專利名稱：一種橋墩局部沖刷觀測(cè)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種橋墩局部沖刷觀測(cè)系統(tǒng)及方法，屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)領(lǐng) 域。本發(fā)明特別針對(duì)大水深和橋墩近距離范圍內(nèi)沖刷坑區(qū)域的沖刷觀測(cè)而設(shè)計(jì)，并實(shí)現(xiàn)了 沖刷動(dòng)態(tài)過程數(shù)據(jù)無線傳輸，和工程管理中方便快捷地獲得工況信息。它可被應(yīng)用到觀測(cè) 鐵路和公路橋梁的橋墩局部沖刷狀況中。
背景技術(shù)：
橋梁被破壞的一個(gè)重要原因就是水流的沖刷。橋墩的存在占用了過水?dāng)嗝?，束?了河道，加大了流速，在橋墩處形成局部沖刷，同時(shí)水流流過橋墩周圍時(shí)形成渦流，也形成 對(duì)橋墩的局部淘刷。因?yàn)闆_刷是發(fā)生在水下，橋被沖刷破壞通常沒有明顯征兆，一旦破壞容 易發(fā)生橋塌人亡的重大事故，因此對(duì)橋墩沖刷狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)的觀測(cè)顯得非常重要?，F(xiàn)有的橋墩局部沖刷觀測(cè)方法大致有兩類一是通過測(cè)量船安裝GPS定位與多波束超聲測(cè)深系統(tǒng)來完成水下地形的觀測(cè)，該 方法成本高，需要的人工也比較多，不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)測(cè)量，存在不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)的可 能，并且為了保證測(cè)量船的安全，只能測(cè)量到距離橋墩較遠(yuǎn)位置的沖刷狀況，難以在近距離 處觀測(cè)，而越近橋墩沖刷深度越大，是橋墩基礎(chǔ)失穩(wěn)破壞的最危險(xiǎn)點(diǎn)。二是在橋墩附近預(yù)埋檢測(cè)傳感器，通過分析傳感器的信息來獲取橋墩沖刷坑的變 化。該方法彌補(bǔ)了測(cè)量船的不足，提高了檢測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性。但是傳感器必須在橋墩修建 的同時(shí)預(yù)埋到河底，對(duì)于已經(jīng)修建好的橋梁，重新安裝或檢修傳感器都非常困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是克服上述方法的缺點(diǎn)，提供一種橋墩局部沖刷觀測(cè)系統(tǒng)及方 法，它設(shè)備簡(jiǎn)單、使用方便。為了完成上述目的，本發(fā)明的實(shí)時(shí)橋墩局部沖刷觀測(cè)系統(tǒng)包括一套測(cè)量支架機(jī) 械系統(tǒng)、一組超聲測(cè)距傳感器、一組無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、一臺(tái)計(jì)算機(jī)和一個(gè)測(cè)量及數(shù)據(jù)處理 軟件。支架機(jī)械系統(tǒng)的發(fā)明主要解決測(cè)點(diǎn)近距離控制、連續(xù)多點(diǎn)測(cè)量和測(cè)點(diǎn)的空間定 位，實(shí)現(xiàn)沖刷坑區(qū)域多點(diǎn)測(cè)量。一種橋墩局部沖刷觀測(cè)系統(tǒng)，包括一個(gè)測(cè)量主桿、多個(gè)測(cè)量支桿和一個(gè)鋼管滑道， 測(cè)量主桿為高強(qiáng)度的空心不銹鋼管，上面連接有多個(gè)測(cè)量支桿，測(cè)量支桿也為空心不銹鋼 管，在橋墩豎直面上安裝鋼管滑道，測(cè)量主桿根部套在鋼管滑道上，可以上下移動(dòng)和左右旋 轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)較大范圍的測(cè)量。所述一組超聲測(cè)距傳感器探頭安裝在測(cè)量支桿上，當(dāng)探頭沒入水面時(shí)，可以進(jìn)行 水深測(cè)量。所述一組無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備包括發(fā)送模塊和接收模塊，發(fā)送模塊安裝在橋墩墩臺(tái) 處的設(shè)備箱里，與超聲測(cè)距傳感器探頭連接，接收由探頭采集的數(shù)據(jù)并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去，接收模塊安裝在數(shù)據(jù)中心，接收由發(fā)送模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)。一種橋墩局部沖刷觀測(cè)方法，其特征在于采集模塊的一組超聲測(cè)距探頭獲取水下 地形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳給發(fā)送模塊進(jìn)行發(fā)送，數(shù)據(jù)中心的接收模塊接收發(fā)送模塊的數(shù)據(jù)，并傳給 數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上的測(cè)量軟件模塊接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，得 到橋墩局部的沖刷地形。一種橋墩局部沖刷觀測(cè)方法，包括采集模塊、發(fā)送模塊、接收模塊、數(shù)據(jù)服務(wù)器模 塊、測(cè)量軟件模塊；采集模塊，布置在橋墩附近的一組超聲測(cè)距探頭，發(fā)射超聲波探測(cè)水下地形，采集 水下地形數(shù)據(jù)并傳給發(fā)送模塊；發(fā)送模塊，接收由采集模塊的探頭采集的數(shù)據(jù)并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去；接收模塊，接收由發(fā)送模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)，并傳送給數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊的計(jì)算機(jī)；數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊，一臺(tái)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備，存儲(chǔ)從接收模塊獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)；測(cè)量軟件模塊，安裝在數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊計(jì)算機(jī)上的測(cè)量軟件，用于數(shù)據(jù)采集與參 數(shù)設(shè)置，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，特別是能通過脈動(dòng)規(guī)律?；瘜?shí)現(xiàn)大水深渦流區(qū)局部沖 刷測(cè)量。根據(jù)本發(fā)明，傳感器可以布置在距離橋墩較近范圍內(nèi)，同時(shí)測(cè)量主桿可以在平面 上旋轉(zhuǎn)一定角度，這樣可以測(cè)量橋墩附近很大面積的水下地形，以獲取橋墩沖刷監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確 的地形數(shù)據(jù)，另外主桿能沿著鋼管滑道上下方便的滑動(dòng)，可保證在各種水位條件下測(cè)量。根據(jù)本發(fā)明，采用無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，能將測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送回控 制中心服務(wù)器上，采用國(guó)家通訊網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)，節(jié)約了布網(wǎng)成本，傳輸穩(wěn)定性和及時(shí)性也有 保證，實(shí)現(xiàn)了橋墩局部沖刷的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本發(fā)明的橋墩局部沖刷觀測(cè)系統(tǒng)，與現(xiàn)有的觀測(cè)系統(tǒng)相比，具有如下特點(diǎn)1)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，操作方便，維護(hù)簡(jiǎn)便；2)橋墩沖刷近距離、大面積測(cè)量；3)可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量；4)可以在大水深、渦流區(qū)測(cè)得可靠數(shù)據(jù)，能獲取重要的觀測(cè)信息；5)可通過無線模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)觀測(cè)。


當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，通過參照下面的詳細(xì)描述，能夠更完整更好地理解本發(fā)明以 及容易得知其中許多伴隨的優(yōu)點(diǎn)，但此處所說明的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解， 構(gòu)成本發(fā)明的一部分，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā) 明的不當(dāng)限定，其中圖1是觀測(cè)系統(tǒng)的工作流程圖。圖2顯示的是測(cè)量支架結(jié)構(gòu)布局及設(shè)置。圖3顯示的是橋墩局部沖刷觀測(cè)掃描范圍的實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1至圖3對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。
實(shí)施例顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本發(fā)明的宗旨所做的許多修改和變化屬于本發(fā)明的保 護(hù)范圍。以下將通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的特性作進(jìn)一步的說明，該實(shí)施例僅作為代表性應(yīng)用 的范例，并非限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。發(fā)送模塊與超聲測(cè)距傳感器探頭連接；接收由探頭采集的數(shù)據(jù)并通過無線通信網(wǎng) 絡(luò)發(fā)送出去，接收模塊安裝在數(shù)據(jù)中心；接收由發(fā)送模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊，(一臺(tái)計(jì)算機(jī)安放在數(shù)據(jù)中心作為數(shù)據(jù)服務(wù)器)連接無線數(shù)據(jù) 接收模塊，存儲(chǔ)測(cè)量數(shù)據(jù)。所述一個(gè)測(cè)量軟件用于數(shù)據(jù)采集與參數(shù)設(shè)置，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，特別是 能通過脈動(dòng)規(guī)律?；瘜?shí)現(xiàn)大水深渦流區(qū)局部沖刷測(cè)量。如圖2所示，本發(fā)明包括一個(gè)鋼管滑道1，豎直固定在橋墩處，可以在迎水面、背水 面或者側(cè)面，測(cè)量主桿2根部套在鋼管滑道上，可以上下滑動(dòng)和平面旋轉(zhuǎn)，測(cè)量主桿上連接 有多個(gè)測(cè)量支桿3，可以在多個(gè)測(cè)點(diǎn)同時(shí)測(cè)量，超聲測(cè)距傳感器4安裝在測(cè)量支桿3的尾部， 淹沒在水面以下測(cè)量，測(cè)距儀5布置在測(cè)量主桿2上，用于測(cè)定測(cè)量主桿與水面的距離。地形測(cè)點(diǎn)6的高程&可用下式進(jìn)行計(jì)算 = Z+D-L-H。Z為水面高程；D為測(cè)量主桿2水面高度；L為測(cè)量支桿3的長(zhǎng)度；H為測(cè)量支桿3 的一端距離地形測(cè)點(diǎn)6的尺寸長(zhǎng)度。測(cè)量方法1)在橋墩處安裝鋼管滑道，固定后保持豎直；2)根據(jù)具體測(cè)量需要在測(cè)量主桿上布置測(cè)量支桿，并安裝超聲測(cè)距傳感器；3)將測(cè)量主桿通過鋼管滑道滑動(dòng)到合適位置，保證超聲測(cè)距傳感器沒入水面一定 距離；4)通過旋轉(zhuǎn)調(diào)整測(cè)量主桿的角度，實(shí)現(xiàn)在平面上大范圍的地形測(cè)量；5)數(shù)據(jù)通過無線模塊傳輸至計(jì)算機(jī)，通過測(cè)量軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。圖3顯示的是橋墩沖刷局部實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的范例，在橋墩7的迎水面和背水面分別安 裝觀測(cè)系統(tǒng)8和觀測(cè)系統(tǒng)9，通過測(cè)量主桿的平面旋轉(zhuǎn)，可以覆蓋圖中虛線包圍范圍的沖刷 地形觀測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)近距離橋墩沖刷的監(jiān)測(cè)。如上所述，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)地說明，但是只要實(shí)質(zhì)上沒有脫離本發(fā) 明的發(fā)明點(diǎn)及效果可以有很多的變形，這對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，這 樣的變形例也全部包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種橋墩局部沖刷觀測(cè)方法，其特征在于采集模塊的一組超聲測(cè)距探頭獲取水下地 形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳給發(fā)送模塊進(jìn)行發(fā)送，數(shù)據(jù)中心的接收模塊接收發(fā)送模塊的數(shù)據(jù)，并傳給數(shù) 據(jù)中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上的測(cè)量軟件模塊接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，得到 橋墩局部的沖刷地形。
2.一種橋墩局部沖刷觀測(cè)方法，其特征在于包括采集模塊、發(fā)送模塊、接收模塊、數(shù)據(jù) 服務(wù)器模塊、測(cè)量軟件模塊；采集模塊，布置在橋墩附近的一組超聲測(cè)距探頭，發(fā)射超聲波探測(cè)水下地形，采集水下 地形數(shù)據(jù)并傳給發(fā)送模塊；發(fā)送模塊，接收由采集模塊的探頭采集的數(shù)據(jù)并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送出去；接收模塊，接收由發(fā)送模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)，并傳送給數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊的計(jì)算機(jī)；數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊，一臺(tái)計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備，存儲(chǔ)從接收模塊獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)；測(cè)量軟件模塊，安裝在數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊計(jì)算機(jī)上的測(cè)量軟件，用于數(shù)據(jù)采集與參數(shù)設(shè) 置，并能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，特別是能通過脈動(dòng)規(guī)律?；瘜?shí)現(xiàn)大水深渦流區(qū)局部沖刷測(cè) 量。
3.實(shí)時(shí)橋墩局部沖刷觀測(cè)系統(tǒng)，其特征在于包括一套測(cè)量支架機(jī)械系統(tǒng)、一組超聲 測(cè)距傳感器、一組無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、一臺(tái)計(jì)算機(jī)；一套測(cè)量支架機(jī)械系統(tǒng)為一個(gè)測(cè)量主桿、多個(gè)測(cè)量支桿和一個(gè)鋼管滑道，測(cè)量主桿為 高強(qiáng)度的空心不銹鋼管，上面連接有多個(gè)測(cè)量支桿，測(cè)量支桿也為空心不銹鋼管，在橋墩豎 直面上安裝鋼管滑道，測(cè)量主桿根部套在鋼管滑道上，可以上下移動(dòng)和左右旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)較大 范圍的測(cè)量；所述一組超聲測(cè)距傳感器探頭安裝在測(cè)量支桿上，當(dāng)探頭沒入水面時(shí)，可以進(jìn)行水深 測(cè)量；所述一組無線數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備包括發(fā)送模塊和接收模塊，發(fā)送模塊安裝在橋墩墩臺(tái)處的 設(shè)備箱里，與超聲測(cè)距傳感器探頭連接，接收由探頭采集的數(shù)據(jù)并通過無線通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)送 出去，接收模塊安裝在數(shù)據(jù)中心，接收由發(fā)送模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種橋墩局部沖刷觀測(cè)系統(tǒng)及方法，屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)和測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域。采集模塊的一組超聲測(cè)距探頭獲取水下地形數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳給發(fā)送模塊進(jìn)行發(fā)送，數(shù)據(jù)中心的接收模塊接收發(fā)送模塊的數(shù)據(jù)，并傳給數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器模塊的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)上的測(cè)量軟件模塊接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，得到橋墩局部的沖刷地形。本發(fā)明的橋墩局部沖刷觀測(cè)系統(tǒng)，具有如下特點(diǎn)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，操作方便，維護(hù)簡(jiǎn)便；橋墩沖刷近距離、大面積測(cè)量；可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量；可以在大水深、渦流區(qū)測(cè)得可靠數(shù)據(jù)，能獲取重要的觀測(cè)信息；可通過無線模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)觀測(cè)。
文檔編號(hào)G01S15/89GK102087360SQ20101054815
公開日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月17日
發(fā)明者吳濟(jì)棟, 李 杰, 鄭鈞, 齊梅蘭 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)