一种基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统及方法，所述方法包括：获取高铁桥梁的历史监测数据，并进行数据预处理，构建为样本集；其中，历史监测数据包括不同交通状况、不同损伤等级的监测数据；基于卷积神经网络构建不同交通状况下的高铁桥梁损伤识别模型，并通过样本集对各所高铁桥梁损伤识别模型进行训练；通过布设在待测高铁桥梁各线路的压电传感器获取实时监测数据，并通过实时监测数据获取高铁桥梁的交通状况；基于高铁桥梁的交通状况，将待测高铁桥梁的实时监测数据输入训练好的相应高铁桥梁损伤识别模型，得到待测高铁桥梁的损伤等级，完成高铁桥梁健康度监测。本发明专利技术能够对高铁桥梁的健康度进行实时、准确地监测。

【技术实现步骤摘要】
一种基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统及方法
本专利技术涉及高铁桥梁健康度监测
，特别是涉及一种基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统及方法。
技术介绍
随着我国高速铁路的迅猛发展，高速铁路的规模日益增大。高速铁路的高速度、高舒适性、高安全性等特点对土建工程提出了极其严格的要求。相对于公路或普速铁路，高速铁路荷载更重，对于高速铁路上的大型特殊结构桥梁而言，往往承受的不仅仅是双线铁路荷载，而是四线，甚至还搭载两条轻轨线路或公路桥面，要求相应桥梁具有足够的承载能力；同时，高速列车通过桥梁会引起桥梁的振动，桥梁的振动又会加剧列车的振动，即车桥耦合振动，为保证高速行车的安全性与乘客的舒适性，高速铁路桥梁必须具备良好的车桥耦合振动等动力性能；另外，高速铁路桥梁通常是高速铁路线路上的控制性工程，一次投资巨大，在高速铁路线路运营过程中，一旦桥梁发生问题将会严重影响线路通行，并会导致巨大的经济损失，因此，其设计寿命基准期内，高速铁路桥梁应当具备足够抵抗自然界的风、地震等荷载作用的能力。然而，由于车、桥之间的耦合作用，加之桥梁结构本身长期处于环境侵蚀、材料老化和列车荷载的疲劳效应等因素的共同作用下，将不可避免地导致结构的损伤累积和抗力衰减，这必然影响结乘客的舒适度，而且导致抵抗自然灾害甚至正常环境作用的能力下降，极端情况下引发灾难性地突发事故。因此，提供一种基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统及方法显得尤为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统及方法，以解决现有技术的问题，能够对高铁桥梁的健康度进行实时、准确地监测，保障乘客的舒适度，并为高速列车的安全运行提供保障。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统，包括：数据采集系统、云数据库、数据传输系统、数据处理系统；所述数据采集系统通过所述数据传输系统与所述数据处理系统连接，所述云数据库与所述数据处理系统连接；所述数据采集系统采用压电传感器，所述压电传感器布设于所述高铁桥梁的各线路上，用于实时采集高铁桥梁的监测数据；所述云数据库用于存储高铁桥梁处于不同交通状况以及处于不同损伤等级时，所述压电传感器所采集的历史监测数据；所述数据处理系统位于监测终端，基于所述云数据库中存储的历史数据、所述数据采集系统实时采集的待测高铁桥梁的监测数据，获取所述高铁桥梁的损伤等级，完成所述高铁桥梁的健康度监测；所述数据传输系统用于将所述数据采集系统所采集的数据传输至所述数据处理系统。优选地，所述数据传输系统采用ZigBee无线数据传输系统。优选地，所述数据处理系统还连接有显示装置，所述显示装置用于对待测高铁桥梁的健康度监测结果进行实时显示。优选地，所述数据处理系统还连接有预警系统，待测高铁桥梁的损伤等级高于预设等级，则进行预警。本专利技术还提供一种基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测方法，包括如下步骤：获取高铁桥梁的历史监测数据，并对所获取的历史监测数据进行数据预处理，构建为样本集；其中，所述历史监测数据包括不同交通状况、不同损伤等级的监测数据；基于卷积神经网络构建不同交通状况下的高铁桥梁损伤识别模型，并通过所述样本集对各所高铁桥梁损伤识别模型进行训练；通过布设在待测高铁桥梁各线路的压电传感器获取实时监测数据，并通过所述实时监测数据获取所述高铁桥梁的交通状况；基于高铁桥梁的交通状况，将待测高铁桥梁的实时监测数据输入训练好的相应高铁桥梁损伤识别模型，得到待测高铁桥梁的损伤等级，完成高铁桥梁健康度监测。优选地，所述数据预处理包括：离群点检测及修正、加标签处理。优选地，离群点检测采用基于密度的离群点检测方法，离群点修正的方法为：对离群点前、后相邻的数据取均值，并通过所述均值对所述离群点进行替换；若离群点为所获取数据段的端点，则通过所述离群点的相邻的点的值，对所述离群点进行替换。优选地，所述卷积神经网络包括：输入层、若干个卷积层、第一隐藏层、第二隐藏层、全连接层、输出层；所述输入层与若干个所述卷积层连接，其中，若干个所述卷积层并行连接，且每个所述卷积层连接有一个池化层，若干个所述池化层均与所述第一隐藏层连接，所述第一隐藏层、第二隐藏层、全连接层、输出层依次连接；其中，若干个所述卷积层的卷积核大小均不相同。优选地，将高铁桥梁各线路监测数据与预设阈值进行比较，大于或等于预设阈值，则代表该线路有列车通过，小于预设阈值，则代表该线路没有列车通过，基于列车通过的线路得到高铁桥梁的交通状况。优选地，待测高铁桥梁的损伤等级高于预设等级，则进行预警。本专利技术公开了以下技术效果：(1)本专利技术提供了一种基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统及方法，基于卷积神经网络构建高铁桥梁损伤识别模型，并从云数据库中获取历史监测数据对高铁桥梁损伤识别模型进行训练，通过识别结果对历史监测数据进行更新，从而能够有效提高高铁桥梁损伤识别模型的识别精度；同时，本专利技术构建不同交通状况下的高铁桥梁损伤识别模型，并通过实时监测数据获取高铁桥梁的交通状况，从而针对不同的交通状况选择相应的高铁桥梁损伤识别模型进行损伤等级的识别，能够有效提高识别精度。(2)本专利技术不需要人为参与，能够自动对高铁桥梁的健康度进行实时监测，有效降低了人为漏监测/误监测的概率，提高了监测精度及实时性，降低了监测成本，且高铁桥梁的损伤等级高于预设等级能够自动进行预警，使得监管人员能够快速准确地确定发生损伤的位置，降低了高速列车的行车风险。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统结构示意图；图2为本专利技术基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测方法流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。参照图1所示，本实施例提供一种基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统，包括：数据采集系统、云数据库、数据传输系统、数据处理系统；所述数据采集系统通过所述数据传输系统与所述数据处理系统连接，所述云数据库与所述数据处理系统连接；所述数据采集系统采用压电传感器，所述压电传感器布设于所述高铁桥梁的各线路上，每条线路上均匀布设有若干个压电传感器，每个所述压电传感器设有编号；通过所述高铁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统，其特征在于，包括：数据采集系统、云数据库、数据传输系统、数据处理系统；所述数据采集系统通过所述数据传输系统与所述数据处理系统连接，所述云数据库与所述数据处理系统连接；/n所述数据采集系统采用压电传感器，所述压电传感器布设于所述高铁桥梁的各线路上，用于实时采集高铁桥梁的监测数据；/n所述云数据库用于存储高铁桥梁处于不同交通状况以及处于不同损伤等级时，所述压电传感器所采集的历史监测数据；/n所述数据处理系统位于监测终端，基于所述云数据库中存储的历史数据、所述数据采集系统实时采集的待测高铁桥梁的监测数据，获取所述高铁桥梁的损伤等级，完成所述高铁桥梁的健康度监测；/n所述数据传输系统用于将所述数据采集系统所采集的数据传输至所述数据处理系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统，其特征在于，包括：数据采集系统、云数据库、数据传输系统、数据处理系统；所述数据采集系统通过所述数据传输系统与所述数据处理系统连接，所述云数据库与所述数据处理系统连接；
所述数据采集系统采用压电传感器，所述压电传感器布设于所述高铁桥梁的各线路上，用于实时采集高铁桥梁的监测数据；
所述云数据库用于存储高铁桥梁处于不同交通状况以及处于不同损伤等级时，所述压电传感器所采集的历史监测数据；
所述数据处理系统位于监测终端，基于所述云数据库中存储的历史数据、所述数据采集系统实时采集的待测高铁桥梁的监测数据，获取所述高铁桥梁的损伤等级，完成所述高铁桥梁的健康度监测；
所述数据传输系统用于将所述数据采集系统所采集的数据传输至所述数据处理系统。


2.根据权利要求1所述的基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统，其特征在于，所述数据传输系统采用ZigBee无线数据传输系统。


3.根据权利要求1所述的基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统，其特征在于，所述数据处理系统还连接有显示装置，所述显示装置用于对待测高铁桥梁的健康度监测结果进行实时显示。


4.根据权利要求1所述的基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测系统，其特征在于，所述数据处理系统还连接有预警系统，待测高铁桥梁的损伤等级高于预设等级，则进行预警。


5.根据权利要求1-4任一项所述的基于压电传感器的高铁桥梁健康度监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
获取高铁桥梁的历史监测数据，并对所获取的历史监测数据进行数据预处理，构建为样本集；其中，所述历史监测数据包括不同交通状况、不同损伤等级的监测数据；
基于卷积神经网络构建不同交通状况下的高铁桥梁损伤识别模型，并通过所述样本集对各所高...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨旭姣，常广利，李梓赫，
申请(专利权)人：北华大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22