一种识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法和系统，该方法包括步骤：沿桥梁纵长方向标记共包含3～4个截面的两个截面组；采集测量两个截面组处的桥梁弯曲正应变，根据弯曲正应变计算得到两组名义等效剪力，将两组名义等效剪力分别构建两条名义等效剪力曲线；对名义等效剪力曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N。该系统包括应变传感器，用于将桥梁弯曲正应变转换为电信号输出；信号处理系统，数据处理系统，监控系统，数据库服务器，多用户终端。本发明专利技术在识别桥上行驶车辆车轴和速度的过程中使用较少传感器和设备便取得了更为可靠和准确的结果。

Method and system for identifying axle and speed of vehicle running on Bridge

The invention discloses a method and a system for identification of bridge vehicle axle and speed, the method comprises the following steps: along the bridge longitudinal direction mark contains 3 to 4 section of the two section of the bridge group; acquisition measuring the two section group at the bending strain and bending strain is calculated according to the two groups the name of the two groups of equivalent shear, nominal equivalent shear were constructed two nominal equivalent shear curve; statistics on the number of local peak nominal equivalent shear curve, the number of N vehicle shaft or axle group. The system consists of a strain sensor, which converts the bridge bending positive strain into electrical signal output; signal processing system, data processing system, monitoring system, database server, and multi-user terminals. In the process of identifying the axle and speed of the vehicle on the bridge, more reliable and accurate results are obtained by using less sensors and equipment.

【技术实现步骤摘要】
一种识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法和系统
本专利技术涉及桥梁健康监测、桥梁动态称重以及车辆荷载监测领域，尤其涉及识别桥上行驶车辆车轴数量、轴距和速度的方法和系统。
技术介绍
近年来，由于受车辆移动荷载的作用以及运输超载的影响，使得桥梁安全事故屡屡发生。因此，检测桥梁上移动荷载大小，确定桥上行驶车辆的速度、车轴数以及轴距，对桥梁健康监测和交通运输治理超载超速车辆具有重要的理论意义和应用价值。目前对桥梁上车辆移动荷载的监测主要为传统的地磅和BWIM(Bridgeweigh-in-motion，桥梁动态称重)。前者需要停车或以极低速度行驶导致识别效率低，并且需要设置专用的称重站，维护成本高；后者采用安装传感器，利用计算机处理数据并分析结果的现代化方法。虽然较传统方式大大提高了效率，降低了成本；但是安装在桥面的磁带式或压感式传感器存在使用寿命低和安装维护需要中断交通的缺点，而FAD(Free-of-axle-detector)传感器(非路面式车轴探测传感器)对车辆横向行驶位置很敏感，即车辆行驶位置的改变可能导致识别结果精度下降，甚至无法识别。为此本人的专利201610114464.4公开了一种用于桥梁的车轴识别方法及系统，使用桥梁全局响应进行车辆轴距识别，车辆识别结果更为可靠，进而能准确识别车辆轴距和速度。但是上述通过建立两座虚拟简支梁的方案，并由响应时程曲线来实现车轴数判断的方法需要每车道至少4个到至多6个传感器来达到识别的目的，存在需要传感器数量较多等缺点，且隔离响应的计算过程较为复杂。为了解决以上问题，本专利技术人重新提出一种操作更为简单、所需传感器更少的识别桥上行驶车辆车轴数量、轴距和车速的方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种识别桥上行驶车辆车轴数量、轴距和速度的方法和系统，以解决FAD传感器稳定性和识别精度较差，识别结果易受车辆横向行驶位置影响，应用范围小的技术问题。另外，专利201610114464.4基于“虚拟简支梁”原理，通过信号处理获得桥梁隔离响应，进而识别车辆车轴和速度信息；本专利基于新提出的“等效剪力”原理，通过简单的加减法运算获得名义等效剪力，然后对名义等效剪力进行信号处理以获得车辆的轴数、轴距和速度信息。相对于专利201610114464.4，本专利技术以较少的传感器数量和较简单的方法取得了更为可靠和准确的结果。同时识别系统更为简单、功能更全，操作维护也更加方便轻松。两种方法的核心理论分别基于不同的力学原理，故本专利技术不能直接从专利201610114464.4类推得到。为实现上述目的，本专利技术提供的一种识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法。包括以下步骤：S1：沿桥梁纵长方向标记共包含3～4个截面的两个截面组；S2：采集测量两个截面组处的桥梁时程响应，根据时程响应分别构建两条名义等效剪力曲线；S3：对名义等效剪力曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N。作为本专利技术的方法的进一步改进：优选地，步骤S1包括以下步骤：S101：在桥梁上依次标记两个截面P1,Q1，称为第一截面组，其x坐标分别为xp1,xq1；按照相同步骤再依次标记两个截面P2,Q2，称为第二截面组，其x坐标分别为xp2,xq2；两个截面组的x坐标满足如下条件：满足上述条件(1)的情形包括以下两种：S101A：两个截面组中所有截面的x坐标均不相同,此时两个截面组中共有4个不同截面；S101B：两组截面各坐标除满足条件(1)，同时满足以下条件：xq1＝xp2此时两个截面组中有1个截面相同，故两个截面组共有3个不同截面；S102：在桥梁上标记两个截面组的3～4个截面，并记P1Q1的长度记为l1，P2Q2的长度为l2，两个截面组中心之间的长度为L，并在两个截面组的3～4个截面处安装采集正应变的传感器。优选地，步骤S2中，等效剪力的计算方法包括以下步骤：S201：将采集得到的桥梁正应变ε代入公式(2)，计算得到2组名义等效剪力ESF1和ESF2：式中j＝1,2，分别表示第一截面组和第二截面组，E表示桥梁结构的材料弹性模量，W表示截面抵抗矩，lj表示第j个截面组的长度，表示Qj截面采集的得到的桥梁正应变；表示Pj截面采集的得到的桥梁正应变；表示第j个截面组所夹梁段中间截面处的等效剪力。【公式(2)为理论公式，实际应用中只需测量而无需知道lj,E,W,的真实值】该式由以下公式(3)、(4)推导而来。Ms＝EWεs,s＝{P1,Q1,P2,Q2}(3)其中Ms(s＝Pj,Qj；j＝1,2)为各截面的理论弯矩，E表示桥梁结构的材料弹性模量，εs表示某个截面处的应变，W表示截面抵抗矩；优选地，步骤S3完成后，方法还包括车速与轴距识别步骤：S4：分别提取两条名义等效剪力曲线ESF1和ESF2上局部峰值出现的时刻，其中，名义等效剪力曲线ESF1上的各局部峰值点出现的时刻按顺序记录为名义等效剪力曲线ESF2上的各局部峰值点出现的时刻按顺序记录为S5：由提取的名义等效剪力曲线局部峰值时刻计算得到车速；S6：根据车速，计算得到任意相邻车轴的两组待选轴距值：其中，i为车辆车轴序数，代表车辆的第i个车轴；j为截面组序数；为利用第j个截面组识别得到的第i个轴距值；S7：通过已知车辆进行校验，从两组待选轴距值取与真实的车轴轴距更接近的一组待选轴距值，或者取两组待选轴距值的平均值，作为识别的轴距值。优选地，步骤S5，包括以下步骤：S501：利用获取的2N组时刻值可计算得到N个识别速度值，记为集合V：其中，vk为第k个识别速度值，L为两个截面组中心之间的纵向距离；S502：对集合V中的元素进行数据处理可得v，数据处理方法为以下三者之一：S502A：取V中的若干个元素的平均值，即：S502B：取V中的若干个元素的有效值，即：S502C：取V中的若干个元素的中位数，即：其中，NE为从V中任取若干个元素进行计算时元素的个数。作为一个总的技术构思，本专利技术还提供了一种采用上述方法识别桥上行驶车辆车轴和速度的车轴和车速识别系统，包括：传感器，安装于共包含3～4个截面的两个截面组处，用于将桥梁弯曲正应变转换为电信号输出。传感器为应变传感器；且只需要在承受主要车辆荷载的横向位置安装传感器，即桥梁跨中或车道正中位置安装传感器，而不需要在每一车道横向位置均安装传感器；传感器的纵向安装位置为3～4个截面处，传感器安装位置的纵向距离应使得待识别的最小车辆的轴距dmin(dmin通常按照用户的需求设定)不小于其距离的1.5倍；信号处理系统，连接于传感器和数据处理系统之间，用于对传感器采集的桥梁弯曲正应变的电信号进行除杂处理并且转换为模拟信号输出，除杂处理包括通过低通滤波器对电信号进行低通滤波以去除高频干扰信号。数据处理系统，用于根据弯曲正应变计算并构建名义等效剪力曲线，并对名义等效剪力曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N。还用于通过名义等效剪力曲线，计算车辆速度和轴距。监控系统，用于根据数据处理结果进行实时预警和数据统计，将车辆的轴距dmin不满足系统要求，或者轴距过小、车辆的速度超过限值等警告信息以及车数和轴距的数据处理等统计信息返回给用户终端。数据库服务器，用于接收来自监控系统和用户终端的数据，并进行云端存储。该数据传输可使用有线或无线连接并传输。多用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：沿桥梁纵长方向标记共包含3～4个截面的两个截面组；S2：采集测量两个截面组处的桥梁弯曲正应变，根据所述弯曲正应变计算得到两组名义等效剪力，将所述两组名义等效剪力分别构建两条名义等效剪力曲线；S3：对所述名义等效剪力曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N。

【技术特征摘要】
1.一种用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：沿桥梁纵长方向标记共包含3～4个截面的两个截面组；S2：采集测量两个截面组处的桥梁弯曲正应变，根据所述弯曲正应变计算得到两组名义等效剪力，将所述两组名义等效剪力分别构建两条名义等效剪力曲线；S3：对所述名义等效剪力曲线上的局部峰值数量进行统计，得到车辆轴或者轴组的数量N。2.根据权利要求1所述的用于识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S101：在桥梁上依次标记两个截面P1,Q1，称为第一截面组，其x坐标分别为xp1,xq1；按照相同步骤再依次标记两个截面P2,Q2，称为第二截面组，其x坐标分别为xp2,xq2；两个截面组的x坐标满足如下条件：满足上述条件(1)的情形包括以下两种：S101A：两个截面组中所有截面的x坐标均不相同,此时两个截面组中共有4个不同截面；S101B：两组截面各坐标除满足条件(1)，同时满足以下条件：xq1＝xp2此时两个截面组中有1个截面相同，故两个截面组共有3个不同截面；S102：在桥梁上标记两个截面组的3～4个截面，并记P1Q1的长度记为l1，P2Q2的长度为l2，两个截面组中心之间的长度为L，并在两个截面组的3～4个截面处安装采集正应变的传感器。3.根据权利要求1所述的识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：S201：将采集得到的桥梁正应变ε代入公式(2)，计算得到2组名义等效剪力ESF1和ESF2：式中j＝1,2，分别表示第一截面组和第二截面组，其中，E表示桥梁结构的材料弹性模量，W表示截面抵抗矩，表示Qj截面采集的得到的桥梁正应变，表示Pj截面采集的得到的桥梁正应变，表示第j个截面组所夹梁段中间截面处的等效剪力。4.根据权利要求1至3中任一项所述的识别桥上行驶车辆车轴和速度的方法，其特征在于，所述步骤S3完成后，所述方法还包括轴距识别步骤：S4：分别提取两条名义等效剪力曲线ESF1和ESF2上局部峰值出现的时刻，其中，名义等效剪力曲线ESF1上的各局部峰值点出现的时刻按顺序记录为名义等效剪力曲线ESF2上的各局部峰值点出现的时刻按顺序记录为S5：识别车速v；S6：根据所述车速，计算得到两组待选轴距值：其中，i为车辆车轴序数，代表车辆的第i个车轴；j为截面组序数；为利用第j个截面组识别得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓露，何维，杨远亮，俞扬，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43