本實用新型涉及一種監(jiān)測系統(tǒng)，具體的，涉及一種基于動撓度的橋梁限載快速監(jiān)測系統(tǒng)，用于識別行駛過橋梁的卡車整體等效重量是否超過了橋梁實際安全承載范圍，從而對舊橋梁或強(qiáng)震區(qū)存在損傷的橋梁進(jìn)行限載監(jiān)測。

背景技術(shù)：

橋梁限載監(jiān)測是確保舊橋梁或強(qiáng)震后存在損傷的橋梁繼續(xù)安全使用的重要手段?，F(xiàn)有的監(jiān)測方法主要是基于動態(tài)稱重技術(shù)來實現(xiàn)橋梁限載，其原理是通過測量行駛中車輛的前后輪胎壓力來估計車輛靜止?fàn)顟B(tài)的重量。動態(tài)承重系統(tǒng)一般包括一系列壓力感應(yīng)器和數(shù)據(jù)采集分析裝置。目前用于動態(tài)稱重的壓力傳感器主要有石英諧振式、壓阻彎板式、壓電薄膜式等。石英諧振式、壓阻彎板式傳感器為傳統(tǒng)的壓力傳感器，技術(shù)成熟但存在價格昂貴和動態(tài)反應(yīng)慢等缺點，在現(xiàn)代高速公路動態(tài)稱重系統(tǒng)應(yīng)用中受到很大的限制。壓電薄膜傳感器，顯示了出眾的優(yōu)勢，占據(jù)很大的市場應(yīng)用，遺憾的是，其仍然存在價格較為昂貴、精確度較低、對現(xiàn)場施工要求度高、傳感器溫漂較大、橫向力對傳感器影響較大等缺點。

動態(tài)稱重技術(shù)的優(yōu)點是稱重過程中不影響車輛正常行駛，但也存在明顯的缺點，具體而言，感應(yīng)器需要布滿各車道下面，安裝和調(diào)試麻煩,特別是已經(jīng)服役了的橋梁。另外基于動態(tài)稱重技術(shù)實現(xiàn)橋梁限載的方法只基于單一的荷載允許值來判斷通行卡車是否超載，因此需要準(zhǔn)確評估出舊橋梁或存在損傷的橋梁的實際承載能力，且未考慮卡車行駛位置不恰當(dāng)和車速不恰當(dāng)造成的破壞。

因此，如何能夠降低測量的成本，對于橋梁的限載能力進(jìn)行一次性的測量，從而簡便快捷的對橋梁的限載進(jìn)行判斷，成為現(xiàn)有技術(shù)亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于此,本實用新型的目的是為一些舊公路橋梁提供一套可快速安裝的限載監(jiān)測系統(tǒng)，確保這些舊橋梁不被重型卡車壓垮。本實用新型的另外一個目的是為強(qiáng)震發(fā)生后，對可能在強(qiáng)震作用下出現(xiàn)損傷但因救災(zāi)需求得繼續(xù)使用的震區(qū)大量公路橋梁快速安裝一套限載監(jiān)測系統(tǒng)，確保救災(zāi)運輸卡車安全通行和救災(zāi)生命線的暢通。

具體而言，

本實用新型公開了一種基于動撓度的橋梁限載快速監(jiān)測系統(tǒng)，包括橋梁動撓度監(jiān)測模塊1，數(shù)據(jù)處理模塊2，車輛信息采集模塊3，和超限信息警示模塊4，

其中所述橋梁動撓度監(jiān)測模塊1，用于對車輛經(jīng)過橋梁時動撓度變化進(jìn)行監(jiān)測，得到橋梁各時刻的動撓度數(shù)據(jù)；

車輛信息采集模塊3，用于對車輛在橋梁上行駛的車輛相關(guān)信息進(jìn)行采集；

數(shù)據(jù)處理模塊2，分別與所述橋梁動撓度監(jiān)測模塊1和所述車輛信息采集模塊3連接，用于分別接收橋梁各時刻的動撓度數(shù)據(jù)和所述的車輛相關(guān)信息，并通過比較判斷車輛是否超限，以及將所述車輛相關(guān)信息發(fā)送給超限信息警示模塊4；

超限信息警示模塊4，用于接收并顯示數(shù)據(jù)處理模塊2傳輸?shù)乃鲕囕v相關(guān)信息。

進(jìn)一步的，所述橋梁動撓度監(jiān)測模塊包括多個梁體傾斜度感應(yīng)傳感器11和一個數(shù)據(jù)采集子模塊12，所述梁體傾斜度感應(yīng)傳感器11設(shè)置在橋梁梁體的多個關(guān)鍵位置處，采集所述關(guān)鍵位置的縱向傾斜度，由數(shù)據(jù)采集子模塊12同步采集各監(jiān)測點的縱向傾斜度，并根據(jù)所述縱向傾斜度計算得到橋梁各時刻的動撓度數(shù)據(jù)。

進(jìn)一步的，所述梁體傾斜度感應(yīng)傳感器11為伺服式傾角儀，所述關(guān)鍵位置為至少5個。

進(jìn)一步的，所述車輛信息采集模塊2包括多臺攝像機(jī)、圖像識別器以及相應(yīng)的攝像機(jī)固定裝置，在每個車道上安裝1臺攝像機(jī)，對橋面通行車輛時的車輛相關(guān)信息進(jìn)行監(jiān)控采集。

進(jìn)一步的，所述車輛相關(guān)信息包括車輛的車牌號、車型、輪胎數(shù)量、行駛位置以及行駛車道。

進(jìn)一步的，所述超限信息警示模塊4包括野外顯示屏。

進(jìn)一步的，所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括供電模塊5，用于給整個監(jiān)測系統(tǒng)提供電源。

進(jìn)一步的，所述供電模塊5為太陽能供電模塊，包括太陽能板、充放電控制器、蓄電池和相應(yīng)的固定架。

進(jìn)一步的，所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送模塊6和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收模塊7，所述數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送模塊6用于將超限車輛的所述車輛相關(guān)信息傳輸至所述數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收模塊7，所述數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收模塊7用于接收遠(yuǎn)程發(fā)送的超限車輛的所述車輛相關(guān)信息，并進(jìn)行保存。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送模塊6包括無線數(shù)據(jù)傳輸單元DTU和4G手機(jī)卡；所述數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收模塊7包括服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫。

本實用新型基于動撓度最大值來判別通行橋梁的卡車等效重量是否超過橋梁的實際安全承載能力，而不是先判斷出車輛的載重，再判別卡車重量是否超限。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下的優(yōu)點：

(1)可快速安裝，無需阻斷交通；

(2)不用預(yù)先檢測和評估監(jiān)測橋梁的實際承載能力；

(3)可用于舊公路橋梁或強(qiáng)震區(qū)存在損傷的公路橋梁的限載監(jiān)測，減少橋梁垮塌事件的發(fā)生。

附圖說明

通過以下參照附圖對本實用新型實施例的描述，本實用新型的上述以及其它目的、特征和優(yōu)點將更為清楚，在附圖中：

圖1是根據(jù)本實用新型的具體實施例的基于動撓度的橋梁限載快速監(jiān)測系統(tǒng)的模塊示意圖；

圖2是根據(jù)本實用新型的具體實施例的橋梁動撓度監(jiān)測模塊的示意圖；

圖3是根據(jù)本實用新型的另一個具體實施例的基于動撓度的橋梁限載快速監(jiān)測系統(tǒng)的測試流程。

1、橋梁動撓度監(jiān)測模塊；2、數(shù)據(jù)處理模塊；3、車輛信息采集模塊；4、超限信息警示模塊；5、供電模塊；6、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送模塊；7、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收模塊；11、梁體傾斜度感應(yīng)傳感器；12、數(shù)據(jù)采集子模塊。

具體實施方式

以下基于實施例對本實用新型進(jìn)行描述，但是本實用新型并不僅僅限于這些實施例。

在橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)及荷載試驗中，變形是一個極其重要的指標(biāo)。撓度作為變形的一種描述形式，可以評價橋梁質(zhì)量及運營狀態(tài)，反映橋梁的剛度，是橋梁整體變形最明顯的反應(yīng)。尤其是橋梁的動撓度，更是橋梁剛度最為實時的反應(yīng)，是橋梁在車輛荷載作用下最為真實的反應(yīng)。在車輛荷載作用下，橋梁結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生比相同靜荷載作用下更大的變形和應(yīng)力。因此，對車輛通過橋梁時橋梁的動撓度進(jìn)行測量，將變化的動撓度最大值與橋梁動撓度設(shè)計安全允許值進(jìn)行比較，能夠快速地判斷橋梁負(fù)載是否超限。并且橋梁動撓度的測量簡便、快速，無須阻斷交通。

實施例1：

參見圖1，示出了根據(jù)本實用新型的具體實施例的基于動撓度的橋梁限載快速監(jiān)測系統(tǒng)的模塊示意圖。該橋梁限載快速監(jiān)測系統(tǒng)包括橋梁動撓度監(jiān)測模塊1，數(shù)據(jù)處理模塊2，車輛信息采集模塊3，和超限信息警示模塊4，

其中所述橋梁動撓度監(jiān)測模塊1，用于對車輛經(jīng)過橋梁時動撓度變化進(jìn)行監(jiān)測，得到橋梁各時刻的動撓度數(shù)據(jù)；

車輛信息采集模塊3，用于對車輛在橋梁上行駛的車輛相關(guān)信息進(jìn)行采集。示例性的，所述車輛相關(guān)信息包括車輛的車牌號、車型、輪胎數(shù)量、行駛位置以及行駛車道。

數(shù)據(jù)處理模塊2，分別與所述橋梁動撓度監(jiān)測模塊1和所述車輛信息采集模塊3連接，用于分別接收橋梁各時刻的動撓度數(shù)據(jù)和所述的車輛相關(guān)信息，并通過比較判斷車輛是否超限，以及將所述車輛相關(guān)信息發(fā)送給超限信息警示模塊4；

超限信息警示模塊4，用于接收數(shù)據(jù)處理模塊2傳輸?shù)乃鲕囕v相關(guān)信息，并在相應(yīng)位置顯示超限車輛的所述車輛相關(guān)信息，以達(dá)到提示車主，或者提示道路監(jiān)察管理人員進(jìn)行相應(yīng)的安全處理。

所述相應(yīng)的位置，可以是相關(guān)人員容易發(fā)現(xiàn)或者觀察到的位置，例如，可以在橋梁的橋頭。因此，本實用新型通過對車輛通過橋梁時橋梁的動撓度進(jìn)行測量，將變化的動撓度最大值與橋梁動撓度設(shè)計安全允許值進(jìn)行比較，能夠快速地判斷橋梁負(fù)載是否超限。

具體的，數(shù)據(jù)處理模塊2，分別與所述橋梁動撓度監(jiān)測模塊1和所述車輛信息采集模塊3連接，用于分別接收橋梁各時刻的動撓度數(shù)據(jù)和車輛的相關(guān)信息，根據(jù)所述橋梁各時刻的動撓度數(shù)據(jù)，計算出車輛行駛時的最大下凹撓度值，并將最大下凹撓度值與橋梁安全設(shè)計撓度允許值進(jìn)行比較，如果在橋梁安全設(shè)計撓度允許值范圍內(nèi)，則判斷車輛不超限，如果超出橋梁安全設(shè)計撓度允許值，則判斷車輛超限，發(fā)出警示信息，保存所述車輛相關(guān)信息，并將超限車輛的所述車輛相關(guān)信息發(fā)送給超限信息警示模塊4。

進(jìn)一步的，參見圖2，示出了橋梁動撓度監(jiān)測模塊的示例性的模塊圖，所述橋梁動撓度監(jiān)測模塊包括多個梁體傾斜度感應(yīng)傳感器11和一個數(shù)據(jù)采集子模塊12，所述梁體傾斜度感應(yīng)傳感器11設(shè)置在梁體的多個關(guān)鍵位置處，采集所述關(guān)鍵位置的縱向傾斜度，由數(shù)據(jù)采集子模塊12同步采集各監(jiān)測點的縱向傾斜度，并根據(jù)動態(tài)的縱向傾斜度計算得到橋梁各時刻的動撓度數(shù)據(jù)。

示例性的，所述梁體傾斜度感應(yīng)傳感器11為高精度伺服式傾角儀，所述關(guān)鍵位置為至少5個，將所述高精度伺服式傾角儀設(shè)置在箱梁里的關(guān)鍵位置處，由數(shù)據(jù)采集儀采集到各監(jiān)測點的縱向傾斜度，并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊2，所述數(shù)據(jù)處理模塊2對各個縱向傾斜度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信號處理和濾波，將數(shù)字動態(tài)傾斜度信號基于數(shù)字積分模型得到梁體各時刻的整跨動撓度曲線，并獲取車輛在經(jīng)過整個過程中的最大動撓度值，即最大下凹撓度值。

所述數(shù)據(jù)處理模塊2在計算橋梁動撓度時，可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的G01NET橋梁動撓度監(jiān)測軟件，也可以自行編寫相關(guān)計算程序以實現(xiàn)。關(guān)鍵位置的數(shù)量以及具體的位置可以根據(jù)橋梁的實際情況進(jìn)行設(shè)定。例如，在設(shè)置時，根據(jù)被監(jiān)測梁體的長度均勻布置，采用水泥牢固地固定于箱梁底面的混凝土上。

所述車輛信息采集模塊2包括多臺攝像機(jī)、圖像識別器以及相應(yīng)的攝像機(jī)固定裝置，在每個車道上安裝1臺攝像機(jī)，對橋面通行車輛時的相關(guān)信息進(jìn)行監(jiān)控采集，當(dāng)車輛經(jīng)過時，車輛信息采集模塊2通過攝像機(jī)采集圖像信息，并利用圖像識別器對采集的圖像進(jìn)行圖像識別處理，得到所述車輛相關(guān)信息，并傳輸給所述數(shù)據(jù)處理模塊2。

超限信息警示模塊4，包括野外顯示屏，例如，可野外使用的防水型警示LED顯示屏，該警示模塊4可以設(shè)置在橋頭，也可以設(shè)置在檢查站的相應(yīng)位置。

進(jìn)一步的，還具有供電模塊5，用于給整個監(jiān)測系統(tǒng)提供電源。在圖2中，僅示例性的標(biāo)出供電模塊5與數(shù)據(jù)處理模塊2電連接，但這僅僅為示例，供電模塊5還與監(jiān)測系統(tǒng)中的其他模塊電連接。

示例性的，所述供電模塊5為太陽能供電模塊，包括太陽能板、充放電控制器、蓄電池和相應(yīng)的固定架。

進(jìn)一步的，所述監(jiān)測系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送模塊6和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收模塊7，所述數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送模塊6用于將超限車輛的所述車輛相關(guān)信息傳輸至所述數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收模塊7，所述數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收模塊7用于接收遠(yuǎn)程發(fā)送的超限車輛的所述的車輛相關(guān)信息，并進(jìn)行保存。

示例性的，所述數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送模塊6可以無線或者有線的形式進(jìn)行傳輸，例如，包括無線數(shù)據(jù)傳輸單元(Data Transfer unit DTU)和4G手機(jī)卡；所述數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收模塊7包括服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫，服務(wù)器接收超限車輛的所述車輛相關(guān)信息，并存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)。

實施例2：

本實施例，示出了監(jiān)測系統(tǒng)的具體的組成設(shè)備，以及相應(yīng)的工作過程。

梁體傾斜度感應(yīng)模塊1：使用5個以上高精度的伺服式傾角儀，如QY型傾角儀，作為梁體動態(tài)傾斜度測量傳感器。所述梁體動態(tài)傾斜度測量傳感器安裝在箱梁里，根據(jù)被監(jiān)測梁體的長度均勻布置，采用水泥牢固地固定于箱梁底面的混凝土上。

數(shù)據(jù)采集子模塊12：采用24位高精度同步數(shù)據(jù)采集儀，例如G01NET-2型動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀，采樣頻率設(shè)置為20Hz以下。

數(shù)據(jù)處理模塊2：以ARM10芯片為核心，配套外圍電阻和電容構(gòu)成；或者采用低功耗的微型電腦，如工控電腦GK1037。

車輛信息采集模塊3：采用LHC-S02車輛信息監(jiān)控終端，再配套多臺無線網(wǎng)絡(luò)智能攝像頭，如LS-C4型攝像頭。

超限信息警示模塊4：采用可野外使用的防水型警示LED顯示屏，如威斯安的DT型警示設(shè)備。

太陽能供電模塊5：由一塊200W太陽能電池、一個12V200AHQ鉛酸蓄電池、一個充放電控制器如C2C1R2大電流充放電模塊等配套機(jī)箱和安裝架子構(gòu)成?？梢园€(wěn)壓模塊，例如采用U250W穩(wěn)壓模塊。

數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸模塊6：采用由CC2530芯片為核心而構(gòu)成的DRF2617A-ZigBee無線模塊。

數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收模塊7：采用一套普通電腦，并將電腦配設(shè)1個固定IP或在單位的局域網(wǎng)里映射一個對外端口，再安裝一套擁有SQL網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的車輛信息管理軟件，如美泉的MQ-DZ車輛信息管理軟件。

參見圖3，示出了利用該監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測的具體流程。

首先，基于設(shè)計資料查詢獲得橋梁撓度設(shè)計的安全允許值，并存儲在數(shù)據(jù)處理模塊2。

與此同時，當(dāng)載重車輛經(jīng)過橋梁時，橋梁動撓度監(jiān)測模塊1和車輛信息采集模塊3分別對橋梁的動撓度以及車輛信息進(jìn)行采集。

橋梁動撓度監(jiān)測模塊1在梁體的5個關(guān)鍵位置處設(shè)置高精度的伺服式傾角儀，采集所述關(guān)鍵位置的縱向傾斜度，由數(shù)據(jù)采集子模塊12同步采集各監(jiān)測點的縱向傾斜度，并發(fā)送給數(shù)據(jù)處理模塊2，所述數(shù)據(jù)處理模塊2對各個縱向傾斜度數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信號處理和濾波，將數(shù)字動態(tài)傾斜度信號基于數(shù)字積分模型得到梁體各時刻的整跨動撓度曲線，從而獲取車輛在經(jīng)過整個過程中的最大動撓值。

車輛信息采集模塊3在每個車道上安裝1臺攝像機(jī)，對橋面通行車輛時的相關(guān)信息進(jìn)行監(jiān)控采集，當(dāng)車輛經(jīng)過時，車輛信息采集模塊2通過攝像機(jī)采集圖像信息，并利用圖像識別器對采集的圖像進(jìn)行圖像識別處理，得到所述車輛相關(guān)信息，并傳輸給所述數(shù)據(jù)處理模塊2。

數(shù)據(jù)處理模塊2將實時測量的最大下凹動撓值與橋梁安全設(shè)計撓度允許值進(jìn)行比較，判斷其比值，如果比值小于等于1，則說明在橋梁安全設(shè)計撓度允許值范圍內(nèi)，判斷車輛不超限；如果比值大于1，則說明超出橋梁安全設(shè)計撓度允許值，判斷車輛超限，發(fā)出警示信息，將所述車輛相關(guān)信息發(fā)送給超限信息警示模塊4，由超限信息警示模塊4在橋頭進(jìn)行顯示，并保存所述車輛相關(guān)信息，將所述車輛相關(guān)信息通過數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送模塊6傳輸至數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收模塊7，由所述數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程接收模塊7在遠(yuǎn)程進(jìn)行接收和保存。

因此，本實用新型基于動撓度最大值來判別通行橋梁的卡車等效重量是否超過橋梁的實際安全承載能力，不是先判斷出車輛的載重，再判別卡車重量是否超限。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實用新型具有如下的優(yōu)點：

(1)可快速安裝，無需阻斷交通；

(2)不用預(yù)先檢測和評估監(jiān)測橋梁的實際承載能力；

(3)可用于舊公路橋梁或強(qiáng)震區(qū)存在損傷的公路橋梁的限載監(jiān)測，減少橋梁垮塌事件的發(fā)生。

以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本實用新型可以有各種改動和變化。凡在本實用新型的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。