一種高架橋變形定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高架橋（如大型橋梁、高架公路、高架鐵路）的安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，特別涉 及一種高架橋變形定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)在交通建設(shè)很快，特別是高速公路、鐵路等大多采用高架橋方式建設(shè)，需要對(duì)其 橋墩沉降、傾斜變形和橋梁接頭縫隙以及預(yù)留的伸縮縫進(jìn)行檢測(cè)，而對(duì)高架橋的整體變形 監(jiān)測(cè)，以發(fā)現(xiàn)其異常現(xiàn)狀和判斷發(fā)展趨勢(shì)，以便分析其變化的產(chǎn)生原因及其對(duì)橋梁安全的 影響，并及時(shí)進(jìn)行有效的治理，以減少和避免災(zāi)難性的事故發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)和圖像處理技術(shù)，并輔以一定的預(yù) 測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)高架橋的變形進(jìn)行定量監(jiān)測(cè)及其趨勢(shì)預(yù)測(cè)。具體技術(shù)方案如下：
[0004] 一種高架橋變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)中心電子計(jì)算機(jī)組 成，其特征在于，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)包括設(shè)置在橋梁接頭和路面伸縮縫或裂縫處的攝像傳感器，也包 括設(shè)置在每個(gè)橋墩側(cè)壁的攝像傳感器，其攝像頭對(duì)準(zhǔn)前、后兩個(gè)相鄰的橋墩，以觀察其沉降 和傾斜狀況，攝像傳感器帶有ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)經(jīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)將高架橋梁接頭和伸縮縫的變形信息實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心計(jì)算機(jī) 上，在計(jì)算機(jī)屏幕上自動(dòng)顯示所監(jiān)測(cè)的各具體確實(shí)位置的高架橋梁接頭和伸縮縫的變形變 化值，當(dāng)變化值超出規(guī)定閾值時(shí)，計(jì)算機(jī)上自動(dòng)顯示預(yù)警，同時(shí)將預(yù)警發(fā)送至操作人員手機(jī) 上，計(jì)算機(jī)能預(yù)測(cè)高架橋變形的發(fā)展趨勢(shì)。
[0005] 進(jìn)一步的，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)由以下部件組成：攝像傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、基于ZigBee 通信協(xié)議的射頻發(fā)射模塊，其中攝像傳感器通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路與基于ZigBee通信協(xié)議的 射頻發(fā)射模塊連接，且均與光電源連接，光電源上連有電源管理芯片，統(tǒng)一控制供電；基于 ZigBee通信協(xié)議的射頻發(fā)射模塊上連接有液晶顯示器和USB接口。
[0006] 優(yōu)選的，攝像傳感器為SAT系列紅外探測(cè)器。
[0007] 優(yōu)選的，基于ZigBee通信協(xié)議的射頻發(fā)射模塊是CC2430芯片。
[0008] 進(jìn)一步的，網(wǎng)管節(jié)點(diǎn)由以下部件：基于ZigBee通信協(xié)議的射頻接受模塊、微處理 器、SIM卡座、GPRS模塊順次連接而成，它們均由低壓電源供電，所述的低壓電源為風(fēng)光互 補(bǔ)電源，并由電源管理芯片統(tǒng)一執(zhí)行供電管理。
[0009]優(yōu)選的，微處理器選用AT91RM9200芯片。
[0010] 一種高架橋變形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的預(yù)測(cè)方法，運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)方法，其特征在于，拓灰 色預(yù)測(cè)模型充分利用監(jiān)控的形狀尺寸參數(shù)XI、X2、X3把隨時(shí)間變化的尺寸累加求和，生成 新的序列，用一條曲線逼近，逼近曲線還原后即為拓灰色預(yù)測(cè)模型。
[0011] 有益效果
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下積極效果：（1)采用攝像頭傳感器，對(duì)高架橋橋 梁接頭和伸縮縫以及裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是一種無(wú)接觸的，可以增加監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性，提高監(jiān) 測(cè)精度。（2)采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，由于靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，超大的網(wǎng)絡(luò)容量，特別適合綿長(zhǎng) 的高架橋的多點(diǎn)多路安全監(jiān)測(cè)。（3)采用無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需在路面上敷設(shè)大量導(dǎo)線，節(jié)約 成本，降低施工難度。（4)無(wú)需工作人員定期巡回檢查監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，節(jié)約大量人力成本。（5) 將ZigBee網(wǎng)絡(luò)、GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來(lái)，適合高架公路與高架鐵路的安全監(jiān) 測(cè)。（6)采用紅外攝像傳感器可不受天氣影響實(shí)施24小時(shí)監(jiān)測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是一種高架橋接頭與伸縮縫變形定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖；
[0014] 圖2是ZigBee網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)原理圖；
[0015] 圖3是ZigBee網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)原理圖。
[0016] 其中，1.監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)；2.網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)；3.GPRS網(wǎng)絡(luò)；4.Internet網(wǎng)絡(luò)；5.監(jiān)測(cè)中心計(jì) 算機(jī)；6.攝像傳感器；7.信號(hào)調(diào)理電路；8.基于ZigBee通信協(xié)議的射頻發(fā)射（接收）模 塊；9液晶顯示器；10.USB接口；11.電源；12.電源管理芯片；13.微處理器；14.SM卡座； 15.GPRS模塊。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 為使本發(fā)明的目的和技術(shù)方案更加清楚，以下結(jié)合附圖對(duì)本申請(qǐng)的技術(shù)方案進(jìn)行 清楚、完整地描述。所描述的實(shí)施例是本申請(qǐng)的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，基于 所描述的本申請(qǐng)的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有 其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
[0018] 實(shí)施例1 :一種高架橋變形定量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)1、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2、監(jiān)測(cè)中心電 子計(jì)算機(jī)5組成，其特征在于，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)1包括設(shè)置在橋梁接頭和路面伸縮縫或裂縫處的攝 像傳感器6,也包括設(shè)置在每個(gè)橋墩側(cè)壁的攝像傳感器6,其攝像頭對(duì)準(zhǔn)前、后兩個(gè)相鄰的 橋墩，以觀察其沉降和傾斜狀況，攝像傳感器6帶有ZigBee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)2,監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn) 1經(jīng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)2通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)3與Internet網(wǎng)絡(luò)4將水利工程裂縫與伸縮縫的圖像信息 實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)中心電子計(jì)算機(jī)5中，在計(jì)算機(jī)屏幕上自動(dòng)顯示所監(jiān)測(cè)的各具體確實(shí)位置 的高架橋梁接頭和伸縮縫及裂縫的變化值，當(dāng)變化值超出規(guī)定閾值時(shí)，計(jì)算機(jī)上自動(dòng)顯示 預(yù)警，同時(shí)將預(yù)警發(fā)送至操作人員手機(jī)上，計(jì)算機(jī)能預(yù)測(cè)高架橋變形的發(fā)展趨勢(shì)。
[0019] ⑴監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)
[0020] 如圖2所示的監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)1，紅外攝像傳感器6將對(duì)準(zhǔn)所要監(jiān)測(cè)高架橋梁的接頭、 伸縮縫和裂縫，將攝制的圖像經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路7處理后，由基于ZigBee通信協(xié)議的射頻模 塊8發(fā)射圖像信息。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)1用低壓電源11，監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)1的各個(gè)芯片型號(hào)可以作如下選 擇：CC2430是Chipcon公司生產(chǎn)的用來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式ZigBee應(yīng)用的芯片系統(tǒng)，它支持2. 4GHz IEEE802. 15. 4/ZigBee協(xié)議。CC2430芯片以強(qiáng)大的集成開發(fā)環(huán)境作為支持，內(nèi)部線路的交 互式調(diào)試以遵從IDE的IAR工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為支持，得到嵌入式機(jī)構(gòu)的高度認(rèn)可，CC2430芯片系 統(tǒng)模塊集成了CC2420RF收發(fā)器，增強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051MCU. 32/64/128KB閃存，8KBSRAM等 高性能模塊，并內(nèi)置ZigBee協(xié)議，加上超低能耗，使得它可以用很低的費(fèi)用構(gòu)成ZigBee節(jié) 點(diǎn)。
[0021] 紅外攝像傳感器6采用SAT系列紅外攝像儀，其均采用非制冷焦作平面紅外探測(cè) 器，該紅外探測(cè)器采用多晶硅材料制備的單片式電阻型微測(cè)輻射熱計(jì)技術(shù)，探測(cè)器列陳規(guī) 模320X240,像元中心距45yM，填充因子大于80%，噪聲等效溫差（NETD)達(dá)到100mk(典 型值）。
[0022] 為了適應(yīng)水利工程安全監(jiān)測(cè)的實(shí)際