一种基于大数据分析的大跨度桥梁安全实时监测系统

摘要

本发明公开一种基于大数据分析的大跨度桥梁安全实时监测系统，包括区域划分模块、监测点布设模块、风速检测模块、风向角检测模块、受力分析模块、受力面积检测模块、受力面积分析模块、桥面宽度检测模块、分析服务器、预警提醒模块和存储数据库；本发明通过检测桥梁周围的风速值和划分后的各子区域内各监测点处风向角，计算桥梁的桥面区域承受的总横向风力和总纵向风力；同时检测各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积和各监测点上方的桥面宽度，综合计算待监测桥梁的综合安全影响系数，对比分析该桥梁的安全性是否合格，当桥梁安全性不合格时进行报警，相关人员进行检查与维修，从而延缓桥梁损坏的进程，增加桥梁的服务寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及工业环境监测技术领域，涉及到一种基于大数据分析的大跨度桥梁安全实时监测系统。

背景技术

随着现代科技的发展以及运输需求的不断增长，大跨度桥梁越来越多的出现在人们的视野中，但是，近年来我国陆续出现了多次重大桥梁事故，这些触目惊心的事故使得人们对现代桥梁的质量和寿命也逐渐关注起来，对桥梁安全实时监测已成为国内外学术界、工程界研究的热点。

目前，传统的桥梁安全监测在很大程度上依赖于技术人员的经验，缺乏科学系统的方法，无法全面的把握和了解桥梁的状况，信息得不到及时的反馈，从而失去养护的最佳时机，加快桥梁损坏的进程，造成不必要的资金浪费；同时凭借技术人员的经验无法精确分析自然因素对桥梁安全的影响，从而缩短了桥梁的服务寿命，导致桥梁的承载能力不能充分发挥，并影响桥梁交通的安全稳定运行，增加了人民的出行安全隐患，给人们带来巨大的身心损害，为了解决以上问题，现设计一种基于大数据分析的大跨度桥梁安全实时监测系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于大数据分析的大跨度桥梁安全实时监测系统，本发明通过区域划分模块将待监测桥梁的桥面区域进行划分，检测桥梁周围的风速值和各子区域中各边子区域内各监测点处风向与桥梁受力侧面的风向角，计算待监测桥梁的桥面区域承受的总横向风力和总纵向风力；同时检测各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积和各监测点上方的桥面宽度，综合计算待监测桥梁的综合安全影响系数，对比分析该桥梁的安全性是否合格，当桥梁安全性不合格时进行报警，相关人员进行检查与维修，解决了背景技术中存在的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种基于大数据分析的大跨度桥梁安全实时监测系统，包括区域划分模块、监测点布设模块、风速检测模块、风向角检测模块、受力分析模块、受力面积检测模块、受力面积分析模块、桥面宽度检测模块、分析服务器、预警提醒模块和存储数据库；

所述分析服务器分别与受力分析模块、受力面积分析模块、桥面宽度检测模块、预警提醒模块和存储数据库连接，存储数据库分别与监测点布设模块和受力分析模块连接，区域划分模块与监测点布设模块连接，受力分析模块分别与风速检测模块和风向角检测模块连接，受力面积检测模块与受力面积分析模块连接；

所述区域划分模块用于将待监测桥梁的桥面区域进行划分，将桥面区域的凹凸段按照从前往后的顺序划分成若干子区域，对若干子区域依次进行编号，若干子区域的编号分别为1,2,...,i,...,n，并对各子区域的弧面顶点处进行划分，划分成各左边子区域和各右边子区域，统计各子区域中各边子区域的编号，构成各子区域中各边子区域的编号集合Ax(a

所述监测点布设模块用于接收区域划分模块发送的各子区域中各边子区域的编号集合，对划分的各子区域的受力侧面进行监测点的布设，通过采用均匀分布的方式将若干监测点布设在各子区域中各边子区域的受力侧面，且各子区域中各边子区域内布设的监测点数目相同，并对各子区域中各边子区域内各监测点按照布设的先后顺序依次进行编号，统计各子区域中各边子区域内各监测点的编号，构成各子区域中各边子区域内各监测点的编号集合A

所述风速检测模块包括风速传感器，用于对待监测桥梁的桥面区域周围的风速进行检测，通过风速传感器实时检测待监测桥梁的桥面区域周围的风速值，记为v，将待监测桥梁的桥面区域周围的风速值发送至受力分析模块；

所述风向角检测模块用于对各子区域中各边子区域内各监测点处风向与桥梁受力侧面的风向角进行检测，构成各子区域中各边子区域内各监测点处风向与桥梁受力侧面的风向角集合

所述受力分析模块用于接收风速检测模块发送的待监测桥梁的桥面区域周围的风速值，同时接收风向角检测模块发送的各子区域中各边子区域内各监测点处风向与桥梁受力侧面的风向角集合，提取存储数据库中存储的大气中的空气密度，计算各子区域中各边子区域内各监测点承受的横向风力和纵向风力，统计各子区域中各边子区域内各监测点承受的横向风力和纵向风力，构成各子区域中各边子区域内各监测点承受的横向风力集合

所述分析服务器用于接收受力分析模块发送的各子区域中各边子区域内各监测点承受的横向风力集合和纵向风力集合，计算待监测桥梁的桥面区域承受的总横向风力和总纵向风力，提取存储数据库中存储的标准桥梁的桥面承受的安全横向风力和安全纵向风力，将接收的待监测桥梁的桥面区域承受的总横向风力和总纵向风力分别与对应的安全横向风力和安全纵向风力进行对比，若待监测桥梁的桥面区域承受的总横向风力和总纵向风力均小于或等于对应的安全横向风力和安全纵向风力，表明该桥梁处于安全阶段，若待监测桥梁的桥面区域承受的总横向风力或总纵向风力大于对应的安全横向风力和安全纵向风力，表明该桥梁处于危险阶段，则发送预警指令至预警提醒模块；

所述受力面积检测模块包括面积测量仪，用于对各子区域中各边子区域的受力面积进行检测，通过面积测量仪测量各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积，将测量的各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积发送至受力面积分析模块；

所述受力面积分析模块用于接收受力面积检测模块发送的各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积，统计各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积，构成各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积集合

所述桥面宽度检测模块包括水平测距仪，用于对各子区域中各边子区域内各监测点上方的桥面宽度进行检测，通过水平测距仪检测各子区域中各边子区域内各监测点上方的桥面宽度，构成各子区域中各边子区域内各监测点上方的桥面宽度集合

所述分析服务器用于接收受力面积分析模块发送的各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积集合，同时接收桥面宽度检测模块发送的各子区域中各边子区域内各监测点上方的桥面宽度集合，提取存储数据库中存储的桥梁承受横向风力和纵向风力的影响系数，计算待监测桥梁的综合安全影响系数，同时提取存储数据库中存储的桥梁的标准安全影响系数，将待监测桥梁的综合安全影响系数与标准安全影响系数进行对比，若待监测桥梁的综合安全影响系数小于或等于标准安全影响系数，表明该桥梁的安全性合格，若待监测桥梁的综合安全影响系数大于标准安全影响系数，表明该桥梁的安全性不合格，则发送安全性不合格的报警指令至预警提醒模块；

所述预警提醒模块用于接收分析服务器发送的预警指令和安全性不合格的报警指令，通知相关人员对该桥梁进行封锁，同时进行检查与维修；

所述存储数据库用于接收监测点布设模块发送的各子区域中各边子区域内各监测点的编号集合，同时存储大气中的空气密度ρ，并存储标准桥梁的桥面承受的安全横向风力和安全纵向风力，存储桥梁承受横向风力和纵向风力的影响系数，分别为λ

进一步地，所述风向角检测模块包括若干风向角检测仪，其中若干风向角检测仪分别安装在各子区域中各边子区域内各监测点处，且若干风向角检测仪与各监测点一一对应，通过风向角检测仪实时检测各子区域中各边子区域内各监测点处风向与桥梁受力侧面的风向角；

进一步地，所述各子区域中各边子区域内各监测点承受的横向风力计算公式为

进一步地，所述各子区域中各边子区域内各监测点承受的纵向风力计算公式为

进一步地，所述待监测桥梁的桥面区域承受的总横向风力计算公式为

进一步地，所述待监测桥梁的桥面区域承受的总纵向风力计算公式为

进一步地，所述待监测桥梁的综合安全影响系数计算公式为

有益效果：

(1)本发明提供的一种基于大数据分析的大跨度桥梁安全实时监测系统，通过区域划分模块将待监测桥梁的桥面区域进行划分，将各监测点布设在各子区域中各边子区域的受力侧面，这样采取科学系统的方法，从而全面的把握和了解桥梁的状况，同时检测桥梁周围的风速值和各子区域中各边子区域内各监测点处风向与桥梁受力侧面的风向角，计算待监测桥梁的桥面区域承受的总横向风力和总纵向风力，对比分析该桥梁是否处于安全阶段，当桥梁处于危险阶段时进行预警提醒，从而确保信息能够及时的反馈，避免失去养护的最佳时机的问题，延缓了桥梁损坏的进程，节省维护资金成本；并检测各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积和各监测点上方的桥面宽度，为后期计算待监测桥梁的综合安全影响系数提供可靠的参考数据。

(2)本发明通过分析服务器综合计算待监测桥梁的综合安全影响系数，对比分析该桥梁的安全性是否合格，当桥梁安全性不合格时进行报警，相关人员进行检查与维修，从而增加了桥梁的服务寿命，使得桥梁的承载能力能够充分发挥，同时确保桥梁交通的安全稳定运行，减少人民的出行安全隐患，保障了人们的身心健康。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的示意图；

图2为本发明区域划分模块在桥梁的桥面区域划分示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1所示，一种基于大数据分析的大跨度桥梁安全实时监测系统，包括区域划分模块、监测点布设模块、风速检测模块、风向角检测模块、受力分析模块、受力面积检测模块、受力面积分析模块、桥面宽度检测模块、分析服务器、预警提醒模块和存储数据库；

所述分析服务器分别与受力分析模块、受力面积分析模块、桥面宽度检测模块、预警提醒模块和存储数据库连接，存储数据库分别与监测点布设模块和受力分析模块连接，区域划分模块与监测点布设模块连接，受力分析模块分别与风速检测模块和风向角检测模块连接，受力面积检测模块与受力面积分析模块连接。

所述区域划分模块用于将待监测桥梁的桥面区域进行划分，将桥面区域的凹凸段按照从前往后的顺序划分成若干子区域，对若干子区域依次进行编号，若干子区域的编号分别为1,2,...,i,...,n，并对各子区域的弧面顶点处进行划分，划分成各左边子区域和各右边子区域，统计各子区域中各边子区域的编号，构成各子区域中各边子区域的编号集合Ax(a

所述监测点布设模块用于接收区域划分模块发送的各子区域中各边子区域的编号集合，对划分的各子区域的受力侧面进行监测点的布设，通过采用均匀分布的方式将若干监测点布设在各子区域中各边子区域的受力侧面，且各子区域中各边子区域内布设的监测点数目相同，这样采取科学系统的方法，从而全面的把握和了解桥梁的状况，并对各子区域中各边子区域内各监测点按照布设的先后顺序依次进行编号，统计各子区域中各边子区域内各监测点的编号，构成各子区域中各边子区域内各监测点的编号集合A

所述风速检测模块包括风速传感器，用于对待监测桥梁的桥面区域周围的风速进行检测，通过风速传感器实时检测待监测桥梁的桥面区域周围的风速值，记为v，将待监测桥梁的桥面区域周围的风速值发送至受力分析模块；

所述风向角检测模块包括若干风向角检测仪，其中若干风向角检测仪分别安装在各子区域中各边子区域内各监测点处，且若干风向角检测仪与各监测点一一对应，用于对各子区域中各边子区域内各监测点处风向与桥梁受力侧面的风向角进行检测，构成各子区域中各边子区域内各监测点处风向与桥梁受力侧面的风向角集合

所述受力分析模块用于接收风速检测模块发送的待监测桥梁的桥面区域周围的风速值，同时接收风向角检测模块发送的各子区域中各边子区域内各监测点处风向与桥梁受力侧面的风向角集合，提取存储数据库中存储的大气中的空气密度，计算各子区域中各边子区域内各监测点承受的横向风力和纵向风力，其中各子区域中各边子区域内各监测点承受的横向风力计算公式为

所述分析服务器用于接收受力分析模块发送的各子区域中各边子区域内各监测点承受的横向风力集合和纵向风力集合，计算待监测桥梁的桥面区域承受的总横向风力和总纵向风力，其中待监测桥梁的桥面区域承受的总横向风力计算公式为

所述受力面积检测模块包括面积测量仪，用于对各子区域中各边子区域的受力面积进行检测，通过面积测量仪测量各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积，为后期计算待监测桥梁的综合安全影响系数提供可靠的参考数据，并将测量的各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积发送至受力面积分析模块；

所述受力面积分析模块用于接收受力面积检测模块发送的各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积，统计各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积，构成各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积集合

所述桥面宽度检测模块包括水平测距仪，用于对各子区域中各边子区域内各监测点上方的桥面宽度进行检测，通过水平测距仪检测各子区域中各边子区域内各监测点上方的桥面宽度，为后期计算待监测桥梁的综合安全影响系数提供可靠的参考数据，并构成各子区域中各边子区域内各监测点上方的桥面宽度集合

所述分析服务器用于接收受力面积分析模块发送的各子区域中各边子区域承受风力作用的受力面积集合，同时接收桥面宽度检测模块发送的各子区域中各边子区域内各监测点上方的桥面宽度集合，提取存储数据库中存储的桥梁承受横向风力和纵向风力的影响系数，计算待监测桥梁的综合安全影响系数，待监测桥梁的综合安全影响系数计算公式为

所述预警提醒模块用于接收分析服务器发送的预警指令和安全性不合格的报警指令，通知相关人员对该桥梁进行封锁，同时进行检查与维修，从而增加了桥梁的服务寿命，使得桥梁的承载能力能够充分发挥，同时确保桥梁交通的安全稳定运行，减少人民的出行安全隐患，保障了人们的身心健康。

所述存储数据库用于接收监测点布设模块发送的各子区域中各边子区域内各监测点的编号集合，同时存储大气中的空气密度ρ，并存储标准桥梁的桥面承受的安全横向风力和安全纵向风力，存储桥梁承受横向风力和纵向风力的影响系数，分别为λ

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。