一种缆索施工过程中智能监测预警分析系统的制作方法

1.本实用新型涉及桥梁监测技术领域，尤其涉及一种缆索施工过程中智能监测预警分析系统。


背景技术：

2.随着交通经济的快速发展，跨越江河、跨越深山峡谷的桥梁工程得到快速发展。悬索桥以跨越能力大、缆索受力合理、桥型优美的特点，经常成为此类桥梁设计的推荐方案，而缆索系统作为悬索桥的重要受力构造，在制造、安装施工过程中需要特别重视。
3.但是，缆索在施工期面临着空间结构复杂，在精确定位鞍体和猫道空间位置方面技术流程繁琐，同时索股架设跨越江河航道，索股对环境温度反应敏感，受风力影响大，面临着巨大的安全挑战，必须通过安全监测技术获取缆索施工过程中的实时信息，并通过预警分析技术，保障缆索在施工期安全，进而保证桥梁在施工和运营期的安全。
4.目前，在缆索施工过程中监测信息化不足，可视化表达有限，智能化水平不高，在线实时监测和预警分析能力较弱。以上不足因素，制约了缆索施工安全监测技术的发展，也给缆索施工期和运营期的安全造成很大隐患。
5.因此，在缆索施工过程中需要及时的获取信息，发出预警，进而实现缆索施工过程中智能监测预警分析至关重要。


技术实现要素：

6.(一)要解决的技术问题
7.有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种缆索施工过程中智能监测预警分析系统，以至少部分解决以上所提出的技术问题。
8.(二)技术方案
9.本实用新型的一个方面，提供了一种缆索施工过程中智能监测预警分析系统，包括：
10.用于采集缆索在施工过程的多源异构多维度信息，并构建建筑信息模型的智能采集模块1；
11.用于构建多指标分级的安全预警指标，并基于建筑信息模型和安全预警指标对缆索施工过程中的结构响应和安全性进行实时在线的、可视化的预警分析的预警分析模块2；
12.其中，所述智能采集模块1与所述预警分析模块2相连接。
13.上述方案中，所述智能采集模块1集成建筑信息模型bim技术、无线智能传感技术和有限元数值模拟技术，包括相互连接的传感测量单元3、bim单元4和分析单元5。
14.上述方案中，所述传感测量单元3利用传感器对所述缆索在施工期间环境温度、湿度风速及结构应力、应变索力进行测量。
15.上述方案中，所述bim单元4利用bim技术建立缆索系统的主缆、索夹、吊杆、索鞍的三维模型，融合几何信息和质量安全管理信息，构建缆索系统的建筑信息模型bim。
16.上述方案中，所述分析单元5基于有限元数值模拟技术考虑结构自重及环境荷载的作用效应，模拟计算缆索系统在各种工况下的理论数值，其中所述环境荷载包括风荷载和温度作用。
17.上述方案中，所述多源异构多维度信息包括有限元模拟信息6、环境监测信息7、结构监测信息8和缆索质量安全管理信息9，其中：
18.对于山区大跨悬索桥的缆索，所述有限元模拟信息6包括缆索在各种工况下的索股力、吊杆轴力、位移、高程中的至少一种；
19.对于山区大跨悬索桥的缆索，所述环境监测信息7包括桥位处山体边坡稳定性信息、缆索施工期间的风场信息、温度信息、空气湿度信息中的至少一种；
20.对于山区大跨悬索桥的缆索，所述结构监测信息8包括缆索结构几何力学信息包括主索鞍最终偏位、高程、四角偏差、空隙率、直径不圆度、线形、索股力、垂直度、竖向倾角中的至少一种；
21.对于山区大跨悬索桥的缆索，所述缆索质量安全管理信息9包括利用建筑信息模型技术建立的缆索设计信息、加工制造过程中的质量安全管理信息、以及缆索施工过程中的质量安全管理信息中的至少一种。
22.上述方案中，所述预警分析模块2集成hadoop大数据处理技术、云计算技术、有限元数值模拟技术、人工神经网络深度学习算法，包括相互连接的数据处理单元11和预警分析单元12。
23.上述方案中，所述数据处理单元11采用hadoop大数据处理技术和云计算技术，将所述智能采集模块1采集的多源异构多维度信息进行存储融合处理，将处理后的数据以可视化的图表、图像、视频形式融入bim技术，从而构建融合多源异构监测信息的建筑信息模型bim；
24.上述方案中，所述预警分析单元12在数据处理单元11基础上，建立多指标分级的安全预警指标，通过短信、邮件及时将预警信息推送到移动端。
25.上述方案中，所述安全预警指标以控制缆索某一性能指标为目标定义不同的预警指标阈值，基于建筑信息模型bim对缆索施工过程的结构响应和安全性能进行在线实时、可视化和预警分析。
26.(三)有益效果
27.从上述技术方案可以看出，本实用新型提供的缆索施工过程中智能监测预警分析系统，相较于现有技术至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
28.1、本实用新型提供的缆索施工过程中智能监测预警分析系统，集成了建筑信息模型(bim)技术、无线智能传感技术、有限元数值模拟技术，建立了由传感器测量单元、bim单元、分析单元构成的智能采集模块，将监测的内容由传统的结构监测信息拓展到环境监测信息、结构监测信息并深度融合进度质量安全管理信息、有限元模拟信息，从而实现了智能化采集和深度融合缆索施工过程的环境监测信息、结构监测信息、质量安全管理信息等多源异构多维度信息。
29.2、本实用新型提供的缆索施工过程中智能监测预警分析系统，集成了大数据处理技术、云计算技术、有限元数值模拟技术、人工神经网络深度学习算法，建立了由数据处理单元、预警分析单元构成的预警分析系统，建立多指标分级安全预警体系，对缆索施工过程
的中的结构响应和安全性进行实时在线的、可视化的预警分析。
30.3、本实用新型提供的缆索施工过程中智能监测预警分析系统，既能适用于跨越江河和跨越海峡的缆索系统施工，也能适用于跨越深山峡谷的缆索施工，适用于范围广，创新性强，实用性好，具有广阔的应用推广价值。
附图说明
31.图1为依照本实用新型实施例的缆索施工过程中智能监测预警分析系统的结构示意图。
32.图2为依照本实用新型实施例的缆索施工过程中智能监测预警分析系统的使用状态示意图。
33.【附图标记】
34.1-智能采集模块
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2-预警分析模块
35.3-传感器测量单元
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4-bim单元
36.5-分析单元
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6-有限元模拟信息
37.7-环境监测信息
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8-结构监测信息
38.9-质量安全管理信息
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10-bim模型
39.11-数据处理单元
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12-预警分析单元
40.13-预警指标
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14-缆索
具体实施方式
41.本实用新型提供的缆索施工过程中智能监测预警分析系统是一种山区大跨悬索桥缆索施工过程智能监测与预警分析系统，包括相互连接的智能采集模块1与预警分析模块2，智能采集模块1集成建筑信息模型技术、无线智能传感技术、有限元数值模拟技术，智能采集缆索施工过程的环境监测信息、结构监测信息，同时融合有限元计算理论数据、质量安全管理信息等多源异构多维度信息；预警分析模块2集成hadoop大数据处理技术、人工神经网络算法、h5技术，建立多指标分级安全预警体系，对缆索施工过程的中的结构响应和安全性进行实时在线的、可视化的预警分析。本实用新型用于缆索施工全过程，具有可视化、智能化、操作方便、高效快捷等优点。
42.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。
43.本实用新型某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本实用新型的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本实用新型满足适用的法律要求。
44.在本实用新型的一个示例性实施例中，提供了一种缆索施工过程中智能监测预警分析系统，如图1所示，图1为依照本实用新型实施例的缆索施工过程中智能监测预警分析系统的结构示意图。该智能监测预警分析系统包括相互连接的智能采集模块1与预警分析模块2，其中，智能采集模块1用于采集缆索在施工过程的多源异构多维度信息，并构建建筑信息模型；预警分析模块2用于构建多指标分级的安全预警指标，并基于建筑信息模型和安
全预警指标对缆索施工过程中的结构响应和安全性进行实时在线的、可视化的预警分析。
45.根据本实用新型的实施例，所述智能采集模块1集成建筑信息模型bim技术、无线智能传感技术和有限元数值模拟技术，包括相互连接的传感测量单元3、bim单元4和分析单元5。其中，所述传感测量单元3利用传感器对所述缆索在施工期间环境温度、湿度风速及结构应力、应变索力进行测量。所述bim单元4利用bim技术建立缆索系统的主缆、索夹、吊杆、索鞍的三维模型，融合几何信息和质量安全管理信息，构建缆索系统的建筑信息模型bim。所述分析单元5基于有限元数值模拟技术考虑结构自重及环境荷载的作用效应，模拟计算缆索系统在各种工况下的理论数值，其中所述环境荷载包括风荷载和温度作用。
46.根据本实用新型的实施例，所述多源异构多维度信息包括有限元模拟信息6、环境监测信息7、结构监测信息8和缆索质量安全管理信息9，其中：对于山区大跨悬索桥的缆索，所述有限元模拟信息6包括缆索在各种工况下的索股力、吊杆轴力、位移、高程中的至少一种；对于山区大跨悬索桥的缆索，所述环境监测信息7包括桥位处山体边坡稳定性信息、缆索施工期间的风场信息、温度信息、空气湿度信息中的至少一种；对于山区大跨悬索桥的缆索，所述结构监测信息8包括缆索结构几何力学信息包括主索鞍最终偏位、高程、四角偏差、空隙率、直径不圆度、线形、索股力、垂直度、竖向倾角中的至少一种；对于山区大跨悬索桥的缆索，所述缆索质量安全管理信息9包括利用建筑信息模型技术建立的缆索设计信息、加工制造过程中的质量安全管理信息、以及缆索施工过程中的质量安全管理信息中的至少一种。
47.根据本实用新型的实施例，所述预警分析模块2集成hadoop大数据处理技术、云计算技术、有限元数值模拟技术、人工神经网络深度学习算法，包括相互连接的数据处理单元11和预警分析单元12。其中，所述数据处理单元11采用hadoop大数据处理技术和云计算技术，将所述智能采集模块1采集的多源异构多维度信息进行存储融合处理，将处理后的数据以可视化的图表、图像、视频形式融入bim技术，从而构建融合多源异构监测信息的建筑信息模型bim。所述预警分析单元12在数据处理单元11基础上，建立多指标分级的安全预警指标，通过短信、邮件及时将预警信息推送到移动端。
48.根据本实用新型的实施例，所述安全预警指标以控制缆索某一性能指标为目标定义不同的预警指标阈值，基于建筑信息模型bim对缆索施工过程的结构响应和安全性能进行在线实时、可视化和预警分析。
49.基于图1所示的依照本实用新型实施例的缆索施工过程中智能监测预警分析系统的结构示意图，图2示出了依照本实用新型实施例的缆索施工过程中智能监测预警分析系统的使用状态示意图。
50.在图2中，以跨越山谷江河的缆索14为例，智能采集模块1用于采集有限元模拟信息6、环境监测信息7、结构监测信息8、缆索质量安全管理信息9，其中，对于山区大跨悬索桥的缆索14，所述有限元模拟信息6包括缆索在各种工况下的索股力、吊杆轴力、位移、高程等；对于山区大跨悬索桥的缆索14，所述环境监测信息7包括桥位处山体边坡稳定性信息、缆索14施工期间的风场信息、温度信息、空气湿度信息；对于山区大跨悬索桥的缆索14，所述结构监测信息8包括缆索14结构几何力学信息包括主索鞍最终偏位、高程、四角偏差、空隙率、直径不圆度、线形、索股力、垂直度、竖向倾角等；对于山区大跨悬索桥的缆索14，所述缆索质量安全管理信息9包括利用建筑信息模型技术建立的缆索设计信息、加工制造过程
中的质量安全管理信息、以及缆索14施工过程中的质量安全管理信息。
51.缆索施工过程智能监测预警分析系统中的智能采集模块1集成建筑信息模型(bim)技术、无线智能传感技术和有限元数值模拟技术，包括传感测量单元3、bim单元4、分析单元5，深度融合缆索施工过程的环境监测信息、结构监测信息、质量安全管理信息等多源异构多维度信息。
52.缆索施工过程智能监测预警分析系统中的预警分析模块2，集成hadoop大数据处理技术、云计算技术、有限元数值模拟技术、人工神经网络深度学习算法等分析技术，包括数据处理单元11和预警分析单元12，将智能采集模块1采集的异构信息进行存储融合处理，将将处理后的数据以图表、图像、视频等可视化形式融入bim模型10，在数据处理单元11基础上，建立多指标分级安全预警体系13，通过短信邮件移动端推送等及时将预警信息推送到相关人员，对缆索14施工过程的结构响应和安全性能进行在线实时、可视化和预警分析。
53.根据本实用新型的实施例，智能采集模块1智能采集缆索施工过程的多源异构多维度信息，构建bim模型；预警分析模块2建立多指标分级的安全预警指标，并基于bim模型和安全预警指标对缆索施工过程的中的结构响应和安全性进行实时在线的、可视化的预警分析。
54.在一些实施例中，智能采集模块1采用hadoop大数据处理技术、云计算技术，将所述智能采集模块1采集的异构信息进行存储融合处理，将将处理后的数据以图表、图像、视频等可视化形式融入bim模型，从而构建融合多源异构监测信息的bim模型；预警分析模块2采用有限元数值模拟技术、大数据处理技术、云计算技术，基于bim模型，在线实时监测缆索施工过程中环境结构数据，并通过机器学习方法，预测缆索施工过程中的性能变化演化规律，并建立多指标分级安全预警体系，所述安全预警指标以控制缆索某一性能指标为目标定义不同的预警指标阈值，基于bim模型，对缆索施工过程的结构响应和安全性能进行在线实时、可视化和预警分析。
55.至此，已经结合附图对本实用新型实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
56.依据以上描述，本领域技术人员应当对本实用新型斜拉桥钢箱梁刚性铰轴力监测装置有了清楚的认识。
57.综上，本实用新型提供一种一种缆索施工过程中智能监测预警分析系统，融合有限元计算理论数据、质量安全管理信息等多源异构多维度信息，集成hadoop大数据处理技术、人工神经网络算法，建立多指标分级安全预警体系，对缆索施工过程的中的结构响应和安全性进行实时在线的、可视化的预警分析，创新性强，实用性好，具有广阔的应用推广价值。
58.还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本实用新型的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本实用新型的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。
59.并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本实用新型实施
例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。
60.再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。
61.本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。
62.类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
63.以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。