本发明涉及桥梁结构安全监测，特别涉及一种桥梁异常结构安全响应预警系统和方法。
背景技术：
1、桥梁作为重要的交通枢纽，其安全性至关重要。然而，由于长期服役、自然环境因素以及车辆载荷的影响，桥梁结构可能会出现损伤和异常。及时发现并预警上述技术方案些异常，对于保障桥梁的安全运行具有重要意义。然而现有技术中的桥梁异常结构预警系统仍存在以下问题：
2、1、在线监测能力不足，部分长大桥梁仍然没有配置统一的单桥监测系统，部分长大桥梁配置的监测设备数据不够，监测设备也缺乏准入和管理机制，导致采集的数据可靠性存在问题。
3、2、由于各级行业主管部门无法实时获取长大桥梁的动态监测数据，各级行业主管部们每年都要花费大量的人力和时间对管辖范围的长大桥梁进行现场抽查督导，对于突发应急事件，还需委派大量专家赴现场进行会商指挥，无法精确地进行长大桥梁养护，造成长大桥梁养护成本过高的情况。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种桥梁异常结构安全响应预警系统和方法，通过实时监测桥梁结构的多个关键参数，并通过数据处理与分析模块进行精准分析，实现了对桥梁异常结构安全状态的快速识别与预警，及时发现桥梁结构中的异常情况，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种桥梁异常结构安全响应预警系统，包括：
4、自动化监测子单元，用于实时采集桥梁结构中各个节点的参数数据，并通过传感器网络将各个节点的参数数据进行传输，由数据处理与控制模块进行数据处理；
5、数据存储与管理子单元，用于将接收到的数据进行分布式存储，并对传感器和接收到的数据进行管理；
6、数据存储与管理子单元，包括：
7、数据库存储模块，用于根据需求分析将数据库划分为不少于一个的子数据库，对获取到的各类数据进行特征提取，基于提取到的数据特征进行分类存储；
8、数据库管理模块，用于基于获取到的各类数据的数据类型对各类数据进行有序的分类管理；
9、结构安全预警与状态评估子单元，用于根据接收到的数据对桥梁结构的安全状态进行评估和预警，当发现异常情况时，及时发出预警信息，并生成相应的报告，为管理人员提供决策支持；
10、用户界面子单元，用于提供友好的交互界面，同时，提供可视化的数据分析结果和报告。
11、进一步的，自动化监测子单元，包括：
12、传感器模块，用于根据桥梁受力和变形特点选用精度满足监测要求的传感器，并在桥梁各关键节点进行安装，所述传感器实时监测桥梁各关键节点的数据；
13、数据采集与传输模块，用于从传感器中收集实时数据，并将传感器采集到的物理量进行数据转换，并将转换后的结构状态数据通过无线通信网络传输到数据处理与控制模块；
14、数据处理与控制模块，用于对接收到的所述结构状态数据进行实时处理与分析，基于分析结果识别出桥梁结构的异常状态、潜在病害和发展趋势；
15、数据处理与控制模块，还用于根据获取到的分析结果自动调整传感器的采样频率；
16、采集时刻获取执行模块，用于在传感器安装好后，实时获取传感器采集的数据对应的采集时刻；
17、时间间隔采集模块，用于通过所述传感器采集的数据对应的采集时刻获取每个传感器的数据采集时间间隔；
18、数据采集时间偏移系数获取模块，用于利用数据采集时间间隔的变化情况，获取所述传感器对应的数据采集时间偏移系数，其中，所述数据采集时间偏移系数通过如下公式获取：
19、，
20、其中，p表示数据采集时间偏移系数；n表示数据采集时间间隔的总个数；tsi表示第i个数据采集时间间隔对应的时间长度；t0表示数据采集时间间隔理论值；tsmax表示已经历的数据采集时间间隔最大值；
21、系数信息比较模块，用于将所述数据采集时间偏移系数与预设的系数阈值进行比较；
22、频率变化判定模块，用于当所述数据采集时间偏移系数超过预设的系数阈值则判定所述传感器的数据采集频率是否发生调整；
23、系数阈值调整模块，用于当传感器的数据采集频率发生调整时，则利用所述传感器的调整后的数据采集频率对预设的系数阈值进行调整，获得传感器的调整后的数据采集频率对应的系数阈值；
24、异常报警模块，用于当传感器的数据采集频率没有发生调整时，则对传感器的运行质量进行检测，并在传感器运行发生异常时进行传感器异常报警。
25、进一步的，系数阈值调整模块，包括：
26、时间间隔获取模块，用于当传感器的数据采集频率发生调整时，获取调整后的传感器的数据采集频率对应的时间间隔；
27、时间间隔调整参量获取模块，用于利用所述调整后的传感器的数据采集频率对应的时间间隔与所述传感器的调整前的数据采集频率对应的时间间隔获取时间间隔调整参量；其中，所述时间间隔调整参量通过如下公式获取：
28、，
29、其中，λ表示时间间隔调整参量；tsp表示所述传感器的调整前的数据采集频率对应的时间间隔平均值；thp表示所述传感器的调整后的数据采集频率对应的时间间隔平均值；th0表示传感器的调整后的数据采集频率对应的数据采集时间间隔理论值；
30、系数阈值调取模块，用于调取预设的系数阈值；
31、系数阈值调整计算获取模块，用于利用所述时间间隔调整参量对所述预设的系数阈值进行调整，获取调整后的数据采集频率对应的系数阈值，其中，所述调整后的数据采集频率对应的系数阈值通过如下公式获取：
32、，
33、其中，py表示所述调整后的数据采集频率对应的系数阈值；px表示预设的系数阈值。
34、进一步的，异常报警模块，包括：
35、采集时刻获取模块，用于当传感器的数据采集频率没有发生调整时，则调取传感器每个数据的采集时刻；
36、采集异常参考量获取模块，用于利用所述传感器的每个数据采集时刻对应的数据采集时间间隔获取第一采集异常参考量，其中，所述第一采集异常参考量通过如下公式获取：
37、，
38、其中，f01表示第一采集异常参考量；
39、调取所述数据采集时间偏移系数与预设的系数阈值之间的差异量；
40、利用所述数据采集时间偏移系数与预设的系数阈值之间的差异量获取第二采集异常参考量，其中，所述第二采集异常参考量通过如下公式获取：
41、，
42、其中，f02表示第二采集异常参考量；px表示预设的系数阈值；
43、利用所述第一采集异常参考量和第二采集异常参考量整合为运行异常评价参数，其中，所述运行异常评价参数通过如下公式获取：
44、，
45、其中，y表示运行异常评价参数；y0表示预设的运行异常评价参数初始值；
46、异常判定模块，用于利用所述运行异常评价参数超过预设的评价参数阈值时，则判定所述传感器的运行质量存在异常；
47、异常报警模块，用于在传感器运行发生异常时进行传感器异常报警。
48、进一步的，数据存储与管理子单元，包括：
49、数据库存储模块，用于根据需求分析将数据库划分为不少于一个的子数据库，对获取到的各类数据进行特征提取，基于提取到的数据特征进行分类存储；
50、数据库管理模块，用于基于获取到的各类数据的数据类型对各类数据进行有序的分类管理。
51、进一步的，结构安全预警与状态评估子单元，包括：
52、状态评估模块，用于提取桥梁各关键节点在桥梁结构中的特征参数，基于提取的特征参数结合桥梁的结构特性和历史数据，对桥梁的安全状态进行评估；
53、预警决策模块，用于根据状态评估结果与预设的预警阈值进行比对，判断桥梁是否出现异常情况；
54、预警决策模块，还用于根据判断结果发出预警信息，并根据报警信息等级进行分级推送，检查现场设备是否正常，并获取反馈，将异常情况消除后消除报警；
55、报告生成模块，用于根据预警信息和状态评估结果，自动生成相应的报告。
56、进一步的，状态评估模块，具体为：
57、提取桥梁的设计荷载数据、实际荷载数据以及结构参数，计算荷载校验系数，根据计算结果评估桥梁的承载能力是否满足要求，并生成专项评估分析报告；
58、提取实时监测的桥梁索力数据，利用时间序列分析对索力数据进行处理和分析，根据分析结果，评估索力的状态是否正常，并预测可能的发展趋势，生成索力专项评估分析报告，并将结果录入结构安全预警与状态评估子单元；
59、提取桥梁的结构特性数据、历史监测数据以及相关的维护记录，利用统计分析对桥梁的健康状况进行综合评估，根据评估结果，确定桥梁的健康等级，并生成桥梁健康度评估分析报告，将评估结果录入结构安全预警与状态评估子单元。
60、进一步的，状态评估模块计算荷载校验系数，具体为：
61、构建状态评估模型对桥梁各关键节点进行评估，将采集到的风荷载、温度荷载、车辆荷载的作用加载于状态评估模型中进行分析计算，获得桥梁各关键节点的状态识别结果；
62、将桥梁各关键节点的实际受力的实测值与基于状态评估模型进行计算得出的计算值进行对比分析，基于实测值与计算值的比值确定校验系数，进而确定该节点的受力性能：
63、，
64、式中，为校验系数，表示为实测值，表示为计算值。
65、进一步的，状态评估模块提取实时监测的桥梁索力数据后，还包括：
66、将识别的索力值与索力报警值进行对比，若索力值超过索力报警值，则进行自动报；其中，采用振动法进行索力识别分析，公式为：
67、，
68、式中：表示为识别的索力，表示为索单位长度质量，表示为拉索锚固点间的弦长度，表示为振动阶次；表示为第阶振动频率；
69、同时，索力报警值与桥梁各关键节点一一对应。
70、进一步的，索力报警值与桥梁各关键节点进行一一对应，具体包括：
71、对桥梁各关键节点进行推演，确定桥梁各关键节点的竖向荷载以及横向荷载；
72、基于桥梁各关键节点的竖向荷载以及横向荷载计算节点变形弯矩的增大效应系数，并根据所述增大效应系数；
73、确定桥梁各关键节点最大承受压力强度，并基于桥梁各关键节点的最大承受压力强度对索力报警值进行调整。
74、本发明提供另一种技术方案，一种桥梁异常结构安全响应预警方法，所述方法包括以下步骤：
75、步骤一：在桥梁关键部位布置多源传感器，采集桥梁结构应力、应变、位移、振动等实时监测数据，将采集到的实时监测数据通过数据传输设备发送至数据处理中心；
76、步骤二：数据处理中心对实时监测数据进行处理和分析，提取桥梁结构安全响应特征，基于提取的结构安全响应特征，建立桥梁异常结构安全响应预警模型；
77、步骤三：根据预警模型实时监测桥梁结构安全响应状态，一旦发现异常，立即触发预警机制，向工作人员发送预警信息。
78、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
79、1.通过实时监测桥梁结构的多个关键参数，并通过数据处理与分析模块进行精准分析，实现了对桥梁异常结构安全状态的快速识别与预警，及时发现桥梁结构中的异常情况，为桥梁的安全运行提供了有力保障，可广泛应用于各类桥梁结构的安全监测和预警，提供友好的交互界面和可视化的数据分析结果和报告，提高系统的易用性和用户体验。
80、2.针对桥梁的各个关键节点，构建相应的状态评估模型，以全面评估桥梁在各种实际工况下的受力情况，校验系数有效反映了桥梁各节点的实际受力性能与预期受力性能之间的偏差，判断桥梁是否出现异常情况，根据桥梁各关键节点的受力情况进行调整，确保索力报警值的准确性和有效性，进而确保了系统的预警准确性和有效性。
1.一种桥梁异常结构安全响应预警系统，其特征在于：包括：
2.如权利要求1所述的一种桥梁异常结构安全响应预警系统，其特征在于：自动化监测子单元，包括：
3.如权利要求2所述的一种桥梁异常结构安全响应预警系统，其特征在于：系数阈值调整模块，包括：
4.如权利要求3所述的一种桥梁异常结构安全响应预警系统，其特征在于：异常报警模块，包括：
5.如权利要求4所述的一种桥梁异常结构安全响应预警系统，其特征在于：结构安全预警与状态评估子单元，包括：
6.如权利要求5所述的一种桥梁异常结构安全响应预警系统，其特征在于：状态评估模块，具体为：
7.如权利要求6所述的一种桥梁异常结构安全响应预警系统，其特征在于：状态评估模块计算荷载校验系数，具体为：
8.如权利要求7所述的一种桥梁异常结构安全响应预警系统，其特征在于：状态评估模块提取实时监测的桥梁索力数据后，还包括：
9.如权利要求8所述的一种桥梁异常结构安全响应预警系统，其特征在于：索力报警值与桥梁各关键节点进行一一对应，具体包括：
10.一种桥梁异常结构安全响应预警方法，基于权利要求9所述的桥梁异常结构安全响应预警系统实现，其特征在于：包括以下步骤：
