一种梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统的制作方法

1.本发明涉及智慧交通技术领域，尤其涉及一种梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统。


背景技术：

2.混凝土材料开始使用后，梁式桥成为桥梁建设领域的主力军。梁式桥养护的重点在于病害的调查、判别以及修复。近年来，随着信息化技术的发展，检测及养护类单位在病害调查时逐步开始使用移动客户端进行病害录入，以实现智能评定、智能生成报告以提高生产效率。该项技术进步为病害的全周期管理分析奠定了数据基础，但数据应用还属于空白领域。此外，目前的养护管理精细化程度较低，病害修复粗犷，经常是治标不治本，桥梁表观病害虽有效减少，但无法解决“内伤”。因此，以病害数据库为基础建立病害追踪体系，以大数据分析助力养护技术提升具有较高的现实意义。
3.梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统以病害数据库为基础，通过现场记录时的操作建立了病害在时间轴上的联系，通过经常检查、短期监测对病害特征的测试实现了追踪分析。在此基础上，通过展开图和bim模型，在平台中形象化呈现了病害的分布情况，方便了养护和统计。病害追踪单元实现了病害性质判断、病害修复效果判断，为病害修复措施的选择提供了支撑，有助于养护资源的有效利用。统计分析单元提供了多种维度、多种目标的统计分析，实现了养护工作质量的评价、养护措施修复效果的对比，有助于总体养护质量的提升。


技术实现要素：

4.为解决现有技术存在的局限和缺陷，本发明提供一种梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统，包括现场采集单元、短期监测单元、mysql数据库、追踪分析单元、统计分析单元、病害可视化单元；
5.所述现场采集单元用于根据结构离散标准和病害描述标准形成通信模块，同步所述mysql数据库中的桥梁基础信息、结构信息、历史病害、预先定义的病害库、预先定义的养护措施库，现场记录病害位置、病害特征而且上传影像信息，远程连线邀请专家辅助判断病害标度，现场记录病害养护采用的措施和效果；
6.所述短期监测单元用于针对重点关注病害，现场布设无线低功耗智能低频监测传感器，通过无线网络将数据传输至所述mysql数据库，以固定的频次采集病害典型特征值；
7.所述mysql数据库用于存储所述桥梁基础信息、所述结构信息、所述历史病害、预先定义的病害库、预先定义的养护措施库，接收所述现场采集单元和所述短期监测单元传输的数据；
8.所述追踪分析单元用于根据桥梁名称、构件编号索引相关病害，以折线图形式展示同一病害的长度和宽度随着时间的变化，通过最小二乘法预测病害的发展规律，判断病害是否为结构性病害，按照检测时间实时进行技术状况自动评分；
9.所述统计分析单元用于统计各类型病害在桥、路段和管养单元的数量，计算养护经费以及各技术状况等级桥梁数量升降，进行病害周期时长、养护措施病害修复有效率、平均技术状况评分对比；
10.所述病害可视化单元用于将单桥病害或相同尺寸桥型病害根据实际位置和预设比例展示在主梁展开图以及建筑信息模型的相应面域。
11.可选的，所述远程连线邀请专家辅助判断病害标度的步骤包括：
12.当上部承重构件、桥墩、桥台、基础、支座的病害标度为4或5时，选择专家进行远程协助，通过视频聊天方式判断现场病害评定是否准确。
13.可选的，所述短期监测单元与病害管理模块整合一体，设置在桥梁数据库中，所述短期监测单元的监测对象为病害，所述病害包括裂缝宽度，所述短期监测单元用于将相同结构类型或相同建成年限的桥梁病害监测数据进行横向对比分析。
14.可选的，所述追踪分析单元在病害修复前根据所述最小二乘法判断的病害结果包括表观病害、结构性病害或者需继续追踪，所述追踪分析单元在病害修复后根据所述最小二乘法判断的修复结果包括修复无效或者修复有效。
15.可选的，所述统计分析单元用于单桥病害统计和养护经费测算，不同路段、不同管养单元下各类型病害总计、发生率、结构性病害发生率以及周期时长对比，不同路段、不同管养单元下各类型养护措施病害修复有效率对比，以及不同路段、不同管养单元下各类桥数量的升降对比、平均技术状况评定分值对比；
16.其中，所述病害总计等于所有对应病害的总长度或总面积，病害发生率等于病害总计或者可能存在该类型病害的桥梁总长，结构性病害发生率等于判定结果为“结构性病害”的病害总计或者可能存在该类型病害的桥梁总长，周期时长等于病害发现至病害修复效果被判定为“修复有效”的时间跨度，修复有效率等于采用该类型养护措施进行病害修复后修复效果被判定为“修复有效”的病害数量或者采用该类型养护措施进行病害修复的总病害数量。
17.可选的，所述病害可视化单元用于在所述可视化管理分析系统中选择结构对应的构件打开所述主梁展开图；
18.所述病害可视化单元用于在所述建筑信息模型中点选展示所述病害。
19.可选的，所述病害可视化单元设置有建筑信息模型的轻量化展示功能。
20.可选的，所述病害可视化单元的展示方式包括单桥病害展示和同尺寸桥型病害汇总展示。
21.可选的，所述病害可视化单元具有的同尺寸桥型病害汇总展示包括根据病害类型筛选展示和根据跨度范围筛选展示。
22.可选的，所述病害可视化单元用于全周期动画展示病害，展示病害从发现到观测，再从修复到观测的全过程。
23.本发明具有下述有益效果：
24.本发明提供一种梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统，包括现场采集单元、短期监测单元、mysql数据库、追踪分析单元、统计分析单元、病害可视化单元。本发明提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统通过信息化方法，将现场病害调查和监测数据融合，以追踪分析的方式实现病害发展预测、病害性质判断以及养护措施病害修复效
果判断，以统计分析的方式实现养护工作质量评价。本发明提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统支持病害可视化展示，形成梁式桥主梁病害从发现到观测，再从修复到观测的全过程管理和分析。本发明提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统通过追踪分析，实现了病害性质判断和病害修复效果判断，为病害修复措施的选择提供支撑，有助于养护资源的有效利用。本发明提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统通过统计分析，实现了养护工作质量的评价和养护措施修复效果的对比，有助于养护质量的总体提升。本发明提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统通过病害的全周期可视化管理，为桥梁病害的识别以及发生机理的判别提供支撑，有助于桥梁设计理论的提升。
附图说明
25.图1为本发明实施例一提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统的整体结构和数据传输路径示意图。
26.图2为本发明实施例一提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统的流程图。
具体实施方式
27.为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统进行详细描述。
28.实施例一
29.本实施例提供一种梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统，包括现场采集单元、短期监测单元、mysql数据库、追踪分析单元、统计分析单元、病害可视化单元。所述现场采集单元，依据结构离散标准、病害描述标准开发手机app，可同步mysql数据库中的桥梁基础信息、结构信息、历史病害以及依据《公路桥梁技术状况评定标准》定义的病害库、依据《公路桥涵养护规范》定义的养护措施库，可现场记录病害位置、特征并上传影像信息，可远程连线邀请专家辅助判断病害标度，可现场记录病害养护所采用的措施及效果。本实施例提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统通过信息化方法，将现场病害调查和监测数据融合，以追踪分析的方式实现病害发展预测、病害性质判断以及养护措施病害修复效果判断，以统计分析的方式实现养护工作质量评价。
30.本实施例中，所述短期监测单元，针对重点关注病害，现场布设无线低功耗智能低频监测传感器，通过5g无线网络将数据传输至mysql数据库，以固定的频次采集病害典型特征值。所述mysql数据库，存储桥梁基础信息、结构信息、历史病害以及依据《公路桥梁技术状况评定标准》定义的病害库、依据《公路桥涵养护规范》定义的养护措施库，接收来自于现场采集单元和短期监测单元的数据。本实施例提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统支持病害可视化展示，形成梁式桥主梁病害从发现到观测，再从修复到观测的全过程管理和分析。
31.本实施例中，所述追踪分析单元，通过桥梁名称、构件编号索引相关病害，以折线图形式展示同一病害的长度、宽度(最大缝宽)随时间的变化，通过最小二乘法预测其发展规律并判断病害是否为结构性病害，并可实时按照检测时间进行技术状况自动评分。所述统计分析单元，统计各类型病害在某桥、某路段、某管养单元的数量并计算养护经费以及各
技术状况等级桥梁数量升降，进行病害周期时长、养护措施病害修复有效率、平均技术状况评分对比。本实施例提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统通过追踪分析，实现了病害性质判断和病害修复效果判断，为病害修复措施的选择提供支撑，有助于养护资源的有效利用。
32.本实施例中，所述病害可视化单元将单桥病害或同尺寸桥型病害按照实际位置、相对比例展示于主梁展开图中以及建筑信息模型(building information modeling，bim)相应面域。可选的，所述现场采集单元，当上部承重构件、桥墩、桥台、基础、支座的病害标度为4、5时，病害保存时要求在检测单位专家库中选择专家进行远程协助，通过视频聊天方式判断现场病害评定的是否准确。
33.本实施例中，所述短期监测单元集成于桥梁数据库中，与病害管理整合为一体，监测的对象为病害，主要为裂缝宽度。此外，支持同结构类型、同建成年限桥梁病害监测数据的横向对比分析。可选的，所述追踪分析单元在病害修复前根据最小二乘法判断的病害性质包括“表观病害、结构性病害、需继续追踪”三种结果。追踪分析单元在病害修复后最小二乘法判断的修复效果包括“修复无效、修复有效”。本实施例提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统通过统计分析，实现了养护工作质量的评价和养护措施修复效果的对比，有助于养护质量的总体提升。
34.可选的，所述追踪分析单元实现了两类数据来源的病害追踪分析。针对通过经常检查方式追踪分析的桥梁病害，具体实施步骤为：养护人员现场发现病害，采用粉笔或石笔进行病害轮廓、病害特征、调查时间标记，并在现场采集单元中记录并上传数据库。每次经常检查时，根据系统显示的病害位置找到相应病害，测量相关病害特征后，重复以上记录过程。现场采集单元中记录时，打开历史记录信息，修改特征重新拍照后上传，形成了病害在时间维度的关联关系。当某次经常检查发现病害已经修复时，打开历史记录信息，记录其修复措施并拍照后上传。对修复后效果进行连续6次追踪记录无明显发展现象后，病害全周期管理结束。每次病害信息上传后，系统中根据其关联关系自动绘制长度、宽度、最大缝宽、面积的折线图，以及根据最小二乘法预测的结果，直至修复后连续6次追踪记录无明显发展现象且最小二乘法预测的结果为“修复有效”。
35.针对通过短期监测方式追踪分析的桥梁病害，病害发现后、修复前均采用短期监测进行病害特征监测。修复后与通过经常检查方式追踪分析的桥梁病害相同。
36.可选的，所述统计分析单元包含单桥病害统计及养护经费测算，不同路段、不同管养单元下各类型病害总计、发生率、结构性病害发生率以及周期时长对比，不同路段、不同管养单元下各类型养护措施病害修复有效率对比，以及不同路段、不同管养单元下各类桥数量的升降对比、平均技术状况评定分值对比。
37.病害总计＝所有对应病害的总长度或总面积，病害发生率＝病害总计/可能存在该类型病害的桥梁总长，结构性病害发生率＝判定结果为“结构性病害”的病害总计/可能存在该类型病害的桥梁总长，周期时长＝病害发现至病害修复效果被判定为“修复有效”的时间跨度，修复有效率＝采用该类型养护措施进行病害修复后修复效果被判定为“修复有效”的病害数量/采用该类型养护措施进行病害修复的总病害数量。
38.本实施例中，所述病害可视化单元支持两种展示方式，包括在主梁展开图中以及bim模型相应面域中展示。其中主梁展开图在系统中选择结构中的相应构件可打开。bim模
型中展示病害可直接在bim模型功能中点选显示。可选的，所述病害可视化单元中集成了bim轻量化展示功能。所述病害可视化单元支持两种展示内容，包括单桥病害展示以及同尺寸桥型病害汇总展示。
39.可选的，所述病害可视化单元支持同尺寸桥型病害汇总展示按照病害类型筛选展示以及按照跨度范围筛选展示。所述病害可视化单元支持全周期动画展示，呈现病害发现
→
观测
→
修复
→
观测的全过程。本实施例提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统通过病害的全周期可视化管理，为桥梁病害的识别以及发生机理的判别提供支撑，有助于桥梁设计理论的提升。
40.图1为本发明实施例一提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统的整体结构和数据传输路径示意图。如图1所示，本实施例提供一种梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统，包括现场采集单元、短期监测单元、mysql数据库、追踪分析单元、统计分析单元、病害可视化单元。所述现场采集单元，依据结构离散标准、病害描述标准开发手机app，可同步mysql数据库中的桥梁基础信息、结构信息、历史病害以及依据《公路桥梁技术状况评定标准》定义的病害库、依据《公路桥涵养护规范》定义的养护措施库，可现场记录病害位置、特征并上传影像信息，可远程连线邀请专家辅助判断病害标度，可现场记录病害养护所采用的措施及效果。
41.本实施例提供的短期监测单元，针对重点关注病害，现场布设无线低功耗智能低频监测传感器，通过5g无线网络将数据传输至mysql数据库，以固定的频次采集病害典型特征值。所述mysql数据库，存储桥梁基础信息、结构信息、历史病害以及依据《公路桥梁技术状况评定标准》定义的病害库、依据《公路桥涵养护规范》定义的养护措施库，接收来自于现场采集单元和短期监测单元的数据。
42.本实施例提供的追踪分析单元，通过桥梁名称、构件编号索引相关病害，以折线图形式展示同一病害的长度、宽度(最大缝宽)随时间的变化，通过最小二乘法预测其发展规律并判断病害是否为结构性病害，并可实时按照检测时间进行技术状况自动评分。所述统计分析单元，统计各类型病害在某桥、某路段、某管养单元的数量并计算养护经费以及各技术状况等级桥梁数量升降，进行病害周期时长、养护措施病害修复有效率、平均技术状况评分对比。
43.本实施例提供的病害可视化单元将单桥病害或同尺寸桥型病害按照实际位置、相对比例展示于主梁展开图中以及bim模型相应面域。所述现场采集单元，当上部承重构件、桥墩、桥台、基础、支座的病害标度为4、5时，病害保存时要求在检测单位专家库中选择专家进行远程协助，通过视频聊天方式判断现场病害评定的是否准确。所述短期监测单元集成于桥梁数据库中，与病害管理整合为一体，监测的对象为病害，主要为裂缝宽度。此外，支持同结构类型、同建成年限桥梁病害监测数据的横向对比分析。
44.本实施例提供的追踪分析单元在病害修复前根据最小二乘法判断的病害性质包括“表观病害、结构性病害、需继续追踪”三种结果。追踪分析单元在病害修复后最小二乘法判断的修复效果包括“修复无效、修复有效”。所述追踪分析单元实现了两类数据来源的病害追踪分析。
45.针对通过经常检查方式追踪分析的桥梁病害，本实施例提供的具体步骤为：养护人员现场发现病害，采用粉笔或石笔进行病害轮廓、病害特征、调查时间标记，并在现场采
集单元中记录并上传数据库。每次经常检查时，根据系统显示的病害位置找到相应病害，测量相关病害特征后，重复以上记录过程。现场采集单元中记录时，打开历史记录信息，修改特征重新拍照后上传，形成了病害在时间维度的关联关系。当某次经常检查发现病害已经修复时，打开历史记录信息，记录其修复措施并拍照后上传。对修复后效果进行连续6次追踪记录无明显发展现象后，病害全周期管理结束。每次病害信息上传后，系统中根据其关联关系自动绘制长度、宽度、最大缝宽、面积的折线图，以及根据最小二乘法预测的结果，直至修复后连续6次追踪记录无明显发展现象且最小二乘法预测的结果为“修复有效”。
46.本实施例针对通过短期监测方式追踪分析的桥梁病害，病害发现后、修复前均采用短期监测进行病害特征监测。修复后与通过经常检查方式追踪分析的桥梁病害相同。所述统计分析单元包含单桥病害统计及养护经费测算，不同路段、不同管养单元下各类型病害总计、发生率、结构性病害发生率以及周期时长对比，不同路段、不同管养单元下各类型养护措施病害修复有效率对比，以及不同路段、不同管养单元下各类桥数量的升降对比、平均技术状况评定分值对比。
47.本实施例中，病害总计＝所有对应病害的总长度或总面积，病害发生率＝病害总计/可能存在该类型病害的桥梁总长，结构性病害发生率＝判定结果为“结构性病害”的病害总计/可能存在该类型病害的桥梁总长，周期时长＝病害发现至病害修复效果被判定为“修复有效”的时间跨度，修复有效率＝采用该类型养护措施进行病害修复后修复效果被判定为“修复有效”的病害数量/采用该类型养护措施进行病害修复的总病害数量。
48.优选的，所述病害可视化单元支持两种展示方式，包括在主梁展开图中以及bim模型相应面域中展示。其中主梁展开图在系统中选择结构中的相应构件可打开。bim模型中展示病害可直接在bim模型功能中点选显示。所述病害可视化单元中集成了bim轻量化展示功能。所述病害可视化单元支持两种展示内容，包括单桥病害展示以及同尺寸桥型病害汇总展示。所述病害可视化单元支持同尺寸桥型病害汇总展示按照病害类型筛选展示以及按照跨度范围筛选展示。所述病害可视化单元支持全周期动画展示，呈现病害发现
→
观测
→
修复
→
观测的全过程。
49.图2为本发明实施例一提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统的流程图。如图2所示，本实施例提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析方法包含以下步骤：
50.步骤s1：进行现场病害采集。包含新病害的信息采集和历史病害信息的追踪采集，通过历史病害信息的追踪采集实现了同一病害不同时间的病害信息关联。
51.步骤s2：针对某些核心受力区的重点关注病害进行病害短期监测，现场布设无线低功耗智能低频监测传感器，通过5g无线网络将数据传输至mysql数据库，以固定的频次采集病害典型特征值。
52.步骤s3：根据经常检查方式追踪分析的和短期监测方式追踪分析的桥梁病害信息自动绘制病害特征变化曲线图，采用最小二乘法对其未来的发展趋势进行预测。针对未修复的病害，依据预测结果判断其病害性质为“表观病害、结构性病害、需继续追踪”的哪种。当为“表观病害”时，可采用常规养护措施进行修复；当为“结构性病害”时，需进行仿真分析计算，必要时进行现场荷载试验，根据具体情况提出修复方案；当为“需继续追踪”时，可继续进行经常检查或短期监测。针对已修复的病害，修复后效果进行连续6次追踪记录无明显
发展现象，且预测结果为“修复有效”时，病害全周期管理结束；如非以上情况，表明所采取的修复措施无效或效果不佳，需更换其他养护措施进行修复。该过程可应用病害可视化单元查看病害的发生位置，查看同尺寸梁式桥病害的发生情况等。
53.步骤s4：根据步骤s3中的判断情况进行现场养护修复，修复完毕后通过现场采集单元记录修复措施，并进行步骤s3中的修复效果判断。当修复效果判断为“修复无效”时，重复步骤s4。
54.步骤s5：针对病害总计、发生率、修复有效率、周期时长、技术状况升降桥梁数量、平均技术状况分值进行统计，可按照单桥、路段、养护单元分别进行统计。针对单桥，可进行养护经费测算。该过程可应用病害可视化单元查看病害的发生位置，查看同尺寸梁式桥病害的发生情况，按照病害类型筛选展示以及按照跨度范围筛选展示，查看病害发现
→
观测
→
修复
→
观测的全周期动画展示。
55.步骤s6：依据步骤s5中的统计结果，进行养护工作质量评价和养护修复效果评价。
56.本实施例提供一种梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统，包括现场采集单元、短期监测单元、mysql数据库、追踪分析单元、统计分析单元、病害可视化单元。本实施例提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统通过信息化方法，将现场病害调查和监测数据融合，以追踪分析的方式实现病害发展预测、病害性质判断以及养护措施病害修复效果判断，以统计分析的方式实现养护工作质量评价。本实施例提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统支持病害可视化展示，形成梁式桥主梁病害从发现到观测，再从修复到观测的全过程管理和分析。本实施例提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统通过追踪分析，实现了病害性质判断和病害修复效果判断，为病害修复措施的选择提供支撑，有助于养护资源的有效利用。本实施例提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统通过统计分析，实现了养护工作质量的评价和养护措施修复效果的对比，有助于养护质量的总体提升。本实施例提供的梁式桥主梁病害全周期可视化管理分析系统通过病害的全周期可视化管理，为桥梁病害的识别以及发生机理的判别提供支撑，有助于桥梁设计理论的提升。
57.可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。