專利名稱：鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的進步以及交通運輸?shù)男枨?，實時橋梁健康監(jiān)測技術(shù)逐步成為大型橋梁結(jié)構(gòu)災(zāi)害演化規(guī)律研究與安全保障的重要途徑。大型橋梁具有塔柱高、跨度大等特點， 其變形監(jiān)測的主要內(nèi)容包括橋梁墩臺沉降觀測、橋面線形與撓度觀測、主梁橫向水平位移觀測等。為進行上述各項目的測量，必須建立相應(yīng)的水平位移基準(zhǔn)網(wǎng)與沉降基準(zhǔn)網(wǎng)的觀測。 目前國內(nèi)外已有不少大跨徑橋梁布設(shè)了大型的健康監(jiān)測系統(tǒng)，主要進行振動、應(yīng)變及變形等結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)的實時監(jiān)測，并用于評估運營中橋梁的健康狀況。當(dāng)前對于橋梁形變監(jiān)測的實例已有很多，用常規(guī)方法進行大型橋梁的形變監(jiān)測， 存在諸多限制和不便。如全站儀存在各測點不同步，大變形難測量，實時性差，觀測條件受天氣條件影響大，測站到輔助目標(biāo)的距離有限等缺點；而位移傳感器同時也存在著難以接近的點無法測量，橫向位移測量有困難，受大氣環(huán)境條件影響等缺點。較之傳統(tǒng)的測量方式來說，采用衛(wèi)星定位進行橋梁監(jiān)測不僅可以實現(xiàn)全天候、不間斷的三維高精度測量，而且量程大，參考站和監(jiān)測站距離幾乎不受限制，延遲短、實時性強，各測點能夠?qū)崿F(xiàn)同步測量。因此當(dāng)前眾多的橋梁形變監(jiān)測一般采用的是全球衛(wèi)星系統(tǒng)(GPQ技術(shù)美國在1992年利用 GPS對密西西比河上的一座斜拉橋進行了監(jiān)測，其目的在于評估GPS在橋梁變形監(jiān)測中可行性，包括精度指標(biāo)，實用性以及不足之處等；日本在此領(lǐng)域也進行了多年的嘗試，并用三臺采樣率為IOHz的GPS接收機觀測Akashi-Kaikyo大橋的動態(tài)變形；我國也對虎門橋、江陰長江大橋等進行了 GPS監(jiān)測大橋變形的可行性評估。然而，上述橋梁監(jiān)測系統(tǒng)所針對的是公路橋梁，而目前對于具有自身特點的鐵路橋梁還沒有有效的橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，而且單純采用監(jiān)測公路橋梁狀態(tài)所利用的GPS技術(shù)，并不能很好地觀測鐵路橋梁微觀變化。由于當(dāng)前眾多的鐵路橋梁建設(shè)已有多年，而鐵路橋梁的安全性嚴(yán)重影響鐵路的安全運營，因此鐵路橋的監(jiān)測勢在必行。

實用新型內(nèi)容本實用新型針對現(xiàn)有的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)不能有效適于監(jiān)測鐵路橋梁、不能觀測鐵路橋梁微觀變化的問題，提供了一種鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)，能夠?qū)⒑暧^和微觀監(jiān)測相結(jié)合，適用于鐵路橋梁監(jiān)測本實用新型提供的鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)包括橋梁位移GPS監(jiān)測裝置、橋梁微觀位移監(jiān)測裝置以及中心解算服務(wù)器，所述橋梁微觀位移監(jiān)測裝置包括應(yīng)變監(jiān)測單元和接縫位移監(jiān)測單元中的至少一者，所述橋梁位移GPS監(jiān)測裝置、橋梁微觀位移監(jiān)測裝置均設(shè)置在鐵路橋梁上的監(jiān)測位置附近，且連接到中心解算服務(wù)器并發(fā)送信號到用于對接收到的信號進行解算的所述中心解算服務(wù)器。優(yōu)選地，所述鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)還包括設(shè)置在鐵路橋梁上的監(jiān)測位置附近并且連接到中心解算服務(wù)器的溫度監(jiān)測裝置。優(yōu)選地，所述溫度監(jiān)測裝置為光纖光柵溫度傳感器。優(yōu)選地，所述鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)還包括無線通信裝置和網(wǎng)絡(luò)(Web)服務(wù)器，所述中心解算服務(wù)器通過無線通信裝置連接到Web服務(wù)器。優(yōu)選地，所述鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)還包括連接到Web服務(wù)器的顯示裝置。優(yōu)選地，所述無線通信裝置為GPRS無線通信裝置。其中，所述橋梁位移GPS監(jiān)測裝置可以包括GPS參考站和GPS監(jiān)測站。所述應(yīng)變監(jiān)測單元可以為表面式光纖光柵應(yīng)變計。所述接縫位移監(jiān)測單元可以為表面式光纖光柵位移計。本實用新型提供的鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)由于包括橋梁位移GPS監(jiān)測裝置、橋梁微觀位移監(jiān)測裝置以及中心解算服務(wù)器等，其與現(xiàn)有橋梁監(jiān)測技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點首先，宏、微觀監(jiān)測方式相結(jié)合本實用新型采用橋梁位移GPS監(jiān)測裝置類似的宏觀位移監(jiān)測裝置和諸如光纖光柵傳感器之類的微觀位移監(jiān)測裝置相結(jié)合的方式，其中橋梁位移GPS監(jiān)測裝置可以實現(xiàn)全天候、不間斷、高精度的對測點三維位移進行監(jiān)測，可以作為長期安全監(jiān)測的有效參考數(shù)據(jù)；諸如光纖光柵傳感器之類的微觀位移監(jiān)測裝置可以包括表面式光纖光柵應(yīng)變計、表面式光纖光柵位移計、光纖光柵溫度傳感器等，監(jiān)測數(shù)據(jù)精度高、 實時性強，可以作為短期實時安全監(jiān)測的有效參考數(shù)據(jù)。其次，監(jiān)測數(shù)據(jù)指標(biāo)全面由于本系統(tǒng)中包含了橋梁位移GPS監(jiān)測裝置、應(yīng)變監(jiān)測單元、接縫位移監(jiān)測單元，優(yōu)選實施方式還包括溫度監(jiān)測裝置，因此本系統(tǒng)可以實現(xiàn)一般的宏觀位移監(jiān)測，同時又引入了應(yīng)變監(jiān)測、接縫位移監(jiān)測和溫度監(jiān)測。此外，本實用新型的優(yōu)選實施方式利用GPRS無線通信裝置將中心解算服務(wù)器解算后的數(shù)據(jù)傳送到遠端Web服務(wù)器，有利于數(shù)據(jù)的集中收集、監(jiān)測以及處理，比如可以形成日志、報表和安全告警信息等方便用戶查看。

圖1是本實用新型提供的鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)圖；圖2是本實用新型提供的鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的各組件的安裝位置圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型所述的鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括橋梁位移GPS監(jiān)測裝置10、橋梁微觀位移監(jiān)測裝置20以及中心解算服務(wù)器40，所述橋梁微觀位移監(jiān)測裝置20 包括應(yīng)變監(jiān)測單元201和接縫位移監(jiān)測單元202中的至少一者，所述橋梁位移GPS監(jiān)測裝置10、橋梁微觀位移監(jiān)測裝置20均設(shè)置在鐵路橋梁上的監(jiān)測位置附近，且連接到中心解算服務(wù)器40并發(fā)送信號到用于對接收到的信號進行解算的所述中心解算服務(wù)器40。為了提高橋梁位移GPS監(jiān)測裝置10測位移的精確度，通常采用GPS相對定位方式，即橋梁位移GPS監(jiān)測裝置10可以包括GPS監(jiān)測站和GPS參考站這兩個GPS站。所述 GPS監(jiān)測站和所述GPS參考站各自均包括GPS衛(wèi)星信號接收天線和GPS接收機。如圖2所示，所述GPS監(jiān)測站中的GPS衛(wèi)星接收天線可以設(shè)置在鐵路橋梁上的安裝點1處的接觸網(wǎng)立桿上，所述GPS監(jiān)測站中的GPS接收機可以設(shè)置在鐵路橋梁橋梁安裝點1處的橋面安全港區(qū)域。所述GPS參考站中的GPS衛(wèi)星信號接收天線和GPS接收機可以設(shè)置在鐵路橋梁橋頭附近的安裝點2。所述GPS監(jiān)測站和GPS參考站同步觀測相同的GPS衛(wèi)星，該GPS參考站
4和GPS監(jiān)測站的各自的接收天線接收衛(wèi)星載波信號后傳輸?shù)礁髯缘慕邮諜C，然后接收機將采集的信號通過傳輸光纜傳送到中心解算服務(wù)器40，中心解算服務(wù)器40通過解算軟件中的諸如擴展卡爾曼(Kalman)濾波模型之類的算法模型對接收到的衛(wèi)星定位信號進行處理分析，從而得到GPS監(jiān)測站相對于GPS參考站的高精度橋梁位移信息。針對中心解算服務(wù)器40對衛(wèi)星定位信號進行解算的處理分析過程，本領(lǐng)域技術(shù)人員已研究了多種實現(xiàn)方式， 例如，在《橋梁建設(shè)》2007年第5期，王永泉等人的論文“一種新的GPS變形監(jiān)測算法及其在東海大橋上的應(yīng)用”中對結(jié)合東海大橋的應(yīng)用介紹了一種新的GPS變形監(jiān)測算法，同濟大學(xué)姚平的碩士學(xué)位論文“GPS在橋梁監(jiān)測中的應(yīng)用研究”對于GPS橋梁變形監(jiān)測中的算法進行了詳細介紹。本實用新型提供的鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)中的中心解算服務(wù)器對于接收自GPS監(jiān)測裝置的信號的處理分析可以采用如上述文獻中公開的算法，也可以采用其他本領(lǐng)域公知的各種解算方法。所述橋梁微觀位移監(jiān)測裝置20優(yōu)選地包括應(yīng)變監(jiān)測單元201和接縫位移監(jiān)測單元202兩者。所述接縫位移監(jiān)測單元202可以為表面式光纖光柵位移計。所述應(yīng)變監(jiān)測單元201和所述接縫位移監(jiān)測單元202通過傳輸光纜將所采集的應(yīng)變、位移發(fā)送到中心解算服務(wù)器40，在中心解算服務(wù)器40處有光電轉(zhuǎn)換單元將所采集的各項指標(biāo)的光信號轉(zhuǎn)換為計算機可用的電信號，并可以由中心解算服務(wù)器40內(nèi)的處理軟件對所采集的應(yīng)變、位移進行記錄、分析。優(yōu)選地，所述鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)還包括設(shè)置在鐵路橋梁上的監(jiān)測位置附近并且連接到中心解算服務(wù)器40的溫度監(jiān)測裝置30。所述溫度監(jiān)測裝置30優(yōu)選為光纖光柵溫度傳感器?；诠饫w光柵技術(shù)的光纖光柵溫度傳感器，采用波長編碼技術(shù)，消除了光源功率波動及系統(tǒng)損耗的影響，適用于長期監(jiān)測。所述溫度監(jiān)測裝置30通過傳輸光纜將所采集的溫度發(fā)送到中心解算服務(wù)器40，在中心解算服務(wù)器40處有光電轉(zhuǎn)換單元將所采集的光信號轉(zhuǎn)換為計算機可用的電信號，并可以由中心結(jié)算服務(wù)器內(nèi)的處理軟件對所采集的溫度信息進行記錄、分析。光纖光柵應(yīng)變計、光纖光柵位移計、光纖光柵溫度傳感器等傳感設(shè)備可以設(shè)置在單體橋梁側(cè)面(即與另一單體橋梁連接處)或底面(即與橋墩連接處)處，或者設(shè)置在側(cè)面和底面兩者上。上述設(shè)備的數(shù)量根據(jù)需要可以為一個或多個。優(yōu)選地，所述鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)還包括無線通信裝置50和Web服務(wù)器60，所述中心解算服務(wù)器40通過無線通信裝置50連接到Web服務(wù)器60。這樣，所述鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)可以將中心解算服務(wù)器40解算后的數(shù)據(jù)通過無線通信裝置50傳送到遠端Web服務(wù)器 60，由此，在遠端Web服務(wù)器60處可以對數(shù)據(jù)進行集中收集、監(jiān)測以及處理。所述鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)還可以包括連接到Web服務(wù)器60的顯示裝置，以顯示橋梁狀態(tài)數(shù)據(jù)。所述無線通信裝置50可以為諸如GPRS無線通信裝置之類的任何無線通信裝置50，用于將中心解算服務(wù)器40解算后的數(shù)據(jù)傳送到Web服務(wù)器60。由此，所述中心解算服務(wù)器40將橋梁位移、應(yīng)變、接縫位移和溫度信息進行處理和分析之后發(fā)送給GPRS無線通信裝置50，GPRS無線通信裝置50將中心結(jié)算服務(wù)器接收和處理的監(jiān)測信息通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到Web服務(wù)器60，Web服務(wù)器60根據(jù)所接收的中心解算服務(wù)器40發(fā)送和處理的監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用軟件對所收集的信息進行綜合處理和分析，比如可以形成日志、報表和安全告警信息等，用戶可以通過與Web服務(wù)器60相連的顯示裝置以Web方式查看日志、報表和安全告警信息等。[0022] 以上所述實施方式僅用于說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本實用新型原理的前提下，對本實用新型的技術(shù)方案所做的改進或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括橋梁位移GPS監(jiān)測裝置 (10)、橋梁微觀位移監(jiān)測裝置00)以及中心解算服務(wù)器(40)，所述橋梁微觀位移監(jiān)測裝置 (20)包括應(yīng)變監(jiān)測單元(201)和接縫位移監(jiān)測單元O02)中的至少一者，所述橋梁位移 GPS監(jiān)測裝置(10)、橋梁微觀位移監(jiān)測裝置00)均設(shè)置在鐵路橋梁上的監(jiān)測位置附近，且連接到中心解算服務(wù)器GO)并發(fā)送信號到用于對接收到的信號進行解算的所述中心解算服務(wù)器(40)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路橋梁監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括設(shè)置在鐵路橋梁上的監(jiān)測位置附近并且連接到中心解算服務(wù)器GO)的溫度監(jiān)測裝置(30)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述溫度監(jiān)測裝置 (30)為光纖光柵溫度傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括無線通信裝置(50)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(60)，所述中心解算服務(wù)器00)通過無線通信裝置(50)連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(60)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包括連接到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(60)的顯示裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述無線通信裝置 (50)為GPRS無線通信裝置(50)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述橋梁位移GPS監(jiān)測裝置(10)包括GPS參考站和GPS監(jiān)測站。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述應(yīng)變監(jiān)測單元 (201)為表面式光纖光柵應(yīng)變計。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述接縫位移監(jiān)測單元(20 為表面式光纖光柵位移計。
專利摘要本實用新型提供了一種鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括橋梁位移GPS監(jiān)測裝置(10)、橋梁微觀位移監(jiān)測裝置(20)以及中心解算服務(wù)器(40)，所述橋梁微觀位移監(jiān)測裝置(20)包括應(yīng)變監(jiān)測單元(201)和接縫位移監(jiān)測單元(202)中的至少一者，所述橋梁位移GPS監(jiān)測裝置(10)、橋梁微觀位移監(jiān)測裝置(20)均設(shè)置在鐵路橋梁上的監(jiān)測位置附近，且連接到中心解算服務(wù)器(40)并發(fā)送信號到用于對接收到的信號進行解算的所述中心解算服務(wù)器(40)。本實用新型提供的鐵路橋梁狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，能夠從宏觀和微觀兩方面監(jiān)測鐵路橋梁狀態(tài)，且監(jiān)測數(shù)據(jù)指標(biāo)全面。
文檔編號G01B11/02GK201964883SQ20112006000
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月12日
發(fā)明者張立偉, 張青, 朱育民, 李新華, 荊濤, 榮林, 郝小平, 郭盡朝, 霍炎 申請人:中國神華能源股份有限公司, 北京交通大學(xué)