專利名稱：橋梁交通荷載綜合監測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于橋梁結構健康監測領域，特別涉及一種橋梁交通荷載綜合監測裝置。
背景技術：
地震和船撞、風、溫度、交通車輛是作用于橋梁結構的幾種常見可變荷載。從目前 國際國內已建立的橋梁結構健康監測系統來看，它們是大多數監測系統中環境及荷載監測 部分的重要內容。地震和船撞屬于極端荷載，在橋梁的服役年限中不會發生或很少發生，因而對于 橋梁在正常運營條件下的健康和安全狀態缺乏指導意義。風荷載與溫度荷載屬于日常荷 載，且對橋梁結構的響應乃至性能有著廣泛而深入的影響。然而，其自身的復雜性為風荷載 與溫度荷載的監測帶來了很多困難。首先，風荷載與溫度荷載的作用施加于整座橋梁，在橋 址區域內風場與溫度場有著復雜的空間分布。其次，橋梁結構無時不刻不在經歷著風荷載 與溫度荷載的作用，而在不同時刻風荷載與溫度荷載的特性又有著顯著的變化。即使在較 長時期內觀測這兩種荷載的統計特性，所得到的規律性仍是較弱的。因此，在目前的技術條 件下，通過在橋梁上布設有限的風速風向傳感器和溫度傳感器，無法全面而準確地監測風 荷載與溫度荷載的特性。與地震和船撞荷載相比，交通荷載屬于橋梁結構的日常荷載，與橋梁的安全性、使 用性及壽命等重大問題密切相關。與風荷載和溫度荷載相比，交通荷載具有如下特性1.交通荷載僅作用于橋面車道；2.對于橋梁的任一截面，交通荷載的作用不是連續不間斷的，而僅在車輛通過的 瞬間發生；3.就單一車輛而言，在通過橋梁的過程中，其若干重要特性如軸距、軸重等保持不 變；4.對于特定的橋梁，交通荷載主要受區域經濟發展狀況、所處交通線位置、交通管 制等因素的影響，上述因素不會在短時內發生顯著變化，因此交通荷載的統計特性亦能在 一定時期內保持穩定。以上交通荷載的特殊性質，使得通過合適的監測手段獲取豐富的關于交通流的信 息成為可能。綜上所述，交通荷載的監測對橋梁結構的狀態評估、管理和養護具有重要意 義，且針對交通荷載的特性制定科學合理的監測方案，從而獲取充足的信息以滿足評估、管 理和養護的需求是可以實現的。目前交通荷載的監測方法主要有交通調查、BWIM(橋梁動態稱重系統)、WIM(動 態稱重系統)三種。交通調查通常先對車輛進行簡單分類，然后人工或輔以簡單設備數出 各種類型車輛的數目。顯然該做法是非常粗略的，調查結果與實際交通荷載的偏差很大， 而且由于條件限制，交通調查時間一股均較短，不能反映長期車輛荷載效應。BWIM利用橋 梁自身作為測量標尺，根據車輛經過橋梁時橋梁的反應推算總重、軸重、軸距、車速等數據。盡管與WIM相比其造價十分低廉，然而由于精度、適用對象等原因，BWIM并沒有得到廣泛應 用。WIM (動態稱重系統)通過在路面上布設特殊的傳感系統，獲取質量很高的信號進而識 別總重、軸重、軸距、車輛間距、車輛橫向分布、車速等多種交通車輛特性。動態稱重技術在 測量精度、長期可靠性、可獲取信息的多樣性等方面日趨成熟，是應用最廣泛交通荷載監測 技術。如前所述，雖然就各方面性能而言WIM是交通荷載監測的最優選擇，但是由于其 造價昂貴，很多中小跨度橋梁從節約成本上考慮，都不采用WIM做長期交通荷載監測。即使 一些橋梁應用了 WIM，亦不可能同時布設多部WIM，在全橋多個截面監測交通荷載，以求全 面把握整座橋梁上交通流的各種特性。單一WIM監測交通流的缺陷在于僅能透過某一截面 去觀測交通流的信息，無法知悉整座橋梁上車速、荷載橫向分布、車輛間距等特性的變化， 更重要的是，無法建立交通荷載與橋梁結構響應的聯系，對橋梁的狀態評估及管理養護制 度的確立提供的幫助是有限的。
實用新型內容為了解決以上的技術問題，本實用新型提供一種橋梁交通荷載綜合監測裝置，該 項裝置是在橋梁的車道上設置有主監測區和輔助監測區，在主監測區車道的路面中，設置 有感應線圈，在感應線圈的左、右側分別設置有稱重傳感器，在感應線圈的上前方，設有攝 像頭；在輔助監測區車道的路面中，設有感應線圈，在感應線圈上前方，設有攝像頭；上述 主、輔監測區設置的感應線圈、稱重傳感器和攝像頭，都與一監測處理器連接。所述主監測區設有一個，所述輔助監測區設有一個以上。主監測區設置在橋梁車 道的平整順直處，應避開設有伸縮縫、減速帶或轉向的路段。輔助監測區的設置位置無特殊 要求，主要結合橋梁具體情況和用戶需求而定。所述稱重傳感器的長度，與橋梁車道寬度相同，二個稱重傳感器之間的距離為 3 3. 5m。在各個車輪經過時，稱重傳感器受到車輪壓力作用輸出沖擊響應信號。所述感應線圈在車輛金屬底盤經過時產生電磁感應而輸出階躍感應電壓，由監測 處理器按感應線圈輸出的階躍電壓的起、止時間，算出車輛的軸重、軸距、總重、車速及長 度。在感應線圈階躍電壓產生的時刻啟動攝像頭工作，采集車輛的牌照號碼。本實用新型的有益效果是，1.在橋梁多個截面上監測交通流，掌握交通流特性在橋梁不同區域上的變化；2.相對于單純依賴WIM的監測方法，造價上具有很大優勢；3.把橋梁結構動靜力響應與交通荷載聯系起來，使交通荷載監測的價值明顯提高。
附圖1是本實用新型平面視圖。附圖2是本實用新型在雙向四車道上設置的主監測區平面視圖。附圖3是本實用新型在雙向四車道上設置的輔助監測區平面視圖。圖中標號說明1-感應線圈A ；2-稱重傳感器M ；[0025]3-稱重傳感器N ；5-感應線圈B;7-監測處理器；
4-攝像頭P ； 6-攝像頭Q ； 8_支架橫撐X ；9-支架橫撐Y。
具體實施方式
以下結合附圖，對本實用新型作進一步的描述。如圖1所示，本實用新型提供一種橋梁交通荷載綜合監測裝置，該項裝置是在橋 梁的車道上設置有主監測區A和輔助監測區B，輔助監測區B設置在行車方向的主監測區A 的前方，在主監測區A車道的路面中，設置有感應線圈1A，在感應線圈IA的左、右側，分別設 置有稱重傳感器2M、3N，在感應線圈IA的上前方，設有攝像頭4P ；在輔助監測區B車道的路 面中，設有感應線圈5B，在感應線圈5B上前方，設有攝像頭6Q ；上述主、輔監測區A、B設置 的感應線圈1A、5B、稱重傳感器2M、3N和攝像頭4P、6Q，都與一監測處理器7連接；所述主監測區設有一個，所述輔助監測區設有一個以上。主監測區設置在橋梁車 道的平整順直處，應避開設有伸縮縫、減速帶或轉向的路段。輔助監測區的設置位置無特殊 要求，主要結合橋梁具體情況和用戶需求而定。所述稱重傳感器的長度，與橋梁車道寬度相同，二個稱重傳感器之間的距離為 3 3. 5m。在各個車輪經過時，稱重傳感器受到車輪壓力作用輸出沖擊響應信號。所述感應線圈在車輛金屬底盤經過時產生電磁感應而輸出階躍感應電壓，由監測 處理器按感應線圈輸出的階躍電壓的起、止時間，算出車輛的軸重、軸距、總重、車速及長 度。在感應線圈階躍電壓產生的時刻啟動攝像頭工作，采集車輛的牌照號碼。如圖1所示，當車輛沿行車方向到達主監測區時，由于車輛金屬底盤通過感應線 圈IA上方，感應線圈IA產生感應電壓，監測處理器7采集到感應線圈IA輸出的電壓階躍， 記此時刻為tstart。一旦采集到電壓階躍，監測處理器7立即激發攝像頭4P拍攝車輛的牌照 并存儲所拍攝的照片以待進一步處理。直到車輛金屬底盤完全通過感應線圈IA的上方，感 應線圈IA輸出的感應電壓消失，記這一時刻為tmd。同時，車輛各軸首先作用于稱重傳感器 2M，在輪胎壓力作用下稱重傳感器2M輸出沖擊響應信號，監測處理器7采集稱重傳感器2M 的輸出信號，記錄信號中各峰值及其對應的時刻分別為p2i;i = 1丄，11與121，1 = l，L，n， 其中η為車輛軸數。車輛繼續行進通過稱重傳感器3Ν，稱重傳感器3Ν有與稱重傳感器2Μ 相同的工作過程，記錄稱重傳感器3Ν的輸出信號中各峰值及與其對應的時刻為p3i;i = 1， L, η 與 t3” i = 1, L, η。從感應線圈的工作原理可知，感應電壓的產生與消失是判別是否有車輛通過或者 說區分前后車的良好指標，因而tstart與tmd可以視作本例中車輛通過主監測區的起止時 間，據此可以從稱重傳感器2M、3N輸出信號中提取p2i、p3i、t2i、t3i 監測處理器7根據p2i、 p3” t2” t3i可以識別車輛的軸數、軸重、總重、車速及軸距等信息并保存至監測數據庫，涉 及的識別方法屬于動態稱重技術的一部分，此處不再贅述。攝像頭4P拍攝的照片，經圖像 識別可得到車輛的牌照，作為通過橋梁所有車輛的身份標識，此項信息亦存入監測數據庫。 結合車速、tstart與tmd這3項數據還可以計算車輛長度，其方法為L = v(tmd-tstart)-s，其 中L為車輛長度，ν為車輛速度，s為感應線圈1的寬度。
5[0036]車輛通過輔助監測區時，其金屬底盤使感應線圈5B產生感應電壓，記感應電壓產 生和消失的時刻分別為t' stmt和t' md，監測處理器7仍然在采集到感應線圈5B輸出的 電壓階躍后，立刻激發攝像頭6Q拍攝車輛牌照并存儲。監測處理器7識別出拍攝照片記錄 的牌照號碼后，在數據庫中按此牌照查詢，即可獲得車輛的各項基本信息。查詢到車輛長度
!^，按“={可計算車輛通過輔助監測區時的速度。
end start如前所述，tstot與tmd及t' stmt與t' md可視為車輛通過主監測區及輔助監測 區的起止時間，即可獲悉某一車輛何時通過固定的監測區域，這為建立交通荷載監測與其 它橋梁動靜力響應監測提供了極大的方便。以此為基礎，可選擇平順路段設置主監測區，以 利于軸重、車速等特征的測量，選擇橋梁健康監測系統中傳感器布設集中的截面設置輔助 監測區。交通荷載輔助監測區與橋梁結構響應監測區域相結合，t' st t至t' md階段中 橋梁的加速度、位移、應變等響應就與交通車輛的總重、速度、軸重、軸距等系列信息對應起 來。下面以雙向四車道的橋面的交通荷載監測為例，作進一步闡明。某橋梁設雙向4車道，車道寬度3. 75m，路面中央設Im寬隔離帶。該橋的1/4跨、 3/4跨及跨中截面各安裝了一定數量的加速度傳感器、應變傳感器。結合上述具體情況，交 通荷載主監測區設立在1/4跨截面，為建立交通荷載與橋梁響應的聯系，在跨中及3/4跨截 面設立2個輔助監測區。如圖2所示，在主監測區每個車道上布設1個感應線圈、2個稱重傳感器和1個攝 像頭。下面以車道1為例，稱重傳感器2M和稱重傳感器3N的長度均與車道1寬度相同為 3. 75m，垂直于行車方向布設，兩稱重傳感器2M、3N間的距離為3m。感應線圈IA沿行車方向 的長度為2. 5m，垂直于行車方向的長度為3m，布設在車道中央、稱重傳感器2M、3N位于感應 線圈IA的兩側。攝像頭4安裝于距橋面高度為6. Om的支架橫撐8X上，對應車道1中心線 正上方的位置固定。支架橫撐8X與感應線圈IA中心的水平距離為6.0m。其它3個車道上 設備尺寸與車道1上相同，布設位置也與車道1類似，需要說明的是支架橫撐8X總是布設 在沿行車方向感應線圈的前方。如圖3所示，在輔助監測區每個車道上布設1個感應線圈和1個攝像頭。仍以車 道1為例，感應線圈5B沿行車方向的長度為2. 5m，垂直于行車方向的長度為3m，布設在車 道1中央。攝像頭6Q安裝于距橋面高度為6. Om的支架橫撐9Y上，對應車道1中心線正上 方的位置固定。支架橫撐9Y與感應線圈5B中心的水平距離為6. 0m。其它3個車道上設備 尺寸與車道1上相同，布設位置也與車道1類似，需要特殊說明是支架橫撐9Y總是布設在 沿行車方向上第一個動態稱重傳感器前方6. Om。
權利要求一種橋梁交通荷載綜合監測裝置，其特征在于在橋梁的車道上設置有主監測區和輔助監測區，在主監測區車道的路面中，設置有感應線圈，在感應線圈的左、右側分別設置有稱重傳感器，在感應線圈的上前方，設有攝像頭；在輔助監測區車道的路面中，設有感應線圈，在感應線圈上前方，設有攝像頭；上述主、輔監測區設置的感應線圈、稱重傳感器和攝像頭，都與一監測處理器連接。
2.按權利要求1所述的橋梁交通荷載綜合監測裝置，其特征在于所述主監測區設有一個，所述輔助監測區設有一個以上。
3.按權利要求1所述的橋梁交通荷載綜合監測裝置，其特征在于所述稱重傳感器的長度，與橋梁車道寬度相同，二個稱重傳感器之間的距離為3 3. 5m0
4.按權利要求1所述的橋梁交通荷載綜合監測裝置，其特征在于所述感應線圈在車輛金屬底盤經過時產生電磁感應而輸出階躍感應電壓，由監測處 理器處理按感應線圈輸出的階躍電壓的起、止時間，算出車輛的軸重、軸距、總重、車速及長 度，在感應線圈階躍電壓產生的時刻啟動攝像頭工作，采集車輛的牌照號碼。
專利摘要本實用新型公開了一種橋梁交通荷載綜合監測裝置，該裝置是在橋梁的車道上設置有主監測區和輔助監測區，在主監測區車道的路面中設置有感應線圈，在感應線圈的左、右側分別設置有稱重傳感器，在感應線圈的上前方，設有攝像頭；在輔助監測區車道的路面中，設有感應線圈，在感應線圈上前方，設有攝像頭；上述的感應線圈、稱重傳感器和攝像頭與監測處理器連接；感應線圈在車輛金屬底盤經過時產生電磁感應而輸出階躍電壓，監測處理器算出車輛的軸重、軸距、總重、車速及長度，按階躍電壓產生的時刻啟動攝像頭工作，采集車輛的牌照號碼。本實用新型的優點是在橋梁多個截面上監測交通流，掌握交通流特性在橋梁不同區域上的變化；造價上具有很大優勢；把橋梁結構動靜力響應與交通荷載聯系起來，使交通荷載監測的價值明顯提高。
文檔編號G08G1/042GK201680894SQ20102020032
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月24日 優先權日2010年5月24日
發明者周毅, 孫守旺, 閔志華 申請人:上海同睿工程咨詢有限公司