一種橋墩局部衝刷觀測系統及方法
2023-10-06 18:38:19 2
專利名稱：一種橋墩局部衝刷觀測系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種橋墩局部衝刷觀測系統及方法，屬於計算機技術和測量技術領 域。本發明特別針對大水深和橋墩近距離範圍內衝刷坑區域的衝刷觀測而設計，並實現了 衝刷動態過程數據無線傳輸，和工程管理中方便快捷地獲得工況信息。它可被應用到觀測 鐵路和公路橋梁的橋墩局部衝刷狀況中。
背景技術：
橋梁被破壞的一個重要原因就是水流的衝刷。橋墩的存在佔用了過水斷面，束窄 了河道，加大了流速，在橋墩處形成局部衝刷，同時水流流過橋墩周圍時形成渦流，也形成 對橋墩的局部淘刷。因為衝刷是發生在水下，橋被衝刷破壞通常沒有明顯徵兆，一旦破壞容 易發生橋塌人亡的重大事故，因此對橋墩衝刷狀況進行實時的觀測顯得非常重要。現有的橋墩局部衝刷觀測方法大致有兩類一是通過測量船安裝GPS定位與多波束超聲測深系統來完成水下地形的觀測，該 方法成本高，需要的人工也比較多，不能實現長期連續測量，存在不能及時發現危險的可 能，並且為了保證測量船的安全，只能測量到距離橋墩較遠位置的衝刷狀況，難以在近距離 處觀測，而越近橋墩衝刷深度越大，是橋墩基礎失穩破壞的最危險點。二是在橋墩附近預埋檢測傳感器，通過分析傳感器的信息來獲取橋墩衝刷坑的變 化。該方法彌補了測量船的不足，提高了檢測數據的可靠性。但是傳感器必須在橋墩修建 的同時預埋到河底，對於已經修建好的橋梁，重新安裝或檢修傳感器都非常困難。
發明內容
本發明的發明目的是克服上述方法的缺點，提供一種橋墩局部衝刷觀測系統及方 法，它設備簡單、使用方便。為了完成上述目的，本發明的實時橋墩局部衝刷觀測系統包括一套測量支架機 械繫統、一組超聲測距傳感器、一組無線數據傳輸設備、一臺計算機和一個測量及數據處理 軟體。支架機械系統的發明主要解決測點近距離控制、連續多點測量和測點的空間定 位，實現衝刷坑區域多點測量。一種橋墩局部衝刷觀測系統，包括一個測量主杆、多個測量支杆和一個鋼管滑道， 測量主杆為高強度的空心不鏽鋼管，上面連接有多個測量支杆，測量支杆也為空心不鏽鋼 管，在橋墩豎直面上安裝鋼管滑道，測量主杆根部套在鋼管滑道上，可以上下移動和左右旋 轉，實現較大範圍的測量。所述一組超聲測距傳感器探頭安裝在測量支杆上，當探頭沒入水面時，可以進行 水深測量。所述一組無線數據傳輸設備包括發送模塊和接收模塊，發送模塊安裝在橋墩墩臺 處的設備箱裡，與超聲測距傳感器探頭連接，接收由探頭採集的數據並通過無線通信網絡發送出去，接收模塊安裝在數據中心，接收由發送模塊發出的數據。一種橋墩局部衝刷觀測方法，其特徵在於採集模塊的一組超聲測距探頭獲取水下 地形數據，數據傳給發送模塊進行發送，數據中心的接收模塊接收發送模塊的數據，並傳給 數據中心的數據伺服器模塊的計算機，計算機上的測量軟體模塊接收數據並進行處理，得 到橋墩局部的衝刷地形。一種橋墩局部衝刷觀測方法，包括採集模塊、發送模塊、接收模塊、數據伺服器模 塊、測量軟體模塊；採集模塊，布置在橋墩附近的一組超聲測距探頭，發射超聲波探測水下地形，採集 水下地形數據並傳給發送模塊；發送模塊，接收由採集模塊的探頭採集的數據並通過無線通信網絡發送出去；接收模塊，接收由發送模塊發出的數據，並傳送給數據伺服器模塊的計算機；數據伺服器模塊，一臺計算機硬體設備，存儲從接收模塊獲得的測量數據；測量軟體模塊，安裝在數據伺服器模塊計算機上的測量軟體，用於數據採集與參 數設置，並能進行數據分析與處理，特別是能通過脈動規律模化實現大水深渦流區局部衝 刷測量。根據本發明，傳感器可以布置在距離橋墩較近範圍內，同時測量主杆可以在平面 上旋轉一定角度，這樣可以測量橋墩附近很大面積的水下地形，以獲取橋墩衝刷監測準確 的地形數據，另外主杆能沿著鋼管滑道上下方便的滑動，可保證在各種水位條件下測量。根據本發明，採用無線數據傳輸設備進行數據傳輸，能將測量數據實時發送回控 制中心伺服器上，採用國家通訊網絡發送數據，節約了布網成本，傳輸穩定性和及時性也有 保證，實現了橋墩局部衝刷的實時監測。本發明的橋墩局部衝刷觀測系統，與現有的觀測系統相比，具有如下特點1)機械系統結構較為簡單，操作方便，維護簡便；2)橋墩衝刷近距離、大面積測量；3)可實現實時連續測量；4)可以在大水深、渦流區測得可靠數據，能獲取重要的觀測信息；5)可通過無線模塊實現數據實時觀測。
當結合附圖考慮時，通過參照下面的詳細描述，能夠更完整更好地理解本發明以 及容易得知其中許多伴隨的優點，但此處所說明的附圖用來提供對本發明的進一步理解， 構成本發明的一部分，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發 明的不當限定，其中圖1是觀測系統的工作流程圖。圖2顯示的是測量支架結構布局及設置。圖3顯示的是橋墩局部衝刷觀測掃描範圍的實施例示意圖。
具體實施例方式參照圖1至圖3對本發明的實施例進行說明。
實施例顯然，本領域技術人員基於本發明的宗旨所做的許多修改和變化屬於本發明的保 護範圍。以下將通過實施例對本發明的特性作進一步的說明，該實施例僅作為代表性應用 的範例，並非限定本發明的實施範圍。發送模塊與超聲測距傳感器探頭連接；接收由探頭採集的數據並通過無線通信網 絡發送出去，接收模塊安裝在數據中心；接收由發送模塊發出的數據。數據伺服器模塊，(一臺計算機安放在數據中心作為數據伺服器)連接無線數據 接收模塊，存儲測量數據。所述一個測量軟體用於數據採集與參數設置，並能進行數據分析與處理，特別是 能通過脈動規律模化實現大水深渦流區局部衝刷測量。如圖2所示，本發明包括一個鋼管滑道1，豎直固定在橋墩處，可以在迎水面、背水 面或者側面，測量主杆2根部套在鋼管滑道上，可以上下滑動和平面旋轉，測量主杆上連接 有多個測量支杆3，可以在多個測點同時測量，超聲測距傳感器4安裝在測量支杆3的尾部， 淹沒在水面以下測量，測距儀5布置在測量主杆2上，用於測定測量主杆與水面的距離。地形測點6的高程&可用下式進行計算 = Z+D-L-H。Z為水面高程；D為測量主杆2水面高度；L為測量支杆3的長度；H為測量支杆3 的一端距離地形測點6的尺寸長度。測量方法1)在橋墩處安裝鋼管滑道，固定後保持豎直；2)根據具體測量需要在測量主杆上布置測量支杆，並安裝超聲測距傳感器；3)將測量主杆通過鋼管滑道滑動到合適位置，保證超聲測距傳感器沒入水面一定 距離；4)通過旋轉調整測量主杆的角度，實現在平面上大範圍的地形測量；5)數據通過無線模塊傳輸至計算機，通過測量軟體對數據進行分析處理。圖3顯示的是橋墩衝刷局部實時監測的範例，在橋墩7的迎水面和背水面分別安 裝觀測系統8和觀測系統9，通過測量主杆的平面旋轉，可以覆蓋圖中虛線包圍範圍的衝刷 地形觀測，從而實現近距離橋墩衝刷的監測。如上所述，對本發明的實施例進行了詳細地說明，但是只要實質上沒有脫離本發 明的發明點及效果可以有很多的變形，這對本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此，這 樣的變形例也全部包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種橋墩局部衝刷觀測方法，其特徵在於採集模塊的一組超聲測距探頭獲取水下地 形數據，數據傳給發送模塊進行發送，數據中心的接收模塊接收發送模塊的數據，並傳給數 據中心的數據伺服器模塊的計算機，計算機上的測量軟體模塊接收數據並進行處理，得到 橋墩局部的衝刷地形。
2.一種橋墩局部衝刷觀測方法，其特徵在於包括採集模塊、發送模塊、接收模塊、數據 伺服器模塊、測量軟體模塊；採集模塊，布置在橋墩附近的一組超聲測距探頭，發射超聲波探測水下地形，採集水下 地形數據並傳給發送模塊；發送模塊，接收由採集模塊的探頭採集的數據並通過無線通信網絡發送出去；接收模塊，接收由發送模塊發出的數據，並傳送給數據伺服器模塊的計算機；數據伺服器模塊，一臺計算機硬體設備，存儲從接收模塊獲得的測量數據；測量軟體模塊，安裝在數據伺服器模塊計算機上的測量軟體，用於數據採集與參數設 置，並能進行數據分析與處理，特別是能通過脈動規律模化實現大水深渦流區局部衝刷測 量。
3.實時橋墩局部衝刷觀測系統，其特徵在於包括一套測量支架機械系統、一組超聲 測距傳感器、一組無線數據傳輸設備、一臺計算機；一套測量支架機械系統為一個測量主杆、多個測量支杆和一個鋼管滑道，測量主杆為 高強度的空心不鏽鋼管，上面連接有多個測量支杆，測量支杆也為空心不鏽鋼管，在橋墩豎 直面上安裝鋼管滑道，測量主杆根部套在鋼管滑道上，可以上下移動和左右旋轉，實現較大 範圍的測量；所述一組超聲測距傳感器探頭安裝在測量支杆上，當探頭沒入水面時，可以進行水深 測量；所述一組無線數據傳輸設備包括發送模塊和接收模塊，發送模塊安裝在橋墩墩臺處的 設備箱裡，與超聲測距傳感器探頭連接，接收由探頭採集的數據並通過無線通信網絡發送 出去，接收模塊安裝在數據中心，接收由發送模塊發出的數據。
全文摘要
一種橋墩局部衝刷觀測系統及方法，屬於計算機技術和測量技術領域。採集模塊的一組超聲測距探頭獲取水下地形數據，數據傳給發送模塊進行發送，數據中心的接收模塊接收發送模塊的數據，並傳給數據中心的數據伺服器模塊的計算機，計算機上的測量軟體模塊接收數據並進行處理，得到橋墩局部的衝刷地形。本發明的橋墩局部衝刷觀測系統，具有如下特點機械系統結構較為簡單，操作方便，維護簡便；橋墩衝刷近距離、大面積測量；可實現實時連續測量；可以在大水深、渦流區測得可靠數據，能獲取重要的觀測信息；可通過無線模塊實現數據實時觀測。
文檔編號G01S15/89GK102087360SQ20101054815
公開日2011年6月8日 申請日期2010年11月17日 優先權日2010年11月17日
發明者吳濟棟, 李 傑, 鄭鈞, 齊梅蘭 申請人:北京交通大學