CN114512004A - 桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***及其调度方法 - Google Patents

桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***及其调度方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***及其调度方法，所述***包括与控制单元相互电性连接的用于对桥梁产生的形变及受力进行及时的监测的桥梁监测子***；用于对进入桥梁的车辆进行车辆信息及重量的识别监控的车辆监控子***；用于对桥上的车辆和即将驶入桥梁的车辆进行引导的车流控制子***：所述控制单元与交通控制后台连接；控制单元采集桥梁监测子***及车辆监控子***的相应数据，分析研判后通过车流控制子***对过桥车辆进行控制，防止桥梁引起倾覆。本发明的有益效果体现在：通过设置本发明的防倾覆***可以有效的防止发生重型车辆引起桥梁偏载或压垮桥梁导致的重大交通事故，提高了交通安全性。

Description

桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***及其调度方法
技术领域
本发明涉及一种交通工程技术领域，尤其涉及一种桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***及其调度方法。
背景技术
结构倾覆是较复杂的力学现象，属于支座非线性分析的范畴。在结构倾覆之前，必然会先产生支座脱空现象。支座脱空之后，脱空的支座失去对结构的支撑作用，只剩下其余的支座对结构产生约束，这必然会导致支座反力的重分布，此过程中必然会出现诸如支座竖向压力超过支座设计强度引起支座破坏，倾覆过程中支座转角变形过大所引起的梁体滑移现象，因此结构倾覆与支座支撑作用是否失效紧密相关，而桥梁超载也是发生事故的原因之一，如何防止桥梁超载导致防倾覆且能预先主动进行车辆的引导成为了急需解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种桥梁主动引导调度车辆的防超载防倾覆***及其调度方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***，包括与控制单元相互电性连接的，
桥梁监测子***：用于对桥梁产生的形变及受力进行及时的监测；
车辆监控子***：用于对进入桥梁的车辆进行车辆信息及重量的识别监控；所述车辆信息包括车辆号牌、行驶车道、车重、外形尺寸等。
车流控制子***：用于对桥上的车辆和即将驶入桥梁的车辆进行引导；所述控制单元与交通控制后台连接；
控制单元采集桥梁监测子***及车辆监控子***的相应数据，分析研判后通过车流控制子***对过桥车辆进行控制，防止桥梁引起倾覆。
优选地，所述桥梁监测子***包括，设置于支座上的力传感器或位移传感器，设置于支座下方的支墩上的第一应变传感器，设置于桥梁板两端及中间的倾角传感器，设置于桥梁底板横向两端及中间的第二应变传感器，设置于桥墩的测量摄像机。
优选地，所述桥墩上设置有桥墩特征点，所述测量摄像机设置有第一测量摄像机和第二测量摄像机，所述第一测量摄像机设置于能完整拍摄桥梁板底边缘与桥墩特征点图像的位置，所述第二测量摄像机设置于能拍摄到桥梁板底面完整图像的位置。
优选地，所述应变传感器设置有3个或3个以上，均布于桥梁底板横向两端及中间。
优选地，所述车辆监控子***包括设置于全桥梁段的第一AI监控摄像机，设置于引桥前的第二AI监控摄像机和车辆轴重传感器。
优选地，所述车流控制子***包括设置于全桥梁段的引导显示屏、设置于引桥前的预警显示屏、设置于桥梁上、桥梁路面伸缩缝上的交通信号灯、及设置于引桥前的交通信号灯。
优选地，以上任一所述的桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***的调度方法，包括如下步骤：
S1、通过车辆监控子***的第二AI监控摄像机对进入桥梁的车辆进行识别，并针对重型车辆使用车辆轴重传感器对其进行称重测量，将车辆信息及称重结果传输至控制单元；
S2、通过车辆监控子***的第一AI监控摄像机，对在桥梁上行驶的每一辆重型车辆进行识别，跟踪其所在的桥梁段与车道，并将识别和跟踪信息传输至控制单元；
S3、桥梁监测子***按照不低于10Hz的采样率进行采样，将数据实时发送至控制单元，控制单元按照不低于10Hz速率对桥梁监测数据进行分析，控制单元根据桥梁实时监测数据，计算每一桥梁段的当前的负荷和偏载力矩，根据给定的桥梁允许最大荷载和偏载力矩，计算每一段桥梁的剩余安全承载力和剩余安全偏载力矩；
S4、控制单元根据桥梁受力的实际情况，通过车流控制子***对桥上的车辆和即将驶入桥梁的车辆进行引导，预防桥梁发生超载和倾覆。
本发明的有益效果体现在：通过设置本发明的防倾覆***可以有效的防止发生重型车辆引起桥梁偏载或压垮桥梁导致的重大交通事故，提高了交通安全性。
附图说明
图1：本发明的结构示意图。
图2：本发明***集合桥梁的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例及图1-图2阐述本发明的技术方案，本发明揭示了一种桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***，包括与控制单元5相互电性连接的用于对桥梁产生的形变及受力进行及时的监测的桥梁监测子***；用于对进入桥梁的车辆进行车辆信息及重量的识别监控的车辆监控子***；用于对桥上的车辆和即将驶入桥梁的车辆进行引导的车流控制子***：所述控制单元5与交通控制后台连接，所述控制单元5采集桥梁监测子***及车辆监控子***的相应数据，分析研判后通过车流控制子***对过桥车辆进行控制，防止桥梁引起倾覆。本实施例中，所述的控制单元5为前端计算机。
具体的，所述桥梁监测子***包括，设置于桥梁的每个支座1上的力传感器11或位移传感器12，所述力传感器11用于监测各个支座1的受压情况，其适合新建的桥梁或新加固的桥梁。当某个支座1的压力超过预设的局部超载安全阈值或各支座1压力总和超过预设的超载安全阈值时触发超载警报事件；当支座1间的压力偏差超过预设的偏载安全阈值时，触发偏载警报事件。
所述的位移传感器12用于监测各个支座1的受力压缩变形量。所述位移传感器12适合既有桥梁加装。当某个支座1的变形量超过预设的局部超载安全阈值或各支座总变形量超过预设的超载安全阈值时触发超载警报事件；当支座间变形量的差异超过预设的偏载安全阈值时，触发偏载警报事件。所述位移传感器12和力传感器11可以根据需要进行择一选择，也可以同时采用。
所述桥梁监测子***还包括设置于支座1下方的支墩2上的第一应变传感器21，当支墩2的应变或应力超过预设的局部超载安全阈值或支墩总的应变或应力超过预设的超载安全阈值时触发超载警报事件；当支墩2的应变差或应力差超过预设的偏载安全阈值时，触发偏载警报事件。
设置于桥梁板3两端及中间的高精度倾角传感器31，当桥梁纵向的倾角变化超过预设的超载安全阈值时（即桥梁的挠度过大）触发超载警报事件；当桥梁横向的倾角变化超过预设的偏载安全阈值时，触发偏载警报事件。
设置于桥梁底板横向两端及中间的第二应变传感器32，所述第二应变传感器32包括用于监测桥梁板纵向应变和扭转应变。所述第二应变传感器设置有3个或3个以上，均布于桥梁底板横向两端及中间。当某个桥梁板纵向应变超过预设的局部超载阈值或桥梁板纵向应变平均值超过预设的超载安全阈值时触发超载警报事件；当桥梁板左右两侧的应变差或扭转应变超过预设的偏载安全阈值时，触发偏载警报事件。
设置于桥墩2的测量摄像机，所述测量摄像机设置有第一测量摄像机22和第二测量摄像机23，所述第一测量摄像机22设置于能稳定、完整拍摄到桥墩2和桥梁板3之间间隙图像的位置，其用于监测桥梁板3与支墩2间相对位移。当拍摄图像出现桥梁板3底与支墩2顶局部间隙变化超过预设的局部超载安全阈值或整体间隙变化超过超载安全阈值时触发超载警报事件；当拍摄图像出现桥梁板底边缘与支墩顶部边缘的夹角变化超过预设的偏载安全阈值时触发偏载警报事件。
所述第二测量摄像机23设置于能够拍摄到桥梁板3底面完整图像的位置，当拍摄图像出现桥梁板底局部挠度变化超过预设的局部超载安全阈值或整体挠度变化超过超载安全阈值时触发超载警报事件；当拍摄图像出现桥梁板左右两侧挠度变化差超过预设的偏载安全阈值时触发偏载警报事件。
所述桥梁监测子***可以针对单柱多支座或多柱多支座的桥段，也可以针对单柱单支座的桥段。当针对单柱单支座的桥段时，所述桥墩2上设置有桥墩特征点，即参照靶，相应的，第一测量摄像机22设置于能稳定、完整拍摄到桥梁板底边缘与桥墩特征点图像的位置。当拍摄图像出现桥梁板底边缘与桥墩特征点间位移变化超过预设的局部超载安全阈值或整***移超过超载安全阈值时触发超载警报事件；当拍摄图像出现桥梁板底两侧与支墩特征点位移差超过预设的偏载安全阈值时触发偏载警报事件。
所述车辆监控子***用于识别和测量车辆以及该车辆号牌、行驶的车道、车重、外形尺寸等。包括设置于全桥梁段的第一AI监控摄像机41，设置于引桥前的第二AI监控摄像机46和车辆轴重传感器33。所述车流控制子***包括设置于全桥梁段的引导显示屏4、设置于引桥前的预警显示屏45、设置于桥梁上、桥梁路面伸缩缝上的交通信号灯42、及设置于引桥前的交通信号灯33。本实施例中，第一AI监控摄像机41和第二AI监控摄像机46均设置于相应的显示屏4上方。
本发明还揭示了以上任一所述的桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***的调度方法，包括如下步骤：
S1、通过车辆监控子***的第二AI监控摄像机46对进入桥梁的车辆进行识别，并针对重型车辆使用车辆轴重传感器33对其进行称重测量，将车辆信息及称重结果传输至控制单元5；
S2、通过车辆监控子***的第一AI监控摄像机41，对在桥梁上行驶的每一辆重型车辆进行识别，跟踪其所在的桥梁段与车道，并将识别和跟踪信息传输至控制单元5；
S3、桥梁监测子***按照不低于10Hz的采样率进行采样，将数据实时发送至控制单元5，控制单元5按照不低于10Hz速率对桥梁监测数据进行分析，控制单元5根据桥梁实时监测数据，计算每一桥梁段的当前的负荷和偏载力矩，根据给定的桥梁允许最大荷载和偏载力矩，计算每一段桥梁的剩余安全承载力和剩余安全偏载力矩；
S4、控制单元5根据桥梁受力的实际情况，通过车流控制子***对桥上的车辆和即将驶入桥梁的车辆进行引导，预防桥梁发生超载和倾覆。
所述S4中具体的预防方法如下：
预防超载：
即将驶入桥梁的车辆外形尺寸大于桥梁允许通行的车辆尺寸或车辆重量大于桥梁的整体最大安全承载力时，控制单元5即前端计算机控制引桥前（桥梁入口）的预警显示屏45显示该车辆超限，禁止该车辆驶入桥梁的信息；或使引桥前（桥梁入口）的交通信号灯亮红灯，禁止车辆驶入桥梁；并通过车路协同***接口向该车辆发送禁止通过的消息。
即将驶入桥梁的车辆外形尺寸小于桥梁允许通行的车辆尺寸，且车辆重量小于桥梁的整体最大安全承载力，但大于桥梁的当前的剩余安全承载力时，前端计算机控制引桥前（桥梁入口）的预警显示屏45显示桥上有重型车辆正在通行，请该车辆原地待命，等待放行通知的信息，并通过车路协同***接口向该车辆发送此消息。
即将驶入桥梁的车辆外形尺寸小于桥梁允许通行的车辆尺寸，且车辆重量小于该车辆重量小于桥梁的剩余安全承载力时，前端计算机控制车流控制子***安装在引桥前（桥梁入口）的预警显示屏45提示该辆货车可以驶入桥梁并按照引导调度通过桥梁，并通过车路协同***接口向该车辆发送此消息。
即将驶入下一桥梁段的车辆重量大于下一桥梁段的剩余安全承载力时，前端计算机控制桥梁段的重型车辆引导显示屏4显示信息，让重型车辆提前降低速度，必要时停车等待；或者使用桥梁上、桥梁路面伸缩缝上的交通信号灯42，禁止车辆进入该桥段；并通过车路协同***接口向该车辆发送此消息。
预防偏载倾覆：桥梁现场前端计算机模拟仿真计算桥上重型车辆在每一车道行驶状态下的偏载力矩，当偏载力矩大于桥梁的剩余安全偏载力矩，该车道即为禁行车道，桥梁现场前端计算机控制桥梁段的重型车辆引导显示屏4显示该车辆允许行驶的车道信息；或通过车路协同***接口向该车辆发送此消息。若下一桥梁段已有重型车辆，且驶入任一车道都超过剩余安全偏载力矩，桥梁现场前端计算机控制桥梁段的重型车辆引导显示屏4显示让此重型车辆停车原地等待的信息；或者使用桥梁上、桥梁路面伸缩缝上的交通信号灯42，禁止车辆进入该桥段；并通过车路协同***接口向该车辆发送此消息。
桥梁发生超载或偏载紧急情况的处置：重型车辆未按要求禁行或进入指定车道，造成桥梁发生超载或偏载过大，桥梁现场前端计算机立即上报交通控制中心的后台，控制引桥前（桥梁入口）的预警显示屏45显示前方桥梁危险的信息；使引桥前（桥梁入口）的交通信号灯43亮红灯，禁止所有车辆驶入桥梁；并通过车路协同***接口向附近车辆广播此消息。同时，桥梁现场前端计算机重新仿真计算包括车辆可以骑跨车道，最快达到恢复桥梁安全状态的车流分布，通过控制桥梁段的重型车辆引导显示屏4和桥梁上、桥梁路面伸缩缝上的交通信号灯43，以及车路协同***接口发送信息等方式重新引导重型车辆，恢复桥梁安全状态。
当然本发明尚有多种具体的实施方式，在此就不一一列举。凡采用等同替换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。

Claims (7)

1.桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***，其特征在于：包括与控制单元相互电性连接的，
桥梁监测子***：用于对桥梁产生的形变及受力进行及时的监测；
车辆监控子***：用于对进入桥梁的车辆进行车辆信息及重量的识别监控；
车流控制子***：用于对桥上的车辆和即将驶入桥梁的车辆进行引导；所述控制单元与交通控制后台连接；
控制单元采集桥梁监测子***及车辆监控子***的相应数据，分析研判后通过车流控制子***对过桥车辆进行控制，防止桥梁引起倾覆。
2.如权利要求1所述的桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***，其特征在于：所述桥梁监测子***包括设置于支座上的力传感器或位移传感器，设置于支座下方的支墩上的第一应变传感器，设置于桥梁板两端及中间的倾角传感器，设置于桥梁底板横向两端及中间的第二应变传感器，设置于桥墩的测量摄像机。
3.如权利要求2所述的桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***，其特征在于：所述桥墩上设置有桥墩特征点，所述测量摄像机设置有第一测量摄像机和第二测量摄像机，所述第一测量摄像机设置于能完整拍摄桥梁板底边缘与桥墩特征点图像的位置，所述第二测量摄像机设置于能拍摄到桥梁板底面完整图像的位置。
4.如权利要求3所述的桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***，其特征在于：所述第二应变传感器设置有3个或3个以上，均布于桥梁底板横向两端及中间。
5.如权利要求1所述的桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***，其特征在于：所述车辆监控子***包括设置于全桥梁段的第一AI监控摄像机，设置于引桥前的第二AI监控摄像机和车辆轴重传感器。
6.如权利要求1所述的桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***，其特征在于：所述车流控制子***包括设置于全桥梁段的引导显示屏、设置于引桥前的预警显示屏、设置于桥梁上、桥梁路面伸缩缝上的交通信号灯、及设置于引桥前的交通信号灯。
7.如权利要求1-6中任一所述的桥梁主动引导调度车辆的防倾覆***的调度方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、通过车辆监控子***的第二AI监控摄像机对进入桥梁的车辆进行识别，并针对重型车辆使用车辆轴重传感器对其进行称重测量，将车辆信息及称重结果传输至控制单元；
S2、通过车辆监控子***的第一AI监控摄像机，对在桥梁上行驶的每一辆重型车辆进行识别，跟踪其所在的桥梁段与车道，并将识别和跟踪信息传输至控制单元；
S3、桥梁监测子***按照不低于10Hz的采样率进行采样，将数据实时发送至控制单元，控制单元按照不低于10Hz速率对桥梁监测数据进行分析，控制单元根据桥梁实时监测数据，计算每一桥梁段的当前的负荷和偏载力矩，根据给定的桥梁允许最大荷载和偏载力矩，计算每一段桥梁的剩余安全承载力和剩余安全偏载力矩；
S4、控制单元根据桥梁受力的实际情况，通过车流控制子***对桥上的车辆和即将驶入桥梁的车辆进行引导，预防桥梁发生超载和倾覆。
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