基于区域分布传感和DIC技术融合的桥梁位移监测系统的制作方法

基于区域分布传感和dic技术融合的桥梁位移监测系统
技术领域
1.本发明涉及桥梁结构安全健康监测技术领域，具体涉及一种基于区域分布传感和dic技术融合的桥梁位移监测系统。


背景技术：

2.随着经济的快速发展，我国在世界的影响力日益突出。我国与道路交通相关的设计、修建及检测技术一直走在世界前列。桥梁作为道路交通的重要组成部分，其安全性直接影响道路交通的运行及安全性。截至2020年年末，我国公路桥梁共有91.28万座，总长度达6628.55万米，比2019年年末增加了3.45万座，总长度增加了565.10万米。
3.在桥梁运行过程中，由于恒载、活荷载（车辆荷载、风荷载、地震荷载等）的长期作用下，桥梁不可避免地会发生累积损伤（混凝土碳化、钢筋锈蚀、随机结构性裂缝、预应力损失、疲劳裂纹等）。我国公路桥梁虽然建成数量众多，但其中很多桥梁的服役时间过久，养护状况较差，通常存在一些安全风险。
4.随着众多大型公路桥梁使用年限的增加，为从桥梁结构中获取损伤的重要参数指标，国内外进行了桥梁健康监测方面的研究。桥梁健康监测系统通过在桥梁结构关键位置上安装传感器实施长期监测、评估桥梁的结构状态，在交通条件、自然环境、或运营状况出现异常时发出预警信号，为桥梁维护、维修与管理决策提供依据和指导，可在第一时间发现问题，及时避免恶性事故。
5.目前，光纤光栅传感器已被广泛应用于各桥梁监测系统中。分布式长标距fbg传感器在结构的全面监测方面具有其独特的优势，利用一根或几根光纤可以把大量光纤光栅传感器串联起来，进行大空间范围内的连续、实时、准确的测量。基于dic技术的桥梁检测方法具有操作步骤简单、工作效率高等优点，目前也被广泛使用。在实际中，由于大量的传感器依靠一根或几根光纤串接，当光纤损坏时会造成大量光纤光栅传感器的数据丢失，最终导致桥梁监测系统的瘫痪。此时，基于dic技术的桥梁检测方法的优势显现出来，实现视场内的精确测量。
6.基于上述问题，现提出同时采用分布式光纤传感技术及dic技术，构建一个桥梁位移监测平台，弥补传感器监测的数据丢失问题并增强监测数据的可信度。


技术实现要素：

7.本发明在于克服现有技术的不足，提供了一种基于区域分布传感和dic技术融合的桥梁位移监测系统，通过分布式长标距fbg传感器与基于dic技术的视频位移计对桥梁的变形与位移进行长期实时监测，并对桥梁结构安全进行评估与预警，解决了现有桥梁位移监测系统中所需传感器数量较多及监测点丢失无法找回等问题。
8.本发明可通过以下技术方案实现：基于区域分布传感和dic技术融合的桥梁位移监测系统，包括：数据采集系统、本地状态监控系统及远程健康监测与诊断系统三个子系统，
所述的数据采集系统包括若干分布式长标距fbg传感器、若干基于dic技术的视频位移计、光纤光栅解调仪和led光靶，所述的分布式长标距fbg传感器，固定于桥梁待监测部位，用于监测桥梁的横向梁宽方向，纵向梁长方向以及竖向梁高方向的应变；所述的基于dic技术的视频位移计，设置于桥梁支座处各监测点附近，用于监测桥梁的横向梁宽方向，纵向梁长方向以及竖向梁高方向的位移；所述的led光靶，固定于分布式长标距fbg传感器位置及其它监测点位置，用于识别基于dic技术的视频位移计的监测点；光纤光栅解调仪，通过传输光纤将其与分布式长标距fbg传感器连接，用于解调分布式长标距fbg传感器产生的波长传感信号；所述的本地状态监控系统包括工控机，所述的工控机与光纤光栅解调仪及基于dic技术的视频位移计相连接，用于对应变和位移数据的收集及数据融合处理，数据进行融合处理后，初步分析判断所采集数据是否超出系统设定阈值，并做出预警；所述的远程健康监测与诊断系统包括gprs dtu模块和远程服务器，所述的gprs dtu模块，与工控机连接，将工控机中的数据向远程服务器进行远程无线数据传输；所述的远程服务器，用于接收工控机初步处理数据，做出桥梁结构安全性评价、桥梁结构健康状况评估及桥梁结构寿命预测。
9.进一步，所述光纤光栅解调仪的输出端与工控机通过rj
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45接口连接，所述基于dic技术的视频位移计的输出端通过hdmi接口与工控机相连。
10.进一步，所述分布式长标距fbg传感器通过一根传输光纤串接，并与光纤光栅解调仪连接。
11.进一步，所述led光靶为特制恒流远射led光靶，对其进行分时段供电，在白天亮度适宜时无需供电。
12.进一步，所述分布式长标距fbg传感器通过膨胀螺栓固定在监测点位置，并做好标记，明确其监测的桥梁部位。
13.进一步，所述数据融合处理的具体方式为：式中，是指数据融合处理后的监测位移；、分别是指采用分布式长标距fbg传感器、基于dic技术的视频位移计的检测手段在进行数据融合处理时的融合系数；、分别是指采用分布式长标距fbg传感器、基于dic技术的视频位移计的检测手段获取的监测位移；当采用分布式长标距fbg传感器获取的数据无效、采用基于dic技术的视频位移计获取的数据有效时，、；当采用基于dic技术的视频位移计获取的数据无效、采用分布式长标距fbg传感器获取的数据有效时，、；当采用分布式长标距fbg传感器、基于dic技术的视频位移计获取的数据均有效时，、；当采用分布式长标距fbg传感器、基于dic技术的视频位移计获取的数据均无效时，提取基于dic技术的视频位移计拍摄视频，进行后处理分析，无需进行数据融合处理。
14.由以上本发明的技术方案可知，本发明公开的基于区域分布传感和dic技术融合的桥梁位移监测系统构建了一个桥梁位移监测平台，弥补传感器监测的数据丢失问题并增强监测数据的可信度，适用于大型桥梁结构位移24小时实时监测，与现有桥梁位移监测系统相比，具有精确度高、抗干扰能力强、稳定性好、丢点自动找回等优势。
附图说明
15.图1为本发明公开的结构示意图。
16.图2为本发明公开的分布式长标距fbg传感器及基于dic技术的视频位移计布置示意图。
17.图3为本发明公开的工作流程示意图。
18.其中，1
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分布式长标距fbg传感器，2
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传输光纤，3
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基于dic技术的视频位移计，4
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光纤光栅解调仪，5
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工控机，6
‑ꢀ
gprs dtu模块，7
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远程服务器，8
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led光靶。
具体实施方式
19.下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
20.如图1所示，本发明提供了一种基于区域分布传感和dic技术融合的桥梁位移监测系统，包括：若干分布式长标距fbg传感器1被固定在桥梁主体的关键监测部位，如桥梁跨中，用于监测桥梁的应变；传输光纤2将光纤光栅解调仪4连接至分布式长标距fbg传感器1，用于解调光纤光栅应变传感器产生的波长传感信号；光纤光栅解调仪4、基于dic技术的视频位移计3分别通过rj
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45接口及hdmi接口与工控机5连接，工控机5接收分布式长标距fbg传感器1及基于dic技术的视频位移计3采集数据，并进行数据融合处理，初步分析数据是否超出设定阈值，做出预警；工控机5通过外置gprs dtu模块6与远程服务器7连接，进行远程无线数据传输；远程服务器7，用于进一步分析数据，做出桥梁结构安全性评价、桥梁结构健康状况评估及桥梁结构寿命预测。
21.如图2所示，分布式长标距fbg传感器1包含竖向传感器、横向传感器以及纵向传感器，分别用于测量桥梁主体的横向梁宽方向，纵向梁长方向以及竖向梁高方向的应变。可根据监测点具体情况选用合适的传感器尺寸。基于dic技术的视频位移计3安装在固定支架上，每跨安装两个基于dic技术的视频位移计，构成三维位移监测系统。各监测点led光靶8之间的连接方式为串联，在光线较好时无需供电，在夜间，利用户外供电装置对led光靶8进行供电。
22.光纤光栅解调仪4通过检测分布式长标距fbg传感器1内光纤光栅反射光中心波长的变化来得到待测桥梁应变变化，进而实时获得监测点的横向位移、纵向位移及竖向位移。
23.基于dic技术的视频位移计3利用具有国际领先水平的快速、高精度亚像素定位算法和斜光轴成像原理对高速数字相机视频图像中多个监测点的运动轨迹进行实时、高精度跟踪，获得外载荷作用下桥梁监测点（亚像素精度的）位移量。对于同一座桥梁，通过安装两个视频位移计3达到测量桥梁主体三维位移的目的。
24.基于dic技术的视频位移计3具有光线补偿功能，户外测量能够消除光线变化对结果的影响。且基于dic技术的视频位移计3内嵌温度补偿模块，长期测量中温度发生变化时可自动修复。
25.基于dic技术的视频位移计3可进行实时视频录制，可对光线较好时录制的视频后期添点，反复测量分析可视范围内任意位置变化情况。
26.根据桥梁具体结构形式和监测点数量及位置，确定分布式长标距fbg传感器1、led光靶8及基于dic技术的视频位移计3的具体布置。一般情况下，每跨桥梁需要配备两个基于dic技术的视频位移计3，用于监测桥梁主体的三维位移情况。
27.将分布式长标距fbg传感器1与基于dic技术的视频位移计3的监测数据通过工控机5进行融合处理，获得可信度更高的监测数据：式中，是指数据融合处理后的监测位移；、分别是指采用分布式长标距fbg传感器、基于dic技术的视频位移计的检测手段在进行数据融合处理时的融合系数；、分别是指采用分布式长标距fbg传感器、基于dic技术的视频位移计的检测手段获取的监测位移；当采用分布式长标距fbg传感器获取的数据无效、采用基于dic技术的视频位移计获取的数据有效时，、；当采用基于dic技术的视频位移计获取的数据无效、采用分布式长标距fbg传感器获取的数据有效时，、；当采用分布式长标距fbg传感器、基于dic技术的视频位移计获取的数据均有效时，、；当采用分布式长标距fbg传感器、基于dic技术的视频位移计获取的数据均无效时，提取基于dic技术的视频位移计拍摄视频，进行后处理分析，无需进行数据融合处理。
28.工控机5将接收到的数据进行融合处理后，判断处理后的数据是否超出事先设定的阈值，如超出阈值，通过外接gprs dtu模块6将报警信号发送到远程服务器7。
29.如图3所示，数据采集系统、本地状态监控系统及远程健康监测与诊断系统作为三个子系统，从而形成本发明的桥梁位移监测系统。数据采集系统包括分布式长标距fbg传感器1、光纤光栅解调仪4、led光靶8及基于dic技术的视频位移计3，通过数据采集系统实现对桥梁应变和位移的实时采集。本地状态监控系统主要依靠工控机5实现，工控机5接收数据采集系统的数据，并经软件系统融合处理后决定是否发出报警信号。gprs dtu模块6、因特网及远程服务器7构成了远程健康监测与诊断系统。gprs dtu模块6通过因特网将本地状态监控系统数据传输到远程服务器7，远程服务器7接收到数据后，作进一步分析，完成桥梁结构安全性评价、桥梁结构健康状况评估及结构寿命预测等工作。
30.综上所述，本发明基于区域分布传感和dic技术，利用安装在桥梁主体的若干分布式长标距fbg传感器及安装在桥墩附近的若干基于dic技术的视频位移计，实现对桥梁应变和位移的实时监测。并与工控机、gprs dtu模块、远程服务器等进行结合，形成桥梁位移监测系统。采用本发明对桥梁位移进行实时监测，具有精确度高、抗干扰能力强、稳定性好、丢点自动找回等优势。
31.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但本领域的技术人员应当理解，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可作多种变动与润饰。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。