土木結(jié)構(gòu)的完整性的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開設(shè)及±木結(jié)構(gòu)的完整性，尤其設(shè)及±木結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)接合處的完整性 評(píng)估。各方面包括計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法、軟件和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解計(jì)算機(jī)系 統(tǒng)和軟件設(shè)計(jì)。
【背景技術(shù)】
[0002] ±木結(jié)構(gòu)通常是大型結(jié)構(gòu)，并且通常是公共工程，例如橋梁、水巧或建筑物。
[0003] ±木結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)（子結(jié)構(gòu)）的結(jié)構(gòu)子組件之間具有接合處。隨著時(shí)間的推移，作為 風(fēng)化、腐朽和腐蝕的后果，該些接合處失去了一些它們的完整性。為了保存結(jié)構(gòu)的完整性， 優(yōu)選的是惡化的早期檢測(cè)并且執(zhí)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)（預(yù)防性維護(hù)和/或反應(yīng)性維護(hù)）。
[0004] 檢測(cè)通常通過定期的目視檢查或者通過觀察完整性損失的后果（例如結(jié)構(gòu)故障） 來檢測(cè)。該個(gè)過程可能導(dǎo)致在損壞和故障檢測(cè)之間延遲幾個(gè)星期或者幾個(gè)月。在該個(gè)時(shí)間 期間，故障可能進(jìn)一步擴(kuò)散，使得維修更加困難和昂貴。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在第一方面提供一種計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)方法，用于評(píng)估±木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)接合處的完整 性，該方法包括：
[0006] 確定在兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的傳感器數(shù)據(jù)之間的相似性度量，每個(gè)傳感器提供與 形成結(jié)構(gòu)接合處的不同子結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的傳感器數(shù)據(jù)，其中，結(jié)構(gòu)接合處的完整性度量基于 所述相似性度量。
[0007] 該個(gè)方法通過結(jié)合在確定相似性步驟中的傳感器數(shù)據(jù)，W連續(xù)的、實(shí)時(shí)的和低成 本的方式提供了精確地評(píng)估結(jié)構(gòu)接合處的完整性的能力。至少一個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)是：可W 使用低精度傳感器和高噪聲傳感器信號(hào)，同時(shí)仍然交付高精度的完整性評(píng)估。至少一個(gè)實(shí) 施例的更進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)是；不要求傳感器的精確放置。至少一個(gè)實(shí)施例的更進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)是： 方法所評(píng)估的完整性與人的目測(cè)評(píng)估相比是非主觀的，也是可靠的。至少一個(gè)實(shí)施例的進(jìn) 一步優(yōu)點(diǎn)是；可W減少維修并且增加結(jié)構(gòu)本身的壽命，該是由于可W作出更明智的關(guān)于應(yīng) 在何時(shí)、何處W及如何執(zhí)行維護(hù)的決定。至少一個(gè)實(shí)施例的更進(jìn)一步優(yōu)點(diǎn)是；不要求激勵(lì)或 結(jié)構(gòu)上的外部負(fù)荷的現(xiàn)有知識(shí)。
[0008] 相似性度量可W基于兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的時(shí)間校準(zhǔn)的傳感器數(shù)據(jù)中形成的模 式相關(guān)性。
[0009] 相似性度量可W基于在時(shí)間校準(zhǔn)的傳感器數(shù)據(jù)之間的距離度量。該個(gè)實(shí)施例的優(yōu) 點(diǎn)是，實(shí)際值不是主要確定因素，而傳感器數(shù)據(jù)的相對(duì)值是主要確定因素。相似性度量可W 進(jìn)一步基于確定在時(shí)間校準(zhǔn)的傳感器數(shù)據(jù)之間的平均距離。傳感器數(shù)據(jù)基本上可W表示移 動(dòng)的幅度而非移動(dòng)的方向。
[0010] 方法進(jìn)一步包括確定完整性度量，其中，通過確定相似性度量的步驟所確定的相 似性越大，則基本上完整性度量越大。
[0011] 在替代例中，相似性度量可W基于在兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的傳感器數(shù)據(jù)中的交叉 相關(guān)，W使得增加的相似性基于在基本上較短的時(shí)間周期內(nèi)發(fā)生的最大交叉相關(guān)的傳感器 數(shù)據(jù)。
[0012] 在該種情況下，相似性度量可W進(jìn)一步基于確定達(dá)到時(shí)間校準(zhǔn)的傳感器數(shù)據(jù)的最 大交叉相關(guān)所需的時(shí)移。
[0013] 也在該種情況下，相似性度量可W基于當(dāng)通過確定相似性度量的步驟所確定的相 似性處在最大時(shí)在兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的交叉相關(guān)傳感器數(shù)據(jù)之間的時(shí)移分布。
[0014] 進(jìn)一步，方法可W進(jìn)一步包括確定完整性度量，其中，分布越窄，則基本上完整性 度量越大。
[0015] 或者替代地，方法可W進(jìn)一步包括確定完整性度量，其中，如通過確定相似性度量 的步驟所確定的那樣最相似的兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的傳感器數(shù)據(jù)在時(shí)間上越接近，則基本 上完整性度量越大。
[0016] 方法進(jìn)一步可W包括接收傳感器數(shù)據(jù)。
[0017] 當(dāng)接合處正在移動(dòng)時(shí)或者處于應(yīng)力之下時(shí)，傳感器數(shù)據(jù)可W設(shè)及一個(gè)或多個(gè)時(shí)間 間隔。
[0018] 可W靠近傳感器本身本地執(zhí)行確定相似性度量的步驟的一部分或者全部。
[0019] 可W遠(yuǎn)離傳感器執(zhí)行確定相似性度量的步驟的一部分或者全部。
[0020] 傳感器中的一個(gè)或多個(gè)可W是加速度計(jì)。
[0021] 方法可W進(jìn)一步包括確定完整性度量。
[0022] 方法可W進(jìn)一步包括W下的任一項(xiàng)或者多項(xiàng)：
[0023] 顯示完整性度量；
[0024] 將所述完整性度量存儲(chǔ)到計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器；
[00巧]提出所述完整性度量低的通知；或者
[0026] 將所述完整性度量作為輸入提供給用于結(jié)構(gòu)的維護(hù)調(diào)度系統(tǒng)。
[0027] 在第二方面提供軟件，亦即存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)可讀指令，當(dāng)該計(jì) 算機(jī)可讀指令由計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)使計(jì)算機(jī)執(zhí)行上述方法。
[0028] 在第=方面提供計(jì)算機(jī)系統(tǒng)W評(píng)估上木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)接合處的完整性，所述計(jì)算機(jī) 系統(tǒng)包括：
[0029] 在形成結(jié)構(gòu)接合處的不同子結(jié)構(gòu)上提供的兩個(gè)或更多個(gè)傳感器，其中，每個(gè)傳感 器產(chǎn)生與在其上提供所述傳感器的子結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的傳感器數(shù)據(jù)；W及
[0030] 處理器，用于確定在傳感器數(shù)據(jù)之間的相似性度量；
[0031] 其中，所述結(jié)構(gòu)接合處的完整性度量基于相似性度量。
[0032] 在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，第一方面所描述的可選特征也同樣適用于此處所描述的第二和第 =方面。
【附圖說明】
[0033] 現(xiàn)在將參考W下對(duì)（一個(gè)或多個(gè)）示例進(jìn)行描述：
[0034] 圖1是具有結(jié)構(gòu)接合處的±木結(jié)構(gòu)的示例。
[00巧]圖2是在圖1中所示的結(jié)構(gòu)接合處的放大視圖，并且在此處提供有傳感器。
[0036] 圖3和圖4是加速度傳感器的示意圖。
[0037] 圖5是示出了用于評(píng)估結(jié)構(gòu)接合處的完整性的方法實(shí)施例的流程圖。
[0038] 圖6通過圖表示出了從=個(gè)不同的接合處所收集的傳感器數(shù)據(jù)的相似性評(píng)估結(jié) 果。
[0039] 圖7通過圖表示出了來自S個(gè)不同的接合處的時(shí)移分布評(píng)估結(jié)果。
[0040] 圖8是可W執(zhí)行該個(gè)方法的示例計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的示意圖。
[0041] 圖9(a)和圖9(b)設(shè)及使用相似性度量來確定完整性的方法的第一詳細(xì)示例，該 相似性度量基于在時(shí)間對(duì)準(zhǔn)的傳感器數(shù)據(jù)中形成的模式相關(guān)性。
[0042]圖10 (a)、圖10化）和圖10 (C)設(shè)及使用相似性度量來確定完整性的方法的第二 詳細(xì)示例，該相似性度量基于當(dāng)相似性度量最大時(shí)在交叉相關(guān)的傳感器數(shù)據(jù)之間的時(shí)移分 布。
【具體實(shí)施方式】
[0043] 現(xiàn)在將描述用于評(píng)估±木結(jié)構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)接合處的完整性的方法、系統(tǒng)和軟 件。該方法提供了W實(shí)時(shí)地監(jiān)視±木結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)健康的能力。
[0044] 圖1圖示了 ±木基礎(chǔ)設(shè)施100,其在該種情況下是橋梁的簡(jiǎn)化側(cè)視圖。將意識(shí)到的 是，方法同樣適用于任何具有一個(gè)或多個(gè)接合處的結(jié)構(gòu)，無論是公共結(jié)構(gòu)還是私人結(jié)構(gòu)。示 例為水巧和建筑物。接合處是結(jié)構(gòu)的任何兩個(gè)或更多個(gè)子結(jié)構(gòu)，其相互接觸并且通常將力 施加到在那個(gè)接合處的一個(gè)或多個(gè)其它子結(jié)構(gòu)。子結(jié)構(gòu)可W是結(jié)構(gòu)的正規(guī)的分立組件，例 如單獨(dú)的梁。替代地，子結(jié)構(gòu)可W是不太正規(guī)的分立組件，例如結(jié)構(gòu)的相同組件的不同部分 (子結(jié)構(gòu)），例如相同的梁的不同部分，如那個(gè)梁中的裂縫或者空隙所限定的那樣。
[0045] 在該個(gè)示例中，橋梁100具有I形梁102和104W及拱106、108和110的子結(jié)構(gòu)。 在該種情況下，在每個(gè)I形梁102和104與拱106、108和110之間形成接合處，并且在112、 114、116和118處指出。
[0046] 方法利用了W下發(fā)現(xiàn)：當(dāng)接合處受壓并且健康時(shí)（并且相應(yīng)地具有高結(jié)構(gòu)完整 性），感測(cè)到的形成接合處的每個(gè)子結(jié)構(gòu)的移動(dòng)例如在頻率或振幅上基本上是相似的。該意 味著接合處連接良好。然而，當(dāng)接合處不健康并且相應(yīng)地具有低結(jié)構(gòu)完整性時(shí)，感測(cè)到的形 成接合處的每個(gè)子結(jié)構(gòu)的移動(dòng)基本上是不同的。
[0047] 在每個(gè)接合處112、114、116和118處，傳感器放置在接合處的任一側(cè)W測(cè)量越過 那個(gè)接合處的移動(dòng)。亦即，兩個(gè)或更多個(gè)傳感器的集合被放置在每個(gè)接合處，其中，在形成 接合處的兩個(gè)不同的子結(jié)構(gòu)上提供至少一個(gè)傳感器。W該種方式，可W使用每個(gè)接合處的 多個(gè)傳感器讀數(shù)來檢測(cè)故障。
[0048] 在圖2中更詳細(xì)地示出了接合處112和傳感器的放置，在此處，提供傳感器200a 和2(K)b的集合W感測(cè)那個(gè)接合處112中的移動(dòng)。傳感器放置在接合處112的任一側(cè)，亦即， 在形成接合處的每個(gè)結(jié)構(gòu)子組件上各一個(gè)傳感器，并且通常簡(jiǎn)單地粘合。亦即，傳感器200a 放置在靠近接合處112的拱106上，并且傳感器20化放置在同樣靠近接合處112的I形梁 102 上。
[0049] 在該個(gè)示例中，當(dāng)汽車在橋上駕駛經(jīng)過接合處時(shí)，該將接合處置于應(yīng)力之下，并且 引起在各個(gè)接合處的移動(dòng)，W及相應(yīng)地通過傳感器感測(cè)到移動(dòng)。
[0050] 在該個(gè)示例中，在每個(gè)接合處112、114、116和118處的傳感器（包括傳感器200a 和200b)是通常廉價(jià)的=維加速度計(jì)。在圖3中示出了 =維加速度計(jì)300的示意圖。
[0051] 加速度計(jì)的單個(gè)傳感器讀數(shù)為S個(gè)獨(dú)立的（亦即正交的）軸X306、y304和Z 302中的每一個(gè)提供了所感測(cè)的加速度的度量，并且因此來自傳感器的單個(gè)讀數(shù)返回一個(gè) W其自身為參考的加速度矢量A; (X，y，Z)。
[0052] 圖8圖示了用于評(píng)估±木結(jié)構(gòu)的接合處（在該種情況下是接合處112)的完整性 的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700。
[0053] 在該個(gè)示例中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)700包括位于±木結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)的傳感器200a和20化、嵌 入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)720和通信設(shè)備722。在該個(gè)示例中，使用I2C總線將傳感器200a、2(K)b連 接到嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)720,并且使用現(xiàn)場(chǎng)W太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)720連接到通 信設(shè)備722。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易意識(shí)到的是，可W適當(dāng)?shù)厥褂靡幌盗型ㄐ艆f(xié)議（包 括有線的和無線的），并且在200a、200b、720和722之間的最佳通信方法將受到物理布置和 其它約束條件（例如天氣因素和電源要求）的影響。
[0054] 在該個(gè)不例中，提供一個(gè)嵌入式系統(tǒng)720用于