本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于全壽命的城市重大交通基礎(chǔ)設(shè)施集群監(jiān)測及成套管養(yǎng)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括在線監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)分析及處理模塊、預警評估模塊、決策支持模塊以及監(jiān)測系統(tǒng)控制管理與維護模塊；發(fā)明專利技術(shù)所涉及的上述模塊之間以系統(tǒng)集群管理平臺為中心，以服務器作為后臺數(shù)據(jù)庫且通過城市網(wǎng)絡(luò)和人機交互的方式相互建立通訊和聯(lián)系。本發(fā)明專利技術(shù)將集群監(jiān)測及成套管養(yǎng)技術(shù)與全壽命理念結(jié)合起來，為面向公共安全的城市基礎(chǔ)設(shè)施信息化的研究提供了一種新的解決方案，同時硬件層與軟件層相結(jié)合，為分析和研究典型交通基礎(chǔ)設(shè)施提供理論與實驗基礎(chǔ)。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種基于全壽命的城市重大交通基礎(chǔ)設(shè)施集群監(jiān)測及成套管養(yǎng)系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
諾貝爾經(jīng)濟學獎獲得者斯蒂格利茨把我國的城市化與美國的高科技并列為影響21世紀人類發(fā)展進程的兩大關(guān)鍵因素。激烈的城市化進程托起了我國經(jīng)濟的騰飛與全球最大規(guī)模的交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，已經(jīng)建成(包括在建)一大批舉世矚目的橋梁、隧道、高架道路等城市標志性的重大交通基礎(chǔ)設(shè)施如杭州灣跨海大橋(世界最長的跨海大橋，36km);蘇通長江大橋(世界最大跨度的斜拉橋，1088m);秦嶺終南山隧道西安至柞水段(世界上最長的雙洞高速公路隧道，單洞長18. 02km)等。這些關(guān)系國計民生的基礎(chǔ)工程或標志性工程，其投資規(guī)模和社會影響巨大，在其整個生命周期中，受環(huán)境載荷作用、疲勞、腐蝕和材料老化等不利因素的影響，結(jié)構(gòu)不可避免地產(chǎn)生損傷積累，這對公眾的安全構(gòu)成了極大的威脅，甚至導致突發(fā)事件。如2007年8月I日美國明尼蘇達州密西西比河的大橋發(fā)生坍塌；2009年5月17日我國株洲紅旗路高架快速路倒塌；2010年3月19日我國內(nèi)蒙古新旗下營隧道塌方。同時我國也是世界上自然災害最為嚴重的國家之一，在各類自然災害如地震、臺風、暴雨等影響下，這些城市交通生命線工程如果遭受破壞，會引起一連串災難性后果，導致整個城市應急及管理系統(tǒng)的癱瘓。如2008年5月12日我國汶川地震中，道路與橋梁的破壞導致交通受阻，搶險救災的物資和人員無法進入災區(qū)，造成了巨大的人員和財產(chǎn)損失。因此，對這些城市重大交通基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)實施壽命周期內(nèi)的實時在線的信息化監(jiān)測，并對結(jié)構(gòu)安全做出實時安全評估，實現(xiàn)對突發(fā)事件的預警，提前采取應急處置措施，避免或減少人民生命財產(chǎn)損失具有重要的意義。預防性的信息化管理將是最高層次的現(xiàn)代城市的安全理念。結(jié)構(gòu)的全壽命監(jiān)控理論認為，結(jié)構(gòu)監(jiān)測的時間應向前延伸，對結(jié)構(gòu)壽命周期的每個階段(設(shè)計階段-施工階段-運營階段-報廢拆除)均應進行有效控制，特別是在事故多發(fā)階段如施工階段和運營階段設(shè)置過程監(jiān)控系統(tǒng)。目前，對在役的少量長大橋梁、隧道等結(jié)構(gòu)已經(jīng)開展了相關(guān)的在線監(jiān)測及安全預警研究，發(fā)揮了一定的積極作用，但這些監(jiān)測系統(tǒng)都為單一的監(jiān)測系統(tǒng)，各系統(tǒng)間缺乏溝通與整合；城市具有明顯的空間地域特征，監(jiān)測系統(tǒng)的空間地域覆蓋面不夠，單一監(jiān)測系統(tǒng)容易形成“信息孤島”，無法為保障城市交通基礎(chǔ)設(shè)施整體安全提供有效的支持；信息的利用率不足，缺乏對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理，與之配套的狀態(tài)反演和評估體系都不健全。所有這些都制約著城市交通基礎(chǔ)設(shè)施的安全信息化管理的發(fā)展。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)的單一性，各系統(tǒng)間缺乏溝通與整合、監(jiān)測系統(tǒng)的空間地域覆蓋面不夠，無法為保障城市交通基礎(chǔ)設(shè)施整體安全提供有效的支持，信息的利用率不足，缺乏對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析處理，與之配套的狀態(tài)反演和評估體系都不健全等缺點，本專利技術(shù)提供一種基于全壽命的城市重大交通基礎(chǔ)設(shè)施集群監(jiān)測及成套管養(yǎng)系統(tǒng)。本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案是一種城市重大交通基礎(chǔ)設(shè)施集群監(jiān)測及成套管養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括在線監(jiān)測模塊，用于管理橋梁建造信息、幾何信息、監(jiān)測信息和分析結(jié)果全部數(shù)據(jù)，承擔著數(shù)據(jù)的存貯、備份、修改、刪除及查詢功能；數(shù)據(jù)分析及處理模塊，用于通過傳感器模塊對經(jīng)過預處理的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比、統(tǒng)計分析，列表或圖形化顯示各種載荷和環(huán)境因素作用下的結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化，形成橋梁的健康檔案；預警評估模塊，用于依據(jù)設(shè)計文件、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、相關(guān)的規(guī)范及標準、以往運營以及管理維護方面的信息，對結(jié)構(gòu)的運營狀態(tài)進行評價，分析結(jié)構(gòu)的安全性、適用性及耐久性；決策支持模塊，用于對橋梁的運營狀態(tài)評價、易損性分析，為養(yǎng)護維修提供決策支持；監(jiān)測系統(tǒng)控制管理與維護模塊，對集群監(jiān)測系統(tǒng)自身的運行狀態(tài)進行監(jiān)控及管理。進一步，所述在線監(jiān)測模塊包括結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)管理模塊和數(shù)據(jù)分析模塊。進一步，所述預警評估模塊包括結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估和結(jié)構(gòu)壽命預測。進一步，所述在線監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)分析及處理模塊、預警評估模塊、決策支持模塊以及監(jiān)測系統(tǒng)控制管理與維護模塊之間以系統(tǒng)集群管理平臺為中心，以服務器作為后臺數(shù)據(jù)庫且通過城市網(wǎng)絡(luò)和人機交互的方式相互建立通訊和聯(lián)系。進一步，所述系統(tǒng)集群管理平臺以城市VPN網(wǎng)絡(luò)為平臺，通過城市橋梁、城市高架、隧道分布的監(jiān)測站采集相應數(shù)據(jù)，建立結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，通過數(shù)據(jù)分析，對結(jié)構(gòu)進行狀態(tài)評估及壽命預測，并進行系統(tǒng)控制管理與維護的決策支持。進一步，所述傳感器模塊包括溫度傳感器、應力傳感器、位移傳感器、加速度傳感器、環(huán)境及荷載傳感器。進一步，所述系統(tǒng)根據(jù)健康監(jiān)測系統(tǒng)，包括荷載監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、橋梁特性監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、各項監(jiān)測數(shù)據(jù)報告及系統(tǒng)運行狀況報告，進行構(gòu)件的關(guān)鍵性分析、易損性分析及結(jié)構(gòu)性能分析，之后根據(jù)構(gòu)件的重要度指標，包括構(gòu)件的關(guān)鍵性和易損性指標，對構(gòu)件進行預測式養(yǎng)護檢測排序。本專利技術(shù)的目的是建立基于全壽命的城市重大交通基礎(chǔ)設(shè)施集群監(jiān)測體系及相關(guān)的監(jiān)測指標系，研究和解決基于全壽命的重大交通基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)的安全評估關(guān)鍵技術(shù)，為發(fā)展建立以現(xiàn)代信息技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、現(xiàn)代高新技術(shù)裝備為支撐的城市公共安全與應急反應體系，合理地提高城市生命線工程基礎(chǔ)設(shè)施抵御工程災變的能力，保證國民經(jīng)濟與社會的持續(xù)、快速、穩(wěn)定發(fā)展，提供基礎(chǔ)研究。本專利技術(shù)的有益效果體現(xiàn)在(I)完善的監(jiān)測功能集散系統(tǒng)可以完成從簡單的單座橋梁單一項目的監(jiān)測到多座復雜橋型的多參數(shù)監(jiān)測，可以根據(jù)需要進行采集參數(shù)的遠程控制，更能實現(xiàn)監(jiān)控、顯示、打印、報警、歷史數(shù)據(jù)庫存儲等日常操作要求；(2)完善的人一機界面、集中監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)共享功能系統(tǒng)采用B/S與C/S相結(jié)合的架構(gòu)，可以方便的實現(xiàn)遠程監(jiān)控；(3)系統(tǒng)擴展靈活，容易進行升級修改，因而適合于長期規(guī)劃、分批投資，分批受益；如果形成一套行之有效的城市橋梁管理新模式，將長期發(fā)揮效能；(4)安全可靠性高由于每一座橋梁由現(xiàn)場的單片機分散監(jiān)測，當一個或多個橋梁站點的儀器設(shè)備萬一發(fā)生故障時，不會影響系統(tǒng)其他部分的正常運行，如果輔以完善的自診斷及維護系統(tǒng)，系統(tǒng)的平均無故障時間將會大大的延長，從而提高系統(tǒng)的可靠性；(5)能夠快速地構(gòu)建監(jiān)測子系統(tǒng)對特定橋梁的監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計及接入不再需要每次都從零開始，只需選擇適當?shù)谋O(jiān)測內(nèi)容及布點方案組建分布監(jiān)測系統(tǒng)、選擇及開發(fā)適當?shù)臄?shù)據(jù)處理方法、預警評估、及維修決策等模塊即可；具有良好的性價比，而且納入集群監(jiān)測平臺的橋梁規(guī)模越多，平均每座橋梁的投資越省；(6)利用現(xiàn)有的智能傳感、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)纫幌盗行录夹g(shù)，在抗干擾，可靠性，實用性方面，完全可以做到與單一橋梁健康系統(tǒng)具有相同的性能，同時由于其靈活性和開放性，更有利于后續(xù)開發(fā)，因而具有十分廣闊的應用前景。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的集群監(jiān)測平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本專利技術(shù)的狀態(tài)評估流程圖。圖3是本專利技術(shù)的剩余使用壽命預測流程圖。圖4是本專利技術(shù)的基于全壽命的預測式養(yǎng)護排序流程圖。圖5 (a)是實施例2中系桿拱橋的總體布置圖。圖5 (b)是實施例2中系桿拱橋跨中截面橫斷面圖。圖6是實施例2中系桿拱橋監(jiān)測-分析-評估-維護決策流程圖。圖7是實施例2中系桿拱橋動力特性監(jiān)測傳感器布置圖。圖8是實施例2中橋梁監(jiān)測數(shù)據(jù)采集傳輸體系結(jié)構(gòu)。圖9是實施例2中橋梁預警系統(tǒng)流程圖。圖10是實施例2中系桿拱橋的平面分析計算模型。圖11 (a)是實施例2中吊桿的危險度排序圖。圖本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種城市重大交通基礎(chǔ)設(shè)施集群監(jiān)測及成套管養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于：所述系統(tǒng)包括：在線監(jiān)測模塊，用于管理橋梁建造信息、幾何信息、監(jiān)測信息和分析結(jié)果數(shù)據(jù)，承擔著數(shù)據(jù)的存貯、備份、修改、刪除及查詢功能；數(shù)據(jù)分析及處理模塊，用于通過傳感器模塊對經(jīng)過預處理的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比、統(tǒng)計分析，列表或圖形化顯示各種載荷和環(huán)境因素作用下的結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化，形成橋梁的健康檔案；預警評估模塊，用于依據(jù)設(shè)計文件、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、相關(guān)的規(guī)范及標準、以往運營以及管理維護方面的信息，對結(jié)構(gòu)的運營狀態(tài)進行評價，分析結(jié)構(gòu)的安全性、適用性及耐久性；決策支持模塊，用于對橋梁的運營狀態(tài)評價、易損性分析，為養(yǎng)護維修提供決策支持；監(jiān)測系統(tǒng)控制管理與維護模塊，對集群監(jiān)測系統(tǒng)自身的運行狀態(tài)進行監(jiān)控及管理。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種城市重大交通基礎(chǔ)設(shè)施集群監(jiān)測及成套管養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括 在線監(jiān)測模塊，用于管理橋梁建造信息、幾何信息、監(jiān)測信息和分析結(jié)果數(shù)據(jù)，承擔著數(shù)據(jù)的存貯、備份、修改、刪除及查詢功能； 數(shù)據(jù)分析及處理模塊，用于通過傳感器模塊對經(jīng)過預處理的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比、統(tǒng)計分析，列表或圖形化顯示各種載荷和環(huán)境因素作用下的結(jié)構(gòu)狀態(tài)的變化，形成橋梁的健康檔案； 預警評估模塊，用于依據(jù)設(shè)計文件、現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)、相關(guān)的規(guī)范及標準、以往運營以及管理維護方面的信息，對結(jié)構(gòu)的運營狀態(tài)進行評價，分析結(jié)構(gòu)的安全性、適用性及耐久性； 決策支持模塊，用于對橋梁的運營狀態(tài)評價、易損性分析，為養(yǎng)護維修提供決策支持； 監(jiān)測系統(tǒng)控制管理與維護模塊，對集群監(jiān)測系統(tǒng)自身的運行狀態(tài)進行監(jiān)控及管理。2.如權(quán)利要求1所述的城市重大交通基礎(chǔ)設(shè)施集群監(jiān)測及成套管養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述在線監(jiān)測模塊包括結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)管理模塊和數(shù)據(jù)分析模塊。3.如權(quán)利要求1或2所述的城市重大交通基礎(chǔ)設(shè)施集群監(jiān)測及成套管養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述預警評估模塊包括結(jié)構(gòu)狀態(tài)評估模塊和結(jié)構(gòu)壽命預測模塊。4.如權(quán)利要求1或2所述的城市重大交通基礎(chǔ)設(shè)施集群監(jiān)測及成套管養(yǎng)系統(tǒng)，其特征在于所述在線監(jiān)測模塊、數(shù)據(jù)分析及處理模塊、預警評估模塊、決策支持模塊以及監(jiān)測系統(tǒng)控制管理與維護模塊之間以系統(tǒng)集群管理...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：羅曉峰，邢國徽，
申請(專利權(quán))人：浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，
類型：發(fā)明
國別省市：
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