专利名称：铁路桥梁状态监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种铁路桥梁状态监测系统。
背景技术：
随着科学技术的进步以及交通运输的需求，实时桥梁健康监测技术逐步成为大型桥梁结构灾害演化规律研究与安全保障的重要途径。大型桥梁具有塔柱高、跨度大等特点， 其变形监测的主要内容包括桥梁墩台沉降观测、桥面线形与挠度观测、主梁横向水平位移观测等。为进行上述各项目的测量，必须建立相应的水平位移基准网与沉降基准网的观测。 目前国内外已有不少大跨径桥梁布设了大型的健康监测系统，主要进行振动、应变及变形等结构力学响应的实时监测，并用于评估运营中桥梁的健康状况。当前对于桥梁形变监测的实例已有很多，用常规方法进行大型桥梁的形变监测， 存在诸多限制和不便。如全站仪存在各测点不同步，大变形难测量，实时性差，观测条件受天气条件影响大，测站到辅助目标的距离有限等缺点；而位移传感器同时也存在着难以接近的点无法测量，横向位移测量有困难，受大气环境条件影响等缺点。较之传统的测量方式来说，采用卫星定位进行桥梁监测不仅可以实现全天候、不间断的三维高精度测量，而且量程大，参考站和监测站距离几乎不受限制，延迟短、实时性强，各测点能够实现同步测量。因此当前众多的桥梁形变监测一般采用的是全球卫星系统(GPQ技术美国在1992年利用 GPS对密西西比河上的一座斜拉桥进行了监测，其目的在于评估GPS在桥梁变形监测中可行性，包括精度指标，实用性以及不足之处等；日本在此领域也进行了多年的尝试，并用三台采样率为IOHz的GPS接收机观测Akashi-Kaikyo大桥的动态变形；我国也对虎门桥、江阴长江大桥等进行了 GPS监测大桥变形的可行性评估。然而，上述桥梁监测系统所针对的是公路桥梁，而目前对于具有自身特点的铁路桥梁还没有有效的桥梁状态监测系统，而且单纯采用监测公路桥梁状态所利用的GPS技术，并不能很好地观测铁路桥梁微观变化。由于当前众多的铁路桥梁建设已有多年，而铁路桥梁的安全性严重影响铁路的安全运营，因此铁路桥的监测势在必行。

实用新型内容本实用新型针对现有的桥梁监测系统不能有效适于监测铁路桥梁、不能观测铁路桥梁微观变化的问题，提供了一种铁路桥梁监测系统，能够将宏观和微观监测相结合，适用于铁路桥梁监测本实用新型提供的铁路桥梁监测系统包括桥梁位移GPS监测装置、桥梁微观位移监测装置以及中心解算服务器，所述桥梁微观位移监测装置包括应变监测单元和接缝位移监测单元中的至少一者，所述桥梁位移GPS监测装置、桥梁微观位移监测装置均设置在铁路桥梁上的监测位置附近，且连接到中心解算服务器并发送信号到用于对接收到的信号进行解算的所述中心解算服务器。优选地，所述铁路桥梁监测系统还包括设置在铁路桥梁上的监测位置附近并且连接到中心解算服务器的温度监测装置。优选地，所述温度监测装置为光纤光栅温度传感器。优选地，所述铁路桥梁监测系统还包括无线通信装置和网络(Web)服务器，所述中心解算服务器通过无线通信装置连接到Web服务器。优选地，所述铁路桥梁监测系统还包括连接到Web服务器的显示装置。优选地，所述无线通信装置为GPRS无线通信装置。其中，所述桥梁位移GPS监测装置可以包括GPS参考站和GPS监测站。所述应变监测单元可以为表面式光纤光栅应变计。所述接缝位移监测单元可以为表面式光纤光栅位移计。本实用新型提供的铁路桥梁监测系统由于包括桥梁位移GPS监测装置、桥梁微观位移监测装置以及中心解算服务器等，其与现有桥梁监测技术相比，具有如下优点首先，宏、微观监测方式相结合本实用新型采用桥梁位移GPS监测装置类似的宏观位移监测装置和诸如光纤光栅传感器之类的微观位移监测装置相结合的方式，其中桥梁位移GPS监测装置可以实现全天候、不间断、高精度的对测点三维位移进行监测，可以作为长期安全监测的有效参考数据；诸如光纤光栅传感器之类的微观位移监测装置可以包括表面式光纤光栅应变计、表面式光纤光栅位移计、光纤光栅温度传感器等，监测数据精度高、 实时性强，可以作为短期实时安全监测的有效参考数据。其次，监测数据指标全面由于本系统中包含了桥梁位移GPS监测装置、应变监测单元、接缝位移监测单元，优选实施方式还包括温度监测装置，因此本系统可以实现一般的宏观位移监测，同时又引入了应变监测、接缝位移监测和温度监测。此外，本实用新型的优选实施方式利用GPRS无线通信装置将中心解算服务器解算后的数据传送到远端Web服务器，有利于数据的集中收集、监测以及处理，比如可以形成日志、报表和安全告警信息等方便用户查看。

图1是本实用新型提供的铁路桥梁状态监测系统的组成结构图；图2是本实用新型提供的铁路桥梁状态监测系统中的各组件的安装位置图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型所述的铁路桥梁状态监测系统，包括桥梁位移GPS监测装置10、桥梁微观位移监测装置20以及中心解算服务器40，所述桥梁微观位移监测装置20 包括应变监测单元201和接缝位移监测单元202中的至少一者，所述桥梁位移GPS监测装置10、桥梁微观位移监测装置20均设置在铁路桥梁上的监测位置附近，且连接到中心解算服务器40并发送信号到用于对接收到的信号进行解算的所述中心解算服务器40。为了提高桥梁位移GPS监测装置10测位移的精确度，通常采用GPS相对定位方式，即桥梁位移GPS监测装置10可以包括GPS监测站和GPS参考站这两个GPS站。所述 GPS监测站和所述GPS参考站各自均包括GPS卫星信号接收天线和GPS接收机。如图2所示，所述GPS监测站中的GPS卫星接收天线可以设置在铁路桥梁上的安装点1处的接触网立杆上，所述GPS监测站中的GPS接收机可以设置在铁路桥梁桥梁安装点1处的桥面安全港区域。所述GPS参考站中的GPS卫星信号接收天线和GPS接收机可以设置在铁路桥梁桥头附近的安装点2。所述GPS监测站和GPS参考站同步观测相同的GPS卫星，该GPS参考站
4和GPS监测站的各自的接收天线接收卫星载波信号后传输到各自的接收机，然后接收机将采集的信号通过传输光缆传送到中心解算服务器40，中心解算服务器40通过解算软件中的诸如扩展卡尔曼(Kalman)滤波模型之类的算法模型对接收到的卫星定位信号进行处理分析，从而得到GPS监测站相对于GPS参考站的高精度桥梁位移信息。针对中心解算服务器40对卫星定位信号进行解算的处理分析过程，本领域技术人员已研究了多种实现方式， 例如，在《桥梁建设》2007年第5期，王永泉等人的论文“一种新的GPS变形监测算法及其在东海大桥上的应用”中对结合东海大桥的应用介绍了一种新的GPS变形监测算法，同济大学姚平的硕士学位论文“GPS在桥梁监测中的应用研究”对于GPS桥梁变形监测中的算法进行了详细介绍。本实用新型提供的铁路桥梁状态监测系统中的中心解算服务器对于接收自GPS监测装置的信号的处理分析可以采用如上述文献中公开的算法，也可以采用其他本领域公知的各种解算方法。所述桥梁微观位移监测装置20优选地包括应变监测单元201和接缝位移监测单元202两者。所述接缝位移监测单元202可以为表面式光纤光栅位移计。所述应变监测单元201和所述接缝位移监测单元202通过传输光缆将所采集的应变、位移发送到中心解算服务器40，在中心解算服务器40处有光电转换单元将所采集的各项指标的光信号转换为计算机可用的电信号，并可以由中心解算服务器40内的处理软件对所采集的应变、位移进行记录、分析。优选地，所述铁路桥梁监测系统还包括设置在铁路桥梁上的监测位置附近并且连接到中心解算服务器40的温度监测装置30。所述温度监测装置30优选为光纤光栅温度传感器。基于光纤光栅技术的光纤光栅温度传感器，采用波长编码技术，消除了光源功率波动及系统损耗的影响，适用于长期监测。所述温度监测装置30通过传输光缆将所采集的温度发送到中心解算服务器40，在中心解算服务器40处有光电转换单元将所采集的光信号转换为计算机可用的电信号，并可以由中心结算服务器内的处理软件对所采集的温度信息进行记录、分析。光纤光栅应变计、光纤光栅位移计、光纤光栅温度传感器等传感设备可以设置在单体桥梁侧面(即与另一单体桥梁连接处)或底面(即与桥墩连接处)处，或者设置在侧面和底面两者上。上述设备的数量根据需要可以为一个或多个。优选地，所述铁路桥梁监测系统还包括无线通信装置50和Web服务器60，所述中心解算服务器40通过无线通信装置50连接到Web服务器60。这样，所述铁路桥梁监测系统可以将中心解算服务器40解算后的数据通过无线通信装置50传送到远端Web服务器 60，由此，在远端Web服务器60处可以对数据进行集中收集、监测以及处理。所述铁路桥梁监测系统还可以包括连接到Web服务器60的显示装置，以显示桥梁状态数据。所述无线通信装置50可以为诸如GPRS无线通信装置之类的任何无线通信装置50，用于将中心解算服务器40解算后的数据传送到Web服务器60。由此，所述中心解算服务器40将桥梁位移、应变、接缝位移和温度信息进行处理和分析之后发送给GPRS无线通信装置50，GPRS无线通信装置50将中心结算服务器接收和处理的监测信息通过GPRS无线通信网络发送到Web服务器60，Web服务器60根据所接收的中心解算服务器40发送和处理的监测数据，利用软件对所收集的信息进行综合处理和分析，比如可以形成日志、报表和安全告警信息等，用户可以通过与Web服务器60相连的显示装置以Web方式查看日志、报表和安全告警信息等。[0022] 以上所述实施方式仅用于说明本实用新型的技术方案而非限制，对于本领域普通技术人员，在不脱离本实用新型原理的前提下，对本实用新型的技术方案所做的改进或者等同替换，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种铁路桥梁状态监测系统，其特征在于，该系统包括桥梁位移GPS监测装置 (10)、桥梁微观位移监测装置00)以及中心解算服务器(40)，所述桥梁微观位移监测装置 (20)包括应变监测单元(201)和接缝位移监测单元O02)中的至少一者，所述桥梁位移 GPS监测装置(10)、桥梁微观位移监测装置00)均设置在铁路桥梁上的监测位置附近，且连接到中心解算服务器GO)并发送信号到用于对接收到的信号进行解算的所述中心解算服务器(40)。
2.根据权利要求1所述的铁路桥梁监测系统，其特征在于，该系统还包括设置在铁路桥梁上的监测位置附近并且连接到中心解算服务器GO)的温度监测装置(30)。
3.根据权利要求2所述的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于，所述温度监测装置 (30)为光纤光栅温度传感器。
4.根据权利要求1所述的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于，该系统还包括无线通信装置(50)和网络服务器(60)，所述中心解算服务器00)通过无线通信装置(50)连接到网络服务器(60)。
5.根据权利要求4所述的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于，该系统还包括连接到网络服务器(60)的显示装置。
6.根据权利要求4所述的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于，所述无线通信装置 (50)为GPRS无线通信装置(50)。
7.根据权利要求1所述的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于，所述桥梁位移GPS监测装置(10)包括GPS参考站和GPS监测站。
8.根据权利要求1所述的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于，所述应变监测单元 (201)为表面式光纤光栅应变计。
9.根据权利要求1所述的铁路桥梁状态监测系统，其特征在于，所述接缝位移监测单元(20 为表面式光纤光栅位移计。
专利摘要本实用新型提供了一种铁路桥梁状态监测系统，该系统包括桥梁位移GPS监测装置(10)、桥梁微观位移监测装置(20)以及中心解算服务器(40)，所述桥梁微观位移监测装置(20)包括应变监测单元(201)和接缝位移监测单元(202)中的至少一者，所述桥梁位移GPS监测装置(10)、桥梁微观位移监测装置(20)均设置在铁路桥梁上的监测位置附近，且连接到中心解算服务器(40)并发送信号到用于对接收到的信号进行解算的所述中心解算服务器(40)。本实用新型提供的铁路桥梁状态监测系统，能够从宏观和微观两方面监测铁路桥梁状态，且监测数据指标全面。
文档编号G01B11/02GK201964883SQ20112006000
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月9日 优先权日2010年10月12日
发明者张立伟, 张青, 朱育民, 李新华, 荆涛, 荣林, 郝小平, 郭尽朝, 霍炎 申请人:中国神华能源股份有限公司, 北京交通大学