一种基于压电陶瓷传感器的水泥混凝土路面裂缝监测方法及系统

本发明涉及路面裂缝监测，特别涉及一种基于压电陶瓷传感器的水泥混凝土路面裂缝监测方法及系统。

背景技术：

1、混凝土块路面是指以水泥混凝土为主要材料做面层的路面，简称混凝土路面。其路面具有较高的抗压、抗折、抗磨耗、耐冲击等优点，具有不怕日晒雨淋、不怕严寒酷暑、经得起干湿循环与冻融循环的良好稳定性和耐久性，是经济欠发达地区修筑高等级公路路面的常见形式。但混凝土路面同时存在着不理想的因素，如养扩期较长，维修困难，铺筑和维修后不能马上通车，特别是混凝士路面在施工过程中及使用过程中容易产生裂缝。

2、现有的水泥混凝土路面主要通过定期巡检去实现路面裂缝监测目的；当巡检路段存在恶劣自然灾害时(例如暴雨、泥石流、防汛期)，则巡检的频率就会进一步增加，以保证路面出现损坏或裂缝时尽快对其进行上报并维护或维修，以保证路面的正常使用；

3、但是上述人工巡检的方式过于费时费力费人工，因此缺少一种能够替代人工对其进行巡检的系统，以提高巡检效率，降低人工工作强度和成本。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于压电陶瓷传感器的水泥混凝土路面裂缝监测方法及系统，用以通过该方法及该方法配套的系统对水泥混凝土路面(道面)进行裂缝监测，从而提高巡检效率，降低人工成本，进一步利用机器替代人工而提高巡检结果的准确性。

2、本发明提供一种基于压电陶瓷传感器的水泥混凝土路面裂缝监测方法，包括：

3、获取位于水泥混凝土道面内部设置的监测网组采集的压电信息；

4、将压电信息存储至本地存储器，并利用第一上网模块将本地存储器中的压电信息进行传输至云端；

5、基于云计算，对压电信息进行计算，并获得道面裂缝结果；当存在裂缝时，生成裂缝报警指令；

6、利用第二上网模块从云端获取裂缝报警指令，并下发至用户端。

7、优选的，所述监测网组为一组或多组；当为多组设置时，各组所述监测网组间隔平铺在水泥混凝土道面内部，并通过混凝土逐层浇筑的形式进行施工浇筑形成。

8、优选的，所述监测网组为压电陶瓷传感器组成的网组，各所述压电陶瓷传感器间隔均布在网片上，所述网片由多个横向和纵向管道交错形成网片状结构，各压电陶瓷传感器位于横向和纵向管道交错的点位上，且各横向和纵向管道内用于将压电陶瓷传感器的线束进行引出。

9、优选的，当所述监测网组为多片时，其中一片所述监测网组用于获取水泥混凝土道面的横截面方向的变形信息，并基于道面横截面方向的挤压力或拉力变形信息生成横向压电信息；

10、另一片所述监测网组用于获取水泥混凝土道面的纵截面方向的变形信息，并基于道面纵截面方向的位移产生的挤压形变信息生成纵向压电信息；

11、上述两个检测网组间隔且交替的平铺于水泥混凝土道面内部。

12、优选的，所述横向压电信息的值大于x小于y时，道面的横向方向不存在裂缝；

13、所述纵向压电信息的值大于a小于b时，道面纵向方向不存在裂缝；

14、所述横向压电信息和所述纵向压电信息还包括多个横向坐标和多个纵向坐标，各所述横向坐标和所述纵向坐标分别用于对裂缝位于道面的位置进行判断。

15、优选的，还包括：利用温湿度传感器获取水泥混凝土道面的内部温度，

16、当温度值信息的变化值大于m小于n，且在p～p+1时刻，温度值变化大于10摄氏度时，监测网组的压电信息上传云端的频率为2-5小时/次或者实时上传；否则10-20小时/次；

17、当湿度值信息在预设时间内持续增长，则获取水泥混凝土道面的卫星云图，基于卫星云图确定所述混凝土道面的位置是否存在下雨；若下雨，则对湿度值信息的上传频率调整为实时上传；若不下雨，且湿度值未出现预设时间内持续增长，则10-20小时上传一次湿度值信息至云端；

18、若下雨，且湿度值信息在预设时间内未持续增长，则10-20小时上传一次湿度值信息至云端；

19、当湿度值信息在p～p+1时刻其变化值大于i小于j时，湿度值信息为实时上传；当湿度值大于预设值g时，则水泥混凝土道面存在渗水情况。

20、优选的，当水泥混凝土道面存在渗水时，监测网组的压电信息上传云端的频率为2-5小时/次或者实时上传。

21、优选的，所述压电信息为压电电磁信号，所述压电电磁信号经控制器从存储器中调出，并通过优化模块对其进行数据优化后，再存入存储器，并经第一上网模块上传至云端，其数据优化包括：

22、对接收到的电磁信号中的压电陶瓷片的电阻设为rt，计算通频带内频率响应曲线修正函数，以过滤其他电磁干扰。

23、优选的，其数据优化包括：

24、对接收到的电磁信号进行如下处理：

25、设压电陶瓷片的电阻为rt，则为了过滤其他电磁干扰，其通频带内频率响应曲线修正函数为：

26、

27、其中ht为修正系数，as为该压电陶瓷片的当前接收到的电磁信号强度，at为预设该压电陶瓷片的最佳接收信号强度，ωt为该压电陶瓷片基准频率，ωs为该压电陶瓷片当前接收到的信号的频率，kt为调节因子，其计算公式为：

28、

29、其中ct为压电陶瓷片的电容。zt为增益因子，其计算公式为：

30、

31、因此压电陶瓷片的频率响应曲线修正函数为：

32、

33、根据修正函数计算获得的修正系数，对接收到的电磁信号进行修正，消除人为磁场的干扰，并用于确保检测结果的准确。

34、优选的，所述云端基于压电信息绘制压电曲线，利用压电曲线确定水泥混凝土道面是否存在裂缝，以及所述裂缝是否触发报警或预警；

35、当所述裂缝曲线为第一曲线阈值时，则水泥混凝土道面存在需要修复的裂缝，触发报警；

36、当所述裂缝曲线为第二曲线阈值时，则水泥混凝土道面存在需密接监测的裂缝，触发预警。

37、本发明还提供一种基于压电陶瓷传感器的水泥混凝土路面裂缝监测系统，适用于所述的基于压电陶瓷传感器的水泥裂缝监测方法，其包括：监测网组，所述监测网组设有一组或多组，平铺于水泥混凝土道面内部；

38、所述监测网组用于对水泥混凝土道面内部的形变进行监测，当水泥混凝土道面内部存在形变时，所述监测网组将获得压电信息，所述压电信息经导线传输至本地存储器，

39、所述本地存储器通过第一上网模块将压电信息传输至云端；所述云端基于云计算对压电信息进行计算和判断，确定所述压电信息是否存在道面裂缝，当存在道面裂缝时，云端生成裂缝报警指令，并通过第二上网模块将该指令下发至用户端。

40、本发明的工作原理和有益效果如下：

41、本发明提供一种基于压电陶瓷传感器的水泥混凝土路面裂缝监测方法，包括：获取位于水泥混凝土道面内部设置的监测网组采集的压电信息；将压电信息存储至本地存储器，并利用第一上网模块将本地存储器中的压电信息进行传输至云端；基于云计算，对压电信息进行计算，并获得道面裂缝结果；当存在裂缝时，生成裂缝报警指令；利用第二上网模块从云端获取裂缝报警指令，并下发至用户端。本发明用以通过该方法及该方法配套的系统对水泥混凝土路面(道面)进行裂缝监测，从而提高巡检效率，降低人工成本，进一步利用机器替代人工而提高巡检结果的准确性。

42、本发明还提供一种基于压电陶瓷传感器的水泥混凝土路面裂缝监测系统，适用于所述的基于压电陶瓷传感器的水泥裂缝监测方法，其包括：监测网组，所述监测网组设有一组或多组，平铺于水泥混凝土道面内部；

43、所述监测网组用于对水泥混凝土道面内部的形变进行监测，当水泥混凝土道面内部存在形变时，所述监测网组将获得压电信息，所述压电信息经导线传输至本地存储器，

44、所述本地存储器通过第一上网模块将压电信息传输至云端；所述云端基于云计算对压电信息进行计算和判断，确定所述压电信息是否存在道面裂缝，当存在道面裂缝时，云端生成裂缝报警指令，并通过第二上网模块将该指令下发至用户端。

45、所述系统用以通过该方法及该方法配套的系统对水泥混凝土路面(道面)进行裂缝监测，从而提高巡检效率，降低人工成本，进一步利用机器替代人工而提高巡检结果的准确性。

46、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

47、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。