一種橋梁狀態(tài)參數(shù)實時監(jiān)測及報警系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于力學測量技術領域，涉及一種可用于橋梁目標的多參數(shù)測量技術，特 別是一種用于橋梁變形參數(shù)實時測量并報警的系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 橋梁的變形主要包括靜態(tài)變形和動態(tài)變形，靜態(tài)變形是指地基下陷、傾斜和應力 松弛等變化很慢的變形，動態(tài)變形是指由于風、溫度、地震及交通負載引起的短期變形，其 參數(shù)監(jiān)測對于目標的安全評估分析具有重要的作用。世界上很多國家都投入了很大的人力 物力，進行橋梁變形測量技術的研究。
[0003] 傳統(tǒng)的橋梁變形檢測的儀器有百分表、千分表、加速計、水準儀、經煒儀等。目前， 這些儀器在橋梁驗收、定期檢測中仍然廣泛使用，但是需要專業(yè)技術人員，費時、費力，且人 為誤差大，遠遠不能實現(xiàn)在線、實時、自動、智能測量。
[0004] 近年來，信息技術的蓬勃發(fā)展大大帶動了橋梁變形測量技術的發(fā)展，涌現(xiàn)了許多 新技術和新方法，但是這些方法在應用中還存在著以下問題： (1) 傳感器數(shù)量種類多，難以實現(xiàn)各類輸出數(shù)據(jù)的精確同步，給后續(xù)數(shù)據(jù)的融合、處理 和分析帶來困難； (2) 橋梁變形的監(jiān)測屬于長期，加上傳感器數(shù)量較多，為了節(jié)約數(shù)據(jù)資源，減小無線數(shù) 據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲備份的壓力，需要對靜態(tài)變形進行低時間分辨力的長期監(jiān)測，同時對動 態(tài)變形進行高時間分辨力的短期集中監(jiān)測，但是現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)難以實現(xiàn)上述的控制，造 成了數(shù)據(jù)資源的浪費或者難以達到對特殊事件的高時間分辨力測量； (3) 欠缺給客戶端及時傳送報警信息供人工處理。這些缺陷給橋梁的智能全方位檢測 帶來不便，影響到橋梁的安全、養(yǎng)護及管理運營。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種橋梁狀態(tài)參數(shù)實時監(jiān)測及報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)在橋梁上 安裝了環(huán)境檢測傳感器、流量檢測傳感器、結構檢測傳感器和用于橋梁整體形貌監(jiān)測的抓 拍像機，并對各個傳感器和像機進行時間同步控制處理，為數(shù)據(jù)加上時間標記；同時通過對 結構檢測傳感器的信號閾值判斷，控制抓拍像機工作，識別動態(tài)變形事件，實現(xiàn)了對突發(fā)時 間的完整記錄。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案： 一種橋梁狀態(tài)參數(shù)實時監(jiān)測及報警系統(tǒng)，包括橋梁檢測傳感器組、抓拍像機、現(xiàn)場主控 器、遠端服務處理器和客戶端； 所述的橋梁檢測傳感器組包括環(huán)境檢測傳感器單元、流量檢測傳感器單元和結構檢測 傳感器單元； 所述的現(xiàn)場主控器包括中央控制單元及與中央控制單元相連接的數(shù)據(jù)采集單元、同步 觸發(fā)控制單元、現(xiàn)場無線數(shù)據(jù)傳輸單元和GPS授時單元；中央控制單元控制數(shù)據(jù)采集單元 按照同步觸發(fā)控制單元指令采集獲得橋梁檢測傳感器組的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)融合進GPS授時單 元的時間標示碼后，再經現(xiàn)場無線數(shù)據(jù)傳輸單元傳輸至遠端服務處理器； 所述的遠端服務處理器包括遠端無線數(shù)據(jù)傳輸單元和數(shù)據(jù)處理分析單元，遠端無線數(shù) 據(jù)傳輸單元接收到現(xiàn)場無線數(shù)據(jù)傳輸單元發(fā)射的數(shù)據(jù)后，由數(shù)據(jù)處理分析單元進行分析處 理和甄別，將超出觸發(fā)閾值的結果發(fā)送給客戶端，同時將控制指令經現(xiàn)場無線數(shù)據(jù)傳輸單 元發(fā)送至現(xiàn)場主控器的中央控制單元，用于控制抓拍像機工作以及橋梁檢測傳感器組中的 一組或多組傳感器按照各自的工作頻率采集橋梁信號。
[0007] 作為本發(fā)明進一步的方案：所述的抓拍像機的工作流程為：在數(shù)據(jù)處理分析單元 對結構檢測傳感器單元的傳感器數(shù)據(jù)進行處理過程中，當傳感器數(shù)據(jù)發(fā)生的突變幅度超出 預先設定的閾值時，判斷為橋梁產生了動態(tài)變形，遠端服務處理器一方面給客戶端發(fā)送報 警指令，另一方面對現(xiàn)場主控器的中央控制單元發(fā)送指令，驅動抓拍像機工作，對橋梁的整 體圖像進行記錄；另外，動態(tài)變形的發(fā)生時間依靠結構檢測傳感器單元的傳感器數(shù)據(jù)來判 斷；當結構檢測傳感器單元的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)生的突變幅度未超出預先設定的閾值時，也即 參數(shù)趨于正常時，則抓拍像機停止圖像抓拍。
[0008] 作為本發(fā)明進一步的方案：當遠端服務處理器的數(shù)據(jù)處理分析單元分析到橋梁檢 測傳感器組的任意一個傳感器數(shù)據(jù)超出閾值時，遠端服務處理器一方面給客戶端發(fā)送報警 指令，另一方面對現(xiàn)場主控器的中央控制單元發(fā)送指令，驅動結構檢測傳感器單元加快信 號采集的頻率。
[0009] 作為本發(fā)明進一步的方案：所述的同步觸發(fā)控制單元按照GPS授時單元提供的時 基信號，以及按設定的頻率，同步觸發(fā)數(shù)據(jù)采集單元對橋梁檢測傳感器組的傳感器數(shù)據(jù)進 行米集。
[0010] 作為本發(fā)明進一步的方案：所述的數(shù)據(jù)處理分析單元用于對傳感器數(shù)據(jù)進行分 析、處理，以及抓拍像機觸發(fā)閾值判斷，并按照GPS授時單元提供的時基信號，對傳感器數(shù) 據(jù)和抓拍像機的圖像數(shù)據(jù)進行處理，并對處理后的數(shù)據(jù)加上時間標示碼。
[0011] 作為本發(fā)明進一步的方案：所述的時間標記碼作為傳感器數(shù)據(jù)的幀頭，由6個字 節(jié)組成。
[0012] 作為本發(fā)明進一步的方案：所述環(huán)境檢測傳感器單元包括溫度傳感器、風速傳感 器、雨量傳感器中的一種或幾種組合；流量檢測傳感器單元包括地感傳感器、紅外傳感器、 稱重傳感器中的一種或幾種組合；結構檢測傳感器單元包括位移傳感器、應變傳感器、振動 傳感器中的一種或幾種組合。
[0013] 作為本發(fā)明進一步的方案：所述位移傳感器采用布置在橋梁上的遠程位移傳感 器，應變傳感器采用光纖光柵應變傳感器，振動傳感器采用電磁原理的傳感器。
[0014] 作為本發(fā)明進一步的方案：所述的抓拍像機為CCD傳感器或CMOS傳感器；所述的 客戶端為電腦或用于數(shù)據(jù)接收的移動智能終端。
[0015] 作為本發(fā)明進一步的方案：所述的遠端無線數(shù)據(jù)傳輸單元和現(xiàn)場無線數(shù)據(jù)傳輸單 元均為GPRS無線傳輸系統(tǒng)或3G無線傳輸系統(tǒng)或4G無線傳輸系統(tǒng)或RF無線傳輸系統(tǒng)。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是： (1)將GPS的時間信號引入測量結果，并為傳感器和像機的輸出數(shù)據(jù)增加了時間標示 碼，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的精確同步，為后續(xù)數(shù)據(jù)處理和分析提供了同步基準。
[0017] (2)通過對結構檢測傳感器和其他傳感器數(shù)據(jù)的分析和閾值判斷，確定所檢測的 橋梁屬于靜態(tài)變形還是動態(tài)變形，并根據(jù)信號閾值觸發(fā)抓拍像機工作以及控制相關的傳感 器進行高頻率檢測，實現(xiàn)了對橋梁動態(tài)形變的完整監(jiān)測，確保了對橋梁全面合理的監(jiān)測，并 具有節(jié)省數(shù)據(jù)資源，減小無線數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲備份的壓力的效果。
[0018] (3)本發(fā)明基于無線發(fā)射傳輸系統(tǒng)，將傳感器信號傳送至遠端的服務處理器，經過 數(shù)據(jù)處理和閾值判斷后，可將超載等動態(tài)變形結果自動發(fā)送至客戶端，用于人工干涉處理； 同時又向控制傳感器進行現(xiàn)場高頻率、高時間分辨率的測量指令，獲得詳細的數(shù)據(jù)，便于對 動態(tài)時間的掌握和分析。
【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明橋梁狀態(tài)參數(shù)實時監(jiān)測及報警系統(tǒng)的基本組成圖； 圖2為本發(fā)明橋梁狀態(tài)參數(shù)實時監(jiān)測及報警系統(tǒng)主控器的工作原理圖； 圖3為本發(fā)明中抓拍像機的工作流程圖。
[0020] 附圖標記為：1 一GPS授時單元；2-環(huán)境檢測傳感器單元；3-流量檢測傳感器單 元；4 一結構檢測傳感器單元；5-無線數(shù)據(jù)傳輸單元；6-抓拍像機；7-現(xiàn)場主控器；11一 橋梁檢測傳感器組；12-遠端服務處理器；13-客戶端。
【具體實施方式】
[0021 ] 下面結合【具體實施方式】對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。
[0022] 請參閱圖1和圖2,本發(fā)明提供了一種橋梁狀態(tài)參數(shù)實時監(jiān)測及報警系統(tǒng)，包括橋 梁檢測傳感器組11、抓拍像機6、現(xiàn)場主控器7、遠端服務處理器12和客戶端13。
[0023] 本發(fā)明中，所述的橋梁檢測傳感器組11包括環(huán)境檢測傳感器單元2、流量檢測傳 感器單元3和結構檢測傳感器單元4 ;其中，環(huán)境檢測傳感器單元2包括溫度傳感器、風速 傳感器、雨量傳感器中的一種或幾種組合；流量檢測傳感器單元3包括地感傳感器、紅外傳 感器、稱重傳感器中的一種或幾種組合；結構檢測傳感器單元4包括位移傳感器、應變傳感 器、振動傳感器中的一種或幾種組合。
[0024] 本發(fā)明中，所述的現(xiàn)場主控器7包括中央控制單元及與中央控制單元相連接的數(shù) 據(jù)采集單元、同步觸發(fā)控制單元、現(xiàn)場無線數(shù)據(jù)傳輸單元5和GPS授時單元1 ;中央控制單 元控制數(shù)據(jù)采集單元按照同步觸發(fā)控制單元指令采集獲得橋梁檢測傳感器組11的數(shù)據(jù)， 將數(shù)據(jù)融合進GPS授時單元1的時間標示碼后，再經現(xiàn)場無線數(shù)據(jù)傳輸單元5傳輸至遠端 服務處理器12。
[0025] 本發(fā)明中，所述的數(shù)據(jù)采集單元采集獲得環(huán)境檢測傳感器單元2、流量檢測傳感器 單元3和結構檢測傳感器單元4的傳感器數(shù)據(jù)。
[0026] 本發(fā)明中，所述的同步觸發(fā)控制單元按照GPS授時單元1提供的時基信號，以及 按設定的頻率，同步觸發(fā)數(shù)據(jù)采集單元對橋梁檢測傳感器組11的傳感器數(shù)據(jù)進行采集；其 中精確時間的獲取是通過解析GPS的輸出數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的，也即通常所說的時間同步或者授 時。
[0027] 本發(fā)明中，所述的遠端服務處理器12包括遠端無線數(shù)據(jù)傳輸單元和數(shù)據(jù)處理分 析單元，遠端無線數(shù)據(jù)傳輸單元接收到現(xiàn)場無線數(shù)據(jù)傳輸單元5發(fā)射的數(shù)據(jù)后，由數(shù)據(jù)處 理分析單元進行分析處理和甄別，將超出觸發(fā)閾值的結果發(fā)送給客戶端13,同時將控制指 令經現(xiàn)場無線數(shù)據(jù)傳輸單元5發(fā)送至現(xiàn)場主控器7的中央控制單元，用于控制抓拍像機6 工作以及橋梁檢測傳感器組11中的一組或多組傳感器按照各自的工作頻率采集橋梁信 號。
[0028] 本發(fā)明中，所述的遠端無線數(shù)據(jù)傳輸單元和現(xiàn)場無線數(shù)據(jù)傳輸單元均為GPRS無 線傳輸系統(tǒng)或3G無線傳輸系統(tǒng)或4G無線傳輸系統(tǒng)或RF無線傳輸系統(tǒng)。
[0029] 本發(fā)明中，所述的數(shù)據(jù)處理分析單元用于