[发明专利]基于车辆实时空间位置的桥梁动态称重方法及系统

权利要求书

1.一种基于车辆实时空间位置的桥梁动态称重方法，其特征在于，包括以下步骤：

采集桥面各车道的多车变速过桥的实时视频；

通过设置于桥梁每根主梁梁底的应变传感器采集多车变速过桥时的桥梁应变响应，或者通过设置于桥梁下方的高分辨率工业相机采集多车变速过桥时的桥梁挠度响应；

根据多车变速过桥的实时视频识别多车在桥面上的实时空间位置、车速和轴距；并根据车辆的实时空间位置查询获取相应位置的影响线数据和荷载横向分布因子；根据采集到的桥梁应变响应或桥梁挠度响应和相应位置的影响线数据和荷载横向分布因子计算出多车的轴重和总重；

其中，根据采集到的桥梁应变响应和相应位置的影响线数据和荷载横向分布因子，计算出多车的轴重包括以下步骤：

F1：计算桥梁实测响应和理论响应：桥梁实测应变响应为考虑荷载横向分布因子和各主梁具有不同的弹性模量E_j与截面模量Z_j，计算桥梁理论应变响应为共有g根主梁，L个车道，m_l表示车道l上的车辆编号，车道l上共有M_l辆车，m_l车有个车轴，表示m_l车的第i个车轴轴重，车道l上m_l车第一个车轴的纵桥向实时位置用m_lx表示，表示m_l车第一个车轴的纵桥向实时位置为m_lx时m_l车第i个车轴对应的第j根主梁的弯矩影响线竖标值；

F2：根据得到的多车在桥面上的实时空间位置给每个车道上的M_l辆车车轴进行顺序编号1,2,...,N₁；...；M_l辆车车轴顺序编号可简化为1,2,...,N_l，表示l车道共有N_l个车轴；

F3：桥梁实测应变桥梁理论应变中的x表示车辆第一轴的行驶距离，总行驶距离为X；将X离散为均匀的K-1个微段，共K个采样点；进行第k次采样时，获得的离散数据记作车道l上第i轴对应的第k次采样的各主梁纵向弯矩影响线的竖标值记作I_l,i,j；

F4：利用矩阵表示K次采样计算得到的K个桥梁理论应变响应{ε^t}_K×1；

其中，P_i^l表示车道l上第i轴轴重；表示车道l上第i轴对应的K次采样的各主梁纵向弯矩影响线的竖标值；{Q^l}表示车道l对应的各主梁的荷载横向分布因子与各主梁弹性模量E_j与截面模量Z_j乘积的比值；表示车道l上第i轴对应的第k次采样的各主梁纵向弯矩影响线的竖标值；

F5：根据最小二乘法，计算桥梁实测应变响应ε^m和理论应变响应ε^t的误差函数ER：

F6：误差函数ER对P_i^l求偏导得：

F7：为使误差函数ER最小，使可得：

F8：将P_i^l从F7得到的矩阵等式中分离出来：

(la＝1,...,L,lb＝1,...,L,i＝1,...,N_l,j＝1,...,N_l)

将此矩阵分开表示如下：

(la＝1,...,L,lb＝1,...,L,i＝1,...,N_l,j＝1,...,N_l)

F9：得到将轴重矩阵分离后的矩阵等式，并计算轴重矩阵{P}：

[F]{P}＝{M}

其中，

矩阵转换得到：{P}＝[F]^-1{M}；

其中，所述根据采集到的桥梁挠度响应和相应位置的影响线数据和荷载横向分布因子计算出多车的轴重，包括以下步骤：

G1：计算桥梁实测响应和理论响应：桥梁实测挠度响应为考虑荷载横向分布因子计算桥梁理论挠度响应为共有g根主梁，L个车道，m_l表示车道l上的车辆编号，车道l上共有M_l辆车，m_l车有个车轴，表示m_l车的第i个车轴轴重，车道l上m_l车第一个车轴的纵桥向实时位置用m_lx表示；表示m_l车第一个车轴的纵桥向实时位置为m_lx时m_l车第i个车轴对应的第j根主梁的挠度影响线竖标值；

G2：根据得到的多车在桥面上的实时空间位置给每个车道上的M_l辆车车轴进行顺序编号1,2,...,N₁；...；M_l辆车车轴顺序编号可简化为1,2,...,N_l，表示l车道共有N_l个车轴；

G3：桥梁实测挠度响应桥梁理论挠度响应中的x表示车辆第一轴的行驶距离，总行驶距离为X；将X离散为均匀的K-1个微段，共K个采样点；进行第k次采样时，获得的离散数据记作车道l上第i轴对应的第k次采样的各主梁纵向挠度影响线的竖标值记作

G4：利用矩阵表示K次采样计算得到的K个桥梁理论挠度响应{w^t}_K×1；

其中，P_i^l表示车道l上第i轴轴重；表示车道l上第i轴对应的K次采样的各主梁纵向挠度影响线的竖标值；{Q^w,l}表示桥梁挠度响应计算时车道l对应的各主梁的荷载横向分布因子；且j＝1，…，g；表示桥梁挠度响应计算时车道l对应的第j根主梁的荷载横向分布因子；且j＝1，…，g；表示车道l上第i轴对应的第j根主梁的第k次采样的各主梁纵向挠度影响线的竖标值；

G5：根据最小二乘法，计算桥梁实测挠度响应w^m和理论挠度响应w^t的误差函数ER：

G6：误差函数ER对P_i^l求偏导得：

G7：为使误差函数ER最小，使可得：

G8：将P_i^l从G7得到的矩阵等式中分离出来：

(la＝1,...,L,lb＝1,...,L,i＝1,...,N_l,j＝1,...,N_l)

将此矩阵分开表示如下：

(la＝1,...,L,lb＝1,...,L,i＝1,...,N_l,j＝1,...,N_l)

G9：得到将轴重矩阵分离后的矩阵等式，并计算轴重矩阵{P}：

[F]{P}＝{M}

其中，

矩阵转换得到：{P}＝[F]^-1{M}。