CN106664775A - 监测柱的结构牢靠性状况 - Google Patents

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Abstract

一种用于监测一组柱和/或该组中的柱的结构牢靠性状况的方法和装置，所述柱例如是灯柱，每个柱被连接，以从外部源或者以其他方式接收电力。所述方法包括在待监测的组内的每个柱或多个柱的上表面上放置微控制器的步骤，所述微控制器被连接，以从相应柱的电源接收功率。所述微控制器包括电子芯片或电子板，所述电子芯片或电子板在电路中包括加速计，Wi‑Fi/RF或3G/4G部件或类似物和全球定位***(GPS)部件或类似物。所述微控制器可操作，以检测和监测加于各自柱上的力的大小和方向以及这样的力所来自的方向，并将所接收的数据传输到远程服务器用于分析。

Description

监测柱的结构牢靠性状况
技术领域
本发明涉及监测一组柱(a stock of columns)和/或该组中的柱的结构牢靠性状况(health)的方法，所述柱例如是灯柱。本发明还涉及用于监测一组柱和/或该组中的柱的结构牢靠性状况的装置，所述柱例如是灯柱。术语“灯柱”包括“灯杆”和其他相似结构。
成“组”(by stock)的意思是多个灯柱或类似物，所述灯柱或类似物一起位于特定的地理位置或地区，并处于相同或相似的气候条件下。这个定义包括在一个行政区域内的多个灯柱或类似物。
发明背景
当地政府或高速路机构常规地测试他们的灯柱组来检查该组的承受风载荷的能力和/或由于例如腐蚀所导致的壁部(wall section)的损失。
这样的测试目前使用几种方法进行。这些方法包括在柱上施加人工载荷并且测量偏差，对柱的壁部进行超声波测量，和使用涡电流来确定腐蚀等级和产生的壁部损失的***。
这些方法的例子在文献WO2011/142516A,US2014/0211487A,WO2014/078907A,WO2015/022213A,WO2013/007382A和JP2004125776A中被公开。
虽然这些方法和其他目前可用方法或许能够提供精确数据和预测的使用寿命，然而，这些方法和其他已知方法存在几个主要的缺点。
一个这样的缺点是，在所有对申请人已知的存在的***中，需要对组中待测试的柱的数量和以什么频率进行测试做出决定。不可避免地，被配置来使用这样的***的测试程序无法考虑局部的风载荷或地面条件。
虽然柱制造商被要求提供二十五年的最低设计寿命，由于柱设计的原因和/或由于局部条件具有超出预期的破坏性，许多情况下柱的使用寿命远少于此。
也可以是这种情况：柱的实际安装年龄没有被记载，这意味着它有可能超过了其预计设计寿命。
由于多年对基础设施的资金不足，时常发现成组的灯柱包括为数不少的(significant numbers of)灯柱超过了它们的设计寿命、并因此其需要被测试来保证它们在公共领域内的结构安全性。不幸的是，有许多严重故障的情况，一些情况导致了受伤甚至死亡。
已知的测试方法的另一个缺点是这些方法通常要求操作者视察该设施并验证柱的结构牢靠性状况。在测试管理和道路交通管理方面，这可以是昂贵的活动。在执行测试时，对操作者的风险也有增加。特别是在测试场地处于危险场所的情况下，例如，在高速公路的中央分道区。
本发明设法提供尤其是(inter alia)用于监测一组灯柱或类似柱的结构牢靠性状况的改进的方法和装置，本发明通过提供用于放置在这样的一组柱中的一个或多个柱的电源上并用于连接到电源的监测设备,克服或至少减轻与已知方法和装置相关的问题，所述监测设备可以操作，以获取与正被监测的柱的结构牢靠性状况相关的数据，并将所述数据实时传输到远程服务器，用于由定制的软件进行分析。
发明内容
一方面本发明提供了一种监测一组柱和/或该组中的柱的结构牢靠性状况的方法，所述柱例如是灯柱，其中所述柱的每个都被连接以从外部源或其他方式接收电力，所述方法包括在待监测的组内的每个柱或多个柱的上表面上放置微控制器的步骤，所述微控制器被连接以从源获取电力，所述微控制器包括电子芯片或电子板，所述电子芯片或电子板在电路中包括加速计，无线发射器部件，全球定位部件和/或实时时钟部件，所述微控制器可操作，以检测和监测加于相应柱上的力的大小和方向以及这样的力所来自的方向，并将所接收的数据传输到远程服务器用于分析。
所述无线发射器优选为WI-FI/RF发射器或3G/4G部件。
所述全球定位部件优选为GPS部件。
所述微控制器还可以包括陀螺仪部件。
所述微控制器在电路中还可以包括电涌保护器。
风速计可以位于所述组内的每个柱或多个柱的上表面上，每个这样的风速计通过微控制器被连接，以实现风速和风向的测量，测量结果被传输到远程服务器。
另一方面，本发明提供了一种监测一组柱和/或该组中的柱的结构牢靠性状况的装置，所述柱例如是灯柱，所述装置包括微控制器，所述微控制器用于放置在待监测的组内的多个柱的每个柱的上表面上，并且可连接到电源，所述微控制器包括电子芯片或电子板，所述电子芯片或电子板在电路中包括加速计，无线发射器和全球定位部件和/或实时时钟部件，所述微控制器被编程以检测和监测数据，所述数据记录了被加于其上安装所述微控制器的柱上的力的大小和方向和效果，以将所接收的数据传输到远程服务器用于分析。
所述微控制器在电路中还可以包括陀螺仪部件和/或电涌保护器。
风速计可以位于所述组内的一个柱或多个柱中的每个柱的上表面上，所述风速计或每个这样的风速计通过微控制器被连接，以实现风速和风向的测量，测量结果被另外传输到所述远程服务器。
优选实施例的详细描述
根据本发明的一个优选实施例，监测装置包括微控制器，该微控制器被放置于其结构牢靠性状况将被监测的每个灯柱的上表面上。
每个微控制器由它所位于其上的灯柱的电源供电，并包括电子芯片或电子板，所述电子芯片或电子板在电路中包括加速计，无线发射器例如Wi-Fi/RF部件和/或3G/4G部件，全球定位传感器(GPS)部件和/或实时时钟部件，陀螺仪部件和电涌保护器。
所述监测装置还包括安装在该组的一个或多个柱上的风速计阵列，以测量风速和风向。该风速计阵列也由它们所位于其上的灯柱的电源供电。
所述加速计被使用来检测和监测尤其是在例如大风期间所加于柱上的振动力的大小和方向，以及由通过这样的力施加的动态载荷所导致的柱运动。
所述陀螺仪部件被使用来检测相应柱的上部远离其法线垂直位置的移动或偏移以及这些移动的方向。因此，所述陀螺仪部件将提供所检查的柱的在X，Y和Z方向上以度数表示的移动或偏移的角速率。通过这个数据，在X，Y和Z方向上的加速度能够被计算。
所述WI-FI/RF部件被提供用于将由监测***或中心(hub)所接收的数据传输到远程服务器用于分析，并且加速计部件提供对被加于柱上的力所来自的方向的测量。
从所述监测设备所获取的数据由该柱组的WI-FI/RF部件发送到中央数据中心。被收集的数据随后被传输到远程服务器，用于使用定制的软件进行分析。这样，例如灯柱的一组柱的结构牢靠性状况能够被连续地或周期性地评估，并且如果从收集到的数据中发现该柱组中的一个或多个柱需要被修理或替换，则能够采取补救措施。
在此优选布置中，风速计被固定到所选柱的合适位置上，这些风速计一起提供了围绕该柱组的基本上360度方向的范围。
风速计可以被设置在待监测的一个柱组的每个柱上，或可以，可替代地，基于在每个地理位置上大体相似的风速和风向、以及来自单个结构的测量可以被用来应用到一组柱上，风速计可以位于该组内的单个柱或所选的几个柱上。
这个风数据随后由中央监测***或中心获取，并由WI-FI/RF部件传输给远程服务器。
应当理解所述电子芯片或电子板可以使用几个不同的产品平台制造。因此，电子板可以被附接到照明CMS(中央管理***)模块或可以被形成为附接到所述灯柱的灯(lamp)或灯笼(lantern)的电子板上的单独模块(separate module)。
在这两种情况中，平台都被构建成安装在所述柱的灯或灯笼内部或与所述柱的灯或灯笼紧密相邻，并使用灯或灯笼电源。
其它部件选项包括被安装在灯或灯笼的上表面上的单独模块，也使用灯或灯笼电源，或包括被安装在所述结构的上表面上的单独模块。
WI-FI/RF部件优选可操作，以将实时数据发送到远程服务器。WI-FI/RF部件的可替代物是3G/4G部件。
由远程服务器收集的数据将包括，例如，数据获取的日期和时间，收集的数据所源自的柱和/或柱组的地理位置，从其中收集数据的灯柱组的海平面标高，与单独柱(individual column)的标识相关的数据，以及在所测量的风荷载下所测量的柱组的加速度的速度和方向。
在所描述的布置中，所有被获取的数据被发送到远程服务器并保留在远程服务器中，在此，相关数据或提取的数据能够被授权的人员通过定制软件浏览。
在已知风荷载期间的被监测的柱的结构偏移通过由加速计所获取的数据计算。因此，所接收的加速度数据可以被集成(be integrated)两次，以提供在X和Y轴的偏移测量。然后，可以针对每种类型的柱的特定结构计算结果，对偏移进行分析。
可以提供警报功能，以指示一个组中的一个或多个柱处于不安全状态。该功能可以是预测性的，以指示一个组内的一个或多个柱在预测的时间周期内可能变得不安全。
在全球工业中，通过使用风荷载代码和地图来评估结构能力是标准做法。然后，这些结构计算结果由与风速直接相关的偏移量决定。可以使用这些实时数据来验证该结构是耐用的并且甚至来预测其他失效模式例如疲劳寿命。
定制软件被设计，以便在任何时间点都能够查询柱的结构完整性，而且以由授权的人员确定的频率来常规性地(routinely)获取数据。某些结构参数将会被包括，以便如果结构偏移到正常操作范围之外，授权的人员能够收到警报。
可以利用这种方法来指示如果，例如，柱涉及道路交通意外或遭受严重的结构损坏。还提供有附加的安全效益，因为相关授权机构能够通过由监测装置所传输的警报，对道路上的可能障碍物快速响应，这与等待接收来自过路人的报告的情况是相反的。
软件也可以链接到地方当局的资产登记，从而提供关于来自本发明的监测方法和装置的结构输出结果的历史数据。
应当理解，前文仅为根据本发明的用于监测柱和柱组的结构牢靠性状况的方法和装置的示例性说明，并且在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围下，能够容易地做出修改。因此，虽然本发明使用具体的参考来描述灯柱和这样的柱组，本发明与其他种类的柱和柱组具有同等相关性，包括电信桅杆、铁路信号、配电桅杆、架线塔和类似物。

Claims (12)

1.一种监测一组柱和/或所述组中的柱的结构牢靠性状况的方法，所述柱例如是灯柱，所述组内的每个柱都被连接，以从外部源或以其他方式获取电力，所述方法包括在待监测的所述组内的每个柱或多个柱的上表面上放置微控制器的步骤，所述微控制器被连接，以从相应柱的外部源或以其他方式获取电力，所述微控制器包括电子芯片或电子板，所述电子芯片或电子板在电路中包括加速计，无线发射器和全球定位部件和/或实时时钟部件，所述微控制器可操作，以检测和监测加于所述相应柱上的力的大小和方向以及这样的力所来自的方向，并将所接收的数据传输到远程服务器用于分析。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述无线发射器是WI-FI/RF或3G/4G部件。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中所述全球定位部件是GPS部件。
4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述微控制器还包括陀螺仪部件。
5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述微控制器在电路中还包括电涌保护器。
6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中风速计位于在所述组内的每个柱或多个柱的上表面上，每个这样的风速计通过微控制器被连接，以实现风速和风向的测量，测量结果被传输至远程服务器。
7.一种监测一组柱和/或所述组中的柱的结构牢靠性状况的装置，所述柱例如是灯柱，其中每个所述灯柱都被连接以接收电力，所述装置包括微控制器，所述微控制器用于放置在待监测的所述组内的每个柱或多个柱的上表面上，并且可连接到这些柱的电源，所述微控制器包括电子芯片或电子板，所述电子芯片或电子板在电路中包括加速计，无线发射器和全球定位部件，所述微控制器被编程以检测和监测数据，所述数据记录了被加于其上安装所述微控制器的所述柱上的力的大小和方向以及效果，并将所接收的数据传输到远程服务器用于分析。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述无线发射器是WI-FI/RF或3G/4G发射器。
9.如权利要求7或8所述的装置，其中所述全球定位部件是GPS部件。
10.如权利要求7至9中任一项所述的装置，其中所述微控制器还包括陀螺仪部件。
11.如权利要求7至10中任一项所述的装置，其中所述微控制器在电路中还包括电涌保护器。
12.如权利要求7至11中任一项所述的装置，其中所述风速计位于所述组内的每个柱或多个柱的上表面上，每个这样的所述风速计通过所述微控制器被连接，以实现风速和风向的测量，测量结果被传输到所述远程服务器。
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