一种道路桥梁工程智能测量系统的制作方法

1.本发明涉及桥梁测量技术领域，具体是一种道路桥梁工程智能测量系统。


背景技术：

2.桥梁作为跨越大型障碍物、河流、沟壑的建筑物，是现代地面交通中的重要组成部分。随着交通需求的增长和建设技术的提升，桥梁的长度不断增加，造型不断创新。同时，通行车辆数量、载重和速度也有较大的变化，这些都使得桥梁动力响应增大。
3.随着交通量日益增长，桥梁运营时间增长，超载车辆不断增多，桥梁会受到不同程度的损伤产生安全隐患，大量的公路桥梁结构不堪重负而出现了各种病害。因此，科学合理地对既有桥梁的技术状况进行评定，进而采取有效的维修加固措施，对提高桥梁服务质量和使用寿命至关重要，同时为了确保桥梁的安全运营，需要对桥梁进行变形监测，及早发现潜在隐患，避免不必要的损失。


技术实现要素：

4.为了解决上述方案存在的问题，本发明提供了一种道路桥梁工程智能测量系统。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种道路桥梁工程智能测量系统，包括数据采集模块、安全监测模块、控制器、抗压测量模块以及限速分析模块；数据采集模块：用于采集桥梁的接触参数信息并将其传输至安全监测模块；安全监测模块：用于对接触参数信息进行分析处理，判断桥梁是否出现异常；若出现异常，则生成预警信号；控制器：用于接收预警信号后控制报警器发出警报，并将桥梁的接触参数信息传输至显示模块实时显示；抗压测量模块：包括液压缸、连接轴、轮胎、超声波探头以及与连接轴通过内置齿轮传动连接的驱动电机，用于对桥梁的抗压性能进行动态检测与分析；其中液压缸的活塞连接有连接轴，所述连接轴的两侧设置有轮胎；抗压测量模块还包括设置在连接轴上的转速传感器，用于实时检测连接轴的转动速度；所述限速分析模块与抗压测量模块相连接，用于根据裂纹检测结果和对应的转动速度对桥梁的限速区间进行分析。
6.进一步地，所述抗压测量模块的具体检测分析过程包括以下步骤：将桥梁底面平均分割成n个区域；启动驱动电机带动连接轴转动，连接轴带动两侧的轮胎同步转动；控制器控制液压缸的活塞伸出，推动连接轴向下移动，直至液压缸的输出压力达到预设标准压力值，此时轮胎底面与桥梁表面接触；通过超声波探头对桥梁底面进行裂纹检测；根据裂纹检测结果对桥梁的抗压性能进行动态分析。
7.进一步地，根据裂纹检测结果对桥梁的抗压性能进行动态分析，具体为：将出现裂纹的桥梁底面区域标记为bv，统计区域bv的数量占比；获取区域bv出现裂纹时对应的压力值，并标记为ybv；将ybv与标准压力值进行差值计算得到抗压差值；根据区域bv的数量占比和抗压差值对桥梁底面的抗压差系数进行评估；若抗压差系数≥预设阈值，则判定桥梁底面的抗压性能不满足使用标准，生成抗压不合格信号并将其传输至控制器。
8.进一步地，所述控制器接收到抗压不合格信号后将区域bv的对应坐标以及抗压差系数发送至显示模块与存储模块，并控制报警模块发出警报，提示管理人员对区域bv采取有效的维修加固措施。
9.进一步地，所述限速分析模块的具体分析步骤为：v1：通过存储模块获取到区域bv，将区域bv出现裂纹时连接轴的转动速度标记为zv，得到裂纹速度区间；v2：以裂纹速度区间中的一个转动速度作为中心速度zx，统计半径r1区域内对应的出现裂纹数量为lg；将出现裂纹时的转动速度与中心速度进行速度差计算得到转速间距gi；根据裂纹数量lg和转速间距gi对该中心速度zx对应的裂纹系数进行评估；v3：若裂纹系数≥预设裂纹系数阈值，将该中心速度zx对应的速度区间标记为高危区间；所述抗压测量模块用于根据高危区间合理制定桥梁的限速区间，并将制定的限速区间发送至显示模块与存储模块。
10.进一步地，所述数据采集模块包括设置在桥梁主梁、桥墩、桥塔和地基处的传感器组；所述传感器组包括温度传感器、加速度传感器、位移传感器、挠度传感器和振动传感器；所述接触参数信息包括桥梁的温度、加速度、位移、挠度以及振动信息。
11.进一步地，所述安全监测模块的具体分析处理步骤为：步骤一：实时获取桥梁的接触参数信息，获取接触参数信息中对应的温度、加速度、位移、挠度，将各个参数信息与对应参数的标准范围相比较；若超出对应参数的标准范围，则生成预警信号；步骤二：通过振动传感器实时感应桥梁的振动信息，若振动信息处于合法阈值范围外，则在安全监测模块中创建振动元素队列，继续采集振动信息并将振动信息存储入振动元素队列；步骤三：获取振动元素队列中的元素，在预设时间区间内，若处于合法阈值范围外的元素个数达到预设第一阈值或者达到预定比例时，判定此时桥梁振动异常，生成预警信号。
12.进一步地，所述振动传感器为光纤振动传感器，具体工作步骤为：将光纤振动传感器上连接传感光纤的两根光纤跳线连接到传输光缆上，再将传输光缆与光纤解调仪相连；采用干涉型光时域反射技术解调出由振动引起的光纤中后向瑞利散射强度变化量，并将其传回安全监测模块；由安全监测模块对散射光强度信息进行傅里叶变化，将散射光强度信息转化为时域信息，再对时域信息进行分析后自动输出振动频率。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中安全监测模块用于对接触参数信息进行分析处理，判断桥梁是否出现异常；实现了高精度桥梁三维位移的监测，精准的了解桥梁健康状况，降低了桥梁事故的发生率；2、本发明中抗压测量模块用于对桥梁的抗压性能进行动态检测与分析，通过对桥梁施力不同大小的载荷，并模拟桥梁在汽车行驶状态的真实受力，通过超声波探测仪能够快速的检测裂纹点并迅速判断桥梁能否继续安全使用，监测速度快，数据准确，大大改善了以往因桥梁使用不当或者不进行适当的保养维护，导致的桥梁断裂情况的发生；3、本发明中限速分析模块用于根据裂纹检测结果和对应的转动速度对桥梁的限速区间进行分析，得到高危区间；抗压测量模块用于根据高危区间合理制定桥梁的限速区间，有效提高了桥梁的服务质量和使用寿命。
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1为本发明的原理框图。
具体实施方式
16.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
17.如图1所示，一种道路桥梁工程智能测量系统，包括数据采集模块、安全监测模块、控制器、报警模块、显示模块、抗压测量模块、存储模块以及限速分析模块；数据采集模块用于采集桥梁的接触参数信息并将其传输至安全监测模块，接触参数信息包括桥梁的温度、加速度、位移、挠度以及振动信息；数据采集模块包括设置在桥梁主梁、桥墩、桥塔和地基处的传感器组；传感器组包括温度传感器、加速度传感器、位移传感器、挠度传感器和振动传感器；安全监测模块用于对接触参数信息进行分析处理，判断桥梁是否出现异常；具体分析处理步骤为：步骤一：实时获取桥梁的接触参数信息，获取接触参数信息中对应的温度、加速度、位移、挠度，将各个参数信息与对应参数的标准范围相比较；若超出对应参数的标准范围，则生成预警信号；步骤二：通过振动传感器实时感应桥梁的振动信息，振动信息包括振动频率，其中振动传感器为光纤振动传感器，具体为：将光纤振动传感器上连接传感光纤的两根光纤跳线连接到传输光缆上，再将传输光缆与光纤解调仪相连；采用干涉型光时域反射技术解调出由振动引起的光纤中后向瑞利散射强度变化量，并将其传回安全监测模块；由安全监测模块对散射光强度信息进行傅里
叶变化，将散射光强度信息转化为时域信息，再对时域信息进行分析后自动输出振动频率；该光纤振动传感器能够有效测量桥梁竖向、横向两个方向的振动，避免大跨径桥梁振幅较大时，造成传感光纤的破坏，而使安全监测模块失效；若振动信息处于合法阈值范围外，则在安全监测模块中创建振动元素队列，以便于继续采集振动信息并将振动信息存储入振动元素队列；步骤三：获取振动元素队列中的元素，在预设时间区间内，若处于合法阈值范围外的元素个数达到预设第一阈值或者达到预定比例时，判定此时桥梁振动异常，生成预警信号；安全监测模块用于将桥梁的接触参数信息和预警信号传输至控制器，控制器接收到预警信号后控制报警器发出警报，并将桥梁的接触参数信息传输至显示模块实时显示；本发明通过实时监测桥梁的接触参数信息，实现了高精度桥梁三维位移的监测，精准的了解桥梁健康状况，降低了桥梁事故的发生率；抗压测量模块用于对桥梁的抗压性能进行动态检测与分析；抗压测量模块包括液压缸、连接轴、轮胎、超声波探头以及与连接轴通过内置齿轮传动连接的驱动电机；液压缸的活塞连接有连接轴，连接轴的两侧设置有轮胎；具体检测分析过程包括以下步骤：s1：将桥梁底面平均分割成n个区域，n=1，
……
，u，根据桥梁底面设置平面坐标系，将n个区域的坐标标记为（xn，yn），获取动态抗压检测时n个区域的压力值，并将n个区域的压力值标记为yn；s2：启动驱动电机带动连接轴转动，连接轴带动两侧的轮胎同步转动，桥梁的侧周面套设有皮带，轮胎转动时，利用轮胎表面与皮带表面的摩擦力带动皮带运行，从而使得轮胎在高速转动的同时，桥梁底面相对轮胎处于静止状态；s3：通过存储模块获取标准压力值；然后控制器控制液压缸的活塞伸出，推动连接轴向下移动，直至轮胎底面与桥梁表面接触；然后控制液压缸的输出压力达到预设标准压力值，通过超声波探头对桥梁底面进行裂纹检测；s4：根据裂纹检测结果对桥梁的抗压性能进行动态分析；具体为：s41：将出现裂纹的桥梁底面区域标记为bv，统计区域bv的数量，并得到区域bv的数量占比bz；数量占比bz为区域bv的数量与n之比；s42：获取区域bv出现裂纹时对应的压力值，并标记为ybv；将ybv与标准压力值进行差值计算得到抗压差值c1;设定若干个抗压差系数，并标记为kc；c=1，2，
…
，w；且k1＜k2＜
…
＜kw；每个抗压差系数kc均对应一个预设抗压差值范围，依次分别为（k1，k2]，（k2，k3]，
…
，（kw，kw 1]；且k1＜k2＜
…
＜kw＜kw 1；当c1∈（kw，kw 1]，则预设抗压差值范围对应的抗压差系数为kw；利用公式c2=c1
×
kw获取得到抗压差值对应的影响值c2；将所有抗压差值对应的影响值进行求和得到抗压差影响总值，并标记为c3；s43：利用公式c4=bz
×
a1 c3
×
a2获取得到抗压差系数c4；其中a1、a2均为比例系数；将抗压差系数c4与预设阈值相比较；
若c4＜预设阈值，则判定桥梁底面的抗压性能满足使用标准；若c4≥预设阈值，则判定桥梁底面的抗压性能不满足使用标准，抗压测量模块向控制器发送抗压不合格信号；控制器接收到抗压不合格信号后将区域bv的对应坐标以及抗压差系数发送至显示模块与存储模块，并控制报警模块发出警报，提示管理人员对区域bv采取有效的维修加固措施；本发明根据需要通过抗压测量模块对桥梁施力不同大小的载荷，模拟桥梁在汽车行驶状态的真实受力，并通过超声波探测仪能够快速的检测裂纹点并迅速判断桥梁能否继续安全使用，监测速度快，数据准确，大大改善了以往因桥梁使用不当或者不进行适当的保养维护，导致的桥梁断裂情况的发生；抗压测量模块还包括设置在连接轴上的转速传感器，转速传感器用于实时检测连接轴的转动速度；限速分析模块与抗压测量模块相连接，用于根据裂纹检测结果和对应的转动速度对桥梁的限速区间进行分析，具体分析步骤为：v1：通过存储模块获取到区域bv，将区域bv出现裂纹时连接轴的转动速度标记为zv，其中bv与zv一一对应，将zv照从小到大依次排列，得到裂纹速度区间；v2：以裂纹速度区间中的一个转动速度作为中心速度zx，统计半径r1区域内对应的出现裂纹数量为lg；将出现裂纹时的转动速度与中心速度进行速度差计算得到转速间距，将转速间距标记为gi，得到转速间距信息组，其中i=1，2，
…
，lg；按照标准差计算公式得到转速间距信息组的标准差
µ
；利用公式sy=(lg
×
b1)/(
µ×
b2)计算得到该中心速度zx对应的裂纹系数sy；其中b1、b2为系数因子；v3：通过存储模块获取到预设裂纹系数阈值，将裂纹系数sy与预设裂纹系数阈值相比较；若裂纹系数sy≥预设裂纹系数阈值，将该中心速度zx对应的速度区间标记为高危区间；其中，中心速度zx对应的速度区间为[zx
‑µ
，zx
µ
]；抗压测量模块用于根据高危区间合理制定桥梁的限速区间，并将制定的限速区间发送至显示模块与存储模块，有效提高了桥梁的服务质量和使用寿命。
[0018]
上述公式均是去除量纲取其数值计算，公式是由采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设参数和预设阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者大量数据模拟获得。
[0019]
本发明的工作原理：一种道路桥梁工程智能测量系统，在工作时，数据采集模块用于采集桥梁的接触参数信息并将其传输至安全监测模块，安全监测模块用于对接触参数信息进行分析处理，判断桥梁是否出现异常；首先获取接触参数信息中对应的温度、加速度、位移、挠度，将各个参数信息与对应参数的标准范围相比较；若超出对应参数的标准范围，则生成预警信号；再通过振动传感器实时感应桥梁的振动信息，若振动信息处于合法阈值范围外，则在安全监测模块中创建振动元素队列，在预设时间区间内，若处于合法阈值范围外的元素个数达到预设第一阈值或者达到预定比例时，生成预警信号；本发明通过实时监测桥梁的接触参数
信息，实现了高精度桥梁三维位移的监测，精准的了解桥梁健康状况，降低了桥梁事故的发生率；抗压测量模块用于对桥梁的抗压性能进行动态检测与分析，将桥梁底面平均分割成n个区域，启动驱动电机带动连接轴转动，连接轴带动两侧的轮胎同步转动，然后控制液压缸的输出压力达到预设标准压力值，通过超声波探头对桥梁底面进行裂纹检测；根据裂纹检测结果对桥梁的抗压性能进行动态分析，提示管理人员对区域bv采取有效的维修加固措施；本发明根据需要通过抗压测量模块对桥梁施力不同大小的载荷，模拟桥梁在汽车行驶状态的真实受力，并通过超声波探测仪能够快速的检测裂纹点并迅速判断桥梁能否继续安全使用，监测速度快，数据准确，大大改善了以往因桥梁使用不当或者不进行适当的保养维护，导致的桥梁断裂情况的发生；限速分析模块用于根据裂纹检测结果和对应的转动速度对桥梁的限速区间进行分析，将区域bv出现裂纹时连接轴的转动速度标记为zv，得到裂纹速度区间；然后以裂纹速度区间中的一个转动速度作为中心速度zx，统计半径r1区域内对应的出现裂纹数量以及对应的转速间距，计算得到该中心速度zx对应的裂纹系数sy；若裂纹系数sy≥预设裂纹系数阈值，将该中心速度zx对应的速度区间标记为高危区间；抗压测量模块用于根据高危区间合理制定桥梁的限速区间，有效提高了桥梁的服务质量和使用寿命。
[0020]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0021]
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。