一种光电式桥梁下部结构冲刷监测装置、预警方法及系统与流程

本发明涉及桥梁下部结构冲刷监测及预警领域，具体涉及一种光电式桥梁下部结构冲刷监测装置、预警方法及系统。

背景技术：

1、桥梁作为公路交通运输的命脉，占据着重要的地位。近年来，随着全球气候变化，极端天气事件呈高发态势，极端暴雨引发的洪水严重威胁桥梁的服役安全。桥梁下部结构受冲刷的情况通常较隐蔽，日常的巡查养护难以察觉。从近年的桥梁水毁调查结果来看，洪水发生期间，冲刷发展速度加快，且往往呈现不均匀冲刷，造成桥梁基础不均匀沉降、墩柱倾斜、垮塌等下部结构损坏。

2、目前国内外常用的桥梁冲刷检测方法有：

3、（1）水下摄像和潜水摸探检测法：采用下放水下摄像机或派出潜水员进行人工摸探的方法进行桥梁下部结构冲刷检测。适用于水流较缓、水下环境较好，无大型障碍物、无涡流的水域。优点是成本较低，检测范围较大。缺点是检测速度慢，有安全风险。

4、（2）水下机器人检测法：派出专用的水下机器人进行检测。由于目前水下机器人的环境适应性还不高，因此同样适用于水流较缓、水下环境较好的水域。优点是安全风险小，检测速度快。缺点是检测成本高，不适用于大规模的中小跨径桥梁下部结构冲刷检测。

5、上述两种方法均为常规检测方法，不具备连续监测能力，同时在汛期流速快、水中杂物多的情况下，均不具备检测能力。汛后交通受损，通行能力受限时，人员装备调度困难，也无法及时开展汛后快速检测评估。

6、桥梁下部结构冲刷情况长时间连续监测目前较成熟的有超声波监测方法和光纤光栅渗压传感器监测方法。超声波监测方法利用声波在不同介质传播时声速不同的特征进行探测，可以有效分辨水下不同层面的情况。但是汛期水流往往富含泥沙、且有较多漂浮物，容易干扰超声波的传播。而光纤光栅渗压传感器在汛期流速大、泥沙多、冲刷发展速度快的情况下，容易出现数据量猛增，冲刷情况监测特征不明显的问题。因此，目前的桥梁下部结构冲刷情况监测方法均不适用于汛中监测。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足以及实际应用的需求，本发明提供了一种光电式桥梁下部结构冲刷监测装置、预警方法及系统，旨在解决桥梁下部结构冲刷情况的监测及预警问题。

2、第一方面，本发明所提供的光电式桥梁下部结构冲刷监测装置，包括：发射模块，所述发射模块布设于桥梁下部结构四周的软土层中，所述发射模块用于发射光信号；接收模块，所述接收模块布设于与所述发射模块相对于桥梁下部结构中桥梁基础底面具有同一水平高度的软土层中，所述接收模块用于接收所述光信号，并将所述光信号转化为电信号；数据模块，所述数据模块与所述接收模块信号连接，所述数据模块用于接收所述电信号，并根据所述电信号生成桥梁下部结构冲刷深度数据；第一支撑模块，所述第一支撑模块与所述发射模块固定连接，所述第一支撑模块垂直插入所述软土层中，所述第一支撑模块的一端处于水层与软土层的交界层上，所述第一支撑模块的另一端处于所述软土层与河床持力层的交界层上；第二支撑模块，所述第二支撑模块与所述接收模块固定连接，所述第二支撑模块垂直插入所述软土层中，所述第二支撑模块的一端处于水层与软土层的交界层上，所述第二支撑模块的另一端处于软土层与河床持力层的交界层上。

3、本发明所提供的光电式桥梁下部结构冲刷监测装置，其增益在于：本发明通过在桥梁下部结构周围的软土层中布设发射模块和接收模块，基于发射模块和接收模块之间的光信号接收与光电信号转换，不仅能够实现非汛期时桥梁下部结构冲刷情况的长期监测，还能够实现汛期时桥梁下部结构冲刷情况的实时监测。

4、可选地，本发明所提供的光电式桥梁下部结构冲刷监测装置中的发射模块包括多个发射子模块，多个发射子模块沿所述第一支撑模块的轴向以等距或者不等距的方式固定在所述第一支撑模块的表面。本发明通过设置多个发射子模块扩大了光信号的发射覆盖范围，不仅有助于提升桥梁下部结构冲刷深度数据的全面性，还有助于提升桥梁下部结构冲刷深度数据的精度。

5、可选地，本发明所提供的光电式桥梁下部结构冲刷监测装置中的接收模块包括多个接收子模块，多个接收子模块沿所述第二支撑模块的轴向以等距或者不等距的方式固定在所述第二支撑模块的表面。本发明通过设置多个接收子模块扩大了光信号的接收覆盖范围，不仅有助于提升桥梁下部结构冲刷深度数据的全面性，还有助于提升桥梁下部结构冲刷深度数据的精度。

6、可选地，本发明所提供的光电式桥梁下部结构冲刷监测装置中，所述第一支撑模块与所述第二支撑模块并行插入软土层中，所述第一支撑模块背离软土层的一端通过连接模块与所述第二支撑模块背离软土层的一端固定连接。本发明通过连接模块增强了第一支撑模块与第二支撑模块之间相对位置的稳定性，有助于维持汛期时光电式桥梁下部结构冲刷监测装置的稳定。

7、可选地，本发明所提供的光电式桥梁下部结构冲刷监测装置中，所述第一支撑模块背离所述连接模块的一端，设置有若干沿第一支撑模块轴向分布的斜角块；所述第二支撑模块背离所述连接模块的一端，设置有若干沿第二支撑模块轴向分布的斜角块。本发明所设置的斜角块，不仅有利于第一支撑模块和第二支撑模块插入软土层中，并在安装过程中能够保护固定在第一支撑模块上的发射模块，以及固定在第二支撑模块上的接收模块。

8、可选地，本发明所提供的光电式桥梁下部结构冲刷监测装置还包括：防护模块，所述防护模块设置在所述第一支撑模块与所述第二支撑模块背离所述桥梁下部结构的一侧，所述防护模块用于保护所述发射模块和所述接收模块。本发明通过防护模块提高了光电式桥梁下部结构冲刷监测装置的稳定性和耐久性，确保其在恶劣的水下环境中依旧能够可靠地执行桥梁下部结构冲刷深度数据监测任务。

9、可选地，本发明所提供的光电式桥梁下部结构冲刷监测装置还包括：供电模块，所述供电模块分别与所述发射模块、所述接收模块以及所述数据模块电连接，所述供电模块用于为所述发射模块、所述接收模块以及所述数据模块供电。本发明通过供电模块为发射模块、接收模块以及数据模块提供电力支持，确保在监测过程中各个模块能够获得足够的电力供应，并保证其能够长时间、连续地执行桥梁下部结构冲刷深度监测任务。

10、可选地，本发明所提供的光电式桥梁下部结构冲刷监测装置还包括：预警模块，所述预警模块与所述数据模块信号连接，所述预警模块用于根据所述桥梁下部结构冲刷深度数据生成预警信号，并根据所述预警信号执行对应的预警动作。本发明通过预警模块根据数据模块获取的桥梁下部结构冲刷深度数据，能够及时识别潜在的冲刷风险，并向操作人员发出预警信号，以便及时采取措施防范桥梁下部结构的损害。

11、第二方面，本发明所提供的一种光电式桥梁下部结构冲刷预警方法，包括如下步骤：布设所述光电式桥梁下部结构冲刷监测装置，并利用所述光电式桥梁下部结构冲刷监测装置获取对应位置的桥梁下部结构冲刷深度数据；根据所述桥梁下部结构冲刷深度数据，实时评估桥梁下部结构的危险标度，所述危险标度包括倾覆危险标度、滑移危险标度、不均匀沉降危险标度以及综合危险标度；基于所述危险标度评估所述桥梁下部结构的风险程度，并根据风险程度生成预警信号。

12、本发明所提供的光电式桥梁下部结构冲刷预警方法，其增益在于：本发明通过光电技术，不仅能够实现对桥梁下部结构冲刷深度数据的连续监测，还能够基于实时采集的桥梁下部结构冲刷深度数据评估桥梁下部结构的危险标度，进而基于提前设定的风险评估规则以及时预警，提高了桥梁的安全性和可靠性。

13、第三方面，本发明提供了一种光电式桥梁下部结构冲刷预警系统，包括输入设备、处理器、存储器和输出设备，所述输入设备、所述处理器、所述存储器和所述输出设备相互连接，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行光电式桥梁下部结构冲刷预警方法。

14、本发明所提供的光电式桥梁下部结构冲刷预警系统，其增益在于：本发明所提供的光电式桥梁下部结构冲刷预警系统集成度高，各个组件之间信息传递顺畅，能够为桥梁工程师、维护人员和相关决策者提供了及时的桥梁下部结构风险程度评估结果和报告，有助于及时发现潜在问题并采取预防性的维护措施，提高桥梁的抗灾能力和可持续性，确保交通运输的安全和稳定。