一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法

本发明涉及道路工程领域，尤其是涉及一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法。

背景技术：

1、桥头跳车是道路运营过程中常见病害之一，不仅严重影响行车过程中的安全性和舒适性，也严重危害桥梁的服役性能和使用寿命。当桥梁数量众多时，无法通过传统的人工监测手段及时获取桥头跳车十分严重的路段的信息，进而无法及时对道路进行维修养护，给道路运营带来极大的安全隐患。目前尚无实时的自动化的桥头跳车监测方法，无法及时对其进行较为有效的反馈。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供的一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法，方法可以实现桥头跳车自动监测、即时预警。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法，方法采用阵列式位移计，阵列式位移计由多节等长的测量单元组成，若干节阵列式位移计以π形分布排列方式埋设于桥头道路的地层内，该排列方式可以便捷高效检测桥头道路的纵向和横向不均匀沉降，为桥头跳车的准确识别奠定基础。

4、以π形分布排列方式埋设具体为：阵列式位移计沿道路纵向在每幅路各布设一列，并在纵向与车道线平行，沿道路横向与桥台平行，地层包括道路面层和道路基层，所述阵列式位移计装设在道路面层和道路基层之间，且埋设于道路基层的部分大于埋设在道路面层的部分；

5、方法包括以下步骤：

6、每个测量单元独立采集监测数据，测量单元的首节为控制单元，监测数据汇总到控制单元中，控制单元将监测数据发送至外部通信设备；

7、外部通信设备实时将监测数据发送给云端服务器，云端服务器通过空间数据解析模型，对监测数据实时分析，分析得到桥头路基沉降量，基于桥头路基沉量降判断桥头跳车是否出现以及出现的最严重的位置，若出现，则发送预警信息，反之则继续对监测数据实时分析。

8、进一步地，每个测量单元安装有加速度传感器，测量单元采集的监测数据具体为每个测量单元始端到末端在空间坐标系中沿x、y、z轴的位置增量，增量的表达式为：

9、

10、其中，l为每个测量单元的长度，xi、yi、zi分别为第i个测量单元始端到末端在空间坐标系中沿x、y、z轴的位置增量，分别为第i个测量单元加速度传感器的x、y轴与水平面的夹角，为第i个测量单元加速度传感器的z轴与重力方向的夹角。

11、进一步地，第i个测量单元加速度传感器的x、y轴与水平面的夹角的表达式为：

12、

13、

14、为第i个测量单元加速度传感器的z轴与重力方向的夹角的表达式为：

15、

16、其中，axi、ayi、azi分别为第i个测量单元加速度传感器的x、y、z轴方向的加速度，g为重力加速度，如果测量单元竖直静置，x、y方向的重力分量为axi＝0g，ayi＝0g，而z轴方向的重力分量为azi＝g，所有角度计算为0。

17、进一步地，通过空间数据解析模型，对监测数据实时分析，分析得到桥头路基沉降的具体过程为：

18、基于位置增量，测得各测点的空间坐标值；

19、将各测点的空间坐标值与各测点的初始空间坐标相减，得到各测点的累计沉降量。

20、进一步地，各测点的空间坐标值的表达式为：

21、xn+1＝xn+xi

22、yn+1＝yn+yi i＝n

23、zn+1＝zn+zi

24、其中，xn+1、yn+1、zn+1分别为第n+1个测量单元始端，即第n个测量末端，在空间坐标系中的x、y、z的坐标值；xn、yn、zn分别为第n个测量单元始端，即第n-1个测量单元末端，在空间坐标系中的x、y、z的坐标值，i表示测量单元的序号，i满足i＝n。

25、进一步地，各测点的累计沉降量的表达式为：

26、

27、

28、

29、其中，δxn、δyn、δzn分别为第n个测量单元末端在空间坐标系中x、y、z轴上的位置与初始位置相比的位置变化量，即第n个测量单元末端在空间坐标系中沿x、y、z轴的沉降量，分别为第n个测量单元末端在空间坐标系中x、y、z轴上的初始位置。

30、进一步地，阵列式位移计沿道路纵向在每幅路各布设的一列的长度为30m，阵列式位移计横向的布设距桥台2m，横向的布设的宽度为所有车道、硬路肩和中央分隔带宽度之和。

31、进一步地，所述阵列式位移计安装在直径15cm的ppr管内，ppr管安装在放置槽内，所述放置槽开设在道路基层内，放置槽的槽宽为20cm，槽深为10cm。

32、进一步地，阵列式位移计的初始倾斜度与该处道路纵横坡度相同。

33、进一步地，与各阵列式位移计对应相连的数据线从道路基层顶面引出，数据线与外部通信设备连接。

34、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

35、(1)本发明通过在桥头道路内埋设阵列式位移计，阵列式的排列方式可以便捷高效检测桥头道路的纵向和横向不均匀沉降，为桥头跳车的准确识别奠定基础,自动监测桥头道路的沉降数据，实现桥头道路沉降监测数据的实时在线传输。

36、(2)本发明设置空间数据解析模型，进而判断桥头跳车是否出现以及出现的最严重的位置，实现桥头跳车的实时分析、自动预警，为桥头道路的养护提供精准的数据，及时消除道路运营过程中的安全隐患。

技术特征：

1.一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法，其特征在于，方法采用阵列式位移计，阵列式位移计由多节等长的测量单元组成，若干节阵列式位移计以π形分布排列方式埋设于桥头道路的地层内，。

2.根据权利要求1所述的一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法，其特征在于，每个测量单元安装有加速度传感器，测量单元采集的监测数据具体为每个测量单元始端到末端在空间坐标系中沿x、y、z轴的位置增量，增量的表达式为：

3.根据权利要求2所述的一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法，其特征在于，第i个测量单元加速度传感器的x、y轴与水平面的夹角的表达式为：

4.根据权利要求3所述的一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法，其特征在于，通过空间数据解析模型，对监测数据实时分析，分析得到桥头路基沉降的具体过程为：

5.根据权利要求4所述的一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法，其特征在于，各测点的空间坐标值的表达式为：

6.根据权利要求4所述的一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法，其特征在于，各测点的累计沉降量的表达式为：

7.根据权利要求1所述的一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法，其特征在于，阵列式位移计沿道路纵向在每幅路各布设的一列的长度为30m，阵列式位移计横向的布设距桥台2m，横向的布设的宽度为所有车道、硬路肩和中央分隔带宽度之和。

8.根据权利要求1所述的一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法，其特征在于，所述阵列式位移计安装在直径15cm的ppr管内，ppr管安装在放置槽内，所述放置槽开设在道路基层内，放置槽的槽宽为20cm，槽深为10cm。

9.根据权利要求1所述的一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法，其特征在于，阵列式位移计的初始倾斜度与该处道路纵横坡度相同。

10.根据权利要求1所述的一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法，其特征在于，与各阵列式位移计对应相连的数据线从道路基层顶面引出，数据线与外部通信设备连接。

技术总结
本发明涉及一种基于阵列式位移计的桥头跳车监测方法，方法采用阵列式位移计，阵列式位移计由多节等长的测量单元组成；方法包括以下步骤：每个测量单元独立采集监测数据，测量单元的首节为控制器单元，监测数据汇总到控制器单元中，控制器单元将监测数据发送至外部通信设备；外部通信设备实时将监测数据发送给云端服务器，云端服务器通过空间数据解析模型，对监测数据实时分析，发送预警信息。与现有技术相比，本发明具有自动监测、即时预警等优点。

技术研发人员：张家科,张留鹏,马振雷,向科,许晶晶,江海跃,刘生定,谢松
受保护的技术使用者：同济大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13