[发明专利]一种跨越既有铁路桥双幅对转施工实时监测系统及方法

权利要求书

1.一种跨越既有铁路桥双幅对转施工实时监测系统，其特征在于：其包括自动测量系统、网络传输系统、数据处理系统和可视化展示系统；

自动测量系统用于对每幅桥梁的测点坐标进行自动跟踪测量；

网络传输系统用于将自动测量系统的测量结果传输至数据处理系统；

数据处理系统用于将接收到的原始坐标数据进行换算，从而得到桥梁转体控制参数；

可视化展示系统用于对桥梁的转体控制参数及动态三维模型进行显示。

2.根据权利要求1所述的跨越既有铁路桥双幅对转施工实时监测系统，其特征在于：

自动测量系统包括360度棱镜和全站扫描仪，360度棱镜布设在每幅桥梁的测点处，全站扫描仪布设在引桥或固定位置，且与360度棱镜一一对应；

网络传输系统包括数据线、串口转以太网串口服务器、网线、网络交换机、室外WIFI点对点远距离传输无线AP；数据线用于连接全站扫描仪与串口转以太网串口服务器的串口端，串口转以太网串口服务器的网口端通过网线与室外WIFI点对点远距离传输无线AP的发送端相连，室外WIFI点对点远距离传输无线AP的接收端通过网线与网络交换机相连，室外WIFI点对点远距离传输无线AP的发送端与室外WIFI点对点远距离传输无线AP的接收端之间采用无线方式传输信号；

数据处理系统包括电脑；电脑通过网线与网络交换机相连；

可视化展示系统包括室外LED显示大屏、HDMI视频传输线；电脑通过HDMI视频传输线与室外LED显示大屏相连。

3.一种跨越既有铁路桥双幅对转施工实时监测方法，其特征在于：采用如权利要求1或2所述的跨越既有铁路桥双幅对转施工实时监测系统。

4.根据权利要求3所述的跨越既有铁路桥双幅对转施工实时监测方法，其特征在于：包括以下步骤，

(1)选择测点：在每幅桥梁不同位置根据需要设置测点；

(2)布设及设置自动测量系统；

(3)现场组网：将自动测量系统、网络传输系统、数据处理系统和可视化展示系统组网；

(4)跟踪测量：采用自动测量模式对测点坐标进行跟踪测量，得出原始坐标数据；

(5)数据处理及保存：启动数据处理系统，接收测量原始坐标数据，将原始坐标数据转换为桥梁转体控制参数，保存原始坐标数据和桥梁转体控制参数；

(6)数据显示：将步骤(4)得到的原始坐标数据和步骤(5)得到的桥梁转体控制参数发送给可视化展示系统进行展示，桥梁转体控制参数驱动三维模型动态展示桥梁转体状态；

(7)自动预警：将实时计算所得转体控制参数分别与其阈值进行对比。

5.根据权利要求4所述的跨越既有铁路桥双幅对转施工实时监测方法，其特征在于：在步骤(1)中，每幅桥梁的两个端点处各设置一个测点，桥墩中心在桥面的投影处设置一个测点。

6.根据权利要求4所述的跨越既有铁路桥双幅对转施工实时监测方法，其特征在于：在步骤(2)中，在每个测点上布设棱镜；在引桥或固定位置布设全站扫描仪，每个测点对应一台全站扫描仪，同时对全站扫描仪进行设置；全站扫描仪设置包括设站、通讯设置和测量设置。

7.根据权利要求4所述的跨越既有铁路桥双幅对转施工实时监测方法，其特征在于：在步骤(4)中，测量频率为1Hz。

8.根据权利要求4所述的跨越既有铁路桥双幅对转施工实时监测方法，其特征在于：在步骤(5)中，数据处理算法为，

桥梁任意一点P(x₁,y₁)围绕着点O(x₀,y₀)转动，以O为原点建立空间直角坐标系，在转动之前，线段OP与x轴的初始夹角为

测点的旋转半径为

r＝[(y₁-y₀)²+(x₁-x₀)²]^1/2 (公式2)

Q(x₂,y₂)为测点P转动任意角度后的所在位置，其理论坐标为

其中，θ₂为OQ与x轴的夹角。则测点P在任意位置的实际转角为

假设测点P在转体过程中的总采样点数N，则桥梁在t时刻的瞬时角速度V(t_i)为

其中，

i——采样序号

Δt——采样间隔，Δt＝t_i-t_i-1，单位为秒(s)

——在Δt内转过的角度，单位为弧度(rad)

V(t_i)——t时刻的瞬时角速度，单位为弧度/秒(rad/s)

测点在高程方向的轨迹通过以下公式求解

ΔZ＝Z_i-Z₀ (公式6)

其中，ΔZ为测点在高度方向的相对变化值，Z_i为测点在某一采样时刻的实测绝对高度坐标，Z₀为测点在初始位置时的高度坐标；

桥墩的倾斜角通过中心测点数据来计算，公式为

Δγ＝arccos(H/H₀) (公式7)

其中，H为中心测点在某一采样时刻的实测绝对高度坐标，H₀为中心测点在初始位置时的高度坐标。