交通视频辅助的桥梁动态称重方法研究

为了进一步提升既有的桥梁动态称重技术，提出一种交通视频辅助的新型桥梁动态称重方法。首先介绍基于深度神经网络的计算机视觉目标检测技术和一种计算机视觉坐标转换方法，实现从交通监控视频中实时地探测与定位桥上行驶的车辆和车轴。然后引入桥梁应变分解方法和应变影响面识别方法，建立车重、车辆位置与桥梁应变之间的映射关系，从而建立一种综合利用时间和空间冗余信息对车辆进行称重的方法。该方法构建超定的影响面加载方程组，使用最小二乘法求解该方程组以得到桥上行驶车辆的轴重和总重。最后总结出一套交通视频辅助的桥梁动态称重方法框架。为验证以上方法，在某连续大箱梁桥的缩尺模型以及实桥上进行试验。试验包含单车、双车、跟车、并行、直行、变道、匀速、变速等复杂交通工况。模型试验结果表明：该方法的车辆总重识别误差均值为-2.02%，标准差为4.77%；车辆轴重的识别误差均值为4.77%，标准差为17.50%。实桥试验结果表明：该方法的车辆总重识别误差均值为0.21%，标准差为1.53%；车辆轴重的识别误差均值为-3.59%，标准差为42.67%。除此以外，所提出的方法还可用于识别桥上车辆的数量、类型、轴数、实时位置、运动轨迹、行驶速度等多粒度交通信息。     

应用于大跨混凝土箱梁桥的BWIM试验研究

桥梁动态称重(BWIM)系统将桥梁结构视为一个称重平台,并以桥梁结构影响线为参照,计算过桥车辆的重量。车辆信息的精确高效获取将对现代交通管理和桥梁健康监测等领域产生重要影响。与理论影响线相比,现场标定的影响线可以更加真实地反映桥梁的受力特性,因而可以获得更好的车辆称重精度。传统的BWIM系统利用安装在路面的车轴探测传感器获得车轴识别信息(轴数、轴距、车速)。为了实现车轴信息的无损探测,该文提出基于快速傅里叶变换的BWIM算法,利用安装在桥底的FAD传感器识别车轴信息,并利用现场标定的影响线识别车辆轴重,将BWIM系统的应用扩展到大跨混凝土箱梁桥。试验结果表明:快速傅里叶变换可以有效提高车轴信息识别精度,对于整体刚度大、横向效应不明显的桥梁,各车道可采用统一的影响线计算车辆轴重和总重。     

非匀速算法在桥梁动态称重中的应用研究

桥梁动态称重(Bridge Weigh-in-Motion:BWIM)系统是以整座桥梁作为载体来识别车辆轴重。Moses算法是BWIM系统中较为常用的方法,也是目前商用BWIM系统采用的算法。其理论是基于桥梁的实际影响线,通过最小化实测桥梁响应与理论桥梁响应之间的差值来计算车辆轴重。Moses算法假定车辆以匀速行驶,当车辆以非匀速行驶时,该算法难以将速度的变化考虑进去,给轴重计算带来了困难。针对Moses算法在这一点上的局限性,提出了非匀速算法,并运用MATLAB软件进行了数值模拟分析。分析的结果表明,在考虑速度变化时,非匀速算法能够取得较高的轴重计算精度,尤其是在单轴重的计算上具有显著优势。     

桥梁动态称重技术适用范围与测试精度研究

为研究桥梁动态称重(B-WIM)技术的可行性与适用性,分析桥梁影响线测定、车轴信息检测、车辆动态称重3个环节的基本理论,以此为基础研究B-WIM的适用桥型范围,探讨其精度等级评定方法及现阶段能达到的测试精度水平。结果表明:正交异性板桥或桥面系、框架桥均为适用于B-WIM的理想桥型,梁式桥则一般受桥梁跨度限制;B-WIM系统对车辆总重的测试精度可高于传统路面压电式WIM系统,具备提升测试精度方面的优势;准确的桥梁影响线选取和车轴检测是影响B-WIM适用范围和测试精度的关键因素。     

BWIM系统应用于正交异性钢桥面的整体效应分析

桥梁动态称重(BWIM)系统可通过标定正交异性钢箱梁的纵向加劲肋以识别车辆的轴重信息。基于标定车行驶过桥产生的动态响应信号,计算得到桥梁纵向加劲肋的弯矩影响线;然后基于标定影响线,进而识别过桥车辆的轴重及总重等信息。车辆荷载作用于钢桥面时,得到的动力响应信号可以视为由两部分组成,一部分是加劲肋的响应,称为局部效应,另一部分是箱梁的响应,称为整体效应。基于广东省佛山市佛陈新桥的现场试验,选择四分点和支点两个不同的测试断面进行标定试验,分析BWIM应用于正交异性桥面板时整体效应的影响。结果表明:对于正交异性钢箱梁桥,支点处的局部效应更加显著,整体效应相对较小;四分点及支点两个测试断面的轴重识别均具有较高的精度。     

桥梁动态称重系统在板桥中的应用研究

桥梁动态称重(Bridge Weigh-in-motion:BWIM)系统是以桥梁为载体来识别过桥车辆的轴重及总重量。目前商用BWIM系统均利用桥梁跨中弯矩影响线作为参考来识别过桥车辆轴重。因此,获得更为符合桥梁实际边界条件的影响线对于提高车辆轴重识别精度具有重要意义。基于一跨径13 m的简支板桥的现场试验,利用最小二乘原理,通过标定车作用下桥梁跨中截面的动态响应信号来标定实际桥梁结构影响线。然后采用Moses算法,依据标定的影响线,对过桥车辆进行了轴重识别。计算结果表明:对于多车道板桥,每个车道的实际影响线有一定差别,而影响线的选取直接影响轴重识别的精度,所以需对每个车道进行影响线标定,然后基于车辆经过该车道所得到的影响线来反算过桥车辆轴重。     

高速公路车辆动态称重技术及误差分析

高速公路的车辆动态称重技术是专用于检测行驶中车辆的重量(含轴重、总重)及其他基本数据(如轴间距、车速等)的新型检测技术.文中系统地分析和讨论了动态称重技术分类及典型称重传感器特点,探讨了其在高速公路超载检测中的应用及称重的精度问题,给出了减小测量误差的措施.     

车辆荷载中车辆允许通过总重值的研究

本文通过对107国道实际运行线路车辆进行调查,统计分析了车辆的交通量、总重、轴荷分布及轴距等特征。以统计值为依据,选取两轴车进行研究,考虑两轴车以不同车间距组成的车队形式,根据其计算效应与公路设计荷载效应相等的原则,给出了两轴车总重的计算值,并通过比较跨中弯矩效应所得总重值与支座反力效应所得总重值,得出与支座反力效应相等时所得的车总重值为车辆允许通过总重值。同时,通过计算发现,同类型车辆以不同车间距组成的车队通过不同跨径的桥梁时,除个别区段外,车辆允许通过总重值随跨径的增大基本呈下降的趋势;对于同一桥梁跨径而言,该车队组合方式中车辆的允许通过总重值则随着车间距的增大,车辆总重呈逐渐增大的趋势。     

桥梁动态称重系统在刚构-连续箱梁桥中的试验研究

基于最小二乘法原理,利用桥梁动态响应信号标定桥梁结构实际弯矩影响线,然后根据桥梁不同车道实际标定影响线计算过桥车辆轴重和总重。基于某刚构-连续箱梁桥的实桥试验,提出了适用于大跨箱梁桥的简化影响线标定方法。实桥试验及研究结果表明:基于快速傅里叶变换的BWIM系统可以有效地提高车轴信息的识别精度,可有效解决基于大跨径混凝土桥梁结构进行轴重识别时桥面板在车载情况下局部效应不明显,车轴信号不易识别的问题,从而将BWIM系统应用到大跨连续箱梁桥结构。基于快速傅里叶变换的新型BWIM系统可以有效识别过桥车辆车速、轴重等信息,可为桥梁结构超载风险评估和健康监测提供有效依据,为现代公路交通运输系统的管理和决策提供数据支持。     

车辆轮廓识别及动态称重同步检测系统研究

随着交通运输事业的快速发展,交通阻塞、事故增多、能源浪费等社会问题日趋严重。交通检测能够有效缓解并治理常见的超限、超载等现象。将动态称重技术与电磁波检测技术相结合,进行交通检测对比试验,深入研究动态称重技术与电磁波检测技术的时序同步关系,全面准确获取多种车辆特征数据,为交通管理养护等部门提供决策依据。试验结果表明:车辆总重误差≤±5%,速度测量误差≤±2 m/h,轴距识别小于100 mm,车辆轮廓误差可控制在150 mm以内。     

动态称重系统振动信号分析研究

对车辆进行动态称重时,称重结果与车辆的行驶方式有很大关系。车辆行驶过程中产生的不规则振动噪声会使动态称重难度增加,往往造成称量结果与车辆实际重量不符。介绍小波变换降低振动噪声的方法,并将其用于动态称重,以研究降低振动噪声对动态称重精度的影响。     

基于MFI理论的BWIM系统车辆轴重识别研究

桥梁动态称重(Bridge Weigh-in-motion:BWIM)系统基于车辆过桥时的实测应变来识别移动车辆的轴重。传统商业BWIM系统采用桥梁影响线计算静态轴重而忽略了动力效应的影响,基于MFI理论的BWIM系统能有效利用结构动力信息识别移动车辆荷载。结合有限元模拟,将一阶正则化技术与动态规划法相结合并应用于二维MFI理论识别移动车辆轴重。同时,使用特征值缩减技术来降低动力系统方程的自由度并使用L曲线法来获得最优正则化参数。基于仿真分析得到的响应信号,结合MFI理论识别了移动车辆的轴重-时间历程曲线,验证了所提出的基于MFI理论的移动荷载识别算法的可靠性和准确性。     

WIM系统工作性能自诊断方法研究

车辆动态称重(Weigh-In-Motion,简称WIM)系统广泛应用于车辆超载治理、桥梁结构状态监测等领域。在线判别WIM系统是否持续具有稳定优良的工作性能,以确保称重数据准确度满足要求是WIM系统工程应用需要面对的关键问题之一。该文提出以六轴车首轴重统计均值作为WIM系统工作性能判别的依据,并给出了具体操作方法。选取江苏省某超限检测站点2014年10月份车辆动态称重数据作为样本进行了分析。计算结果表明:六轴车首轴重对车辆载货总重不敏感,六轴车首轴重统计均值具有良好稳定性,超限检测站点WIM系统在样本选取时间范围内工作性能稳定。     

基于申请通行记录的桥梁超限车辆荷载统计模型

根据广西区申请通行的超限车辆数据信息,基于概率统计理论,采用双峰正态分布和对数正态分布建立了该区五轴和六轴超限车辆总重和轴距的概率分布模型;根据一元正态线性回归理论,建立了总重与轴重的线性回归模型;分析了超限车辆总重和轴距之间的相互关系。根据建立的超限车辆荷载模型,采用蒙特卡洛(Monte Carlo)法各随机生成了10 000辆五轴、六轴超限车辆,通过对比随机生成的超限车辆与实际超限车辆对中小跨径简支梁桥产生的跨中最大弯矩效应,验证了按照本文方法建立的超限车辆荷载模型用以模拟实际超限车辆的可行性,同时也为五轴、六轴超限车辆过桥时桥梁的安全评估提供了基础数据。     

融合机器视觉与区间仿射算法的桥梁结构影响线实测研究

影响线是桥梁结构状态评估的重要指标。传统影响线实测方法依赖车辆称重系统(WIM)和接触式传感器,存在使用成本高、效率低、风险大、阻碍交通等问题。为实现“无需接触式传感”、“无需封闭交通”、“无需车辆称重系统”的智能桥梁检测,提出了一种融合机器视觉与区间仿射算法的桥梁结构影响线实测方法。该方法首先利用机器视觉技术获取多工况的桥梁测点动态位移响应;其次,根据车辆出厂信息建立其轴重区间矩阵并通过区间仿射算法计算多工况的影响线区间;最后,采用支持向量机(SVM)从影响线区间中识别桥梁真实影响线。将该方法应用于野外实际桥梁试验,通过控制标定车辆的载重和行驶速度获取多工况的位移响应数据以评估该方法的性能。结果表明：该方法能够有效地从影响线区间中识别桥梁真实影响线,混合工况下影响线的识别相对误差为8.48%;影响线的识别相对误差随车速的增大而增大,在车速分别10、20、30 km·h^-1工况下,影响线的识别相对误差分别为9.22%、10.23%、12.38%。提出的桥梁影响线实测方法具有非接触、高精度、经济灵活等优势,可有效突破现有接触式桥梁影响线实测方法的技术局限,具有较好的...     

基于轴距预瞄的非匀速工况车辆悬架状态估计

为实现车辆在非匀速行驶时的悬架相对速度和簧上绝对速度估计，同时减小车载传感器的数量，构造了不考虑车轮动力学、以车轮垂直速度为输入的车辆悬架系统简化模型，设计了一种基于速度自适应轴距预瞄的结合卡尔曼滤波算法估计整车悬架相对速度和簧上绝对速度的方法。仿真结果表明，在车辆非匀速行驶通过低频正弦路面、减速带、凹坑以及典型随机路面时，所提出的方法可以准确估计车辆的悬架相对速度和簧上绝对速度，且速度自适应轴距预瞄的引入减少了传感器的使用数量。     

考虑粗糙度影响的桥梁损伤识别间接测量方法

基于间接测量技术,采用国际标准化组织建议的功率谱密度函数（PSD）模拟路面粗糙度等实际因素在车桥耦合模型中的影响,提出一种通过检测车辆在桥梁上运行,并利用安装在检测车辆上的传感器所得的动力响应信号来识别梁弯曲刚度,进而进行结构损伤识别的间接测量新方法。考虑到应用该新方法过程中路面粗糙度等实际因素易产生不利影响,提出利用车频及车辆阻尼比相同的2辆检测车位移信号相减的方法来消除路面粗糙度产生的影响。首先通过理论推导对该方法进行理论验证,接着采用数值模拟的方法分别对采用该方法消除路面粗糙度影响的可行性、桥梁损伤位置识别的可行性以及损伤程度识别的可行性进行验证,最后采用该方法进行实桥实测试验。研究结果表明：所提方法可以有效消除路面粗糙度等实际因素对间接测量技术的不利影响,可以有效地识别梁弯曲刚度,进而达到桥梁损伤识别的目的,有助于推动基于动力测试的间接测量技术在桥梁结构损伤识别工作中的实际应用。     

新计重收费政策对运营车辆的影响分析

为研究广东省新计重收费政策(以下简称新政)对运营车辆的干预效果。基于京珠澳(原京珠)高速广韶段某一收费站2014年1~6月24万多个货车的动态称重系统(WIM)数据,对新政前后运营荷载按车型进行车重与轴重分析,采用双峰正态分布拟合车重概率密度分布,采用最小二乘法线性回归得到各轴重与总重线性关系。结果表明:车重概率密度分布、轴重占总重比例在新政前后各参数变化不大,即新政对运营车辆干预效果不明显,进而在此基础上对新政的完善和修正提出建议。     

混凝土公路斜桥的动反应研究

随着车辆质量、速度的逐渐增大和桥梁结构的逐渐轻柔化，车桥相互作用问题越来越受到关注。分别应用拉格朗日方程和模态叠加法建立三维非线性车辆模型和桥梁的振动方程，车轮与桥梁在接触点满足接触力和位移协调条件，利用迭代技术求解二者的相互作用问题。并以公路斜桥为分析对象，研究了不同斜交角、不同车辆行驶状态下以及不同行车速度情况下，横向不同梁的动挠度和动态增量。结果显示，斜交角、车辆行驶状态以及车速均是影响桥梁动反应的重要因素；当车辆行驶速度在30、40km／h左右时，梁的动态增量达到最大；而且随着斜交角的增大，离车辆行驶位置越远的梁的动态增量也越大。     

杭州湾跨海大桥车桥空间耦合振动参数分析

将整个车桥系统划分为车辆与桥梁两个子系统,引入车桥系统几何协调条件和力学平衡关系,采用含增量动力平衡迭代格式的Newmark-β方法编制了汽车-桥梁系统空间耦合振动分析程序,并采用弹簧质量系统匀速通过简支梁对程序的可靠性进行了验证。然后以杭州湾跨海大桥为工程实例,运用所编制程序详细研究了车辆数目、车辆间距、不同车道、车辆相向行驶、不同路面粗糙度以及不同车速时车流通过桥梁时主梁跨中的动力响应和冲击系数。研究发现:主梁跨中冲击系数随着路面粗糙度变坏而明显增大,与车辆数目、车辆间距、车辆相向行驶以及车速没有必然联系。