(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210521993.1 (22)申请日 2022.05.13 (71)申请人 湖北博江建筑工程管理有限公司 地址 430074 湖北省武汉市东湖高新区光 谷大道77号 (72)发明人 周晋军　 (51)Int.Cl. G01N 33/38(2006.01) G01N 21/95(2006.01) G01D 21/02(2006.01) E02D 33/00(2006.01) H04L 67/12(2022.01) G08B 21/18(2006.01) H04W 4/38(2018.01) (54)发明名称 一种基于无线传感器的大跨度桥梁结构健 康智能监测预警系统 (57)摘要 本发明公开一种基于无线传感器的大跨度 桥梁结构健康智能监测预警系统， 通过对大跨度 桥梁设置混凝土地基质量监测模块、 梯形支撑立 柱质量监测模块、 拱形桥架质量监测模块和桥台 质量监测模块， 基于获取的各模块质量监测结果 评估大跨度桥梁 结构的综合健康系数， 当大跨度 桥梁结构的综合健康系数低于数据存储模块中 的警戒综合健康系数时， 则进行预警。 一方面降 低了检测人员的工作难度， 有效避免了高空作业 的风险。 另一方面避免了由于远距离以及人为主 观因素对桥梁质量问题检测产生的影 响， 并且涵 盖对大跨度桥梁的混凝土地基、 梯形支撑立柱、 拱形桥架和桥台多个质量检测维度， 提高了对大 跨度桥梁结构健康评估的可靠性和稳定性。 权利要求书4页 说明书10页 附图2页 CN 114965969 A 2022.08.30 CN 114965969 A 1.一种基于无线传感器的大跨度桥梁结构健康智能监测预警系统， 其特征在于， 包括： 混凝土地基质量监测模块、 梯形支撑立柱质量监测模块、 拱形桥架质量监测模块、 桥台质量 监测模块、 数据存 储模块、 数据分析云平台和预警显示终端； 所述数据分析云平台分别与混凝土地基质量监测模块、 梯形支撑立柱质量监测模块、 拱形桥架质量 监测模块、 桥台质量 监测模块、 数据存 储模块和预警显示终端相连接； 所述混凝土地基质量监测模块用于对大跨度桥梁进行混凝土地基质量监测， 其中混凝 土地基质量 监测模块包括混凝 土地基外观质量 监测单元和混凝 土地基稳固质量 监测单元； 所述梯形支撑立柱质量监测模块用于对大跨度桥梁进行梯形支撑立柱质量监测， 其中 梯形支撑立柱质量监测模块包括梯形支撑立柱尺寸质量监测单元和梯形支撑立柱外观质 量监测单元； 所述拱形桥架质量监测模块用于对大跨度桥梁进行拱形桥架质量监测， 其中拱形桥架 质量监测模块包括拱 形桥架跨径质量 监测单元和拱形桥架形态质量 监测单元； 所述桥台质量监测模块用于对大跨度桥梁进行桥台质量监测， 其中桥台质量监测模块 包括桥台外观质量 监测单元和桥台承载质量 监测单元； 所述数据存储模块用于存储大跨度桥梁的标准混凝土地基三维外观图像、 混凝土地基 外观缺陷允许面积、 混凝土地基接触轮廓线上各检测 点初始三维坐标、 各梯形支撑立柱标 准尺寸参数、 各梯形支撑立柱标准外形轮廓、 标准拱形桥架 跨径、 拱形桥架各测量点至参考 水平面的标准距离、 桥台外观缺陷允许面积、 桥台允许承载力和警戒综合 健康系数； 所述数据分析云平台用于基于大跨度桥梁的混凝土地基质量监测结果、 梯形支撑立柱 质量监测结果、 拱形桥架质量监测结果和桥台质量监测结果评估大跨度桥梁结构的综合健 康系数； 所述预警显示终端用于对大跨度桥梁结构的综合健康系数进行显示， 将大跨度桥梁结 构的综合健康系数与数据存储模块中的警戒综合健康系数进 行比对， 若 大跨度桥梁结构的 综合健康系数低于警戒综合 健康系数， 则进行 预警。 2.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器的大跨度桥梁结构健康智能监测预警系 统， 其特征在于： 所述混凝土地基外观质量监测单元用于对大跨度桥梁的混凝土地基外观 进行质量 监测， 其具体 检测过程包括以下步骤： A1:通过高清摄 像头对大跨度桥梁进行三维外观图像采集； A2:从所采集的大跨度桥梁三维外观图像 中定位至混凝土地基区域并提取其三维外观 图像； A3:将大跨度桥梁的混凝土地基三维外观图像与 数据存储模块中的标准混凝土地基三 维外观图像进 行对比， 判断其是否存在缺陷， 若存在， 则从三维外观图像中定位外观缺陷区 域， 由此提取 出大跨度桥梁的混凝 土地基外观缺陷面积； A4:将大跨度桥梁的混凝土地基外观缺陷面积与 预设的混凝土地基外观缺陷允许面积 进行对比 ， 计算大跨度桥梁的混凝土地基外观 质量符合度 ， 其计算公式为 ： 其中α表示为大跨度桥梁的混凝土地基外观质量符合度， s0表示为 大跨度桥梁的混凝土地基外观缺陷允许面积， s表示为大跨度桥梁的混凝土地基外观缺陷权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 114965969 A 2面积。 3.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器的大跨度桥梁结构健康智能监测预警系 统， 其特征在于： 所述混凝土地基稳固质量监测单元用于对大跨度桥梁的混凝土地基稳固 质量进行监测， 其具体 检测过程包括以下步骤： B1:对大跨度桥梁的混凝 土地基进行三维坐标系建立； B2:将混凝土地基三维外观图像聚焦在地基与山体的接触区域， 进而提取出地基接触 轮廓线； B3:将地基接触轮廓线按照预设的距离间隔进行检测点布设， 得到若干个检测点， 并对 其进行分别编号 为1,2,...,p,...,n； B4:基于建立的三维坐标系获取 各检测点的三维坐标； B5:将各检测点的三维坐标与数据存储模块中的混凝土地基接触轮廓线上各检测点的 初 始 三 维 坐 标 进 行 对比 ， 计 算 大 跨 度 桥 梁 的 混 凝 土 地 基 稳 定 质 量 系 数 ： 其中β表示为大跨度桥梁 的混凝土 地基稳定质量系数， xp0、 yp0和zp0分别表示为大跨度桥梁的混凝土地基接触轮廓线上第p个 检测点对应的在x轴、 y轴和z轴上的初始 三维坐标值， xp、 yp和zp分别表示为大跨度桥梁的混 凝土地基接触 轮廓线上第p个 检测点对应的在x轴 、 y轴和z轴上的三维坐标值。 4.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器的大跨度桥梁结构健康智能监测预警系 统， 其特征在于： 所述梯形支撑立柱尺寸质量监测单元用于对大跨度桥梁的梯形支撑立柱 尺寸进行质量 监测， 其具体 检测包括以下几个步骤： C1:统计大跨度桥梁上存在的梯形支撑立柱数量， 并对其进行分别编号为1,2,..., m,...,q； C2:对大跨度桥梁上的各梯形支撑立柱进行尺寸参数检测， 其中尺寸参数包括固定宽 度和高度； C3:将大跨度桥梁上各梯形支撑立柱的尺寸参数与数据存储模块中各梯形支撑立柱标 准尺寸参数进行对比， 计算大跨度桥梁梯形支撑立柱的外形尺寸质量符合度， 其计算公式 为： 其中δ表示为大跨度桥梁梯形支 撑立柱的外形尺寸质量符合度， lm0和dm0分别表示为大跨度桥梁上第m个梯形支撑立柱的标 准固定宽度和标准高度， lm和dm分别表示为 大跨度桥梁第m个梯形支撑 立柱的固定宽度和高 度， e表示 为自然常数。 5.根据权利要求1所述的一种基于无线传感器的大跨度桥梁结构健康智能监测预警系 统， 其特征在于： 所述梯形支撑立柱外观质量监测单元用于对大跨度桥梁的梯形支撑立柱 进行外观质量 监测， 其具体 检测包括以下几个步骤： D1:从所采集的大跨度桥梁三维外观图像中提取 各梯形支撑立柱的外形轮廓； D2:基于数据存储模块中各梯形支撑立柱标准外形轮廓， 提取各梯形支撑立柱的标准 外形轮廓面积；权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 114965969 A 3