基于数字孪生理念的跨海桥梁智能维养系统架构研究

桥梁维养系统是实现桥梁高效管养的重要技术手段，智能化运维已成为桥梁管养模式发展的必然趋势，数字孪生技术是实现桥梁数字化、智能化维养的关键技术之一。跨海桥梁由于其工程规模、结构特点及所处区域的特殊性，对桥梁维养工作的要求更高。面向跨海桥梁工程的维养需求，设计了跨海桥梁智能维养系统的总体架构、业务架构、应用架构、数据架构以及技术架构。其中，总体架构由基础层、平台层、应用层以及数据标准、数据安全构成；业务架构按照感知、认知、决策、行动的业务运转模式进行设计；应用架构以业务架构为基础，包括资产管理和业务在线两方面；基于业务架构、应用架构，梳理了系统的数据逻辑链路，形成系统数据架构；技术架构是实现应用架构的技术方案，包含数据采集、数据传输、数据管理、分析处理以及可视化技术5个层级。实践证明，本研究设计的系统架构为港珠澳大桥智能维养系统研发提供了技术支撑，可为其他同类型项目的维养系统研究提供参考。     

Scene Simulation of Bridge Collapse Based on Finite Element Analysis and Virtual Reality Technology

为准确、真实、完整的重现桥梁垮塌事故过程,研究了结合有限元垮塌分析和虚拟现实技术的桥梁垮塌场景模拟方法.在MSC.Marc中完成了桥梁垮塌有限元分析.基于该有限元分析数据,设计了桥梁垮塌场景模拟的系统架构,并提出了一套基于图形引擎OpenSceneGraph (OSG)和物理引擎PhysX的桥梁垮塌动画和特效的技术流程,在OSG平台上开发了基于有限元分析数据的桥梁垮塌场景模拟系统.以某石拱桥为例,展示了基于本系统的桥梁垮塌过程以及碎块、烟尘等效果.并与有限元垮塌分析的图形结果进行了对比.结果表明:基于本系统的桥梁垮塌场景模拟具有与有限元模拟相同的准确性,同时更具有真实感和丰富的场景内容.桥梁垮塌场景模拟准确而真实的还原了桥梁垮塌事故场景,可以用于桥梁垮塌事故鉴定辅助分析.     

某甩挂运输半挂牵引车的轻量化设计

以节能减排为目的,以某甩挂运输牵引车为研究对象进行轻量化设计.采用盘式制动器、少片簧等新技术;针对轮辋、变速器壳体、油箱、散热器、接头等采用铝合金与尼龙等新材料;采用单层纵梁、短轴距等新结构以及轻量化驱动桥.最终,使该牵引车的整备质量降至8 200 kg以下.经过有限元分析、台架试验及整车可靠性试验,验证了所采用轻量化设计方案的可行性.     

基于非接触远程智能感知的桥梁形态监测试验

为进一步提高利用非接触式影像监测大型桥梁安全状态的精度与效率,实现结构健康监测系统兼有经济、可信且全息的技术理论优势,提出依据结构全息影像序列数据的非接触式机器视觉远程智能感知进行桥梁结构全息几何形态监测的方法。通过单机自动巡转桥梁立面动静影像全息监测系统试验装置获取试验桥在各损伤/作用工况下的原始动静影像数据,根据序列数据在时间、空间上具有强关联信息的特性,分别构建降噪及抗扰动单元、欧拉运动放大单元及运动信息提取单元进行全息几何形态测量,以历次试验监测数据为样本数据集,利用分层思想依次建立数据抽样和结构几何信息间映射的数学网络模型,经结构设计不断训练、调试与优化桥梁力学行为智能感知网络,最后获取试验桥在试验过程中的全息变形、全息变形包络谱、全息位移时程曲线。研究结果表明：该方法获得的数据与传统的常规接触式传感器实测值基本吻合,试验桥在各工况下的曲线变化趋势基本一致,全息变形测量值平均误差12.21%,全息变形包络谱测量值平均误差9.06%,全息位移时程曲线测量值平均误差8.55%,对环境规律噪声信号筛除效率为81.9%,基于非接触远程智能感知的桥梁形态监测真实、连续、敏感、较为准确地反映了结构在各损伤/作用工况下的真实形态变化,可为后续进一步研究结构状态演绎以及损伤智能化识别方法奠定基础。     

基于多维融合及数字孪生的桥梁智能防撞系统

通过多维感知和融合技术,360°全天候实时监测和分析桥梁周围通行船只的状态。对于可能危及桥梁安全的船只,提前发出预警信息,并匹配数字孪生技术,生成桥梁的可视化数字模型,及时、直观地反馈给桥梁管理单位,以实现对桥梁环境的全面感知,保障桥梁安全。     

基于BIM+GIS的特大桥梁轻量级建设管理系统研发

BIM模型和施工管理信息化已在桥梁建设中得到广泛应用,但特大桥的建设管理平台的轻量化,尤其是携带建筑信息模型和地理信息的特大桥梁轻量级建设管理平台的研发和应用对于提高特大桥建设管理效率具有重要意义。为实现建设管理平台的轻量化,提出了基于BIM+GIS的特大桥梁轻量级建设管理平台,通过优化地理信息数据和模型构件信息,搭建轻量级应用模型。在桥梁建设过程中,将各类业务数据进行线上记录并与模型构件进行关联,实现特大桥梁建造的数字孪生。研究开发的轻量级建设管理平台在黄河特大桥建设中得以应用,实现了该特大桥建设管理数字化,应用结果验证了轻量级建设管理平台的有效性和可操作性。     

T型刚构桥大角度同步转体施工控制关键技术研究

本文以实际转体桥梁工程为背景,分别采取两种有限元软件Midas/Civil以及ANSYS对桥梁进行建模处理,通过有限元计算分析所得的数据为实际施工提供控制数据。根据有限元计算分析所得数据对实际转体施工进行控制,结果表明桥梁施工质量把控合格。     

智慧公路基础设施综合管理信息系统设计

针对目前高速公路信息化建设中智能化程度不足、信息采集方式单一、无法满足多样化信息需求等问题,本文综合应用计算机信息处理技术和交通信息管理技术,提出智慧公路基础设施综合管理信息系统的设计方案,通过整合路面、桥梁、隧道及边坡基础设施信息采集、感知与应急指挥各个子系统的相关数据,实现对路网实时数据的全面感知和基础设施的综合管理,为高速公路控制网的综合分析和决策提供支持。     

基于DS-LOF与GA-XGBoost的路域环境感知数据智能检测与修复

针对目前路域环境感知系统易受路面结构和气候等众多因素影响从而造成感知数据出现异常的问题，对路域环境感知数据异常智能检测与修复问题展开研究，提出一种基于DS-LOF(Difference&Summation-Local Outlier Factor)与GA-XGBoost (Genetic Algorithm-eXtreme Gradient Boosting)的路域环境异常感知数据智能检测与修复方法。以沥青路面温湿度感知数据为实例，首先通过对感知数据进行一阶差分与线性求和计算，构建原始感知数据DS (Difference&Summation)特征向量；然后，基于DS-LOF算法对感知数据进行异常值检测，并与K-means聚类和单类支持向量机算法进行对比分析；其次，以原始感知数据集为基础，并结合异常检测结果，构建路域环境感知数据异常修复数据集；最后基于遗传算法优化XGBoost模型进行数据修复。试验结果表明：GA-XGBoost模型相比于XGBoost模型以及其他机器学习修复模型，其路域环境感知数据修复平均误差最低(M_AE=1.253 7,R     

城市轨道交通乘客感知质量指标研究

研究了城市轨道交通乘客感知质量指标与总体满意度的关系以及不同需求层次下感知质量指标重要性的变化.以武汉轨道交通满意度调查中获取的 10 461份有效问卷数据为基础,利用Bayesialab软件结构学习算法结合专家经验进行贝叶斯网络结构学习,建立了12个感知质量指标与总体满意度之间的贝叶斯网络,结果显示部分感知质量指标之间存在相互关系且均直接或间接的影响乘客总体满意度.以感知质量指标不同取值对应的总体满意度期望值为度量标准,分析在不同需求层次下感知质量指标重要性的变化规律,发现随着感知质量指标满意程度的增加,"乘车安全性"指标的重要性明显下降,"乘客文明"指标的重要性明显上升,符合马斯洛需求层次理论的规律.      

大数据背景下的桥梁结构健康监测研究现状与展望

结构健康监测（SHM）技术在许多大型桥梁的运营养护管理中均有应用，但已有监测系统积累的海量数据并未被充分解读。为将大数据技术引入到桥梁SHM数据的处理分析中，首先总结大数据的概念和构成要素；然后分析SHM数据的工业大数据属性，梳理桥梁SHM大数据的研究方向；随后综述包括处理技术和分析方法在内的大数据技术在桥梁SHM中的应用现状，在由数据预处理、数据融合、特征工程、模式识别、可视化构成的大数据分析流程中提出SHM大数据研究的需求和应用场景；最后对大数据技术在桥梁SHM中的前景与驱动力进行展望和讨论。结果表明：SHM大数据研究应以结构状态评估为落脚点；大数据处理技术在SHM的系统框架搭建及数据分析能力扩展方面虽已得到较多应用，但其并非SHM大数据研究的重点；SHM数据融合对大数据分析方法有迫切需求，以实现桥梁SHM数据与外观检测等多源异构数据的多层面融合；深度学习、集成学习为结构状态敏感特征的提取提供了新的算法；有监督、无监督机器学习方法结合海量SHM数据将对结构状态评估下的模式识别问题形成更全面的认知；异常识别、相关分析、迁移学习等方法可为实桥SHM损伤识别提供支撑。研究结果可为SHM领域的大数据研究提供参考。     

位移数据分析在实桥监测中的应用

针对国内某实桥A四个伸缩缝位移测点监测数据不一致的问题,采用多测点数据融合分析方法,研究实桥A两岸位移监测数据的差异性及关联性,结果发现主桥B2岸桥头伸缩缝位移监测值波动剧烈的异常征兆。桥梁结构专家质疑是否因桥梁结构约束体系发生改变引起,现场复核后确认是由桥梁辅助墩支座损坏引起的。由此可见,多测点位移监测数据融合分析方法能从区域化、整体化上发现结构异常,可更加准确、有效地判断桥梁运营状态。     

桥梁健康监测数据分析研究综述

基于采集到的海量桥梁监测数据,从信号处理与数据挖掘角度全面系统地阐述已有监测数据的处理方法,将数据处理流程归纳为“数据预处理”“结构安全预警”“结构状态及损伤识别”＂结构综合评估＂4大模块,并对各模块中现有信号分析方法及其应用实例予以介绍,为桥梁结构的健康监测数据分析进行概括性总结。     

两跨24m连续多室异型箱梁桥梁格法分析

该文通过对异型箱梁桥有限元模型的建立、输出数据的整理及分析,说明异型箱梁桥的空间分析方法,为类似桥梁的结构分析及设计提供了参考。     

道路桥梁检测数据结合BIM技术的应用研究

随着市政道路桥梁检测要求的不断提高,检测数据分析和应用深度也随之提高,如何让检测数据更加有效、更加生动的反应道路桥梁的技术状况,成为了越来越多使用单位的基本诉求.针对这一现象,论文介绍了道路桥梁检测数据与BIM技术结合的基本路径,分析阐述了道路桥梁检测数据的主要内容及应用方面的不足,重点研究了如何以BIM信息模型作为检测数据载体的实施方法,归纳了哪些检测数据更加迫切的需要导入到BIM模型中,并通过分析各方单位的不同需求,对使用BIM模型中检测数据的应用场景提出了实施方案,为BIM信息模型的建设和应用提供了新的思路.     

基于点云数据的大型复杂钢拱桥智能虚拟预拼装方法

基于点云数据的虚拟预拼装主要包括点云数据采集、拼接控制点提取和拼接控制点匹配。针对完整点云数据存在采集困难、处理成本高等问题，提出用局部点云数据代替完整点云数据进行虚拟预拼装的策略；针对目前拼接控制点提取存在依赖专用软件、效率低且主观性大等问题，基于随机采样一致性、霍夫变换等经典算法和图像处理技术提出大型复杂构件横截面和侧面点云数据的拼接控制点智能提取方法；针对拼接控制点对应关系需人工设定的问题，基于超四点快速鲁棒匹配算法、迭代最近邻算法和广义普氏算法提出拼接控制点智能匹配方法。以大型复杂钢拱桥为例，采用所提的方法对拱肋牛腿-拱间横梁节段和拱肋节段-拱肋节段进行智能虚拟预拼装。工程应用结果表明：所提出的智能虚拟预拼装方法不依赖专用软件、效率高、自动化程度好。研究成果可为钢桥施工质量和安装效率的提升提供理论和算法支撑。     

高墩大跨连续刚构桥施工控制和监控数据的挖掘利用

以主跨150m的连续刚构桥为例,介绍监测数据驱动下的施工控制技术要点,包括施工控制流程和测试方案,并提出了施工监控数据的深度挖掘利用内容和方法。实践表明,通过监测传感器的测试数据、结构数值仿真数据的融合分析,充分挖掘监测数据的冗余性,可以提高监测数据的利用率,进一步提升施工控制的可靠性,增强结构施工监控对施工过程的协助作用。测试得到的施工过程和成桥数据,对结构后期的运营管养安全具有重要作用。     

梁格法在斜交箱梁结构分析中的应用

斜梁桥的构造和受力特点与直线桥有很大区别。以某箱型截面梁桥为例,介绍采用空间剪力柔性梁格法对多格室斜交箱梁桥结构分析的基本原理及方法,并对梁格法的关键问题-梁格划分和刚度等效、截面特性计算、建模时关键问题处理进行阐述,将梁格法计算结果与单梁法的计算结果对比,主要结论和方法可供同行参考。     

重庆两江大桥长期健康监测系统研究

介绍重庆两江大桥健康监测系统结构体系、总体目标和主要监测内容,同时还介绍仪器设备选型及优化组网、采集处理策略、数据库管理、结构健康评价及用户界面显示。两江大桥健康监测系统是一套完整的围绕大桥梁、塔、索、轨道4大体系,由多种传感器和相关采集仪以及3层网络构成的大型桥梁长期健康监测系统。经过小型实验室试验和桥梁工程应用,结果表明,该系统通讯网络简洁,抗干扰能力强,故障率低,维护方便,运行性能稳定,监测数据可靠、准确,可准确地评估桥梁的健康状况。     

停车特征调查方法及问题数据处理研究

停车特征调查是进行停车设施评价、规划所开展的调查项目。介绍了停车特征调查方法和后期数据处理，并对其中的问题数据进行分析，从而给出了可行的问题数据处理方法。