一种基于GNSS和BIM的桥梁转体实时监测预警系统及方法与流程

本发明涉及桥梁转体施工安全监测预警的，具体涉及一种基于gnss和bim的桥梁转体实时监测预警系统及方法。

背景技术：

1、桥梁在现代基础设施建设中起到了至关重要的作用，而随着经济建设和基础设施的快速发展，越来越多的铁路、公路、桥梁和轨道交通被建设起来。在新建公路、城市轨道交通和道路需要跨越既有铁路线、险峻的峡谷或深水区等特殊条件的情况下，桥梁转体施工方案被广泛采用。转体施工技术既能保证工期的顺利进行，还能保证既有铁路线的正常运营。而且由于高铁的提速，对跨越高铁路线的桥梁转体施工提出了更高的技术要求，因此，对桥梁转体施工过程的研究和优化具有重要的现实意义。

2、桥梁转体是一个动态过程，正式转体过程中，桥梁结构处于单点支撑悬臂状态，梁体受外界干扰因素多，是最不稳定阶段。因此，为保证转体安全，转体过程中需监测桥梁关键截面应力、梁端变位、转体角速度、梁端线速度、转体牵引力、转体角度等关键参数，若有异常，应暂停转体，待分析原因后再决策是否转体。因此需要对桥梁转体施工过程开展实时监测，实时掌握其转体速度，方可在其出现异常时及时采取相应措施，以确保施工的质量和结构安全。

3、目前在桥梁转体施工监控中多采用的是传统的监测方法，例如采用经纬仪或全站仪，并在目标位置安装靶标棱镜，采用交会法或坐标法进行监测，这种手动、静态的监测方法，受气候环境和人为因素的影响较大，监控精度不足，并且无法满足对桥梁转体实时监测的要求。

4、因此，亟需采用新方法、新技术对桥梁转体施工过程进行实时监测，以提高监测精度和监测效率，同时可结合bim和物联网技术对转体施工进行虚拟仿真，在实际转体施工操作前对转体过程进行多工况预测和模拟，以确定合理的转速、牵引力和转角，同时也许对施工过程中的危险情况进行监测预警，构建的监测预警系统及方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种基于gnss和bim的桥梁转体实时监测预警系统及方法，解决上述背景技术中的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：包括桥梁传感器、gnss接收机、无线数据采集系统和bim桥梁三维仿真系统；

3、所述桥梁传感器用于采集桥梁现场受力点的应力应变实时数据、桥梁转体结构的转体角速度、转体牵引力、转体角度、梁端变位、桥身倾角参数；

4、所述gnss接收机用于获取桥梁端部、监测点、基准点的初始测点坐标和设定监测时间间隔内的实时测点坐标，并传输至无线数据采集系统；

5、所述无线数据采集系统包括移动信号塔、基准站和带gprs传输功能的监测设备，将监测数据传输至服务器，通过c++程序将数据转换为操作台和revit所需数据格式，并将数据分发至桥梁转体施工操作台和bim桥梁三维仿真系统，根据仿真结果和实时数据进行实时监测预警和智能控制桥梁转体施工操作；

6、所述bim桥梁三维仿真系统根据桥梁尺寸、连接关系、施工顺序及监测数据，基于revit平台构建桥梁转体施工簇库，构建标准模型，根据不同桥梁尺寸、施工工况进行转体施工模拟，根据桥梁姿态、旋转速度、力矩分布显示安全分级颜色预警，对施工操作提供指导。

7、优选的，桥梁传感器包括倾角仪、应变计、挠度计、单点沉降计、静力水准仪、风速传感器、地质罗盘、拉线位移计、gps定位计，传感器采用gprs与移动信号塔和数据采集设备通信连接；

8、所述桥梁传感器在转体施工结束后亦可为桥梁监测提供服务，为桥梁运营、检测、维护和科学研究提供实时监测数据。

9、优选的，gnss接收机包括gps接收机、glonass接收机、galileo接收机和北斗接收机；

10、所述基准站将gnss接收机布设于远离桥梁主体施工结构500米范围外，并和布设于桥梁主体结构的gnss接收机进行数据交换、数据校准和差分求解，对比初始测点坐标构建gnss数据校准模式，获取桥梁实时空间位置信息；

11、所述gnss接收机将获取用于根据桥梁的大地坐标和时间信息，进行纵向数据解算，分析桥梁转体施工过程中的角速度、线速度、倾角关键参数；

12、所述gnss接收机监测数据将和桥梁传感器获取进行同步和校对，两者数值在允许误差范围则认为测量准确，否则需进行误差校对。

13、优选的，所述bim桥梁三维仿真系统包括建模模块、可视化模块和监测预警平台，所述建模模块将桥梁尺寸、连接关系、施工顺序及监测数据，基于revit平台构建桥梁转体施工簇库，构建桥梁转体施工标准模型，在改变桥梁尺寸、高度、吨位的情况下结合监测数据进行实时可视化建模。可视化模块除显示初始模型信息，将根据处理后数据进行实时更新，显示桥梁施工过程的动态姿态信息，并结合转体施工标准构建监测预警平台。

14、优选的，监测预警平台根据转体施工的转体角速度、转体牵引力、转体角度、梁端变位、桥身倾角生成预警信号，将监测预警设置为红橙黄绿四个等级，并将监测信息实时传输至控制台，指导操作人员调整施工参数。

15、优选的，所述安全分级颜色预警包括以下颜色预警：

16、绿色预警：显示绿色的监测点说明处于稳定且安全的状态，此时可进行日常巡视管理，检查数据传导情况与bim实时模拟的变形情况；

17、黄色预警：当转动角速度、线速度，平转角速度在0.008~0.012 rad/min，梁体悬臂端线速度大于 1.2~1.4 m/min，连续千斤顶行程差在0.8~0.9 mm时, 监测系统对操作台发送橙色预警指令，对现场设备进行检查，同时对预警信息进行记录，记录预警出现的位置、预警类型、预警值、正常值；

18、橙色预警：当转动角速度、线速度，平转角速度在0.012~ 0.015 rad/min，梁体悬臂端线速度在 1.4~1.5 m/min，连续千斤顶行程差在0.9~1.0 mm, 监测系统对操作台发送黄色预警指令，对现场设备进行检查，同时对预警信息进行记录，记录预警出现的位置、预警类型、预警值、正常值；

19、红色预警：当转动角速度、线速度，平转角速度大于 0.015 rad/min，梁体悬臂端线速度大于 1.5 m/min，连续千斤顶行程差大于1 mm, 监测系统对操作台发送黄色预警指令，对现场设备进行检查，同时对预警信息进行记录，记录预警出现的位置、预警类型、预警值、正常值，外业组在接到内业组的通知后携带设备在30分钟内到达现场，立即组织开展桥梁抢修工作。

20、一种基于gnss和bim的桥梁转体实时监测预警方法，其方法是：包括以下步骤：

21、s1、根据施工设计图，提取桥梁转体施工控制参数以及桥梁结构特征，确定桥梁下转盘平整度、上转盘和端部空间位置变化速度预警值和桥梁最终位置；

22、s2、根据桥梁尺寸、连接关系、施工顺序、传感器构建桥梁转体施工簇库，基于revit平台构建桥梁转体施工基础模型，预留传感器、gnss接收器数据接口；

23、s3、通过桥梁传感器，获取桥梁现场受力点的应力应变实时数据、桥梁转体结构的转体角速度、转体牵引力、转体角度、梁端变位、桥身倾角参数，通过gnss接收机获取桥梁端部的初始测点坐标和设定监测时间间隔内桥梁端部的实时测点坐标，并转化为桥梁空间位置变化角速度、线速度和倾角；

24、s4、基于gnss接收机和桥梁传感器获取数据，对桥梁转体角速度、转体角度、梁端变位、桥身倾角进行数据初始化、数据校核和误差分析，并通过无线数据采集与传输系统传输至pc终端；

25、s5、基于visual c++开发平台，编译数据处理系统，将有效数据传输至revit平台和现场操作台，根据bim桥梁转体施工模拟过程和转体牵引力、桥身倾角参数，指导施工控制台动态调整相关参数；

26、s6、根据gnss接收器和桥梁传感器数据，通过bim桥梁转体施工模型，实时可视化显示桥梁转体施工过程、桥梁端部实时空间位置变化，根据预设桥梁转体角速度、转体角度、梁端变位、桥身倾角、风速数据预警阈值，将危险等级划分为红橙黄绿四个等级；

27、s7、当桥梁转体到桥梁最终位置时，停止转体，pc端调整监测频率，持续监测桥梁关键参数，为桥梁运维提供数据。

28、优选的，还包括以下步骤：

29、实时监测桥梁转体过程中t型梁梁端的倾角、高程变化情况；

30、实时监测桥梁转体过程中桥梁梁体的振动特性；

31、实时监测桥梁转体过程中上转盘的倾角、应变情况和支撑脚应力；

32、实时监测桥梁转体过程中反力架的转体牵引力大小和施加速度。

33、优选的，步骤s4包括以下分步骤：

34、s41、基于gnss接收器获取桥梁基站、梁端、梁柱四个位置初始测点坐标和实时测点坐标，并将其转换为桥梁倾角、梁端高程、转角和桥身倾角，并将其传输至pc端；

35、s42、基于桥梁传感器获取数据并采用gprs基于移动信号塔，传输至pc端；

36、s43、将gnss接收器和桥梁传感器数据进行相互校核和初始化，随后进行实时监测，当两者误差大于±3 mm时，进行预警和校对；

37、s44、将有效数据传输至revit平台和控制台，获取桥梁转体施工实时监测数据，更新bim模型和指导施工。

38、本发明提供了一种基于gnss和bim的桥梁转体实时监测预警系统及方法，通过无线传输的方式，将传感器和gnss接收器的监测数据传输至pc端，并通过visual c++开发平台对有效数据进行处理，采用revit平台进行建模，同时对监测数据进行了误差判断，提高了数据采集的精度，并通过实时3d模型对标准构建和工况下转体桥梁施工提供指导。可对桥梁安全监测预警的实时性及可视化提供技术支持，可为桥梁施工和标准化作业提供指导，减少测量人员在转体过程中的工作量，降低人为计算误差。