基于动挠度的桥梁限载快速监测系统的制作方法

本发明涉及一种监测系统，具体的，涉及一种基于动挠度的桥梁限载快速监测系统，用于识别行驶过桥梁的卡车整体等效重量是否超过了桥梁实际安全承载范围，从而对旧桥梁或强震区存在损伤的桥梁进行限载监测。

背景技术：

桥梁限载监测是确保旧桥梁或强震后存在损伤的桥梁继续安全使用的重要手段。现有的监测方法主要是基于动态称重技术来实现桥梁限载，其原理是通过测量行驶中车辆的前后轮胎压力来估计车辆静止状态的重量。动态承重系统一般包括一系列压力感应器和数据采集分析装置。目前用于动态称重的压力传感器主要有石英谐振式、压阻弯板式、压电薄膜式等。石英谐振式、压阻弯板式传感器为传统的压力传感器，技术成熟但存在价格昂贵和动态反应慢等缺点，在现代高速公路动态称重系统应用中受到很大的限制。压电薄膜传感器，显示了出众的优势，占据很大的市场应用，遗憾的是，其仍然存在价格较为昂贵、精确度较低、对现场施工要求度高、传感器温漂较大、横向力对传感器影响较大等缺点。

动态称重技术的优点是称重过程中不影响车辆正常行驶，但也存在明显的缺点，具体而言，感应器需要布满各车道下面，安装和调试麻烦,特别是已经服役了的桥梁。另外基于动态称重技术实现桥梁限载的方法只基于单一的荷载允许值来判断通行卡车是否超载，因此需要准确评估出旧桥梁或存在损伤的桥梁的实际承载能力，且未考虑卡车行驶位置不恰当和车速不恰当造成的破坏。

因此，如何能够降低测量的成本，对于桥梁的限载能力进行一次性的测量，从而简便快捷的对桥梁的限载进行判断，成为现有技术亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此,本发明的目的是为一些旧公路桥梁提供一套可快速安装的限载监测系统，确保这些旧桥梁不被重型卡车压垮。本发明的另外一个目的是为强震发生后，对可能在强震作用下出现损伤但因救灾需求得继续使用的震区大量公路桥梁快速安装一套限载监测系统，确保救灾运输卡车安全通行和救灾生命线的畅通。

具体而言，

本发明公开了一种基于动挠度的桥梁限载快速监测系统，包括桥梁动挠度监测装置1，数据处理装置2，车辆信息采集装置3，和超限信息警示装置4，

其中所述桥梁动挠度监测装置1，用于对车辆经过桥梁时动挠度变化进行监测，得到桥梁各时刻的动挠度数据；

车辆信息采集装置3，用于对车辆在桥梁上行驶的车辆相关信息进行采集；

数据处理装置2，分别与所述桥梁动挠度监测装置1和所述车辆信息采集装置3连接，用于分别接收桥梁各时刻的动挠度数据和所述的车辆相关信息，根据所述桥梁各时刻的动挠度数据，计算出车辆行驶时的最大下凹挠度值，并将最大下凹挠度值与桥梁安全设计挠度允许值进行比较，如果在桥梁安全设计挠度允许值范围内，则判断车辆不超限，如果超出桥梁安全设计挠度允许值，则判断车辆超限，发出警示信息，保存所述车辆相关信息，并将所述车辆相关信息发送给超限信息警示装置4；

超限信息警示装置4，用于接收并显示数据处理装置2传输的所述超限车辆的所述车辆相关信息。

进一步的，所述桥梁动挠度监测装置包括多个梁体倾斜度感应传感器11和一个数据采集子装置12，所述梁体倾斜度感应传感器11设置在桥梁梁体的多个关键位置处，采集所述关键位置的纵向倾斜度，由数据采集子装置12同步采集各监测点的纵向倾斜度，并根据所述纵向倾斜度计算得到桥梁各时刻的动挠度数据。

进一步的，所述梁体倾斜度感应传感器11为伺服式倾角仪，所述关键位置为至少5个。

进一步的，所述车辆信息采集装置2包括多台摄像机、图像识别器以及相应的摄像机固定装置，在每个车道上安装1台摄像机，对桥面通行车辆时的车辆相关信息进行监控采集。

进一步的，所述车辆相关信息包括车辆的车牌号、车型、轮胎数量、行驶位置以及行驶车道。

进一步的，所述超限信息警示装置4包括野外显示屏。

进一步的，所述监测系统还包括供电装置5，用于给整个监测系统提供电源。

进一步的，所述供电装置5为太阳能供电装置，包括太阳能板、充放电控制器、蓄电池和相应的固定架。

进一步的，所述监测系统还包括数据远程发送装置6和数据远程接收装置7，所述数据远程发送装置6用于将超限车辆的所述车辆相关信息传输至所述数据远程接收装置7，所述数据远程接收装置7用于接收远程发送的超限车辆的所述车辆相关信息，并进行保存。

进一步的，所述数据远程发送装置6包括无线数据传输单元DTU和4G手机卡；所述数据远程接收装置7包括服务器和数据库。

本发明基于动挠度最大值来判别通行桥梁的卡车等效重量是否超过桥梁的实际安全承载能力，而不是先判断出车辆的载重，再判别卡车重量是否超限。相对于现有技术，本发明具有如下的优点：

(1)可快速安装，无需阻断交通；

(2)不用预先检测和评估监测桥梁的实际承载能力；

(3)可用于旧公路桥梁或强震区存在损伤的公路桥梁的限载监测，减少桥梁垮塌事件的发生。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1是根据本发明的具体实施例的基于动挠度的桥梁限载快速监测系统的装置示意图；

图2是根据本发明的具体实施例的桥梁动挠度监测装置的示意图；

图3是根据本发明的另一个具体实施例的基于动挠度的桥梁限载快速监测系统的测试流程。

1、桥梁动挠度监测装置；2、数据处理装置；3、车辆信息采集装置；4、超限信息警示装置；5、供电装置；6、数据远程发送装置；7、数据远程接收装置；11、梁体倾斜度感应传感器；12、数据采集子装置。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。

在桥梁健康监测系统及荷载试验中，变形是一个极其重要的指标。挠度作为变形的一种描述形式，可以评价桥梁质量及运营状态，反映桥梁的刚度，是桥梁整体变形最明显的反应。尤其是桥梁的动挠度，更是桥梁刚度最为实时的反应，是桥梁在车辆荷载作用下最为真实的反应。在车辆荷载作用下，桥梁结构将产生比相同静荷载作用下更大的变形和应力。因此，对车辆通过桥梁时桥梁的动挠度进行测量，将变化的动挠度最大值与桥梁动挠度设计安全允许值进行比较，能够快速地判断桥梁负载是否超限。并且桥梁动挠度的测量简便、快速，无须阻断交通。

实施例1：

参见图1，示出了根据本发明的具体实施例的基于动挠度的桥梁限载快速监测系统的装置示意图。该桥梁限载快速监测系统包括桥梁动挠度监测装置1，数据处理装置2，车辆信息采集装置3，和超限信息警示装置4，

其中所述桥梁动挠度监测装置1，用于对车辆经过桥梁时动挠度变化进行监测，得到桥梁各时刻的动挠度数据；

车辆信息采集装置3，用于对车辆在桥梁上行驶的车辆相关信息进行采集。示例性的，所述车辆相关信息包括车辆的车牌号、车型、轮胎数量、行驶位置以及行驶车道。

数据处理装置2，分别与所述桥梁动挠度监测装置1和所述车辆信息采集装置3连接，用于分别接收桥梁各时刻的动挠度数据和车辆的相关信息，根据所述桥梁各时刻的动挠度数据，计算出车辆行驶时的最大下凹挠度值，并将最大下凹挠度值与桥梁安全设计挠度允许值进行比较，如果在桥梁安全设计挠度允许值范围内，则判断车辆不超限，如果超出桥梁安全设计挠度允许值，则判断车辆超限，发出警示信息，保存所述车辆相关信息，并将超限车辆的所述车辆相关信息发送给超限信息警示装置4；

超限信息警示装置4，用于接收数据处理装置2传输的所述车辆相关信息，并在相应位置显示超限车辆的所述车辆相关信息，以达到提示车主，或者提示道路监察管理人员进行相应的安全处理。

所述相应的位置，可以是相关人员容易发现或者观察到的位置，例如，可以在桥梁的桥头。

因此，本发明通过对车辆通过桥梁时桥梁的动挠度进行测量，将变化的动挠度最大值与桥梁动挠度设计安全允许值进行比较，能够快速地判断桥梁负载是否超限。

进一步的，参见图2，示出了桥梁动挠度监测装置的示例性的装置图，所述桥梁动挠度监测装置包括多个梁体倾斜度感应传感器11和一个数据采集子装置12，所述梁体倾斜度感应传感器11设置在梁体的多个关键位置处，采集所述关键位置的纵向倾斜度，由数据采集子装置12同步采集各监测点的纵向倾斜度，并根据动态的纵向倾斜度计算得到桥梁各时刻的动挠度数据。

示例性的，所述梁体倾斜度感应传感器11为高精度伺服式倾角仪，所述关键位置为至少5个，将所述高精度伺服式倾角仪设置在箱梁里的关键位置处，由数据采集仪采集到各监测点的纵向倾斜度，并发送给数据处理装置2，所述数据处理装置2对各个纵向倾斜度数据进行数字信号处理和滤波，将数字动态倾斜度信号基于数字积分模型得到梁体各时刻的整跨动挠度曲线，并获取车辆在经过整个过程中的最大动挠度值，即最大下凹挠度值。

所述数据处理装置2在计算桥梁动挠度时，可以采用现有技术中的G01NET桥梁动挠度监测软件，也可以自行编写相关计算程序以实现。关键位置的数量以及具体的位置可以根据桥梁的实际情况进行设定。例如，在设置时，根据被监测梁体的长度均匀布置，采用水泥牢固地固定于箱梁底面的混凝土上。

所述车辆信息采集装置2包括多台摄像机、图像识别器以及相应的摄像机固定装置，在每个车道上安装1台摄像机，对桥面通行车辆时的相关信息进行监控采集，当车辆经过时，车辆信息采集装置2通过摄像机采集图像信息，并利用图像识别器对采集的图像进行图像识别处理，得到所述车辆相关信息，并传输给所述数据处理装置2。

超限信息警示装置4，包括野外显示屏，例如，可野外使用的防水型警示LED显示屏，该警示装置4可以设置在桥头，也可以设置在检查站的相应位置。

进一步的，还具有供电装置5，用于给整个监测系统提供电源。在图2中，仅示例性的标出供电装置5与数据处理装置2电连接，但这仅仅为示例，供电装置5还与监测系统中的其他装置电连接。

示例性的，所述供电装置5为太阳能供电装置，包括太阳能板、充放电控制器、蓄电池和相应的固定架。

进一步的，所述监测系统还包括数据远程发送装置6和数据远程接收装置7，所述数据远程发送装置6用于将超限车辆的所述车辆相关信息传输至所述数据远程接收装置7，所述数据远程接收装置7用于接收远程发送的超限车辆的所述的车辆相关信息，并进行保存。

示例性的，所述数据远程发送装置6可以无线或者有线的形式进行传输，例如，包括无线数据传输单元(Data Transfer unit DTU)和4G手机卡；所述数据远程接收装置7包括服务器和数据库，服务器接收超限车辆的所述车辆相关信息，并存储在数据库内。

实施例2：

本实施例，示出了监测系统的具体的组成设备，以及相应的工作过程。

梁体倾斜度感应装置1：使用5个以上高精度的伺服式倾角仪，如QY型倾角仪，作为梁体动态倾斜度测量传感器。所述梁体动态倾斜度测量传感器安装在箱梁里，根据被监测梁体的长度均匀布置，采用水泥牢固地固定于箱梁底面的混凝土上。

数据采集子装置12：采用24位高精度同步数据采集仪，例如G01NET-2型动态数据采集仪，采样频率设置为20Hz以下。

数据处理装置2：以ARM10芯片为核心，配套外围电阻和电容构成；或者采用低功耗的微型电脑，如工控电脑GK1037。

车辆信息采集装置3：采用LHC-S02车辆信息监控终端，再配套多台无线网络智能摄像头，如LS-C4型摄像头。

超限信息警示装置4：采用可野外使用的防水型警示LED显示屏，如威斯安的DT型警示设备。

太阳能供电装置5：由一块200W太阳能电池、一个12V200AHQ铅酸蓄电池、一个充放电控制器如C2C1R2大电流充放电装置等配套机箱和安装架子构成。可以包含稳压装置，例如采用U250W稳压装置。

数据远程传输装置6：采用由CC2530芯片为核心而构成的DRF2617A-ZigBee无线装置。

数据远程接收装置7：采用一套普通电脑，并将电脑配设1个固定IP或在单位的局域网里映射一个对外端口，再安装一套拥有SQL网络数据库的车辆信息管理软件，如美泉的MQ-DZ车辆信息管理软件。

参见图3，示出了利用该监测系统进行监测的具体流程。

首先，基于设计资料查询获得桥梁挠度设计的安全允许值，并存储在数据处理装置2。

与此同时，当载重车辆经过桥梁时，桥梁动挠度监测装置1和车辆信息采集装置3分别对桥梁的动挠度以及车辆信息进行采集。

桥梁动挠度监测装置1在梁体的5个关键位置处设置高精度的伺服式倾角仪，采集所述关键位置的纵向倾斜度，由数据采集子装置12同步采集各监测点的纵向倾斜度，并发送给数据处理装置2，所述数据处理装置2对各个纵向倾斜度数据进行数字信号处理和滤波，将数字动态倾斜度信号基于数字积分模型得到梁体各时刻的整跨动挠度曲线，从而获取车辆在经过整个过程中的最大动挠值。

车辆信息采集装置3在每个车道上安装1台摄像机，对桥面通行车辆时的相关信息进行监控采集，当车辆经过时，车辆信息采集装置2通过摄像机采集图像信息，并利用图像识别器对采集的图像进行图像识别处理，得到所述车辆相关信息，并传输给所述数据处理装置2。

数据处理装置2将实时测量的最大下凹动挠值与桥梁安全设计挠度允许值进行比较，判断其比值，如果比值小于等于1，则说明在桥梁安全设计挠度允许值范围内，判断车辆不超限；如果比值大于1，则说明超出桥梁安全设计挠度允许值，判断车辆超限，发出警示信息，将所述车辆相关信息发送给超限信息警示装置4，由超限信息警示装置4在桥头进行显示，并保存所述车辆相关信息，将所述车辆相关信息通过数据远程发送装置6传输至数据远程接收装置7，由所述数据远程接收装置7在远程进行接收和保存。

因此，本发明基于动挠度最大值来判别通行桥梁的卡车等效重量是否超过桥梁的实际安全承载能力，不是先判断出车辆的载重，再判别卡车重量是否超限。相对于现有技术，本发明具有如下的优点：

(1)可快速安装，无需阻断交通；

(2)不用预先检测和评估监测桥梁的实际承载能力；

(3)可用于旧公路桥梁或强震区存在损伤的公路桥梁的限载监测，减少桥梁垮塌事件的发生。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。