und aufweisend ein System zur kontinuierlichen und kontaktlosen Ermittlung einer Verkehrslast, insbesondere einer erfindungsgemäßen Ermittlung der Verkehrslast und aufweisend eine Auswerteeinheit, die nach und/oder aus einer Reduzierung der Verkehrslast aus der erfassten Biegung und der ermittelten Verkehrslast ein Rückstellverhalten der Biegung des mindestens einen Elementes der Brücke ermittelt.
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Mit besonderem Vorteil ist die Auswerteeinheit, insbesondere zusammen mit den weiteren Bestandteilen des Systems, eingerichtet zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Mit besonderem Vorteil ist die Auswerteeinheit eingerichtet auf Basis einer Schwingungsgleichung und Durchführung einer Regression zu Anpassung der Schwingungsgleichung an die ermittelte Verkehrslast und Durchbiegung mindestens einen Dämpfungsparameter, insbesondere eine Konstante eines Dämpfungsterms zu bestimmen.
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Mit besonderem Vorteil weist das System zur Analyse und/oder Überwachung von Brücken für Landfahrzeuge eine Analysevorrichtung auf, die aus dem zeitlichen Verlauf des ermittelten Rückstellverhaltens eine Veränderung des Rückstellverhaltens erkennen kann und weist das System eine Speichereinheit zur Speicherung der ermittelten Rückstellverhalten und/oder der Veränderung des Rückstellverhaltens und/oder eine Benachrichtigungsvorrichtung zur Benachrichtigung bei Veränderungen des Rückstellverhaltens, insbesondere nur bei einer Veränderung, die eine vorgegebene Veränderung oder Veränderungsspanne übersteigt. Insbesondere weist ein erfindungsgemäßes System eine Benachrichtigungseinheit, beispielsweise eine Einheit zur Beeinflussung der Verkehrsregelung, wie beispielsweise einer Veränderung einer zulässigen Höchstgeschwindigkeit und/oder Sperrung einzelner oder aller Fahrspuren auf.
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Bevorzugt wird es, wenn das System ein System zur kontinuierlichen und kontaktlosen Bestimmung einer Verkehrslast mindestens eines Fahrspurabschnittes einer Fahrbahn umfasst, das eine Vorrichtung zur Erfassung der Höhenprofile von Landfahrzeugen, die die Verkehrslast verursachen, verursachen werden und/oder verursacht haben und/oder mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit verursacht haben und/oder verursachen werden, aufweist sowie aufweisend eine Datenbank mit Angaben zu Höhenprofilen und Gewichten von Landfahrzeugen und aufweisend eine Auswertevorrichtung, die aus den Höhenprofilen unter Rückgriff auf die Datenbank die Verkehrslast ermittelt. Insbesondere ist die Auswertevorrichtung, insbesondere zusammen mit den weiteren Bestandteilen des Systems, eingerichtet ein erfindungsgemäßes Verfahren, wie oben geschildert, durchzuführen. Auch in Bezug auf die weitere Durchführung und Ausgestaltung gelten obige Ausführungen entsprechend.
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Mit besonderem Vorteil weist das System zur kontinuierlichen und kontaktlosen Bestimmung einer Verkehrslast jeweils mindestens ein über jeder der mindestens einen Fahrspur angeordnetes optisches Abstandsmesssystem auf und weist das System mindestens eine Vorrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit von Landfahrzeugen auf, die die Verkehrslast verursachen, verursachen werden und/oder verursacht haben und/oder mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit verursacht haben und/oder verursacht werden. Dabei kann das mindestens eine optisches Abstandsmesssystem auch Teil der Vorrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit sein.
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Mit besonderem Vorteil weist das System zur kontinuierlichen und kontaktlosen Bestimmung einer Verkehrslast zur Ermittlung der Geschwindigkeit über jede der Fahrspuren zwei Längserstreckungen der jeweiligen Spur beabstandet abgeordnete optische Abstandsmesssysteme auf. Eins davon oder beide können auch zur Ermittlung der Höhenprofile eingesetzt werden.
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Weitere Vorteile sollen rein exemplarisch und nicht beschränkend anhand der nachfolgenden rein schematischen und nicht beschränkten Figuren erläutert werden. Dabei zeigen:
- 1 zwei Fahrzeuge auf einer Fahrspur mit zwei optischen Abstandsmesssystemen;
- 2 Höhenprofile auf einem Fahrspurabschnitt;
- 3 ebenfalls zwei Fahrzeuge auf einer Fahrspur sowie zwei optische Abstandsmesssystem; und
- 4 Höhenprofile auf einem Fahrspurabschnitt.
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1 zeigt eine Fahrspur 7 mit einem darauf angeordneten, im linken Bereich gezeigten Fahrspurabschnitt 2. Über der Fahrbahn 7 in Verkehrsflussrichtung vor dem Fahrspurabschnitt 2 sind in Fahrtrichtung voneinander beabstandet zwei optische Abstandsmesssysteme 1 mit senkrecht auf die Fahrspur 7 gerichteten Messstrecken gezeigt. Weiter rechts gezeigt sind zwei Landfahrzeuge 3, 4, die baugleich sind, wobei das zweite Landfahrzeug 4 deutlich schwerer beladen ist als das erste Landfahrzeug 3. Bewegen sich die Landfahrzeuge 3, 4 in Fahrtrichtung vorwärts, passieren sie zunächst das erste, rechte Abstandsmesssystem 1 und sodann das zweite, linke Abstandsmesssystem 1. Durch den Zeitabstand und der Kenntnis des Abstands in Fahrtrichtung zwischen den optischen Abtsandmesssystemen 1 lässt sich die Geschwindigkeit des Landfahrzeuges 3, 4 ermitteln. Die Abstandsmesssysteme ermitteln die Abstände zur Oberkante der Landfahrzeuge 3, 4. Daraus kann ein Höhenprofil erstellt werden.
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2 zeigt solche Höhenprofile der Landfahrzeuge 3, 4. Gezeigt ist ein erstes Höhenprofil 5 des ersten Landfahrzeuges 3 und zweites Höhenprofil 6 des zweiten Landfahrzeuges 4. Diese sind mit der gemessenen Geschwindigkeit extrapoliert dargestellt im Fahrspurabschnitt 2. Zu erkennen ist deutlich eine unterschiedliche Ausprägung der erfassten Höhenprofile 5, 6, was auf die unterschiedliche Beladung zurückzuführen ist.
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3 zeigt eine ähnliche Anordnung wie in 1, jedoch mit von den Landfahrzeugen 3, 4 aus 1 abweichenden Landfahrzeugen 8 und 9. In den in 4 gezeigten Höhenprofilen 10 des Fahrzeuges 8 und 11 des Fahrzeuges 9, ist nicht nur deutlich zu erkennen, dass die Fahrzeugmodelle aufgrund der Höhenprofile im Vergleich zu 2 nicht nur deutlich von den Fahrzeugen in 1 unterschieden werden können, sondern dass auch die deutlich höhere Zuladung des Landfahrzeuges 9 gegenüber dem Landfahrzeug 8 in den Höhenprofilen 10 bzw. 11 deutlich erkennbar ist.
