[发明专利]一种基于分布式传感设备的桥墩冲刷实时监测系统

权利要求书

1.一种基于分布式传感设备的桥墩冲刷实时监测系统，其包括分布式压力传感设备、数据收集与处理器、通信器、分布式水流传感设备、控制终端，其特征在于：

所述分布式压力传感设备包括沿着桥墩的高度方向由下至上均匀间隔分布的若干压力传感阵列；其中，所有压力传感阵列相互独立工作，并且均连接至所述数据收集与处理器；

每个压力传感阵列包括在所述桥墩的同一高度位置的外周表面均匀间隔分布的若干压力传感器；其中，所有压力传感器相互独立工作；

所述压力传感器用于采集其所处桥墩的外周表面对应位置区域与水中存在的泥沙之间的接触压力数据；

所述数据收集与处理器用于收集与分析在相应时段内所述压力传感器采集得到的接触压力数据，得到在相应时段内所述桥墩外周表面的泥沙冲刷状态信息；再根据所述泥沙冲刷状态信息，生成相应的桥墩结构安全预警消息；

所述通信器与所述数据收集与处理器连接，用于将所述桥墩结构安全预警消息上传到桥梁监测平台终端；

所述分布式水流传感设备包括与所述压力传感器一一对应设置的若干水流传感器；

每个水流传感器设置在与其对应的每个压力传感器于所述桥墩的同一外周表面位置；

所述水流传感器用于检测其所在位置的水流速度值；

所述控制终端与所述分布式压力传感设备和所述分布式水流传感设备连接；

所述控制终端用于将来自所述水流传感器的水流速度值与第一预设速度阈值进行比对；若所述水流速度值大于或等于第一预设速度阈值，则向所述水流传感器对应的压力传感器发送唤醒指令，指示对应的压力传感器进入到数据采集工作模式；若所述水流速度值小于第一预设速度阈值，则向所述水流传感器对应的压力传感器发送休眠指令，指示对应的压力传感器进入到休眠模式；

所述压力传感器采集其所处桥墩的外周表面对应位置区域与水中存在的泥沙之间的接触压力数据具体包括：

当所述压力传感器进入到数据采集工作模式时，所述控制终端将所述水流速度值与第二预设速度阈值进行比对，所述第二预设速度阈值大于所述第一预设速度阈值；

若所述水流速度值大于或等于所述第二预设速度阈值，则所述控制终端指示对应的压力传感器以第一采集频率采集接触压力数据；

若所述水流速度值小于所述第二预设速度阈值，则所述控制终端指示对应的压力传感器以第二采集频率采集接触压力数据；

其中，所述第一采集频率大于所述第二采集频率；

当所述压力传感器完成当前的接触压力数据采集后，将当前采集到的接触压力数据，与所述压力传感器安装于所述桥墩上的高度值和安装于所述桥墩外周表面上的位置坐标值以及所述接触压力数据的采集时间值进行整合，得到相应的接触压力数据包；再将所述接触压力数据包上传到所述数据收集与处理器；

将所述接触压力数据包通过双通道数据传输的方式上传到所述数据收集与处理器，在所述双通道数据传输过程中，第一通道传输的数据为原始形式的接触压力数据包，第二通道传输的数据为具有数据倒置形式的接触压力数据包；当完成双通道数据传输后，对第一通道和第二通道的数据进行自校验；同时，所述桥墩的两侧还设置有若干水柱装置，每个水柱装置与所述压力传感器一一对应设置，每个水柱装置能够向自身内部滴定红色液体，根据每个压力传感器对应的自校验结果，控制每个水柱装置内部滴定红色液体的次数和每次滴定红色液体的体积量，从而判断每个压力传感器的工作正常与否，其过程为：

步骤S1，利用下面公式（1），将原始形式的接触压力数据包进行倒置处理，得到具有数据倒置形式的接触压力数据包，

（1）

在上述公式（1）中，表示原始形式的接触压力数据包进行倒置处理后第a位上的数值；D表示原始形式的接触压力数据包，其为二进制数据；表示求取括号内二进制数据的总位数；表示原始形式的接触压力数据包中第位上的数值；

将a的值从1取值到代入上述公式（1）中，得到具有数据倒置形式的接触压力数据包，再将原始形式的接触压力数据包和具有数据倒置形式的接触压力数据包分别通过第一通道和第二通过上传到数据收集与处理器；

步骤S2，当完成双通道数据传输后，利用下面公式（2），对双通道传输的数据进行自校验，

（2）

在上述公式（2）中，J表示双通道传输的数据的自校验值；D₁表示数据收集与处理器接收到第一通道传输的原始形式的接触压力数据包，其为二进制数据；D₂表示数据收集与处理器接收到第二通道传输的具有数据倒置形式的接触压力数据包，其为二进制数据；表示数据收集与处理器接收到第一通道传输的原始形式的接触压力数据包中第i位上的数值；表示数据收集与处理器接收到第二通道传输的具有数据倒置形式的接触压力数据包中第i位上的数值；表示数据收集与处理器接收到第一通道传输的原始形式的接触压力数据包中第位上的数值；表示数据收集与处理器接收到第二通道传输的具有数据倒置形式的接触压力数据包中第位上的数值； | |表示求取绝对值；

若J=0，则表示双通道传输的数据的自校验成功，即双通道的数据传输成功；

若J≠0则表示双通道传输的数据的自校验失败，即双通道的数据传输失败，此时重新发送接触压力数据包；

步骤S3，利用下面公式（3），根据每个压力传感器对应的自校验结果，控制每个水柱装置内部滴定红色液体的次数和每次滴定红色液体的体积量，

（3）

在上述公式（3）中，表示向第k个压力传感器对应的水柱装置内部滴定红色液体的次数；表示向第k个压力传感器进行第e次双通道传输的数据的自校验值；表示非零检验函数，当括号内的数值不等于0，则非零检验函数的函数值为1，当括号内的数值等于0，则非零检验函数的函数值为0；E表示第k个压力传感器进行双通道传输的总次数；表示向第k个压力传感器对应的水柱装置内部每次滴定红色液体的体积量；V_M表示水柱装置滴定红色液体的最大允许体积量。