一种桥梁状态参数实时监测及报警系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于力学测量技术领域，涉及一种可用于桥梁目标的多参数测量技术，特 别是一种用于桥梁变形参数实时测量并报警的系统。
【背景技术】
[0002] 桥梁的变形主要包括静态变形和动态变形，静态变形是指地基下陷、倾斜和应力 松弛等变化很慢的变形，动态变形是指由于风、温度、地震及交通负载引起的短期变形，其 参数监测对于目标的安全评估分析具有重要的作用。世界上很多国家都投入了很大的人力 物力，进行桥梁变形测量技术的研究。
[0003] 传统的桥梁变形检测的仪器有百分表、千分表、加速计、水准仪、经炜仪等。目前， 这些仪器在桥梁验收、定期检测中仍然广泛使用，但是需要专业技术人员，费时、费力，且人 为误差大，远远不能实现在线、实时、自动、智能测量。
[0004] 近年来，信息技术的蓬勃发展大大带动了桥梁变形测量技术的发展，涌现了许多 新技术和新方法，但是这些方法在应用中还存在着以下问题： (1) 传感器数量种类多，难以实现各类输出数据的精确同步，给后续数据的融合、处理 和分析带来困难； (2) 桥梁变形的监测属于长期，加上传感器数量较多，为了节约数据资源，减小无线数 据传输和数据存储备份的压力，需要对静态变形进行低时间分辨力的长期监测，同时对动 态变形进行高时间分辨力的短期集中监测，但是现有的监测系统难以实现上述的控制，造 成了数据资源的浪费或者难以达到对特殊事件的高时间分辨力测量； (3) 欠缺给客户端及时传送报警信息供人工处理。这些缺陷给桥梁的智能全方位检测 带来不便，影响到桥梁的安全、养护及管理运营。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种桥梁状态参数实时监测及报警系统，该系统在桥梁上 安装了环境检测传感器、流量检测传感器、结构检测传感器和用于桥梁整体形貌监测的抓 拍像机，并对各个传感器和像机进行时间同步控制处理，为数据加上时间标记；同时通过对 结构检测传感器的信号阈值判断，控制抓拍像机工作，识别动态变形事件，实现了对突发时 间的完整记录。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 一种桥梁状态参数实时监测及报警系统，包括桥梁检测传感器组、抓拍像机、现场主控 器、远端服务处理器和客户端； 所述的桥梁检测传感器组包括环境检测传感器单元、流量检测传感器单元和结构检测 传感器单元； 所述的现场主控器包括中央控制单元及与中央控制单元相连接的数据采集单元、同步 触发控制单元、现场无线数据传输单元和GPS授时单元；中央控制单元控制数据采集单元 按照同步触发控制单元指令采集获得桥梁检测传感器组的数据，将数据融合进GPS授时单 元的时间标示码后，再经现场无线数据传输单元传输至远端服务处理器； 所述的远端服务处理器包括远端无线数据传输单元和数据处理分析单元，远端无线数 据传输单元接收到现场无线数据传输单元发射的数据后，由数据处理分析单元进行分析处 理和甄别，将超出触发阈值的结果发送给客户端，同时将控制指令经现场无线数据传输单 元发送至现场主控器的中央控制单元，用于控制抓拍像机工作以及桥梁检测传感器组中的 一组或多组传感器按照各自的工作频率采集桥梁信号。
[0007] 作为本发明进一步的方案：所述的抓拍像机的工作流程为：在数据处理分析单元 对结构检测传感器单元的传感器数据进行处理过程中，当传感器数据发生的突变幅度超出 预先设定的阈值时，判断为桥梁产生了动态变形，远端服务处理器一方面给客户端发送报 警指令，另一方面对现场主控器的中央控制单元发送指令，驱动抓拍像机工作，对桥梁的整 体图像进行记录；另外，动态变形的发生时间依靠结构检测传感器单元的传感器数据来判 断；当结构检测传感器单元的传感器数据发生的突变幅度未超出预先设定的阈值时，也即 参数趋于正常时，则抓拍像机停止图像抓拍。
[0008] 作为本发明进一步的方案：当远端服务处理器的数据处理分析单元分析到桥梁检 测传感器组的任意一个传感器数据超出阈值时，远端服务处理器一方面给客户端发送报警 指令，另一方面对现场主控器的中央控制单元发送指令，驱动结构检测传感器单元加快信 号采集的频率。
[0009] 作为本发明进一步的方案：所述的同步触发控制单元按照GPS授时单元提供的时 基信号，以及按设定的频率，同步触发数据采集单元对桥梁检测传感器组的传感器数据进 行米集。
[0010] 作为本发明进一步的方案：所述的数据处理分析单元用于对传感器数据进行分 析、处理，以及抓拍像机触发阈值判断，并按照GPS授时单元提供的时基信号，对传感器数 据和抓拍像机的图像数据进行处理，并对处理后的数据加上时间标示码。
[0011] 作为本发明进一步的方案：所述的时间标记码作为传感器数据的帧头，由6个字 节组成。
[0012] 作为本发明进一步的方案：所述环境检测传感器单元包括温度传感器、风速传感 器、雨量传感器中的一种或几种组合；流量检测传感器单元包括地感传感器、红外传感器、 称重传感器中的一种或几种组合；结构检测传感器单元包括位移传感器、应变传感器、振动 传感器中的一种或几种组合。
[0013] 作为本发明进一步的方案：所述位移传感器采用布置在桥梁上的远程位移传感 器，应变传感器采用光纤光栅应变传感器，振动传感器采用电磁原理的传感器。
[0014] 作为本发明进一步的方案：所述的抓拍像机为CCD传感器或CMOS传感器；所述的 客户端为电脑或用于数据接收的移动智能终端。
[0015] 作为本发明进一步的方案：所述的远端无线数据传输单元和现场无线数据传输单 元均为GPRS无线传输系统或3G无线传输系统或4G无线传输系统或RF无线传输系统。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： (1)将GPS的时间信号引入测量结果，并为传感器和像机的输出数据增加了时间标示 码，实现了数据的精确同步，为后续数据处理和分析提供了同步基准。
[0017] (2)通过对结构检测传感器和其他传感器数据的分析和阈值判断，确定所检测的 桥梁属于静态变形还是动态变形，并根据信号阈值触发抓拍像机工作以及控制相关的传感 器进行高频率检测，实现了对桥梁动态形变的完整监测，确保了对桥梁全面合理的监测，并 具有节省数据资源，减小无线数据传输和数据存储备份的压力的效果。
[0018] (3)本发明基于无线发射传输系统，将传感器信号传送至远端的服务处理器，经过 数据处理和阈值判断后，可将超载等动态变形结果自动发送至客户端，用于人工干涉处理； 同时又向控制传感器进行现场高频率、高时间分辨率的测量指令，获得详细的数据，便于对 动态时间的掌握和分析。
【附图说明】
[0019] 图1为本发明桥梁状态参数实时监测及报警系统的基本组成图； 图2为本发明桥梁状态参数实时监测及报警系统主控器的工作原理图； 图3为本发明中抓拍像机的工作流程图。
[0020] 附图标记为：1 一GPS授时单元；2-环境检测传感器单元；3-流量检测传感器单 元；4 一结构检测传感器单元；5-无线数据传输单元；6-抓拍像机；7-现场主控器；11一 桥梁检测传感器组；12-远端服务处理器；13-客户端。
【具体实施方式】
[0021 ] 下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0022] 请参阅图1和图2,本发明提供了一种桥梁状态参数实时监测及报警系统，包括桥 梁检测传感器组11、抓拍像机6、现场主控器7、远端服务处理器12和客户端13。
[0023] 本发明中，所述的桥梁检测传感器组11包括环境检测传感器单元2、流量检测传 感器单元3和结构检测传感器单元4 ;其中，环境检测传感器单元2包括温度传感器、风速 传感器、雨量传感器中的一种或几种组合；流量检测传感器单元3包括地感传感器、红外传 感器、称重传感器中的一种或几种组合；结构检测传感器单元4包括位移传感器、应变传感 器、振动传感器中的一种或几种组合。
[0024] 本发明中，所述的现场主控器7包括中央控制单元及与中央控制单元相连接的数 据采集单元、同步触发控制单元、现场无线数据传输单元5和GPS授时单元1 ;中央控制单 元控制数据采集单元按照同步触发控制单元指令采集获得桥梁检测传感器组11的数据， 将数据融合进GPS授时单元1的时间标示码后，再经现场无线数据传输单元5传输至远端 服务处理器12。
[0025] 本发明中，所述的数据采集单元采集获得环境检测传感器单元2、流量检测传感器 单元3和结构检测传感器单元4的传感器数据。
[0026] 本发明中，所述的同步触发控制单元按照GPS授时单元1提供的时基信号，以及 按设定的频率，同步触发数据采集单元对桥梁检测传感器组11的传感器数据进行采集；其 中精确时间的获取是通过解析GPS的输出数据来实现的，也即通常所说的时间同步或者授 时。
[0027] 本发明中，所述的远端服务处理器12包括远端无线数据传输单元和数据处理分 析单元，远端无线数据传输单元接收到现场无线数据传输单元5发射的数据后，由数据处 理分析单元进行分析处理和甄别，将超出触发阈值的结果发送给客户端13,同时将控制指 令经现场无线数据传输单元5发送至现场主控器7的中央控制单元，用于控制抓拍像机6 工作以及桥梁检测传感器组11中的一组或多组传感器按照各自的工作频率采集桥梁信 号。
[0028] 本发明中，所述的远端无线数据传输单元和现场无线数据传输单元均为GPRS无 线传输系统或3G无线传输系统或4G无线传输系统或RF无线传输系统。
[0029] 本发明中，所述的数据处理分析单元用于