一种用于斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法、系统

本发明属于斜拉桥监测，涉及一种用于斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法、系统。

背景技术：

1、斜拉桥是重要的大跨径桥梁，斜拉索是斜拉桥的主要受力构件，影响桥梁的正常使用性能及安全运营。然而，斜拉索在使用过程中不可避免地受到各种不利因素的作用，如初始缺陷、施工不当、锚头失效、腐蚀、疲劳、火灾等。对于常用的高强钢丝拉索，这些不利因素的作用会使拉索出现断丝、滑丝的病害。若没有及时发现一定量的断丝，桥梁将隐含较大的危险，可能导致严重事故。

2、由于外部护套的存在，斜拉桥的外观检查等日常监测手段无法判断是否发生断丝现象。目前，用于检测斜拉索断丝病害的现有技术主要有：放射线检测法、磁漏检测法、基于磁致伸缩效应的导波无损检测技术、声发射检测技术以及通过索力监测间接判断是否发生断丝病害等。但这些方法需要特定的工作人员花费大量时间，经济性差，且无法实时监测并及时预警，更无法精确判别斜拉索断丝的损伤程度。

3、有鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法、系统，该方法利用应变传感器可实时监测斜拉桥拉索应变变化情况，并结合bp神经网络数学模型将其转化为斜拉桥拉索断丝评价结果并及时预警，从而减少了斜拉桥拉索断丝病害产生的不利影响，确保运营中斜拉桥的安全。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、这种斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法，具体包括以下步骤：

4、s1、构建斜拉桥拉索断丝评价的bp神经网络模型；

5、s2、搭建斜拉桥拉索断丝病害监测系统，所述斜拉桥拉索断丝病害监测系统包括应变传感器及数据采集装置，所述应变传感器用于对监测区域内斜拉桥拉索的应变数据进行实时监测，并将获取的应变数据通过数据采集装置中的数据发送模块上传至数据自动分析系统；

6、s3、将所述数据自动分析系统中的应变数据输入训练好的bp神经网络模型，并根据bp神经网络模型输出的斜拉桥拉索断丝病害损伤程度判断是否发送预警信息。

7、进一步，所述s1具体包括：

8、s1.1、选取与实际桥梁型号相同的斜拉桥拉索，在所述斜拉桥拉索上置入多个应变传感器，锚固斜拉桥拉索并模拟实际受力状态，人工将钢丝依次断开模拟斜拉桥拉索在运营过程中产生的断丝病害；

9、s1.2、利用所述应变传感器采集每次断丝后斜拉桥拉索的应变数据，并对所述应变数据进行归一化处理；

10、s1.3、将相应斜拉桥拉索断丝根数及所述s1.2中归一化处理后的应变数据一同作为训练样本集ⅰ，基于按误差逆向传播算法训练和构建bp神经网络模型。

11、进一步，多个所述应变传感器沿环向固定于斜拉桥拉索的外部钢丝与聚乙烯护套之间。

12、进一步，所述应变传感器采用分布式光纤光栅应变传感器。

13、进一步，所述s2中搭建斜拉桥拉索断丝病害监测系统的具体过程如下：

14、s2.1、将多根长度为l的分布式光纤光栅应变传感器与斜拉桥需要监测的拉索钢丝粘结，粘结位置与s1.1模拟拉索中应变传感器安装位置一致，热挤压高密度的聚乙烯护套，完成斜拉桥拉索制作；

15、s2.2、将制作完成的所述斜拉桥拉索安装于斜拉桥；

16、s2.3、将所述数据采集装置与分布式光纤光栅应变传感器相接，并固定于斜拉桥梁底、箱梁内部或桥塔处，完成整个斜拉桥拉索断丝病害监测系统的搭建。

17、进一步，所述数据自动分析系统是基于已训练的斜拉桥拉索断丝评价的bp神经网络模型而建立，包括数据接收及存储模块、数据分析模块及报警模块。

18、进一步，所述s3中根据所述斜拉桥拉索断丝病害损伤程度判断是否发送预警信息，具体包括：

19、当bp神经网络模型输出的斜拉桥拉索断丝病害损伤程度超出设定的报警阈值时，通过信号发射系统将斜拉桥拉索断丝预警信息发送至终端，同时报警模块报警，提醒相关人员对受损拉索进行检修，以确保斜拉桥的安全使用；否则，不发送斜拉桥拉索断丝预警信息。

20、进一步，还包括：

21、s4、将所述应变传感器采集每次断丝后拉索的应变数据和bp神经网络模型的输出值作为训练样本集ⅱ，用以对所构建的bp神经网络模型进行优化。

22、此外，本发明还提供了一种用于斜拉桥拉索断丝的监测及预警系统，应用如上部分或全部所述的斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法进行，所述监测及预警系统包括：

23、斜拉桥拉索断丝病害监测系统，所述斜拉桥拉索断丝病害监测系统包括应变传感器及数据采集装置，所述应变传感器用于对监测区域内斜拉桥拉索的应变数据进行实时监测，并将获取的应变数据通过数据发送模块上传至数据自动分析系统；其中，所述数据采集装置包括光纤光栅解调仪和数据发送模块；

24、数据自动分析系统，所述数据自动分析系统包括数据接收及存储模块、数据分析模块及报警模块；其中，所述数据接收及存储模块用以接收应变传感器获取的应变数据并进行储存；所述数据分析模块内集成有已训练的斜拉桥拉索断丝评价的bp神经网络模型，用以对输入的应变传感器采集到的斜拉桥拉索应变数据进行处理后输出斜拉桥拉索断丝病害损伤程度，并根据bp神经网络模型输出的斜拉桥拉索断丝病害损伤程度判断是否发送预警信息；所述报警模块，用于报警；

25、信号发射系统，所述数据自动分析系统通过信号发射系统与终端连接；当bp神经网络模型输出的斜拉桥拉索断丝病害损伤程度超出设定的报警阈值时，所述数据自动分析系统通过信号发射系统向终端发送斜拉桥拉索断丝预警信息，同时报警模块进行报警，提醒相关人员对受损斜拉索进行检修，以确保斜拉桥的安全使用；否则，不发送斜拉桥拉索断丝预警信息。

26、与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：该监测及预警方法，基于bp神经网络模型生成数据自动分析系统，利用布设在实际斜拉桥上的应变传感器采集拉索应变数据，作为已训练的斜拉桥拉索断丝评价的bp神经网络模型的输入集，并输出返回值，即斜拉桥拉索断丝评价结果，将斜拉桥拉索断丝评价结果与预设的预警值比较，当bp神经网络模型输出的拉索断丝病害损伤程度超出设定的报警阈值时，通过信号发射系统向终端发送拉索断丝预警信息，同时报警模块报警，提醒相关人员对受损斜拉桥拉索进行检修，以确保斜拉桥的安全使用；否则，不发送斜拉桥拉索断丝预警信息。该监测及预警系统，可实时监测斜拉桥拉索应变变化情况，通过数据自动分析系统可将应变数据自动转化为斜拉桥拉索断丝评价结果，并及时预警，以减少斜拉桥拉索断丝病害产生的不利影响，确保运营过程中斜拉桥的安全。

技术特征：

1.一种斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法，其特征在于，所述s1具体包括：

3.根据权利要求2所述的斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法，其特征在于，多个所述应变传感器沿环向固定于斜拉桥拉索(4)的外部钢丝(1)与聚乙烯护套(3)之间。

4.根据权利要求1所述的斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法，其特征在于，所述应变传感器采用分布式光纤光栅应变传感器(2)。

5.根据权利要求4所述的斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法，其特征在于，所述s2中搭建斜拉桥拉索(4)断丝病害监测系统的具体过程如下：

6.根据权利要求1所述的斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法，其特征在于，所述数据自动分析系统是基于已训练的斜拉桥拉索(4)断丝评价的bp神经网络模型而建立，包括数据接收及存储模块、数据分析模块及报警模块。

7.根据权利要求1所述的斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法，其特征在于，所述s3中根据所述斜拉桥拉索(4)断丝病害损伤程度判断是否发送预警信息，具体包括：

8.根据权利要求1所述的斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法，其特征在于，还包括：

9.一种用于斜拉桥拉索断丝的监测及预警系统，其特征在于，应用如上权利要求1-8任一项所述的斜拉桥拉索(4)断丝的监测及预警方法进行，所述监测及预警系统包括：

技术总结
本发明属于斜拉桥监测技术领域，涉及一种用于斜拉桥拉索断丝的监测及预警方法、系统。本发明基于BP神经网络模型生成数据自动分析系统，利用布设在实际斜拉桥上的应变传感器采集拉索应变数据，作为已训练的斜拉桥拉索断丝评价的BP神经网络模型的输入集，并输出斜拉桥拉索断丝评价结果，将斜拉桥拉索断丝评价结果与预设的预警值比较，当BP神经网络模型输出的拉索断丝病害损伤程度超出设定的报警阈值时，通过信号发射系统向终端发送拉索断丝预警信息，同时报警模块报警，提醒相关人员对受损拉索进行检修，以确保斜拉桥的安全使用；否则，不发送斜拉桥拉索断丝预警信息，从而减少斜拉桥拉索断丝病害产生的不利影响，确保斜拉桥的安全。

技术研发人员：张岗,赵晓翠,陆泽磊,丁宇航,徐峰,熊鑫,万豪,李徐阳,汤陈皓,王世超,郑小博,张永飞
受保护的技术使用者：长安大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11