[發(fā)明專利]一種橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410145554.0
• 申請(qǐng)日: 2014-04-11
• 公開（公告）號(hào): CN103940358B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾有全;高文武;屈戰(zhàn)輝;楊利峰;郭敏;黃元庫(kù);陳長(zhǎng)軍;徐克強(qiáng);朱昌林
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 郭敏;曾有全
• 主分類號(hào): G01B11/16
• 分類號(hào): G01B11/16
• 代理公司: 西安文盛專利代理有限公司61100
• 代理人: 李中群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于力學(xué)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種可用于橋梁、大壩、結(jié)構(gòu)件等目標(biāo)的位移和形變測(cè)量技術(shù)，特別是一種用于橋梁變形的參數(shù)和圖像實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

橋梁、大壩、結(jié)構(gòu)件等目標(biāo)的變形主要包括靜態(tài)變形和動(dòng)態(tài)變形，靜態(tài)變形是指地基下陷、傾斜和應(yīng)力松弛等變化很慢的變形，動(dòng)態(tài)變形是指由于風(fēng)、溫度、地震及交通負(fù)載引起的短期變形，其參數(shù)監(jiān)測(cè)對(duì)于目標(biāo)的安全評(píng)估分析具有重要的作用。世界上很多國(guó)家都投入了很大的人力物力，進(jìn)行橋梁變形測(cè)量技術(shù)的研究。

傳統(tǒng)的橋梁變形檢測(cè)的儀器有百分表、千分表、加速計(jì)、水準(zhǔn)儀、經(jīng)緯儀等。目前，這些儀器在橋梁驗(yàn)收、定期檢測(cè)中仍然廣泛使用，但是需要專業(yè)技術(shù)人員，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，人為誤差大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能實(shí)現(xiàn)在線、實(shí)時(shí)、自動(dòng)、智能測(cè)量。近年來，信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展大大帶動(dòng)了橋梁變形測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，涌現(xiàn)了許多新技術(shù)和新方法，比如激光位移法和GPS(Global?Position?System)定位測(cè)量法。激光位移儀能實(shí)現(xiàn)亞毫米的位移測(cè)量，但是量程僅能達(dá)到數(shù)十厘米，不能滿足跨距較大的用于橋梁大變形的測(cè)量，其垂直位移可達(dá)米級(jí)；GPS定位測(cè)量法可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線測(cè)量橋梁的大變形，但是其精度智能達(dá)到厘米級(jí)，且費(fèi)用高昂，限制了其推廣應(yīng)用。

此外在應(yīng)用中還存在著以下問題：（1）傳感器數(shù)量種類多，難以實(shí)現(xiàn)各類輸出數(shù)據(jù)的精確同步，給后續(xù)數(shù)據(jù)的融合、處理和分析帶來困難；（2）橋梁變形的監(jiān)測(cè)屬于長(zhǎng)期，加上傳感器數(shù)量較多，為了節(jié)約數(shù)據(jù)資源，減小無線數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)備份的壓力，需要對(duì)靜態(tài)變形進(jìn)行低時(shí)間分辨力的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)動(dòng)態(tài)變形進(jìn)行高時(shí)間分辨力的短期集中監(jiān)測(cè)，但是現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)上述的控制，造成了數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi)或者難以達(dá)到對(duì)特殊事件的高時(shí)間分辨力測(cè)量；3）圖像實(shí)時(shí)記錄會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，會(huì)給后續(xù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)傳輸帶來壓力，同樣急需要一種既能滿足對(duì)動(dòng)態(tài)大范圍形變的全過程記錄，又能節(jié)省數(shù)據(jù)資源的裝置。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在橋梁上安裝了環(huán)境檢測(cè)傳感器、流量檢測(cè)傳感器、結(jié)構(gòu)檢測(cè)傳感器和用于橋梁整體形貌監(jiān)測(cè)的抓拍像機(jī)，并對(duì)各個(gè)傳感器和像機(jī)進(jìn)行時(shí)間同步控制處理，為數(shù)據(jù)加上時(shí)間標(biāo)記；同時(shí)通過對(duì)結(jié)構(gòu)檢測(cè)傳感器的信號(hào)閾值判斷，控制抓拍像機(jī)工作，識(shí)別動(dòng)態(tài)變形事件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)突發(fā)時(shí)間的完整記錄。此外本發(fā)明采用了先進(jìn)的集成式位移傳感器，大大提高了測(cè)量精度，并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、二維實(shí)時(shí)測(cè)量、測(cè)量量程大等特點(diǎn)。

本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容如下：

一種橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括核心控制處理模塊和與核心控制處理模塊聯(lián)接的環(huán)境檢測(cè)傳感器單元、流量檢測(cè)傳感器單元、結(jié)構(gòu)檢測(cè)傳感器單元、抓拍像機(jī)、GPS授時(shí)單元和無線數(shù)據(jù)傳輸單元；

核心控制處理模塊包括中央控制單元和與中央控制單元聯(lián)接的數(shù)據(jù)采集單元、同步觸發(fā)控制單元和數(shù)據(jù)處理單元；

數(shù)據(jù)采集單元用于獲取環(huán)境檢測(cè)傳感器單元、流量檢測(cè)傳感器單元和結(jié)構(gòu)檢測(cè)傳感器單元的傳感器數(shù)據(jù)；

同步觸發(fā)控制單元按照GPS授時(shí)單元提供的時(shí)基信號(hào)，按設(shè)定的頻率同步觸發(fā)數(shù)據(jù)采集單元對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行采集；

數(shù)據(jù)處理單元用于傳感器信號(hào)的分析、處理和抓拍像機(jī)的觸發(fā)閾值判斷，并按照GPS授時(shí)單元提供的時(shí)基信號(hào)，對(duì)傳感器數(shù)據(jù)和抓拍像機(jī)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，加上時(shí)間標(biāo)示碼；

中央控制單元根據(jù)數(shù)據(jù)處理單元的觸發(fā)閾值判斷結(jié)果驅(qū)動(dòng)抓拍像機(jī)工作，并將處理后的傳感器數(shù)據(jù)和像機(jī)數(shù)據(jù)經(jīng)無線數(shù)據(jù)傳輸單元傳出。

上述橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，環(huán)境檢測(cè)傳感器單元包括溫度傳感器、風(fēng)速傳感器、雨量傳感器中的一種或幾種組合。

上述橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，流量檢測(cè)傳感器單元包括地感傳感器、紅外傳感器、稱重傳感器中的一種或幾種組合。

上述橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，結(jié)構(gòu)檢測(cè)傳感器單元包括位移傳感器、應(yīng)變傳感器、振動(dòng)傳感器中的一種或幾種組合。

上述橋梁實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，位移傳感器包括在被測(cè)量目標(biāo)上設(shè)定的靶標(biāo)和在遠(yuǎn)距離處設(shè)置的遠(yuǎn)程位移傳感器，所述的遠(yuǎn)程位移傳感器設(shè)置在變形可忽略的固定支點(diǎn)上。

遠(yuǎn)程位移傳感器包括光學(xué)鏡頭、圖像傳感器、核心控制功能單元、處理存儲(chǔ)單元、觸發(fā)控制單元和數(shù)據(jù)輸出單元，其中

光學(xué)鏡頭瞄準(zhǔn)被測(cè)量目標(biāo)上設(shè)置的靶標(biāo)；

圖像傳感器為CCD或CMOS傳感器，用于獲取被測(cè)量目標(biāo)的圖像；

觸發(fā)控制單元用于提供遠(yuǎn)程位移傳感器所需的觸發(fā)信號(hào)；

數(shù)據(jù)輸出單元與處理存儲(chǔ)單元聯(lián)接，用于圖像數(shù)據(jù)的發(fā)送；