本發(fā)明涉及智慧橋梁監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及采用多種監(jiān)測手段進(jìn)行實(shí)現(xiàn)智慧橋梁的應(yīng)用研究，具體為一種基于多源檢測融合手段的智慧橋梁監(jiān)測系統(tǒng)，其中應(yīng)用了新型的分布式光纖傳感技術(shù)。

背景技術(shù)：

未來橋梁工程正在向更智能、更安全、更經(jīng)濟(jì)、更耐久等方向發(fā)展，我國自2015年提出“智慧橋梁”的概念，其中提到將互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與“云計(jì)算”等信息技術(shù)與橋梁管養(yǎng)技術(shù)的融合，用以保障大型橋梁的安全和耐久性等。

目前管養(yǎng)單位對橋梁進(jìn)行的一般定期、專項(xiàng)檢查耗費(fèi)大量人力、物力、財(cái)力，同時(shí)卻不能得到系統(tǒng)的、全面的、實(shí)時(shí)的橋梁健康狀態(tài)信息，無法對橋梁危險(xiǎn)情況做出及時(shí)預(yù)警，因此已呈現(xiàn)落伍趨勢。

現(xiàn)提出利用多種檢測手段，其中以分布式光纖傳感技術(shù)為主，搭建一個(gè)智慧橋梁監(jiān)測平臺。由于分布式光纖傳感技術(shù)集傳感與傳輸于一體，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離測量與監(jiān)控，相比傳統(tǒng)傳感器具有靈敏度高、信息容量大、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)，因而性價(jià)比更高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

目的在于搭建一種智慧橋梁監(jiān)測平臺，準(zhǔn)確、高效地獲取橋梁健康狀態(tài)方面實(shí)時(shí)信息，針對橋梁安全做出及時(shí)預(yù)警，同時(shí)提高管養(yǎng)工作效率。利用分布式光纖傳感技術(shù)等多種檢測手段搭建的橋梁健康監(jiān)測平臺，可以獲取橋梁有關(guān)溫度、應(yīng)變、變位等實(shí)時(shí)信息，及時(shí)高效地為橋梁管養(yǎng)單位提供全面的可靠的預(yù)警信息。

為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案。

設(shè)計(jì)一種基于多源檢測融合手段的智慧橋梁監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該監(jiān)測系統(tǒng)主要包括信息傳感系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊與傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析及處理系統(tǒng)和評估與報(bào)警系統(tǒng)；信息傳感系統(tǒng)包括點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和分布式光纖傳感系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于對點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和分布式光纖傳感系統(tǒng)輸出的光信號功率進(jìn)行智能采集，采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)向數(shù)據(jù)通訊與傳輸系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)通訊與傳輸系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送至數(shù)據(jù)分析及處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析及處理系統(tǒng)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得到監(jiān)測信息并呈現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果，評估與報(bào)警系統(tǒng)負(fù)責(zé)對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評估以掌握被監(jiān)測的橋梁健康安全情況，若超過閾值則及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。

所述數(shù)據(jù)分析及處理系統(tǒng)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理的過程包括：數(shù)據(jù)融合處理，具體為：

式中，V是指基于融合技術(shù)后獲取的監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)；ω_P、ω_L分別是指基于“點(diǎn)”檢測手段、基于“線”檢測手段在進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理時(shí)的融合系數(shù)；V_P、V_L分別是指分別基于“點(diǎn)”檢測手段、基于“線”檢測手段獲取的監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)。

當(dāng)基于“點(diǎn)”檢測手段獲取的參數(shù)數(shù)據(jù)嚴(yán)重丟失或者錯(cuò)誤時(shí)，ω_P＝0；同理，基于“線”檢測手段獲取的參數(shù)數(shù)據(jù)嚴(yán)重丟失或者錯(cuò)誤時(shí)，ω_L＝0；

采用加權(quán)平均確定融合系數(shù)，方法：

式中，包括分別是指在j時(shí)段時(shí)，基于“線”檢測手段、基于“點(diǎn)”檢測手段在進(jìn)行融合時(shí)的系數(shù)(即加權(quán)平均時(shí)的權(quán)重)，包括分別是指在j時(shí)段時(shí)，基于“線”檢測手段、基于“點(diǎn)”檢測手段數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于：

1、相比橋梁定期檢查、專項(xiàng)檢查，應(yīng)用智慧橋梁監(jiān)測系統(tǒng)可以更系統(tǒng)、更全面、更高效獲得橋梁的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)；

2、相比傳統(tǒng)的傳感器，由于分布式光纖傳感器集傳輸與傳感于一體，可以遠(yuǎn)距離監(jiān)測，更具性價(jià)比；

3、可獲取目標(biāo)數(shù)據(jù)的傳統(tǒng)和分布式光纖兩種檢測手段各有優(yōu)劣，具有很大的互補(bǔ)性和可信任度，進(jìn)行數(shù)據(jù)融合可避免片面依賴單個(gè)檢測手段而引起的判斷失誤。

附圖說明

圖1為基于多源檢測手段的數(shù)據(jù)融合基本原理示意圖，彼此圓重疊的部分表示各種信息源之間的冗余，不重疊部分為各自信息源的獨(dú)特信息，為其它信息源提供互補(bǔ)信息。

圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例的監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成圖。

圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例的分布式光纖傳感器布設(shè)示意圖，其中，1為支座分布式光纖傳感器，2為梁體分布式光纖傳感器，3為橋墩分布式光纖傳感器。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

為了進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)到預(yù)定目的所采用的技術(shù)手段，現(xiàn)用實(shí)施實(shí)例進(jìn)行說明。

本發(fā)明提供一種基于多源檢測融合手段的智慧橋梁監(jiān)測系統(tǒng)(簡稱監(jiān)測系統(tǒng)，參見圖1-3)，該監(jiān)測系統(tǒng)主要包括信息傳感系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通訊與傳輸系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析及處理系統(tǒng)和評估與報(bào)警系統(tǒng)；信息傳感系統(tǒng)包括點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和分布式光纖傳感系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用于對點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和分布式光纖傳感系統(tǒng)輸出的光信號功率進(jìn)行智能采集，采集的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)向數(shù)據(jù)通訊與傳輸系統(tǒng)進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)通訊與傳輸系統(tǒng)將采集的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送至數(shù)據(jù)分析及處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析及處理系統(tǒng)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，得到監(jiān)測信息并呈現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果，評估與報(bào)警系統(tǒng)負(fù)責(zé)對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行評估以掌握被監(jiān)測的橋梁健康安全情況，若超過閾值則及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。

所述數(shù)據(jù)分析及處理系統(tǒng)對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理的過程包括：數(shù)據(jù)融合處理。如此龐大的監(jiān)測系統(tǒng)必然產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單的堆積處理是不行的，因此需要進(jìn)行融合處理。為此，我們可以在必要時(shí)以傳統(tǒng)“點(diǎn)”監(jiān)測手段(即點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))獲取“關(guān)鍵點(diǎn)”監(jiān)測數(shù)據(jù)，采用融合模型，與分布式光纖傳感系統(tǒng)的“線”監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合得到可信任度更高的監(jiān)測數(shù)據(jù)：

式中，V是指基于融合技術(shù)后獲取的監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)；ω_P、ω_L分別是指基于“點(diǎn)”檢測手段、基于“線”檢測手段在進(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理時(shí)的融合系數(shù)；V_P、V_L分別是指分別基于“點(diǎn)”檢測手段、基于“線”檢測手段獲取的監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)。

當(dāng)基于“點(diǎn)”檢測手段獲取的參數(shù)數(shù)據(jù)嚴(yán)重丟失或者錯(cuò)誤時(shí)，ω_P＝0；同理，基于“線”檢測手段獲取的參數(shù)數(shù)據(jù)嚴(yán)重丟失或者錯(cuò)誤時(shí)，ω_L＝0。

采用加權(quán)平均確定融合系數(shù)，方法：

式中，包括分別是指在j時(shí)段時(shí)，基于“線”檢測手段、基于“點(diǎn)”檢測手段在進(jìn)行融合時(shí)的系數(shù)(即加權(quán)平均時(shí)的權(quán)重)，包括分別是指在j時(shí)段時(shí)，基于“線”檢測手段、基于“點(diǎn)”檢測手段數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差。

表1 兩種監(jiān)測手段對比分析表

從表1可知，兩種檢測手段以其各自的可靠度、處理模式、數(shù)據(jù)錄入和采集方式等均可獲取需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)，奠定了基于多源數(shù)據(jù)融合的理論基礎(chǔ)。

傳統(tǒng)監(jiān)測手段與分布式光纖傳技術(shù)不僅工作原理不同，所獲取的交數(shù)據(jù)也有所不同，因此，面對海量的、形式不統(tǒng)一的基坑監(jiān)測參數(shù)數(shù)據(jù)，僅僅維持其簡單的堆積是不可以的，需要進(jìn)行融合處理。數(shù)據(jù)融合技術(shù)的基本原理就是充分利用多種信息源或者數(shù)據(jù)源獲取的信息以及數(shù)據(jù)，對這些信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行合理分配，有效組合，去除空間與時(shí)間上的冗余，將互補(bǔ)信息最大化的進(jìn)行整合，更好地對現(xiàn)象或者過程進(jìn)行詮釋，一般產(chǎn)生比單一信息源更精確、更完全的估計(jì)和判斷，以得到目標(biāo)對象更本質(zhì)、更能反映其情況的結(jié)果。

所述監(jiān)測信息包括被監(jiān)測橋梁溫度、應(yīng)力、裂縫、振動、鋼筋銹蝕等。

所述點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的點(diǎn)數(shù)據(jù)傳感器布設(shè)在橋梁的某一截面上，可以獲取該截面上的監(jiān)測參數(shù)信息。

所述分布式光纖傳感系統(tǒng)為基于布里淵光時(shí)域分析技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)，分布式光纖傳感器布設(shè)粘貼在橋梁的需要監(jiān)測構(gòu)件部位的表面上，確保粘貼質(zhì)量，并做好區(qū)分記錄，明確各光纖傳感器監(jiān)測的橋梁部位，參見圖3。

智慧橋梁監(jiān)測平臺解決方案是構(gòu)建一個(gè)大型傳感監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，即在橋梁各主要監(jiān)控部位布置分布式光纖傳感器和傳統(tǒng)的監(jiān)測傳感器：

(1)對于普通梁式結(jié)構(gòu)，在橋梁墩臺、支座以及梁體等部位；

(2)對于懸索橋，在梁體、吊桿、索塔、纜索等部位；

(3)對于斜拉橋，在梁體、斜拉索、索塔等部位

(4)對于拱橋，在梁體，拱肋等部位；

每座橋布置的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)可以作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)，由分布式傳感器和傳統(tǒng)監(jiān)測傳感器實(shí)時(shí)感應(yīng)并傳輸橋梁各構(gòu)件的應(yīng)變、溫度、變位等信息到數(shù)據(jù)分析及處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分析及處理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測橋梁各個(gè)位置處的健康狀態(tài)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。