本發(fā)明涉及橋梁安全，具體涉及一種橋梁結(jié)構(gòu)全域撓度及失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法與裝置。
背景技術(shù)：
1、在當(dāng)今的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，橋梁的安全性和可靠性是至關(guān)重要的。橋梁的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行不僅關(guān)系到交通的順暢，更直接關(guān)乎公共安全。因此，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測(cè)技術(shù)一直是工程領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。其中，橋梁撓度的監(jiān)測(cè)是評(píng)估橋梁性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，它能夠反映橋梁在各種動(dòng)態(tài)和靜態(tài)荷載作用下的變形情況，為橋梁的維護(hù)、加固和使用壽命評(píng)估提供重要依據(jù)。
2、然而，現(xiàn)有的橋梁撓度監(jiān)測(cè)手段面臨著諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的測(cè)量方法，如水準(zhǔn)儀測(cè)量、經(jīng)緯儀測(cè)量等，雖然在精度上具有一定優(yōu)勢(shì)，但操作復(fù)雜，且需要大量的人力和時(shí)間成本，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁變形的連續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。此外，這些方法通常只能提供局部的測(cè)量數(shù)據(jù)，難以全面反映橋梁的整體變形情況。
3、隨著科技的不斷進(jìn)步，一些新型的監(jiān)測(cè)技術(shù)被引入到橋梁健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。例如，傾角儀、激光掃描儀、光電成像系統(tǒng)等現(xiàn)代測(cè)量工具在一定程度上提高了監(jiān)測(cè)效率和精度。但這些技術(shù)大多只能對(duì)橋梁的局部區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，或者只能監(jiān)測(cè)單一方向的變形，難以全面捕捉橋梁結(jié)構(gòu)在復(fù)雜荷載作用下的整體變形情況。此外，這些技術(shù)在面對(duì)橋梁的動(dòng)態(tài)變形監(jiān)測(cè)時(shí)，往往存在響應(yīng)速度慢、數(shù)據(jù)采集不連續(xù)等問(wèn)題，難以滿足現(xiàn)代橋梁監(jiān)測(cè)對(duì)于實(shí)時(shí)性和全面性的要求。更為重要的是，橋梁在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可能會(huì)受到多種因素的影響，如風(fēng)振、車輛荷載、溫度變化、材料老化等。這些因素可能導(dǎo)致橋梁結(jié)構(gòu)的平面外失穩(wěn)，而這種失穩(wěn)一旦發(fā)生，往往會(huì)對(duì)橋梁的安全性造成嚴(yán)重威脅。
4、在橋梁安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，盡管傾角傳感技術(shù)已逐步應(yīng)用于自動(dòng)化監(jiān)測(cè)（如專利cn202011621786.0、cn201910469978.5、cn201910497157.2?所示方案），但仍存在三大技術(shù)瓶頸：其一，現(xiàn)有單點(diǎn)環(huán)形傾角傳感器組（同軸布置）僅能采集離散點(diǎn)位的局部?jī)A角數(shù)據(jù)，無(wú)法重構(gòu)橋面整體變形場(chǎng)，難以捕捉扭轉(zhuǎn)變形、區(qū)域屈曲等空間連續(xù)變形；其二，撓度解算依賴簡(jiǎn)化公式（δn=lsinθ），未考慮橋面曲率耦合效應(yīng)，且缺乏全局基準(zhǔn)修正機(jī)制，導(dǎo)致誤差隨時(shí)間累積；其三，預(yù)警機(jī)制僅基于閾值觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，未建立基于變形動(dòng)力學(xué)的失穩(wěn)判據(jù)，無(wú)法有效預(yù)判平面外失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。
5、綜上所述，開(kāi)發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)全橋面高精度變形重構(gòu)、具備失穩(wěn)預(yù)警能力的監(jiān)測(cè)方案，對(duì)預(yù)防橋梁潛在風(fēng)險(xiǎn)、保障橋梁安全運(yùn)行具有重要意義。
6、有鑒于此，提出本申請(qǐng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供了一種橋梁結(jié)構(gòu)全域撓度及失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法與裝置，能至少部分的改善上述問(wèn)題。
2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
3、一種橋梁結(jié)構(gòu)全域撓度及失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其包括：
4、s1.?通過(guò)無(wú)線通信方式，實(shí)時(shí)獲取布設(shè)在目標(biāo)橋梁結(jié)構(gòu)上的p×q矩陣傳感器組件采集的動(dòng)態(tài)傾角數(shù)據(jù)，所述動(dòng)態(tài)傾角數(shù)據(jù)包括傳感器平面相對(duì)坐標(biāo)及大于等于50hz采樣頻率的傾角值；同步獲取通過(guò)gps模塊監(jiān)測(cè)的橋梁結(jié)構(gòu)相對(duì)原點(diǎn)位置的法向位移；
5、s2.?多源數(shù)據(jù)時(shí)間同步處理：以?gps?模塊輸出的?utc?時(shí)間為全局時(shí)鐘基準(zhǔn)，利用?1pps?信號(hào)和?nmea?時(shí)間戳實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)鐘同步；采用主從同步架構(gòu)和雙向同步協(xié)議完成傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)時(shí)間對(duì)齊；對(duì)傳感器采集數(shù)據(jù)和?gps?數(shù)據(jù)分別附加對(duì)應(yīng)時(shí)間戳，實(shí)現(xiàn)時(shí)間戳統(tǒng)一轉(zhuǎn)換；針對(duì)傳感器與?gps?采樣率差異，采用線性插值法完成數(shù)據(jù)時(shí)間尺度匹配，確保多源數(shù)據(jù)時(shí)間一致；
6、s3.?采用撓度曲面擬合算法對(duì)動(dòng)態(tài)傾角數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合處理，得到實(shí)時(shí)的橋梁撓度曲面，該撓度曲面是多項(xiàng)式方程構(gòu)建而成，為常數(shù)項(xiàng)，為多項(xiàng)式項(xiàng)的系數(shù)， k為對(duì)應(yīng)多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)之和， i、 j為多項(xiàng)式項(xiàng)的冪次， n為多項(xiàng)式項(xiàng)最高冪次， t對(duì)應(yīng)不同的時(shí)刻；
7、s4.?基于實(shí)時(shí)撓度曲面，計(jì)算橋面最大撓度和最大曲率，并通過(guò)比對(duì)橋面絕對(duì)撓度和臨界曲率雙重控制指標(biāo)對(duì)橋面進(jìn)行危險(xiǎn)預(yù)警。
8、一種橋梁結(jié)構(gòu)全域撓度及失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其包括：
9、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集單元：配置為控制p×q無(wú)線復(fù)合傾角傳感器以大于等于50hz頻率采集傾角數(shù)據(jù)，并實(shí)時(shí)同步采集gps法向位移；
10、多源數(shù)據(jù)同步單元：以?gps?的?utc?時(shí)間為基準(zhǔn)，分別實(shí)現(xiàn)高精度時(shí)鐘同步、傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)間對(duì)齊、多源數(shù)據(jù)時(shí)間戳統(tǒng)一轉(zhuǎn)換及采樣率匹配，確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)間一致有效；
11、曲面擬合計(jì)算單元：用于執(zhí)行撓度曲面擬合算法及位移約束修正；
12、失穩(wěn)預(yù)警單元：被配置為計(jì)算最大撓度和最大曲率并與橋面絕對(duì)撓度和臨界曲率比對(duì)，觸發(fā)分級(jí)報(bào)警。
13、綜上，所述橋梁結(jié)構(gòu)全域撓度及失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法旨在通過(guò)先進(jìn)的傳感器技術(shù)和數(shù)據(jù)處理算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)變形的實(shí)時(shí)、全面監(jiān)測(cè)。該方法通過(guò)在橋梁結(jié)構(gòu)上矩陣式布置無(wú)線復(fù)合傾角傳感器，實(shí)時(shí)采集傳感器的平面相對(duì)坐標(biāo)及傾角值，并利用遠(yuǎn)程無(wú)線傳輸技術(shù)將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。同時(shí)，通過(guò)gps等手段實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)面板相對(duì)原點(diǎn)位置的法向位移。基于所采集的數(shù)據(jù)，采用撓度曲面擬合算法對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的變形情況進(jìn)行建模和修正，從而擬合出目標(biāo)物體的變形曲面。該方法能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)上任一點(diǎn)撓度變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)對(duì)歷史變形數(shù)據(jù)的分析，評(píng)估橋梁結(jié)構(gòu)平面外失穩(wěn)的可能性。該方法不僅提高了橋梁監(jiān)測(cè)的效率和精度，還為橋梁的安全管理和維護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)，具有顯著的實(shí)用性和創(chuàng)新性。
14、簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，所述橋梁結(jié)構(gòu)全域撓度及失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)變形情況，數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)于本地或上傳于云端，以實(shí)現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)變形的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)觀測(cè)及預(yù)警。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該方法具備以下優(yōu)點(diǎn)：1.實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)橋梁結(jié)構(gòu)上任一點(diǎn)的撓度變化情況；2.對(duì)于歷史橋梁結(jié)構(gòu)變形曲面變化情況進(jìn)行分析，可以得出橋梁結(jié)構(gòu)平面外失穩(wěn)的可能性。
1.一種橋梁結(jié)構(gòu)全域撓度及失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求?1?所述的一種橋梁結(jié)構(gòu)全域撓度及失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟?s2?中多源數(shù)據(jù)時(shí)間同步處理具體包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁結(jié)構(gòu)全域撓度及失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟s3中撓度曲面擬合算法包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁結(jié)構(gòu)全域撓度及失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述矩陣傳感器組件中的無(wú)線復(fù)合傾角傳感器以矩陣式布設(shè)，行間距與列間距根據(jù)橋梁固有頻率設(shè)置，滿足：，其中為橋梁設(shè)計(jì)最大車速，通過(guò)橋梁模態(tài)進(jìn)行獲取，為傾角傳感器布置間距。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種橋梁結(jié)構(gòu)全域撓度及失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，雙重控制指標(biāo)的生成方法包括：
6.一種橋梁結(jié)構(gòu)全域撓度及失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于，包括：