CN105136101A - 一种桥梁状态参数实时监测及报警*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁状态参数实时监测及报警***，包括桥梁检测传感器组、抓拍像机、现场主控器、远端服务处理器和客户端；桥梁检测传感器组包括环境检测传感器单元、流量检测传感器单元和结构检测传感器单元；现场主控器包括中央控制单元及与中央控制单元相联接的数据采集单元、同步触发控制单元、现场无线数据传输单元和GPS授时单元；本发明将GPS的时间信号引入测量结果，并为传感器和像机的输出数据增加了时间标示码，实现了数据的精确同步。同时根据对结构检测传感器数据的分析和阈值判断，实现了对动态形变的完整监测，并具有节省数据资源，减小无线数据传输和数据存储备份的压力的效果。

Description

一种桥梁状态参数实时监测及报警***

技术领域

本发明属于力学测量技术领域，涉及一种可用于桥梁目标的多参数测量技术，特别是一种用于桥梁变形参数实时测量并报警的***。

背景技术

桥梁的变形主要包括静态变形和动态变形，静态变形是指地基下陷、倾斜和应力松弛等变化很慢的变形，动态变形是指由于风、温度、地震及交通负载引起的短期变形，其参数监测对于目标的安全评估分析具有重要的作用。世界上很多国家都投入了很大的人力物力，进行桥梁变形测量技术的研究。

传统的桥梁变形检测的仪器有百分表、千分表、加速计、水准仪、经纬仪等。目前，这些仪器在桥梁验收、定期检测中仍然广泛使用，但是需要专业技术人员，费时、费力，且人为误差大，远远不能实现在线、实时、自动、智能测量。

近年来，信息技术的蓬勃发展大大带动了桥梁变形测量技术的发展，涌现了许多新技术和新方法，但是这些方法在应用中还存在着以下问题：

（1）传感器数量种类多，难以实现各类输出数据的精确同步，给后续数据的融合、处理和分析带来困难；

（2）桥梁变形的监测属于长期，加上传感器数量较多，为了节约数据资源，减小无线数据传输和数据存储备份的压力，需要对静态变形进行低时间分辨力的长期监测，同时对动态变形进行高时间分辨力的短期集中监测，但是现有的监测***难以实现上述的控制，造成了数据资源的浪费或者难以达到对特殊事件的高时间分辨力测量；

（3）欠缺给客户端及时传送报警信息供人工处理。这些缺陷给桥梁的智能全方位检测带来不便，影响到桥梁的安全、养护及管理运营。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桥梁状态参数实时监测及报警***，该***在桥梁上安装了环境检测传感器、流量检测传感器、结构检测传感器和用于桥梁整体形貌监测的抓拍像机，并对各个传感器和像机进行时间同步控制处理，为数据加上时间标记；同时通过对结构检测传感器的信号阈值判断，控制抓拍像机工作，识别动态变形事件，实现了对突发时间的完整记录。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种桥梁状态参数实时监测及报警***，包括桥梁检测传感器组、抓拍像机、现场主控器、远端服务处理器和客户端；

所述的桥梁检测传感器组包括环境检测传感器单元、流量检测传感器单元和结构检测传感器单元；

所述的现场主控器包括中央控制单元及与中央控制单元相连接的数据采集单元、同步触发控制单元、现场无线数据传输单元和GPS授时单元；中央控制单元控制数据采集单元按照同步触发控制单元指令采集获得桥梁检测传感器组的数据，将数据融合进GPS授时单元的时间标示码后，再经现场无线数据传输单元传输至远端服务处理器；

所述的远端服务处理器包括远端无线数据传输单元和数据处理分析单元，远端无线数据传输单元接收到现场无线数据传输单元发射的数据后，由数据处理分析单元进行分析处理和甄别，将超出触发阈值的结果发送给客户端，同时将控制指令经现场无线数据传输单元发送至现场主控器的中央控制单元，用于控制抓拍像机工作以及桥梁检测传感器组中的一组或多组传感器按照各自的工作频率采集桥梁信号。

作为本发明进一步的方案：所述的抓拍像机的工作流程为：在数据处理分析单元对结构检测传感器单元的传感器数据进行处理过程中，当传感器数据发生的突变幅度超出预先设定的阈值时，判断为桥梁产生了动态变形，远端服务处理器一方面给客户端发送报警指令，另一方面对现场主控器的中央控制单元发送指令，驱动抓拍像机工作，对桥梁的整体图像进行记录；另外，动态变形的发生时间依靠结构检测传感器单元的传感器数据来判断；当结构检测传感器单元的传感器数据发生的突变幅度未超出预先设定的阈值时，也即参数趋于正常时，则抓拍像机停止图像抓拍。

作为本发明进一步的方案：当远端服务处理器的数据处理分析单元分析到桥梁检测传感器组的任意一个传感器数据超出阈值时，远端服务处理器一方面给客户端发送报警指令，另一方面对现场主控器的中央控制单元发送指令，驱动结构检测传感器单元加快信号采集的频率。

作为本发明进一步的方案：所述的同步触发控制单元按照GPS授时单元提供的时基信号，以及按设定的频率，同步触发数据采集单元对桥梁检测传感器组的传感器数据进行采集。

作为本发明进一步的方案：所述的数据处理分析单元用于对传感器数据进行分析、处理，以及抓拍像机触发阈值判断，并按照GPS授时单元提供的时基信号，对传感器数据和抓拍像机的图像数据进行处理，并对处理后的数据加上时间标示码。

作为本发明进一步的方案：所述的时间标记码作为传感器数据的帧头，由6个字节组成。

作为本发明进一步的方案：所述环境检测传感器单元包括温度传感器、风速传感器、雨量传感器中的一种或几种组合；流量检测传感器单元包括地感传感器、红外传感器、称重传感器中的一种或几种组合；结构检测传感器单元包括位移传感器、应变传感器、振动传感器中的一种或几种组合。

作为本发明进一步的方案：所述位移传感器采用布置在桥梁上的远程位移传感器，应变传感器采用光纤光栅应变传感器，振动传感器采用电磁原理的传感器。

作为本发明进一步的方案：所述的抓拍像机为CCD传感器或CMOS传感器；所述的客户端为电脑或用于数据接收的移动智能终端。

作为本发明进一步的方案：所述的远端无线数据传输单元和现场无线数据传输单元均为GPRS无线传输***或3G无线传输***或4G无线传输***或RF无线传输***。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

（1）将GPS的时间信号引入测量结果，并为传感器和像机的输出数据增加了时间标示码，实现了数据的精确同步，为后续数据处理和分析提供了同步基准。

（2）通过对结构检测传感器和其他传感器数据的分析和阈值判断，确定所检测的桥梁属于静态变形还是动态变形，并根据信号阈值触发抓拍像机工作以及控制相关的传感器进行高频率检测，实现了对桥梁动态形变的完整监测，确保了对桥梁全面合理的监测，并具有节省数据资源，减小无线数据传输和数据存储备份的压力的效果。

（3）本发明基于无线发射传输***，将传感器信号传送至远端的服务处理器，经过数据处理和阈值判断后，可将超载等动态变形结果自动发送至客户端，用于人工干涉处理；同时又向控制传感器进行现场高频率、高时间分辨率的测量指令，获得详细的数据，便于对动态时间的掌握和分析。

附图说明

图1为本发明桥梁状态参数实时监测及报警***的基本组成图；

图2为本发明桥梁状态参数实时监测及报警***主控器的工作原理图；

图3为本发明中抓拍像机的工作流程图。

附图标记为：1—GPS授时单元；2—环境检测传感器单元；3—流量检测传感器单元；4—结构检测传感器单元；5—无线数据传输单元；6—抓拍像机；7—现场主控器；11—桥梁检测传感器组；12—远端服务处理器；13—客户端。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1和图2，本发明提供了一种桥梁状态参数实时监测及报警***，包括桥梁检测传感器组11、抓拍像机6、现场主控器7、远端服务处理器12和客户端13。

本发明中，所述的桥梁检测传感器组11包括环境检测传感器单元2、流量检测传感器单元3和结构检测传感器单元4；其中，环境检测传感器单元2包括温度传感器、风速传感器、雨量传感器中的一种或几种组合；流量检测传感器单元3包括地感传感器、红外传感器、称重传感器中的一种或几种组合；结构检测传感器单元4包括位移传感器、应变传感器、振动传感器中的一种或几种组合。

本发明中，所述的现场主控器7包括中央控制单元及与中央控制单元相连接的数据采集单元、同步触发控制单元、现场无线数据传输单元5和GPS授时单元1；中央控制单元控制数据采集单元按照同步触发控制单元指令采集获得桥梁检测传感器组11的数据，将数据融合进GPS授时单元1的时间标示码后，再经现场无线数据传输单元5传输至远端服务处理器12。

本发明中，所述的数据采集单元采集获得环境检测传感器单元2、流量检测传感器单元3和结构检测传感器单元4的传感器数据。

本发明中，所述的同步触发控制单元按照GPS授时单元1提供的时基信号，以及按设定的频率，同步触发数据采集单元对桥梁检测传感器组11的传感器数据进行采集；其中精确时间的获取是通过解析GPS的输出数据来实现的，也即通常所说的时间同步或者授时。

本发明中，所述的远端服务处理器12包括远端无线数据传输单元和数据处理分析单元，远端无线数据传输单元接收到现场无线数据传输单元5发射的数据后，由数据处理分析单元进行分析处理和甄别，将超出触发阈值的结果发送给客户端13，同时将控制指令经现场无线数据传输单元5发送至现场主控器7的中央控制单元，用于控制抓拍像机6工作以及桥梁检测传感器组11中的一组或多组传感器按照各自的工作频率采集桥梁信号。

本发明中，所述的远端无线数据传输单元和现场无线数据传输单元均为GPRS无线传输***或3G无线传输***或4G无线传输***或RF无线传输***。

本发明中，所述的数据处理分析单元用于对传感器数据进行分析、处理，以及抓拍像机6触发阈值判断，并按照GPS授时单元1提供的时基信号，对传感器数据和抓拍像机6的图像数据进行处理，并对处理后的数据加上时间标示码，简单的说就是给图像记录的文件加上一个时间戳。

本发明中，所述的客户端13为电脑或用于数据接收的移动智能终端。

请参阅图3，所述的抓拍像机6为CCD传感器或CMOS传感器，其工作流程为：由于抓拍像机6产生的数据量大，为了节省无线传输流量及数据存储量，在通常情况的桥梁静态变形下，图像记录***不工作，这样可以节约数据资源；在数据处理分析单元对结构检测传感器单元4的传感器数据进行处理过程中，当传感器数据发生的突变幅度超出预先设定的阈值时，判断为桥梁产生了动态变形，远端服务处理器12一方面给客户端13发送报警指令，另一方面对现场主控器7的中央控制单元发送指令，驱动抓拍像机6工作，对桥梁的整体图像进行记录；另外，动态变形的发生时间依靠结构检测传感器单元4的传感器数据来判断；当结构检测传感器单元4的传感器数据发生的突变幅度未超出预先设定的阈值时，也即参数趋于正常时，则抓拍像机6停止图像抓拍。

同样原理，通常状态下，桥梁的静态测量采用的是低时间分辨的测量，也就是说传感器的采样速率较低，这样可以减小数据存储、处理和无线传输的压力；为了实现桥梁动态变形时的高时间分辨测量，当远端服务处理器12的数据处理分析单元分析到桥梁检测传感器组11的任意一个传感器数据超出阈值时，远端服务处理器12一方面给客户端13发送报警指令，另一方面对现场主控器7的中央控制单元发送指令，驱动结构检测传感器单元4加快信号采集的频率，以便获取详细的信号数据。当结构检测传感器单元4的传感器数据发生的突变幅度未超出预先设定的阈值时，也即参数趋于正常时，则抓拍像机6停止图像抓拍。

在对桥梁的参数进行全面记录过程中，由于采用了多种传感器和抓拍像机，为了确保后续多种参数数据能够同步融合，进行统一分析处理。数据处理分析单元在处理中，均加上了按照GPS授时单元1获取的时间标示码，并经GPRS无线输出终端或3G/4G无线传输***输出，这样在后续处理和分析时就有了时间基准，为数据同步融合、提取和分析提供了方便。

时间标记码作为传感器数据的帧头，由6个字节组成，结构如下表所示：

其中，BYTE0~BYTE3为从格林威治时间（0时区）1900年1月1日0点0分0秒开始的秒数，BYTE4~BYTE5为毫秒数。

由于图像记录数据量较大，按照每包128个字节的大小拆分成若干个带包序号的数据包，其中时间标记信息放置于第一包数据中，依次发送到远端服务处理器12，由远端服务处理器12把收到的数据包组合成拍照图片文件，并将图片信息以及拍照图片的时间标记信息写入数据库中。

本发明采用先进的位移传感器，获得了高精度的桥梁荷载下的挠度参数，再结合其他结构检测传感器单元3的传感数据和抓拍像机6的图像以及同步融合技术，有效地保障了桥梁的安全，具有极大的推广价值。

本发明中，所述的结构检测传感器单元4中的位移传感器可采用布置在桥梁上的远程位移传感器，应变传感器可采用光纤光栅应变传感器，振动传感器可采用电磁原理的传感器。在实际应用中需要事先进行现场标定，并设定恰当的参数阈值，对于参数阈值的判断可以根据某一种特定传感器的数据或几种传感器数据的综合幅值进行考虑，并经过试验验证（此为本领域技术人员的公知常识）。

本发明通过在桥梁上设定环境检测传感器单元2、流量检测传感器单元3和结构检测传感器单元4和用于桥梁整体形貌监测的抓拍像机6，实现了对桥梁参数的全面记录，同时对各个传感器和像机进行时间同步控制处理，为数据加上时间标记，确保了数据的可靠性；此外通过对结构检测传感器单元4的信号阈值判断，识别动态变形事件，控制抓拍像机6，同时实现了对客户端13的报警，实现了对突发时间的完整记录和人为干预控制。

上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种桥梁状态参数实时监测及报警***，其特征在于，包括桥梁检测传感器组（11）、抓拍像机（6）、现场主控器（7）、远端服务处理器（12）和客户端（13）；

所述的桥梁检测传感器组（11）包括环境检测传感器单元（2）、流量检测传感器单元（3）和结构检测传感器单元（4）；

所述的现场主控器（7）包括中央控制单元及与中央控制单元相连接的数据采集单元、同步触发控制单元、现场无线数据传输单元（5）和GPS授时单元（1）；中央控制单元控制数据采集单元按照同步触发控制单元指令采集获得桥梁检测传感器组（11）的数据，将数据融合进GPS授时单元（1）的时间标示码后，再经现场无线数据传输单元（5）传输至远端服务处理器（12）；

所述的远端服务处理器（12）包括远端无线数据传输单元和数据处理分析单元，远端无线数据传输单元接收到现场无线数据传输单元（5）发射的数据后，由数据处理分析单元进行分析处理和甄别，将超出触发阈值的结果发送给客户端（13），同时将控制指令经现场无线数据传输单元（5）发送至现场主控器（7）的中央控制单元，用于控制抓拍像机（6）工作以及桥梁检测传感器组（11）中的一组或多组传感器按照各自的工作频率采集桥梁信号。

2.根据权利要求1所述的桥梁状态参数实时监测及报警***，其特征在于，所述的抓拍像机（6）的工作流程为：在数据处理分析单元对结构检测传感器单元（4）的传感器数据进行处理过程中，当传感器数据发生的突变幅度超出预先设定的阈值时，判断为桥梁产生了动态变形，远端服务处理器（12）一方面给客户端（13）发送报警指令，另一方面对现场主控器（7）的中央控制单元发送指令，驱动抓拍像机（6）工作，对桥梁的整体图像进行记录；另外，动态变形的发生时间依靠结构检测传感器单元（4）的传感器数据来判断；当结构检测传感器单元（4）的传感器数据发生的突变幅度未超出预先设定的阈值时，也即参数趋于正常时，则抓拍像机（6）停止图像抓拍。

3.根据权利要求1或2所述的桥梁状态参数实时监测及报警***，其特征在于，当远端服务处理器（12）的数据处理分析单元分析到桥梁检测传感器组（11）的任意一个传感器数据超出阈值时，远端服务处理器（12）一方面给客户端（13）发送报警指令，另一方面对现场主控器（7）的中央控制单元发送指令，驱动结构检测传感器单元（4）加快信号采集的频率。

4.根据权利要求3所述的桥梁状态参数实时监测及报警***，其特征在于，所述的同步触发控制单元按照GPS授时单元（1）提供的时基信号，以及按设定的频率，同步触发数据采集单元对桥梁检测传感器组（11）的传感器数据进行采集。

5.根据权利要求1或2或4所述的桥梁状态参数实时监测及报警***，其特征在于，所述的数据处理分析单元用于对传感器数据进行分析、处理，以及抓拍像机（6）触发阈值判断，并按照GPS授时单元（1）提供的时基信号，对传感器数据和抓拍像机（6）的图像数据进行处理，并对处理后的数据加上时间标示码。

6.根据权利要求5所述的桥梁状态参数实时监测及报警***，其特征在于，所述的时间标记码作为传感器数据的帧头，由6个字节组成。

7.根据权利要求1或2或6所述的桥梁状态参数实时监测及报警***，其特征在于，所述环境检测传感器单元（2）包括温度传感器、风速传感器、雨量传感器中的一种或几种组合；流量检测传感器单元（3）包括地感传感器、红外传感器、称重传感器中的一种或几种组合；结构检测传感器单元（4）包括位移传感器、应变传感器、振动传感器中的一种或几种组合。

8.根据权利要求7所述的桥梁状态参数实时监测及报警***，其特征在于，所述位移传感器采用布置在桥梁上的远程位移传感器，应变传感器采用光纤光栅应变传感器，振动传感器采用电磁原理的传感器。

9.根据权利要求1或2或6或8所述的桥梁状态参数实时监测及报警***，其特征在于，所述的抓拍像机（6）为CCD传感器或CMOS传感器；所述的客户端（13）为电脑或用于数据接收的移动智能终端。

10.根据权利要求9所述的桥梁状态参数实时监测及报警***，其特征在于，所述的远端无线数据传输单元和现场无线数据传输单元均为GPRS无线传输***或3G无线传输***或4G无线传输***或RF无线传输***。