线缆水平舞动位移检测方法、装置及系统与流程

本方案涉及通信领域，尤其涉及一种线缆水平舞动位移检测方法、装置及系统。

背景技术：

在大型悬索类桥梁施工与运营过程中，大跨度主钢缆在风雨等自然荷载作用下、车辆荷载作用下、以及结构安装时均会产生水平舞动位移，这种水平舞动类似于很长的悬绳舞动，对施工人员安全、固定结构件安全均具有一定的危害性，严重的会导致大型事故发生。本文中，将这一类的水平舞动位移都统称为线缆水平舞动位移。

为了保证工程中的生产或施工的安全，以及为了监控施工进度、施工质量的目的，需要对线缆水平舞动位移进行检测。当前线缆水平舞动位移的检测方案是：基于单一固定于线缆上的惯性绝对类型的加速度或速度传感器作为测量传感器，测量得到原始的低频加速度信号A，对加速度信号进行一次积分得到速度信号V，对速度信号V再进行一次积分得到位移D。

在由低频加速度信号A到位移D的二次积分过程中，每一次积分造成的基线漂移和低频噪声积分所产生的干扰使得，位移D的检测结果可靠性大大降低。其中，积分涉及时域积分和频域积分。频域积分处理是在采样后进行，对于周期达到十秒甚至几十秒的超低频信号的实时效果很差。上述这些情况导致当前线缆水平舞动位移的检测结果精度低，实时性差。

在实现本方案过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：

现有的线缆水平舞动位移的检测方案检测结果精度低，实时性差。

技术实现要素：

有鉴于此，本方案实施例提供了一种线缆水平舞动位移检测方法、装置及系统，用以解决现有技术中的线缆水平舞动位移的检测方案检测结果精度低，实时性差的问题。

第一方面，本方案实施例提供一种线缆水平舞动位移检测方法，应用于线缆水平舞动位移检测系统，所述系统包括固定于第一位置的第一无线传感器、固定于第二位置的第二无线传感器和固定于线缆中点的第三无线传感器，所述线缆的两端分别固定在所述第一位置和所述第二位置，所述方法包括：

通过所述第一无线传感器或所述第三无线传感器采集所述第一位置和所述线缆中点之间的距离值，记为第一距离值；

通过所述第三无线传感器采集第一平面与水平地面之间的夹角，所述第一平面为经过第一直线与所述第一位置和所述第二位置之间的连线的平面，所述第一直线为经过所述线缆中点和所述连线中点的直线；

根据所述第一距离值、第二距离值和所述夹角，确定所述线缆的水平舞动位移，所述第二距离值为所述第一位置和所述第二位置之间的直线距离值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在根据所述第一距离值、第二距离值和所述夹角，确定所述线缆的水平舞动位移之前，所述方法还包括：

通过所述第一无线传感器或所述第二无线传感器采集所述第一位置和所述第二位置之间的直线距离值，即所述第二距离值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，根据所述第一距离值、第二距离值和所述夹角，确定所述线缆的水平舞动位移，包括：

根据所述第一距离值和第二距离值确定第三距离值；

根据所述第三距离值和所述夹角，确定所述线缆的水平舞动位移。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，设所述第三距离值为x，所述第一距离值为L，所述第二距离值为所述夹角为所述线缆的水平舞动位移为d，则第三距离值所述线缆的水平舞动位移

第二方面，本方案实施例提供一种线缆水平舞动位移检测装置，应用于线缆水平舞动位移检测系统，所述系统包括固定于第一位置的第一无线传感器、固定于第二位置的第二无线传感器和固定于线缆中点的第三无线传感器，所述线缆的两端分别固定在所述第一位置和所述第二位置，所述装置包括：

第一采集模块，用于通过所述第一无线传感器或所述第三无线传感器采集所述第一位置和所述线缆中点之间的距离值，记为第一距离值；

夹角采集模块，用于通过所述第三无线传感器采集第一平面与水平地面之间的夹角，所述第一平面为经过第一直线与所述第一位置和所述第二位置之间的连线的平面，所述第一直线为经过所述线缆中点和所述连线中点的直线；

结果确定模块，用于根据所述第一距离值、第二距离值和所述夹角，确定所述线缆的水平舞动位移，所述第二距离值为所述第一位置和所述第二位置之间的直线距离值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述装置还包括：

第二采集模块，用于通过所述第一无线传感器或所述第二无线传感器采集所述第一位置和所述第二位置之间的直线距离值，即所述第二距离值。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述结果确定模块在用于根据所述第一距离值、第二距离值和所述夹角，确定所述线缆的水平舞动位移时，具体用于：

根据所述第一距离值和第二距离值确定第三距离值；

根据所述第三距离值和所述夹角，确定所述线缆的水平舞动位移。

如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，设所述第三距离值为x，所述第一距离值为L，所述第二距离值为所述夹角为所述线缆的水平舞动位移为d，则第三距离值所述线缆的水平舞动位移

第三方面，本方案实施例提供一种线缆水平舞动位移检测系统，包括：

固定于第一位置的第一无线传感器；

固定于第二位置的第二无线传感器；

固定于线缆中点的第三无线传感器，所述线缆的两端分别固定在所述第一位置和所述第二位置；

控制器；

所述控制器包括第二方面所述的线缆水平舞动位移检测装置。

本发明实施例具有以下有益效果：

本发明实施例基于可靠性高、实时性强的无线测距和角度测量结果直接计算得到线缆水平舞动位移的检测结果，计算过程中无积分运算，因此不会产生因积分造成的基线漂移和低频噪声积分所产生的干扰，因此提高了线缆水平舞动位移的检测结果的精度，并且检测结果的实时性强，不会因超低频率的影响而变差。

【附图说明】

为了更清楚地说明本方案实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本方案的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的线缆水平舞动位移检测方法的流程示例图。

图2为线缆水平舞动位移检测场景示例图。

图3为线缆水平舞动位移检测的原理示意图。

图4为本发明实施例提供的线缆水平舞动位移检测装置的功能方块图。

【具体实施方式】

为了更好的理解本方案的技术方案，下面结合附图对本方案实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本方案一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本方案中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本方案保护的范围。

在本方案实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本方案。在本方案实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

实施例一

本发明实施例提供了一种线缆水平舞动位移检测方法，该线缆水平舞动位移检测方法应用于线缆水平舞动位移检测系统，所述系统包括固定于第一位置的第一无线传感器、固定于第二位置的第二无线传感器和固定于线缆中点的第三无线传感器，该线缆的两端分别固定在所述第一位置和所述第二位置。

图1为本发明实施例提供的线缆水平舞动位移检测方法的流程示例图。如图1所示，本实施例中，线缆水平舞动位移检测方法可以包括如下步骤：

S101，通过第一无线传感器或第三无线传感器采集第一位置和线缆中点之间的距离值，记为第一距离值；

S102，通过第三无线传感器采集第一平面与水平地面之间的夹角，第一平面为经过第一直线与第一位置和第二位置之间的连线的平面，其中第一直线为经过线缆中点和连线中点的直线；

S103，根据第一距离值、第二距离值和夹角，确定线缆的水平舞动位移，其中第二距离值为第一位置和第二位置之间的直线距离值。

其中，第一距离值、第二距离值和夹角都可以通过相应的无线传感器精确地实时测量到，这些测量数据的可靠性高，实时性强。

在一个具体的实现过程中，在根据第一距离值、第二距离值和夹角，确定线缆的水平舞动位移之前，所述方法还可以包括：通过第一无线传感器或第二无线传感器采集第一位置和第二位置之间的直线距离值，即第二距离值。

在一个具体的实现过程中，根据第一距离值、第二距离值和夹角，确定线缆的水平舞动位移，可以包括：根据第一距离值和第二距离值确定第三距离值；根据第三距离值和夹角，确定线缆的水平舞动位移。

在一个具体的实现过程中，设第三距离值为x，第一距离值为L，第二距离值为所述夹角为线缆的水平舞动位移为d，则第三距离值x的计算公式如公式(1)所示：

线缆的水平舞动位移d的计算公式如公式(2)所示：

下面结合附图对本发明实施例提供的线缆水平舞动位移检测方法的原理进行说明。

图2为线缆水平舞动位移检测场景示例图。参见图2，传感器A和线缆的一端固定在固定桩a上，传感器B和线缆的另一端固定在固定桩b上，传感器C固定在线缆的中点。传感器A、传感器B、传感器C均具有无线测距功能和无线通信功能，这样能够测量A、B、C任意两点之间的空间距离。传感器C内部带有倾角传感器，能够测量自身的线绳姿态倾角。

由于线缆会发生水平舞动，所以传感器C并不总是在AB连线(直线)的正下方，会随着水平舞动偏离与水平地面垂直且经过AB连线的平面，从而产生相对于该平面的水平方向的位移。

图3为线缆水平舞动位移检测的原理示意图。参见图3，传感器A与传感器B之间的直线距离固定，为k，那么A点至AB连线中点的距离为线缆在空间的舞动即为以长度k为三角形底边同时以AB连线为轴线的舞动。

传感器A和传感器C之间可以通过无线测距功能实时测量到A、C两点之间的距离，记为L。传感器C相对于AB连线的空间垂线距离记为x，当C点不在一个重力垂线时会产生一个相对于水平面的一个倾角(倾角可利用C内部的传感器测得)，图3中d为水平最大舞动位移。

图3中，A点、AB连线中点、C点三点组成一个直角三角形，且该直角三角形的两个直角边的边长分别为和x，该直角三角形的斜边边长为L，根据勾股定理，可知：

由公式(3)可求得x的计算公式，如前述的公式(1)所示。

在AB连线中点与C点的连线(边长为x)与边长为d的线段组成的直角三角形中，AB连线中点与C点的连线与边长为d的线段之间的夹角为根据余弦的定义，可知：

由公式(4)可求得d的计算公式，如前述的公式(2)所示。

例如，当k为100米，L＝60米，由公式(1)可计算出x＝33.17米，当夹角为45度时，由公式(2)可计算出d＝23.45米。

可见，线缆水平舞动位移的检测结果是直接根据可靠性高、实时性强的无线测距和角度测量结果计算得到的，计算过程中不存在积分运算，因此不存在因积分造成的基线漂移和低频噪声积分所产生的干扰，从而使得线缆水平舞动位移的检测结果的精度得以提高。并且由于计算过程中不存在频域积分，因此不会受超低频率的影响而使检测结果的实时性变差。

本发明实施例提供的线缆水平舞动位移检测方法，基于可靠性高、实时性强的无线测距和角度测量结果直接计算得到线缆水平舞动位移的检测结果，计算过程中无积分运算，因此不会产生因积分造成的基线漂移和低频噪声积分所产生的干扰，因此提高了线缆水平舞动位移的检测结果的精度，并且检测结果的实时性强，不会因超低频率的影响而变差。

实施例二

本发明实施例提供了一种线缆水平舞动位移检测装置，该线缆水平舞动位移检测装置能够实现前述实施例一中线缆水平舞动位移检测方法的各步骤。

图4为本发明实施例提供的线缆水平舞动位移检测装置的功能方块图。本实施例中，线缆水平舞动位移检测装置应用于线缆水平舞动位移检测系统，该系统包括固定于第一位置的第一无线传感器、固定于第二位置的第二无线传感器和固定于线缆中点的第三无线传感器，所述线缆的两端分别固定在所述第一位置和所述第二位置。

如图4所示，本实施例中，线缆水平舞动位移检测装置包括：

第一采集模块410，用于通过第一无线传感器或第三无线传感器采集第一位置和线缆中点之间的距离值，记为第一距离值；

夹角采集模块420，用于通过第三无线传感器采集第一平面与水平地面之间的夹角，第一平面为经过第一直线与第一位置和第二位置之间的连线的平面，第一直线为经过线缆中点和连线中点的直线；

结果确定模块430，用于根据第一距离值、第二距离值和夹角，确定线缆的水平舞动位移，第二距离值为第一位置和第二位置之间的直线距离值。

在一个具体的实现过程中，所述装置还可以包括：第二采集模块，用于通过第一无线传感器或第二无线传感器采集第一位置和第二位置之间的直线距离值，即第二距离值。

在一个具体的实现过程中，结果确定模块430在用于根据第一距离值、第二距离值和夹角，确定线缆的水平舞动位移时，可以具体用于：根据第一距离值和第二距离值确定第三距离值；根据第三距离值和夹角，确定线缆的水平舞动位移。

在一个具体的实现过程中，设第三距离值为x，第一距离值为L，第二距离值为夹角为线缆的水平舞动位移为d，则第三距离值线缆的水平舞动位移

由于本实施例中的线缆水平舞动位移检测装置能够执行前述实施例一中的线缆水平舞动位移检测方法，本实施例未详细描述的部分，可参考对前述实施例一中线缆水平舞动位移检测方法的相关说明。

本发明实施例提供的线缆水平舞动位移检测装置，基于可靠性高、实时性强的无线测距和角度测量结果直接计算得到线缆水平舞动位移的检测结果，计算过程中无积分运算，因此不会产生因积分造成的基线漂移和低频噪声积分所产生的干扰，因此提高了线缆水平舞动位移的检测结果的精度，并且检测结果的实时性强，不会因超低频率的影响而变差。

实施例三

本实施例提供了一种线缆水平舞动位移检测系统，该系统包括：

固定于第一位置的第一无线传感器；

固定于第二位置的第二无线传感器；

固定于线缆中点的第三无线传感器，所述线缆的两端分别固定在所述第一位置和所述第二位置；

控制器；

其中，控制器包括前述实施例二所述的线缆水平舞动位移检测装置。

本发明实施例提供的线缆水平舞动位移检测系统，基于可靠性高、实时性强的无线测距和角度测量结果直接计算得到线缆水平舞动位移的检测结果，计算过程中无积分运算，因此不会产生因积分造成的基线漂移和低频噪声积分所产生的干扰，因此提高了线缆水平舞动位移的检测结果的精度，并且检测结果的实时性强，不会因超低频率的影响而变差。

以上所述仅为本方案的较佳实施例而已，并不用以限制本方案，凡在本方案的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本方案保护的范围之内。