本發(fā)明涉及一種高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法，屬于交通安全領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

1、高速公路橋梁是交通基礎(chǔ)設(shè)施中的重要組成部分，它們承載著大量車輛的通行。然而，由于長(zhǎng)期受到各種荷載、自然環(huán)境和材料老化的影響，橋梁結(jié)構(gòu)容易發(fā)生變形，甚至坍塌，嚴(yán)重威脅交通安全。近年來(lái)，橋梁事故時(shí)有發(fā)生，促使人們更加重視橋梁健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

2、傳統(tǒng)的橋梁變形及坍塌檢測(cè)方法主要為人工巡查、結(jié)構(gòu)試驗(yàn)等。然而，傳統(tǒng)方法通常依賴人工經(jīng)驗(yàn)，檢測(cè)范圍有限，效率低下，難以滿足現(xiàn)代交通網(wǎng)絡(luò)的需求。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基于傳感器和數(shù)據(jù)處理技術(shù)的橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)逐漸成為主流。這些系統(tǒng)通過(guò)布置在橋梁關(guān)鍵位置的傳感器，如應(yīng)變計(jì)、加速度計(jì)、傾角儀和位移傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁的結(jié)構(gòu)狀態(tài)，并通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心?；趥鞲衅骱蛿?shù)據(jù)處理技術(shù)的進(jìn)步提高了橋梁變形和坍塌檢測(cè)的準(zhǔn)確性和效率，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。然而，部分傳感器需要安裝在橋梁內(nèi)部，會(huì)對(duì)橋面或護(hù)欄結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。且隨著監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的復(fù)雜性增加，檢測(cè)成本、數(shù)據(jù)處理和設(shè)備維護(hù)的難度也在上升。因此，如何在不破壞橋面及護(hù)欄結(jié)構(gòu)的前提下低成本的實(shí)現(xiàn)橋梁變形及坍塌的準(zhǔn)確且效率檢測(cè)成為一個(gè)新的技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法。

2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、一種高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法，包括以下步驟：

4、沿高速公路橋梁的縱向，確定橋梁?jiǎn)卧L(zhǎng)度l；

5、沿高速公路橋梁的中央分隔處在每一單元長(zhǎng)度l內(nèi)分別設(shè)置一紅外線檢測(cè)預(yù)警模塊，所述紅外線檢測(cè)預(yù)警模塊包括紅外線發(fā)射模塊、紅外線接收模塊和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊；其中，所述紅外線發(fā)射模塊和紅外線接收模塊分別安裝在中央分隔處的相對(duì)兩側(cè)，用于獲取橋梁位移信號(hào)并通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊連接至中央控制系統(tǒng)；每一紅外線檢測(cè)預(yù)警模塊的設(shè)置位置均作為節(jié)點(diǎn)并標(biāo)注在中央控制系統(tǒng)中；

6、以一定的頻率持續(xù)記錄橋梁位移信號(hào)并進(jìn)行分析判斷：

7、若某紅外線接收模塊接收的紅外線強(qiáng)度小于強(qiáng)度排名前70％節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度平均值的60％，且該狀態(tài)保持30分鐘以上，則判斷該節(jié)點(diǎn)的橋梁出現(xiàn)輕微變形；

8、若某紅外線接收模塊接收的紅外線強(qiáng)度小于強(qiáng)度排名前70％節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度平均值的40％，且該狀態(tài)保持30分鐘以上，則判斷該節(jié)點(diǎn)的橋梁出現(xiàn)嚴(yán)重變形；

9、若某紅外線接收模塊接收的紅外線強(qiáng)度為0或相鄰的多個(gè)紅外線接收模塊接收的紅外線強(qiáng)度為0，則判斷該節(jié)點(diǎn)存在嚴(yán)重的坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

10、一種可選的實(shí)施方式，所述紅外線檢測(cè)預(yù)警模塊中的紅外線發(fā)射模塊和紅外線接收模塊均成對(duì)布置，且所述紅外線發(fā)射模塊的發(fā)射功率根據(jù)中央分隔處的寬度調(diào)節(jié)，以確保橋梁未發(fā)生變形時(shí)紅外線接收模塊可以接收到紅外線發(fā)射模塊的紅外線信號(hào)。

11、一種可選的實(shí)施方式，在完成橋梁變形及坍塌檢測(cè)后，還包括在所述橋梁入口前及入口處均布設(shè)有顯示屏和警示系統(tǒng)，以發(fā)出對(duì)當(dāng)前橋梁狀態(tài)的警告。

12、一種可選的實(shí)施方式，在完成橋梁變形及坍塌檢測(cè)后，還包括將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送至橋梁管理中心。

13、一種高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法，包括以下步驟：

14、沿高速公路橋梁的縱向，確定橋梁?jiǎn)卧L(zhǎng)度l；

15、沿高速公路橋梁的中央分隔處在每一單元長(zhǎng)度l內(nèi)分別設(shè)置一綜合檢測(cè)預(yù)警模塊，所述綜合檢測(cè)預(yù)警模塊包括紅外線發(fā)射模塊、紅外線接收模塊、imu模塊和無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊；其中，所述紅外線發(fā)射模塊和紅外線接收模塊分別安裝在中央分隔處的相對(duì)兩側(cè)，用于獲取橋梁位移信號(hào)并通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊連接至中央控制系統(tǒng)；所述imu模塊安裝在中央分隔處，用于獲取橋梁加速度信號(hào)并通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊連接至中央控制系統(tǒng)；每一綜合檢測(cè)預(yù)警模塊的設(shè)置位置均作為節(jié)點(diǎn)并標(biāo)注在中央控制系統(tǒng)中；

16、以一定的頻率持續(xù)記錄橋梁位移信號(hào)和加速度信號(hào)，并分析計(jì)算得到每一側(cè)橋梁加速度信號(hào)和橋梁位移信號(hào)的回歸關(guān)系；

17、根據(jù)當(dāng)前測(cè)得的加速度信號(hào)和回歸關(guān)系計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的位移數(shù)據(jù)，將實(shí)際測(cè)得的位移信號(hào)與計(jì)算得到的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析，同時(shí)對(duì)紅外線接收模塊接收的紅外線強(qiáng)度進(jìn)行分析判斷：

18、若實(shí)際測(cè)得的位移信號(hào)與計(jì)算得到的位移數(shù)據(jù)的差值在30％以上，且某紅外線接收模塊接收的紅外線強(qiáng)度小于強(qiáng)度排名前70％節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度平均值的60％，且該狀態(tài)保持30分鐘以上，則判斷該節(jié)點(diǎn)的橋梁出現(xiàn)輕微變形；

19、若實(shí)際測(cè)得的位移信號(hào)與計(jì)算得到的位移數(shù)據(jù)的差值在60％以上，且某紅外線接收模塊接收的紅外線強(qiáng)度小于強(qiáng)度排名前70％節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度平均值的40％，且該狀態(tài)保持30分鐘以上，則判斷該節(jié)點(diǎn)的橋梁出現(xiàn)嚴(yán)重變形；

20、若某紅外線接收模塊接收的紅外線強(qiáng)度為0或相鄰的多個(gè)紅外線接收模塊接收的紅外線強(qiáng)度為0，且當(dāng)前測(cè)的加速度數(shù)據(jù)方差小于設(shè)定閾值n，則判斷該節(jié)點(diǎn)存在嚴(yán)重的坍塌風(fēng)險(xiǎn)。

21、一種可選的實(shí)施方式，在分析得到每一側(cè)橋梁加速度信號(hào)和橋梁位移信號(hào)的回歸關(guān)系后，還包括在固定周期后，對(duì)所述回歸關(guān)系進(jìn)行更新計(jì)算。

22、一種可選的實(shí)施方式，將實(shí)際測(cè)得的位移信號(hào)與計(jì)算得到的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析時(shí)，前提條件包括：當(dāng)前測(cè)得的加速度信號(hào)與橋梁正常情況下的加速度分布是相同的。8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法，所述設(shè)定閾值n通過(guò)以下方式確定：在完成所述綜合檢測(cè)預(yù)警模塊安裝后，采集重型車輛經(jīng)過(guò)時(shí)橋梁加速度信號(hào)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算所統(tǒng)計(jì)的所述加速度信號(hào)的平均值作為設(shè)定閾值n。

23、一種可選的實(shí)施方式，在完成所述綜合檢測(cè)預(yù)警模塊安裝后，還包括采集重型車輛經(jīng)過(guò)時(shí)橋梁位移信號(hào)和加速度信號(hào)，并分析重型車輛經(jīng)過(guò)時(shí)橋梁加速度信號(hào)與橋梁位移信號(hào)的回歸關(guān)系，并在判斷橋梁變形情況時(shí)，將由重型車輛經(jīng)過(guò)引起橋梁位移信號(hào)變化的情形排除。

24、本發(fā)明的有益效果為：

25、本發(fā)明所提供的高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法中，將所使用的紅外線檢測(cè)預(yù)警模塊或綜合檢測(cè)預(yù)警模塊安裝在中央分隔處的橋面上，無(wú)需對(duì)橋面內(nèi)部進(jìn)行施工，因此不需要破壞橋面或護(hù)欄。另外，本發(fā)明能夠低成本實(shí)現(xiàn)高速公路橋梁全段各個(gè)最小單元的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

技術(shù)特征：

1.一種高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法，其特征在于，所述紅外線檢測(cè)預(yù)警模塊中的紅外線發(fā)射模塊和紅外線接收模塊均成對(duì)布置，且所述紅外線發(fā)射模塊的發(fā)射功率根據(jù)中央分隔處的寬度調(diào)節(jié)，以確保橋梁未發(fā)生變形時(shí)紅外線接收模塊可以接收到紅外線發(fā)射模塊的紅外線信號(hào)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法，其特征在于，在完成橋梁變形及坍塌檢測(cè)后，還包括在所述橋梁入口前及入口處均布設(shè)有顯示屏和警示系統(tǒng)，以發(fā)出對(duì)當(dāng)前橋梁狀態(tài)的警告。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法，其特征在于，在完成橋梁變形及坍塌檢測(cè)后，還包括將檢測(cè)結(jié)果發(fā)送至橋梁管理中心。

5.一種高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法，其特征在于，包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法，其特征在于，在分析得到每一側(cè)橋梁加速度信號(hào)和橋梁位移信號(hào)的回歸關(guān)系后，還包括在固定周期后，對(duì)所述回歸關(guān)系進(jìn)行更新計(jì)算。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法，其特征在于，將實(shí)際測(cè)得的位移信號(hào)與計(jì)算得到的位移數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和分析時(shí)，前提條件包括：當(dāng)前測(cè)得的加速度信號(hào)與橋梁正常情況下的加速度分布是相同的。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法，所述設(shè)定閾值n通過(guò)以下方式確定：在完成所述綜合檢測(cè)預(yù)警模塊安裝后，采集重型車輛經(jīng)過(guò)時(shí)橋梁加速度信號(hào)并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算所統(tǒng)計(jì)的所述加速度信號(hào)的平均值作為設(shè)定閾值n。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法，在完成所述綜合檢測(cè)預(yù)警模塊安裝后，還包括采集重型車輛經(jīng)過(guò)時(shí)橋梁位移信號(hào)和加速度信號(hào)，并分析重型車輛經(jīng)過(guò)時(shí)橋梁加速度信號(hào)與橋梁位移信號(hào)的回歸關(guān)系，并在判斷橋梁變形情況時(shí)，將由重型車輛經(jīng)過(guò)引起橋梁位移信號(hào)變化的情形排除。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種高速公路橋梁變形及坍塌的檢測(cè)預(yù)警方法。所述檢測(cè)預(yù)警方法包括：沿高速公路橋梁的縱向，確定橋梁?jiǎn)卧L(zhǎng)度L；沿高速公路橋梁的中央分隔處在每一單元長(zhǎng)度L內(nèi)分別設(shè)置一紅外線檢測(cè)預(yù)警模塊或綜合檢測(cè)預(yù)警模塊，每一紅外線檢測(cè)預(yù)警模塊或或綜合檢測(cè)預(yù)警模塊的設(shè)置位置均作為節(jié)點(diǎn)并標(biāo)注在中央控制系統(tǒng)中；以一定的頻率持續(xù)記錄橋梁位移信號(hào)并進(jìn)行分析判斷。本發(fā)明將所使用的紅外線檢測(cè)預(yù)警模塊或綜合檢測(cè)預(yù)警模塊安裝在中央分隔處的橋面上，無(wú)需對(duì)橋面內(nèi)部進(jìn)行施工，因此不需要破壞橋面或護(hù)欄。另外，本發(fā)明能夠低成本實(shí)現(xiàn)高速公路橋梁全段各個(gè)最小單元的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

技術(shù)研發(fā)人員：趙晨,史聰靈,張晴,車洪磊,李健,李俊毅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9