一种适用于大跨度特殊结构桥梁的视频监控系统的制作方法

本发明涉及桥梁工程技术领域，特别涉及一种适用于大跨度特殊结构桥梁的视频监控系统。

背景技术：

高铁上绝大多数大跨度特殊结构桥梁按线路里程划入所在路局高铁工务段下属车间，与所辖里程内的其它桥梁统一进行维护与管理，管养单位很少针对某座或某几座大跨度特殊结构桥梁专门安排车间进行管理。虽然极少数特大桥梁专门成立车间，从事检查维护工作，但依然存在着检修人员缺少、工作效率低且检查不到位等问题。近年来随着桥梁技术的发展，桥梁结构设计更为多样化、工程体量大、结构杆件复杂，更是增加了人工巡检的难度，因此，改进大桥巡检方式，升级巡检设备具有迫切的必要性。

上述所称的特殊结构桥梁，一般是指：连续梁桥、钢桁梁桥、斜拉桥、拱桥、组合结构等。

近年来，计算机技术的发展和网络的普及极大地促进了视频监控技术的发展和应用，视频监控系统开始由单纯的场景监视功能向着兼有数据分析、目标追踪和风险预警等功能的智能化方向发展，其应用范围也由传统的重点监控单位向着各行业和场所扩展。例如，通过在高速公路收费站、重要路段及桥梁隧道等位置设置摄像机，可建立高速公路智能管理平台，根据路况信息的实时影像分析，实现对路况信息的实时监控、违章车辆检测、路面异常状况的预警等；

目前，智能视频监控系统在交通、安防、施工监控和工业巡检等领域均得到了良好应用，而其在铁路桥梁巡检中尚未有实际应用案例，研究将智能视频监控系统应用于铁路桥梁的巡检工作，对于克服铁路桥梁巡检工作量大、效率低、作业不规范的问题具有重要意义。

当前我国桥梁巡检工作中对桥梁的外观检查主要还是通过人工目测、望远镜观测或搭设脚手架近距离观测等，这些方法作业效率低，占地面积大，影响交通安全，且作业不规范，施工危险性较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对大跨度特殊结构桥梁的外观检查工作，提出一种适用于桥梁的视频监控方案，将智能视频监控技术应用于铁路桥梁的巡检工作，克服铁路桥梁巡检工作量大、效率低和作业不规范的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供一种适用于大跨度特殊结构桥梁的视频监控系统，包括：

布设在所述结构桥梁上监控设备和与所述监控设备连接的远程服务器；

所述监控设备包括：定点摄像机和移动摄像监控子系统；

所述定点摄像机通过光纤实现与所述远程服务器数据传递；

所述移动摄像监控子系统包括：导轨、供电装置和搭载摄像机的导轨式巡检机器人；所述导轨布设在所述结构桥梁上，所述导轨式巡检机器人运行在所述导轨上，所述供电装置用于为所述导轨式巡检机器人提供电源；

所述导轨式巡检机器人通过mesh网络收发器实现与所述远程服务器数据传递；

所述远程服务器实现对所述定点摄像机、导轨式巡检机器人以及导轨式巡检机器人搭载的摄像机进行动作控制，采集和处理监控信息，并对异常情况报警。

在一个实施例中，所述定点摄像机采用云台一体化高清网络摄像机；多个所述云台一体化高清网络摄像机之间间隔预设距离布置在桥梁的桁架上；所述预设距离小于所述云台一体化高清网络摄像机视觉范围的直径。

在一个实施例中，所述导轨式巡检机器人搭载的摄像机为云台一体化高清网络摄像机；

所述导轨式巡检机器人还搭载拾音器、音响设备和传感设备。

在一个实施例中，所述传感设备包括以下一种或多种：

温湿度传感器、风速测量仪、雨量传感器、气体传感器和超声波避障传感器。

在一个实施例中，所述导轨呈工字型，采用铝合金材质；所述导轨底部通过支架固定在桥梁的桁架上。

在一个实施例中，所述导轨由多根单轨衔接而成；两根所述单轨之间设有伸缩缝。

在一个实施例中，所述导轨式巡检机器人采用可充电锂电池供电，采用无线充电方式；

所述供电装置包括：充电配电箱以及与所述充电配电箱连接的无线发射线圈盒；所述充电配电箱位于所述导轨的一侧；所述无线发射线圈盒的充电点位面向导轨，通过支撑件固定于导轨底部或桥梁的桁架上。

在一个实施例中，所述导轨式巡检机器人具有电池电量检测模块，当电池电量低于预设阈值时，停止巡检并返回充电点位进行充电。

在一个实施例中，所述远程服务器包括：

获取模块，用于获取所述定点摄像机和所述导轨式巡检机器人搭载的摄像机传递的视频数据；

分析模块，用于对所述视频数据进行分析；

控制模块，用于根据所述分析模块的分析结果，对所述定点摄像机和所述导轨式巡检机器人搭载的摄像机进行动作控制；

报警模块，用于根据所述分析模块的分析结果，发出提醒警情；

设置模块，用于设置所述导轨式巡检机器人的巡检时间、周期、路线、预设巡检目标。

本发明的优点在于，本发明的一种适用于大跨度特殊结构桥梁的视频监控系统，该系统包括布设在所述结构桥梁上监控设备和与所述监控设备连接的远程服务器；所述监控设备包括：定点摄像机和移动摄像监控子系统；该系统采用定点摄像机监控和移动摄像监控子系统监控相配合的方式，实现对桥梁结构进行全方位监控；在保证检测精度的同时大大降低了人员的劳动强度，提高了工作效率。

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、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

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。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的适用于大跨度特殊结构桥梁的视频监控系统的结构图；

图2为本发明实施例提供的移动摄像监控子系统的结构图；

图3为本发明实施例提供的定点摄像机立面布置图；

图4为本发明实施例提供的定点摄像机在桥梁截面布设位置图；

图5为本发明实施例提供的导轨式巡检机器人123的结构图；

图6为本发明实施例提供的导轨截面图；

图7a为本发明实施例提供的导轨对接结构示意图；

图7b为本发明实施例提供的导轨对接后的结构示意图；

图8a为本发明实施例提供的导轨对接结构示意图；

图8b为本发明实施例提供的导轨对接后的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的导轨式巡检机器人沿导轨运行示意图；

图10a为本发明实施例提供的供电装置122结构中配电箱的示意图；

图10b为本发明实施例提供的供电装置122结构中无线充电示意图；

图11为本发明实施例提供的某大桥充电点位布置示意图；

图12为本发明实施例提供的远程服务器2的结构框图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种适用于大跨度特殊结构桥梁的视频监控系统，参照图1所示，为部分桥梁段的示意图，包括：

布设在桥梁结构上监控设备1和与监控设备1连接的远程服务器2；

其中，监控设备1包括：定点摄像机11和移动摄像监控子系统12；

定点摄像机11通过光纤实现与远程服务器2数据传递；

参照图2所示，移动摄像监控子系统12包括：导轨121、供电装置122和搭载摄像机的导轨式巡检机器人123；导轨121布设在桥梁结构上，导轨式巡检机器人123运行在导轨上121，供电装置122用于为导轨式巡检机器人123提供电源；

导轨式巡检机器人123通过mesh网络收发器实现与远程服务器2数据传递；

远程服务器2实现对定点摄像机11、导轨式巡检机器人123以及导轨式巡检机器人搭载的摄像机进行动作控制，采集和处理监控信息，并对异常情况报警。

本实施例中，该系统采用定点摄像机和移动摄像监控子系统对桥梁外观状态进行监控。定点摄像机，按照桥梁监控点布置方案在相应点处通过套箍的方式固定在桥梁杆件上，每一摄像机可在相应监控点处实现该范围内的多视角监控。移动摄像监控子系统，通过在桥梁上合理布置导轨，搭载摄像机的导轨式巡检机器人运行在导轨上，可实现对桥梁的移动视频监控和桥梁其它信息的检测，并能够对某一结构位置多角度观测。

其中，定点摄像机与远程服务器通过光纤实现数据传递，而搭载摄像机的导轨式巡检机器人则通过mesh网络收发器与远程服务器之间实现无线数据传递。远程服务器根据工作人员操作，可对定点摄像机和导轨式巡检机器人下发相应控制指令，从而实现前端设备的动作控制。前端摄像机采集到图像数据之后将数据传递到远程服务器，远程服务器接收相应监测数据，从而对其进行处理。

该系统针对大跨度特殊结构桥梁的外观检查工作，采用定点摄像机监控和移动摄像监控子系统监控相配合的方式，实现对桥梁结构进行全方位监控；将智能视频监控技术应用于铁路桥梁的巡检工作，在保证检测精度的同时大大降低了人员的劳动强度，提高了工作效率；克服铁路桥梁巡检工作量大、效率低和作业不规范的问题。

可如图3所示，即首先通过在桥梁适当位置(比如在桁架上距离桥面高度2-3米)布设一定数量的定点摄像机，最大程度地覆盖桥梁结构范围，其次，在桥梁合适位置比如在桁架上距离桥面高度2-3米)布设导轨，搭载摄像机的导轨式巡检机器人，以辅助定点摄像机对桥梁结构进行全方位监控。

在一个实施例中，上述定点摄像机11比如可采用云台一体化高清网络摄像机；多个云台一体化高清网络摄像机之间间隔预设距离布置在桥梁的桁架上；预设距离小于云台一体化高清网络摄像机视觉范围的直径。

其中：云台一体化高清网络摄像机，就是云台、护罩、解码器整合在一起，实现护罩上下，左右动作的装置。一体化智能高速云台配合一体化摄像机机芯的设计，可以实现高速球的类似功能，而其护罩自带雨刷，上仰的监控角度设计，以及与红外灯，激光仪，热成像仪等设备的易拓展性，朝智能化，网络化，更全面的方向发展。

云台一体化高清网络摄像机，比如可采用现有市面上的日立(hitachi)、索尼(sony)、悠克(lg)、世林(cnb)等品牌的产品。其具体参数请查阅该厂家具体一体化摄像机说明书。云台一体化高清网络摄像机芯散热迅速；安装简便，云台转动灵活，噪声小，拍摄范围广，摄像机多项自动功能，可供完美优质的画面，可采用rs485总线与远程服务器实现连接。

比如：定点摄像机以实现桥梁某节点附近区域内的多视角监控为目的。摄像机采用云台一体化高清网络摄像机，其视觉有效距离达200m以上，可实现水平方向360°旋转，垂直方向多角度转动，并带有smart功能，可实现手动跟踪、全景跟踪、多场景巡航跟踪，以及人脸侦测、区域入侵侦测、越界侦测和快速移动侦测、停车侦测等。

考虑到桥梁结构杆件错综复杂及摄像机所拍摄物体的大小和清晰度等，摄像机布置时按视觉距离100m考虑，所设置监控点数量和位置应能够全部覆盖桥梁范围。如图3所示为摄像机在某大跨度桥梁立面布置图，中心三角块为定点摄像机11的位置，虚线圆为以定点摄像机为圆心，半径100m圆，代表摄像机的可视范围，摄像机按桥梁跨度中心对称布置。图4所示为定点摄像机在桥梁截面布设位置，定点摄像机位于线路两侧靠近主桁位置，采用套箍的方式固定在桥梁杆件上，高度2m～3m。按照图3、图4点位布设摄像机即可实现桥梁大范围内外观状态的监控。

在一个实施例中，导轨式巡检机器人123搭载的摄像机同样为云台一体化高清网络摄像机；具体介绍可参照上述实施例中的描述。另外，该导轨式巡检机器人123还可以搭载拾音器、音响设备和传感设备等；

移动摄像监控目的是为克服桥梁结构杆件复杂的影响，减少监控盲区，实现桥梁外观状态的全方位监控及某一结构位置的多视角观测。移动摄像监控主要通过导轨式巡检机器人实现。

参照图5所示，导轨式巡检机器人123，可以根据监控目的不同配置不同的传感器，还可配合远程服务器2实现对桥梁不同信息的采集和处理。如通过在导轨式巡检机器人搭载云台一体化高清网络摄像机1231可实现桥梁的移动摄像监控，通过搭载拾音器1232和音响设备1233可实现机器人前端与远程服务器2的远程语音对讲，通过搭载温湿度传感器1234、风速测量仪1235和雨量传感器1236、气体传感器1237可实现桥梁环境气象监测等。

还可以搭载超声波避障传感器1238，用于探测导轨上是否有异物，阻碍机器人前行；当判断出现异物时，可向远程服务器实现报警。

其中，具体的导轨式巡检机器人123，可采用市面上现有的城市管廊轨道式巡检机器人，在其基础上定制有上述所需要的传感器设备。

在一个实施例中，导轨的功能是为了使导轨式巡检机器人能够顺利到达桥梁所需检查的结构部位，从而能够拍摄到结构的图片信息。导轨可采用铝合金材质，以减轻对桥梁的负载，同时又具备很高的强度。

比如全桥布置导轨可以是由多根长约6m的单根导轨对接而成，两对接导轨之间留有伸缩缝，可防止导轨因环境温度变化引起的破坏，如图6所示为导轨截面图，图7a、7b为对接结构示意图。

比如：根据桥梁结构形式，可在每2片主桁之间靠近主桁处沿桥梁长度方向布设导轨，导轨安装采用支架机构，利用抱箍与桥梁结构配合安装，如图8a所示为某桥梁导轨立面布置图，图8b为截面布置图，图9所示为导轨式巡检机器人沿导轨运行示意图。

在一个实施例中，考虑到大桥工作环境的恶劣性，导轨式巡检机器人采用高性能锂电池供电，且电池采用无线充电方案。

如图10a-10b所示，供电装置122包括：充电配电箱1221以及与充电配电箱连接的无线发射线圈盒1222；其中：充电配电箱1221位于导轨121的一侧，安装在充电点附近合适位置；无线发射线圈盒1222的充电点位面向导轨121，通过支撑件固定于导轨底部或桥梁的桁架上。无线发射线圈盒1222安装位置即为导轨式巡检机器人充电点位。

进一步地，导轨式巡检机器人123自带电池电量检测模块，可人工设置电量报警下限，当电量低于设置值时会自动停止当前巡检任务，并发出警报，之后自主运行到充电点位进行充电。

上述充电点位一般位于桥梁两端及跨中处，如图11所示为某大桥充电点布置示意图。

进一步地，参照图12所示，该远程服务器2包括：

获取模块21，用于获取所述定点摄像机和所述导轨式巡检机器人搭载的摄像机传递的视频数据；

分析模块22，用于对所述视频数据进行分析；

控制模块23，用于根据所述分析模块的分析结果，对所述定点摄像机和所述导轨式巡检机器人搭载的摄像机进行动作控制；

报警模块24，用于根据所述分析模块的分析结果，发出提醒警情；

设置模块25，用于设置所述导轨式巡检机器人的巡检时间、周期、路线、预设巡检目标；并用于设置导轨式巡检机器人123中电池电量检测模块的阈值，比如可设置报警阈值为当电量为10％时，即控制导轨式巡检机器人123停止巡检并返回充电点位进行充电。

本实施例中，远程服务器为桥梁视频监控系统的控制部分，其主要功能是实时显示监控信息、对定点摄像机及导轨式巡检机器人进行动作控制、采集和处理监控信息并对异常情况报警等。具体检测，比如钢结构中螺栓是否脱落、漆膜是否脱落，代替巡检工人日常的巡检工作。

系统可设定自动巡检任务，任务可根据巡检时间、周期、路线、目标类型等灵活定制，同时工作人员可通过远程服务器手动控制导轨式巡检机器人和定点摄像机作相应动作；通过远程服务器可实时监测定点摄像机和导轨式巡检机器人终端的视频信息和处理后的数据结果；对检查数据进行存储、分析，并及时对异常情况报警。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。