[发明专利]一种基于测距激光传感器的桥梁动态称重系统及其方法

权利要求书

1.一种基于测距激光传感器的桥梁动态称重系统，其特征在于，包括第一测距激光传感器组(3)、第二测距激光传感器组(4)、反光板(1)、数据采集与处理系统(2)以及用于测量激光光路与桥梁竖直方向的夹角α、反光板与xy平面之间的夹角θ以及第二平面与平面yz的夹角γ的检测装置，其中，xy平面为由桥梁纵向方向与桥梁横向方向构成的平面，第二平面为由车辆通过前和通过后的第一测距激光传感器组(3)的激光光路构成的平面，平面yz为由桥梁横向方向和桥梁竖直方向构成的平面；

所述第一测距激光传感器组(3)设置在桥梁的主梁底部，且第一测距激光传感器组(3)对准反光板(1)，用于采集桥梁的下挠数据；

所述第二测距激光传感器组(4)设置在桥梁的表面，且设置在车道外侧沿桥梁纵向位置，用于采集车轴数据；

所述数据采集与处理系统(2)分别与第一测距激光传感器组(3)、第二测距激光传感器组(4)连接，用于根据下挠数据、夹角α、夹角θ以及夹角γ计算出待测车辆行驶过程中的实测挠度响应，并根据采集到的待测车轴数据获取待测车辆横向位置相应的影响线数据，继而根据待测车辆的实测挠度响应和相应影响线数据计算出待测车辆的轴重、总重，其中，根据采集到的待测车轴数据获取待测车辆横向位置相应的影响线数据具体为根据第二测距激光传感器组(4)所获取的待测车辆的车轴位置，选取桥梁影响线数据中与所述车轴位置最近的影响线。

2.根据权利要求1所述的桥梁动态称重系统，其特征在于，所述第一测距激光传感器组(3)包括设置在桥梁主梁底部的桥底测距激光传感器，所述反光板(1)固定在所述桥梁的桥墩或者三脚架上。

3.根据权利要求1所述的桥梁动态称重系统，其特征在于，所述第二测距激光传感器组(4)至少包括设置在桥梁表面纵向不同位置的桥面测距激光传感器P₁和桥面测距激光传感器P₂，所述桥面测距激光传感器P₁、桥面测距激光传感器P₂沿车辆行驶方向布置，且垂直于车辆行驶方向安装在桥面两侧。

4.根据权利要求1所述的桥梁动态称重系统，其特征在于，所述数据采集与处理系统(2)包括以下组件：

影响线存储组件，用于存储各个桥梁各个位置的影响线数据：

计算组件，用于根据下挠数据计算出待测车辆行驶过程中的实测挠度响应，并根据采集到的待测车轴数据分析出待测车辆的车轴位置，并从影响线存储组件中调取处于该车轴位置相应的影响线数据，通过所述相应的影响线数据和实测挠度响应计算出待测车辆的轴重、总重。

5.根据权利要求1所述的桥梁动态称重系统，其特征在于，所述第一测距激光传感器组(3)中的桥底测距激光传感器发射角度为倾斜角度。

6.一种基于测距激光传感器的桥梁动态称重方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任意一项中的桥梁动态称重系统中，包括以下步骤：

A：通过设置在桥梁的主梁底部并对准反光板的第一测距激光传感器组(3)采集桥梁的下挠数据，通过检测装置测量激光光路与桥梁竖直方向的夹角α、反光板与xy平面之间的夹角θ以及第二平面与平面yz的夹角γ的检测装置，根据下挠数据、夹角α、夹角θ以及夹角γ获取待测车辆在桥梁上不同位置时桥梁的实测挠度响应，其中，xy平面为由桥梁纵向方向与桥梁横向方向构成的平面，第二平面为由车辆通过前和通过后的第一测距激光传感器组(3)的激光光路构成的平面，平面yz为由桥梁横向方向和桥梁竖直方向构成的平面；

B：通过在桥梁表面的纵向位置安装第二测距激光传感器组(4)获取车辆的车轴数据；

C：根据待测车辆的车轴数据从获取的桥梁影响线数据中选取与待测车辆位置横向位置相应的影响线数据；

D：根据所获取的待测车辆实测挠度响应和所选取的与待测车辆位置横向位置相应的影响线数据，再基于影响线的轴重识别算法确定待测车辆的轴重和总重，其中，根据采集到的待测车轴数据获取待测车辆横向位置相应的影响线数据具体为根据第二测距激光传感器组(4)所获取的待测车辆的车轴位置，选取桥梁影响线数据中与所述车轴位置最近的影响线。

7.根据权利要求6所述桥梁动态称重方法，其特征在于，获取桥梁的实测挠度响应具体步骤包括：

A1:获取桥梁上无车辆时，反光板(1)和桥底第一测距激光传感器组(3)的距离L₁；

A2：通过第一测距激光传感器组(3)测出桥梁下挠后反光板(1)和桥底第一测距激光传感器组(3)的距离L₂；

A3：设沿桥梁纵向为x轴，桥梁横向为y轴，竖直方向为z轴；设反光板(1)所在平面为第一平面，测出第一平面与xy平面的夹角为θ；

A4：设第一测距激光传感器组(3)的激光光路所在平面为第二平面，测出第二平面与平面yz的夹角为γ；

A5：测出激光光路与z轴夹角α；

A6：计算主梁的挠度ΔZ为：

A7：将各主梁ΔZ挠度进行求和得到桥梁的实测挠度响应