一种人工智能桥梁安全检测系统的制作方法
本发明涉及安全检测技术领域，尤其涉及一种人工智能桥梁安全检测系统。
背景技术：
我国目前已经有数量庞大的桥梁存在，给人们的通行带来了极大的便利，但是这些桥梁的建造材料，时间，工艺等都存在着差异，随着时间的流逝，桥梁或多或少会出现一些损伤或质量安全问题，虽然国内外都已经在桥梁安全方面进行了大量的研究工作，但是一些突发性事故仍有发生，提醒着人们在桥梁安全检测方面的不足。一方面，现有的一些桥梁安全检测多为外观的检测，而不能检测到内部的实质问题，外观检测仪器只能不定期的抽取检查，难免出现疏忽，且易出现安全问题
另一方面，桥梁安全检测过程得到的数据在现有技术中，没有被人们充分的挖掘利用，现有技术的强人工智能中纯粹地采用模拟人脑的方式实现智能化时，对软硬件的要求非常高，而且不能采用现有的数据处理技术，不能充分发挥现有数据处理技术的优势。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种人工智能桥梁安全检测系统，该系统可弥补现有的针对桥梁的安全检测技术和处理方案的不足。
为实现上述目的，本发明的目的在于提供一种人工智能桥梁安全检测系统，包括实时检测子系统、传感器监测子系统、数据采集子系统、分析评估子系统、智能处理子系统以及云端数据库；所述实时检测子系统与所述传感器监测子系统电性连接或者通过无线方式连接，所述传感器监测子系统与所述数据采集子系统通过无线方式连接，所述数据采集子系统与所述分析评估子系统通过无线方式连接，所述分析评估子系统与所述智能处理子系统通过无线方式连接，所述实时检测子系统、所述传感器监测子系统、所述数据采集子系统、所述分析评估子系统以及所述智能处理子系统均与所述云端数据库电性连接或者通过无线方式连接。
进一步的，所述实时检测子系统包括检测小车和检测单元，所述检测单元包括检测小车位移检测件、十字形检测架以及激光传感器，所述激光传感器分布于所述十字形检测架的横梁和纵梁上，所述纵梁重心低且可绕一纵向轴线转动；所述激光传感器检测方向向下，所述检测小车位移检测件检测到的位移信号和所述激光传感器检测到的桥面数据信号通过无线方式传输至所述云端数据库；所述纵梁下部固定设有用于降低重心的平衡块。
进一步的，所述实时检测子系统执行检测的具体操作步骤如下：
a.设定一坐标系，驱动所述检测小车沿桥面纵向行驶，所述激光传感器分别实时采集桥面横向数据信号和纵向数据信号，根据所述检测小车纵向位移数据及所述纵梁和所述横梁上所述激光传感器的测试数据得到桥面各个检测点的实时坐标值；
b.依据实时的所述横向数据信号结合所述检测小车位移信号，得出沿桥梁纵向和横向的桥面结构的数字化空间曲面；
c.利用步骤a
d.将步骤b测得的所述桥面结构的数字化空间曲面与步骤c测得的所述桥面结构的数字化空间曲面进行比较，同时，将步骤c中每次测得所述桥面结构的数字化空间曲面与前次测得所述桥面结构的数字化空间曲面进行比较；
e.根据步骤d中的比较结果，依据试验研究成果和计算机仿真分析建立所述桥面结构的数字化空间曲面变化与桥梁结构安全性之间的关系，通过对同一桥梁所述桥面结构的数字化空间曲面变化的分析比较，判断桥梁结构的安全性。
进一步的，所述传感器监测子系统包括主梁振动监测单元、主梁内力监测单元、主梁温度监测单元、桥塔位移监测单元、主梁线型监测单元、桥塔振动监测单元、缆索振动监测单元、结构损伤监测单元、环境监测单元；且所述传感器监测子系统设置有温度传感器、加速度传感器、振弦式应变计、全站仪、风速风向仪和超声波探伤仪；其中，
所述主梁振动监测单元为在包括桥梁1/2节点的关键位置设置主梁振动监测截面，每个截面设置3个第一加速度传感器，所述第一加速度传感器用于监测顺桥向和横桥向的振动响应；
所述主梁内力监测单元为选取桥梁有代表性断面进行主梁内力监测，所述主梁内力监测单元设置有所述振弦式应变计传感器，所述振弦式应变计传感器用于监测在包括交通荷载、风荷载、温度荷载负荷作用下桥梁重要混凝土构件或钢构件的应变情况；
所述主梁温度监测单元为选取主梁有代表性断面利用所述温度传感器来监测温度分布、温度对主梁内力和变形的影响；
所述桥塔位移监测单元和主梁线型监测单元为采用所述全站仪对主梁线型监测及桥塔位移监测；
所述桥塔振动监测单元为在桥塔设置监测截面，每个所述监测截面设置有3个第二加速度传感器，所述第二加速度传感器用于监测桥塔在包括风、交通荷载作用下的加速度响应；
所述缆索振动监测单元为在缆索上设置监测点，且选用第三加速度传感器用于监测缆索顺桥向和横桥向的振动响应；
所述结构损伤监测单元采用所述超声波探伤仪或所述磁粉探伤仪或所述裂缝测宽仪，所述结构损伤监测单元用于检测包括混凝土裂缝深度、不密实区域、蜂窝空洞、结合面质量、表面损伤层厚度、钢管混凝土内部缺陷、路面病害；
所述环境监测单元采用所述风速风向仪实时监测桥址处环境风力、风向，且监测桥址处的环境温度、桥梁主要构件的温度及温度梯度。
进一步的，利用所述超声波探伤仪检测桥梁损伤时的应用范围包括：
根据低频超声在混凝土中遇到缺陷时的绕射现象，按声音的时间间隔及声音传播路程的变化，判别和计算缺陷的大小；
根据超声波在缺陷界面上产生散射，抵达接收探头时能量显著衰减的现象判断缺陷的存在及大小；
根据超声脉冲各频率成分在遇到缺陷时衰减的程度不同，接收频率明显降低，或接收波频谱与反射波频谱产生的差异，也可判别内部缺陷；
根据超声波在缺陷处的波形转换和叠加，造成接收波形畸变的现象判别缺陷。
进一步的，所述检测小车底盘前端设置有用于获取桥面视频数据的摄像装置，所述摄像装置拍摄得到的画面资料通过无线方式传输至所述云端数据库。
进一步的，所述数据采集子系统包括获取单元和分类单元，其中，
所述获取单元用于从所述云端数据库中获取所述桥面结构的数字化空间曲面数据与所述摄像装置拍摄得到的画面资料；
所述分类单元用于将获取单元中的数据根据属性分类，方便后续处理。
进一步的，所述分析评估子系统包括建立模型单元、修正单元以及评估判读单元，其中，
所述建立模型单元用于建立与桥梁健康状况和系统监测相适应的桥梁结构分析模型；
所述修正单元基于深度学习，并根据理论模型与系统实测的逼近程度对理论模型进行一定程度的修正，使得所述理论模型更加具有普适性和精确性；
所述评估判读单元以所述桥梁结构分析模型为基础，对从所述数据采集子系统获取的数据进行评估和判读，建立波动的检测值与桥梁结构状态评估和判读结果的关联性。
进一步的，所述智能处理子系统包括处理确定单元以及学习反馈单元，其中，
所述处理确定单元用于根据桥梁结构分析模型，确定与桥梁结构各状态和对桥梁各重要结构特性所必需的监测布置、监测模式与必要的监测技术条件；
所述学习反馈单元基于机器学习方法，对所述云端数据库中数据积累与数据质量进行深度分析，反馈所述系统中有效的子系统和相应的检测数据处理方法，并进行改进。
进一步的，所述智能处理子系统还包括第一管理单元、改进单元、第二管理单元和执行单元，所述第一管理单元与所述改进单元电性连接，所述改进单元与所述第二管理单元电性连接，所述第二管理单元与所述执行单元电性连接；其中，
所述第一管理单元用于收集所述人工智能桥梁安全检测系统的性能信息；
所述改进单元用于根据所述第一管理单元收集的性能信息，生成改进方案；
所述第二管理单元用于将所述改进单元生成的改进方案分配给所述执行单元；
所述执行单元用于按照所述第二管理单元分配的改进方案执行，以改进所述人工智能桥梁安全检测系统的性能。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
第一，本发明以普通桥梁为主要对象，针对混凝土结构、钢结构等多种结构型式桥梁的特点，实施实时检测和长期定期监测包括内力、位移、振动、温度等的桥梁结构响应与桥梁结构健康状态分析评估，该系统通过传感器数据采集系统采集桥梁在运营状态下的各种数据和信号，并根据采集的数据与信号反演出桥梁的结构工作状态和健康状况，识别出可能的结构损伤的程度及其部位，进而给出桥梁的安全可靠性评估，为桥梁管理养护提供技术支持，保障桥梁的安全运营，使得桥梁安全检测并不仅仅是针对外观。
第二，本发明采用检测小车和十字形检测架来进行实时检测操作，可以快速、实时、自动的采集、存储、传输和管理数据，可随时观察到桥梁的安全状况，避免不必要的疏忽，减少安全隐患，降低了风险及经济损失。
第三，本发明通过改进单元整合性能信息，自主制定改进计划并通过执行单元来执行改进方案，能够挖掘软硬件潜力，改进系统性能，使得该人工智能桥梁安全检测系统具备了自主解决问题的能力，既能够实现强人工智能，也能够充分发挥现有数据处理技术的优势。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1为本发明一种人工智能桥梁安全检测系统的结构示意图；
图2为本发明一种人工智能桥梁安全检测系统中实时检测子系统的结构示意图；
图3为本发明一种人工智能桥梁安全检测系统中传感器监测子系统的结构示意图；
图4为本发明一种人工智能桥梁安全检测系统中数据采集子系统的结构示意图；
图5为本发明一种人工智能桥梁安全检测系统中分析评估子系统的结构示意图；
图6为本发明一种人工智能桥梁安全检测系统中智能处理子系统的结构示意图；
图7为本发明一种人工智能桥梁安全检测系统中检测小车的结构示意图。
图中：1-实时检测子系统、2-传感器监测子系统、3-数据采集子系统、4-分析评估子系统、5-智能处理子系统、6-云端数据库、
11-检测小车、12-检测单元、121-检测小车位移检测件、122-十字形检测架、123-激光传感器、124-平衡块、21-主梁振动监测单元、22-主梁内力监测单元、23-主梁温度监测单元、24-桥塔位移监测单元、25-主梁线型监测单元、26-桥塔振动监测单元、27-缆索振动监测单元、28-结构损伤监测单元、29-环境监测单元、201-温度传感器、202-加速度传感器、203-振弦式应变计、204-全站仪、205-风速风向仪、206-超声波探伤仪、31-获取单元、32-分类单元、41-建立模型单元、42-修正单元、43-评估判读单元、51-处理确定单元、52-学习反馈单元、53-第一管理单元、54-改进单元、55-第二管理单元、56-执行单元。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明的第一个目的在于提供一种人工智能桥梁安全检测系统，包括实时检测子系统1、传感器监测子系统2、数据采集子系统3、分析评估子系统4、智能处理子系统5以及云端数据库6；所述实时检测子系统1与所述传感器监测子系统2电性连接或者通过无线方式连接，所述传感器监测子系统2与所述数据采集子系统3通过无线方式连接，所述数据采集子系统3与所述分析评估子系统4通过无线方式连接，所述分析评估子系统4与所述智能处理子系统5通过无线方式连接，所述实时检测子系统1、所述传感器监测子系统2、所述数据采集子系统3、所述分析评估子系统4以及所述智能处理子系统5均与所述云端数据库6电性连接或者通过无线方式连接。
请参阅图2和图7，所述实时检测子系统1包括检测小车11和检测单元12，所述检测单元12包括检测小车位移检测件121、十字形检测架122以及激光传感器123，所述激光传感器123分布于所述十字形检测架122的横梁和纵梁上，所述纵梁重心低且可绕一纵向轴线转动；所述激光传感器123检测方向向下，所述检测小车位移检测件121检测到的位移信号和所述激光传感器123检测到的桥面数据信号通过无线方式传输至所述云端数据库6；所述纵梁下部固定设有用于降低重心的平衡块124。
所述实时检测子系统1执行检测的具体操作步骤如下：
a.设定一坐标系，驱动所述检测小车11沿桥面纵向行驶，所述激光传感器123分别实时采集桥面横向数据信号和纵向数据信号，根据所述检测小车11纵向位移数据及所述纵梁和所述横梁上所述激光传感器123的测试数据得到桥面各个检测点的实时坐标值；
b.依据实时的所述横向数据信号结合所述检测小车11位移信号，得出沿桥梁纵向和横向的桥面结构的数字化空间曲面；
c.利用步骤a
d.将步骤b测得的所述桥面结构的数字化空间曲面与步骤c测得的所述桥面结构的数字化空间曲面进行比较，同时，将步骤c中每次测得所述桥面结构的数字化空间曲面与前次测得所述桥面结构的数字化空间曲面进行比较；
e.根据步骤d中的比较结果，依据试验研究成果和计算机仿真分析建立所述桥面结构的数字化空间曲面变化与桥梁结构安全性之间的关系，通过对同一桥梁所述桥面结构的数字化空间曲面变化的分析比较，判断桥梁结构的安全性。
此外，在一实施例中，可以采用另一种方式来进行实时检测。该检测方式包括ccd图像传感器、单片机、射线发生器、折射透镜、反射板；所述折射透镜设置在ccd图像传感器的探测端；所述ccd图像传感器、射线发生器均与单片机电连接，其中，
所述单片机用于发出控制指令给射线发生器；所述射线发生器，用于接收所述控制指令，并且按照该控制指令发出射线至反射板，再通过折射透镜折射到ccd图像传感器上；所述ccd图像传感器用于接收射线发生器发射的射线，并且将该射线转换为电信号发送至单片机。通过对单片机下载的指令来控制射线发生器发出有规律的射线，该射线经过反射板、折射透镜，最终由ccd图像传感器接收，通过测量射线的移动距离来判断桥梁静态、动态挠曲度。在正常的天气环境下，光线的传播途径较为稳定，测量的精确度也非常高，整个系统也由单片机自动控制，提高效率的同时保证稳定性。
请参阅图3，所述传感器监测子系统2包括主梁振动监测单元21、主梁内力监测单元22、主梁温度监测单元23、桥塔位移监测单元24、主梁线型监测单元25、桥塔振动监测单元26、缆索振动监测单元27、结构损伤监测单元28以及环境监测单元29；且所述传感器监测子系统2设置有温度传感器201、加速度传感器202、振弦式应变计203、全站仪204、风速风向仪205和超声波探伤仪206；其中，
所述主梁振动监测单元21为在包括桥梁1/2节点的关键位置设置主梁振动监测截面，每个截面设置3个第一加速度传感器2021，所述第一加速度传感器2021用于监测顺桥向和横桥向的振动响应；
所述主梁内力监测单元22为选取桥梁有代表性断面进行主梁内力监测，所述主梁内力监测单元设置有所述振弦式应变计传感器203，所述振弦式应变计传感器203用于监测在包括交通荷载、风荷载、温度荷载负荷作用下桥梁重要混凝土构件或钢构件的应变情况；
所述主梁温度监测单元23为选取主梁有代表性断面利用所述温度传感器201来监测温度分布、温度对主梁内力和变形的影响；
所述桥塔位移监测单元24和主梁线型监测单元25为采用所述全站仪204对主梁线型监测及桥塔位移监测；
所述桥塔振动监测单元26为在桥塔设置监测截面，每个所述监测截面设置有3个第二加速度传感器2022，所述第二加速度传感器2022用于监测桥塔在包括风、交通荷载作用下的加速度响应；
所述缆索振动监测单元27为在缆索上设置监测点，且选用第三加速度传感器2023用于监测缆索顺桥向和横桥向的振动响应；
所述结构损伤监测单元28采用所述超声波探伤仪206或所述磁粉探伤仪或所述裂缝测宽仪，所述结构损伤监测单元用于检测包括混凝土裂缝深度、不密实区域、蜂窝空洞、结合面质量、表面损伤层厚度、钢管混凝土内部缺陷、路面病害；
所述环境监测单元29采用所述风速风向仪205实时监测桥址处环境风力、风向，且监测桥址处的环境温度、桥梁主要构件的温度及温度梯度。
利用所述超声波探伤仪206检测桥梁损伤时的应用范围包括：
根据低频超声在混凝土中遇到缺陷时的绕射现象，按声音的时间间隔及声音传播路程的变化，判别和计算缺陷的大小；
根据超声波在缺陷界面上产生散射，抵达接收探头时能量显著衰减的现象判断缺陷的存在及大小；
根据超声脉冲各频率成分在遇到缺陷时衰减的程度不同，接收频率明显降低，或接收波频谱与反射波频谱产生的差异，也可判别内部缺陷；
根据超声波在缺陷处的波形转换和叠加，造成接收波形畸变的现象判别缺陷。
所述检测小车11底盘前端设置有用于获取桥面视频数据的摄像装置，所述摄像装置拍摄得到的画面资料通过无线方式传输至所述云端数据库6。
请参阅图4，所述数据采集子系统3包括获取单元31和分类单元32，其中，
所述获取单元31用于从所述云端数据库6中获取所述桥面结构的数字化空间曲面数据与所述摄像装置拍摄得到的画面资料；
所述分类单元32用于将获取单元中的数据根据属性分类，方便后续处理。
请参阅图5，所述分析评估子系统4包括建立模型单元41、修正单元42以及评估判读单元43，其中，
所述建立模型单元41用于建立与桥梁健康状况和系统监测相适应的桥梁结构分析模型；
所述修正单元42基于深度学习，并根据理论模型与系统实测的逼近程度对理论模型进行一定程度的修正，使得所述理论模型更加具有普适性和精确性；
所述评估判读单元43以所述桥梁结构分析模型为基础，对从所述数据采集子系统3获取的数据进行评估和判读，建立波动的检测值与桥梁结构状态评估和判读结果的关联性。
请参阅图6，所述智能处理子系统5包括处理确定单元51以及学习反馈单元52，其中，
所述处理确定单元51用于根据桥梁结构分析模型，确定与桥梁结构各状态和对桥梁各重要结构特性所必需的监测布置、监测模式与必要的监测技术条件；
所述学习反馈单元52基于机器学习方法，对所述云端数据库6中数据积累与数据质量进行深度分析，反馈所述系统中有效的子系统和相应的检测数据处理方法，并进行改进。
所述智能处理子系统5还包括第一管理单元53、改进单元54、第二管理单元55和执行单元56，所述第一管理单元53与所述改进单元54电性连接，所述改进单元54与所述第二管理单元55电性连接，所述第二管理单元55与所述执行单元56电性连接；其中，
所述第一管理单元53用于收集所述人工智能桥梁安全检测系统的性能信息；
所述改进单元54用于根据所述第一管理单元53收集的性能信息，生成改进方案；
所述第二管理单元55用于将所述改进单元54生成的改进方案分配给所述执行单元56；
所述执行单元56用于按照所述第二管理单元55分配的改进方案执行，以改进所述人工智能桥梁安全检测系统的性能。
本发明的工作原理是：
第一，本发明以普通桥梁为主要对象，针对混凝土结构、钢结构等多种结构型式桥梁的特点，实施实时检测和长期定期监测包括内力、位移、振动、温度等的桥梁结构响应与桥梁结构健康状态分析评估，该系统通过传感器数据采集系统采集桥梁在运营状态下的各种数据和信号，并根据采集的数据与信号反演出桥梁的结构工作状态和健康状况，识别出可能的结构损伤的程度及其部位，进而给出桥梁的安全可靠性评估，为桥梁管理养护提供技术支持，保障桥梁的安全运营，使得桥梁安全检测并不仅仅是针对外观。
第二，本发明采用检测小车和十字形检测架来进行实时检测操作，可以快速、实时、自动的采集、存储、传输和管理数据，可随时观察到桥梁的安全状况，避免不必要的疏忽，减少安全隐患，降低了风险及经济损失。
第三，本发明通过改进单元整合性能信息，自主制定改进计划并通过执行单元来执行改进方案，能够挖掘软硬件潜力，改进系统性能，使得该人工智能桥梁安全检测系统具备了自主解决问题的能力，既能够实现强人工智能，也能够充分发挥现有数据处理技术的优势。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！