專利名稱：橋梁交通荷載綜合監(jiān)測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測領域，特別涉及一種橋梁交通荷載綜合監(jiān)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(jié)構(gòu)的幾種常見可變荷載。從目前 國際國內(nèi)已建立的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)來看，它們是大多數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)中環(huán)境及荷載監(jiān)測 部分的重要內(nèi)容。地震和船撞屬于極端荷載，在橋梁的服役年限中不會發(fā)生或很少發(fā)生，因而對于 橋梁在正常運營條件下的健康和安全狀態(tài)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(jié)構(gòu)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(jiān)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(qū)域內(nèi)風場與溫度場有著復雜的空間分布。其次，橋梁結(jié)構(gòu)無時不刻不在經(jīng)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(nèi)觀測這兩種荷載的統(tǒng)計特性，所得到的規(guī)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(jiān)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(jié)構(gòu)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(xù)不間斷的，而僅在車輛通過的 瞬間發(fā)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(qū)域經(jīng)濟發(fā)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(nèi)發(fā)生顯著變化，因此交通荷載的統(tǒng)計特性亦能在 一定時期內(nèi)保持穩(wěn)定。以上交通荷載的特殊性質(zhì)，使得通過合適的監(jiān)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(jiān)測對橋梁結(jié)構(gòu)的狀態(tài)評估、管理和養(yǎng)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(jiān)測方案，從而獲取充足的信息以滿足評估、管 理和養(yǎng)護的需求是可以實現(xiàn)的。目前交通荷載的監(jiān)測方法主要有交通調(diào)查、BWIM(橋梁動態(tài)稱重系統(tǒng))、WIM(動 態(tài)稱重系統(tǒng))三種。交通調(diào)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(shù)出 各種類型車輛的數(shù)目。顯然該做法是非常粗略的，調(diào)查結(jié)果與實際交通荷載的偏差很大， 而且由于條件限制，交通調(diào)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(jù)車輛經(jīng)過橋梁時橋梁的反應推算總重、軸重、軸距、車速等數(shù)據(jù)。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(tài)稱重系統(tǒng))通過在路面上布設特殊的傳感系統(tǒng)，獲取質(zhì)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(tài)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(jiān)測 技術。如前所述，雖然就各方面性能而言WIM是交通荷載監(jiān)測的最優(yōu)選擇，但是由于其 造價昂貴，很多中小跨度橋梁從節(jié)約成本上考慮，都不采用WIM做長期交通荷載監(jiān)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(jiān)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(jiān)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(jié)構(gòu)響應的聯(lián)系，對橋梁的狀態(tài)評估及管理養(yǎng)護制 度的確立提供的幫助是有限的。

實用新型內(nèi)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(jiān)測裝置，該 項裝置是在橋梁的車道上設置有主監(jiān)測區(qū)和輔助監(jiān)測區(qū)，在主監(jiān)測區(qū)車道的路面中，設置 有感應線圈，在感應線圈的左、右側(cè)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(jiān)測區(qū)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(jiān)測區(qū)設置的感應線圈、稱重傳感器和攝像頭，都與一監(jiān)測處理器連接。所述主監(jiān)測區(qū)設有一個，所述輔助監(jiān)測區(qū)設有一個以上。主監(jiān)測區(qū)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(zhuǎn)向的路段。輔助監(jiān)測區(qū)的設置位置無特殊 要求，主要結(jié)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(jīng)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(jīng)過時產(chǎn)生電磁感應而輸出階躍感應電壓，由監(jiān)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(chǎn)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(jiān)測交通流，掌握交通流特性在橋梁不同區(qū)域上的變化；2.相對于單純依賴WIM的監(jiān)測方法，造價上具有很大優(yōu)勢；3.把橋梁結(jié)構(gòu)動靜力響應與交通荷載聯(lián)系起來，使交通荷載監(jiān)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(jiān)測區(qū)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(jiān)測區(qū)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(jiān)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(jié)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(jiān)測裝置，該項裝置是在橋 梁的車道上設置有主監(jiān)測區(qū)A和輔助監(jiān)測區(qū)B，輔助監(jiān)測區(qū)B設置在行車方向的主監(jiān)測區(qū)A 的前方，在主監(jiān)測區(qū)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(cè)，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(jiān)測區(qū)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(jiān)測區(qū)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(jiān)測處理器7連接；所述主監(jiān)測區(qū)設有一個，所述輔助監(jiān)測區(qū)設有一個以上。主監(jiān)測區(qū)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(zhuǎn)向的路段。輔助監(jiān)測區(qū)的設置位置無特殊 要求，主要結(jié)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(jīng)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(jīng)過時產(chǎn)生電磁感應而輸出階躍感應電壓，由監(jiān)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(chǎn)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(jiān)測區(qū)時，由于車輛金屬底盤通過感應線 圈IA上方，感應線圈IA產(chǎn)生感應電壓，監(jiān)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(jiān)測處理器7立即激發(fā)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(jiān)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(shù)。車輛繼續(xù)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(chǎn)生與消失是判別是否有車輛通過或者 說區(qū)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(jiān)測區(qū)的起止時 間，據(jù)此可以從稱重傳感器2M、3N輸出信號中提取p2i、p3i、t2i、t3i 監(jiān)測處理器7根據(jù)p2i、 p3” t2” t3i可以識別車輛的軸數(shù)、軸重、總重、車速及軸距等信息并保存至監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，涉 及的識別方法屬于動態(tài)稱重技術的一部分，此處不再贅述。攝像頭4P拍攝的照片，經(jīng)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(jiān)測數(shù)據(jù)庫。 結(jié)合車速、tstart與tmd這3項數(shù)據(jù)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(jiān)測區(qū)時，其金屬底盤使感應線圈5B產(chǎn)生感應電壓，記感應電壓產(chǎn) 生和消失的時刻分別為t' stmt和t' md，監(jiān)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(fā)攝像頭6Q拍攝車輛牌照并存儲。監(jiān)測處理器7識別出拍攝照片記錄 的牌照號碼后，在數(shù)據(jù)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(jiān)測區(qū)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(jiān)測區(qū)及輔助監(jiān)測 區(qū)的起止時間，即可獲悉某一車輛何時通過固定的監(jiān)測區(qū)域，這為建立交通荷載監(jiān)測與其 它橋梁動靜力響應監(jiān)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(jiān)測區(qū)，以 利于軸重、車速等特征的測量，選擇橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)中傳感器布設集中的截面設置輔助 監(jiān)測區(qū)。交通荷載輔助監(jiān)測區(qū)與橋梁結(jié)構(gòu)響應監(jiān)測區(qū)域相結(jié)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(jiān)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(shù)量的加速度傳感器、應變傳感器。結(jié)合上述具體情況，交 通荷載主監(jiān)測區(qū)設立在1/4跨截面，為建立交通荷載與橋梁響應的聯(lián)系，在跨中及3/4跨截 面設立2個輔助監(jiān)測區(qū)。如圖2所示，在主監(jiān)測區(qū)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(cè)。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(jiān)測區(qū)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(tài)稱重傳感器前方6. Om。
權利要求一種橋梁交通荷載綜合監(jiān)測裝置，其特征在于在橋梁的車道上設置有主監(jiān)測區(qū)和輔助監(jiān)測區(qū)，在主監(jiān)測區(qū)車道的路面中，設置有感應線圈，在感應線圈的左、右側(cè)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(jiān)測區(qū)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(jiān)測區(qū)設置的感應線圈、稱重傳感器和攝像頭，都與一監(jiān)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(jiān)測裝置，其特征在于所述主監(jiān)測區(qū)設有一個，所述輔助監(jiān)測區(qū)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(jiān)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(jiān)測裝置，其特征在于所述感應線圈在車輛金屬底盤經(jīng)過時產(chǎn)生電磁感應而輸出階躍感應電壓，由監(jiān)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(chǎn)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(jiān)測裝置，該裝置是在橋梁的車道上設置有主監(jiān)測區(qū)和輔助監(jiān)測區(qū)，在主監(jiān)測區(qū)車道的路面中設置有感應線圈，在感應線圈的左、右側(cè)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(jiān)測區(qū)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(jiān)測處理器連接；感應線圈在車輛金屬底盤經(jīng)過時產(chǎn)生電磁感應而輸出階躍電壓，監(jiān)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(chǎn)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(yōu)點是在橋梁多個截面上監(jiān)測交通流，掌握交通流特性在橋梁不同區(qū)域上的變化；造價上具有很大優(yōu)勢；把橋梁結(jié)構(gòu)動靜力響應與交通荷載聯(lián)系起來，使交通荷載監(jiān)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(yōu)先權日2010年5月24日
發(fā)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