一种桥梁梁体竖向位移测量装置的制作方法

1.本发明属于桥梁状态监测技术领域，尤其涉及一种桥梁梁体竖向位移测量装置。


背景技术：

2.目前，在桥梁结构建成后，评估结构性能的重要手段是进行结构的荷载试验，从结构的测试结果来评估结构的实际性能，是否满足设计要求。位移测试系统是目前桥梁荷载试验中结构竖向挠度的主要测试方法，高精度的测试结构，高可靠度的保证是荷载试验成功的首要条件，也是评估试验结果的重要指标。
3.随着近年来交通事业的快速发展，复杂地质条件的桥梁越来越多，很多传统的测试手段难以保证试验的正常进行，尤其在山区地形，沟壑处往往有大风等影响，同时限于地形，大型设备难以抵达桥梁下部。在利用人工进行数据检测时，耗时较长；而且，通过人工读数也容易造成误差甚至错误。缺乏一种快捷、简便、准确、可靠的桥梁结构位移测试系统。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有技术利用人工进行数据检测时，耗时较长；同时通过人工读数，易造成误差甚至错误。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种桥梁梁体竖向位移测量装置。
6.本发明是这样实现的，一种桥梁梁体竖向位移测量装置，所述桥梁梁体竖向位移测量装置包括：数据采集模块、位移监测模块、垂直度监测模块、水平监测模块、无线信号传输模块和主控模块；
7.所述主控模块分别与数据采集模块、位移监测模块、垂直度监测模块、水平监测模块、安装定位模块和无线信号传输模块连接，用于通过控制器对各个受控模块的采集数据进行处理分析，并对各个受控模块的工作进行协调控制；
8.所述数据采集模块用于通过若干设置在不同检测点位的传感器组对桥梁梁体的各项数据进行采集检测，并对数据进行融合处理；传感器组包括水准仪、加速度传感器、垂直检测传感器和视觉检测传感器；
9.所述位移监测模块用于根据数据采集模块采集的位移数据对桥梁梁体的移动状态进行监测；
10.所述垂直度监测模块用于根据数据采集模块采集的垂直度数据对桥梁梁体的移动状态进行监测；
11.所述水平监测模块用于根据数据采集模块采集的水平度数据对桥梁梁体的水平状态进行监测；
12.所述无线信号传输模块用于利用无线信号传输器将检测信息发送到远程的监控终端。
13.进一步，所述桥梁梁体竖向位移测量装置还包括有安装定位模块，所述安装定位模块用于利用固定结构将整体装置固定在桥梁桥体外侧，并利用压力传感器对安装位置的
压力数据进行检测，实现对安装牢固性的检测。
14.进一步，所述加速度传感器用于对桥梁梁体的振动幅度和振动频率进行检测，并根据三个方向的振动幅度结合位置确定桥梁的振动状态。
15.进一步，所述根据三个方向的振动幅度结合位置确定桥梁的振动状态包括：
16.根据三个方向的振动幅度判断对应位置处的振动状态，不同的振动状态对应着不同的控制输出；
17.根据提取出桥梁梁体各个位置的加速度信号并转化为感知特征模型，并实时调整控制参数；
18.根据振动状态划分得到控制中的输出控制模型以及关联模型；
19.根据输出控制模型以及关联模型得到对应的振动状态。
20.进一步，所述视觉检测传感器用于利用摄像机对固定于桥梁梁体的靶标进行图像采集，并进行靶标图像处理，根据采集图像对位移数据进行识别。
21.进一步，所述视觉检测传感器根据采集图像对位移数据进行识别的具体方法包括：
22.(1)对靶标和摄像机安装完成后，对摄像机进行初始化设定，设定当前检测数据为初始数据；
23.(2)摄像机实时采集靶标在水平方向及竖直方向上的二维位移并解算出靶标的二维位移数据；
24.(3)将采集的二维位移数据与初始数据进行对比，根据竖向位移的相对值与预设阈值之比确定预警信号等级。
25.进一步，所述靶标图像处理具体过程为：
26.将获取的靶标图像进行去噪增强处理，并将靶标彩色图像转变成灰度图；
27.根据靶标灰度图，建立对应的靶标二值图；
28.根据靶标二值图，对靶标图像进行边缘处理和轮廓匹配；
29.所述靶标图像进行轮廓匹配的具体过程为：
30.根据靶标图像中提取检测子，确定靶标图像轮廓匹配的像素点；
31.通过数学上的特征对提取的检测子进行描述，
32.通过各个角点的描述子来判断在两张图像中的对应关系，去除错误匹配的外点，保留正确的匹配点。
33.进一步，所述建立对应的靶标二值图具体过程为：
34.根据靶标彩色图像转变成的灰度图，计算对应的像素值；
35.确定靶标灰度图像的算术平均值，以算术平均值为阈值，完成对灰度图二值化。
36.进一步，所述桥梁梁体竖向位移测量装置还包括有预警模块，所述预警模块用于在检测到采集数据超过预设阈值时，及时生成对应的预警信息并传递到远程的监控中心；
37.所述预警模块对位移监测模块的检测信息进行预警的方法包括：
38.步骤一，当水准仪所在的检测点位的竖向位移的相对值与预设阈值之比小于0.5时，预警模块发出第一预警信号；
39.步骤二，当水准仪所在的检测点位当前的竖向位移的相对值与预设阈值之比大于或等于0.5且小于0.7时，预警模块发出第二预警信号；
40.步骤三，当水准仪所在的检测点位当前的竖向位移的相对值与预设阈值之比大于或等于0.7且小于0.9时，预警模块发出第三预警信号；
41.步骤四，当水准仪所在的检测点位当前的竖向位移的相对值与预设阈值之比大于或等于0.9时，预警模块发出第四预警信号。
42.进一步，所述数据采集模块对数据进行融合处理具体过程为：
43.将各种不同类型的传感器收集观测桥梁梁体的各项数据；
44.对传感器的输出数据进行特征提取的变换，提取代表观测数据的特征矢量；
45.通过聚类算法对特征矢量进行模式识别处理完成各传感器关于桥梁梁体的各项数据的说明；
46.将各传感器关于目标的说明数据按同一目标进行分组，即关联；利用融合算法将每一目标各传感器数据进行合成，得到该目标的一致性解释与描述。
47.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明构造简单、安装方便，通过设置在不同检测点位的传感器组对桥梁梁体的各项数据进行采集检测，测试结果准确，易于实现推广，可适用于桥梁竖向位移的大规模精确测试。各个水准仪可以对对应检测点位的情况进行监测，并将监测数据通过无线通讯传送给控制中心，控制中心则可根据各个水准仪所传输的数据计算得到待测桥梁的竖向位移，从而完成对待测桥梁的竖向位移的检测。
附图说明
48.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
49.图1是本发明实施例提供的桥梁梁体竖向位移测量装置结构示意图。
50.图2是本发明实施例提供的根据三个方向的振动幅度结合位置确定桥梁的振动状态的方法流程图。
51.图3是本发明实施例提供的视觉检测传感器根据采集图像对位移数据进行识别的方法流程图。
52.图4是本发明实施例提供的预警模块对位移监测模块的检测信息进行预警的方法流程图。
53.图5是本发明实施例提供的数据采集模块对数据进行融合处理方法流程图。
54.图中：1、数据采集模块；2、位移监测模块；3、垂直度监测模块；4、主控模块；5、水平监测模块；6、安装定位模块；7、无线信号传输模块；8、预警模块。
具体实施方式
55.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
56.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种桥梁梁体竖向位移测量装置，下面
结合附图对本发明作详细的描述。
57.如图1所示，本发明实施例提供的桥梁梁体竖向位移测量装置包括：数据采集模块1、位移监测模块2、垂直度监测模块3、主控模块4、水平监测模块5、安装定位模块6、无线信号传输模块7和预警模块8。
58.主控模块4分别与数据采集模块1、位移监测模块2、垂直度监测模块3、水平监测模块5、安装定位模块6和无线信号传输模块7连接，用于通过控制器对各个受控模块的采集数据进行处理分析，并对各个受控模块的工作进行协调控制；
59.数据采集模块1用于通过若干设置在不同检测点位的传感器组对桥梁梁体的各项数据进行采集检测，并对数据进行融合处理；
60.位移监测模块2用于根据数据采集模块采集的位移数据对桥梁梁体的移动状态进行监测；
61.垂直度监测模块3用于根据数据采集模块采集的垂直度数据对桥梁梁体的移动状态进行监测；
62.水平监测模块5用于根据数据采集模块采集的水平度数据对桥梁梁体的水平状态进行监测；
63.安装定位模块6用于利用固定结构将整体装置固定在桥梁桥体外侧，并利用压力传感器对安装位置的压力数据进行检测，实现对安装牢固性的检测。
64.无线信号传输模块7用于利用无线信号传输器将检测信息发送到远程的监控终端；
65.预警模块8用于在检测到采集数据超过预设阈值时，及时生成对应的预警信息并传递到远程的监控中心。
66.本发明实施例中的传感器组包括水准仪、加速度传感器、垂直检测传感器和视觉检测传感器。所述加速度传感器用于对桥梁梁体的振动幅度和振动频率进行检测，并根据三个方向的振动幅度结合位置确定桥梁的振动状态。
67.如图2所示，本发明实施例中根据三个方向的振动幅度结合位置确定桥梁的振动状态包括：
68.s101，根据三个方向的振动幅度判断对应位置处的振动状态，不同的振动状态对应着不同的控制输出；
69.s102，根据提取出桥梁梁体各个位置的加速度信号并转化为感知特征模型，并实时调整控制参数；
70.s103，根据振动状态划分得到控制中的输出控制模型以及关联模型；
71.s104，根据输出控制模型以及关联模型得到对应的振动状态。
72.本发明实施例中视觉检测传感器用于利用摄像机对固定于桥梁梁体的靶标进行图像采集，并进行靶标图像处理，根据采集图像对位移数据进行识别。
73.如图3所示，本发明实施例中的视觉检测传感器根据采集图像对位移数据进行识别的具体方法包括：
74.s201，对靶标和摄像机安装完成后，对摄像机进行初始化设定，设定当前检测数据为初始数据；
75.s202，摄像机实时采集靶标在水平方向及竖直方向上的二维位移并解算出靶标的
二维位移数据；
76.s203，将采集的二维位移数据与初始数据进行对比，根据竖向位移的相对值与预设阈值之比确定预警信号等级。
77.所述靶标图像处理具体过程为：
78.将获取的靶标图像进行去噪增强处理，并将靶标彩色图像转变成灰度图；
79.根据靶标灰度图，建立对应的靶标二值图；
80.根据靶标二值图，对靶标图像进行边缘处理和轮廓匹配。
81.所述靶标图像进行轮廓匹配的具体过程为：
82.根据靶标图像中提取检测子，确定靶标图像轮廓匹配的像素点；
83.通过数学上的特征对提取的检测子进行描述，
84.通过各个角点的描述子来判断在两张图像中的对应关系，去除错误匹配的外点，保留正确的匹配点。
85.所述建立对应的靶标二值图具体过程为：
86.根据靶标彩色图像转变成的灰度图，计算对应的像素值；
87.确定靶标灰度图像的算术平均值，以算术平均值为阈值，完成对灰度图二值化。
88.如图4所示，本发明实施例中的预警模块对位移监测模块的检测信息进行预警的方法包括：
89.s301，当水准仪所在的检测点位的竖向位移的相对值与预设阈值之比小于0.5时，预警模块发出第一预警信号；
90.s302，当水准仪所在的检测点位当前的竖向位移的相对值与预设阈值之比大于或等于0.5且小于0.7时，预警模块发出第二预警信号；
91.s303，当水准仪所在的检测点位当前的竖向位移的相对值与预设阈值之比大于或等于0.7且小于0.9时，预警模块发出第三预警信号；
92.s304，当水准仪所在的检测点位当前的竖向位移的相对值与预设阈值之比大于或等于0.9时，预警模块发出第四预警信号。
93.如图5所示，本发明实施例提供的数据采集模块对数据进行融合处理具体过程为：
94.s401，将各种不同类型的传感器收集观测桥梁梁体的各项数据；
95.s402，对传感器的输出数据进行特征提取的变换，提取代表观测数据的特征矢量；
96.s403，通过聚类算法对特征矢量进行模式识别处理完成各传感器关于桥梁梁体的各项数据的说明；
97.s404，将各传感器关于目标的说明数据按同一目标进行分组，即关联；利用融合算法将每一目标各传感器数据进行合成，得到该目标的一致性解释与描述。
98.以上所述，仅为本发明较优的具体的实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。