一种桥梁线形监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种桥梁线形监测系统及方法，属于铁路桥梁监测技术领域，包括设置在桥体上的多个监测靶标和信息采集设备以及与信息采集设备相连的数据处理装置，其通过信息采集设备对各监测靶标的相对位置进行实时监测，并传送至数据处理装置进行记录并解算，确定动态下桥梁的线形。其通过间隔设置在桥体上的监测装置实时对桥梁线形进行测量，其测量范围广、精度高、频率高，创新突破了超大跨度铁路桥梁如何监测获取高频列车行驶过程主梁线形的技术难题，能够及时发现潜在的病害和风险，具有较好的经济和社会效益，具有广泛的应用前景。景。景。

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁线形监测系统及方法


[0001]本专利技术属于铁路桥梁监测
，具体涉及一种桥梁线形监测系统及方法。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，桥梁的使用功能也逐渐变多，尤其是随着大跨度桥梁的出现，桥梁在交通运输领域中起到越来越重要的作用。由于随着桥梁使用频率逐渐增多，其结构会发生各种损伤、变形等，其直接影响到桥梁的承载能力，进而威胁到桥上车辆及行人的安全，因此需要对桥梁的健康状况进行安全监测，可以及时发现问题并对其进行加固维护。
[0003]其中，桥梁线形作为主梁结构刚度的重要指标，是铁路运营的重点监测对象。当桥梁跨度较大时，桥体受风力、车辆荷载的影响较大，其沿跨度方向上的线形不断发生变化，当线形变化剧烈时对桥梁安全的影响较大，因此，需要对桥梁的线形进行实时监测，以及时发现潜在的病害和风险。
[0004]目前，常用的线形监测手段主要有人工标定测量、静力水准仪或压力变送器监测、视频数字图像测量、GPS或GNSS设备测量等，其中人工标定测量法一般是在夜间巡检时进行测量，受夜间光线等环境因素的影响，其测量数据误差较大，且人工效率低，无法实时获得列车运营时刻桥梁关键位置的横、竖向动态形变位移；静力水准仪或压力变送器监测法，虽然该方法可以，达到连续测量的目的，但容易受到漏液、填充液挥发等影响，稳定性差，且无法实现高频率采集，对列车高频行驶作用下主梁线形的监测具有较大的局限性；视频数字图像测量虽然能够通过计算照片不同时刻二维像素点间距判断位移变化情况，但照片像素分析数据时间过长，无法实时监测列车高频振动位移响应情况，存在一定分析滞后性及功能缺陷性；GPS或GNSS设备测量法虽然能够通过在关键位置布设点位来监测桥梁三向变形情况，但其精度较差，且费用昂贵，不利于推广应用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本专利技术提供了一种桥梁线形监测系统及方法，能够实现对超大跨桥梁线形进行实时监测的同时，提高实时监测精度，降低测量误差。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的一个方面，提供一种桥梁线形监测系统，其包括监测靶标、信息采集设备和数据处理装置；
[0007]所述监测靶标设置在桥梁主跨上，用于显示该桥梁主跨对应位置的竖向位移；且所述监测靶标为间隔设置的多个，且部分或者全部相邻两监测靶标之间具有一定的纵向间距；
[0008]所述信息采集设备包括至少一个第一图像采集单元和至少一个第二图像采集单元；所述第一图像采集单元设置在桥梁主跨支撑位置处，其可作为基准点以对监测靶标和第二图像采集单元的位置进行标定，并对量程区域内的监测靶标和第二图像采集单元的位置进行实时监测；所述第二图像采集单元设置在所述桥梁主跨的中部，用于对该第二图像
采集单元量程区域内的监测靶标进行实时监测；
[0009]同时，任意相邻两图像采集单元中的一个单元处于另一个单元的量程区域内；
[0010]所述数据处理装置与所述信息采集设备通信连接，用于将信息采集设备采集的信息进行记录，并解算出各监测靶标的竖向位移量，确定动态下桥梁的线形。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述第二图像采集单元的个数为多个，且任意相邻两所述第二图像采集单元中背离所述第一图像采集单元的一个单元在另一单元的量程内。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述第一图像采集单元的个数为两个，使得所述第二图像采集单元以任一所述第一图像采集单元为基准点对监测靶标进行监测。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述第一图像采集单元的个数为两个，且相邻两图像采集单元均设置在对方的量程区域内。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述信息采集设备还包括倾角仪，其与图像采集单元同步设置，用于实时监测图像采集单元自身的倾角变化；
[0015]和/或
[0016]在所述第一图像采集单元量程内设置有基准靶标，使其作为静置点对所述第一图像采集单元的位置进行校准。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述数据处理装置包括数据采集模块、时序数据库模块、边缘计算机管理模块、感知图表展示模块和传输服务模块；
[0018]所述数据采集模块用于定时从信息采集设备接收监测数据；所述时序数据模块用于根据时间顺序储存监测数据；所述边缘计算机管理模块中布设分析程序，对监测数据进行分析计算，并进行线上报告管理；所述感知图表展示模块用于根据数据分析结果生成图表，表征监测数据指标；所述传输服务模块用于将数据指标图表传输至终端设备。
[0019]本专利技术的另一个方面，提供一种桥梁线形监测方法，包括如下步骤：
[0020](1)根据监测需求对靶标、信息采集设备和数据处理装置进行布置和安装，并将匹配的位移几何算法程序置于数据处理装置中；
[0021](2)利用信息采集设备采集各靶标及各图像采集单元的位置初始值，并传送至数据处理装置；
[0022](3)利用信息采集设备对桥梁进行实时监测，提取列车过桥时各靶标和各图像采集单元相对位置的实测值，并传送至数据处理装置；
[0023](4)数据处理装置利用内置的位移几何算法程序，计算各监测靶标和第二图像采集单元相对各自位置初始值的实际竖向位移量，并根据检测靶标的竖向位移量得到动态下桥梁的线形。
[0024]作为本专利技术的进一步改进，步骤(4)中各监测点实际竖向位移量的计算方法包括如下步骤：
[0025](4.1)利用图像采集单元成像原理，计算各监测点与对应的图像采集单元中心线之间的垂直距离z；
[0026](4.2)计算各监测点相对其对应的图像采集单元的位移量，当倾角仪与所述图像采集单元同步设置时，其具体计算方法为：
[0027][0028]其中，x为监测点与对应的图像采集单元之间的纵向距离；θ为监测点对应的图像采集单元的竖向转角值，且该转角绕水平轴顺时针为正值、逆时针为负值；z为监测点距对应的图像采集单元中心线的竖向Z轴距离；
[0029](4.3)计算各监测点的实际竖向位移量，其具体计算方法为：
[0030]z
实
＝z
实g
+z
相
[0031]其中，z
实g
为监测点对应的图像采集单元的实际竖向位移量。
[0032]作为本专利技术的进一步改进，步骤(4.1)中各监测点与对应的图像采集单元中心线之间的垂直距离z的计算方法具体包括如下步骤：
[0033](4.1.1)在桥梁主跨外设置基准靶标；
[0034](4.1.2)计算监测点与对应的图像采集单元中心线之间的垂直距离z
[0035][0036]其中，x
d
为监测点与对应图像采集单元的纵向距离，z1为监测点在对应图像采集单元中成像的竖向坐标值，f
d
为图像采集单元的镜头焦距，x0为基准靶标与对应第一图像采集单元的纵向距离，z0为基准靶标在对应第一图像采集单元中成像的竖向坐标值。
[0037]作为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥梁线形监测系统，其特征在于，包括监测靶标、信息采集设备和数据处理装置；所述监测靶标设置在桥梁主跨上，用于显示该桥梁主跨对应位置的竖向位移；且所述监测靶标为间隔设置的多个，且部分或者全部相邻两监测靶标之间具有一定的纵向间距；所述信息采集设备包括至少一个第一图像采集单元和至少一个第二图像采集单元；所述第一图像采集单元设置在桥梁主跨支撑位置处，其可作为基准点以对监测靶标和第二图像采集单元的位置进行标定，并对量程区域内的监测靶标和第二图像采集单元的位置进行实时监测；所述第二图像采集单元设置在所述桥梁主跨的中部，用于对该第二图像采集单元量程区域内的监测靶标进行实时监测；同时，任意相邻两图像采集单元中的一个单元处于另一个单元的量程区域内；所述数据处理装置与所述信息采集设备通信连接，用于将信息采集设备采集的信息进行记录，并解算出各监测靶标的竖向位移量，确定动态下桥梁的线形。2.根据权利要求1所述的桥梁线形监测系统，其特征在于，所述第二图像采集单元的个数为多个，且任意相邻两所述第二图像采集单元中背离所述第一图像采集单元的一个单元在另一单元的量程内。3.根据权利要求1所述的桥梁线形监测系统，其特征在于，所述第一图像采集单元的个数为两个，使得所述第二图像采集单元以任一所述第一图像采集单元为基准点对监测靶标进行监测。4.根据权利要求1所述的桥梁线形监测系统，其特征在于，所述第一图像采集单元的个数为两个，且相邻两图像采集单元均设置在对方的量程区域内。5.根据权利要求1～4中任一项所述的桥梁线形监测系统，其特征在于，所述信息采集设备还包括倾角仪，其与图像采集单元同步设置，用于实时监测图像采集单元自身的倾角变化；和/或在所述第一图像采集单元量程内设置有基准靶标，使其作为静置点对所述第一图像采集单元的位置进行校准。6.根据权利要求1～4中任一项所述的桥梁线形监测系统，其特征在于，所述数据处理装置包括数据采集模块、时序数据库模块、边缘计算机管理模块、感知图表展示模块和传输服务模块；所述数据采集模块用于定时从信息采集设备接收监测数据；所述时序数据模块用于根据时间顺序储存监测数据；所述边缘计算机管理模块中布设分析程序，对监测数据进行分析计算，并进行线上报告管理；所述感知图表展示模块用于根据数据分析结果生成图表，表征监测数据指标；所述传输服务模块用于将数据指标图表传输至终端设备。7.一种桥梁线形监测方法，用于权利要求1～6中任一项所述的桥梁线形监测...

【专利技术属性】
技术研发人员：文望青，梁金宝，曹阳梅，严爱国，殷鹏程，瞿国钊，张晓江，罗春林，周继，印涛，夏正春，李的平，赵丹阳，姜洪劲，王小飞，
申请(专利权)人：中铁第四勘察设计院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：