一种桥梁悬索安全监测方法、装置、设备及介质与流程

本发明涉及桥梁安全监测领域，具体涉及一种桥梁悬索安全监测方法、装置、设备及介质。

背景技术：

桥梁上的悬索结构是由柔性受拉索及其边缘构件所形成的承重结构，包括单层悬索结构、双层悬索结构和交叉索网结构。当桥梁投入运营后，随着时间推移，其悬索材料自身性能会不断退化，也不可避免地会受到环境侵蚀和使用磨损。若悬索结构的侵蚀和磨损不能及时得到检测和维修，轻则缩短桥梁使用寿命，重则导致桥梁突然破坏或坍塌，影响人们行车安全。传统对桥梁的悬索进行检测在很大程度上依赖于管理者和技术人员的经验，缺乏科学系统的方法，很难及时了解桥梁上悬索的实际情况，导致错过对桥梁的悬索进行维护的最佳维护时间，使得桥梁存在安全隐患。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是传统的桥梁检测方法主要依赖管理者和技术人员的经验，缺乏科学系统的方法，很难及时了解桥梁上悬索的实际情况，导致错过对桥梁的悬索进行维护的最佳维护时间，使得桥梁存在安全隐患。为解决上述技术问题，本发明提供一种桥梁悬索结构受力安全预警监测方法，无需依靠人为经验便可以及时了解桥梁上悬索的实际情况，使得工作人员可以掌握对桥梁的悬索进行维护的最佳维护时间，保证桥梁的安全。

本发明通过下述技术方案实现：

一种桥梁悬索结构受力安全预警监测方法，包括：

获取初始索力值和待计算索力值；

计算每一所述待计算索力值与所述初始索力值的索力差值，并基于极端差值获取第一趋势判定值；

将第一趋势判定值对应的索力值作为有效索力值，计算所述有效索力值的平均值作为第二趋势判定值；

计算所述有效索力值的标准差作为第三趋势判定值；

通过离散度计算公式对所述第二趋势判定值和所述第三趋势判定值进行计算，获取离散度；

将所述离散度与预设离散阈值进行比较，当所述离散度大于所述预设离散阈值，则生成报警信号。

进一步地，所述获取初始索力值和待计算索力值，包括：

获取桥梁悬索结构的锚索长度、锚索线密度、n阶横向自振频率、锚索的抗弯刚度，调用索力值计算公式计算原始索力值，所述索力值计算公式为其中，ρ指锚索线密度，l指锚索长度、fn指n阶横向自振频率，ei指锚索的抗弯刚度；

选取多个原始索力值，并将第一个所述原始索力值作为初始索力值，剩余的所述原始索力值作为待计算索力值。

进一步地，所述锚索的抗弯刚度ei根据锚索的弹性模量e和目标惯性矩i计算得到；

其中，所述锚索的弹性模量e为一常量，所述锚索的截面惯性矩包括矩形截面惯性矩、圆形截面惯性矩、圆环形截面惯性矩和非形心惯性矩；

基于所述锚索的截面形状，选取与所述锚索的截面形状对应的截面惯性矩作为目标惯性矩i；

若所述锚索的截面形状为矩形，则选取矩形截面惯性矩作为目标惯性矩i；若所述锚索的截面形状为圆形，则选取圆形截面惯性矩作为目标惯性矩i；若所述锚索的截面形状为圆环形，则选取圆环形截面惯性矩作为目标惯性矩i；

若所述锚索的旋转轴没有穿过形心时，则选取非形心惯性矩作为目标惯性矩i。

进一步地，所述矩形截面惯性矩的计算公式为i矩＝bh³/12，其中，i矩指矩形截面惯性矩，h指矩形截面的高度，b指矩形截面的宽度；所述圆形截面惯性矩的计算公式为i圆＝πd⁴/64，其中，i圆指圆形截面惯性矩，d指圆形截面的直径；所述圆环形截面惯性矩的计算公式为i环＝π(d⁴-d⁴)/64，其中，i环指圆环形截面惯性矩，d指圆环形截面的外直径，d指圆环形截面的内直径。

进一步地，所述非形心惯性矩的计算公式为iz＝i+az²，其中，iz指截面对z轴的惯性矩，i指截面对形心轴的惯性矩，a指截面面积，z指形心到z轴的距离。

进一步地，所述离散度计算公式具体为其中，s指第三趋势判定值，指第二趋势判定值。

一种桥梁悬索结构受力安全预警监测装置，包括：

数据获取模块，用于获取初始索力值和待计算索力值；

第一趋势判定值计算模块，用于计算每一所述待计算索力值与所述初始索力值的索力差值，并基于极端差值获取第一趋势判定值；

第二趋势判定值计算模块，用于将第一趋势判定值对应的索力值作为有效索力值，计算所述有效索力值的平均值作为第二趋势判定值；

第三趋势判定值计算模块，用于计算所述有效索力值的标准差作为第三趋势判定值；

离散度计算模块，用于通过离散度计算公式对所述第二趋势判定值和所述第三趋势判定值进行计算，获取离散度；

离散度比较模块，用于将所述离散度与预设离散阈值进行比较，当所述离散度大于所述预设离散阈值，则生成报警信号。

进一步地，所述数据获取模块包括：

原始索力值计算单元，用于获取桥梁悬索结构的锚索长度、锚索线密度、n阶横向自振频率、锚索的抗弯刚度，调用索力值计算公式计算原始索力值，所述索力值计算公式为其中，ρ指锚索线密度，l指锚索长度、fn指n阶横向自振频率，ei指锚索的抗弯刚度；

原始索力值处理单元，用于选取多个原始索力值，并将第一个所述原始索力值作为初始索力值，剩余的所述原始索力值作为待计算索力值。

一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述桥梁悬索结构受力安全预警监测方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述桥梁悬索结构受力安全预警监测方法。

本发明提供的一种桥梁悬索安全监测方法、装置、设备及介质，通过获取初始索力值和待计算索力值，计算每一待计算索力值与初始索力值的索力差值，并基于极端差值获取第一趋势判定值，将第一趋势判定值对应的索力值作为有效索力值，计算有效索力值的平均值作为第二趋势判定值，计算有效索力值的标准差作为第三趋势判定值，通过离散度计算公式对第二趋势判定值和第三趋势判定值进行计算，获取离散度，将离散度与预设离散阈值进行比较，当离散度大于预设离散阈值，则生成报警信号，以在桥梁悬索的索力分布不均匀时，及时提醒工作人员对桥梁上的悬索进行维护，保证桥梁的安全。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一种桥梁悬索结构受力安全预警监测方法的流程图。

图2为图1中步骤s10的一具体流程图。

图3为图1中步骤s11的一具体流程图。

图4为本发明一种桥梁悬索结构受力安全预警监测装置的结构示意图。

图5为本发明计算机设备的一示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，本发明一种桥梁悬索结构受力安全预警监测方法，具体包括如下步骤：

s10：获取初始索力值和待计算索力值。

其中，初始索力值指作为基准的索力值，待计算索力值指需要和初始索力值进行计算的值。

s20：计算每一待计算索力值与初始索力值的索力差值，并基于极端差值获取第一趋势判定值。

其中，索力差值指各待计算索力值与初始索力值的差值。极端差值指索力差值中的最大值和最小值。

具体地，在获取初始索力值和待计算索力值后，通过差值计算公式δtn＝tn-t0对每一待计算索力值与初始索力值进行差值计算，获取每一待计算索力值的索力差值，其中，δtn指第n个待计算索力值对应的索力差值，tn指第n个待计算索力值，t0指初始索力值。在获取各待计算索力值对应的索力差值后，基于极端差值获取除极端差值对应的待计算索力值以外的所有待计算索力值，作为第一趋势判定值。其中，第一趋势判定值指除极端差值对应的待计算索力值之外的待计算索力值。

通过极端差值确定第一趋势判定值，以排除由于测量误差或者环境因素造成的待计算索力值，提高数据的可靠性。

s30：将第一趋势判定值对应的索力值作为有效索力值，计算有效索力值的平均值作为第二趋势判定值。

具体地，通过平均值计算公式对有效索力值进行平均值计算，获取第二趋势判定值。其中，指有效索力值的平均值，即第二趋势判定值，k指有效索力值的个数，fi指第i个有效索力值。

s40：计算有效索力值的标准差作为第三趋势判定值。

具体地，通过标准差计算公式有效索力值进行标准差计算，获取第三趋势判定值。

s50：通过离散度计算公式对第二趋势判定值和第三趋势判定值进行计算，获取离散度。

具体地，在获取第二趋势判定值和第三趋势判定值后，根据离散度计算公式对第二趋势判定值和第三趋势判定值进行计算，获取离散度。

进一步地，离散度计算公式具体为其中，s指第三趋势判定值，指第二趋势判定值。

s60：将离散度与预设离散阈值进行比较，当离散度大于预设离散阈值，则生成报警信号。

其中，预设离散阈值指预先设置的用于判断离散度是否符合要求的阈值，如5％。

具体地，在获取离散度后，将离散度与预设离散阈值进行比较，当离散度大于预设离散阈值，则表示获取的该组待计算索力值太离散，桥梁上的悬索索力分布不均匀，需要进行维护；当离散度小于等于预设离散阈值，则表示获取的该组待计算索力值不离散，桥梁上的悬索索力分布均匀，安全性满足要求，不需要维护。

通过确定离散度与预设离散阈值的大小，无需依靠人工经验便可以及时了解桥梁上悬索的实际情况，使得工作人员可以掌握对桥梁的悬索进行维护的最佳维护时间，保证桥梁的安全。

进一步地，如图2所示，步骤s10，获取初始索力值和待计算索力值，具体包括如下步骤：

s11：获取桥梁悬索结构的锚索长度、锚索线密度、n阶横向自振频率、锚索的抗弯刚度，调用索力值计算公式计算原始索力值，索力值计算公式为其中，ρ指锚索线密度，l指锚索长度、fn指n阶横向自振频率，ei指锚索的抗弯刚度。

s12：选取多个原始索力值，并将第一个原始索力值作为初始索力值，剩余的原始索力值作为待计算索力值。

进一步地，如图3所示，步骤s11中，锚索的抗弯刚度ei根据锚索的弹性模量e和目标惯性矩i计算得到。

其中，锚索的弹性模量e为一常量，锚索的截面惯性矩包括矩形截面惯性矩、圆形截面惯性矩、圆环形截面惯性矩和非形心惯性矩。目标惯性矩i指根据锚索的截面形状，选择的与该锚索的形状匹配的惯性矩。

s111：基于锚索的截面形状，选取与锚索的截面形状对应的截面惯性矩作为目标惯性矩i。

s112：若锚索的截面形状为矩形，则选取矩形截面惯性矩作为目标惯性矩i；若锚索的截面形状为圆形，则选取圆形截面惯性矩作为目标惯性矩i；若锚索的截面形状为圆环形，则选取圆环形截面惯性矩作为目标惯性矩i。

进一步地，矩形截面惯性矩的计算公式为i矩＝bh³/12，其中，i矩指矩形截面惯性矩，h指矩形截面的高度，b指矩形截面的宽度；圆形截面惯性矩的计算公式为i圆＝πd⁴/64，其中，i圆指圆形截面惯性矩，d指圆形截面的直径；圆环形截面惯性矩的计算公式为i环＝π(d⁴-d⁴)/64，其中，i环指圆环形截面惯性矩，d指圆环形截面的外直径，d指圆环形截面的内直径。

s113：若锚索的旋转轴没有穿过形心时，则选取非形心惯性矩作为目标惯性矩i。

进一步地，非形心惯性矩的计算公式为iz＝i+az²，其中，iz指非形心惯性矩，i指截面对形心轴的惯性矩，a指截面面积，z指形心到z轴的距离。

实施例2

如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，一种桥梁悬索安全监测装置，包括：

数据获取模块10，用于获取初始索力值和待计算索力值。

第一趋势判定值计算模块20，用于计算每一待计算索力值与初始索力值的索力差值，并基于极端差值获取第一趋势判定值。

第二趋势判定值计算模块30，用于将第一趋势判定值对应的索力值作为有效索力值，计算有效索力值的平均值作为第二趋势判定值。

第三趋势判定值计算模块40，用于计算有效索力值的标准差作为第三趋势判定值。

离散度计算模块50，用于通过离散度计算公式对第二趋势判定值和第三趋势判定值进行计算，获取离散度。

离散度比较模块60，用于将离散度与预设离散阈值进行比较，当离散度大于预设离散阈值，则生成报警信号。

进一步地，数据获取模块10包括原始索力值计算单元和原始索力值处理单元。

原始索力值计算单元，用于获取桥梁悬索结构的锚索长度、锚索线密度、n阶横向自振频率、锚索的抗弯刚度，调用索力值计算公式计算原始索力值，索力值计算公式为其中，ρ指锚索线密度，l指锚索长度、fn指n阶横向自振频率，ei指锚索的抗弯刚度。

原始索力值处理单元，用于选取多个原始索力值，并将第一个原始索力值作为初始索力值，剩余的原始索力值作为待计算索力值。

进一步地，锚索的抗弯刚度ei根据锚索的弹性模量e和目标惯性矩i计算得到。

其中，锚索的弹性模量e为一常量，锚索的截面惯性矩包括矩形截面惯性矩、圆形截面惯性矩、圆环形截面惯性矩和非形心惯性矩。

进一步地，原始索力值计算单元还包括目标惯性矩确定单元、截面形状惯性矩确定单元和非形心惯性矩确定单元。

目标惯性矩确定单元，用于基于锚索的截面形状，选取与锚索的截面形状对应的截面惯性矩作为目标惯性矩i。

截面形状惯性矩确定单元，用于若锚索的截面形状为矩形，则选取矩形截面惯性矩作为目标惯性矩i；若锚索的截面形状为圆形，则选取圆形截面惯性矩作为目标惯性矩i；若锚索的截面形状为圆环形，则选取圆环形截面惯性矩作为目标惯性矩i。

非形心惯性矩确定单元，用于若锚索的旋转轴没有穿过形心时，则选取非形心惯性矩作为目标惯性矩。

进一步地，截面形状惯性矩确定单元，还包括矩形截面惯性矩的计算公式为i矩＝bh³/12，其中，i矩指矩形截面惯性矩，h指矩形截面的高度，b指矩形截面的宽度；圆形截面惯性矩的计算公式为i圆＝πd⁴/64，其中，i圆指圆形截面惯性矩，d指圆形截面的直径；圆环形截面惯性矩的计算公式为i环＝π(d⁴-d⁴)/64，其中，i环指圆环形截面惯性矩，d指圆环形截面的外直径，d指圆环形截面的内直径。

进一步地，非形心惯性矩确定单元，还包括非形心惯性矩的计算公式为iz＝i+az²，其中，iz指非形心惯性矩，i指截面对形心轴的惯性矩，a指截面面积，z指形心到z轴的距离。

关于桥梁悬索安全监测的具体限定可以参见上文中对于桥梁悬索安全监测方法的限定，在此不再赘述。上述桥梁悬索安全监测中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

实施例3

本实施例提供一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括计算机可读存储介质、内存储器。该计算机可读存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为计算机可读存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储桥梁悬索安全监测方法中涉及到的数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种桥梁悬索安全监测方法。

本实施例提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中桥梁悬索安全监测方法的步骤，例如图1所示的步骤10至步骤s60，或者，图2-图3所示的步骤，为避免重复，这里不再赘述。或者，处理器执行计算机程序时实现上述实施例中桥梁悬索安全监测装置的各模块/单元的功能，例如图4所示模块10至模块60的功能。为避免重复，这里不再赘述。

实施例4

本实施例，提供一计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中桥梁悬索安全监测方法的步骤，例如图1所示的步骤s10-s60，或者，图2-图3所示的步骤，为避免重复，这里不再赘述。或者，处理器执行计算机程序时实现桥梁悬索安全监测装置这一实施例中的各模块/单元的功能，例如图4所示的模块10至模块60的功能。为避免重复，这里不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦除可编程rom(eeprom)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(ram)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram(sram)、动态ram(dram)、同步dram(sdram)、双数据率sdram(ddrsdram)、增强型sdram(esdram)、同步链路(synchlink)dram(sldram)、存储器总线(rambus)直接ram(rdram)、直接存储器总线动态ram(drdram)、以及存储器总线动态ram(rdram)等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。