CN114169039A - 一种基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警*** - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警***。该***包括：称重传感装置、车牌抓拍装置、车距抓拍装置、限行装置、桥梁内力分析服务器；通过称重传感装置采集车辆的车重相关信息，车牌抓拍装置拍摄车辆的抓拍图像获得车辆的车牌号；车距抓拍装置拍摄车距抓拍照片进行车距识别，获得各车道上的车辆之间的车距，桥梁内力分析服务器根据各车道上的车辆之间的车距、车辆的车重相关信息，对车距抓拍照片中车辆荷载引起的目标桥梁的控制截面内力进行分析，确定内力响应结果，根据内力响应结果与目标桥梁的承载能力确定目标桥梁上是否需要限行，并控制限行装置进行通行警示和栅栏关卡的收放。对桥梁风险性进行预判，提高了运行的安全性。
Description
技术领域
本申请涉及智能交通技术领域，特别是涉及一种基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警***。
背景技术
中国公路桥梁数量众多，至2020年末全国公路桥梁91.28万座，其中特大桥梁6444座、大桥119935座。在众多的桥梁中，人们对于大桥关注度较高，其安全性得到较多保障，而剩余的786421座中小桥(占公路桥梁总数的86.15％)的安全性鲜有关注，投入也较少，但是承受的车辆荷载并非少于大桥或特大桥，甚至超载现象更为频繁，因而其安全事故常有发生。
目前，对于桥梁的安全监测，主要是采用路面动态称重***，而路面动态称重***旨在对驶入关注路段的车辆的轴重进行监测，无法获得车队引起的桥梁内力响应，也无法判断车辆对桥梁的损伤程度是否在可接受范围内，使得桥梁运行的安全性低。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高桥梁运行的安全性的一种基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警***。
一种基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警***，所述***包括：称重传感装置、车牌抓拍装置、车距抓拍装置、限行装置、桥梁内力分析服务器；
所述称重传感装置用于在目标桥梁的重力感应区域采集车辆的车重相关信息，并将所述车辆的车重相关信息传输给所述桥梁内力分析服务器；
所述车牌抓拍装置用于在目标桥梁的车牌抓拍区域拍摄所述车辆的抓拍图像，根据所述车辆的抓拍图像进行分析，获得所述车辆的车牌号，并将所述车辆的车牌号传输给所述桥梁内力分析服务器，使所述桥梁内力分析服务器将所述车辆的车重相关信息与所述车牌号进行关联；
所述车距抓拍装置用于在出现车辆数大于数量阈值或车辆的车重大于重量阈值时，连续拍摄预设数量的车距抓拍照片，根据预设数量的所述车距抓拍照片对所述车距抓拍照片中车辆之间的车距进行识别，获得所述车距抓拍照片中各车道上的车辆之间的车距，并将各车道上的所述车辆之间的车距传输给所述桥梁内力分析服务器；
所述桥梁内力分析服务器用于根据各车道上的所述车辆之间的车距、所述车辆的车重相关信息，对所述车距抓拍照片中车辆荷载引起的目标桥梁的控制截面内力进行分析，确定内力响应结果，并根据内力响应结果与目标桥梁的承载能力进行比较分析，确定目标桥梁上是否需要限行，以及根据是否需要限行控制限行装置进行通行警示和栅栏关卡的收放；
所述限行装置根据接收到所述桥梁内力分析服务器发送的控制指令，进行通行警示和栅栏关卡的收放。
在其中一个实施例中，所述称重传感装置为压电式动态称重传感器，压电式动态称重传感器设置在地面公路上的每个车道上，设置位置为与目标桥梁的桥头间隔第一长度的位置，所述压电式动态称重传感器的设置处为重力感应区域，每个车道上的压电式动态称重传感器对应采集车辆经该车道向目标桥梁驶入时的车重相关信息，所述车重相关信息包括车辆的轴重、轴数、轴距、车重。
在其中一个实施例中，所述车牌抓拍装置包括：车牌抓拍摄像头和车牌抓拍识别模块；
所述车牌抓拍摄像头设置在地面公路的车道上方，设置位置为与目标桥梁的桥头间隔第二长度的位置，当车辆驶入所述车牌抓拍摄像头的拍摄区域时，拍摄所述车辆的抓拍图像，并传输给所述车牌抓拍识别模块；
所述车牌抓拍识别模块根据所述车辆的抓拍图像进行分析，获得所述车辆的车牌号，并将所述车辆的车牌号传输给所述服务器，使所述服务器将所述车辆的车重相关信息与所述车牌号进行关联。
在其中一个实施例中，所述车距抓拍装置包括车距抓拍摄像头和车距识别模块；
所述车距抓拍摄像头设置地面公路的车道上方，设置位置为与目标桥梁的桥头间隔第三长度的位置，所述车距抓拍摄像头实施对拍摄区域内出现的车辆数进行监测和车辆的车牌号进行识别，根据所述车辆的车牌号向所述桥梁内力分析服务器获取所述车辆的车重，当出现车辆数大于数量阈值或车辆的车重大大于重量阈值时，连续拍摄预设数量的车距抓拍照片传输至所述车距识别模块；
所述车距识别模块根据预设数量的所述车距抓拍照片对所述车距抓拍照片中车辆之间的车距进行识别，获得所述车距抓拍照片中各车道上的车辆之间的车距，并将各车道上的所述车辆之间的车距传输给所述桥梁内力分析服务器。
在其中一个实施例中，所述桥梁内力分析服务器包括内力响应分析模块、控制模块；
所述内力响应分析模块用于根据各车道上的所述车辆之间的车距、所述车辆的车重相关信息，采用内力影响线法进行车辆荷载的加载的方式或三维空间有限元模型进行车辆荷载的加载的方式，对所述车距抓拍照片中车辆荷载引起的目标桥梁的控制截面内力进行分析，确定内力响应结果，所述内力响应结果包括目标桥梁的各片梁的弯矩和剪力；
所述控制模块用于根据内力响应结果与目标桥梁的承载能力进行比较分析，确定目标桥梁上是否需要限行，以及根据是否需要限行控制限行装置进行通行警示和栅栏关卡的收放。
在其中一个实施例中，所述采用内力影响线法进行车辆荷载的加载时，所述内力响应分析模块用于执行如下步骤：
步骤1：从各车道中挑选出总车重最大的一个车道R1的车列
其中，0＜a≤n，a为车道R1的车列的车辆数，n为车距抓拍照片的画面中出现的车辆总数；
步骤2：保持车列
的各车辆前后车距保持不变，整体在目标桥梁的1号梁内力影响线上平移，直至使1号梁内力值达到峰值，再保持剩余车道的车列
与已确定位置的车列
横、纵向间距不变，加载在各自车道中心线上；
步骤3：通过目标桥梁的横向分布影响线计算剩余车道的车列
各自车轮轮重集中力
沿横向x坐标平移至内力分析所在的梁的纵向位置y后，等效成为的车轮轮重集中力
其中，ηk为荷载横向平移系数，Pim为车辆的轴重，i为车辆号，m为每个车辆的车轴编号，d为剩余车道的车列的总轴数，k为剩余车道的车列的车轮编号；
步骤4：再通过剩余车道的车列的每一个轮重横向平移等效后的车轮轮重集中力
在内力影响线作用位置的竖坐标计算得到剩余车道
的车辆引起目标桥梁所分析的梁的内力，其中，b为车道数；
步骤5：叠加车道R1和
各自车列的内力效应值，得到1号梁的最大内力{M1,Fs1}，其中，M1为1号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fs1为1号梁在该车队作用下最大的剪力；
重复步骤1-步骤5，分析目标桥梁的2号梁的最大内力{M2,Fs2}，直至目标桥梁的l片梁全部计算完毕，获得内力响应结果
其中，l为目标桥梁的横截面上梁的总个数的一半，M2为2号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fs2为2号梁在该车队作用下的最大剪力，Ml为l号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fsl为l号梁在该车队作用下的最大剪力。
在其中一个实施例中，采用三维空间有限元模型进行车辆荷载的加载时，所述内力响应分析模块用于执行如下步骤：
将所有车道的车列
按照车距
不变的前提下在目标桥梁的桥面行车方向上不断向前移动，在二维空间进行车辆轴重的最不利加载，直至找到目标桥梁的1号梁在该车队最不利加载下内力的最大值{M1,Fs1}，之后计算目标桥梁的2号梁在该车队最不利加载下内力的最大值{M2,Fs2}，直至目标桥梁的所有梁的内力最大值计算完毕，获得内力响应结果
其中，M1为1号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fs1为1号梁在该车队作用下最大的剪力；l为目标桥梁的横截面上梁的总个数的一半，M2为2号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fs2为2号梁在该车队作用下的最大剪力，Ml为l号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fsl为l号梁在该车队作用下的最大剪力。
在其中一个实施例中，所述控制模块还用于：
根据内力响应结果与目标桥梁的承载能力进行比较分析；
若内力响应结果中，目标桥梁各片梁的弯矩都小于目标桥梁的抗弯承载能力的95％，且目标桥梁各片梁的剪力都小于目标桥梁各片梁的抗剪承载能力的95％，则确定目标桥梁无需进行限行，控制限行装置的显示屏显示正常通行的提示，并控制栅栏关卡保持收拢状态，不进行通行限制；
若内力响应结果中，目标桥梁各片梁中存在弯矩大于等于目标桥梁各片梁的抗弯承载能力的95％，或目标桥梁各片梁中存在剪力大于等于目标桥梁各片梁的抗剪承载能力的95％，则确定目标桥梁需要进行限行，控制限行装置的显示屏显示限制通行的提示，并控制栅栏关卡的下放，按照限行时间间隔收拢栅栏关卡放行预设数量车辆的方式对通行进行限制。
在其中一个实施例中，所述桥梁内力分析服务器还包括数据管理模块，所述数据管理模块用于存储所述车辆的车重相关信息、抓拍图像、车牌号、车距抓拍照片、车距抓拍照片中各车道上的车辆之间的车距和内力响应结果进行存储，供管理人员调取。
上述基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警***，通过称重传感装置用于在目标桥梁的重力感应区域采集车辆的车重相关信息，并将车辆的车重相关信息传输给桥梁内力分析服务器；车牌抓拍装置用于在目标桥梁的车牌抓拍区域拍摄车辆的抓拍图像，根据车辆的抓拍图像进行分析，获得车辆的车牌号，并将车辆的车牌号传输给桥梁内力分析服务器，使桥梁内力分析服务器将车辆的车重相关信息与车牌号进行关联；车距抓拍装置用于在出现车辆数大于数量阈值或车辆的车重大于重量阈值时，连续拍摄预设数量的车距抓拍照片，根据预设数量的车距抓拍照片对车距抓拍照片中车辆之间的车距进行识别，获得车距抓拍照片中各车道上的车辆之间的车距，并将各车道上的车辆之间的车距传输给桥梁内力分析服务器；桥梁内力分析服务器用于根据各车道上的车辆之间的车距、车辆的车重相关信息，对车距抓拍照片中车辆荷载引起的目标桥梁的控制截面内力进行分析，确定内力响应结果，并根据内力响应结果与目标桥梁的承载能力进行比较分析，确定目标桥梁上是否需要限行，以及根据是否需要限行控制限行装置进行通行警示和栅栏关卡的收放；限行装置根据接收到桥梁内力分析服务器发送的控制指令，进行通行警示和栅栏关卡的收放。能够对中小桥梁实际车辆荷载的风险性进行预判，保障运行的安全性，减少对结构的严重损伤，提高中小桥梁的耐久性。
附图说明
图1为一个实施例中基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警***的构架示意图；
图2为基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警***的硬件布局示意图；
图3为一个实施例中单侧通行方向的压电式动态称重传感器和压电式动态称重传感器的布置示意图；
图4为一个实施例中单侧通行方向的车距抓拍摄像头和限行装置的布置示意图；
图5为一个实施例中桥梁B1抓拍的车队布局示意图；
图6为一个实施例中桥梁B1的抓拍的车队间距示意图；
图7为一个实施例中桥梁B1的横截面布置图；
图8为一个实施例中桥梁B1第二跨的跨中弯矩影响线示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在一个实施例中，如图1所示，提供了一种基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警***，包括称重传感装置、车牌抓拍装置、车距抓拍装置、限行装置、桥梁内力分析服务器；
称重传感装置用于在目标桥梁的重力感应区域采集车辆的车重相关信息，并将车辆的车重相关信息传输给桥梁内力分析服务器；车牌抓拍装置用于在目标桥梁的车牌抓拍区域拍摄车辆的抓拍图像，根据车辆的抓拍图像进行分析，获得车辆的车牌号，并将车辆的车牌号传输给桥梁内力分析服务器，使桥梁内力分析服务器将车辆的车重相关信息与车牌号进行关联；车距抓拍装置用于在出现车辆数大于数量阈值或车辆的车重大于重量阈值时，连续拍摄预设数量的车距抓拍照片，根据预设数量的车距抓拍照片对车距抓拍照片中车辆之间的车距进行识别，获得车距抓拍照片中各车道上的车辆之间的车距，并将各车道上的车辆之间的车距传输给桥梁内力分析服务器；桥梁内力分析服务器用于根据各车道上的车辆之间的车距、车辆的车重相关信息，对车距抓拍照片中车辆荷载引起的目标桥梁的控制截面内力进行分析，确定内力响应结果，并根据内力响应结果与目标桥梁的承载能力进行比较分析，确定目标桥梁上是否需要限行，以及根据是否需要限行控制限行装置进行通行警示和栅栏关卡的收放；限行装置根据接收到桥梁内力分析服务器发送的控制指令，进行通行警示和栅栏关卡的收放。
其中，目标桥梁是需要进行车辆荷载安全预警的桥梁，目标桥梁可以包括一座桥梁，也可以包括几座桥梁。称重传感装置可以是高速公路收费站的称重检测仪，即利用与目标桥梁连接高速路段上的高速公路收费站的称重检测仪进行车辆的车重相关信息的采集，得到即将驶入目标桥梁路的车辆的车重相关信息，可以节约成本；还可以是地面公路上的每个车道上设有压电式动态称重传感器，通过压电式动态称重传感器采集即将驶入目标桥梁路的车辆的车重相关信息。
如图2所示，在一个实施例中，称重传感装置为压电式动态称重传感器，压电式动态称重传感器设置在地面公路上的每个车道上，设置位置为与目标桥梁的桥头间隔第一长度的位置，所述压电式动态称重传感器的设置处为重力感应区域，每个车道上的压电式动态称重传感器对应采集车辆经该车道向目标桥梁驶入时的车重相关信息，所述车重相关信息包括车辆的轴重、轴数、轴距、车重。
其中，第一长度可根据桥梁内力分析服务器的运算速度及车辆的平均行驶速度综合分析确定，至少满足车辆未驶入目标桥梁之前，桥梁内力分析服务器得出目标桥梁上是否需要限行并控制限行装置进行完成相应的动作。目标桥梁的桥头是目标桥梁与地面公路的连接处。
如图2所示，在一个实施例中，车牌抓拍装置包括：车牌抓拍摄像头和车牌抓拍识别模块；所述车牌抓拍摄像头设置在地面公路的车道上方，设置位置为与目标桥梁的桥头间隔第二长度的位置，当车辆驶入所述车牌抓拍摄像头的拍摄区域时，拍摄所述车辆的抓拍图像，并传输给所述车牌抓拍识别模块；车牌抓拍识别模块根据车辆的抓拍图像进行分析，获得车辆的车牌号，并将车辆的车牌号传输给服务器，使服务器将车辆的车重相关信息与车牌号进行关联。
其中，当车辆驶入车牌抓拍摄像头的拍摄区域时，车牌抓拍摄像头自动拍摄车辆的抓拍图像。第二长度位于目标桥梁的桥头与压电式动态称重传感器之间，以在与目标桥梁的桥头间隔第二长度的位置的上方设置车牌抓拍摄像头，满足车牌抓拍摄像头的拍摄区域包含压电式动态称重传感器的重力感应区域为条件确定第二长度。
如图2所示，在一个实施例中，车距抓拍装置包括车距抓拍摄像头和车距识别模块；所述车距抓拍摄像头设置地面公路的车道上方，设置位置为与目标桥梁的桥头间隔第三长度的位置，所述车距抓拍摄像头实施对拍摄区域内出现的车辆数进行监测和车辆的车牌号进行识别，根据所述车辆的车牌号向所述桥梁内力分析服务器获取所述车辆的车重，当出现车辆数大于数量阈值或车辆的车重大于重量阈值时，连续拍摄预设数量的车距抓拍照片传输至所述车距识别模块；车距识别模块根据预设数量的车距抓拍照片对车距抓拍照片中车辆之间的车距进行识别，获得车距抓拍照片中各车道上的车辆之间的车距，并将各车道上的车辆之间的车距传输给桥梁内力分析服务器。
其中，车距抓拍摄像头设置在目标桥梁的桥头与车牌抓拍摄像头之间，如：在距离目标桥梁的桥头100米以外(即第二长度)的地面公路上方设置车距抓拍摄像头。在车辆到达与目标桥梁的桥头间隔第一长度的位置时，称重传感装置采集车辆的车重相关信息，车牌抓拍摄像头拍摄车辆的抓拍图像，车辆到达车距抓拍摄像头的拍摄范围之前，桥梁内力分析服务器根据该车辆的车重相关信息，已经确定该车辆的车重是否大于重量阈值，车辆的车重大于重量阈值时，桥梁内力分析服务器会反馈给车距抓拍装置，使车距抓拍装置拍摄车距抓拍照片，车距抓拍装置具有识别车辆的车牌号的功能，当车辆到达车距抓拍摄像头的拍摄范围时，可以确定哪些车辆的车重大于重量阈值。车距抓拍装置还具有识别拍摄范围内出现的车辆数，根据识别拍摄范围内出现的车辆数，确定出现车辆数是否大于数量阈值。预设数量可根据实际情况设定，连续拍摄3张的车距抓拍照片，连续拍摄5张的车距抓拍照片等，如：为以防车辆相互遮挡导致拍摄车牌不完整，可1秒钟内连续拍摄3张车距抓拍照片。数量阈值可根据实际情况设定，如以目标桥梁的车道数作为数量阈值，还可以根据目标桥梁的承载能力，在不超过目标桥梁的承载能力的前提下，最多可同时通行的车辆数。重量阈值还可以根据目标桥梁的承载能力，在不超过目标桥梁的承载能力的前提下，最大能承载一辆车的车重，如：40吨、45吨、50吨等等。
出现车辆数大于数量阈值，可以确定出现车队通行模式，则需要通过桥梁内力分析服务器迅速对车队的车辆荷载引起桥梁的内力进行具体分析，得到相应内力响应结果，避免车队的车辆荷载大于目标桥梁的承载能力，保障运行的安全性。车辆的车重大于重量阈值，则需要通过桥梁内力分析服务器迅速对车辆的车辆荷载引起桥梁的内力进行具体分析，得到相应内力响应结果，避免该车辆的车辆荷载大于目标桥梁的承载能力，保障运行的安全性。
在一个实施例中，桥梁内力分析服务器包括内力响应分析模块、控制模块；内力响应分析模块用于根据各车道上的车辆之间的车距、车辆的车重相关信息，采用内力影响线法进行车辆荷载的加载的方式或三维空间有限元模型进行车辆荷载的加载的方式，对车距抓拍照片中车辆荷载引起的目标桥梁的控制截面内力进行分析，确定内力响应结果，内力响应结果包括目标桥梁各片梁的弯矩和剪力；控制模块用于根据内力响应结果与目标桥梁的承载能力进行比较分析，确定目标桥梁上是否需要限行，以及根据是否需要限行控制限行装置进行通行警示和栅栏关卡的收放。
在一个实施例中，采用内力影响线法进行车辆荷载的加载时，内力响应分析模块用于执行如下步骤：
步骤1：从各车道中挑选出总车重最大的一个车道R1的车列
其中，0＜a≤n，a为车道R1的车列的车辆数，n为车距抓拍照片的画面中出现的车辆总数；
步骤2：保持车列
的各车辆前后车距保持不变，整体在目标桥梁的内力影响线上平移，直至使内力值达到峰值，再保持剩余车道的车列
与已确定位置的车列
横、纵向间距不变，加载在各自车道中心线上；
步骤3：通过目标桥梁的横向分布影响线计算剩余车道的车列
各自车轮轮重集中力
沿横向x坐标平移至内力分析所在的梁的纵向位置y后，等效成为的车轮轮重集中力
其中，ηk为荷载横向平移系数，Pim为车辆的轴重，i为车辆号，m为每个车辆的车轴编号，d为剩余车道的车列的总轴数，k为剩余车道的车列的车轮编号；
步骤4：再通过剩余车道的车列的每一个轮重横向平移等效后的车轮轮重集中力
在内力影响线作用位置的竖坐标计算得到剩余车道
的车辆引起目标桥梁所分析的梁的内力，其中，b为车道数；
步骤5：叠加车道R1和
各自车列的内力效应值，得到1号梁的最大内力{M1,Fs1}，其中，M1为1号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fs1为1号梁在该车队作用下最大的剪力；
重复步骤1-步骤5，分析目标桥梁的2号梁的最大内力{M2,Fs2}，直至目标桥梁的l片梁全部计算完毕，获得内力响应结果
其中，l为目标桥梁的横截面上梁的总个数的一半，M2为2号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fs2为2号梁在该车队作用下的最大剪力，Ml为l号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fsl为l号梁在该车队作用下的最大剪力。
其中，荷载横向平移系数表示当一个集中力P作用在横截面某位置处时，某根主梁实际分担的集中力P′与原集中力P之间的比值。
在一个实施例中，采用三维空间有限元模型进行车辆荷载的加载时，内力响应分析模块用于执行如下步骤：
将所有车道的车列
按照车距
不变的前提下在目标桥梁的桥面行车方向上不断向前移动，在二维空间进行车辆轴重的最不利加载，直至找到目标桥梁的1号梁在车队最不利加载下内力的最大值{M1,Fs1}，之后计算目标桥梁的2号梁在车队最不利加载下内力的最大值{M2,Fs2}，直至目标桥梁的所有梁的内力最大值计算完毕，获得内力响应结果
其中，M1为1号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fs1为1号梁在该车队作用下最大的剪力；l为目标桥梁的横截面上梁的总个数的一半，M2为2号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fs2为2号梁在该车队作用下的最大剪力，Ml为l号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fsl为l号梁在该车队作用下的最大剪力。
在一个实施例中，控制模块还用于：根据内力响应结果与目标桥梁的承载能力进行比较分析；若内力响应结果中，目标桥梁各片梁的弯矩都小于目标桥梁各片梁的抗弯承载能力的95％，且目标桥梁的各片梁的剪力都小于目标桥梁各片梁的抗剪承载能力的95％，则确定目标桥梁无需进行限行，控制限行装置的显示屏显示正常通行的提示，并控制栅栏关卡保持收拢状态，不进行通行限制；若内力响应结果中，目标桥梁的各片梁中存在弯矩大于等于目标桥梁各片梁的抗弯承载能力的95％，或目标桥梁各片梁中存在剪力大于等于目标桥梁各片梁抗剪承载能力的95％，则确定目标桥梁需要进行限行，控制限行装置的显示屏显示限制通行的提示，并控制栅栏关卡的下放，按照限行时间间隔收拢栅栏关卡放行预设数量车辆的方式对通行进行限制。
在一个实施例中，桥梁内力分析服务器还包括数据管理模块，数据管理模块用于存储车辆的车重相关信息、抓拍图像、车牌号、车距抓拍照片、车距抓拍照片中各车道上的车辆之间的车距和内力响应结果进行存储，供管理人员调取。
其中，管理人员可通过手机端或电脑端访问桥梁内力分析服务器，查看下载存储车辆的车重相关信息、抓拍图像、车牌号、车距抓拍照片、车距抓拍照片中各车道上的车辆之间的车距和内力响应结果等信息。
上述基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警***，通过称重传感装置用于在目标桥梁的重力感应区域采集车辆的车重相关信息，并将车辆的车重相关信息传输给桥梁内力分析服务器；车牌抓拍装置用于在目标桥梁的车牌抓拍区域拍摄车辆的抓拍图像，根据车辆的抓拍图像进行分析，获得车辆的车牌号，并将车辆的车牌号传输给桥梁内力分析服务器，使桥梁内力分析服务器将车辆的车重相关信息与车牌号进行关联；车距抓拍装置用于在出现车辆数大于数量阈值或车辆的车重大于重量阈值时，连续拍摄预设数量的车距抓拍照片，根据预设数量的车距抓拍照片对车距抓拍照片中车辆之间的车距进行识别，获得车距抓拍照片中各车道上的车辆之间的车距，并将各车道上的车辆之间的车距传输给桥梁内力分析服务器；桥梁内力分析服务器用于根据各车道上的车辆之间的车距、车辆的车重相关信息，对车距抓拍照片中车辆荷载引起的目标桥梁的控制截面内力进行分析，确定内力响应结果，并根据内力响应结果与目标桥梁的承载能力进行比较分析，确定目标桥梁上是否需要限行，以及根据是否需要限行控制限行装置进行通行警示和栅栏关卡的收放；限行装置根据接收到桥梁内力分析服务器发送的控制指令，进行通行警示和栅栏关卡的收放。能够对中小桥梁实际车辆荷载的风险性进行预判，保障运行的安全性，减少对结构的严重损伤，提高中小桥梁的耐久性。也可以用于大桥，与装备的健康监测***联动使用。
在一个实施例中，提供了一种基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警***，以在关注的某公路路段中，目标桥梁以桥梁B1为例进行说明：
如图3所示，在该段公路路段的端部与目标桥梁的桥头间隔第一长度的位置，单向3个车道都设置压电式动态称重传感器，以及公路路段的端部与目标桥梁的桥头间隔第二长度的位置的3个车道上方均设置有车牌抓拍摄像头(车牌抓拍摄像头为高清摄像头)。如图4所示，该段公路路段的端部与目标桥梁的桥头间隔第三长度的位置的3个车道上方，设置有车距抓拍摄像头(车距抓拍摄像头为高清摄像头)；限行装置的栅栏关卡和用于警告的显示屏位于车距抓拍摄像头与目标桥梁的桥头之间，栅栏关卡和用于警告的显示屏与车距抓拍摄像头间隔100米。
利用压电式动态称重传感器获得各进入路段的车辆Vi的轴重、轴数、轴距、车重等车重相关信息{Pi，Ni，Di，Gi}，并传递给桥梁内力分析服务器。在车辆Vi进入车牌抓拍摄像头的拍摄区域后，自动启动车牌抓拍摄像头，拍摄所述车辆的抓拍图像立刻录入至车牌抓拍识别模块进行分析，得到车辆Vi的车牌号，并将车辆的车牌号传输给服务器，使服务器将车辆的车重相关信息与车牌号进行关联合并。
在桥梁B1的桥头前方100米外设置车距抓拍摄像头，在t＝t0时刻，车距抓拍摄像头在拍摄范围内(视距100m)出现车队
由2辆2轴车、1辆3轴车、1辆4轴车、1辆5轴车组成，见图5。车距抓拍摄像头立即抓拍车队照片(即车距抓拍照片)发送至车距识别模块进行车队的车距识别。为以防车辆相互遮挡导致拍摄车牌不完整，1秒钟内连续拍摄3张照片综合判定车距
最后得到车距
数据如图6所示。
桥梁B1为公路桥梁，跨径布置为3×10m，桥梁B1其横截面布置见图7，该路段为双幅桥面共计双向6车道(该数量不含应急车道)，左右两侧的双幅桥整体宽度为34.5m，桥梁B1为其中的右幅桥，桥面设置有3个行车道和一个应急车道。桥梁B1为预应力混凝土空心板梁桥，由16片空心板梁装配式施工组装而成。桥梁B1的1号梁第二跨的跨中弯矩影响线图如图8所示。
在t＝t1时刻，桥梁内力分析服务器已收到车队
的轴重
和
数据，并预设桥梁B1的结构模型。利用三维空间有限元模型进行车辆荷载的加载，从桥梁起点整体向前平移车队
直至达到车辆轴重的最不利加载为止，并迅速对此时车队的车辆荷载引起桥梁B1的控制截面内力进行具体分析，得到1-8号梁(由于左右对称关系，仅计算一半截面的梁即可)相应内力响应结果
并与桥梁B1的1～8号梁各自的承载能力
进行比较。结果显示目标桥梁的各片梁的弯矩都小于目标桥梁各片梁的抗弯承载能力的95％，且目标桥梁的各片梁的剪力都小于目标桥梁的抗剪承载能力的95％，因此桥头处的警示的显示屏显示正常通行提示，车队自由通过桥梁B1。
上述基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警***，能够对中小桥梁实际车辆荷载的风险性进行预判，保障运行的安全性，减少对结构的严重损伤，提高中小桥梁的耐久性。也可以用于大桥，与装备的健康监测***联动使用。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警***，其特征在于，所述***包括：称重传感装置、车牌抓拍装置、车距抓拍装置、限行装置、桥梁内力分析服务器；
所述称重传感装置用于在目标桥梁的重力感应区域采集车辆的车重相关信息，并将所述车辆的车重相关信息传输给所述桥梁内力分析服务器；
所述车牌抓拍装置用于在目标桥梁的车牌抓拍区域拍摄所述车辆的抓拍图像，根据所述车辆的抓拍图像进行分析，获得所述车辆的车牌号，并将所述车辆的车牌号传输给所述桥梁内力分析服务器，使所述桥梁内力分析服务器将所述车辆的车重相关信息与所述车牌号进行关联；
所述车距抓拍装置用于在出现车辆数大于数量阈值或车辆的车重大于重量阈值时，连续拍摄预设数量的车距抓拍照片，根据预设数量的所述车距抓拍照片对所述车距抓拍照片中车辆之间的车距进行识别，获得所述车距抓拍照片中各车道上的车辆之间的车距，并将各车道上的所述车辆之间的车距传输给所述桥梁内力分析服务器；
所述桥梁内力分析服务器用于根据各车道上的所述车辆之间的车距、所述车辆的车重相关信息，对所述车距抓拍照片中车辆荷载引起的目标桥梁的控制截面内力进行分析，确定内力响应结果，并根据内力响应结果与目标桥梁的承载能力进行比较分析，确定目标桥梁上是否需要限行，以及根据是否需要限行控制限行装置进行通行警示和栅栏关卡的收放；
所述限行装置根据接收到所述桥梁内力分析服务器发送的控制指令，进行通行警示和栅栏关卡的收放。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述称重传感装置为压电式动态称重传感器，压电式动态称重传感器设置在地面公路上的每个车道上，设置位置为与目标桥梁的桥头间隔第一长度的位置，所述压电式动态称重传感器的设置处为重力感应区域，每个车道上的压电式动态称重传感器对应采集车辆经该车道向目标桥梁驶入时的车重相关信息，所述车重相关信息包括车辆的轴重、轴数、轴距、车重。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述车牌抓拍装置包括：车牌抓拍摄像头和车牌抓拍识别模块；
所述车牌抓拍摄像头设置在地面公路的车道上方，设置位置为与目标桥梁的桥头间隔第二长度的位置，当车辆驶入所述车牌抓拍摄像头的拍摄区域时，拍摄所述车辆的抓拍图像，并传输给所述车牌抓拍识别模块；
所述车牌抓拍识别模块根据所述车辆的抓拍图像进行分析，获得所述车辆的车牌号，并将所述车辆的车牌号传输给所述服务器，使所述服务器将所述车辆的车重相关信息与所述车牌号进行关联。
4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述车距抓拍装置包括车距抓拍摄像头和车距识别模块；
所述车距抓拍摄像头设置地面公路的车道上方，设置位置为与目标桥梁的桥头间隔第三长度的位置，所述车距抓拍摄像头实施对拍摄区域内出现的车辆数进行监测和车辆的车牌号进行识别，根据所述车辆的车牌号向所述桥梁内力分析服务器获取所述车辆的车重，当出现车辆数大于数量阈值或车辆的车重大大于重量阈值时，连续拍摄预设数量的车距抓拍照片传输至所述车距识别模块；
所述车距识别模块根据预设数量的所述车距抓拍照片对所述车距抓拍照片中车辆之间的车距进行识别，获得所述车距抓拍照片中各车道上的车辆之间的车距，并将各车道上的所述车辆之间的车距传输给所述桥梁内力分析服务器。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述桥梁内力分析服务器包括内力响应分析模块、控制模块；
所述内力响应分析模块用于根据各车道上的所述车辆之间的车距、所述车辆的车重相关信息，采用内力影响线法进行车辆荷载的加载的方式或三维空间有限元模型进行车辆荷载的加载的方式，对所述车距抓拍照片中车辆荷载引起的目标桥梁的控制截面内力进行分析，确定内力响应结果，所述内力响应结果包括目标桥梁各片梁的弯矩和剪力；
所述控制模块用于根据内力响应结果与目标桥梁的承载能力进行比较分析，确定目标桥梁上是否需要限行，以及根据是否需要限行控制限行装置进行通行警示和栅栏关卡的收放。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述采用内力影响线法进行车辆荷载的加载时，所述内力响应分析模块用于执行如下步骤：
步骤1：从各车道中挑选出总车重最大的一个车道R1的车列
其中，0＜a≤n，a为车道R1的车列的车辆数，n为车距抓拍照片的画面中出现的车辆总数；
步骤2：保持车列
的各车辆前后车距保持不变，整体在目标桥梁的内力影响线上平移，直至使内力值达到峰值，再保持剩余车道的车列
与已确定位置的车列
横、纵向间距不变，加载在各自车道中心线上；
步骤3：通过目标桥梁的横向分布影响线计算剩余车道的车列
各自车轮轮重集中力
沿横向x坐标平移至内力分析所在的梁的纵向位置y后，等效成为的车轮轮重集中力
其中，ηk为荷载横向平移系数，Pim为车辆的轴重，i为车辆号，m为每个车辆的车轴编号，d为剩余车道的车列的总轴数，k为剩余车道的车列的车轮编号；
步骤4：再通过剩余车道的车列的每一个轮重横向平移等效后的车轮轮重集中力
在内力影响线作用位置的竖坐标计算得到剩余车道
的车辆引起目标桥梁所分析的梁的内力，其中，b为车道数；
步骤5：叠加车道R1和
各自车列的内力效应值，得到1号梁的最大内力{M1,Fs1}，其中，M1为1号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fs1为1号梁在该车队作用下最大的剪力；
重复步骤1-步骤5，分析目标桥梁的2号梁的最大内力{M2,Fs2}，直至目标桥梁的l片梁全部计算完毕，获得内力响应结果
其中，l为目标桥梁的横截面上梁的总个数的一半，M2为2号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fs2为2号梁在该车队作用下的最大剪力，Ml为l号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fsl为l号梁在该车队作用下的最大剪力。
7.根据权利要求5所述的***，其特征在于，采用三维空间有限元模型进行车辆荷载的加载时，所述内力响应分析模块用于执行如下步骤：
将所有车道的车列
按照车距
不变的前提下在目标桥梁的桥面行车方向上不断向前移动，在二维空间进行车辆轴重的最不利加载，直至找到目标桥梁的1号梁内力的最大值{M1,Fs1}，之后计算目标桥梁的2号梁最不利加载下内力的最大值{M2,Fs2}，直至目标桥梁的所有梁的内力最大值计算完毕，获得内力响应结果
其中，M1为1号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fs1为1号梁在该车队作用下最大的剪力；l为目标桥梁的横截面上梁的总个数的一半，M2为2号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fs2为2号梁在该车队作用下的最大剪力，Ml为l号梁在该车队作用下的最大弯矩，Fsl为l号梁在该车队作用下的最大剪力。
8.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述控制模块还用于：
根据内力响应结果与目标桥梁的承载能力进行比较分析；
若内力响应结果中，目标桥梁各片梁的弯矩都小于目标桥梁的抗弯承载能力的95％，且目标桥梁各片梁的剪力都小于目标桥梁各片梁的抗剪承载能力的95％，则确定目标桥梁无需进行限行，控制限行装置的显示屏显示正常通行的提示，并控制栅栏关卡保持收拢状态，不进行通行限制；
若内力响应结果中，目标桥梁各片梁中存在弯矩大于等于目标桥梁各片梁的抗弯承载能力的95％，或目标桥梁各片梁中存在剪力大于等于目标桥梁各片梁的抗剪承载能力的95％，则确定目标桥梁需要进行限行，控制限行装置的显示屏显示限制通行的提示，并控制栅栏关卡的下放，按照限行时间间隔收拢栅栏关卡放行预设数量车辆的方式对通行进行限制。
9.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述桥梁内力分析服务器还包括数据管理模块，所述数据管理模块用于存储所述车辆的车重相关信息、抓拍图像、车牌号、车距抓拍照片、车距抓拍照片中各车道上的车辆之间的车距和内力响应结果进行存储，供管理人员调取。
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| CN202111232070.6A CN114169039A (zh) | 2021-10-22 | 2021-10-22 | 一种基于拍照识别的桥梁车辆荷载安全预警*** |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114936398A (zh) * | 2022-05-12 | 2022-08-23 | 石家庄铁道大学 | 一种基于车桥耦合及随机车辆荷载模型的荷载效应计算方法 |
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-
2021
- 2021-10-22 CN CN202111232070.6A patent/CN114169039A/zh active Pending
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