一种港口码头在线振动预警监测方法及系统与流程

本发明涉及码头监测技术领域，尤其是涉及一种港口码头在线振动预警监测方法及系统。

背景技术：

目前，港口码头货物众多，港口码头一般设置有接驳台桩，但是在航运船靠岸时，由于水浪、船只等影响因素，导致接驳台桩容易发生不稳定，容易水平方向上发生振动，台桩上的起重机运转不稳定，存在安全风险，而现有的港口码头监测方法多是采用针对机械设备本身进行监测，缺乏对码头设施本身的监测会出现延迟，因此对港口码头的监测方式上还需要进一步改进。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本申请现提出一种港口码头在线振动预警监测方法及系统，能够有效预警码头台桩的振动异常情况，提高港口码头运转安全性。

第一方面，本申请提供的港口码头在线振动预警监测方法，采用如下的技术方案：

一种港口码头在线振动预警监测方法，该方法包括：

建立目标码头台桩的振动模拟分析模型；

实时获取在目标码头台桩的固定测点的振动力数据；

将所述振动力数据输入所述振动模拟分析模型，获取振动分析结果，根据所述振动分析结果，对所述目标码头台桩进行预警监测。

通过采用上述技术方案，通过振动模拟分析模型对目标码头台桩的固定测点的振动力数据进行在线分析，可以快速提前预测振动分析结果，从而根据振动分析结果，对所述目标码头台桩进行预警监测，实现对码头台桩的振动异常情况的提前预警，提高港口码头运转安全性。

可选的，获取目标码头台桩的三维结构信息，基于所述三维结构信息，在有限元软件中构建台桩三维模型；

获取模拟集中振动力信号，并将所述模拟集中振动力应用于所述台桩三维模型中，以获取目标码头台桩的预测位移数据；

获取目标码头台桩的位移测试数据；

基于目标码头台桩的位移测试数据和预测位移数据，调整台桩三维模型，并将修改后的台桩三维模型作为目标码头台桩的振动模拟分析模型。

通过采用上述技术方案，通过构建台桩三维模型，并利用位移测试数据对台桩三维模型进行优化，从而使得优化得到的目标码头台桩的振动模拟分析模型能够贴合实际目标码头的应用场景，有助于提前预警目标码头的位移异常情况。

可选的，在所述有限元软件中，将水平集中力和竖直集中力施加于所述台桩三维模型的台桩上，并利用有限元数值分析方法，获取目标码头台桩的预测位移数据。

通过采用上述技术方案，通过在水平方向上和竖直方向上对台桩进行施力模拟，从而能够更加全面的分析台桩应变情况，并利用有限元数值分析方法，获取目标码头台桩的预测位移数据，从而便于后续根据预测位移数据对模型进行调整。

可选的，基于目标码头台桩的位移测试数据和预测位移数据，调整台桩三维模型，包括：

将目标码头台桩的位移测试数据和预测位移数据进行拟合比较，获取拟合率；

若所述拟合率小于预设的拟合阈值，则利用优化算法调整所述台桩三维模型中台桩的等效刚度。

通过采用上述技术方案，通过将目标码头台桩的位移测试数据和预测位移数据进行拟合比较，从而分析目标码头台桩的振动模拟分析模型的模型准确性，当拟合率小于预设的拟合阈值，则利用优化算法调整所述台桩三维模型中台桩的等效刚度，从而使得目标码头台桩的振动模拟分析模型达到预期的准确定要求。

可选的，将所述振动力数据输入所述振动模拟分析模型，获取振动分析结果，根据所述振动分析结果，对所述目标码头台桩进行预警监测，包括：

基于所述振动力数据和所述振动模拟分析模型，获取目标码头台桩的实时预测位移；

若所述实时预测位移超出预设的位移阈值，则生成目标码头台桩的振动预警信息并发送至与所述目标码头台桩相关联的监控端。

通过采用上述技术方案，通过振动力数据和所述振动模拟分析模型，从而输出目标码头台桩的实时预测位移，以便提前预知目标码头台桩的振动情况，若所述实时预测位移超出预设的位移阈值，则生成目标码头台桩的振动预警信息并发送至与所述目标码头台桩相关联的监控端，从而实现对码头台桩的振动异常情况的提前预警，提高港口码头运转安全性。

第二方面，本申请提供的港口码头在线振动预警监测系统，采用如下的技术方案：

一种港口码头在线振动预警监测系统，所述系统包括：

建模模块，用于建立目标码头台桩的振动模拟分析模型；

获取实时数据模块，用于实时获取在目标码头台桩的固定测点的振动力数据；

模型监测模块，用于将所述振动力数据输入所述振动模拟分析模型，获取振动分析结果，根据所述振动分析结果，对所述目标码头台桩进行预警监测。

通过采用上述技术方案，通过振动模拟分析模型对目标码头台桩的固定测点的振动力数据进行在线分析，可以快速提前预测振动分析结果，从而根据振动分析结果，对所述目标码头台桩进行预警监测，实现对码头台桩的振动异常情况的提前预警，提高港口码头运转安全性。

可选的，所述建模模块，包括：

模型构建子模块，用于基于目标码头台桩的三维结构，在有限元软件中构建台桩三维模型；

仿真分析子模块，用于获取模拟集中振动力信号，并将所述模拟集中振动力应用于所述台桩三维模型中，以获取目标码头台桩的预测位移数据；

获取测试数据子模块，用于获取目标码头台桩的位移测试数据；

模型调整子模块，用于基于目标码头台桩的位移测试数据和预测位移数据，调整台桩三维模型，并将修改后的台桩三维模型作为目标码头台桩的振动模拟分析模型。

通过采用上述技术方案，通过构建台桩三维模型，并利用位移测试数据对台桩三维模型进行优化，从而使得优化得到的目标码头台桩的振动模拟分析模型能够贴合实际目标码头的应用场景，有助于提前预警目标码头的位移异常情况。

可选的，所述仿真分析子模块，包括：

仿真单元，用于在所述有限元软件中，将垂直方向振动力和水平振动力施加于所述台桩三维模型的台桩上，并利用有限元数值分析方法，获取目标码头台桩的预测位移数据。

通过采用上述技术方案，通过在水平方向上和竖直方向上对台桩进行施力模拟，从而能够更加全面的分析台桩应变情况，并利用有限元数值分析方法，获取目标码头台桩的预测位移数据，从而便于后续根据预测位移数据对模型进行调整。

可选的，所述模型调整子模块，包括：

比较单元，用于将目标码头台桩的位移测试数据和预测位移数据进行拟合比较，获取拟合率；

调整单元，用于若所述拟合率小于预设的拟合阈值，则利用优化算法调整所述台桩三维模型中台桩的等效刚度。

通过采用上述技术方案，通过将目标码头台桩的位移测试数据和预测位移数据进行拟合比较，从而分析目标码头台桩的振动模拟分析模型的模型准确性，当拟合率小于预设的拟合阈值，则利用优化算法调整所述台桩三维模型中台桩的等效刚度，从而使得目标码头台桩的振动模拟分析模型达到预期的准确定要求。

可选的，所述模型监测模块，包括：

位移预测子模块，用于基于所述振动力数据和所述振动模拟分析模型，获取目标码头台桩的实时预测位移；

预警子模块，用于若所述实时预测位移超出预设的位移阈值，则生成目标码头台桩的振动预警信息并发送至与所述目标码头台桩相关联的监控端。

通过采用上述技术方案，通过振动力数据和所述振动模拟分析模型，从而输出目标码头台桩的实时预测位移，以便提前预知目标码头台桩的振动情况，若所述实时预测位移超出预设的位移阈值，则生成目标码头台桩的振动预警信息并发送至与所述目标码头台桩相关联的监控端，从而实现对码头台桩的振动异常情况的提前预警，提高港口码头运转安全性。

附图说明

图1是本申请实施例的港口码头在线振动预警监测方法的实现流程图；

图2是本申请实施例的港口码头在线振动预警监测方法步骤s10的实现流程图；

图3是本申请实施例的港口码头在线振动预警监测方法步骤s30的实现流程图；

图4是本申请实施例的港口码头在线振动预警监测系统的原理框图；

图5是本申请实施例的计算机设备的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例：

在本实施例中，如图1所示，本申请公开了一种港口码头在线振动预警监测方法，该方法包括下述步骤：

s10：建立目标码头台桩的振动模拟分析模型。

在本实施例中，目标码头台桩是指处于预警监测中的目标码头的接驳台桩。

具体的，如图2所示，建立目标码头台桩的振动模拟分析模型，包括：

s11：获取目标码头台桩的三维结构信息，基于三维结构信息，在有限元软件中构建台桩三维模型；

在本实施例中，目标码头台桩包括基底混凝土层、固定台墩和台桩钢桥，三维结构信息是指反映基底混凝土层、固定台墩和台桩横面的尺寸数据。

需要说明的是，可以通过获取目标码头的二维设计图纸，根据二维设计图像，获取设计尺寸信息，比如基底混凝土层的厚度，固定台墩高度、体积，台桩钢桥横面面积等，然后可以将该目标码头台桩的设计尺寸信息导入一个空表模板中以获取三维结构信息表，然后将该三维结构信息表导入有限元软件中，获取目标码头台桩的三维物理模型，即台桩三维模型。在本实施例中，有限元软件可以采用ansys软件、abaqus软件中任一一种，下面实施例中介绍到的有限元软件可以以ansys软件为例。

s12：获取模拟集中振动力信号，并将模拟集中振动力应用于台桩三维模型中，以获取目标码头台桩的预测位移数据。

在本实施例中，模拟集中振动力是指在仿真模拟过程中，要施加给台桩结构的集中力；模拟集中振动力信号是指通过计算机界面人工输入模拟集中振动力后，计算机产生的传输给服务器的信号；预测位移数据是指根据振动力信号，提前预测可能产生的位移变化数据。

具体的，在有限元软件中，将模拟集中振动力施加于台桩三维模型的台桩上，并利用有限元数值分析方法，获取目标码头台桩的预测位移数据。

需要说明的是，通过人工在计算机中打开有限元软件，并在有限元软件界面中选择台桩三维模型中的力作用点，并通过一文本框输入集中振动力值，计算机生成模拟集中振动力信号传输给服务器，服务器获取该模拟集中振动力信号，然后通过有限元软件模拟对台桩做简谐激励，利用有限元软件输出应变力的振幅值-频率曲线，将该振幅值-频率曲线转换成幅值-时域曲线，根据幅值-时域曲线的变化趋势，提前预测分析获取振幅峰值和谷值时相位差，该相位差即为预测位移数据。

需要说明的是，模拟集中振动力包括水平集中力和竖直集中力，选择的力作用点包括固定台墩水平方向上的任意作用点和固定台墩竖直方向上的任意作用点；其中，固定台墩水平方向上的作用力大小可以根据目标码头的实际侧向压力/压强确定，实际侧向压力与港口码头的深度有关，可以利用如下公式计算：p=ρgh，其中p是压强，ρ是海水密度，g是重力加速度，h是取压点到液面高度；固定台墩竖直方向上的作用力大小为台桩钢桥的重力。

s13：获取目标码头台桩的位移测试数据。

在本实施例中，位移测试数据是指用于模型测试的目标码头的现场实际位移数据。

需要说明的是，通过振动测试仪器获取目标头台桩的振动力测试数据，在本实施例中，可以选择目标码头固定台墩水平方向和竖直方向上的若干个测量点，可以通过高灵敏度压电式加速度传感器进行测量固定台墩的水平振动力测试数据和竖直振动力测试数据，然后对振动力测试数据进行频域的积分处理，获取固定台墩的水平位移测试数据和竖直位移测试数据。

s14：基于目标码头台桩的位移测试数据和预测位移数据，调整台桩三维模型，并将修改后的台桩三维模型作为目标码头台桩的振动模拟分析模型。

具体的，将步骤s13获取的水平位移测试数据和竖直位移测试数据导入有限元软件中。

进一步地，基于目标码头台桩的位移测试数据和预测位移数据，调整台桩三维模型，包括：

s141：将目标码头台桩的位移测试数据和预测位移数据进行拟合比较，获取拟合率。

s142：若拟合率小于预设的拟合阈值，则利用优化算法调整台桩三维模型中台桩的等效刚度。

需要说明的是，在有限元软件中，将位移测试数据和预测位移数据进行拟合，若位移测试数据和预测位移数据不一致，则说明三维台桩模型与实际的港口码头振动情况不符，则需要利用优化算法对三维台桩模型进行反向调整固定台墩的等效刚度，在本实施例中，通过调整固定台墩的等效刚度调整固定台墩的应变力的振幅-频率变化，进而起到调整预测位移数据，从而使得位移测试数据和预测位移数据的拟合率达到设定的拟合阈值，在本实施例中，拟合阈值即为模型的准确率。在本实施例中，优化算法可以采用现有的逼近算法。

s20：实时获取在目标码头台桩的固定测点的振动力数据。

在本实施例中，振动力数据是指实际在线预警监测时采集的振动力数据。

具体的，在目标码头台桩确定若干个固定测点，固定测点可以布设在固定台墩的水平方向上和竖直方向上，在本实施例中，可以通过高灵敏度压电式加速度传感器进行测量固定台墩的水平振动力数据和竖直振动力数据。

s30：将振动力数据输入振动模拟分析模型，获取振动分析结果，根据振动分析结果，对目标码头台桩进行预警监测。

在本实施例中，振动分析结果是指振动模拟分析模型进行实时预测的位移数据。

具体的，如图3所示，将振动力数据输入振动模拟分析模型，获取振动分析结果，根据振动分析结果，对目标码头台桩进行预警监测，包括：

s31：基于振动力数据和振动模拟分析模型，获取目标码头台桩的实时预测位移。

在本实施例中，实时预测位移是指实时提前预测目标码头台桩可能产生的位移数据。

具体的，水平振动力数据和竖直振动力数据导入有限元软件中，利用振动模拟分析模型实时提前预测目标码头台桩可能产生的位移数据，该位移数据包括固定台墩水平方向上的实时预测位移数据和竖直方向上的实时预测位移数据。

s32：若实时预测位移超出预设的位移阈值，则生成目标码头台桩的振动预警信息并发送至与目标码头台桩相关联的监控端。

在本实施例中，位移阈值是预设的位移预警值，该位移阈值包括水平位移阈值和竖直位移阈值；振动预警信息是指针对目标码头台桩振动异常生成的预警信息。

具体的，固定台墩水平方向上的实时预测位移数据与水平位移阈值进行比较，获取水平位移比较结果，同时将竖直方向上的实时预测位移数据与竖直位移阈值进行比较，获取竖直位移比较结果。

进一步地，若水平位移比较结果为超出水平位移阈值，则生成目标码头台桩的水平振动预警信息，并将该水平振动预警信息发送至目标码头台桩相关联的监控端；和/或竖直位移比较结果为超出竖直位移阈值，则生成目标码头台桩的竖直振动预警信息，并将该竖直振动预警信息发送至目标码头台桩相关联的监控端。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

在本实施例中，还提供一种港口码头在线振动预警监测系统，该港口码头在线振动预警监测系统与上述实施例中港口码头在线振动预警监测方法一一对应。如图4所示，该港口码头在线振动预警监测系统包括建模模块、获取实时数据模块和模型监测模块。各功能模块详细说明如下：

建模模块，用于建立目标码头台桩的振动模拟分析模型；

获取实时数据模块，用于实时获取在目标码头台桩的固定测点的振动力数据；

模型监测模块，用于将振动力数据输入振动模拟分析模型，获取振动分析结果，根据振动分析结果，对目标码头台桩进行预警监测。

可选的，建模模块，包括：

模型构建子模块，用于基于目标码头台桩的三维结构，在有限元软件中构建台桩三维模型；

仿真分析子模块，用于获取模拟集中振动力信号，并将模拟集中振动力应用于台桩三维模型中，以获取目标码头台桩的预测位移数据；

获取测试数据子模块，用于获取目标码头台桩的位移测试数据；

模型调整子模块，用于基于目标码头台桩的位移测试数据和预测位移数据，调整台桩三维模型，并将修改后的台桩三维模型作为目标码头台桩的振动模拟分析模型。

可选的，仿真分析子模块，包括：

仿真单元，用于在有限元软件中，将垂直方向振动力和水平振动力施加于台桩三维模型的台桩上，并利用有限元数值分析方法，获取目标码头台桩的预测位移数据。

可选的，模型调整子模块，包括：

比较单元，用于将目标码头台桩的位移测试数据和预测位移数据进行拟合比较，获取拟合率；

调整单元，用于若拟合率小于预设的拟合阈值，则利用优化算法调整台桩三维模型中台桩的等效刚度。

可选的，模型监测模块，包括：

位移预测子模块，用于基于振动力数据和振动模拟分析模型，获取目标码头台桩的实时预测位移；

预警子模块，用于若实时预测位移超出预设的位移阈值，则生成目标码头台桩的振动预警信息并发送至与目标码头台桩相关联的监控端。

关于港口码头在线振动预警监测系统的具体限定可以参见上文中对于港口码头在线振动预警监测方法的限定，在此不再赘述。上述港口码头在线振动预警监测系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

本实施例还提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图5所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储振动力数据、位移阈值、振动预警信息等。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种港口码头在线振动预警监测方法，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

s10：建立目标码头台桩的振动模拟分析模型；

s20：实时获取在目标码头台桩的固定测点的振动力数据；

s30：将振动力数据输入振动模拟分析模型，获取振动分析结果，根据振动分析结果，对目标码头台桩进行预警监测。

本提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

s10：建立目标码头台桩的振动模拟分析模型；

s20：实时获取在目标码头台桩的固定测点的振动力数据；

s30：将振动力数据输入振动模拟分析模型，获取振动分析结果，根据振动分析结果，对目标码头台桩进行预警监测。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（rom）、可编程rom（prom）、电可编程rom（eprom）、电可擦除可编程rom（eeprom）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（ram）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram（sram）、动态ram（dram）、同步dram（sdram）、双数据率sdram（ddrsdram）、增强型sdram（esdram）、同步链路（synchlink）dram（sldram）、存储器总线（rambus）直接ram（rdram）、直接存储器总线动态ram（drdram）、以及存储器总线动态ram（rdram）等。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。