專利名稱：一種基于無線傳感的橋梁位移在線監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于高速鐵路安全防災(zāi)監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，且特別是有關(guān)于一種在線橋梁位移監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
我國高速鐵路的快速發(fā)展世界矚目，現(xiàn)代鐵路的高速度、高密度連續(xù)運營等特點對安全工作提出了更嚴格的要求。維持軌道的高平順性、高穩(wěn)定性，是高鐵運行的重中之重。列車高速運行，軌面上微小的不平順，都可能引起列車的強烈振動，使得平穩(wěn)、舒適、安全性降低，甚至惡化。軌道的平順性依靠路基的高穩(wěn)定性和均勻性，同時對于高鐵高架橋的結(jié)構(gòu)特點，也依靠其橋梁支點的穩(wěn)定性。高速行駛的車輛對橋梁的動力作用大于普通鐵路橋梁，因此對行車安全提出了更高的要求。由于橋梁建筑工程受力的需要，橋梁的各個支點往往采用不同的固定方式，即預(yù)留某些支點可做上下、左右的彈性浮動。橋梁連接點一般有4類支點:固定支點、橫縱向可運動支點、橫向可運動支點、軸向可移動支點。車輛高速通過時對支點的擠壓和振動而產(chǎn)生橋梁支點的變形和吊空，或者橋梁和橋墩之間相對位移(如地表沉降)造成的橋梁變形和吊空，會影響車輛行駛的穩(wěn)定性，更會危害橋梁安全，現(xiàn)代高鐵的安全要求對橋梁的位移、變形已苛求到了毫米量級。因此需對橋梁的高穩(wěn)定性進行長期動態(tài)監(jiān)測做到提前預(yù)警防止事故發(fā)生。橋梁變形監(jiān)測主要根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)類型、設(shè)計要求和用途以及處于施工期監(jiān)測還是運營期長期監(jiān)測來確定監(jiān)測內(nèi)容、監(jiān)測精度和監(jiān)測方法?，F(xiàn)有的各種測量和監(jiān)控設(shè)備的監(jiān)測大多采用人工間歇收集信息的方式，信息的準確性、實時性差，不適于高速鐵路的要求。此外綿延數(shù)百公里甚至上千公里的高鐵線路需要數(shù)量巨大的傳感器，傳感器的供電、通信和定位都存在極大的困難。因此目前傳統(tǒng)的橋梁監(jiān)測系統(tǒng)無法形成對高鐵高架橋梁線路位移、變形的全局和動態(tài)性安全健康監(jiān)測，從而難以為高速鐵路的健康運行提供科學的決策依據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種采用無線傳感技術(shù)，實現(xiàn)遠程、實時在線監(jiān)測橋梁位移的系統(tǒng)。為達成上述目的，本發(fā)明提出一種基于無線傳感的橋梁位移在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括位移傳感器、遠程監(jiān)測單元、無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點、監(jiān)控主機。其中，位移傳感器安裝在橋梁、橋墩的監(jiān)控點，采集橋梁位移信息，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號送至所屬遠程監(jiān)測單元；遠程監(jiān)測單元獲取所監(jiān)控的各監(jiān)控點處的位移信息，并將遠程監(jiān)測單元自身狀態(tài)和橋梁位移信息傳至無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點，同時接收來自無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點的下行信息；無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過公用/專用的有線或無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控主機互聯(lián)，監(jiān)控主機對接收到的各種信息數(shù)據(jù)進行分析、處理、存儲，并可將預(yù)報警信息經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)分發(fā)至相關(guān)負責人員。
進一步，其中遠程監(jiān)測單元包括遠端節(jié)點電源模塊、遠端節(jié)點電源防雷模塊、信號防雷模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊、遠端節(jié)點通訊模塊以及密封防護機箱，遠端節(jié)點電源模塊、遠端節(jié)點電源防雷模塊、信號防雷模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊、遠端節(jié)點通訊模塊設(shè)置在密封防護機箱內(nèi)，遠端節(jié)點電源模塊對數(shù)據(jù)采集處理模塊和遠端節(jié)點通訊模塊供電，上述位移傳感器輸出的電信號按順序接入，經(jīng)由信號防雷模塊處理后，進入數(shù)據(jù)采集處理模塊，處理的數(shù)據(jù)輸入遠端節(jié)點通訊模塊后，便可按相應(yīng)的通信協(xié)議遠程與無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點設(shè)備進行通τΗ ο進一步，其中無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點包含網(wǎng)關(guān)通訊模塊、網(wǎng)關(guān)電源防雷模塊以及網(wǎng)關(guān)電源模塊，網(wǎng)關(guān)電源模塊對網(wǎng)關(guān)通訊模塊進行供電。無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點負責管理控制一個或多個遠程監(jiān)測單元，具有與其他無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點通信功能，可接入公用或?qū)Ｓ玫挠芯€或無線網(wǎng)絡(luò)，將遠程監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控主機。進一步，其中所涉及的位移傳感器，可以是電感式、電容式、光電式、超聲波式和霍爾式位移傳感器，精度在毫米或亞毫米量級，量程數(shù)毫米至數(shù)十毫米。進一步，其中遠程監(jiān)測單元和無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點有市電和太陽能供電系統(tǒng)供電兩種方式可選。進一步，其中太陽能供電系統(tǒng)采用太陽能板和蓄電池組合的浮充供電，太陽能供電系統(tǒng)包括太陽能陣、太陽能控制器、負載和蓄電池，且太陽能陣采用單晶硅板，同時需要考慮和蓄電池組的容量相互匹配，保證太陽能陣可以完全給蓄電池組充滿電。本發(fā)明的有益效果:本橋梁位移監(jiān)控系統(tǒng)能全天候，長時間的監(jiān)控高速鐵路橋梁的位移情況，與傳統(tǒng)傳感技術(shù)相比，具有布設(shè)方便、配置靈活、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，并可實現(xiàn)目前傳統(tǒng)方式無法實現(xiàn)的超長距離(數(shù)十甚至數(shù)百公里)高架橋梁的結(jié)構(gòu)安全健康監(jiān)測。


圖1為本發(fā)明實施例的在線橋梁位移監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。圖2為圖1中遠程監(jiān)測單元的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為圖1中無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點的結(jié)構(gòu)框圖。圖4為圖1中太陽能供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。標號說明:Α、橋梁B、橋墩1、位移傳感器2、遠程監(jiān)測單元3、無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點
4、通信網(wǎng)絡(luò)5、監(jiān)控主機6、太陽能供電系統(tǒng)7、太陽能硅板8、太陽能控制器9、負載10、膠體蓄電池
具體實施例方式為了更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉具體實施例并配合所附圖式說明如下。如圖1所示，本發(fā)明提出的基于無線傳感的橋梁位移監(jiān)控系統(tǒng)裝置包括:位移傳感器1、遠程監(jiān)測單元2、無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點3、監(jiān)控主機5和太陽能供電系統(tǒng)6。根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測需求，結(jié)合現(xiàn)場空間，將位移傳感器I (包括橫向、縱向、垂直位移傳感器或其組合)借助固定裝置和輔助裝置安裝在橋梁A的監(jiān)控點。上述位移傳感器I采集橋梁位移信息，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號送至所屬遠程監(jiān)測單元2。遠程監(jiān)測單元2獲取所監(jiān)控各點處的位移信息，將位移信息傳至無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點3，并接受來自無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點3的下行信息。無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點3通過公用/專用的有線或無線網(wǎng)絡(luò)4，與監(jiān)控主機5互聯(lián)。監(jiān)控主機5對接收到的數(shù)據(jù)進行分析、處理、存儲，并可將預(yù)報警信息經(jīng)由公用或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)分發(fā)至相關(guān)負責人員。本發(fā)明所涉及的位移傳感器1，可以是電感式、電容式、光電式、超聲波式和霍爾式位移傳感器，精度在毫米或亞毫米量級，量程數(shù)毫米至數(shù)十毫米。上述位移傳感器采集橋梁位移信息，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號送至所屬遠程監(jiān)測單元。根據(jù)現(xiàn)場勘探，確定監(jiān)測參量，配備橋梁自動化監(jiān)測所需的相應(yīng)測試傳感器。位移傳感器借助固定裝置和輔助裝置安裝在所需的監(jiān)測點上。本發(fā)明所涉及的遠程監(jiān)測單元圖2所示，遠程監(jiān)測單元包括遠端節(jié)點電源模塊、遠端節(jié)點電源防雷模塊、信號防雷模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊、遠端節(jié)點通訊模塊以及密封防護機箱，遠端節(jié)點電源模塊、遠端節(jié)點電源防雷模塊、信號防雷模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊、遠端節(jié)點通訊模塊設(shè)置在密封防護機箱內(nèi)，遠端節(jié)點電源模塊對數(shù)據(jù)采集處理模塊和遠端節(jié)點通訊模塊供電，上述位移傳感器輸出的電信號按順序接入，經(jīng)由防雷模塊處理后，進入數(shù)據(jù)采集處理模塊，處理的數(shù)據(jù)輸入遠端節(jié)點通訊模塊后，便可按相應(yīng)的通信協(xié)議遠程與無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點設(shè)備進行通訊。遠程監(jiān)測單元的供電有兩種方式:就近引入市電、太陽能供電系統(tǒng)供電。進一步，遠程監(jiān)測單元還包括電源防雷模塊，設(shè)置在外部供電系統(tǒng)(市電、太陽能供電系統(tǒng))和電源模塊之間。本發(fā)明所涉及的無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點如圖3所示，無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點包含網(wǎng)關(guān)電源模塊、網(wǎng)關(guān)電源防雷模塊以及網(wǎng)關(guān)通訊模塊，網(wǎng)關(guān)電源模塊對網(wǎng)關(guān)通訊模塊進行供電。無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點負責管理控制一個或多個遠程監(jiān)測單元，具有與其他無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點通信功能，可接入公用或?qū)Ｓ玫挠芯€或無線網(wǎng)絡(luò)，將遠程監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控主機。本發(fā)明所涉及的太陽能供電系統(tǒng)如圖4所示，采用太陽能板和蓄電池組合的浮充供電，系統(tǒng)由太陽能陣、太陽能控制器、負載和蓄電池等組成，太陽能陣采用單晶硅板，同時需要考慮和蓄電池組的容量相互匹配，保證太陽能陣可以完全給蓄電池組充滿電。本發(fā)明所涉及的監(jiān)控主機的硬件配置和網(wǎng)絡(luò)接口滿足監(jiān)控和運行環(huán)境需求，監(jiān)控主機上的監(jiān)控軟件是信息管理及分析軟件，主要用于實時監(jiān)測橋梁參數(shù)并進行監(jiān)測資料分析，具體包括單點或多點數(shù)據(jù)顯示、瀏覽過程線及圖形繪制等功能界面。利用安裝的監(jiān)控軟件全天候?qū)崟r采集并分析數(shù)據(jù)，對超過閾值的數(shù)據(jù)記錄節(jié)點發(fā)出相應(yīng)等級的預(yù)警警報，并可通過短信模式同步發(fā)送給相關(guān)負責人。軟件還可以存儲并導出以往的數(shù)據(jù)，讓管理人員通過對數(shù)據(jù)的分析比較后采取相應(yīng)的措施，并將此次操作時間和操作內(nèi)容發(fā)送到橋梁支點吊空管理系統(tǒng)中備查。當各節(jié)點數(shù)據(jù)監(jiān)測設(shè)備如果遇到運行不正常，無線通訊模塊發(fā)生故障，供電系統(tǒng)出現(xiàn)損壞或自然使用壽命終結(jié)，軟件系統(tǒng)都會及時給予相關(guān)節(jié)點信息的提示。綜上所述，本發(fā)明適用于橋梁的建設(shè)、運營及維護，利用安裝在橋梁和橋墩上的位移傳感器，可以對橋梁的橫向位移、縱向位移和垂直位移進行實時測量，實現(xiàn)對整個橋梁結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)監(jiān)測。通過采用無線傳感技術(shù)、太陽能供電和分布式組網(wǎng)，本橋梁位移監(jiān)控系統(tǒng)能全天候，長時間的監(jiān)控高速鐵路橋梁的位移情況，與傳統(tǒng)傳感技術(shù)相比，具有布設(shè)方便、配置靈活、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，并可實現(xiàn)目前傳統(tǒng)方式無法實現(xiàn)的超長距離(數(shù)十甚至數(shù)百公里)高架橋梁的結(jié)構(gòu)安全健康監(jiān)測。雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種的更動與潤飾。因此，本發(fā)明的保護范圍當視權(quán)利要求書所界定者為準。
權(quán)利要求
1.一種基于無線傳感的橋梁位移在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，包括:包括位移傳感器、遠程監(jiān)測單元、無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點、監(jiān)控主機，其中，位移傳感器安裝在橋梁、橋墩的監(jiān)控點，采集橋梁位移信息，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號送至所屬遠程監(jiān)測單元；遠程監(jiān)測單元獲取所監(jiān)控的各監(jiān)控點處的位移信息，并將遠程監(jiān)測單元自身狀態(tài)和橋梁位移信息傳至無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點，同時接收來自無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點的下行信息；無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過公用/專用的有線或無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控主機互聯(lián)，監(jiān)控主機對接收到的各種信息數(shù)據(jù)進行分析、處理、存儲，并可將預(yù)報警信息經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)分發(fā)至相關(guān)負責人員。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感的橋梁位移在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，其中遠程監(jiān)測單元包括遠端節(jié)點電源模塊、遠端節(jié)點電源防雷模塊、信號防雷模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊、遠端節(jié)點通訊模塊以及密封防護機箱，遠端節(jié)點電源模塊、遠端節(jié)點電源防雷模塊、信號防雷模塊、數(shù)據(jù)采集處理模塊、遠端節(jié)點通訊模塊設(shè)置在密封防護機箱內(nèi)，遠端節(jié)點電源模塊對數(shù)據(jù)采集處理模塊和遠端節(jié)點通訊模塊供電，上述位移傳感器輸出的電信號按順序接入，經(jīng)由信號防雷模塊處理后，進入數(shù)據(jù)采集處理模塊，處理的數(shù)據(jù)輸入遠端節(jié)點通訊模塊后，便可按相應(yīng)的通信協(xié)議遠程與無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點設(shè)備進行通訊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感的橋梁位移在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，其中無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點包含網(wǎng)關(guān)電源模塊、網(wǎng)關(guān)電源防雷模塊以及網(wǎng)關(guān)通訊模塊，網(wǎng)關(guān)電源模塊對網(wǎng)關(guān)通訊模塊進行供電，無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點管理控制一個或多個遠程監(jiān)測單元構(gòu)成的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，將遠程監(jiān)測單元的數(shù)據(jù)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控主機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感的橋梁位移在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，其中位移傳感器可以是電感式、電容式、光電式、超聲波式和霍爾式位移傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感的橋梁位移在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，其中遠程監(jiān)測單元和無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點有市電和太陽能供電系統(tǒng)供電兩種方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于無線傳感的橋梁位移在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，其中太陽能供電系統(tǒng)采用太陽能板和蓄電池組合的浮充供電，太陽能供電系統(tǒng)包括太陽能陣、太陽能控制器、負載和蓄電池，且太陽能陣采用單晶硅板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無線傳感的橋梁位移在線監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，監(jiān)控主機不僅分析橋梁的位移狀況和健康狀態(tài)；同時負責監(jiān)測各節(jié)點設(shè)備、供電系統(tǒng)運行狀態(tài)。
全文摘要
一種基于無線傳感的橋梁位移在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括位移傳感器、遠程監(jiān)測單元、無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點、監(jiān)控主機，其中，位移傳感器安裝在橋梁、橋墩的監(jiān)控點，采集橋梁位移信息，將其轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的電信號送至所屬遠程監(jiān)測單元；遠程監(jiān)測單元獲取所監(jiān)控的各監(jiān)控點處的位移信息，并將遠程監(jiān)測單元自身狀態(tài)和橋梁位移信息傳至無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點，同時接收來自無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點的下行信息；無線網(wǎng)關(guān)節(jié)點通過公用/專用的有線或無線網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控主機互聯(lián)，監(jiān)控主機對接收到的各種信息數(shù)據(jù)進行分析、處理、存儲。本發(fā)明具有布設(shè)方便、配置靈活、抗干擾能力強、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，并可實現(xiàn)數(shù)十甚至數(shù)百公里高架橋梁的結(jié)構(gòu)安全健康監(jiān)測。
文檔編號H04W84/18GK103200226SQ20131006009
公開日2013年7月10日 申請日期2013年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月26日
發(fā)明者許國良, 張旭蘋, 徐偉弘, 蔡江江 申請人:南京大學