橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)，包括實時采集和獲取橋梁結(jié)構(gòu)響應數(shù)據(jù)的感應單元、對橋梁結(jié)構(gòu)響應數(shù)據(jù)進行處理和分析的分析單元、根據(jù)經(jīng)過處理和分析的數(shù)據(jù)為用戶提供若干功能和服務的應用單元、將輸出數(shù)據(jù)以圖表和報告形式向橋梁管理者展示的展示單元以及存儲和管理各單元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理單元，各單元之間通過傳輸單元相互傳輸數(shù)據(jù)和信息，實時監(jiān)測采集數(shù)據(jù)對橋梁結(jié)構(gòu)性能的影響，及時查明結(jié)構(gòu)現(xiàn)存缺陷與質(zhì)量衰變，并評估分析其在所處環(huán)境條件下的可能發(fā)展勢態(tài)及其對結(jié)構(gòu)安全運營造成的潛在威脅，并向相關部門提供實時、定期和非定期的橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)信息服務，為養(yǎng)護需求、養(yǎng)護措施等決策提供科學依據(jù)。
【專利說明】
橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于橋梁健康監(jiān)測與管理技術領域，特別涉及一種橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]隨著我國高速公路的快速發(fā)展及國家“五縱七橫”12條國道主干線全部建成，公路行業(yè)發(fā)展重心將逐漸由“新建”轉(zhuǎn)向“管養(yǎng)”。然而，近些年，由于超載、撞擊、違法作業(yè)、自然災害或環(huán)境變化等因素的顯著作用，使得我國危橋數(shù)量居高不下，國內(nèi)國外重大基礎建設安全事故頻發(fā)。此外，我國有40 %的橋梁建于20世紀90年代及以前，而橋梁病害集中暴露區(qū)集中在建成投入使用的20-30年后，因此可以預見在未來的10到20年內(nèi)，我國必將提前迎來大范圍的橋梁老化現(xiàn)象，公路橋梁正逐步進入風險高發(fā)期。
[0003]然而，目前現(xiàn)有的橋梁養(yǎng)護管理系統(tǒng)(CBMS)主要側(cè)重于對現(xiàn)有橋梁進行檔案管理、狀況登記、評估分析、狀態(tài)預測等，且其數(shù)據(jù)的獲取仍以傳統(tǒng)的人工巡檢為主，而由人工檢查做出的評估結(jié)果有56%是不恰當?shù)?；此外，橋梁養(yǎng)護工作基本上還停留在建立技術檔案、清掃橋梁、疏通泄水管、修復損壞的欄桿和橋面鋪裝，不能滿足實際工程的要求。
[0004]目前橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)是國內(nèi)外公認的橋梁監(jiān)管行之有效的解決方案，然而現(xiàn)有橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)由于其系統(tǒng)規(guī)模決定的測量數(shù)據(jù)不完整性等帶來的分析困難，對大量原始數(shù)據(jù)的實時處理和分析研究滯后，以及系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性差、抗干擾性和耐久性不足、專業(yè)程度高等，使其壽命難以得到保證，進而限制了其系統(tǒng)的應用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明提供一種經(jīng)濟、適用、可靠的橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)，為養(yǎng)護需求、養(yǎng)護措施等決策提供科學依據(jù)，以達到運用有限的養(yǎng)護資金獲得最佳養(yǎng)護效果，確保結(jié)構(gòu)安全運營的目的。
[0006]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案實現(xiàn):
[0007]橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)，包括用于實時采集和獲取橋梁結(jié)構(gòu)響應數(shù)據(jù)的感應單元、用于對橋梁結(jié)構(gòu)響應數(shù)據(jù)進行處理和分析的分析單元、用于根據(jù)經(jīng)過處理和分析的橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為用戶提供若干功能和服務的應用單元、用于將分析單元及應用單元輸出的信息以圖表和報告形式向橋梁管理者展示的展示單元以及用于存儲和管理各單元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理單元，上述的各單元之間通過傳輸單元相互傳輸數(shù)據(jù)和信息。
[0008]進一步地，所述的感應單元包括用于記錄橋梁結(jié)構(gòu)靜動態(tài)、交通、載荷響應信息的傳感器模塊和負責傳感器信號的采集、調(diào)理、預處理、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集模塊。
[0009]進一步地，所述的分析單元包括用于接收感應單元輸出數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行處理的數(shù)據(jù)處理模塊以及用于對經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)進行分析的結(jié)構(gòu)模型分析模塊、視頻分析模塊和統(tǒng)計分析模塊。
[0010]進一步地，所述的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理單元包括用于存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫和用于對數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)進行管理的數(shù)據(jù)管理模塊，所述的數(shù)據(jù)管理模塊包括用于提供各種橋梁信息和檔案資料的錄入、組織及管理的橋梁信息管理子模塊，用于將橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)接入、存儲、處理、展示的橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)管理子模塊，用于系統(tǒng)內(nèi)各種業(yè)務數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計及管理的查詢統(tǒng)計子模塊，用于提供數(shù)字化巡檢管理和橋梁維修信息管理的巡檢養(yǎng)護數(shù)據(jù)管理子模塊，用于管理系統(tǒng)行政區(qū)劃、組織結(jié)構(gòu)、用戶及角色權(quán)限、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)日志信息的系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理子模塊。
[0011]進一步地，所述的應用單元包括用于將經(jīng)過分析單元處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖表形式的監(jiān)測模塊、用于根據(jù)分析單元提供信息分析橋梁健康情況并產(chǎn)生安全評估報告的安全評估模塊、用于對分析單元提供信息進行預警并根據(jù)預警的類型和等級做出對應處理的預警管理模塊、用于根據(jù)預警和安全評估報告為橋梁養(yǎng)護提供輔助方案和相關知識信息的決策輔助模塊以及用于管理橋梁監(jiān)測設備工作情況和維修維護并定期標定設備的運營管理模塊。
[0012]進一步地，所述的展示單元包括網(wǎng)站信息門戶、PC終端和移動終端客戶端及多媒體終端。
[0013]進一步地，所述的傳輸單元包括作為信息傳輸通道的通信模塊和網(wǎng)絡模塊以及用于保障信息傳輸安全穩(wěn)定的信息安全認證模塊。
[0014]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明包括感知單元、傳輸單元、分析單元、應用單元、展示單元和數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)管理單元六部分，具有以下有益效果:
[0015]1、感知單元使用傳感模塊自動采集橋梁結(jié)構(gòu)靜動態(tài)、交通、載荷響應信息，相比傳統(tǒng)的人工巡檢采集橋梁信息，測量數(shù)據(jù)準確率高，節(jié)約人力成本，工作效率高。
[0016]2、分析單元通過數(shù)據(jù)處理模塊、模型分析模塊、視頻分析模塊和統(tǒng)計分析模塊對采集的數(shù)據(jù)進行處理和專項分析，實現(xiàn)高效的大數(shù)據(jù)分析處理，減少用戶在一手數(shù)據(jù)的獲取及整理上的工作量;應用單元通過監(jiān)測模塊、安全評估模塊、預警管理模塊、決策輔助模塊和運營管理模塊提供各項專業(yè)服務，實時監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)，在安全事故發(fā)生前提早預警，給出科學合理的橋梁結(jié)構(gòu)安全評估，對于橋梁安全問題，提供決策輔助方案，輔助管理者合理處置，向相關部門提供實時、定期和非定期的信息推送服務，讓用戶只需關注橋梁的監(jiān)測功能，真正實現(xiàn)橋梁在線監(jiān)測方便高效，安全穩(wěn)定。
[0017]3、本發(fā)明采用用實時監(jiān)測、定期檢測及日常檢查相結(jié)合的方法，實時監(jiān)測和跟蹤材料、環(huán)境、載荷等對橋梁結(jié)構(gòu)性能的影響，及時查明結(jié)構(gòu)現(xiàn)存缺陷與質(zhì)量衰變，并評估分析其在所處環(huán)境條件下的可能發(fā)展勢態(tài)及其對結(jié)構(gòu)安全運營造成的可能潛在威脅，并向相關部門提供實時、定期和非定期的橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)信息服務，為養(yǎng)護需求、養(yǎng)護措施等決策提供科學依據(jù)。
【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0019I圖1是本發(fā)明示意圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示，本發(fā)明提供了一種橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)，包括用于實時采集和獲取橋梁結(jié)構(gòu)響應數(shù)據(jù)的感應單元、用于對橋梁結(jié)構(gòu)響應數(shù)據(jù)進行處理和分析的分析單元、用于根據(jù)經(jīng)過處理的橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為用戶提供若干功能和服務的應用單元、用于將分析單元及應用單元輸出的信息以圖表和報告形式向橋梁管理者展示的展示單元以及用于存儲和管理各單元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理單元，上述的各單元之間通過傳輸單元相互傳輸數(shù)據(jù)和信息。
[0021]感應單元包括用于記錄橋梁結(jié)構(gòu)靜動態(tài)、交通、載荷響應信息的傳感器模塊和負責傳感器信號的采集、調(diào)理、預處理、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集模塊，傳感器模塊包括風速風向儀、加速度傳感器、傾角傳感器、位移計、應力傳感器、靜力水準儀、索力計、表面應變計、溫度傳感器和視頻監(jiān)控設備，傳感器模塊記錄橋梁結(jié)構(gòu)靜動態(tài)、交通、載荷等響應信息，并以模擬或數(shù)字信號反饋給數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊對采集到的傳感器信號進行調(diào)理和預處理后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒治鰡卧?br>[0022]分析單元包括用于接收感應單元輸出數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行處理的數(shù)據(jù)處理模塊以及用于對經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)進行專項分析的結(jié)構(gòu)模型分析模塊、視頻分析模塊和統(tǒng)計分析模塊，數(shù)據(jù)處理模塊接收到感應單元輸出數(shù)據(jù)后，對數(shù)據(jù)進行處理，得到橋梁結(jié)構(gòu)的有效數(shù)據(jù)，通過結(jié)構(gòu)模型分析模塊、超限識別分析模塊和統(tǒng)計分析模塊對橋梁結(jié)構(gòu)的有效數(shù)據(jù)進行專項分析，得出各項橋梁結(jié)構(gòu)健康數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理單元。
[0023]數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理單元包括用于存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫和用于對數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)進行管理的數(shù)據(jù)管理模塊，數(shù)據(jù)管理模塊包括用于提供各種橋梁信息和檔案資料的錄入、組織及管理的橋梁信息管理子模塊，用于將橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)接入、存儲、處理、展示的監(jiān)測數(shù)據(jù)管理子模塊，用于系統(tǒng)內(nèi)各種業(yè)務數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計及管理的查詢統(tǒng)計子模塊，用于提供數(shù)字化巡檢管理和橋梁維修信息管理的巡檢養(yǎng)護數(shù)據(jù)管理子模塊，用于管理系統(tǒng)行政區(qū)劃、組織結(jié)構(gòu)、用戶及角色權(quán)限、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)日志信息的系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理子模塊。
[0024]應用單元包括用于將經(jīng)過分析單元處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖表形式的監(jiān)測模塊、用于根據(jù)分析單元提供信息分析橋梁健康情況并產(chǎn)生安全評估報告的安全評估模塊、用于對分析單元提供信息進行預警并根據(jù)預警的類型和等級做出對應處理的預警管理模塊、用于根據(jù)預警和安全評估報告為橋梁養(yǎng)護提供輔助方案和相關知識信息的決策輔助模塊以及用于管理橋梁監(jiān)測設備工作情況和維修維護并定期標定設備的運營管理模塊。
[0025]安全評估模塊提供在線評估和離線評估模型，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用相關橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)，對橋梁的結(jié)構(gòu)安全等級進行評估，包括橋梁技術狀況評估、橋梁安全性評估等，并根據(jù)評估的等級給出橋梁巡檢維護的建議，并推送至相關管理部門。
[0026]預警管理模塊提供多種預測預警模型以及數(shù)據(jù)分析的模型，從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用相關橋梁結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)，一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)超出設定的閾值或容許值，系統(tǒng)就會產(chǎn)生報警信息，產(chǎn)生的報警信息經(jīng)專家確認后及時發(fā)送給相應的橋梁管理部門，橋梁管理部門根據(jù)我們的預警類型及級別等采取相關的措施，如交通管制、維修處理等。
[0027]決策輔助模塊與預警和安全評估掛鉤，根據(jù)橋梁安全評估報告和預警類型等級，為橋梁養(yǎng)護提供輔助方案和相關知識信息，并推送至相關管理部門。
[0028]展示單元包括網(wǎng)站信息門戶、PC終端和移動終端客戶端及多媒體客戶端，將橋梁健康結(jié)構(gòu)信息、安全評估報告、預警類型等級信息和決策輔助方案等監(jiān)測信息以圖表和報告等直觀形式向橋梁管理者展示，橋梁管理者使用多媒體終端、PC終端、移動終端通過因特網(wǎng)訪問獲取這些信息，采取相應的措施對橋梁進行安全管理。
[0029]傳輸單元包括作為信息傳輸通道的通信模塊和網(wǎng)絡模塊以及用于保障信息傳輸安全穩(wěn)定的信息安全認證模塊。
[0030]本發(fā)明包括感知單元、傳輸單元、分析單元、應用單元、展示單元和數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)管理單元六部分，感知單元使用傳感模塊自動采集橋梁結(jié)構(gòu)靜動態(tài)、交通、載荷響應信息，相比傳統(tǒng)的人工巡檢采集橋梁信息，測量數(shù)據(jù)準確率高，節(jié)約人力成本，工作效率高；分析單元通過數(shù)據(jù)處理模塊、模型分析模塊、視頻分析模塊和統(tǒng)計分析模塊對采集的數(shù)據(jù)進行處理和專項分析，實現(xiàn)高效的大數(shù)據(jù)分析處理，減少用戶在一手數(shù)據(jù)的獲取及整理上的工作量;應用單元通過監(jiān)測模塊、安全評估模塊、預警管理模塊、決策輔助模塊和運營管理模塊提供各項專業(yè)服務，實時監(jiān)測橋梁結(jié)構(gòu)安全狀態(tài)，在安全事故發(fā)生前提早預警，給出科學合理的橋梁結(jié)構(gòu)安全評估，對于橋梁安全問題，提供決策輔助方案，輔助管理者合理處置，向相關部門提供實時、定期和非定期的信息推送服務，讓用戶只需關注橋梁的監(jiān)測功能，真正實現(xiàn)橋梁在線監(jiān)測方便高效，安全穩(wěn)定。本發(fā)明采用用實時監(jiān)測、定期檢測及日常檢查相結(jié)合的方法，實時監(jiān)測和跟蹤材料、環(huán)境、載荷等對橋梁結(jié)構(gòu)性能的影響，及時查明結(jié)構(gòu)現(xiàn)存缺陷與質(zhì)量衰變，并評估分析其在所處環(huán)境條件下的可能發(fā)展勢態(tài)及其對結(jié)構(gòu)安全運營造成的可能潛在威脅，并向相關部門提供實時、定期和非定期的橋梁結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)信息服務，為養(yǎng)護需求、養(yǎng)護措施等決策提供科學依據(jù)。
[0031]以上內(nèi)容僅僅是對本發(fā)明結(jié)構(gòu)所作的舉例和說明，所屬本技術領域的技術人員對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書所定義的范圍，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)，其特征在于:包括用于實時采集和獲取橋梁結(jié)構(gòu)響應數(shù)據(jù)的感應單元、用于對橋梁結(jié)構(gòu)響應數(shù)據(jù)進行處理和分析的分析單元、用于根據(jù)經(jīng)過處理和分析的橋梁結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)為用戶提供若干功能和服務的應用單元、用于將分析單元及應用單元輸出的信息以圖表和報告形式向橋梁管理者展示的展示單元以及用于存儲和管理各單元數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理單元，上述的各單元之間通過傳輸單元相互傳輸數(shù)據(jù)和信息。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的感應單元包括用于記錄橋梁結(jié)構(gòu)靜動態(tài)、交通、載荷響應信息的傳感器模塊和負責傳感器信號的采集、調(diào)理、預處理、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集模塊。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的分析單元包括用于接收感應單元輸出數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行處理的數(shù)據(jù)處理模塊以及用于對經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)進行分析的結(jié)構(gòu)模型分析模塊、視頻分析模塊和統(tǒng)計分析模塊。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)管理單元包括用于存儲數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫和用于對數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)進行管理的數(shù)據(jù)管理模塊，所述的數(shù)據(jù)管理模塊包括用于提供各種橋梁信息和檔案資料的錄入、組織及管理的橋梁信息管理子模塊，用于將橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)接入、存儲、處理、展示的橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)管理子模塊，用于系統(tǒng)內(nèi)各種業(yè)務數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計及管理的查詢統(tǒng)計子模塊，用于提供數(shù)字化巡檢管理和橋梁維修信息管理的巡檢養(yǎng)護數(shù)據(jù)管理子模塊，用于管理系統(tǒng)行政區(qū)劃、組織結(jié)構(gòu)、用戶及角色權(quán)限、系統(tǒng)配置、系統(tǒng)日志信息的系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理子模塊。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的應用單元包括用于將經(jīng)過分析單元處理的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成圖表形式的監(jiān)測模塊、用于根據(jù)分析單元提供信息分析橋梁健康情況并產(chǎn)生安全評估報告的安全評估模塊、用于對分析單元提供信息進行預警并根據(jù)預警的類型和等級做出對應處理的預警管理模塊、用于根據(jù)預警和安全評估報告為橋梁養(yǎng)護提供輔助方案和相關知識信息的決策輔助模塊以及用于管理橋梁監(jiān)測設備工作情況和維修維護并定期標定設備的運營管理模塊。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的展示單元包括網(wǎng)站信息門戶、PC終端和移動終端客戶端及多媒體客戶端。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁安全運營監(jiān)測與管理系統(tǒng)，其特征在于:所述的傳輸單元包括作為信息傳輸通道的通信模塊和網(wǎng)絡模塊以及用于保障信息傳輸安全穩(wěn)定的信息安全認證模塊。
【文檔編號】G01D21/02GK106017556SQ201610356485
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】李祥東, 孔永祥, 徐磊, 楊廣, 王玫
【申請人】清華大學合肥公共安全研究院, 合肥澤眾城市智能科技有限公司