一种铁路桥墩差异沉降监测方法及装置
阅读说明：本技术 一种铁路桥墩差异沉降监测方法及装置 (Railway pier differential settlement monitoring method and device ) 是由 姚京川 王巍 胡在良 刘伯奇 周政 王一干 赵健业 王域辰 于 2020-01-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种铁路桥墩差异沉降监测方法及装置,该方法包括：获取高速铁路桥墩、接触网立柱的经纬度坐标；根据所述经纬度坐标,确定所述高速铁路桥墩、接触网立柱的位置及相关距离参数；所述相关距离参数包括：桥墩间距离、接触网立柱间距离；提取所述接触网立柱永久散射体的沉降信息；将所述相关距离参数和所述沉降信息,代入预设公式,计算得高速铁路相邻桥墩之间的沉降差值。该方法可准确获得高速铁路相邻桥墩之间的沉降差值,有较高的可靠性与精确率；可大幅节省人力、物力,降低高速铁路基础设施沉降监测的成本；且监测周期短,解决了大范围周期性桥墩差异沉降监测的难题。(The invention discloses a railway pier differential settlement monitoring method and a device, and the method comprises the following steps: acquiring longitude and latitude coordinates of a high-speed railway pier and a contact net upright post; determining the positions of the high-speed railway bridge piers and the contact net columns and relevant distance parameters according to the longitude and latitude coordinates; the relevant distance parameters include: distance between piers and distance between contact net columns; extracting settlement information of the permanent scatterers of the contact net stand columns; and substituting the related distance parameters and the settlement information into a preset formula to calculate the settlement difference between adjacent piers of the high-speed railway. The method can accurately obtain the settlement difference between adjacent piers of the high-speed railway, and has higher reliability and accuracy; the manpower and material resources can be greatly saved, and the cost of monitoring the settlement of the high-speed railway infrastructure is reduced; and the monitoring period is short, and the problem of large-range periodic pier differential settlement monitoring is solved.)
技术领域
本发明涉及测量或监测技术领域，涉及一种铁路桥墩差异沉降监测方法及装置，特别涉及一种基于insar数据的铁路桥墩差异沉降监测方法及装置。
背景技术
为保证轨道结构的稳定性与平顺性进而保证动车组列车的稳定性与舒适性，我国《高速铁路设计规范》对于下部基础沉降尤其是不均匀沉降做了严格规定。受地下水位下降、桥墩单侧堆载、区域性水位变化等原因的影响，有些开通运营的高铁线路局部工点基础沉降变形严重。高速铁路桥梁服役期沉降是一个长期过程，需要进行长期的监测。
常用的沉降监测方法有精密水准测量、基于连通管测试原理的沉降及变形监测等。水准测量仪器受视距、光线等因素的影响，仅适合于传统的短时间观测或者定期测量，而且测量精度较低，其测量结果受人为影响干扰较大，特别是高速铁路实行封闭式运营，这种传统的依赖人工的现场测量很难长期大范围实施；基于连通管测试原理的沉降及变形监测技术是连通管与现代液位测量技术相结合而成的，连通管由于液体与管壁之间的粘滞阻力及水与管壁之间的毛细作用，液位长期反复变化后会产生一定的系统误差，且连通管等在线路上设置的长度有限，只能针对部分沉降区域，无法实现长大线路的沉降变形的全覆盖监测。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种铁路桥墩差异沉降监测方法及装置，该方法可解决现有技术的监测误差、监测周期长、监测成本高的技术问题；可准确获得高速铁路相邻桥墩之间的沉降差值。
第一方面，本发明提供一种铁路桥墩差异沉降监测方法，包括：获取高速铁路桥墩和接触网立柱的经纬度坐标；
根据所述经纬度坐标，确定所述高速铁路桥墩、接触网立柱的位置及相关距离参数；所述相关距离参数包括：桥墩间距离和接触网立柱间距离；
提取所述接触网立柱永久散射体的沉降信息；
将所述相关距离参数和所述沉降信息，代入预设公式，得高速铁路相邻桥墩之间的沉降差值。
在一个实施例中，获取高速铁路桥墩和接触网立柱的经纬度坐标，包括：
在高速铁路桥墩顶部和接触网立柱底部采用便携北斗或GPS接收机，获取高速铁路桥墩、接触网立柱的经纬度坐标。
在一个实施例中，提取所述接触网立柱永久散射体的沉降信息，包括：
根据时序差分雷达干涉测量、土工测量和/或惯用大地测量方式，提取所述接触网立柱永久散射体的沉降信息。
在一个实施例中，将所述相关距离参数和所述沉降信息，代入预设公式，得高速铁路相邻桥墩之间的沉降差值，包括：
将所述相关距离参数和所述沉降信息，做线性内插算法计算，得高速铁路相邻桥墩之间的沉降差值；
所述线性内插算法计算过程如下：
设监测范围内包括：三个桥墩和两个立柱；三个桥墩分别为A#、B#和C#；两个立柱为接触网立柱1和接触网立柱2；
接触网立柱1和接触网立柱2的差异沉降信息为Q lc ，距离为L 1 ；A#与B#桥墩、及B#与C#桥墩的距离均为L 2 ；
（1）
（2）
式中，
第二方面，本发明还提供一种铁路桥墩差异沉降监测装置，包括：
获取模块，用于获取高速铁路桥墩和接触网立柱的经纬度坐标；
确定模块，用于根据所述经纬度坐标，确定所述高速铁路桥墩、接触网立柱的位置及相关距离参数；所述相关距离参数包括：桥墩间距离和接触网立柱间距离；
提取模块，用于提取所述接触网立柱永久散射体的沉降信息；
计算模块，用于将所述相关距离参数和所述沉降信息，代入预设公式，得高速铁路相邻桥墩之间的沉降差值。
在一个实施例中，所述获取模块，具体用于在高速铁路桥墩顶部和接触网立柱底部采用便携北斗或GPS接收机，获取高速铁路桥墩和接触网立柱的经纬度坐标。
在一个实施例中，所述提取模块，具体用于根据时序差分雷达干涉测量、土工测量和/或惯用大地测量方式，提取所述接触网立柱永久散射体的沉降信息。
在一个实施例中，所述计算模块，具体用于将所述相关距离参数和所述沉降信息，做线性内插算法计算，得高速铁路相邻桥墩之间的沉降差值；
所述线性内插算法计算过程如下：
设监测范围内包括：三个桥墩和两个立柱；三个桥墩分别为A#、B#和C#；两个立柱为接触网立柱1和接触网立柱2；
接触网立柱1和接触网立柱2的差异沉降信息为Q lc ，距离为L 1 ；A#与B#桥墩、及B#与C#桥墩的距离均为L 2 ；
（1）
（2）
式中，表示 A#、B#之间的沉降差值；
本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：
本发明实施例提供的一种铁路桥墩差异沉降监测方法，优点在于：
1、本发明可对高速铁路桥墩或其他基础设施进行大范围自动化沉降监测。
2、本发明可对高速铁路桥墩或其他基础设施进行低成本短周期的沉降监测。
3、本发明通过获取接触网立柱沉降差值，结合高速铁路桥墩、接触网立柱的经纬度坐标进行间接计算，获取高速铁路相邻桥墩之间的沉降差值。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例提供的铁路桥墩差异沉降监测方法流程图；
图2为高速铁路32m简支箱梁桥面接触网立柱与桥墩的相对关系示意图；
图3为本发明实施例提供的铁路桥墩差异沉降监测装置的框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供的一种铁路桥墩差异沉降监测方法，参照图1所示，包括：
S11、获取高速铁路桥墩和接触网立柱的经纬度坐标；
S12、根据所述经纬度坐标，确定所述高速铁路桥墩、接触网立柱的位置及相关距离参数；所述相关距离参数包括：桥墩间距离和接触网立柱间距离；
S13、提取所述接触网立柱永久散射体的沉降信息；
S14、将所述相关距离参数和所述沉降信息，代入预设公式，得高速铁路相邻桥墩之间的沉降差值。
下面分别对上述步骤进行详细说明。
S11中，可在桥墩顶部和接触网立柱底部采用便携北斗或GPS接收机，获取高速铁路桥墩、接触网立柱的精确经纬度坐标。可由人工持手持式导航仪或直接将仪器安置在桥墩顶部、接触网立柱底部，由北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System,BDS）或全球定位系统（GPS）进行精密量测，从而获取二者的经纬度坐标信息。
S12中，可根据高速铁路桥墩、接触网立柱的经纬度坐标，来确定高速铁路桥墩、接触网立柱的位置及相邻桥墩与桥墩之间的距离、相邻接触网立柱之间的距离、相邻桥墩与接触网立柱之间的距离。
S13中，基于PS-Insar技术，采用多幅影像，处理得到影像范围内的形变信息，根据接触网立柱的经纬度坐标和永久散射体(Persistent Scatterer，PS)形变点的经纬度坐标信息，采用人工或计算机提取得到接触网立柱的形变信息。本实施例中，可将接触网立柱视为一天然永久散射体PS。
在此步骤数据来源不限于使用卫星时序差分雷达Insar，土工测量技术（如沉降板法、沉降水杯法、铁环分层沉降仪法、水力法和测斜法）和惯用大地测量技术（如GPS和精密水准等）均可作为数据来源。沉降数据来源不仅是卫星时序差分雷达干涉技术，也可以是人工或基础设施监测信息中心的数据，多种方式获取数据可提升高铁沿线基础设施沉降监测的成功率。
传统手段具有检测效率低、空间分辨率低、检测成本高等技术劣势，其中使用时序差分雷达干涉技术作为数据来源，优势明显。
采用合成孔径雷达干涉测量技术对高速铁路长大线路进行覆盖监测，可以了解和掌握整体路网基础设施的沉降变形变化趋势，以便能够掌握重点区域的变化情况，及时的控制沉降加剧和结构损伤发展，为高速铁路安全运营提供技术保障。
在S14中， 对接触网立柱的沉降差值进行处理：
参照图2所示，比如该监测范围内包括：三个桥墩和两个立柱；三个桥墩分别为A#、B#和C#；两个立柱为接触网立柱1和接触网立柱2；
《高速铁路设计规范》规定的桥梁差异沉降限值适用于评价相邻墩台的差异沉降，基于时序差分雷达干涉技术数据得到的相邻接触网沉降差值与相邻桥墩差异沉降差值存在一定关系。
假定立柱1与立柱2的差异沉降值为Q lc ，不考虑两次监测期内温度变形和梁体上拱对接触网立柱形变量差值的影响，则A#、B#墩和B#、C#墩的差异沉降量
接触网立柱1和接触网立柱2的差异沉降信息为Q lc ，距离为L 1 ；A#与B#桥墩、及B#与C#桥墩的距离均为L 2 ；
（1）
（2）
式中，
可解决大范围周期性桥墩差异沉降监测难题，基于线性内插算法可保证高速铁路基础设施差异沉降数值的可靠性与精确率。
具体地，比如在桥墩顶部和接触网立柱底部采用便携北斗或GPS接收机，获取高速铁路桥墩、接触网立柱的精确经纬度坐标，选用卫星时序差分雷达干涉技术通过多幅影像提取得到接触网立柱这一天然永久散射体（PS）沉降信息，利用接触网立柱的沉降信息经过线性内插算法计算，可以得出高速铁路桥墩差异沉降观测所需数据，解决大范围周期性桥墩差异沉降监测的难题。
其中，高速铁路沉降监测的基本过程是：在高速铁路桥墩顶部、接触网立柱底部放置便携北斗或GPS接收机→获取高速铁路桥墩、接触网立柱的精确经纬度信息→获取一定时间间隔的高分辨率SAR影像→多幅SAR影像数据处理→对应PS形变点——接触网立柱的经纬度坐标提取形变信息→做线性内插算法计算→得到高速铁路相邻桥墩的相对差异沉降。
本发明公开了一种铁路桥墩差异沉降监测方法，可采用卫星时序差分雷达干涉技术监测高速铁路基础设施的沉降变化，基于接触网立柱这一天然永久散射体（PS）构建形变监测网络。卫星时序差分雷达干涉技术采用多时相高分辨率短波卫星SAR影像。
本发明方法可解决大范围周期性桥墩差异沉降监测难题，基于线性内插算法可保证高速铁路基础设施差异沉降数值的可靠性与精确率。沉降数据来源不仅是卫星时序差分雷达干涉技术，也可以是人工或基础设施监测信息中心的数据，多种方式获取数据可提升高铁沿线基础设施沉降监测的成功率。
该方法可准确获得高速铁路相邻桥墩之间的沉降差值，可保证高速铁路基础设施差异沉降数值的可靠性与精确率；可大幅节省人力、物力，降低高速铁路基础设施沉降监测的成本；且监测精度较高、监测周期短。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种铁路桥墩差异沉降监测装置，由于该装置所解决问题的原理与一种铁路桥墩差异沉降监测方法相似，因此该装置的实施可以参见前述方法的实施，重复之处不再赘述。
第二方面，本发明还提供一种铁路桥墩差异沉降监测装置，参照图3所示，包括：
获取模块31，用于获取高速铁路桥墩和接触网立柱的经纬度坐标；
确定模块32，用于根据所述经纬度坐标，确定所述高速铁路桥墩、接触网立柱的位置及相关距离参数；所述相关距离参数包括：桥墩间距离和接触网立柱间距离；
提取模块33，用于提取所述接触网立柱永久散射体的沉降信息；
计算模块34，用于将所述相关距离参数和所述沉降信息，代入预设公式，得高速铁路相邻桥墩之间的沉降差值。
在一个实施例中，所述获取模块31，具体用于在高速铁路桥墩顶部和接触网立柱底部采用便携北斗或GPS接收机，获取高速铁路桥墩和接触网立柱的经纬度坐标。
在一个实施例中，所述提取模块33，具体用于根据时序差分雷达干涉测量、土工测量和/或惯用大地测量方式，提取所述接触网立柱这一天然永久散射体的沉降信息。
在一个实施例中，所述计算模块34，具体用于将所述经纬度坐标和所述沉降信息，做线性内插算法计算，得高速铁路相邻桥墩之间的沉降差值；
所述线性内插算法计算过程如下：
设监测范围内包括：三个桥墩和两个立柱；三个桥墩分别为A#、B#和C#；两个立柱为接触网立柱1和接触网立柱2；
接触网立柱1和接触网立柱2的差异沉降信息为Q lc ，距离为L 1 ；A#与B#桥墩、及B#与C#桥墩的距离均为L 2 ；
（1）
（2）
式中，
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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