一种风振响应监测系统的制作方法

本申请涉及桥梁监测技术领域，尤其涉及一种风振响应监测系统。

背景技术：

随着国家经济建设的高度需求和高铁技术的飞速提升，高速铁路近年来得到迅猛发展，高速列车车速也不断提高。然而列车在轨道上高速行驶时，空气黏性作用使附近的空气被列车表面带动并随列车一起运动，紧贴列车表面的空气保持与列车的相对静止，而离开列车表面的空气相对速度较大，两者之间的速度差产生列车风。列车的车速越快，列车风就越强，从而列车对周围空气的扰动也越大。

由于高速铁路上的跨线钢桁架天桥质量轻、刚度小，其受到高速列车风影响明显，容易出现明显的风致振动现象，进而影响跨线钢桁架天桥的使用功能及舒适度，甚至影响天桥结构的安全性。因此，高速铁路上的跨线钢桁架天桥的风振响应监测就显得尤为重要。现有技术中，跨线钢桁架天桥大多采用人工定时巡检的方式来检测其安全性，这种人工巡检的方式难以保证及时发现风致响应引起的破坏，而且人工巡检很难将高速列车引起的风压和风致振动响应量化。因此，如何实现对跨线钢桁架天桥的实时监测成为了亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本申请的主要目的在于提供一种风振响应监测系统。

本申请实施例提供一种风振响应监测系统，包括：

监测子系统，所述监测子系统包括多个传感器，所述多个传感器分布设置在天桥的不同位置上，用于监测所述天桥由风振产生的传感数据；

采集子系统，所述采集子系统与所述监测子系统连接，用于采集所述监测子系统监测到的传感数据；

处理子系统，所述处理子系统与所述采集子系统连接，用于接收所述采集子系统发送的传感数据，对所述传感数据进行分析和处理。

在一种可选的实施方式中，所述监测子系统包括多个激励输入传感器和多个结构响应传感器；其中，

所述多个激励输入传感器至少包括风压传感器和风速传感器；

所述多个结构响应传感器至少包括振动加速度传感器、应力传感器和倾角传感器。

在一种可选的实施方式中，所述采集子系统包括：

数据采集装置，所述数据采集装置连接所述多个传感器，用于采集所述多个传感器监测到的传感数据；

数据传输装置，所述数据传输装置连接所述数据采集装置和所述处理子系统，用于将所述传感数据传输至所述处理子系统。

在一种可选的实施方式中，所述数据传输装置为无线传输装置。

在一种可选的实施方式中，所述处理子系统包括：

第一处理器，所述第一处理器与所述采集子系统连接，用于对所述采集子系统发送的传感数据进行分析和处理，得到处理结果；

存储器，所述存储器与所述第一处理器连接，用于对所述第一处理器得到的处理结果进行分类存储；

显示器，所述显示器与所述第一处理器连接，用于对所述第一处理器得到的处理结果进行显示。

在一种可选的实施方式中，所述处理子系统还包括：

第二处理器，所述第二处理器连接于所述采集子系统和所述第一处理器之间，用于对所述采集子系统发送的传感数据进行预处理，所述预处理包括筛选和去噪；并将预处理后的传感数据发送给所述第一处理器。

在一种可选的实施方式中，所述风振响应监测系统还包括：维护子系统；其中，

所述维护子系统包括一个或多个维护终端，所述维护终端与所述监测子系统和/或所述采集子系统连接，用于对所述监测子系统和/或所述采集子系统进行检查以及根据检查结果进行维护。

在一种可选的实施方式中，所述风振响应监测系统还包括：评估子系统；其中，

所述评估子系统包括一个或多个评估终端，所述评估终端与所述采集子系统和/或所述处理子系统连接，用于基于所述采集子系统得到的传感数据和/或所述处理子系统得到的处理结果生成所述天桥的结构监测报告。

在一种可选的实施方式中，所述风振响应监测系统还包括：预警子系统；其中，

所述预警子系统包括至少一个预警终端，所述预警终端与所述处理子系统连接，用于基于所述处理子系统得到的处理结果对所述天桥进行结构安全性评定。

本申请实施例公开了一种风振响应监测系统，包括：监测子系统，所述监测子系统包括多个传感器，所述多个传感器分布设置在天桥的不同位置上，用于监测所述天桥由风振产生的传感数据；采集子系统，所述采集子系统与所述监测子系统连接，用于采集所述监测子系统监测到的传感数据；处理子系统，所述处理子系统与所述采集子系统连接，用于接收所述采集子系统发送的传感数据，对所述传感数据进行分析和处理。与现有人工巡检技术相比，本申请提供的风振响应监测系统大大降低了人工巡检的人力成本，整体上降低了经济成本；而且本申请通过将传感器分布设置在天桥的不同位置上，可实现远程实时定量监测风振响应，与人工定性描述相比，大大提高了准确性和可靠性。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种风振响应监测系统的结构示意图一；

图2为风压传感器的布设位置示意图一；

图3为风压传感器的布设位置示意图二；

图4为风速传感器的布设位置示意图；

图5为振动加速度传感器的布设位置示意图；

图6为应力传感器的布设位置示意图；

图7为倾角传感器的布设位置示意图；

图8为本申请实施例提供的一种采集子系统的结构示意；

图9为本申请实施例提供的一种处理子系统的结构示意；

图10为本申请实施例提供的一种风振响应监测系统的结构示意图二。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请，而不应被这里阐述的具体实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本申请更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本申请可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本申请发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述；即，这里不描述实际实施例的全部特征，不详细描述公知的功能和结构。

在附图中，为了清楚，层、区、元件的尺寸以及其相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本申请的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

图1为本申请实施例提供的一种风振响应监测系统的结构示意图，如图1所示，所述风振响应监测系统100包括：

监测子系统110，所述监测子系统110包括多个传感器，所述多个传感器分布设置在天桥的不同位置上，用于监测所述天桥由风振产生的传感数据；

采集子系统120，所述采集子系统120与所述监测子系统110连接，用于采集所述监测子系统110监测到的传感数据；

处理子系统130，所述处理子系统130与所述采集子系统120连接，用于接收所述采集子系统120发送的传感数据，对所述传感数据进行分析和处理。

在本申请实施例中，所述监测子系统110包括多个激励输入传感器和多个结构响应传感器；其中，

所述多个激励输入传感器至少包括风压传感器和风速传感器；

所述多个结构响应传感器至少包括振动加速度传感器、应力传感器和倾角传感器。

图2为天桥的仰视图，图3为天桥的主视图，所述风压传感器的布设位置如图2和图3所示，所述风压传感器230分布设置在天桥下弦横梁220上。结合图2和图3可知，所述风压传感器230分布设置在天桥的下弦横梁220的中部，位于两个天桥下弦主梁210之间，且所述风压传感器230设置在两列列车240的正上方。图中8个所示风压传感器230沿天桥的中心对称分布。

图4为天桥的主视图，所述风速传感器的布设位置如图4所示，2个所述风速传感器250设置在列车240两侧的站台的边缘处。

图5为天桥的俯视图，所述振动加速度传感器的布设位置如图5所示，所述振动加速度传感器260分布设置在天桥下弦主梁210上和天桥下弦横梁220上，其中2个振动加速度传感器260沿天桥下弦横梁220分别设置在2个天桥下弦主梁210对称的两处，另外3个振动加速度传感器260沿天桥中心对称分别设置在对应的3个天桥下弦横梁220的中间。

图6为天桥的正视图，所述应力传感器的布设位置如图6所示，所述应力传感器270分布设置在天桥下弦主梁210上和天桥腹杆280上，其中2个应力传感器270沿天桥中心对称设置在天桥下弦主梁210上，另外4个应力传感器270分布设置在天桥腹杆280上。

图7为天桥的正视图，所述倾角传感器的布设位置如图7所示，所述倾角传感器290设置在天桥左侧的天桥下弦主梁210上。

需要说明的是，图2至图7中仅为本申请实施例中传感器的分布情况的一个举例，并非为对本申请传感器位置设置的限制。在实际应用时，技术人员可以根据实际情况选取不同数量种类的传感器，依据不同的监测需求设置在天桥的任意位置上。

所述多个传感器分布设置在天桥的不同位置上，用于监测所述天桥由风振产生的传感数据，而这些传感器的位置选取的原则主要有以下两个方面：

第一方面：通过数值模拟获取天桥在高速列车通过时的表面风压分布的计算数据，研究天桥表面列车风压的分布规律，进而得到列车致天桥风压、风速以及桁架风致响应的分布规律。继而依据上述分布规律选择风压较大位置、风速较大位置、天桥应力较大位置、天桥倾角较大位置等作为传感器布设位置。

第二方面：在传感器布设位置中，进一步选择易于现场布设的位置作为最终传感器布设位置。

图8为本申请实施例提供的一种采集子系统的结构示意，如图8所示，所述采集子系统120包括：数据采集装置121，所述数据采集装置121连接所述多个传感器，用于采集所述多个传感器监测到的传感数据；

数据传输装置122，所述数据传输装置122连接所述数据采集装置121和所述处理子系统130，用于将所述传感数据传输至所述处理子系统130。

这里，所述多个传感器与数据采集装置121之间通过数据线连接。所述数据传输装置122与所述数据采集装置121和所述处理子系统130之间通过无线连接，从而进行无线数据传输。其中，所述数据传输装置122为无线传输装置。

图9为本申请实施例提供的一种处理子系统的结构示意，如图9所示，所述处理子系统130包括：第一处理器131，所述第一处理器131与所述采集子系统120连接，用于对所述采集子系统120发送的传感数据进行分析和处理，得到处理结果；

存储器132，所述存储器132与所述第一处理器131连接，用于对所述第一处理器131得到的处理结果进行分类存储；

显示器133，所述显示器133与所述第一处理器131连接，用于对所述第一处理器131得到的处理结果进行显示。

这里，所述处理子系统130包括所述第一处理器131、所述存储器132与所述显示器133，所述第一处理器131与所述采集子系统120连接，通过所述第一处理器131可以对传感数据的采集与传输进行有效地控制，进而对所述采集子系统120发送的传感数据进行分析和处理，并通过所述存储器132对分析和处理后的数据进行分类存储、备份，以及通过所述显示器133对分析和处理后的数据进行实时显示。在实际应用时，所述显示器133可以为监控中心的监视器。

本申请实施例的技术方案中，存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-onlymemory，rom)、可编程只读存储器(programmablerom，prom)、可擦除可编程只读存储器(erasableprom，eprom)、电可擦除可编程只读存储器(electricallyeprom，eeprom)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(randomaccessmemory，ram)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的ram可用，例如静态随机存取存储器(staticram，sram)、动态随机存取存储器(dynamicram，dram)、同步动态随机存取存储器(synchronousdram，sdram)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(doubledataratesdram，ddrsdram)、增强型同步动态随机存取存储器(enhancedsdram，esdram)、同步连接动态随机存取存储器(synchlinkdram，sldram)和直接内存总线随机存取存储器(directrambusram，drram)。

在本申请实施例中，所述处理子系统130还包括：第二处理器134，所述第二处理器134连接于所述采集子系统120和所述第一处理器131之间，用于对所述采集子系统120发送的传感数据进行预处理，所述预处理包括筛选和去噪；并将预处理后的传感数据发送给所述第一处理器131。

这里，在天桥上布设所述采集子系统120，所述采集子系统120中的所述数据采集装置121采集所述多个传感器监测到的传感数据，并通过所述采集子系统120中的所述数据传输装置122将所述传感数据传输到所述处理子系统130中的所述第二处理器134，所述第二处理器134接收所述传感数据后，对所述传感数据进行预处理，并将预处理后的传感数据发送给所述第一处理器131。所述第二处理器134与所述第一处理器131之间可以通过无线连接，从而进行无线数据传输。其中，所述预处理包括筛选和去噪。在一些实施例中，所述第二处理器134还可以对接收到的所述传感数据进行异常判断，判断所述传感数据是否存在数据异常，若所述传感数据存在数据异常，则剔除异常传感数据。

具体实现时，上述的第一处理器和第二处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现成可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。进一步，通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

在图1所示的风振响应监测系统的基础上，本申请实施例还提供了一种风振响应监测系统，如图10所示，风振响应监测系统100进一步包括：维护子系统140；其中，

所述维护子系统140包括一个或多个维护终端，所述维护终端与所述监测子系统110和/或所述采集子系统120连接，用于对所述监测子系统110和/或所述采集子系统120进行检查以及根据检查结果进行维护。

这里，所述维护子系统140与所述监测子系统110和/或所述采集子系统120连接，对所述监测子系统110和/或所述采集子系统120中的硬件设备进行检查、标定、维护和升级，以及对所述监测子系统110和/或所述采集子系统120中的软件系统进行测试、优化、维护和升级。

在本申请实施例中，所述风振响应监测系统100还包括：评估子系统150；其中，

所述评估子系统150包括一个或多个评估终端，所述评估终端与所述采集子系统120和/或所述处理子系统130连接，用于基于所述采集子系统120得到的传感数据和/或所述处理子系统130得到的处理结果生成所述天桥的结构监测报告。

这里，所述评估子系统150可以调用所述存储器132中的数据和/或基于所述采集子系统120采集到的传感数据，对天桥进行结构监测，并将生成的结构监测报告在所述显示器133上进行实时显示，并将结构监测报告存入所述存储器132中。在实际应用时，所述显示器133可以为监控中心的监视器。

这里，所述评估子系统150可以对所述采集子系统120采集到的传感数据做进一步的分析，将现场监测到的传感数据引入计算模型中，依据计算模型中的数值分析结果了解天桥结构当前的受力状态，从而实时输出所述天桥的结构监测报告，为判定所述天桥的健康状态提供数据依据。

在本申请实施例中，所述风振响应监测系统100还包括：预警子系统160；其中，

所述预警子系统160包括至少一个预警终端，所述预警终端与所述处理子系统130连接，用于基于所述处理子系统130得到的处理结果对所述天桥进行结构安全性评定。

这里，所述预警子系统160可以基于所述处理子系统130得到的处理结果，对天桥进行结构安全性评定，并将结构安全性评定的结果在所述显示器133上进行实时显示，并将结构安全性评定的结果存入所述存储器132中。所述预警子系统160还可以在结构安全性评定的结果处于报警状态时，在通过所述显示器133进行预警。此外，所述存储器132中的数据可以通过无线传输的方式将相关的结果传输到后台服务器，从而使得用户可以对数据进行实时监控或使得系统开发人员可以对系统进行远程维护。需要说明的是，所述无线传输的方式可以包括移动数据传输、wifi数据传输和蓝牙数据传输。

本申请提供的风振响应监测系统还包括维护子系统，所述维护子系统可实现对硬件设备和软件系统的维护升级，使得本风振响应监测系统具有长期稳定使用的优点。且进一步地，本申请提供的风振响应监测系统还包括：评估子系统和预警子系统，所述评估子系统和所述预警子系统还可以对监测数据做进一步的分析，可对天桥实时进行结构检测和结构安全性评定，并实时输出结构监测报告和结构安全性评定结果，为判定天桥的健康状态提供准确的数据依据。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。