CN112815824A - 基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置 - Google Patents

基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及安全监测的技术领域，公开了基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，包括后台控制中心、北斗监测器、北斗基站、以及桥面应变片，后台控制中心建立有桥梁的可视化的三维模型；桥面应变片包括中部段以及端部段，中部段上贴附有弹性层；北斗监测器的外周环绕有转动环，转动环上连接有太阳能板；桥面应变片通过无线网络与后台控制中心通讯，并将应变数据嵌入在三维模型中显示；北斗监测器将采集的桥面体的空间移动数据通过北斗基站及北斗卫星实时传输至后台控制中心，后台控制中心将空间移动数据嵌入三维模型中显示；为桥梁实现高精度的三维安全监测，实现预警以及应急指挥的效果。

Description

基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置
技术领域
本发明专利涉及安全监控的技术领域，具体而言，涉及基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置。
背景技术
桥梁指的是为道路跨越天然或人工障碍物而修建的建筑物，它架设在江河湖海上，使车辆行人等能顺利通行。桥梁一般由上部结构、下部结构和附属构造物组成，上部结构主要指桥跨结构和支座***；下部结构包括桥台、桥墩和基础；附属构造物则指桥头搭板、锥形护坡、护岸、导流工程等。桥梁按照结构体系划分，有梁式桥、拱桥、刚架桥、悬索承重（悬索桥、斜拉桥）四种基本体系。
目前，常见的桥梁一般包括桥面体以及多个桥墩，多个桥墩间隔布置，桥面体布置在相邻的两个桥墩之间，且在桥墩的顶部设置有支座，桥面体的端部抵接在支座上，这样，多个胶墩配合多个桥面体形成桥梁的主体结构。
现有技术中，对于公路的安全监测，均通过摄像头进行监测，这样，不仅存在监测不准确的缺陷，且难以实现预警的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，旨在解决现有技术中，桥梁安全监测难以实现预警的问题。
本发明是这样实现的，基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，包括后台控制中心、设置在桥面体上且监测桥面体的空间移动数据的北斗监测器、北斗基站、以及设置在桥面体底部且呈条片状的桥面应变片，所述后台控制中心建立有桥梁的可视化的三维模型，所述北斗监测器通过北斗基站与北斗卫星通讯；
所述桥面应变片沿着所述桥面体的长度方向延伸布置；所述桥面应变片包括中部段以及形成在中部段两端的端部段，所述中部段与端部段之间呈上下错位弯折布置；所述中部段上贴附有弹性层，所述弹性层贴附在桥面体底部的中部，所述端部段贴附在桥面体底部的两侧；
所述北斗监测器的外周环绕有转动环，所述转动环由电机驱动相对于北斗监测器转动，所述转动环上连接有朝下倾斜布置的太阳能板，所述太阳能板的上设有感光传感器；
所述桥面应变片通过无线网络与后台控制中心通讯，并将应变数据嵌入在三维模型中显示；所述北斗监测器将采集的桥面体的空间移动数据通过北斗基站及北斗卫星实时传输至所述后台控制中心，所述后台控制中心将空间移动数据嵌入所述三维模型中显示。
进一步的，所述北斗监测器的底部设有固定在桥面体上的安装座，所述安装座中设有上端开口的安装槽，所述北斗监测器的下部嵌入固定在所述安装槽中，所述北斗监测器的底部与安装槽的底部之间具有安装间隔，所述安装间隔中填充有弹性安装块。
进一步的，所述安装座包括固定在桥面体上的环座以及座体，所述环座围合形成有内环空间，所述座***于所述内环空间中，所述座体的外周与环座的内侧壁之间具有间隔；所述环座的内侧壁设有多个倾斜条，多个所述倾斜条沿着所述环座的内侧壁的周向间隔布置，所述倾斜条的外端朝向内环空间中部倾斜延伸，且固定连接在座体的外周；所述安装槽设置在所述座体中。
进一步的，相邻的所述桥面体的端部形成有桥面间隔，所述桥面间隔中设有位移传感器，所述位移传感器包括中间筒，所述中间筒中设有贯通孔，所述贯通孔贯通中间筒的两个端部；所述贯通孔的两端分别插设有沿贯通孔轴向移动的移位轴，所述移位轴的内端置于贯通孔内，所述移位轴的外端延伸至贯通孔外；所述贯通孔内设有应变弹性体，所述应变弹性体处于预压缩状态，所述移位轴的内端抵接在应变弹性体的端部，所述移位轴的外端抵接着桥面体的端部。
进一步的，所述应变弹性体包括中间段以及形成在中间段两侧且自由伸缩变形的侧边段，所述应变弹性体的中间段与贯通孔的内侧壁固定布置，所述移位轴的内端抵接在侧边段的端部。
进一步的，所述移位轴的外端设有固定座，所述固定座上设有多个调节螺杆，多个所述调节螺杆环绕固定座的中心位置间隔环绕布置；所述桥面体的端部设有固定孔，所述调节螺杆嵌入在所述固定孔中。
进一步的，所述贯通孔具有形成在应变弹性体外周的应变容纳段，沿着所述贯通孔的端部至中部的延伸方向，所述应变容纳段的直径逐渐增大。
进一步的，所述应变容纳段具有朝向贯通孔中部的内端以及朝向贯通孔端部的外端，所述应变容纳段的内端与应变弹性体的外周之间具有间隙，所述应变容纳段的外端抵接在应变弹性体的外周。
进一步的，所述中间筒的底部连接有上下升降且置于桥墩上的升降座，所述升降座的顶部设有夹持槽，所述夹持槽夹持着所述中间筒的中部。
进一步的，所述基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置包括设置在桥墩上的桥墩应变片，所述桥墩应变片沿着桥墩的轴向延伸布置；所述桥墩应变片的端部朝外延伸有多个端部应变条，所述端部应变条环绕所述桥墩应变片的端部间隔布置。
与现有技术相比，本发明提供的基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，由于桥面体的两端分别支撑在桥墩上，当桥面体出现弯曲等现象时，其中部的弯曲变化最大，桥面应变片的中部段贴设有弹性层，再贴附在桥面体的中部，这样，当桥面体发生弯曲形变时，通过弹层层缓冲，桥面应变片的中部段以及端部段随之变形，监测桥面体的状态，通过北斗监测器监测桥面体的状态，通过嵌入在三维模型中显示，为桥梁实现高精度的三维安全监测，实现预警以及应急指挥的效果。可以直观的观测桥梁的状态变化，实现对桥梁的精准监测以及预警监测。
附图说明
图1是本发明提供的基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置的主视示意图；
图2是本发明提供的桥面应变片的侧视示意图；
图3是本发明提供的位移传感器的主视示意图；
图4是本发明提供的位移传感器的剖切示意图；
图5是本发明提供的安装座的主视示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
参照图1-5所示，为本发明提供的较佳实施例。
基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，包括后台控制中心、设置在桥面体101上且监测桥面体101的空间移动数据的北斗监测器、北斗基站以及设置在桥面体101底部且呈条片状的桥面应变片，桥面应变片沿着桥面体101的长度方向延伸布置；后台控制中心建立有公路的可视化的三维模型，根据实际桥梁大小比例以及位置等信息，通过三维立体建模，在后台控制中心中建立三维模型；北斗监测器通过北斗基站与北斗卫星通讯；
通过北斗卫星结合北斗监测器，可以达到厘米级别的空间位移监测，实现高精度监测。本实施例中，采用湖南联智科技股份有限公司的北斗监测器进行构建物的空间位移监测。
桥面应变片包括中部段201以及形成在中部段201两端的端部段202，中部段201与端部段202之间呈上下错位弯折布置；中部段201上贴附有弹性层203，弹性层203贴附在桥面体101底部的中部，端部段202贴附在桥面体101底部的两侧。
北斗监测器的外周环绕有转动环，转动环由电机驱动相对于北斗监测器转动，转动环上连接有朝下倾斜布置的太阳能板，太阳能板的上设有感光传感器。利用太阳能板收集太阳能为北斗监测器提供电能，并且，通过设置感光传感器，可以监测太阳光的朝向，通过电机驱动转动环的转动，进而使得太阳能板可以随时朝向太阳，保证足够的电能。
桥面应变片通过无线网络与后台控制中心通讯，并将应变数据嵌入在三维模型中显示；北斗监测器将采集的桥面体101的空间移动数据通过北斗基站及北斗卫星实时传输至所述后台控制中心，后台控制中心将空间移动数据嵌入所述三维模型中显示。
上述提供的基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，由于桥面体101的两端分别支撑在桥墩上，当桥面体101出现弯曲等现象时，其中部的弯曲变化最大，桥面应变片的中部段201贴设有弹性层203，再贴附在桥面体101的中部，这样，当桥面体101发生弯曲形变时，通过弹层层缓冲，桥面应变片的中部段201以及端部段202随之变形，监测桥面体101的状态，通过北斗监测器监测桥面体的状态，通过嵌入在三维模型中显示，为桥梁实现高精度的三维安全监测，实现预警以及应急指挥的效果。可以直观的观测桥梁的状态变化，实现对桥梁的精准监测以及预警监测。
当桥梁的桥面体101出现异常时，通过后台控制中心的三维模型，结合北斗监测器的监测数据，则可以迅速判断事故的准确位置，实现快速应急指挥的效果。
北斗监测器的底部设有固定在桥面体101上的安装座，安装座中设有上端开口的安装槽404，北斗监测器的下部嵌入固定在安装槽404中，北斗监测器的底部与安装槽404的底部之间具有安装间隔，安装间隔中填充有弹性安装块，弹性安装块处于预压缩状态。
这样，当桥面体101的正常震动时，带动安装座震动，从而北斗监测器也随之震动，通过弹性安装块缓冲北斗监测器的上下震动，起到保护北斗震动器的作用，其通过北斗监测器的上下震动，可以获取桥面体101的震动数据。
安装座包括固定在桥面体101上的环座400以及座体403，环座400围合形成有内环空间401，座体403位于内环空间401中，座体403的外周与环座400的内侧壁之间具有间隔；环座400的内侧壁设有多个倾斜条402，多个倾斜条402沿着环座400的内侧壁的周向间隔布置，倾斜条402的外端朝向内环空间401中部倾斜延伸，且固定连接在座体403的外周；安装槽404设置在座体403中。
这样，随着桥面体101的震动，由于环座400与桥面体101固定一起，随着桥面体101震动，且座体403与环座400之间通过倾斜的倾斜条402连接，这样，倾斜条402起到震动缓冲的作用，配合弹性安装块的弹性作用，安装座对北斗监测器进行二次缓冲作用，起到保护北斗监测器的作用，且更为准确的获取桥面体101的震动数据。
桥面体101的底部设有槽孔，端部段202的端部弯折，形成弯折段，弯折段置于槽孔中，贴附着槽孔的侧壁，弯折段连接有螺钉，螺钉将弯折段固定在槽孔的侧壁上。这样，通过端部段202的弯折段连接螺钉，将桥面应变片的端部固定在桥面体101上，当桥面体101发生弯曲形变时，避免桥面应变片错位移动或从桥面体101上脱离下来。
弹性层203处于预受压变形状态，这样，保证桥面应变片的中部段201始终贴附在桥面体101上，不会由于弯曲变形出现间隙等，与桥面体101形成一体。
相邻的桥面体101的端部形成有桥面间隔102，桥面间隔102中设有位移传感器，位移传感器包括中间筒302，中间筒302中设有贯通孔，贯通孔贯通中间筒302的两个端部；贯通孔的两端分别插设有沿贯通孔轴向移动的移位轴303，移位轴303的内端置于贯通孔内，移位轴303的外端延伸至贯通孔外；贯通孔内设有应变弹性体304，应变弹性体304处于预压缩状态，移位轴303的内端抵接在应变弹性体304的端部，移位轴303的外端抵接着桥面体101的端部。
当位移传感器置于桥面间隔102中后，移位轴303的外端抵接在桥面体101的端部上，当桥面体101由于弯曲或其他影响因素移动时，相邻的桥面体101之间的桥面间隔102发生变化，这样，移位轴303在应变弹性体304的作用下，则会相对于中间筒302移动，从而实现监测相邻桥面体101的桥面间隔102的变化。
应变弹性体304包括中间段以及形成在中间段两侧且自由伸缩变形的侧边段，应变弹性体304的中间段与贯通孔的内侧壁固定布置，移位轴303的内端抵接在侧边段的端部。将应变弹性体304的中间段固定布置，移位轴303在移动的过程中，由于应变弹性体304会收缩或伸长，在应变弹性体304收缩或伸长的过程中，应变弹性体304的中间段保持固定，从而便于判断移位轴303的移动距离，从而实现监测桥面体101的桥面间隔102的变化。
移位轴303的外端设有固定座，固定座上设有多个调节螺杆，多个调节螺杆环绕固定座的中心位置间隔环绕布置；桥面体101的端部设有固定孔，调节螺杆嵌入在固定孔中。
通过设置固定座，且通过固定座的多个调节螺栓，将移位轴303的外端与桥面体101的端部固定连接，由于桥面体101的端部存在凹凸不平情况，这样，通过调节多个调节螺栓与桥面体101的连接深度，则可以保证移位轴303的外端与桥面体101的端部呈平行连接，保证桥面体101间隔变化时，桥面体101施加给移位轴303轴向的拉力或压力。
贯通孔具有形成在应变弹性体304外周的应变容纳段，沿着贯通孔的端部至中部的延伸方向，应变容纳段的直径逐渐增大。当应变弹性体304被压缩时，应变弹性体304的外径增大，为了使得贯通孔可以足够容纳增大变形的应变弹性体304，不会对应变弹性体304的形变造成限制，设置直径逐渐增大的应变容纳段，当应变弹性体304被压缩形变时，可以容纳在应变容纳段中。
应变容纳段具有朝向贯通孔中部的内端以及朝向贯通孔端部的外端，应变容纳段的内端与应变弹性体304的外周之间具有间隙，应变容纳段的外端抵接在应变弹性体304的外周。这样，由于应变容纳段的外端与应变弹性体304的外周抵接，从而可以导向应变弹性体304的变形方向，应变容纳段则会缓存应变弹性体304的变形增量。
中间筒302的底部连接有上下升降且置于桥墩上的升降座301，升降座301的顶部设有夹持槽，夹持槽夹持着中间筒302的中部。中间筒302通过升降座301的夹持槽，被夹持固定在桥墩上，其通过升降调节，可以调节整个位移传感器的高度，从而保持位移传感器置于两个桥面体101的桥面间隔102之间。
基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置包括设置在桥墩上的桥墩应变片103，桥墩应变片103沿着桥墩的轴向延伸布置；桥墩应变片103的端部朝外延伸有多个端部应变条104，端部应变条104环绕桥墩应变片103的端部的外周间隔布置。
通过桥墩应变片103可以监测桥墩的形变以及应力变化，且通过在桥墩应变片103的端部的外周设置多个端部应变条104，端部应变条104朝外延伸布置，可以监测桥墩其他位置的应变，且端部应变条104相对于桥墩应变片103呈倾斜布置，这样，不仅可以监测桥墩的轴向应变，且可以监测桥墩的倾斜方向的应变。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替环和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，其特征在于，包括后台控制中心、设置在桥面体上且监测桥面体的空间移动数据的北斗监测器、北斗基站、以及设置在桥面体底部且呈条片状的桥面应变片，所述后台控制中心建立有桥梁的可视化的三维模型，所述北斗监测器通过北斗基站与北斗卫星通讯；
所述桥面应变片沿着所述桥面体的长度方向延伸布置；所述桥面应变片包括中部段以及形成在中部段两端的端部段，所述中部段与端部段之间呈上下错位弯折布置；所述中部段上贴附有弹性层，所述弹性层贴附在桥面体底部的中部，所述端部段贴附在桥面体底部的两侧；
所述北斗监测器的外周环绕有转动环，所述转动环由电机驱动相对于北斗监测器转动，所述转动环上连接有朝下倾斜布置的太阳能板，所述太阳能板的上设有感光传感器；
所述桥面应变片通过无线网络与后台控制中心通讯，并将应变数据嵌入在三维模型中显示；所述北斗监测器将采集的桥面体的空间移动数据通过北斗基站及北斗卫星实时传输至所述后台控制中心，所述后台控制中心将空间移动数据嵌入所述三维模型中显示。
2.如权利要求1所述的基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，其特征在于，所述北斗监测器的底部设有固定在桥面体上的安装座，所述安装座中设有上端开口的安装槽，所述北斗监测器的下部嵌入固定在所述安装槽中，所述北斗监测器的底部与安装槽的底部之间具有安装间隔，所述安装间隔中填充有弹性安装块。
3.如权利要求2所述的基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，其特征在于，所述安装座包括固定在桥面体上的环座以及座体，所述环座围合形成有内环空间，所述座***于所述内环空间中，所述座体的外周与环座的内侧壁之间具有间隔；所述环座的内侧壁设有多个倾斜条，多个所述倾斜条沿着所述环座的内侧壁的周向间隔布置，所述倾斜条的外端朝向内环空间中部倾斜延伸，且固定连接在座体的外周；所述安装槽设置在所述座体中。
4.如权利要求2或3所述的基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，其特征在于，相邻的所述桥面体的端部形成有桥面间隔，所述桥面间隔中设有位移传感器，所述位移传感器包括中间筒，所述中间筒中设有贯通孔，所述贯通孔贯通中间筒的两个端部；所述贯通孔的两端分别插设有沿贯通孔轴向移动的移位轴，所述移位轴的内端置于贯通孔内，所述移位轴的外端延伸至贯通孔外；所述贯通孔内设有应变弹性体，所述应变弹性体处于预压缩状态，所述移位轴的内端抵接在应变弹性体的端部，所述移位轴的外端抵接着桥面体的端部。
5.如权利要求4所述的基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，其特征在于，所述应变弹性体包括中间段以及形成在中间段两侧且自由伸缩变形的侧边段，所述应变弹性体的中间段与贯通孔的内侧壁固定布置，所述移位轴的内端抵接在侧边段的端部。
6.如权利要求5所述的基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，其特征在于，所述移位轴的外端设有固定座，所述固定座上设有多个调节螺杆，多个所述调节螺杆环绕固定座的中心位置间隔环绕布置；所述桥面体的端部设有固定孔，所述调节螺杆嵌入在所述固定孔中。
7.如权利要求4所述的基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，其特征在于，所述贯通孔具有形成在应变弹性体外周的应变容纳段，沿着所述贯通孔的端部至中部的延伸方向，所述应变容纳段的直径逐渐增大。
8.如权利要求7所述的基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，其特征在于，所述应变容纳段具有朝向贯通孔中部的内端以及朝向贯通孔端部的外端，所述应变容纳段的内端与应变弹性体的外周之间具有间隙，所述应变容纳段的外端抵接在应变弹性体的外周。
9.如权利要求2或3所述的基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，其特征在于，所述中间筒的底部连接有上下升降且置于桥墩上的升降座，所述升降座的顶部设有夹持槽，所述夹持槽夹持着所述中间筒的中部。
10.如权利要求2或3所述的基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置，其特征在于，所述基于北斗定位***的桥梁安全三维监测装置包括设置在桥墩上的桥墩应变片，所述桥墩应变片沿着桥墩的轴向延伸布置；所述桥墩应变片的端部朝外延伸有多个端部应变条，所述端部应变条环绕所述桥墩应变片的端部间隔布置。
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