桥梁自动检测系统及检测方法与流程

本发明涉及桥梁安全检测技术领域，特别是涉及一种桥梁自动检测系统及检测方法。

背景技术：

及时对既有公路桥梁的技术状况进行检测、评估、识别和修复是防止桥梁事故的重要手段，也是桥梁管理部门最为重要的日常工作。及早发现桥梁病害及异常现象是保证桥梁使用安全的重要前提，也可为桥梁维修养护提供科学依据，以延长桥梁的使用寿命。因此，桥梁检测是其使用过程中一项非常重要的工作，检测数据的全面性和准确性是后续管养工作的重要依据。

目前，公路桥梁检测存在以下主要技术难题：1)主要受力构件检测难度大，难以抵近观察。桥梁主要受力构件一般都位于检测人员难以到达的位置，如梁桥的主梁一般都位于桥面板下面。而桥下多为峡谷、河流、沼泽和道路等，人们难以抵达。目前常用的抵近手段主要有支架和桥检车等。2)检测不全面。受制于桥梁结构的大尺度和桥址的限制，目前人们一般只能选择一些关键截面进行检测。3)检测结果精度差。依据目前的桥梁技术状况评定标准和技术条件，只能对桥梁缺陷进行定性评定。如裂缝数量、剥落面积等只能估算，精确程度完全依靠检测人员的个人水平。4)检测费用高。公路桥梁数量十分巨大，需要检测的受力构件更是桥梁数量的上百倍，而检测过程完全需要人工操作，且很多场合需要租用昂贵的桥检车，因此费用昂贵。5)工作量大。按照现行的桥梁技术状况评定标准，每一个桥梁受力构件的每一种缺损形式都需要给出定量描述，这使得桥梁技术状况评定的后期内业工作非常繁重。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种桥梁自动检测系统及检测方法，该桥梁自动检测系统及检测方法能够自动完成不同跨数、不同梁高、变截面梁高、不同曲率半径梁桥的检测工作。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种桥梁自动检测系统，包括：

用于采集桥梁数据的数据采集设备；

用于控制各部件活动指令传输和接收所述数据采集设备数据信号的控制器；

用于承载所述数据采集设备，并将所述数据采集设备输送至指定位置的位置调节装置；其中：所述位置调节装置包括：

能够在桥面上自由移动的行走系统(1)，

位于行走系统(1)上方，且为水平方向设置的悬臂支架(3)，所述悬臂支架(3)通过回转支承(2)与行走系统(1)的顶部连接；

通过旋转连接器(4)与所述悬臂支架(3)连接的伸缩杆；

用于承载所述数据采集设备的采集器行走托架(8)，所述伸缩杆的一端与旋转连接器(4)固定连接，所述伸缩杆的另一端与所述采集器行走托架(8)的一端相铰接；在所述采集器行走托架(8)上安装有缆绳拖曳器(11)，所述数据采集设备固定在所述缆绳拖曳器(11)上。

进一步：所述伸缩杆包括支架套管(5)和自适应伸缩臂(7)；所述支架套管(5)与旋转连接器(4)固定连接，所述自适应伸缩臂(7)的一端插入所述支架套管(5)内，所述自适应伸缩臂(7)的另一端与所述采集器行走托架(8)的一端通过动力旋转轴相铰接。

进一步：如果主梁高度很大，自适应伸缩臂(7)可加长。

更进一步：在所述支架套管(5)的侧壁安装有稳定器(6)。

进一步：所述位置调节装置有两套，两套位置调节装置的采集器行走托架(8)之间通过轨道连接器(9)相连接。

更进一步：所述数据采集设备包括图像设备、视频采集设备、以及超声波检测设备中的一种或者是多种。

更进一步：所述系统各部件、数据采集设备与控制器之间通过数据线或者是无线通信天线进行数据交互；所述控制器分别与行走系统(1)的控制部件、回转支承(2)的控制部件、以及伸缩杆的控制部件进行数据通信。

还包括与上述数据采集设备固定连接的测距系统、测平系统和补光系统。

一种桥梁自动检测系统的检测方法，至少包括如下步骤：

步骤101、将两套行走系统(1)置于待测桥孔的桥面两侧；通过回转支承(2)带动悬臂支架(3)在水平面内进行旋转运动，直至悬臂支架(3)的活动端位于桥梁护栏的外侧；

步骤102、通过旋转连接器(4)，将伸缩杆调至竖向；

步骤103、调节伸缩杆的长度，随后通过动力旋转轴释放采集器行走托架(8)，使得采集器行走托架(8)呈水平状态；且位于桥梁的下方；

步骤104、通过轨道连接器(9)将两个采集器行走托架(8)进行连接，并锁紧；

步骤105、通过缆绳拖曳器(11)将数据采集设备置于采集器行走托架(8)上；

步骤106、使数据采集设备沿采集器行走托架(8)横向移动，或使之沿桥墩上下移动,依次在指定位置开启数据采集设备；同时控制器接收数据采集设备的数据信息；

步骤107、纵桥向移动行走系统(1)至下一位置，重复步骤106；

步骤108、当遇到桥墩时，首先断开轨道连接器(9)，然后通过缆绳拖曳器(11)将数据采集设备悬空，之后通过动力旋转轴将采集器行走托架(8)收起，使得采集器行走托架(8)与伸缩杆平行；

步骤109、行走系统(1)移位通过桥墩后，随后重复步骤101至步骤107。

本发明具有的优点和积极效果是：

1)适用范围广：本发明适用于占桥梁总数90％以上的各种桥梁，包括等高度装配式直梁桥和斜梁桥、变高度大跨度连续梁桥和连续刚构桥、以及曲线梁桥；亦可对部分拱桥主拱圈、斜拉桥及悬索桥的主梁进行检测；大幅提高桥梁检测精度和效率。

2)检测精度大幅提高：①本发明中的稳定器和轨道连接器将形成一套反力稳定系统，可大幅降低采集器行走托架在检测过程中的振动；②本发明将利用测距和测平结果，实现混凝土裂缝、缺损等病害指征图像的有效纠偏和无靶标识别；③本发明可根据梁底曲线实时调节采集器行走托架的高度，使之与梁底的距离固定在50cm。基于上述内容，本发明可定量识别桥梁病害指征；且相对于既有视觉检测系统，检测精度可提高90％以上。例如，对裂缝宽度和长度的检测精度可达到0.02mm。

3)检测效率大幅提高：本发明将使桥梁检测外业中不需要专业检测人员，且避免了桥检车的回收支腿等传统操作；同时，内业采用计算机处理检测数据，自动出具检测报告；因此可提高检测效率80％以上。

4)网格化全面检测：相对于目前仅对控制截面进行检测的传统做法，本发明通过数据采集设备在横桥向及纵桥向规则移动，可对主梁实现网格化的100％全面检测；同时，也可对支座、盖梁和桥墩进行检测。除主要的受力损伤外，本发明还可用于检测原始制作缺陷、环境腐蚀等损伤，为全面客观评价桥梁的技术状况提供基础数据；

5)数据采集设备集成了测距、测平、补光、拍照、摄像等功能，可使裂缝宽度等桥梁技术状况指标的识别精度提高90％以上，达到0.02mm，完全满足现行规范要求。

附图说明

图1是本发明优选实施例的工作状态图的主视图；

图2是本发明优选实施例的工作状态图的左视图；

图3是本发明优选实施例中位置调节装置初始状态的主视图；

图4是本发明优选实施例中位置调节装置初始状态的左视图；

图5是本发明优选实施例的步骤101)状态的主视图；

图6是本发明优选实施例的步骤101)状态的左视图；

图7是本发明优选实施例的步骤101)状态的主视图；

图8是本发明优选实施例的步骤101)状态的左视图；

图9是本发明优选实施例的步骤102)状态的主视图；

图10是本发明优选实施例的步骤102)状态的左视图；

图11是本发明优选实施例的步骤103)状态的主视图；

图12是本发明优选实施例的步骤103)状态的左视图；

图13是本发明优选实施例的步骤103)状态的主视图；

图14是本发明优选实施例的步骤103)状态的左视图；

图15是本发明优选实施例的步骤103)状态的主视图；

图16是本发明优选实施例的步骤103)状态的左视图；

图17是本发明优选实施例的步骤104)状态的主视图；

图18是本发明优选实施例的步骤104)状态的左视图；

图19是本发明优选实施例的步骤105和106)状态的主视图；

图20是本发明优选实施例的步骤105和106)状态的左视图；

图21是本发明优选实施例的步骤107)状态的主视图；

图22是本发明优选实施例的步骤107)状态的左视图；

其中：1、行走系统；2、回转支承；3、悬臂支架；4、旋转连接器；5、支架套管；6、稳定器；7、自适应伸缩臂；8、采集器行走托架；9、轨道对接器；10、信息采集器；11、缆绳拖曳器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至图22，一种桥梁自动检测系统，包括电子检测设备，该电子检测设备包括用于采集桥梁数据的数据采集设备、用于控制各部件活动指令传输和接收所述数据采集设备数据信号的控制器；控制器内可以根据需要安装特定的系统控制软件和数据分析软件同时还包括：用于承载所述数据采集设备，并将所述数据采集设备输送至指定位置的位置调节装置；其中：所述位置调节装置包括：

能够在桥面上自由移动的行走系统1，行走系统1包括安装了电源与直流伺服电机驱动装置的行走底盘，负责整个系统的动力供给；并利用控制器整个系统各部件的移动；

位于行走系统1上方，且为水平方向设置的悬臂支架3，所述悬臂支架3通过回转支承2与行走系统1的顶部连接；

通过旋转连接器4与所述悬臂支架3连接的伸缩杆；

用于承载所述数据采集设备的采集器行走托架8，所述伸缩杆的一端与旋转连接器4固定连接，所述伸缩杆的另一端与所述采集器行走托架8的一端相铰接；为了实现对桥墩进行检测，在本优选实施例中，在所述采集器行走托架8上安装有缆绳拖曳器11，所述数据采集设备固定在所述缆绳拖曳器11上；这样就可以使数据采集设备沿着桥墩上下移动。

伸缩杆的实现方式有很多种，此处举一个优选的实施例进行说明问题：所述伸缩杆包括支架套管5和自适应伸缩臂7；所述支架套管5与旋转连接器4固定连接，所述自适应伸缩臂7的一端插入所述支架套管5内，所述自适应伸缩臂7的另一端与所述采集器行走托架8的一端通过动力旋转轴相铰接。

在所述支架套管5的侧壁安装有稳定器6，将带阻尼作用的稳定器6旋转并抵住梁体，以减少支架套管，乃至整个伸缩杆在检测过程中的振动。

为了提高采集器行走托架8的平稳性，所述位置调节装置有两套，两套位置调节装置的采集器行走托架8之间通过轨道连接器9相连接。

所述数据采集设备包括图像设备、视频采集设备、以及超声波检测设备中的一种或者是多种。

所述数据采集设备与控制器之间通过数据线或者是无线通信天线进行数据交互；所述控制器分别与行走系统1的控制部件、回转支承2的控制部件、以及伸缩杆的控制部件进行数据通信。

为了保证照相或者摄像装置的图像采集质量，还包括与上述数据采集设备固定连接的补光系统。上述补光系统为闪光灯或者是探照灯中的一种。

为了保证照相或者摄像的图像在处理过程中的精确纠偏，提高桥梁损伤识别精数，还包括与上述数据采集设备固定连接的测距系统、测平系统和补光系统。

在上述优选实施例中：控制器主要有三个作用：1)、依据桥梁设计参数，控制各部件的移动或旋转；2)、根据桥梁设计参数，控制数据采集设备的移动和采集；3)、采集所得数据的传输与处理。

上述桥梁自动检测系统包括硬件和软件两部分，其中硬件包括行走与支架系统和信息采集器两部分：1)行走与支架系统。包括：①安装了电源与直流伺服电机驱动装置的行走底盘，负责整个系统的动力供给；并实现整个系统各部分的移动。②利用转动支承，将支架系统由桥梁护栏内侧移动至护栏外侧；③通过旋转连接器端部的转动，将伸至护栏外侧的支架套管实现竖向垂直。④将带阻尼作用的稳定器旋转并抵住梁体，以减少支架套管在检测过程中的振动。⑤根据桥梁高度和梁底曲线情况，自适应伸缩臂由中央控制系统自动调节，实现高度自动调节。⑥信息采集器行走托架放置水平，并旋转到主梁下面，提供信息采集器的行走轨道。⑦针对曲线梁桥，柔性轨道对接器连接左右两个采集器行走托架，以适应左右行走底盘不同步的纵向移动；⑧针对桥墩，缆绳拖曳器可使信息采集器沿桥墩上下移动。2)信息采集器：①集成了拍照、摄像、雷达等数据采集设备，在行走与支架系统布置完成后，可在采集器行走托架上自主左右移动或升降传感器，以适应不同桥梁截面型式并采集检测数据。②集成了测距和测平设备，为图像数据处理提供技术参数，大幅提高检测精度。

软件主要安装于控制器中，主要包括中央控制系统和信息处理系统两部分：1)中央控制系统：整个自动检测评估系统的行动中枢。通过预先输入的桥梁参数，控制行走与支架系统各组件的移动和信息采集器的检测过程。主要功能包括：①根据所输入桥梁的桥型、跨数、跨径组合和曲率半径等参数，中央控制系统将对两个行走系统的路线、速度等参数进行分别设定，并利用直流伺服电机驱动实现该系统的纵桥向移动。②根据主梁高度或梁高变化曲线，在纵桥向移动过程中，控制自适应伸缩臂实现采集器行走托架的高度自动调节，以保持信息采集器行走托架与主梁底面的相对高差，使信息采集器处于观测支座和盖梁的有利位置。③根据主梁的截面形式，中央控制系统将通过对自适应伸缩臂的实时控制，使采集器行走托架与梁底的距离固定在50cm，以提高数据处理精度；④中央控制系统将根据桥梁截面形式，控制信息采集器的在轨移动节点及传感器的开启。⑤中央控制系统将控制缆绳拖曳器的收放，完成信息采集器沿桥墩的竖向移动。⑥在跨越桥墩时，中央控制系统将自动旋转并收起采集器行走托架，使之与伸缩杆平行，待整个检测系统通过桥墩后，再将信息采集器轨道装置旋转到横桥向，以开展下一桥跨的检测作业。2)信息处理系统：利用工作站快速处理采集数据，进行缺损识别，定量描述。建立桥梁病害数据库，给出桥梁病害历史演化过程，并依据现行规范自动编制桥梁技术状况评估报告。

优选实施例：一种桥梁自动检测系统的检测方法，包括如下步骤：

步骤101、将两套行走系统1置于待测桥孔的桥面两侧；通过回转支承2带动悬臂支架3)在水平面内进行旋转运动，直至悬臂支架3的活动端位于桥梁护栏的外侧；

步骤102、通过旋转连接器4，将伸缩杆调至竖向；

步骤103、调节伸缩杆的长度，随后通过动力旋转轴释放采集器行走托架8，使得采集器行走托架8呈水平状态；且位于桥梁的下方；

步骤104、通过轨道连接器9将两个采集器行走托架8进行连接，并锁紧；

步骤105、通过缆绳拖曳器11将数据采集设备置于采集器行走托架8上；

步骤106、使数据采集设备沿采集器行走托架8横向移动，或使之沿桥墩上下移动,依次在指定位置开启数据采集设备；同时控制器接收数据采集设备的数据信息；

步骤107、纵桥向移动行走系统1至下一位置，重复步骤106；

步骤108、当遇到桥墩时，首先断开轨道连接器9，然后通过缆绳拖曳器11将数据采集设备悬空，之后通过动力旋转轴将采集器行走托架8收起，使得采集器行走托架8与伸缩杆平行；

步骤109、行走系统1移位通过桥墩，随后重复步骤101至步骤107。

请参阅图1至图22：具体的工作原理为：

1)将本系统布置在桥梁合适位置，如图3和图4所示。

2)将回转支承2逆时针旋转90度，使支架系统横置，如图5和图6所示。

3)将旋转连接器4绕着与悬臂支架3的固定轴12逆时针旋转90度，将支架系统延伸至桥梁护栏外侧，如图7和图8所示。

4)使旋转连接器4的前端转动90度，将支架套管5竖向放置，如图9和图10所示。

5)稳定器6放平，旋转，伸长悬臂使小轮与主梁接触，稳定伸缩杆，如图11和图12所示。

6)根据桥梁高度，由中央控制系统自动调整自适应伸缩臂7的伸长量，满足主梁底部、盖梁和支座的检测要求，如图13和图14所示。

7)在自适应伸缩臂7伸长至合适位置后，采集器行走托架8放平，旋转至梁下，如图15和图16所示。

8)采集器行走托架8伸长，并与另一侧采集器行走托架用柔性轨道对接器9连接并锁紧，如图17和图18所示。

9)信息采集器10在行走托架8上横桥向移动，并采集数据；遇到桥墩时，将通过缆绳拖曳器11使信息采集器10向下沿桥墩竖向移动，并采集数据，如图19和图20所示。

10)需要检测下一桥跨时，收起采集器行走托架8，使之平行于伸缩杆，如图21和图22所示。待通过桥墩后，再返回至步骤7)即可继续检测。

11)检测信息将自动传输至控制器，或保存后由工作站进行处理，及时给出桥梁技术状况。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。