本發(fā)明涉及橋梁安全，具體涉及一種橋梁結構全域撓度及失穩(wěn)風險的動態(tài)監(jiān)測方法與裝置。
背景技術：
1、在當今的基礎設施建設中，橋梁的安全性和可靠性是至關重要的。橋梁的長期穩(wěn)定運行不僅關系到交通的順暢，更直接關乎公共安全。因此，對橋梁結構的健康監(jiān)測技術一直是工程領域研究的重點。其中，橋梁撓度的監(jiān)測是評估橋梁性能的關鍵環(huán)節(jié)之一，它能夠反映橋梁在各種動態(tài)和靜態(tài)荷載作用下的變形情況，為橋梁的維護、加固和使用壽命評估提供重要依據(jù)。
2、然而，現(xiàn)有的橋梁撓度監(jiān)測手段面臨著諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的測量方法，如水準儀測量、經緯儀測量等，雖然在精度上具有一定優(yōu)勢，但操作復雜，且需要大量的人力和時間成本，難以實現(xiàn)對橋梁變形的連續(xù)、實時監(jiān)測。此外，這些方法通常只能提供局部的測量數(shù)據(jù)，難以全面反映橋梁的整體變形情況。
3、隨著科技的不斷進步，一些新型的監(jiān)測技術被引入到橋梁健康監(jiān)測領域。例如，傾角儀、激光掃描儀、光電成像系統(tǒng)等現(xiàn)代測量工具在一定程度上提高了監(jiān)測效率和精度。但這些技術大多只能對橋梁的局部區(qū)域進行監(jiān)測，或者只能監(jiān)測單一方向的變形，難以全面捕捉橋梁結構在復雜荷載作用下的整體變形情況。此外，這些技術在面對橋梁的動態(tài)變形監(jiān)測時，往往存在響應速度慢、數(shù)據(jù)采集不連續(xù)等問題，難以滿足現(xiàn)代橋梁監(jiān)測對于實時性和全面性的要求。更為重要的是，橋梁在實際運行過程中，可能會受到多種因素的影響，如風振、車輛荷載、溫度變化、材料老化等。這些因素可能導致橋梁結構的平面外失穩(wěn)，而這種失穩(wěn)一旦發(fā)生，往往會對橋梁的安全性造成嚴重威脅。
4、在橋梁安全監(jiān)測領域，盡管傾角傳感技術已逐步應用于自動化監(jiān)測（如專利cn202011621786.0、cn201910469978.5、cn201910497157.2?所示方案），但仍存在三大技術瓶頸：其一，現(xiàn)有單點環(huán)形傾角傳感器組（同軸布置）僅能采集離散點位的局部傾角數(shù)據(jù)，無法重構橋面整體變形場，難以捕捉扭轉變形、區(qū)域屈曲等空間連續(xù)變形；其二，撓度解算依賴簡化公式（δn=lsinθ），未考慮橋面曲率耦合效應，且缺乏全局基準修正機制，導致誤差隨時間累積；其三，預警機制僅基于閾值觸發(fā)數(shù)據(jù)傳輸，未建立基于變形動力學的失穩(wěn)判據(jù)，無法有效預判平面外失穩(wěn)風險。
5、綜上所述，開發(fā)一種能夠實現(xiàn)全橋面高精度變形重構、具備失穩(wěn)預警能力的監(jiān)測方案，對預防橋梁潛在風險、保障橋梁安全運行具有重要意義。
6、有鑒于此，提出本申請。
技術實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供了一種橋梁結構全域撓度及失穩(wěn)風險的動態(tài)監(jiān)測方法與裝置，能至少部分的改善上述問題。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案：
3、一種橋梁結構全域撓度及失穩(wěn)風險的動態(tài)監(jiān)測方法，其包括：
4、s1.?通過無線通信方式，實時獲取布設在目標橋梁結構上的p×q矩陣傳感器組件采集的動態(tài)傾角數(shù)據(jù)，所述動態(tài)傾角數(shù)據(jù)包括傳感器平面相對坐標及大于等于50hz采樣頻率的傾角值；同步獲取通過gps模塊監(jiān)測的橋梁結構相對原點位置的法向位移；
5、s2.?多源數(shù)據(jù)時間同步處理：以?gps?模塊輸出的?utc?時間為全局時鐘基準，利用?1pps?信號和?nmea?時間戳實現(xiàn)高精度時鐘同步；采用主從同步架構和雙向同步協(xié)議完成傳感器網(wǎng)絡內節(jié)點時間對齊；對傳感器采集數(shù)據(jù)和?gps?數(shù)據(jù)分別附加對應時間戳，實現(xiàn)時間戳統(tǒng)一轉換；針對傳感器與?gps?采樣率差異，采用線性插值法完成數(shù)據(jù)時間尺度匹配，確保多源數(shù)據(jù)時間一致；
6、s3.?采用撓度曲面擬合算法對動態(tài)傾角數(shù)據(jù)進行擬合處理，得到實時的橋梁撓度曲面，該撓度曲面是多項式方程構建而成，為常數(shù)項，為多項式項的系數(shù)， k為對應多項式的項數(shù)之和， i、 j為多項式項的冪次， n為多項式項最高冪次， t對應不同的時刻；
7、s4.?基于實時撓度曲面，計算橋面最大撓度和最大曲率，并通過比對橋面絕對撓度和臨界曲率雙重控制指標對橋面進行危險預警。
8、一種橋梁結構全域撓度及失穩(wěn)風險的動態(tài)監(jiān)測裝置，其包括：
9、動態(tài)數(shù)據(jù)采集單元：配置為控制p×q無線復合傾角傳感器以大于等于50hz頻率采集傾角數(shù)據(jù)，并實時同步采集gps法向位移；
10、多源數(shù)據(jù)同步單元：以?gps?的?utc?時間為基準，分別實現(xiàn)高精度時鐘同步、傳感器節(jié)點時間對齊、多源數(shù)據(jù)時間戳統(tǒng)一轉換及采樣率匹配，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)時間一致有效；
11、曲面擬合計算單元：用于執(zhí)行撓度曲面擬合算法及位移約束修正；
12、失穩(wěn)預警單元：被配置為計算最大撓度和最大曲率并與橋面絕對撓度和臨界曲率比對，觸發(fā)分級報警。
13、綜上，所述橋梁結構全域撓度及失穩(wěn)風險的動態(tài)監(jiān)測方法旨在通過先進的傳感器技術和數(shù)據(jù)處理算法，實現(xiàn)對橋梁結構變形的實時、全面監(jiān)測。該方法通過在橋梁結構上矩陣式布置無線復合傾角傳感器，實時采集傳感器的平面相對坐標及傾角值，并利用遠程無線傳輸技術將數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)測系統(tǒng)。同時，通過gps等手段實時監(jiān)測面板相對原點位置的法向位移?；谒杉臄?shù)據(jù)，采用撓度曲面擬合算法對橋梁結構的變形情況進行建模和修正，從而擬合出目標物體的變形曲面。該方法能夠實現(xiàn)對橋梁結構上任一點撓度變化的實時監(jiān)測，并通過對歷史變形數(shù)據(jù)的分析，評估橋梁結構平面外失穩(wěn)的可能性。該方法不僅提高了橋梁監(jiān)測的效率和精度，還為橋梁的安全管理和維護提供了科學依據(jù)，具有顯著的實用性和創(chuàng)新性。
14、簡單來說，所述橋梁結構全域撓度及失穩(wěn)風險的動態(tài)監(jiān)測方法可以實現(xiàn)監(jiān)測橋梁結構的實時變形情況，數(shù)據(jù)可存儲于本地或上傳于云端，以實現(xiàn)橋梁結構變形的遠程動態(tài)觀測及預警。與現(xiàn)有技術相比，該方法具備以下優(yōu)點：1.實現(xiàn)實時監(jiān)測橋梁結構上任一點的撓度變化情況；2.對于歷史橋梁結構變形曲面變化情況進行分析，可以得出橋梁結構平面外失穩(wěn)的可能性。
1.一種橋梁結構全域撓度及失穩(wěn)風險的動態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權利要求?1?所述的一種橋梁結構全域撓度及失穩(wěn)風險的動態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟?s2?中多源數(shù)據(jù)時間同步處理具體包括：
3.根據(jù)權利要求1所述的一種橋梁結構全域撓度及失穩(wěn)風險的動態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟s3中撓度曲面擬合算法包括：
4.根據(jù)權利要求1所述的一種橋梁結構全域撓度及失穩(wěn)風險的動態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，所述矩陣傳感器組件中的無線復合傾角傳感器以矩陣式布設，行間距與列間距根據(jù)橋梁固有頻率設置，滿足：，其中為橋梁設計最大車速，通過橋梁模態(tài)進行獲取，為傾角傳感器布置間距。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種橋梁結構全域撓度及失穩(wěn)風險的動態(tài)監(jiān)測方法，其特征在于，雙重控制指標的生成方法包括：
6.一種橋梁結構全域撓度及失穩(wěn)風險的動態(tài)監(jiān)測裝置，其特征在于，包括：