[0001] 本实用新型涉及桥梁转体施工技术领域，具体涉及一种桥梁转体结构监测系统。

[0002] 桥梁转体施工是指将桥梁结构在非设计位置制作后，通过转体将其旋转至设计位置的一种桥梁施工技术。随着道路立体化交通的广泛普及，转体施工成为一种流行的趋势，广泛应用于跨度较大、安全要求较高、不具备长时间中断交通条件的繁忙公路、铁路的区域施工，主要分为竖向转体施工法、水平转体施工法两种。

[0003] 在桥梁转体施工中，桥梁的应力应变、角速度、线速度、环境温度、竖向位移、索力、梁端位移等参数都需要进行实时监测，以保证桥梁在转体过程中的稳定性和安全性，当转体过程中的某项参数达到限值，及时停止转体并进行调整，从而确保在转体结束后两个半桥块段合龙成功、以及合龙后桥梁的线形和安全。

[0004] 为了提高对桥梁转体施工过程监测的准确性，目前，普遍采用在线监测系统对桥梁的各项参数进行数据采集、监测，以供施工人员实时了解所需结构的参数情况。虽然当前开展的在线施工监测系统的研发与应用取得了一定的成效，但与监测系统的功能优势和系统化需求相比，仍有很大的发展空间，例如申请号为202010609270.8的专利中，该系统所需高精度仪器较多，实际应用时比较繁琐；再例如申请号为202211097695.0的专利中，监测系统所能监测的数据项目较少，主要针对转体过程中的桥梁姿态和角速度，应用面不够广泛，且仅进行数据展示，展示界面不够直观。由于桥梁转体施工在线监测的实际应用不足、监测方式方法不够先进、还没有一个足够完善的在线监测系统展示监测情况等因素影响了其进一步的推广应用。实用新型内容

[0005] 本实用新型意在提供一种桥梁转体结构监测系统，以解决现有桥梁转体结构监测系统存在展示不够直观、不够全面的问题。

[0006] 为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种桥梁转体结构监测系统，包括采集单元、数据处理单元和展示单元，采集单元用于采集各项监测数据，包括若干倾角仪和若干传感器；数据处理单元对采集单元中所采集得到的各项数据进行存储、计算、分析以及模型加载处理，包括数据管理库、模型加载程序和数据处理服务器，展示单元用来展示各项监测数据，包括监测数据板块、3D动画板块和预警提示板块。

[0007] 本方案的有益效果为：通过数据处理单元将采集单元采集到的各种数据进行处理分析后，通过展示单元中的监测数据板块、3D动画板块和预警提示板块进行直观且充分的展示。

[0008] 1.监测数据板块对桥梁转体过程中包括施工项目名称、施工方名称、桥梁基础信息以及各项实时监测数据进行展示，实时监测数据包括梁端位移、钢结构应力、混凝土应力、桥墩倾斜情况、环境指数(天气状况，空气温度、湿度)等，且实时监测数据能够按层级进行展示，以便施工人员快速查阅不同项目数据情况。

[0009] 2.3D动画板块通过视频动态展示的方式形象地将桥梁在转体过程中的移动情况进行展示，从而使桥梁转体监测更加直观。

[0010] 3.预警提示板块对出现问题的监测数据进行展示，数据处理服务器对采集得到的各项数据进行处理分析，分析对比桥梁转体过程中的各项数据与施工设计的限制值之间的大小关系，并对超出施工设计限制值的数据做出预警提示，以便施工人员能快速发现问题，从而确保两侧桥梁块段能顺利完成合龙。

[0011] 4.采集单元所使用的数据采集仪器为倾角仪和各种传感器，相较于现有技术中使用一些列成本高的仪器进行数据采集来说，降低了监测成本，从而有利于监测系统的推广运用。

[0012] 优选的，若干倾角仪中，一部分倾角仪设置在桥梁下方的桥墩，另一部分倾角仪设置在桥梁的梁端。

[0013] 本方案的有益效果为：1.布置在桥墩的倾角仪，用于测量桥梁倾斜角度的数据；

[0014] 2.布置在桥梁的梁端的倾角仪，用于监测转体过程中桥梁的梁端位移；倾角仪360°无死角对转体过程中x轴、y轴、z轴三个维度进行测量，满足桥梁在实际转体过程中处于三维移动空间状态的测量要求，首先利用三轴倾角仪直接测量得到的桥梁转动的角度，再根据相邻两个三轴倾角仪之间的布置间距计算得到梁端的竖向位移，并将其竖向位移数据应用到下一片梁的梁端位移中；再利用桥梁在自重荷载作用下的竖向位移曲线反向计算得到桥梁整体空间中的竖向位移。

[0015] 3.倾角仪具有高精度、无零漂、对环境要求不高、抗干扰能力强、稳定性好的特点，能进一步保证采集数据的准确性，并且倾角仪的成本较低，安装方便，从而能减小整个检测系统的使用成本和布置所需的时间成本。

[0016] 优选的，数据处理服务器包括第一数据处理服务器和第二数据处理服务器，且第二数据处理服务器单独与设置在桥梁的梁端的倾角仪连接。

[0017] 本方案的有益效果为：第二数据处理服务器单独对设置在梁端的所有三轴倾角仪采集的数据进行计算分析，以确保数据处理单元能及时反馈桥梁转体过程中梁端位移的情况。

[0018] 优选的，采集单元与数据处理单元之间设置有485总线和DTU进行数据传输。

[0019] 本方案的有益效果为：485总线能减小数据延迟，从而确保数据实现同步上传；DTU无线通讯模块实现数据的无线传输，即结合485总线和DTU实现将采集单元中采集得到的各项数据通过有线通讯和无线通讯配合传输的方式，从而确保各个监测数据更快、更有效地传输至数据处理单元，以提高监测系统对数据监测的准确性。

[0020] 优选的，数据管理库包括MySQL关系型数据库管理系统，模型加载程序为WebGL。

[0021] 本方案的有益效果为：MySQL关系数据库管理系统能将采集单元传输过来的数据保存在不同的表中，从而增加数据提取的速度以及灵活性；WebGL能将MySQL关系数据库管理系统的相关数据提取出来并进行复杂的3D绘图操作，从而实现桥梁转体过程的3D动画视频展示。

[0022] 优选的，展示单元包括PC端和手机端。

[0023] 本方案的有益效果为：设置多类别终端进行监测系统的数据展示，在施工过程中，施工人员能够根据各自工作条件选择PC端或手机端进行监测、观察，方便使用。

[0024] 优选的，采集单元还包括有若干摄像头。

[0025] 本方案的有益效果为：工况摄像头实时捕捉施工现场的动态数据，并将数据通过DTU无线通讯模块传输至数据处理单元，经WebGL模型加载程序后以3D动画的形式与转体的桥梁一同通过3D动画板块进行视频展示，以便施工人员能更加全面、及时的监测桥梁转体施工情况，观察施工周围是否发生意外事故，若出现事故，也应暂停桥梁转体，待事故排除后再继续，从而进一步提高施工的安全性。

[0026] 优选的，传感器包括风速风向传感器、温湿度传感器和应力应变传感器。

[0027] 本方案的有益效果为：对桥梁转体的环境指数、钢结构应力、混凝土应力等数据进行采集，提高监测项目的数量。

[0028] 优选的，展示单元还包括有用户权限管理模块。

[0029] 本方案的有益效果为：用户权限管理模块即用户角色权限功能，避免出现除了施工人员的其他人员随意登录系统，恶意篡改数据，影响监测功能的情况。

[0032] 下面通过具体实施方式进一步详细说明：

[0033] 说明书附图中的附图标记包括：采集单元1、风速风向传感器11、温湿度传感器12、应力应变传感器13、倾角仪14、数据处理单元2、数据管理库21、模型加载程序22、第一数据处理服务器23、第二数据处理服务器24、展示单元3、PC端31、手机端32、监测数据板块33、3D动画板块34、预警提示板块35。

[0034] 实施例1

[0035] 实施例1基本如附图1所示，一种桥梁转体结构监测系统，包括采集单元1、数据处理单元2和展示单元3，采集单元1用于采集桥梁转体过程中包括钢结构应力、混凝土应力、角速度、线速度、环境指数、桥墩倾斜情况、梁端位移等需要进行监测的数据；数据处理单元2将采集单元1中所采集得到的各项数据进行存储、计算、分析以及模型加载处理，同时将采集的各项数据与施工设计的限制值进行对比，并将达到施工设计限制值的某一项或某几项数据筛选出来、并对其作出预警提示，以便施工人员能快速发现问题，及时暂停桥梁转体工作、并进行调整，从而确保两侧桥梁块段能顺利完成合龙；展示单元3用来直观、准确地展示桥梁转体过程中的各项监测数据、项目基础信息，并将需要进行预警提示的信息突出展示。

[0036] 采集单元1包括若干传感器和若干倾角仪14，其中，传感器包括风速风向传感器11、温湿度传感器12和应力应变传感器13。本实施例中，应力应变传感器13布置的具体方式为：先通过Midas模型计算找到桥梁受力的最不利位置，然后在这些位置分别固定一个外贴式的应力应变传感器13，以实现对钢结构应力和混凝土应力相关数据的采集。温湿度传感器12和风速风向传感器11均分别布置在桥梁的中心以及梁端位置，以对施工过程中的环境指数进行采集。而倾角仪14根据其不同的测量要求作不同的布置，其中一部分倾角仪14布置在桥墩的墩顶，用于测量桥梁倾斜角度的数据，另一部分倾角仪14布置在桥梁的梁端，用于监测转体过程中桥梁的梁端位移；另外，本实施例中布置的所有倾角仪14均为三轴倾角仪14，型号为：HWT‑9073。

[0037] 通过三轴倾角仪14获取梁端位移的具体方式为：将三轴倾角仪14布置在桥梁面板表面上的每一块梁的梁端处，当桥梁转体开始时，利用三轴倾角仪14直接测量得到的桥梁转动的角度，再根据相邻两个三轴倾角仪14之间的布置间距计算得到梁端的竖向位移，并将其竖向位移数据应用到下一片梁的梁端位移中，梁端竖向位移的计算公式为：S梁端＝S前一片梁+S本片梁；再利用桥梁在自重荷载作用下的竖向位移曲线反向计算得到桥梁整体空间中的竖向位移。三轴倾角仪14不仅能360°无死角对转体过程中x轴、y轴、z轴三个维度进行测量，从而满足桥梁在实际转体过程中处于三维移动空间状态的测量要求，并通过在每一片梁上紧密设置的三轴倾角仪14之间的布置间距实现梁体全长的竖向位移数据的准确采集；同时，三轴倾角仪14具有高精度、无零漂、对环境要求不高、抗干扰能力强、稳定性好的特点，能进一步保证采集数据的准确性，并且倾角仪14的成本较低，安装方便，从而能减小整个检测系统的使用成本和布置所需的时间成本。

[0038] 并且，三轴倾角仪14能直接测量得到桥梁在转体过程中梁端的加速度、角速度以及倾角、转角的数据，梁端的线速度V则可根据角速度W以及待合体半桥的旋转半径R计算得到，计算公式为V＝WR。另外，桥梁转体过程中，球铰作为桥墩顶与桥梁之间的连接部，桥梁转体主要靠牵动球铰转动实现，因此球铰应力的监测也是桥梁转体的一个重点监测项目，球铰应力监测的具体方式为：球铰浇注成型时，在其内部预埋振弦式应变计，振弦式应变计对球铰在桥梁转体过程中产生的应变变化值进行采集，从而进一步丰富监测项目。采集单元1还对桥梁的基础信息进行采集，包括桥梁的跨径、宽度、桥型等，桥梁的基础信息的采集方式均为现有技术，本实施例不在赘述。

[0039] 数据处理单元2包括数据管理库21、模型加载程序22和数据处理服务器。本实施例中，数据管理库21选用MySQL关系型数据库管理系统，MySQL关系数据库管理系统能将采集单元1传输过来的数据保存在不同的表中，从而增加数据提取的速度以及灵活性。模型加载程序22选用WebGL，WebGL能将MySQL关系数据库管理系统的相关数据提取出来并进行复杂的3D绘图操作，从而实现桥梁转体过程的3D动画视频展示。数据处理服务器对采集得到的各项数据进行处理分析，且数据处理服务器设置有两个，分别为第一数据处理服务器23和第二数据处理服务器24，第一数据处理服务器23分析对比桥梁转体过程中的各项数据与施工设计的限制值之间的大小关系，并对超出施工设计限制值的数据做出预警提示；第二数据处理服务器24单独对设置在梁端的所有三轴倾角仪14采集的数据进行计算分析，以确保数据处理单元2能及时反馈桥梁转体过程中梁端位移的情况。

[0040] 采集单元1与数据处理单元2之间通过有线通讯和无线通讯配合的方式实现数据的传输，有线通讯采用485总线将各传感器与数据处理单元2进行连接，485总线能减小数据延迟，从而确保数据实现同步上传；无线通讯采用DTU无线通讯模块，DTU实现数据的无线传输。利用485总线通讯模块和DTU无线通讯模块配合，实现将采集单元1中采集得到的各项数据通过有线通讯和无线通讯配合传输的方式，从而确保各个监测数据更快、更有效地传输至数据处理单元2，以提高监测系统对数据监测的准确性。

[0041] 展示单元3包括PC端31和手机端32，PC端31和手机端32的展示界面均包括监测数据板块33、3D动画板块34和预警提示板块35。以PC端31展示界面为例，如图2所示，监测数据板块33位于展示界面的最左侧，展示包括施工项目名称、施工方名称、桥梁基础信息以及各项实时监测数据，实时监测数据包括梁端位移、钢结构应力、混凝土应力、桥墩倾斜情况、环境指数(天气状况，空气温度、湿度)等，实时监测数据按层级进行展示，例如梁端位移展示数据点击下拉后能展开显示每一片梁位移数据。3D动画板块34位于展示界面的正中心，通过视频动态展示桥梁在转体过程中的移动情况。预警提示板块35位于展示界面的右下角，对出现问题的监测数据进行滚动展示，展示的数据均呈红色字体，以更加醒目。展示单元3中的监测数据板块33、3D动画板块34和预警提示板块35的展示界面通过vue3+ts进行开发设计，vue3+ts能进行难度大且内容复杂的展示界面设计，从而进一步确保监测系统能更加直观、丰富地展示监测数据和桥梁转体的动态过程。

[0042] 另外，为了提高系统使用的安全性与管理的规范性，系统还设置有用户权限管理模块，用户权限管理模块即用户角色权限功能，避免出现除了施工人员的其他人员随意登录系统，恶意篡改数据，影响监测功能的情况。

[0043] 具体实施过程如下：先将采集单元1中的各个传感器、三轴倾角仪14等测量仪器按使用要求布置在桥梁、桥墩以及梁端位置，在桥梁转体正式开始之前先对桥梁的各项数据进行监测，同时确定采集单元1中采集的各项数据传输无障碍。

[0044] 在桥梁转体过程中，施工人员根据各自工作条件选择PC端31或手机端32进行监测、观察，当展示单元3中的预警提示板块35界面滚动展示预警数据时，立即暂停桥梁转体工作，并对预警项目进行调整，预警消除后再继续施工，从而确保桥梁顺利合龙。待最后桥梁转体结束，桥梁合龙成功后，将传感器、三轴倾角仪14等仪器拆除。

[0045] 本监测系统中，通过采集单元1、数据处理单元2、展示单元3的配合实现了桥梁监测的四大功能：数据的采集、传输、存储与导出，数据可视化与现场视频实时监测，数据分析与分级预警，以及项目、桥梁的基础信息展示，从而全面、直观地对桥梁转体过程进行了监测展示，既能保证桥梁转体施工过程中的安全性和稳定性，又能保证数据采集和数据处理的持续性；另外，本监测系统依托物联网设备数据接入平台、数字孪生引擎实现桥梁转体过程中视频监控、环境指数、应力、转动角度等数据的实时监控，当有预警数据产生时能及时告警，即具备了安全预警作用。系统监测的各项数据范围广泛，并借助3D动画技术使桥梁转体整个过程动态、直观地进行展示，丰富了监测内容，提高了监测系统的监测效果。

[0046] 另外，本系统用利用三轴倾角仪14在获取桥梁倾斜角度、桥梁转体的角速度、限速度等数据的同时，再通过将三轴倾角仪14布置在每片梁的梁端处，实现了对梁端位移的监测。再单独设置的第二数据处理服务器24对采集的相关数据进行计算、分析，确保实现对梁端位移的同步监测，以确定转体过程中桥梁的静态形变和动态形变；倾角仪14安装简单、成本低，且其低频特性和瞬时响应均能满足同步监测的要求，还可以测量并且相对来说成本较低。

[0047] 实施例2

[0048] 一种桥梁转体结构监测系统，与实施例1不同的是：采集单元1还包括若干工况摄像头，展示单元3中的3D动画板块34能将桥梁转体过程中的施工环境情况进行同步展示。

[0049] 桥梁转体技术主要应用于交通条件比较复杂的地方，在桥梁转体过程中，施工周围复杂的环境会对施工产生一定的影响，因此本实施例通过在采集单元1增设多个工况摄像头，将工况摄像头布置在施工环境中，工况摄像头实时捕捉施工现场的动态数据，并将数据通过DTU无线通讯模块传输至数据处理单元2，经WebGL模型加载程序22后以3D动画的形式与转体的桥梁一同通过3D动画板块34进行视频展示，以便施工人员能更加全面、及时的监测桥梁转体施工情况，观察施工周围是否发生意外事故，若出现事故，也应暂停桥梁转体，待事故排除后再继续，从而进一步提高施工的安全性。

[0050] 本实施例中，除了实现结构监测可视化，包括实时数据显示、3D可视化展示、监测预警、实时评估结果展示、设备运营监测，还能够完成在线监测数据的接入，包括：数据采集与传输、结构监测数据接入、环境监测、交通流监测、视频监测、事件监测、桥梁数据可视化。

[0051] 以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。