專利名稱：車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)及檢測方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種土木工程領域，特別涉及一種車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)及檢測方法。
背景技術：
橋梁是道路交通必不可少的設施，在為數(shù)不少的道路橋梁中，由于經(jīng)濟、技術、人員、社會等多方面的原因，部分橋梁已提前進入老年期。鑒于目前的經(jīng)濟條件和社會需要，這些進入老年期橋梁在今后較長的時期內(nèi)仍將處于使用狀態(tài)，但是，需要采取切實有效的監(jiān)測管理措施，以確保這些橋梁在使用期間杜絕重大安全事故的發(fā)生。
現(xiàn)有技術中，橋梁檢查分為經(jīng)常檢查、定期檢查和特殊檢查。橋梁的定期檢查和特殊檢查通常指借助腳手架或?qū)Ｓ醚b備到達橋下對主體結構進行近距觀察和測試，這種檢查被公認為是切實有效的，但這種檢查通常效率較低，所需費用較高并會影響橋上車輛正常通行，多數(shù)橋梁因此未能達到三年一次定期檢查的要求；經(jīng)常性檢查通常為人工肉眼觀察或用望遠鏡遠距離觀察，因受檢查手段、從業(yè)人員務的數(shù)量和素質(zhì)的限制，難以及時準確判斷涉及橋梁安全的結構性病害程度，致使橋梁的經(jīng)常檢查多為有形無實，甚至出現(xiàn)了日常養(yǎng)護記錄為一類橋發(fā)生突然垮塌的災難事例。缺少經(jīng)濟實用、準確高效的橋梁安全檢測方法和裝備是近年橋梁坍塌事故逐趨頻發(fā)的主要原因之一。為解決上述問題，可利用現(xiàn)有的激光路面檢測車對橋面進行檢測，這種檢測車利用激光測距的原理，對每一個道路橫斷面進行掃描得到路面橫向的平整度等信息。這種方法測量得到的道路橫斷面具有較高的精度，而在道路的路面的縱向構成上，則依靠車載的慣性參照系統(tǒng)進行車輛顛簸信息的校正，從理論在特定條件下可以分析描述出縱橫雙向路面形狀，但實際所得縱向路面形狀數(shù)據(jù)精度較差，不能滿足用于結構性態(tài)判別的橋面形狀測試需要。由此可見，經(jīng)濟高效、及時準確檢測出危及橋梁安全的結構性病害，避免橋梁垮塌惡性事件發(fā)生是橋梁管理的一項十分重要環(huán)節(jié)。因此，需要一種橋梁監(jiān)測設備，具有使用方便，結構簡單的特點，能夠準確測試橋面形狀變化，并據(jù)此判別橋梁結構性態(tài)，避免橋梁垮塌惡性事件，對所處的環(huán)境沒有特殊要求，對橋梁進行檢測的同時，并不影響橋梁通車，經(jīng)濟高效。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的提供一種車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)及檢測方法，作為橋梁經(jīng)常檢查裝備，具有使用方便，結構簡單的特點，能夠及時發(fā)現(xiàn)危及橋梁安全的結構性病害，確保梁安全使用，對橋梁所處的環(huán)境沒有特殊要求，對橋梁進行檢測的同時，并不影響橋梁通車，經(jīng)濟高效。本發(fā)明的車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括行走車和檢測裝置，所述檢測裝置包括數(shù)據(jù)處理終端和檢測總成，所述檢測總成包括行走車位移檢測件、T形檢測架以及分布于T形檢測架的橫梁和縱梁上的激光傳感器，所述縱梁沿行走車縱向設置于行走車底盤下部，縱梁重心較低且可繞一縱向軸線轉動；所述激光傳感器檢測方向向下，行走車位移檢測件所檢測的位移信號和激光傳感器檢測的橋面數(shù)據(jù)信號傳輸至數(shù)據(jù)處理終端。進一步，所述橫梁位于行走車底盤尾端，行走車底盤前端設有用于獲取橋面視頻數(shù)據(jù)的攝像 裝置；進一步，所述縱梁上分布的激光傳感器至少為三個；進一步，所述縱梁通過至少兩個安裝座支撐于底盤，所述縱梁對應設有與安裝座轉動配合的軸頸；進一步，所述縱梁的軸頸與安裝座之間通過滾動軸承轉動配合；進一步，所述縱梁下部固定設有用于降低其重心的平衡塊。本發(fā)明還公開了一種利用車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)對橋梁進行安全評價的方法，包括下列步驟a.設定一坐標系，驅(qū)動行走車沿橋面縱向行駛，T形檢測架橫梁和縱梁上的激光傳感器分別實時采集橋面橫向數(shù)據(jù)信號和縱向數(shù)據(jù)信號，根據(jù)行走車縱向位移數(shù)據(jù)及縱梁和橫梁上激光傳感器的測試數(shù)據(jù)得到橋面各個檢測點的實時坐標值；依據(jù)實時的橫向數(shù)據(jù)信號結合行走車位移信號，得出沿橋梁縱向和橫向的數(shù)字化橋面形態(tài)；b.利用步驟a的程序按設定周期對同一橋梁獲取橋面結構的數(shù)字化空間曲面，獲取不同時期橋面結構的數(shù)字化空間曲面數(shù)據(jù)并儲存于數(shù)據(jù)處理終端；c.將步驟a測得的橋面結構的數(shù)字化空間曲面與步驟b測得的橋面結構的數(shù)字化空間曲面進行比較，同時，將步驟b中每次測得橋面結構的數(shù)字化空間曲面與前次測得橋面結構的數(shù)字化空間曲面進行比較；d.根據(jù)步驟c中的比較結果，根據(jù)試驗研究成果和計算機仿真分析建立橋面結構形態(tài)變化與橋梁結構安全性之間的關系，通過對同一橋梁橋面結構的數(shù)字化空間曲面變化的分析比較，判別橋梁結構的安全性。本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)及檢測方法，監(jiān)測系統(tǒng)采用T形結構檢測架并結合激光傳感器，依據(jù)實時的橫向數(shù)據(jù)信號結合行走車位移信號，通過分析計算能夠得出真實的數(shù)字化橋面形態(tài)，同時，依據(jù)常規(guī)梁橋和拱橋當發(fā)生危及結構安全的結構性病害則必然導致橋面表觀和橋面結構空間曲面發(fā)生變化這一規(guī)律，通過歷次檢測得到橋梁面相(橋面表觀及橋面曲面)變化監(jiān)測的分析比較來判別當前橋梁結構是否存在危及橋梁安全的結構性病害；實現(xiàn)了僅通過對橋面表觀及橋面真實曲面的變化監(jiān)測即可預測橋梁結構的安全性，以此作為橋梁經(jīng)常性檢測手段和方法，較傳統(tǒng)的人工經(jīng)常性檢查能夠較準確及時的發(fā)現(xiàn)涉及橋梁安全的結構性病害，一個車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)可以對片區(qū)內(nèi)的所有橋梁進行經(jīng)常性監(jiān)測，實現(xiàn)了經(jīng)濟、高效的橋梁安全經(jīng)常性監(jiān)測，不但顯著節(jié)省了時間和人力成本，更重要的是顯著提高了橋梁經(jīng)常性安全檢查的準確性和效率。本發(fā)明的設備用于檢測和評價橋梁的安全性，行走車已正常速度即能實施對橋面形態(tài)的檢測，使檢測一座橋梁的時間大大縮短，可增加橋梁檢測的頻次，實現(xiàn)橋梁的相對高頻檢測，以此達到安全監(jiān)測的目的，提高橋梁安全預警能力，因而具有工作效率高、成本低，可實現(xiàn)高頻大片區(qū)道路橋梁的安全監(jiān)測；行走車行走速度快，無需在橋上架設任何輔助設備，不受天氣及時間限制，且對橋梁正常交通運營影響極低；檢測數(shù)據(jù)的讀取存儲到后期的數(shù)據(jù)分析處理都是由設備和軟件在自動化的情況下完成，不僅降低了傳統(tǒng)檢測方法要求檢測人員素質(zhì)比較高的缺點，還能最大化的避免人為的主觀因素對橋梁安全性判斷的影響；本發(fā)明可檢測不同跨徑的各型橋梁，因為檢測過程不需人工觀測，避免了檢測人員自身的安全隱患；用于橋梁檢測及安全評價，通過對歷次橋面監(jiān)測得到的橋面結構的數(shù)字化空間曲面進行分析比較可以判別當前橋梁結構是否存在危及橋梁安全的結構性病害，降低對橋梁管理人員的技術要求，消除橋梁管理人員由人工觀察而產(chǎn)生的個體觀察誤差，實現(xiàn)舊橋安全監(jiān)測數(shù)據(jù)庫管理，明顯降低日常監(jiān)測費用，提高日常監(jiān)測精度；能夠?qū)崿F(xiàn)大量常規(guī)橋梁的安全評估及預警，有效保障常規(guī)橋梁安全運營，降低橋梁的管、養(yǎng)成本，具有明顯的社會、經(jīng)濟和技術效益，同時也具有良好的應用前景。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述。圖I為本發(fā)明結構示意圖；圖2為縱梁連接圖；圖3為縱梁實時坐標圖。
具體實施例方式圖I為本發(fā)明結構示意圖，圖2為縱梁連接圖，圖3為縱梁實時坐標圖，如圖所示本實施例的車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)，包括行走車和檢測裝置，所述檢測裝置包括數(shù)據(jù)處理終端和檢測總成，所述檢測總成包括行走車位移檢測件、T形檢測架以及分布于T形檢測架的橫梁3和縱梁2上的激光傳感器4，所述縱梁2沿行走車縱向設置于行走車底盤I下部，縱梁2重心較低且可繞一縱向軸線轉動，重心較低可采用多種結構，即縱梁2為上輕下重的結構，保證橫梁3的水平狀態(tài)；所述激光傳感器4檢測方向向下，行走車位移檢測件所檢測的位移信號和激光傳感器檢測的橋面數(shù)據(jù)信號傳輸至數(shù)據(jù)處理終端，即行走車的縱向位移信號，如圖中箭頭所指方向；本發(fā)明中，行走車可采用一般車輛或者專用車輛，行走車位移檢測件可采用安裝在車輪的光電編碼器等，數(shù)據(jù)處理終端采用計算機等終端設備，均能實現(xiàn)發(fā)明目的，在此不再贅述。本實施例中，所述橫梁位于行走車底盤尾端，行走車底盤I前端設有用于獲取橋面視頻數(shù)據(jù)的攝像裝置6 ;如圖所示，本實施例采用攝像機并設置于行走車底盤I ;用于獲得橋面7表面裂紋等局部橋面缺陷，與曲面檢測相結合，獲取橋梁面相結果，對其安全評價進行修正。本實施例中，所述縱梁2上分布的激光傳感器4至少為三個，如圖所示，本實施例為三個，其中一個位于橫梁3上，利于達到準確的計算結果；同時，橫梁上分布的激光傳感器4為多個，本實施例為9個；由于橫梁上的和縱梁上的激光傳感器4為同一結構，因此，采用統(tǒng)一附圖標記。 本實施例中，所述縱梁2通過至少兩個安裝座8支撐于底盤I，所述縱梁2對應設有與安裝座8轉動配合的軸頸21，如圖所示，兩個安裝座8沿縱向并列布置，將縱梁2支撐，采用軸頸結構，轉動無干擾，且安裝方便快捷，加工簡單。本實施例中，所述縱梁2的軸頸21與安裝座8之間通過滾動軸承5轉動配合，減小摩擦，進一步增強其靈活性。本實施例中，所述縱梁2下部固定設有用于降低其重心的平衡塊22，如圖所示，該平衡塊22設置于縱梁2下部，采用密度較大的材質(zhì)，可以是可拆卸式連接也可以是焊接等；結構簡單，體積緊湊，所述用于始終保持與縱梁固定連結的橫梁軸線處于水平線。本發(fā)明的利用車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)對橋梁進行安全評價的方法，包括下列步驟a.設定一坐標系，驅(qū)動行走車沿橋面縱向行駛，T形檢測架橫梁3和縱梁2上的激光傳感器4分別實時采集橋面橫向數(shù)據(jù)信號和縱向數(shù)據(jù)信號，根據(jù)行走車縱向位移數(shù)據(jù)以及縱梁2和橫梁3上激光傳感器4的測試數(shù)據(jù)得到橋面各個檢測點的實時坐標值；依據(jù)實時的橫向數(shù)據(jù)信號結合行走車位移信號，得出沿橋梁縱向和橫向的數(shù)字化橋面形態(tài)；數(shù)據(jù)處理終端根據(jù)該實時坐標值確定縱梁2所處的方位坐標，根據(jù)該方位坐標確定橫梁3所在的空間方位，修正橫梁上激光傳感器4所采集的數(shù)據(jù)信號為垂直于橋面的橫向數(shù)據(jù)信號，實時的橫向數(shù)據(jù)信號結合行走車位移信號，得出沿橋梁縱向的數(shù)字化面；具體獲取方法如下圖所示，粗實線所示意為T形檢測儀縱向梁，以安裝有3個激光傳感器為例，分別可測得距離地面的高度為％、a2、a3，如圖中向下延伸細實線所示意；虛 線所示意為T形檢測儀框架在車輛向前行駛后某一刻所處位置。通過激光傳感器，也可以分別測得距離地面的高度匕、b2、b3 ;兩時刻間梁所移動的距離通過安裝在車輪的光電編碼器所測得；如果激光傳感器具有較高的采樣頻率，可以使得后時刻所測的點ΙΓ , IN'范圍在前一刻所測點II、IV、VI的范圍以內(nèi)，那么可以根據(jù)bi、b2所測之值以及梁移動的距離可以推出兩次測量T形檢測儀框架之間的坐標關系，從而將每次橫向梁測量所得的橋面橫向參數(shù)聯(lián)系起來，最后得到整段測量橋面空間曲面數(shù)據(jù)。設ti時刻以縱梁為X軸，以橫梁為Y軸，過縱梁端部激光點與縱梁垂直方向為Z軸，則通過激光傳感器可測得各測點對應橋面點II、IV、VI的Z坐標分別為al、a2、a3，通過橫梁上各激光傳感器可測得過I點與縱梁垂直的各測點橫橋向?qū)獦蛎纥c的Z坐標Zai)；若從\到ti+1車輛行走距離為C，則ti+1時刻通過激光傳感器可測得各測點對應橋面點II ’、IV’、VI’的Z坐標分別為分別為bl、b2、b3，通過橫梁上各激光傳感器可測得過I點與縱梁垂直的各測點橫橋向?qū)獦蛎纥c的Z坐標Z(ti+1);根據(jù)其幾何關系能夠?qū)i+1時刻橋面點II’、IV’、VI’的坐標在&時刻的坐標系中描述出來，據(jù)此也能夠?qū)i+1時刻由橫梁各測點得到橫橋向?qū)獦蛎纥c的坐標Z(ti+1)在\時刻的坐標系中進行描述；其具體的計算過程如下將初始坐標系建立在行走車準備開始行駛的初始時刻；已知車所移動的距離為L，I、III、V激光探點間間距分別為C，如圖中所示，縱梁此時由I、III、V移動到了 Γ、ΙΙΓ、y的位置，相對應的測點則由II、IV、VI變?yōu)棣│?AN1、vr。設橫向梁上的Γ、ΙΙΓ、ν三點坐標分別為(Xl，yi)、(X3，y3)、(X5，y5)，同時，測得的T梁在I、III兩點離地的距離為ai、a2，則易得II、IV、VI三點的坐標為(X^y1-B1), (x3, y3_a2),
(Χ5，15~a )。
則有ΙΓ點在點II、IV近似直線上，IV'點應在點IV、VI近似直線上，則分別須滿足下列兩式
權利要求
1.一種車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括行走車和檢測裝置，所述檢測裝置包括數(shù)據(jù)處理終端和檢測總成，所述檢測總成包括行走車位移檢測件、T形檢測架以及分布于T形檢測架的橫梁和縱梁上的激光傳感器，所述縱梁沿行走車縱向設置于行走車底盤下部，縱梁重心較低且可繞一縱向軸線轉動；所述激光傳感器檢測方向向下，行走車位移檢測件所檢測的位移信號和激光傳感器檢測的橋面數(shù)據(jù)信號傳輸至數(shù)據(jù)處理終端。
2.根據(jù)權利要求I所述的車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述橫梁位于行走車底盤尾端，行走車底盤前端設有用于獲取橋面視頻數(shù)據(jù)的攝像裝置。
3.根據(jù)權利要求2所述的車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述縱梁上分布的激光傳感器至少為三個。
4.根據(jù)權利要求3所述的車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述縱梁通過至少兩個安裝座支撐于底盤，所述縱梁對應設有與安裝座轉動配合的軸頸。
5.根據(jù)權利要求4所述的車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述縱梁的軸頸與安裝座之間通過滾動軸承轉動配合。
6.根據(jù)權利要求5所述的車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述縱梁下部固定設有用于降低其重心的平衡塊。
7.一種利用權利要求I所述的車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)對橋梁進行安全評價的方法，其特征在于包括下列步驟 a.設定一坐標系，驅(qū)動行走車沿橋面縱向行駛，T形檢測架橫梁和縱梁上的激光傳感器分別實時采集橋面橫向數(shù)據(jù)信號和縱向數(shù)據(jù)信號，根據(jù)行走車縱向位移數(shù)據(jù)及縱梁和橫梁上激光傳感器的測試數(shù)據(jù)得到橋面各個檢測點的實時坐標值； 依據(jù)實時的橫向數(shù)據(jù)信號結合行走車位移信號，得出沿橋梁縱向和橫向的數(shù)字化橋面形態(tài)； b.利用步驟a的程序按設定周期對同一橋梁獲取橋面結構的數(shù)字化空間曲面，獲取不同時期橋面結構的數(shù)字化空間曲面數(shù)據(jù)并儲存于數(shù)據(jù)處理終端； c.將步驟a測得的橋面結構的數(shù)字化空間曲面與步驟b測得的橋面結構的數(shù)字化空間曲面進行比較，同時，將步驟b中每次測得橋面結構的數(shù)字化空間曲面與前次測得橋面結構的數(shù)字化空間曲面進行比較； d.根據(jù)步驟c中的比較結果，根據(jù)試驗研究成果和計算機仿真分析建立橋面結構形態(tài)變化與橋梁結構安全性之間的關系，通過對同一橋梁橋面結構的數(shù)字化空間曲面變化的分析比較，判別橋梁結構的安全性。
8.根據(jù)權利要求7所述的對橋梁進行安全檢測的方法，其特征在于利用行走車上安裝的攝像裝置采集橋面圖像信息并傳輸至并儲存于數(shù)據(jù)處理終端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種車載橋面形態(tài)-結構安全監(jiān)測系統(tǒng)及檢測方法，監(jiān)測系統(tǒng)采用T形結構檢測架并結合激光傳感器，利用縱梁檢測橋面的監(jiān)測點的實時坐標值修正橫梁所處的空間方位為垂直檢測，得到真實的橋面曲面結構，同時，依據(jù)常規(guī)梁橋和拱橋當發(fā)生危及結構安全的病害則必然導致橋面表觀和橋面結構曲面發(fā)生變化這一規(guī)律，通過歷次檢測得到橋梁面相(橋面表觀及橋面曲面)變化監(jiān)測的分析比較來判別當前橋梁結構的安全性；能夠精確的發(fā)現(xiàn)涉及橋梁安全的結構性病害，確保梁安使用，對橋梁所處的環(huán)境沒有特殊要求，對橋梁進行檢測的同時，并不影響橋梁通車，經(jīng)濟高效，不但顯著節(jié)省了時間和人力成本，還顯著提高了橋梁安全檢查的準確性和效率。
文檔編號G01M99/00GK102636364SQ20121009681
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月1日 優(yōu)先權日2012年4月1日
發(fā)明者周勁宇, 周志祥, 唐亮 申請人:周志祥