CN110455207A - 桥梁梁板铰缝状态在线识别装置及其使用方法 - Google Patents

桥梁梁板铰缝状态在线识别装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于计量相隔的物体或孔的间距或间隙领域，具体为一种桥梁梁板铰缝状态在线识别装置及其使用方法。一种桥梁梁板铰缝状态在线识别装置，包括靶标(3)和摄像头(4)，其特征是：还包括无线传输模块(5)、电源模块(6)、客户端平台(7)和云数据端(8)，靶标(3)固定在梁板(1)的中心处，摄像头(4)固定在桥墩(2)上；无线传输模块(5)的无线信号发射端和客户端平台(7)都通过无线信号连接云数据端(8)。一种桥梁梁板铰缝状态在线识别装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：①安装；②记录；③推送。本发明成本低，识别效率高，标记简单，实时性高。

Description

桥梁梁板铰缝状态在线识别装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及用于计量相隔的物体或孔的间距或间隙领域，具体为一种桥梁梁板铰缝状态在线识别装置及其使用方法。
背景技术
预应力桥梁梁板拼装施工是目前桥梁施工的主流方法，为了增加桥梁的一体性，相邻的梁板之间需要通过钢结构铰接。随着时间的推移，铰接处会发生开裂现象，威胁到桥梁的安全性。因此，必须对铰缝实施监测。目前，对铰缝的监测多采用对桥梁实施定期检测的方法，通过全站仪等测量仪器测量每块梁板的静态挠度，从而判断每块梁板两边的状态。这种方法操作复杂，且无法实现在线实时监测。此外还可以采用在桥梁中部的下方搭建支撑架的方法，在支撑架上安装位移计，通过测量垮中动挠度的方法监测铰缝。这种方法安装成本高，且受环境限制，如梁板位于水域上，就无法搭建支撑架。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种成本低、识别效率高、标记简单、实时性高的监测设备，本发明公开了一种桥梁梁板铰缝状态在线识别装置及其使用方法。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种桥梁梁板铰缝状态在线识别装置，包括靶标和摄像头，其特征是：还包括无线传输模块、电源模块、客户端平台和云数据端，
靶标带有照明灯，靶标固定在梁板的中心处，摄像头内置计算模块，摄像头通过支架固定在桥墩上，摄像头正对靶标，并使靶标位于摄像头取景范围的中心处，且当梁板达到位移最大时靶标仍处于摄像头的取景范围内；
摄像头的计算模块通过信号线连接无线传输模块的信号输入端，电源模块的电源输出端通过导线分别连接摄像头和无线传输模块，无线传输模块的无线信号发射端和客户端平台都通过无线信号连接云数据端；
摄像头的计算模块内置嵌入式软件，摄像头的嵌入式软件内存储有特征值差异的阈值δ，δ可通过远程数据管理平台对摄像头的嵌入式软件实施δ的设置从而存储在摄像头的计算模块内。
所述的桥梁梁板铰缝状态在线识别装置，其特征是：无线传输模块的无线信号选用wifi、3G、4G或5G信号，电源模块选用太阳能电池，客户端平台选用微机、平板电脑或智能手机。
所述的桥梁梁板铰缝状态在线识别装置，其特征是：靶标和摄像头的数量相等且不少于三个，每个摄像头分别正对一个靶标。
所述的桥梁梁板铰缝状态在线识别装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
① 安装：在梁板的两端分别架设在桥墩上后，将带有照明灯的靶标固定在梁板的中心处，将内置计算模块的摄像头通过支架固定在桥墩上，摄像头正对靶标，并使靶标位于摄像头取景范围的中心处，且当梁板达到位移最大时靶标仍处于摄像头的取景范围内；
摄像头的计算模块通过信号线连接无线传输模块的信号输入端，电源模块的电源输出端通过导线分别连接摄像头和无线传输模块，无线传输模块的无线信号发射端和客户端平台都通过无线信号连接云数据端；
摄像头的计算模块内置梁板的位移阈值SMax；
② 记录：每个摄像头始终记录最近T时段内在t时刻所对应的靶标由于梁板振动而产生的位移S(t)，若在一个T时段内存在S(t)>SMax的情况，则所有的摄像头都将本次T时段所记录的位移数据即S(t)作为报警数据包通过无线传输模块传输至云数据端，其中t∈[0,T]；
③ 推送：云数据端收到报警数据包后，通过FFT频域分析，计算各个梁板的S(t)的基频，并绘制出梁板的基频分布图，再根据基频分布图以及波形特征（如位移最大值等）判断梁板间的铰缝状态，若最大位移或最大基频计算值超过特征值差异的阈值δ（阈值通常以百分比的形式表示），则向客户端平台推送报警信号。
所述的桥梁梁板铰缝状态在线识别装置的使用方法，其特征是：步骤③时，按如下所述依次判断：
① 摄像头按照一定的频率（如20hz）对靶标的位移实施采样，记Si(n)为第i个靶标当前的位移采样值序列，n表示第n个采样；
② 判断是否Si(n)>S0，如是则继续第③步，如否则回到第①步；
③ 保存位移采样值序列待分析，={Si(n--1), Si(n-),……,Si(n+)}，其中k为待分析的位移采样值序列的个数（如k=100）；
④ 对每个进行FFT分析获得基频fi，对每个进行时域分析获得最大位移Max()；
⑤ 判断是否×100%>δ，或×100%>δ，其中δ为特征值差异的阈值，取20%～30%，如是则继续第⑥步，如否则回到第①步；
⑥ 判断第i-1个靶标和第i个靶标所对应的梁板(1)之间存在裂缝。
本发明通过物联网和机器视觉技术，不仅解决了实时性问题，而且可以测得梁板的动态挠度和频率特性，有效识别铰缝开裂的情况。
本发明具有如下有益效果：
1. 高有效性：本发明基于位移阈值的动态记录和基频组分布算法，有效识别梁板铰缝状；
2. 低成本：本发明采用嵌入式***和CMOS摄像头芯片是自动实时解算，保持低成本特性；
3. 标记简单：本发明采用简单的图像靶标和LED照明，实现全天候监测；
4. 高时效性：本发明通过后台大数据物联网平台，支持对梁板的铰缝状态实施在线分析和报警。
附图说明
图1是本发明的安装示意图；
图2是本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种桥梁梁板铰缝状态在线识别装置，包括靶标3、摄像头4、无线传输模块5、电源模块6、客户端平台7和云数据端8，
梁板1的两端分别架设在桥墩2上；
靶标3带有照明灯，靶标3固定在梁板1的中心处，摄像头4内置计算模块，摄像头4通过支架固定在桥墩2上，摄像头4正对靶标3，并使靶标3位于摄像头4取景范围的中心处，且当梁板1达到位移最大时靶标3仍处于摄像头4的取景范围内；
摄像头4的计算模块通过信号线连接无线传输模块5的信号输入端，电源模块6的电源输出端通过导线分别连接摄像头4和无线传输模块5，无线传输模块5的无线信号发射端和客户端平台7都通过无线信号连接云数据端8；
摄像头4的计算模块内置嵌入式软件，摄像头4的嵌入式软件内存储有特征值差异的阈值δ，δ可通过远程数据管理平台对摄像头4的嵌入式软件实施δ的设置从而存储在摄像头4的计算模块内。
本实施例中：无线传输模块5的无线信号选用wifi、3G、4G或5G信号，电源模块6选用太阳能电池，客户端平台7选用微机、平板电脑或智能手机。
本实施例中：靶标3和摄像头4的数量相等且不少于三个，每个摄像头4分别正对一个靶标3。
本实施例使用时：按如下步骤依次实施：
① 安装：在梁板1的两端分别架设在桥墩2上后，将带有照明灯的靶标3固定在梁板1的中心处，将内置计算模块的摄像头4通过支架固定在桥墩2上，摄像头4正对靶标3，并使靶标3位于摄像头4取景范围的中心处，且当梁板1达到位移最大时靶标3仍处于摄像头4的取景范围内；
摄像头4的计算模块通过信号线连接无线传输模块5的信号输入端，电源模块6的电源输出端通过导线分别连接摄像头4和无线传输模块5，无线传输模块5的无线信号发射端和客户端平台7都通过无线信号连接云数据端8；
摄像头4的计算模块内置梁板1的位移阈值SMax；
② 记录：每个摄像头4始终记录最近T时段内在t时刻所正对的靶标3由于梁板1振动而产生的位移S(t)，若在一个T时段内存在S(t)>SMax的情况，则所有的摄像头4都将本次T时段所记录的位移数据即S(t)作为报警数据包通过无线传输模块5传输至云数据端8，其中t∈[0,T]；
③ 推送：云数据端8收到报警数据包后，通过FFT频域分析，计算各个S(t)的基频，并绘制出梁板1的基频分布图，再根据基频分布图以及波形特征（如位移最大值等）判断梁板1间的铰缝状态，若最大位移或最大基频计算值超过特征值差异的阈值δ（阈值通常以百分比的形式表示），则向客户端平台7推送报警信号。
本实施例中：步骤③时，按如下所述依次判断：
① 摄像头4按照一定的频率对靶标3的位移实施采样，本实施例采样频率取20hz，记Si(n)为第i个靶标3当前的位移采样值序列，n表示第n个采样；
② 判断是否Si(n)>S0，如是则继续第③步，如否则回到第①步；
③ 保存位移采样值序列待分析，={Si(n--1), Si(n-),……,Si(n+)}，其中k为待分析的位移采样值序列的个数，本实施例k取100；
④ 对每个进行FFT分析获得基频fi，对每个进行时域分析获得最大位移Max()；
⑤ 判断是否×100%>δ，或×100%>δ，其中δ为特征值差异的阈值，一般取20%～30%，本实施例取30%，如是则继续第⑥步，如否则回到第①步；
⑥ 判断第i-1个靶标3和第i个靶标3所对应的梁板1之间存在裂缝。

Claims (5)

1.一种桥梁梁板铰缝状态在线识别装置，包括靶标(3)和摄像头(4)，其特征是：还包括无线传输模块(5)、电源模块(6)、客户端平台(7)和云数据端(8)，
靶标(3)带有照明灯，靶标(3)固定在梁板(1)的中心处，摄像头(4)内置计算模块，摄像头(4)固定在桥墩(2)上，摄像头(4)正对靶标(3)，并使靶标(3)位于摄像头(4)取景范围的中心处，且当梁板(1)达到位移最大时靶标(3)仍处于摄像头(4)的取景范围内；
摄像头(4)的计算模块通过信号线连接无线传输模块(5)的信号输入端，电源模块(6)的电源输出端通过导线分别连接摄像头(4)和无线传输模块(5)，无线传输模块(5)的无线信号发射端和客户端平台(7)都通过无线信号连接云数据端(8)；
摄像头(4)的计算模块内置嵌入式软件，摄像头(4)的嵌入式软件内存储有特征值差异的阈值δ。
2.如权利要求1所述的桥梁梁板铰缝状态在线识别装置，其特征是：无线传输模块(5)的无线信号选用wifi、3G、4G或5G信号，电源模块(6)选用太阳能电池，客户端平台(7)选用微机、平板电脑或智能手机。
3.如权利要求2所述的桥梁梁板铰缝状态在线识别装置，其特征是：靶标(3)和摄像头(4)的数量相等且不少于三个，每个摄像头(4)分别正对一个靶标(3)。
4.如权利要求1至3中任意一项所述的桥梁梁板铰缝状态在线识别装置的使用方法，其特征是：按如下步骤依次实施：
① 安装：在梁板(1)的两端分别架设在桥墩(2)上后，将带有照明灯的靶标(3)固定在梁板(1)的中心处，将内置计算模块的摄像头(4)固定在桥墩(2)上，摄像头(4)正对靶标(3)，并使靶标(3)位于摄像头(4)取景范围的中心处，且当梁板(1)达到位移最大时靶标(3)仍处于摄像头(4)的取景范围内；
摄像头(4)的计算模块通过信号线连接无线传输模块(5)的信号输入端，电源模块(6)的电源输出端通过导线分别连接摄像头(4)和无线传输模块(5)，无线传输模块(5)的无线信号发射端和客户端平台(7)都通过无线信号连接云数据端(8)；
摄像头(4)的计算模块内置梁板(1)的位移阈值SMax；
② 记录：每个摄像头(4)始终记录最近T时段内在t时刻所正对的靶标(3)由于梁板(1)振动而产生的位移S(t)，若在一个T时段内存在S(t)>SMax的情况，则所有的摄像头(4)都将本次T时段所记录的位移数据即S(t)作为报警数据包通过无线传输模块(5)传输至云数据端(8)，其中t∈[0,T]；
③ 推送：云数据端(8)收到报警数据包后，通过FFT频域分析，计算各个S(t)的基频，并绘制出梁板(1)的基频分布图，再根据基频分布图以及波形特征判断梁板(1)间的铰缝状态，若最大位移或最大基频计算值超过特征值差异的阈值δ，则向客户端平台(7)推送报警信号。
5.如权利要求4所述的桥梁梁板铰缝状态在线识别装置的使用方法，其特征是：步骤③时，按如下所述依次判断：
① 摄像头(4)按照一定的频率对靶标(3)的位移实施采样，记Si(n)为第i个靶标当前的位移采样值序列，n表示第n个采样；
② 判断是否Si(n)>S0，如是则继续第③步，如否则回到第①步；
③ 保存位移采样值序列待分析，={Si(n--1), Si(n-),……,Si(n+)}，其中k为待分析的位移采样值序列的个数；
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