一种桥梁振动异常状态实时监测方法、系统、终端及介质与流程

本发明涉及振动监测，更具体地说，它涉及一种桥梁振动异常状态实时监测方法、系统、终端及介质。

背景技术：

1、桥梁在运营过程中，受长时间的环境侵蚀、材料老化和各种动静载荷等因素影响，桥梁不可避免的会出现结构损伤，而结构损伤会影响桥梁的固有频率、振幅、模态等动力特性，若不及时处置，则容易在随机的环境激励作用下扩大损伤，严重时将会形成安全事故，因此对桥梁振动测试是保障桥梁正常运营必不可少的策略之一。

2、现有技术中的桥梁测试主要有在基于设定激励作用下进行桥梁振动测试的方法，其通过对获取的振动响应信号在时域和/或频域进行振幅、相位、频率等参数进行分析，然后依据获得的振幅、相位、频率等参数进行阻尼比、刚度和模态的动力特性分析，再对比测试点结构损伤前后的动力特性差异来判断测试点结构是否处于异常状态。然而，在施加如冲击激励的设定激励时，需要对桥梁进行截流，在一定程度上影响了桥梁的正常使用，同时也难以实时的监测桥梁振动情况，导致桥梁结构损失无法及时获知；此外，由于桥梁在多种激励作用下的模态其实是由多种不同的模态叠加而成的，所以对多阶模态进行分析后来判断测试点结构是否处于异常状态的过程复杂，且在此分析过程了解桥梁的结构参数，难以大范围的推广应用。

3、因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的桥梁振动异常状态实时监测方法、系统、终端及介质是我们目前急需解决的问题。

技术实现思路

1、为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种桥梁振动异常状态实时监测方法、系统、终端及介质，以目标桥梁上的实时车辆流动情况做为桥梁振动测试过程中的随机激励，并以振动响应信号在对应窗口宽度内的累积振幅随随机激励的变化异常来判断目标测量点的振动异常，在基于实时车辆流动情况的连续性和桥梁振动受自身结构参数影响特性的情况下，无需进行详细的多阶模态分析，即可获得桥梁振动异常状态监测，整个监测过程实现难度低，且不影响桥梁正常运行。

2、本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、第一方面，提供了一种桥梁振动异常状态实时监测方法，包括以下步骤：

4、获取目标桥梁的实时车流信息，并将实时车流信息转换成冲击激励后建立冲击激励变化曲线；

5、获取目标桥梁上目标测量点的振动响应信号，采用滑动窗口分析振动响应信号在对应窗口宽度内的累积振幅，并依据多个连续的累积振幅拟合构建振幅变化曲线；

6、分析振幅变化曲线与冲击激励变化曲线之间的关联关系后建立映射函数；

7、提取映射函数中的非变量参数，并依据至少一个非变量参数在相邻时刻和/或间隔周期的差异情况确定目标测量点的监测状态。

8、进一步的，所述实时车流信息转换成冲击激励的过程具体为：

9、从实时车流信息中提取不同时刻目标桥梁上的车辆类型、车辆数量和车辆速度；

10、依据车辆类型、车辆数量和目标桥梁的总面积确定车辆重量分布均值，和/或依据车辆速度、车辆数量和目标桥梁的总面积确定车辆时速均值；

11、依据车辆重量分布均值和/或车辆时速均值确定对应时刻的冲击激励，冲击激励与车辆重量分布均值、车辆时速均值均呈正相关。

12、进一步的，所述冲击激励与车辆重量分布均值呈正比，且与车辆时速均值的平方呈正比。

13、进一步的，所述累积振幅的分析过程具体为：

14、以振动响应信号中两个相邻振幅波谷、两个相邻振幅波峰或相邻的振幅波谷与振幅波峰之间的时间间隔作为连续滑动窗口分析的多个窗口宽度；

15、采用微积分方法计算振动响应信号在不同窗口宽度中的累积振幅，累积振幅为窗口宽度内各个时刻所对应振动绝对值之和。

16、进一步的，所述振幅变化曲线的建立过程具体为：

17、将累积振幅作为相应窗口宽度所对应时间段中端点或中点的振幅值建立多个离散点；

18、采用最小二乘法对多个离散点进行拟合分析，建立振幅变化曲线。

19、进一步的，所述监测状态的确定过程具体为：

20、确定所选取非变量参数在相邻时刻和/或间隔周期之间的相差绝对值；

21、判断相差绝对值是否大于相应非变量参数所配置的参数阈值，若相差绝对值大于对应的参数阈值，则判定相应非变量参数为异常参数；

22、以异常参数的数量与所选取非变量参数的数量之比确定异常概率；

23、在异常概率超过概率阈值时，输出目标桥梁上目标测量点处于异常的监测状态。

24、进一步的，所述监测状态的确定过程具体为：

25、确定所选取非变量参数在相邻时刻和/或间隔周期之间的相差绝对值；

26、依据相差绝对值与相应非变量参数的权重系数进行权重计算，得到异常权重值；

27、在异常权重值超过异常阈值时，输出目标桥梁上目标测量点处于异常的监测状态。

28、第二方面，提供了一种桥梁振动异常状态实时监测系统，包括：

29、激励分析模块，用于获取目标桥梁的实时车流信息，并将实时车流信息转换成冲击激励后建立冲击激励变化曲线；

30、振幅分析模块，用于获取目标桥梁上目标测量点的振动响应信号，采用滑动窗口分析振动响应信号在对应窗口宽度内的累积振幅，并依据多个连续的累积振幅拟合构建振幅变化曲线；

31、映射分析模块，用于分析振幅变化曲线与冲击激励变化曲线之间的关联关系后建立映射函数；

32、异常分析模块，用于提取映射函数中的非变量参数，并依据至少一个非变量参数在相邻时刻和/或间隔周期的差异情况确定目标测量点的监测状态。

33、第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的一种桥梁振动异常状态实时监测方法。

34、第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行可实现如第一方面中任意一项所述的一种桥梁振动异常状态实时监测方法。

35、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

36、1、本发明提供的一种桥梁振动异常状态实时监测方法，以目标桥梁上的实时车辆流动情况做为桥梁振动测试过程中的随机激励，并以振动响应信号在对应窗口宽度内的累积振幅随随机激励的变化异常来判断目标测量点的振动异常，在基于实时车辆流动情况的连续性和桥梁振动受自身结构参数影响特性的情况下，无需进行详细的多阶模态分析，即可获得桥梁振动异常状态监测，整个监测过程实现难度低，且不影响桥梁正常运行；

37、2、本发明在将实时车流信息转换成冲击激励时，可以仅依据车辆重量分布均值转换成呈正相关的冲击激励，也可以仅依据车辆时速均值转换成呈正相关的冲击激励，还可以同时依车辆重量分布均值和车辆时速均值转换成冲击激励，其选择的灵活性较强，能够同时适用于不同规模的桥梁结构；

38、3、本发明采用动态变化的窗口宽度对不同时段的振幅进行累积计算，可以避免因波峰、波谷交替分布过程所导致的不同时刻累积幅值差异过大的情况发生，有效提高了所建立的映射函数的准确性；

39、4、本发明在进行异常状态监测时，既可以适用于突变型结构损伤所导致的异常状态，也可以适用于渐变型结构损伤所导致的异常状态。