[发明专利]大跨度铁路桥梁的基于PHM的故障诊断预测系统及方法

说明书

本发明公开了一种大跨度铁路桥梁的基于PHM的故障诊断预测系统，包括：可视化管理模块、档案资料模块、在线监测模块、人工巡检模块、诊断预测模块、养护维修模块、数据交互模块、PHM数据库，本发明还提供了一种大跨度铁路桥梁的基于PHM的故障诊断预测方法。本发明的有益效果为：采用3S网络架构、BIM与GIS技术关联和存档设计、施工、运营及维护信息，通过对列车、轨道、桥梁、及桥梁环境的综合监测及人工巡检信息的大数据处理来实现对桥梁病害的诊断与预测，及对桥梁健康状况的评估，为桥梁的维护提供决策依据。

技术领域

本发明涉及铁路桥梁技术领域，具体而言，涉及一种大跨度铁路桥梁的基于PHM的故障诊断预测系统及方法。

背景技术

大跨度铁路桥梁是铁路线路的控制性重点工程。随着服役时间的延长，在荷载和环境因素影响下，这些桥梁不可避免地出现各种损伤和病害。这些病害一方面影响了结构的耐久性，缩短了桥梁结构使用寿命；另一方面可造成结构强度和刚度的削减，为铁路运营埋下了安全隐患。

目前，铁路桥梁的病害主要通过人工周期性检查来发现。然而，大量人工巡检日志并未及时电子化和信息化，并且对病害位置和损伤程度的描述因人而异，各类病害信息缺少甚至无法关联，难以实现桥梁病害的统计分析。再者，随着我国铁路运营里程的大幅增长及服役时间延长所带来的更多桥梁病害，现有的人工检修任务日益繁重，普遍存在着人员、机具、时间不足的问题。尤其是高铁桥梁的检修一般是在夜间天窗时间进行，受光线影响较大。

另外，极少数大跨度铁路桥梁装备了桥梁健康监测系统，对运营状态进行实时监测。然而，一方面是桥梁健康监测系统仅在主体结构的关键部位或关键构件上安装有为数不多的传感器，因而它不可能对桥梁所有部位或所有病害进行有效的实时监测；另一方面，海量桥梁健康监测数据又很难直接指导桥梁的检修，各类监测数据关联程度很低，无法有效地服务于桥梁的管养。更为重要的是，既有的健康监测系统仅对桥梁主体结构状况和所处环境进行监测，难以直接用于评价列车于桥上轨道运营时的安全状态。而实际运营时，列车、轨道线路和桥梁是一个耦合系统，其响应均受环境因素影响。

因此，就大跨度铁路桥梁来说，如何开展高效可行的具有预防性和预测性的健康状态管理具有重大意义。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种大跨度铁路桥梁的基于PHM的故障诊断预测系统及方法，采用3S网络架构、BIM与GIS技术关联和存档设计、施工、运营及维护信息，通过对列车、轨道、桥梁、及桥梁环境的综合监测及人工巡检信息的大数据处理来实现对桥梁病害的诊断与预测，及对桥梁健康状况的评估，为桥梁的维护提供决策依据。

本发明提供了一种大跨度铁路桥梁的基于PHM的故障诊断预测系统，包括：

可视化管理模块，其用于对桥梁结构进行BIM建模并直观展示，对桥梁上安装的若干传感器的类型、安装位置及状态进行定位并展示，同时对桥梁的病害位置进行定位并展示病害的描述信息；

档案资料模块，其用于查询桥梁有限元模型的动静力分析数据和桥梁设计、施工、运营维护的数据；

在线监测模块，其通过安装在桥梁上的若干传感器采集桥梁主体结构及关键构件、轨道状态、列车车辆、桥址环境的信息并进行实时监测；

人工巡检模块，其用于检查人员对桥梁、桥上轨道和综合检测车进行巡检，根据病害的位置在三维BIM模型中进行定位，并对病害所处的结构部位、病害类型和病害程度进行文字描述和/或语音描述和/或图片描述，记录巡检时的时间、人员、结构部位或位置、检查所用机具信息；同时，用于查询既有的巡检数据和下一步的巡检计划；