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专利号: 2015107048951
申请人: 西南大学
专利类型:发明专利
专利状态:无效专利
更新日期:2024-12-10
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种桥墩冲刷全过程演化动态监测系统,其特征在于:包括冲刷传感石块(5)、参考浮标(6)和数据处理系统(16),其中:所述冲刷传感石块(5)位于桥墩周围的河床表面并在冲刷坑内运动,包括混凝土外壳(10)和位于混凝土外壳内的四个RFID标签(8),所述四个RFID标签(8)分别位于正四面体的四个顶点;所述参考浮标(6)位于桥墩附近的水面,包括外壳(15)和位于外壳内的RFID阅读器(12)、GPS(11)和无线通讯模块(13),所述RFID阅读器(12)接收RFID标签(8)的信号,所述无线通讯模块(13)将GPS和RFID阅读器的数据传输给数据处理系统(16)并由其进行处理;所述RFID阅读器读取RFID标签的信号以确定RFID标签与RFID阅读器之间的距离,从而计算出冲刷传感石块的实时坐标,通过冲刷传感器石块在每一时刻的三维位置建立运动轨迹,构建桥墩冲刷的全过程演化。

2.根据权利要求1所述的桥墩冲刷全过程演化动态监测系统,其特征在于:所述参考浮标(6)还包括位于外壳(15)中心处的陀螺仪(14),所述RFID阅读器(12)、GPS(11)和无线通讯模块(13)封装后位于陀螺仪(14)的中心。

3.根据权利要求1所述的桥墩冲刷全过程演化动态监测系统,其特征在于:所述RFID标签(8)为有源RFID标签,所述冲刷传感石块(5)还包括位于四个有源RFID标签中心处的晃动式充电电池(7)。

4.一种桥墩冲刷全过程演化动态监测方法,其特征在于:包括如下步骤:

S1)测量参考浮标中心的位置:在i时刻,在GPS基站处设置固定坐标系oxyz,通过参考浮标中的GPS测量得到参考浮标的中心R的瞬时三维位置(x0i,y0i,z0i);i表示时刻的符号,第一次测量时,i=1,第二次测量时,i=2,依次类推;

S2)计算冲刷传感石块重心的坐标:通过冲刷传感石块中的四个有源RFID标签发射信号,参考浮标中的有源RFID阅读器读取信号后,得到冲刷传感石块中第j个有源RFID标签至参考浮标的距离为rij,j=A,B,C,D:通过几何计算和坐标转换及冲刷传感石块中四个有源RFID标签至参考浮标的距离rij,求得有源RFID标签的三维位置为(xij,yij,zij),j=A,B,C,D;

冲刷传感石块的重心T的三维坐标为

S3)根据正四面体的性质和几何计算,得到冲刷传感石块的冲刷深度和三维旋转角:

任何i时刻冲刷传感石块与参考浮标之间的垂直距离为hi=zi-z0i,

在初始位置时,冲刷传感石块与参考浮标之间的垂直距离为h0=z0-z00,桥墩的冲刷深度为hsci=hi-h0,

对于S1)中的固定坐标系oxyz,由冲刷传感石块中四个有源RFID标签的三维位置(xij,yij,zij),计算出冲刷传感石块分别绕x,y,z轴的三维旋转角度(θxi,θyi,θzi)。

5.根据权利要求4所述的桥墩冲刷全过程演化动态监测方法,其特征在于:冲刷传感石块直径的确定方法:桥墩为中心建立柱坐标系 分别取 为0度、15度、90度、180度、270度、345度,得到桥墩四周360度范围内三维冲刷坑的6个竖向截面,将冲刷传感石块置于6个竖向截面与冲刷坑相交的位置,考虑冲刷传感石块的浮容重、拖拽力、升力、漩涡作用,根据河床泥沙的弹性模量、泊松比、粘聚力、内摩擦角和洪水行进流速、水深及冲刷传感石块的容重,计算冲刷传感石块在冲刷坑内的运动和受力特征,得到在每个截面处冲刷传感石块沿着冲刷坑朝下运动时的直径与墩前行进流速的关系,取最大的洪水行进流速和水深,得到冲刷传感石块在每个截面处沿着冲刷坑朝下运动时的最小直径,对于6个竖向截面,可得到6个冲刷传感石块的最小直径,取6个直径中的最大值,即为冲刷传感石块的直径。