一种桥梁运维方法、装置、系统、计算机设备和存储介质

技术领域

本发明涉及建筑工程运营维护技术领域，特别是涉及一种桥梁运维方法、装置、系统、计算机设备和存储介质。

背景技术

随着我国生产力水平的不断发展，对交通运输安全等级的要求越来越高，而桥梁作为交通基础设施的重要生命线工程，其结构的安全性及耐久性存在极大的风险，近年来国内外桥梁事故频发也验证了这一点，桥梁事故的发生不仅带来生命财产的损失，同时也会造成社会恐慌等负面影响。

为保证桥梁运维的安全，对桥梁状况的监测是必不可少的。传统的桥梁健康监测仍提留在线缆连接传感器的方式，运维方面较繁琐，而人工记录单次检测数据的方式存在较大的主观性，同时无法实现数据的实时更新，导致检测结果与实际情况也存有偏差，从而影响最终的评估与决策，在维护方面，传统的人力维护难以保障生命安全且费时费力。

可见，现有技术缺少对桥梁寿命状况全过程的监测准确性不高且耗费大量的人力物力，需要改进。

发明内容

基于此，有必要针对上述的问题，提供一种桥梁运维方法、装置、系统、计算机设备和存储介质。

在其中一个实施例中，本发明实施例提供了一种桥梁运维方法，所述桥梁运维方法包括：

建立状况评估模型；

实时获取桥梁监测数据，并根据获取的所述桥梁监测数据建立所述状况评估模型的数字孪生模型；

根据所述数字孪生模型的输出结果控制爬壁机器人对目标桥梁进行查验、修复；

根据所述爬壁机器人的查验、修复结果更新所述数字孪生模型。

在其中一个实施例中，本发明实施例提供了一种桥梁运维装置，所述桥梁运维装置包括：

评估模型建立模块，用于建立状况评估模型；

孪生模型建立模块，用于实时获取桥梁监测数据，并根据获取的所述桥梁监测数据建立所述状况评估模型的数字孪生模型；

爬壁机器人控制模块，用于根据所述数字孪生模型的输出结果控制爬壁机器人对目标桥梁进行查验、修复；

更新模块，用于根据所述爬壁机器人的查验、修复结果更新所述数字孪生模型。

本发明实施例还提供了一种桥梁运维系统，所述桥梁运维系统包括：

如本发明实施例所述的桥梁运维装置；以及

爬壁机器人，所述爬壁机器人与所述桥梁运维装置，用于根据所述桥梁运维装置的控制对损伤位置进行查验、修复。

本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行上述桥梁运维方法的步骤。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述桥梁运维方法的步骤。

本发明实施例提供的桥梁运维方法通过建立状况评估模型并实时采集桥梁监测数据，利用孪生模型模拟桥梁运行状况，对桥梁进行了多尺度、多物理量的寿命全过程监测，减少了人力投入，有利于及时发现并处理损伤，可以安全高效地完成桥梁的运行维护工作。

附图说明

图1为一个实施例中提供的桥梁运维方法的应用环境图；

图2为一个实施例中桥梁运维方法的流程图；

图3为图2中建立状况评估模型的具体方法流程图；

图4为图2中根据所述数字孪生模型的输出结果控制爬壁机器人对目标桥梁进行查验、修复的具体流程图；

图5为图2中根据获取的所述桥梁监测数据建立所述状况评估模型的数字孪生模型的具体流程图；

图6为一个实施例中爬壁机器人的结构框图；

图7为另一个实施例中爬壁机器人的结构框图；

图8为一个实施例中桥梁运维装置的结构框图；

图9为一个实施例中计算机设备的内部结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但除非特别说明，这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将第一xx脚本称为第二xx脚本，且类似地，可将第二xx脚本称为第一xx脚本。

图1为一个实施例中提供的桥梁运维方法的应用环境图，如图1所示，在该应用环境中，包括桥梁100以及运维系统200。

桥梁100的形式可以多种多样，包括但不限于梁式、拱式、斜拉桥和悬索桥等，本发明不涉及桥梁构造的改进，故具体应用于何种类型的桥梁100并不会改变本发明的实质。在本发明实施例中，桥梁上的各个监测位置设置有传感器，传感器携带有无线通信装置，可以将传感器采用到的环境和结构响应及时上传至系统。对于传感器设置有位置，此可以视桥梁的具体形式确定，不同类型的桥梁设置的位置以及形式可以不同，采用的传感器类型也可以不同，此为可选的具体实现方式，本发明实施例对此不作具体限定。

运维系统与桥梁之间通过无线通信的方式实现数据的传输，可以免去线缆的布设，减少投入。运维系统通过获取桥梁上的传感器上传的数据，对桥梁的运行状况进行评估监测，发现损伤时可以及时提醒或者自行处理。此外，本发明实施例提供的运维系统还可以通过远程控制爬壁机器人对桥梁进行查验以及修复，通过查验可以修正系统模型，通过修复可以远程处理损伤，处理之后可以更新到孪生模型中。

如图2所示，在一个实施例中，提出了一种桥梁运维方法，本实施例主要以该方法应用于上述图1中的运维系统200来举例说明。具体可以包括步骤S202~S208：

步骤S202，建立状况评估模型。

在本发明实施例中，状况评估模型主要是通过有限元软件构建桥梁的空间模型，对于使用的软件以及具体的构建方式本发有实施例不作具体限定。构建模型仅仅是实现评估的第一步，此外还需要设置相应的输入输出，在本发明实施例中，输入为采集到的桥梁监测数据，输出可以是一个或者多种，例如各个监测部位的应力、变形数值等，还可以设置一个总的评估指标，该指标由各个部位的应力、变形等加权得到，用于桥梁运行状况的综合评价。

步骤S204，实时获取桥梁监测数据，并根据获取的所述桥梁监测数据建立所述状况评估模型的数字孪生模型。

在本发明实施例中，桥梁监测数据由采集装置通过无线传输的方式上传到系统，桥梁监测数据由设置于桥梁相应监测部位的传感器采集。桥梁监测数据包括环境数据以及桥梁结构响应数据。在建立状况评估模型的基础上，通过实时采集上传桥梁监测数据，使桥梁运行状态实时反应于模型中，实现了对桥梁运行状态的在线监测。

步骤S206，根据所述数字孪生模型的输出结果控制爬壁机器人对目标桥梁进行查验、修复。

在本发明实施例中，根据数字孪生模型的输出结果，若输出结果显示某位置存在需要确认或者修改的隐患，则可以远程控制爬壁机器人到达相应的位置对隐患进行现场查验以及修复。需要理解的是，这里查验或者修复可以选择性地进行，并不必然对于每一隐患都同时进行查验以及修复。

步骤S208，根据所述爬壁机器人的查验、修复结果更新所述数字孪生模型。

在本发明实施例中，根据爬壁机器人的查验以及修复结果，有关传感器的采集数据会更新并上传到系统，系统根据获取到的更新后的监测数据更新到数字孪生模型，将查验以及修复结果反应到数字孪生模型中。可以理解，更新之前的数据则可以作为历史数据保存于数据库中，作为对应桥梁全生命运行状态的一个环节。

本发明实施例提供的桥梁运维方法通过建立状况评估模型并实时采集桥梁监测数据，利用孪生模型模拟桥梁运行状况，对桥梁进行了多尺度、多物理量的寿命全过程监测，减少了人力投入，有利于及时发现并处理损伤，可以安全高效地完成桥梁的运行维护工作。

在一个实施例中，如图3所示，步骤S202即建立状况评估模型具体可以包括步骤S302~S304：

步骤S302，获取传感器上传的桥梁结构与环境响应数据并存入数据库中，所述传感器布置于桥梁上且携带有无线传输装置。

在本发明实施例中，传感器上传的桥梁结构与环境响应数据保存于数据库中，并用于模型的更新以及历史数据查看等，例如当需要查看某一历史时刻桥梁运行状态时，通过调用相应的时间点的传感器数据并反应到模型中即可。在本发明实施例中，传感器设置于桥梁上，并且传感器携带有无线传输装置，通过无线传输装置，传感器采集到的数据可以无线上传到系统，免去了现有技术中传感器布线的连接方式，减少了系统布置投入以及人工成本。

步骤S304，根据所述桥梁结构与环境响应数据建立状况评估模型，根据建立的所述状况评估模型确定状况信息并存入数据库中；所述桥梁结构与环境响应数据包括桥梁部件类型、损伤类型、损伤位置以及损伤原因；所述状况信息包括构件内力、应力、变形以及应变。

在本发明实施例中，状况评估模型根据桥梁的结构与环境响应数据建立，例如根据桥梁的结构数据构建有限元模型，根据环境响应构建基于有限元模型的输入输出模型，根据传感器上传的结构与环境响应数据更新输入输出，从而实现对桥梁运行状态的在线监测。在本发明实施例中，结构与环境响应是指桥梁在外界条件改变时其自身的结构参数的改变以及外界环境的改变量，包括但不限于各个监测部位的应力、应变、转角等结构响应以及外界的温度、温度、风力等环境响应，在系统中，结构与环境响应可以对应具体的部件类型、损伤类别以及损伤位置等，例如某种损伤发生在某构件上时，其应力以及应变会按一定规律变化，当监测到这种变化时即可以初步判断可能在该构件上发生了相应类型的损伤。

在一个实施例中，如图4所示，步骤S206即根据所述数字孪生模型的输出结果控制爬壁机器人对目标桥梁进行查验、修复，具体可以包括步骤S402~S408：

步骤S402，根据所述数字孪生模型的输出结果控制爬壁机器人到达损伤位置。

在本发明实施例中，数字孪生模型的输出结果至少包括损伤位置、损伤类型、损伤程度等信息，根据这些信息，可以控制爬壁机器人到达相应的损伤位置在实现现场处理。

步骤S404，获取损伤位置的图像信息。

在本发明实施例中，这里具体是指通过爬壁机器人的搭载的摄像头采集现场损伤位置的图像信息，然后利用爬壁模型上的通信模块将图像上传到系统，以实现对损伤的远程查验。

步骤S406，根据所述图像信息以及所述数字孪生模型的输出结果对所述损伤程度进行重新评估。

在本发明实施例中，系统根据获取的损伤部位的图像信息以及数字孪生模型的输出结果对损伤进行综合评价，然而输出综合评价的结果，该过程可以验证模型初次输出的结果的准确性，并对不准确的结果进行校正。

步骤S408，若重新评估结果满足预设条件则控制所述爬壁机器人对损伤位置进行修复。

在本发明实施例中，若重新评估的结果显示损伤的影响较大，则可以通过控制爬壁机器人对损伤部位进行修复，修复的方法包括但不限于施加黏合剂对裂缝等缺陷进行修复，更换构件等。

在一个实施例中，如图5所示，步骤S204中所述根据获取的所述桥梁监测数据建立所述状况评估模型的数字孪生模型，包括步骤S502~S506：

步骤S502，根据获取的所述桥梁监测数据重新选定模型结构以及模型运行参数以修正所述状况评估模型。

在本发明实施例中，已经构建的模型并非固定不变，通过监测数据可以重新选定相应的模型结构以及模型运行参数从而修正评估模型。

步骤S504，根据修正后的所述状况评估模型输出桥梁运行状况模拟结果。

在本发明实施例中，根据修正后的状况评估模型可以输出桥梁运行状况模拟结果。

步骤S506，重复上述步骤以修正所述状况评估模型并输出模拟结果。

在本发明实施例中，状况评估模型并非固定不变，而是根据采集到的监测数据进行动态的修正调整，以适用桥梁随着使用时间对应部位产生形变累积等，此外，动态调整模型还可以主动适用气温、季节的变化。当然，最重要的是实现模型的自我完善和修正。

在一个实施例中，如图6所示，所述爬壁机器人包括：

行走单元601，用于根据所述数字孪生模型的输出结果运行到目标位置；

检测单元602，用于对损伤进行检测以确定损伤的部位、类型以及程度；

修复单元603，用于对损伤进行修复；以及

通信单元604，用于与系统进行通讯以实现所述爬壁机器人的远程控制以及数据传输。

在本发明实施例中，行走单元主要通过电机驱动机爪运动，机爪末端设置有微型离心泵以产生负压从而使爬壁机器人可以有桥梁壁面上行走。检测单元包括但不限于摄像头、红外检测装置等。修复单元具体可以是裂缝修复液，裂缝修复液存储于注射管中，通过对裂缝进行注射可以实现对裂缝的修复。此外，通信单元用于与系统进行通信，以实现系统对爬壁机器人的远程控制以及爬壁机器人与系统之间的数据传输等。

在一个实施例中，如图7所示，所述爬壁机器人还包括飞行单元605，所述飞行单元用于所述爬壁机器人在不同桥梁之间的转移。

在本发明实施例中，飞行单元可以采用无人机实现，此外，还可以将飞行单元结合到爬壁机器人本体上。设置飞行单元可以方便爬壁机器人在各个桥梁之间的转移，可以免去人工运输等损伤，从而实现远程控制爬壁机器人的转移。

如图8所示，在一个实施例中，提供了一种桥梁运维装置，该桥梁运维装置可以集成于上述的桥梁运维系统200中，具体可以包括：

评估模型建立模块801，用于建立状况评估模型；

孪生模型建立模块802，用于实时获取桥梁监测数据，并根据获取的所述桥梁监测数据建立所述状况评估模型的数字孪生模型；

爬壁机器人控制模块803，用于根据所述数字孪生模型的输出结果控制爬壁机器人对目标桥梁进行查验、修复；

更新模块804，用于根据所述爬壁机器人的查验、修复结果更新所述数字孪生模型。

在本发明实施例中，对于各个单元的解释说明请参考前述任意一个或者多个关于桥梁运维方法实施例的说明，本发明在此不再赘述。

本发明实施例提供的桥梁运维装置通过建立状况评估模型并实时采集桥梁监测数据，利用孪生模型模拟桥梁运行状况，对桥梁进行了多尺度、多物理量的寿命全过程监测，减少了人力投入，有利于及时发现并处理损伤，可以安全高效地完成桥梁的运行维护工作。

在一个实施例中，本发明还提供了一种桥梁运维系统，所述桥梁运维系统包括：

如本发明实施例所述的桥梁运维装置；以及

爬壁机器人，所述爬壁机器人与所述桥梁运维装置，用于根据所述桥梁运维装置的控制对损伤位置进行查验、修复。

在本发明实施例中，关于桥梁运维装置的解释说明参考上一实现例。关于爬壁机器人的解释说明参考本发明运维方法中关于爬壁机器人的相关说明，本发明实施例在此不再赘述。

在本发明实施例提供的桥梁运维系统通过桥梁运维装置与爬壁机器人的结构，运动数字孪生技术，通过建立状况评估模型并实时采集桥梁监测数据，利用孪生模型模拟桥梁运行状况，对桥梁进行了多尺度、多物理量的寿命全过程监测，减少了人力投入，有利于及时发现并处理损伤，可以安全高效地完成桥梁的运行维护工作。

图9示出了一个实施例中计算机设备的内部结构图。该计算机设备具体可以是图1中的运维系统200。如图9所示，该计算机设备包括该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、输入装置和显示屏。其中，存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该计算机设备的非易失性存储介质存储有操作系统，还可存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器实现本发明实施例提供的桥梁运维方法。该内存储器中也可储存有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可使得处理器执行本发明实施例提供的桥梁运维方法。计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图9中示出的结构，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图9中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，本发明实施例提供的桥梁运维装置可以实现为一种计算机程序的形式，计算机程序可在如图9所示的计算机设备上运行。计算机设备的存储器中可存储组成该桥梁运维装置的各个程序模块，比如，图8所示的评估模型建立模块、孪生模型建立模块、爬壁机器人控制模块和更新模块。各个程序模块构成的计算机程序使得处理器执行本说明书中描述的本发明各个实施例的桥梁运维方法中的步骤。

例如，图9所示的计算机设备可以通过如图8所示的桥梁运维装置中的评估模型建立模块执行步骤S202；计算机设备可通过孪生模型建立模块执行步骤S204；计算机设备可通过爬壁机器人控制模块执行步骤S206；计算机设备可通过更新模块执行步骤S208。

在一个实施例中，提出了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

建立状况评估模型；

实时获取桥梁监测数据，并根据获取的所述桥梁监测数据建立所述状况评估模型的数字孪生模型；

根据所述数字孪生模型的输出结果控制爬壁机器人对目标桥梁进行查验、修复；

根据所述爬壁机器人的查验、修复结果更新所述数字孪生模型。

在一个实施例中，提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行以下步骤：

建立状况评估模型；

实时获取桥梁监测数据，并根据获取的所述桥梁监测数据建立所述状况评估模型的数字孪生模型；

根据所述数字孪生模型的输出结果控制爬壁机器人对目标桥梁进行查验、修复；

根据所述爬壁机器人的查验、修复结果更新所述数字孪生模型。

应该理解的是，虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。