基于人工智能的大跨度桥梁桥墩支承结构健康智能监测方法与流程

1.本发明属于桥墩支撑结构健康监测技术领域，涉及到基于人工智能的大跨度桥梁桥墩支承结构健康智能监测方法。


背景技术：

2.在社会经济快速发展的背景下，随着各地方经济发展的不断需求，大跨度桥梁结构也越来越多的出现在人们的生活中，随着桥梁投入使用的增加，对桥梁的健康安全监测也十分重要。
3.传统的桥梁健康安全监测主要侧重于对桥梁建设过程中的监测，在桥梁投入使用后的检测对主要集中于对桥梁沉降、桥梁位移等方面进行检测，没有对桥墩地基进行监测，因此，传统的桥梁健康安全监测方法还存在了一定的问题，一方面，检测内容不全面，监测结果的不具有代表性，另一方面，传统检测方法，监测效率低，耗费时间长。


技术实现要素：

4.鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，现提出一种针对桥墩支撑结构健康的基于人工智能的大跨度桥梁桥墩支承结构健康智能监测方法，实现了对水利工程建设中引水水渠安全的高效监测；
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.本发明提出了基于人工智能的大跨度桥梁桥墩支承结构健康智能监测方法，该方法包括以下步骤：
7.s1、桥墩数量统计：统计该大跨度桥梁对应的桥墩的数量，并将该大跨度桥梁对应的桥墩按照预设顺序进行编号，依次标记为1，2，...i,...n；
8.s2、桥墩基本参数检测：所述桥墩基本参数包括桥墩的长度、宽度和高度，进而通过激光测距仪对桥墩的基本参数进行检测，进而获取各桥墩对应的长度、宽度和高度，根据检测的各桥墩对应的长度、宽度和高度进而构建桥墩基本参数集合d
w
(d
w
1,d
w
2,...d
w
i,...d
w
n)，d
w
i表示第i个桥墩对应的第w个基本参数，w表示桥墩基本参数，w＝a,b,c,a,b和c分别表示桥墩的长度、宽度和高度，同时根据各桥墩对应的长度、宽度和高度，进而统计各桥墩各侧面面积，左侧面面积与右侧面面积相等，前侧面面积与后侧面面积相等，其中，各桥墩左右侧面面积计算公式为s
d
＝b
d
*c
d
，s
d
表示第d个桥墩对应的左右侧面面积，b
d
表示第d个桥墩对应的宽度，c
d
表示第d个桥墩对应的高度，各桥墩前后侧面计算公式为s
′
d
＝a
d
*c
d
，s
′
d
表示第d个桥墩对应的前后侧面面积，a
d
表示第d个桥墩对应的高度，其中，以桥梁行车的反方向表示桥墩的左侧面，以桥梁行车的正方向表示桥墩的右侧面，左右侧面与前后侧面为垂直关系；
9.s3、地基结构外部缺陷检测：所述地基结构缺陷检测包括对各桥墩地基结构对应的外部缺陷进行检测，进而通过超声波无损探伤技术对各桥墩地基结构进行检测，进而获取各桥墩地基结构外部缺陷区域对应的平面展开图，进而提取各桥墩地基结构缺陷区域的
轮廓，根据各桥墩地基结构对应的外部缺陷区域的轮廓，进而获取各桥墩地基结构外部缺陷区域对应的面积，将桥墩地基结构外部缺陷区域对应的面积记为x，进而构建各桥墩地基结构外部缺陷面积集合x(x1，x2，...xi，...xn)，xi表示第i个桥墩地基结构外部缺陷区域对应的面积；
10.s4、桥墩受力检测：通过水位计对各桥墩所在区域的水体水位进行检测，进而获取该各桥墩所在区域对应的水位，并将桥墩所在区域对应的水位记为h,进而统计各桥墩所在区域对应的水体压强，其计算公式为p
d
＝ρ*g*h
d
，p
d
表示第d个桥墩所在区域对应的水体压强，ρ表示水的密度，g表示重力系数，h
d
表示第d个桥墩所在区域对应水位高度，同时通过水体流速测定仪对各桥墩的左侧面和各桥墩的右侧面对应的水体流速进行检测，进而获取各桥墩左侧面和各桥墩右侧面对应的水体流速，将桥墩左侧面对应的水体流速记为v,将桥墩右侧面对应的水体流速记为v
′
，进而对各桥墩左侧面对应的水体冲击力和各桥墩右侧面对应的水体冲击力进行统计，进而各桥墩左侧面对应的水体冲击力的计算公式为n
d
＝p
d
*b
d
*h
d
*v
d
，n
d
表示d个桥墩左侧面对应的水体冲击力，b
d
表示第d个桥墩左侧面对应的宽度，v
d
表示d个桥墩左侧面对应的水体流速，各桥墩右侧面对应的水体冲击力的计算公式为n
′
d
＝p
d
*b
d
*h
d
*v
′
d
，n
′
d
表示d个桥墩右侧面对应的水体冲击力，v
′
d
表示d个桥墩左侧面对应的水体流速；
11.s5、桥墩表面裂缝开裂检测：所述桥墩表面裂缝开裂检测包括对桥墩的前侧面对应的裂缝、后侧面对应的裂缝、左侧面对应的裂缝和右侧面对应的裂缝分别进行检测，进而通过缝观测仪对桥墩的前侧面、后侧面、左侧面和右侧面分别进行图像采集，进而获取各桥墩各侧面对应的裂缝条数以及各裂缝对应的长度和宽度，将各桥墩各侧面对应的裂缝按照预设顺序进行编号，依次标记为1，2，...j,...m,根据各桥墩各侧面各裂缝对应的的长度和宽度，进而获取各桥墩各侧面各裂缝对应的裂缝面积，进而构建桥墩侧面裂缝面积集合f
ed
(f
ed
1,f
ed
2,...f
ed
j,...f
ed
m)，f
ed
j表示第d个桥墩第e侧面第j条裂缝对应的面积，d表示桥墩编号，d＝1，2，...i,...n,e表示桥墩侧面方位，e＝z1,z2,z3,z4,z1,z2,z3和z4分别表示桥墩的前侧面、后侧面、左侧面和右侧面；
12.s6、地基结构外部缺陷处理与分析：根据各桥墩地基结构外部缺陷面积集合进而获取各桥墩地基结构对应的外部缺陷面积，将各桥墩地基结构外部缺陷区域对应的面积与各桥墩地基结构对应的标准外部缺陷区域面积的阈值进行对比，进而获取将各桥墩地基结构外部缺陷区域对应的面积与各桥墩地基结构对应的标准外部缺陷区域面积的阈值的差值，进而统计各桥墩地基结构外部缺陷影响系数；
13.s7、桥墩受力处理与分析：根据统计的各桥墩左侧面对应的水体冲击力和各桥墩右侧面对应的水体冲击力，进而将各桥墩左侧面对应的水体冲击力与各桥墩右侧面对应的水体冲击力进行对比，进而获取各桥墩左侧面对应的水体冲击力与各桥墩右侧面对应的水体冲击力的差值，根据该差值，进而从数据库中调取桥墩左右侧面受力差值影响系数，进而获取各桥墩左右侧面受力差值影响系数，将桥墩左右侧面受力差值影响系数记为λ；
14.s8、桥墩表面裂缝处理与分析：根据桥墩侧面裂缝面积集合，进而获取各桥墩前侧面各裂缝对应的面积、各桥墩后侧面各裂缝对应的面积、各桥墩左侧面各裂缝对应的面积和各桥墩右侧面各裂缝对应的面积，进而统计各桥墩各侧面对应的裂缝总面积，其中各桥
墩各侧面对应的裂缝总面积计算公式为f
′
e
d表示第d个桥墩第e侧面对应的裂缝总面积，f
ed
r表示第d个桥墩第e侧面第r条裂缝对应的面积，r表示桥墩侧面裂缝编号，r＝1，2，...j,...m,将各桥墩前侧面对应的裂缝总面积与各桥墩前侧面对应的面积进行对比，进而统计各桥墩前侧面裂缝影响系数，将各桥墩后侧面对应的裂缝总面积与各桥墩后侧面对应的面积进行对比，进而统计各桥墩后侧面裂缝影响系数，将各桥墩左侧面对应的裂缝总面积与各桥墩左侧面对应的面积进行对比，进而统计各桥墩左侧面裂缝影响系数，将各桥墩右侧面对应的裂缝总面积与各桥墩右侧面对应的面积进行对比，进而统计各桥墩右侧面裂缝影响系数，根据统计的各桥墩左侧面裂缝影响系数、各桥墩右侧面裂缝影响系数、各桥墩前侧面裂缝影响系数和各桥墩后侧面裂缝影响系数进而统计各桥墩综合裂缝影响系数；
15.s9、数据综合处理与分析：根据统计的各桥墩地基结构外部缺陷影响系数、各桥墩左右侧面受力差值影响系数、各桥墩综合裂缝影响系数进而统计该桥梁各桥墩支承结构安全影响系数。
16.进一步地，所述各桥墩地基结构外部缺陷影响系数计算公式为α
d
表示第d个桥墩地基结构对应的外部缺陷影响系数，x
d
表示第d个桥墩地基结构对应的外部缺陷面积，x
d标准max
表示表示第d个桥墩地基结构对应的对应的标准外部缺陷面积的阈值。
17.进一步地，所述各桥墩前侧面裂缝影响系数计算公式为β
d
表示第d个桥墩前侧面对应的裂缝影响系数，f
′
z1
d第d个桥墩前侧面对应的裂缝总面积，s
′
d
表示第d个桥墩对应的前后侧面面积。
18.进一步地，所述各桥墩后侧面裂缝影响系数计算公式为β
′
d
表示第d个桥墩后侧面对应的裂缝影响系数，f
′
z2
d第d个桥墩后侧面对应的裂缝总面积。
19.进一步地，所述各桥墩左侧面裂缝影响系数计算公式为δ
d
表示第d个桥墩左侧面对应的裂缝影响系数，f
′
z3
d第d个桥墩左侧面对应的裂缝总面积，s
d
表示第d个桥墩对应的左右侧面面积。
20.进一步地，所述各桥墩右侧面裂缝影响系数计算公式为δ
′
d
表示第d个桥墩右侧面对应的裂缝影响系数，f
′
z4
d第d个桥墩右侧面对应的裂缝总面积，s
d
表示第d个桥墩对应的左右侧面面积。
21.进一步地，所述各桥墩综合裂缝影响系数计算公式为φ
d
表示第d个桥墩对应的综合裂缝影响系数。
22.进一步地，所述该桥梁各桥墩支承结构安全影响系数计算公式为
q
d
表示该桥梁第d个桥墩支承结构对应的安全影响系数。
23.本发明的有益效果：
24.(1)本发明提供的基于人工智能的大跨度桥梁桥墩支承结构健康智能监测方法，通过对桥墩基本参数、桥墩地基结构外部缺陷、桥墩受力、桥墩表面裂缝开裂这几个方面进行全面的检测，并对检测的数据进行了细致的分析和统计，进而统计了该桥梁各桥墩支承结构安全影响系数，实现了对桥梁桥墩支承结构健康的高效监测，解决了检测内容不全面，监测结果的不具有代表性的问题，同时大大的提高了对桥梁桥墩支承结构健康监测效率，节省了大量的时间成本。
25.(2)本发明在对桥墩地基结构外部缺陷进行检测时，通过采用超声波无损探伤技术，实现了对该桥墩地基结构的无损检测，避免了因检测需要而给桥墩地基结构造成的损坏，同时也提高了对桥墩地基结构外部缺陷的检测效率。
26.(3)本发明在对桥墩受力进行检测时，通过对桥墩所在的水位、水速以及压强进行了细致的分析和检测，进而创造性的提出了桥墩量左侧面和右侧面侧面对应的水体冲击力公式。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1为本发明方法实施步骤流程图。
具体实施方式
29.下面将结合本发明实施以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
30.请参阅图1所示，本发明提出了基于人工智能的大跨度桥梁桥墩支承结构健康智能监测方法，该方法包括以下步骤：
31.s1、桥墩数量统计：统计该大跨度桥梁对应的桥墩的数量，并将该大跨度桥梁对应的桥墩按照预设顺序进行编号，依次标记为1，2，...i,...n；
32.s2、桥墩基本参数检测：所述桥墩基本参数包括桥墩的长度、宽度和高度，进而通过激光测距仪对桥墩的基本参数进行检测，进而获取各桥墩对应的长度、宽度和高度，根据检测的各桥墩对应的长度、宽度和高度进而构建桥墩基本参数集合d
w
(d
w
1,d
w
2,...d
w
i,...d
w
n)，d
w
i表示第i个桥墩对应的第w个基本参数，w表示桥墩基本参数，w＝a,b,c,a,b和c分别表示桥墩的长度、宽度和高度，同时根据各桥墩对应的长度、宽度和高度，进而统计各桥墩各侧面面积，左侧面面积与右侧面面积相等，前侧面面积与后侧面面积相等，其中，各
桥墩左右侧面面积计算公式为s
d
＝b
d
*c
d
，s
d
表示第d个桥墩对应的左右侧面面积，b
d
表示第d个桥墩对应的宽度，c
d
表示第d个桥墩对应的高度，各桥墩前后侧面计算公式为s
′
d
＝a
d
*c
d
，s
′
d
表示第d个桥墩对应的前后侧面面积，a
d
表示第d个桥墩对应的高度，其中，以桥梁行车的反方向表示桥墩的左侧面，以桥梁行车的正方向表示桥墩的右侧面，左右侧面与前后侧面为垂直关系；
33.s3、地基结构外部缺陷检测：所述地基结构缺陷检测包括对各桥墩地基结构对应的外部缺陷进行检测，进而通过超声波无损探伤技术对各桥墩地基结构进行检测，进而获取各桥墩地基结构外部缺陷区域对应的平面展开图，进而提取各桥墩地基结构缺陷区域的轮廓，根据各桥墩地基结构对应的外部缺陷区域的轮廓，进而获取各桥墩地基结构外部缺陷区域对应的面积，将桥墩地基结构外部缺陷区域对应的面积记为x，进而构建各桥墩地基结构外部缺陷面积集合x(x1，x2，...xi，...xn)，xi表示第i个桥墩地基结构外部缺陷区域对应的面积；
34.本发明实施例对桥墩地基结构外部缺陷进行检测时，通过采用超声波无损探伤技术，实现了对该桥墩地基结构的无损检测，避免了因检测需要而给桥墩地基结构造成的损坏，同时也提高了对桥墩地基结构外部缺陷的检测效率。
35.s4、桥墩受力检测：通过水位计对各桥墩所在区域的水体水位进行检测，进而获取该各桥墩所在区域对应的水位，并将桥墩所在区域对应的水位记为h,进而统计各桥墩所在区域对应的水体压强，其计算公式为p
d
＝ρ*g*h
d
，p
d
表示第d个桥墩所在区域对应的水体压强，ρ表示水的密度，g表示重力系数，h
d
表示第d个桥墩所在区域对应水位高度，同时通过水体流速测定仪对各桥墩的左侧面和各桥墩的右侧面对应的水体流速进行检测，进而获取各桥墩左侧面和各桥墩右侧面对应的水体流速，将桥墩左侧面对应的水体流速记为v,将桥墩右侧面对应的水体流速记为v
′
，进而对各桥墩左侧面对应的水体冲击力和各桥墩右侧面对应的水体冲击力进行统计，进而各桥墩左侧面对应的水体冲击力的计算公式为n
d
＝p
d
*b
d
*h
d
*v
d
，n
d
表示d个桥墩左侧面对应的水体冲击力，b
d
表示第d个桥墩左侧面对应的宽度，v
d
表示d个桥墩左侧面对应的水体流速，各桥墩右侧面对应的水体冲击力的计算公式为n
′
d
＝p
d
*b
d
*h
d
*v
′
d
，n
′
d
表示d个桥墩右侧面对应的水体冲击力，v
′
d
表示d个桥墩左侧面对应的水体流速；
36.本发明实施例在对桥墩受力进行检测时，通过对桥墩所在的水位、水速以及压强进行了细致的分析和检测，进而创造性的提出了桥墩量左侧面和右侧面侧面对应的水体冲击力公式。
37.s5、桥墩表面裂缝开裂检测：所述桥墩表面裂缝开裂检测包括对桥墩的前侧面对应的裂缝、后侧面对应的裂缝、左侧面对应的裂缝和右侧面对应的裂缝分别进行检测，进而通过缝观测仪对桥墩的前侧面、后侧面、左侧面和右侧面分别进行图像采集，进而获取各桥墩各侧面对应的裂缝条数以及各裂缝对应的长度和宽度，将各桥墩各侧面对应的裂缝按照预设顺序进行编号，依次标记为1，2，...j,...m,根据各桥墩各侧面各裂缝对应的的长度和宽度，进而获取各桥墩各侧面各裂缝对应的裂缝面积，进而构建桥墩侧面裂缝面积集合f
ed
(f
ed
1,f
ed
2,...f
ed
j,...f
ed
m)，f
ed
j表示第d个桥墩第e侧面第j条裂缝对应的面积，d表示桥墩编号，d＝1，2，...i,...n,e表示桥墩侧面方位，e＝z1,z2,z3,z4,z1,z2,z3和z4分别表示桥墩的前侧面、后侧面、左侧面和右侧面；
38.本发明实施例通过对各桥墩各侧面对应的裂缝进行检测，进而为后续对各桥墩裂缝的分析提供了数据。
39.s6、地基结构外部缺陷处理与分析：根据各桥墩地基结构外部缺陷面积集合进而获取各桥墩地基结构对应的外部缺陷面积，将各桥墩地基结构外部缺陷区域对应的面积与各桥墩地基结构对应的标准外部缺陷区域面积的阈值进行对比，进而获取将各桥墩地基结构外部缺陷区域对应的面积与各桥墩地基结构对应的标准外部缺陷区域面积的阈值的差值，进而统计各桥墩地基结构外部缺陷影响系数，其中，各桥墩地基结构外部缺陷影响系数计算公式为α
d
表示第d个桥墩地基结构对应的外部缺陷影响系数，x
d
表示第d个桥墩地基结构对应的外部缺陷面积，x
d标准max
表示表示第d个桥墩地基结构对应的对应的标准外部缺陷面积的阈值；
40.s7、桥墩受力处理与分析：根据统计的各桥墩左侧面对应的水体冲击力和各桥墩右侧面对应的水体冲击力，进而将各桥墩左侧面对应的水体冲击力与各桥墩右侧面对应的水体冲击力进行对比，进而获取各桥墩左侧面对应的水体冲击力与各桥墩右侧面对应的水体冲击力的差值，根据该差值，进而从数据库中调取桥墩左右侧面受力差值影响系数，进而获取各桥墩左右侧面受力差值影响系数，将桥墩左右侧面受力差值影响系数记为λ；
41.s8、桥墩表面裂缝处理与分析：根据桥墩侧面裂缝面积集合，进而获取各桥墩前侧面各裂缝对应的面积、各桥墩后侧面各裂缝对应的面积、各桥墩左侧面各裂缝对应的面积和各桥墩右侧面各裂缝对应的面积，进而统计各桥墩各侧面对应的裂缝总面积，其中各桥墩各侧面对应的裂缝总面积计算公式为f
′
e
d表示第d个桥墩第e侧面对应的裂缝总面积，f
ed
r表示第d个桥墩第e侧面第r条裂缝对应的面积，r表示桥墩侧面裂缝编号，r＝1，2，...j,...m,将各桥墩前侧面对应的裂缝总面积与各桥墩前侧面对应的面积进行对比，进而统计各桥墩前侧面裂缝影响系数，其中，各桥墩前侧面裂缝影响系数计算公式为β
d
表示第d个桥墩前侧面对应的裂缝影响系数，f
′
z1
d第d个桥墩前侧面对应的裂缝总面积，s
′
d
表示第d个桥墩对应的前后侧面面积，将各桥墩后侧面对应的裂缝总面积与各桥墩后侧面对应的面积进行对比，进而统计各桥墩后侧面裂缝影响系数，其中，各桥墩后侧面裂缝影响系数计算公式为β
′
d
表示第d个桥墩后侧面对应的裂缝影响系数，f
′
z2
d第d个桥墩后侧面对应的裂缝总面积，将各桥墩左侧面对应的裂缝总面积与各桥墩左侧面对应的面积进行对比，进而统计各桥墩左侧面裂缝影响系数，其中，各桥墩左侧面裂缝影响系数计算公式为δ
d
表示第d个桥墩左侧面对应的裂缝影响系数，f
′
z3
d第d个桥墩左侧面对应的裂缝总面积，s
d
表示第d个桥墩对应的左右侧面面积，将各桥墩右侧面对应的裂缝总面积与各桥墩右侧面对应的面积进行对比，进而统计各桥墩右侧面裂缝影响系
数，其中，各桥墩右侧面裂缝影响系数计算公式为δ
′
d
表示第d个桥墩右侧面对应的裂缝影响系数，f
′
z4
d第d个桥墩右侧面对应的裂缝总面积，s
d
表示第d个桥墩对应的左右侧面面积，进而根据统计的各桥墩左侧面裂缝影响系数、各桥墩右侧面裂缝影响系数、各桥墩前侧面裂缝影响系数和各桥墩后侧面裂缝影响系数进而统计各桥墩综合裂缝影响系数，其中，各桥墩综合裂缝影响系数计算公式为φ
d
表示第d个桥墩对应的综合裂缝影响系数；
42.本发明实施例通过对桥墩地基结构外部缺陷、桥墩受力、桥墩表面裂缝开裂这几个方面进行细致的分析，实现了对桥梁桥墩支承结构健康的高效监测，解决了检测内容不全面，监测结果的不具有代表性的问题，同时大大的提高了对桥梁桥墩支承结构健康监测效率，节省了大量的时间成本。
43.s9、数据综合处理与分析：根据统计的各桥墩地基结构外部缺陷影响系数、各桥墩左右侧面受力差值影响系数、各桥墩综合裂缝影响系数进而统计该桥梁各桥墩支承结构安全影响系数，其中该桥梁各桥墩支承结构安全影响系数计算公式为q
d
表示该桥梁第d个桥墩支承结构对应的安全影响系数。
44.以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。