一种桥墩碰撞检测方法及系统
阅读说明：本技术 一种桥墩碰撞检测方法及系统 (Pier collision detection method and system ) 是由 刘晓海 车松勋 林志 于 2021-06-22 设计创作，主要内容包括：本申请涉及一种桥墩碰撞检测方法及系统,不再需要人工进行定期检查,以及用效率不高的摄像机系统模糊检查和预测碰撞,而是采用加速度传感器根据加速度数据的幅值范围和标准差或方差直接监测船体与防撞物的接触情况,具有监测结果准确,易于实现的优点。(The application relates to a pier collision detection method and a pier collision detection system, which do not need manual regular inspection, fuzzy inspection and collision prediction by using a camera system with low efficiency, but adopt an acceleration sensor to directly monitor the contact condition of a ship body and an anti-collision object according to the amplitude range, standard deviation or variance of acceleration data, and have the advantages of accurate monitoring result and easy realization.)
技术领域
本申请属于安全检测
技术领域
，尤其是涉及一种桥墩碰撞检测方法及系统。背景技术
桥的下方经常会有船只通过，频繁通过船只的话桥下的桥墩就可能被经过的船只碰撞，一旦被碰撞损坏，可能被酿成非常大的事故。针对各种撞击事件，管理部门首先要判断撞击的严重程度和撞击位置，需要及早发现事故隐患，采取有效措施，避免事故发生。
现有的方法是，通过视频拍摄的方式，抓取和辨认碰撞证据。但是桥墩环境在水面上，腐蚀性大，不方便布线。而且通常针对严重碰撞，船体被搁置类的事故容易被检测。小碰撞无法察觉到，需要人工定时检查破损情况。另外，桥墩环境位水面上，经常起雾、湿度大、对摄像机的检测和辨认有很大的难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为解决现有技术中的不足，从而提供一种基于加速度传感器的桥墩碰撞检测方法及系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种桥墩碰撞检测系统，包括：
若干加速度传感器，设置于桥墩保护带上，采样频率为20个每秒；
若干LORA网关，接收来自所述加速度传感器采集的加速度数据；
服务器，接收来自LORA网关的加速度数据；
当加速度传感器感应到超过设定值的加速度值时，启动工作，记录下初始时间并在设定的预设时间内采集加速度值并将采集的加速度值通过网关发送到服务器上；
服务器通过不同加速度传感器的加速度值确定撞击位置及撞击位置处的加速度数据；
计算撞击位置处的加速度数据的幅值范围和标准差或方差；
根据幅值范围和标准差或方差确定撞击强度。
优选地，本发明的桥墩碰撞检测系统，撞击位置及撞击位置处的加速度数据的确定采用以下两种方式之一：
一，以所有加速度传感器中加速度数据峰值最大的加速度传感器所采集的数据作为撞击位置处的加速度数据；
二，选定距首个启动加速度传感器的启动时间在一半采样间隔时间内启动的所有加速度传感器，按照采样顺序，将选定的加速度传感器对每个采样时间下的加速度值进行线性拟合得到最大加速度值，将所有采样时间下拟合得到的最大加速度值进行组合形成撞击位置处的加速度数据。
优选地，本发明的桥墩碰撞检测系统，
计算撞击位置处的加速度数据时截取加速度数据最大值后5秒内的数据。
优选地，本发明的桥墩碰撞检测系统，所述加速度传感器的设置间距为1-3米。
优选地，本发明的桥墩碰撞检测系统，所述加速度传感器间隔两米，采样频率为20个每秒，预设时间为5秒，共采集100个数据，则撞击强度判断条件为：
重型碰撞：幅值最小值小于等于-14g，幅值最大值大于等于+11g且标准差：σ大于2；
中型碰撞：幅值最小值小于等于-11g，幅值最大值大于等于+8g且标准差：1.10＜σ≤2.00；
轻型碰撞：幅值最小值小于等于-5g，幅值最大值大于等于+3g且标准差：0.50＜σ≤1.10；
其它幅值和标准差的值下为可忽略的碰撞。
本发明还提供一种桥墩碰撞检测方法，包括以下步骤：
S1：于桥墩保护带上设置若干加速度传感器，所述加速度传感器将采集的加速度数据发送到LORA网关再发送到服务器；
S2：当加速度传感器感应到超过设定值的加速度值时，启动工作，记录下初始时间并在设定的预设时间内采集加速度值并将采集的加速度值通过网关发送到服务器上；预设时间通常可以设置为5秒；
S3：服务器通过不同加速度传感器的加速度值确定撞击位置及撞击位置处的加速度数据；
S4：计算撞击位置处的加速度数据的幅值范围和标准差或方差；
S5：根据幅值范围和标准差或方差确定撞击强度。
优选地，本发明的桥墩碰撞检测方法，S5步骤中撞击位置及撞击位置处的加速度数据的确定采用以下两种方式之一：
一，以所有加速度传感器中加速度数据峰值最大的加速度传感器所采集的数据作为撞击位置处的加速度数据；
二，选定距首个启动加速度传感器的启动时间在一半采样间隔时间内启动的所有加速度传感器，按照采样顺序，将选定的加速度传感器对每个采样时间下的加速度值进行线性拟合得到最大加速度值，将所有采样时间下拟合得到的最大加速度值进行组合形成撞击位置处的加速度数据。
优选地，本发明的桥墩碰撞检测方法，
计算撞击位置处的加速度数据时截取加速度数据最大值后5秒内的数据。
优选地，本发明的桥墩碰撞检测方法，S1步骤中，所述加速度传感器的设置间距为1-3米。
优选地，本发明的桥墩碰撞检测方法，所述加速度传感器间隔两米，采样频率为20个每秒，预设时间为5秒，共采集100个数据，则S5步骤中撞击强度的判断条件为：
重型碰撞：幅值最小值小于等于-14g，幅值最大值大于等于+11g且标准差：σ大于2；
中型碰撞：幅值最小值小于等于-11g，幅值最大值大于等于+8g且标准差：1.10＜σ≤2.00；
轻型碰撞：幅值最小值小于等于-5g，幅值最大值大于等于+3g且标准差：0.50＜σ≤1.10；
其它幅值和标准差的值下为可忽略的碰撞。
本发明的有益效果是：
本申请的桥墩碰撞检测方法及系统，不再需要人工进行定期检查，以及用效率不高的摄像机系统模糊检查和预测碰撞，而是采用加速度传感器根据加速度数据的幅值范围和标准差或方差直接监测船体与防撞物的接触情况，具有监测结果准确，易于实现的优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本申请的技术方案进一步说明。
图1是本申请实施例的桥墩碰撞检测系统的结构框图；
图2是本申请实施例的桥墩碰撞检测方法的流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种桥墩碰撞检测系统，如图1所示，包括：
若干加速度传感器，设置于桥墩保护带上，比如采样频率为20个每秒；
若干LORA网关，接收来自所述加速度传感器采集的加速度数据；
服务器，接收来自LORA网关的加速度数据；
当加速度传感器感应到超过±2g的加速度值时，启动工作，记录下初始时间并在设定的预设时间内采集加速度值并将采集的加速度值通过网关发送到服务器上；预设时间通常可以设置为5秒；
服务器通过不同加速度传感器的加速度值确定撞击位置及撞击位置处的加速度数据；
计算撞击位置处的加速度数据的幅值范围和标准差或方差；
根据幅值范围和标准差或方差确定撞击强度，具体值可以根据实验得到；
以下为加速度传感器间隔两米，采样频率为20个每秒，预设时间为5秒，共采集100个数据，具体判断条件为：
重型碰撞：幅值最小值小于等于-14g，幅值最大值大于等于+11g且标准差：σ大于2；
中型碰撞：幅值最小值小于等于-11g，幅值最大值大于等于+8g且标准差：1.10＜σ≤2.00；
轻型碰撞：幅值最小值小于等于-5g，幅值最大值大于等于+3g且标准差：0.50＜σ≤1.10；
其它幅值和标准差的值下为可忽略的碰撞。
其中G为重力加速度。
撞击位置及撞击位置处的加速度数据的确定可以采用以下两种方式：
一，以所有加速度传感器中加速度数据峰值最大的加速度传感器所采集的数据作为撞击位置处的加速度数据；
二，选定距首个启动加速度传感器的启动时间在一半采样间隔时间内启动的所有加速度传感器(也即首个取样时间在一半采样间隔时间，如0.01s内的所有加速度传感器)，按照采样顺序，将选定的加速度传感器对每个采样时间下的加速度值进行线性拟合得到最大加速度值，将所有采样时间下拟合得到的最大加速度值进行组合形成撞击位置处的加速度数据；(也即撞击位置处的加速度数据是由这些选定的加速度传感器的数据通过线性拟合的方式计算得到，由于撞击点可能位于两个加速度传感器之间，因此任何一个加速度传感器都不能准确代表撞击点的数据，因此通过线性拟合的方式可以提高数据的准确性，选定加速度传感器时，考虑到振动的传播，加速度传感器距离不能太远，因此在选择范围时以一半采样间隔时间为截止点，这些加速度传感器能够准确表征撞击时的加速度值)。
计算撞击位置处的加速度数据时截取加速度数据最大值后5秒内的数据。
所述加速度传感器的设置间距为1-3米。
如果单纯依靠幅值来判断碰撞的等级的话，但在实际的测试中较低等级的碰撞的幅值也能到达到“重型碰撞”的幅值范围内，因而靠幅值来进行判定会使得误判率较高，因此引入表征离散值的标准差或方差能够提高碰撞判定的准确性。
需要说明的是加速度传感器自带电池，平时睡眠低功耗运行，当碰撞发生时进入正常工作模式，也即超过±2g的加速度值时启动工作；
网关部署在该桥墩的适合接收所有加速度传感器数据信号的地方，自带电池，并用太阳能充电；
实施例2
本实施例提供一种桥墩碰撞检测方法，包括以下步骤：
S1：于桥墩保护带上设置若干加速度传感器，所述加速度传感器将采集的加速度数据发送到LORA网关再发送到服务器；
S2：当加速度传感器感应到超过设定值(如±2g)的加速度值时，启动工作，记录下初始时间并在设定的预设时间内采集加速度值并将采集的加速度值通过网关发送到服务器上；预设时间通常可以设置为5秒；
S3：服务器通过不同加速度传感器的加速度值确定撞击位置及撞击位置处的加速度数据；
S4：计算撞击位置处的加速度数据的幅值范围和标准差或方差；
S5：根据幅值范围和标准差或方差确定撞击强度。
S5步骤中根据幅值范围和标准差或方差确定撞击强度，具体值可以根据实验得到；
以下为加速度传感器间隔两米，采样频率为20个每秒，预设时间为5秒，共采集100个数据，具体判断条件为：
重型碰撞：幅值最小值小于等于-14g，幅值最大值大于等于+11g且标准差：σ大于2；
中型碰撞：幅值最小值小于等于-11g，幅值最大值大于等于+8g且标准差：1.10＜σ≤2.00；
轻型碰撞：幅值最小值小于等于-5g，幅值最大值大于等于+3g且标准差：0.50＜σ≤1.10；
其它幅值和标准差的值下为可忽略的碰撞。
其中G为重力加速度。
S3步骤中，撞击位置及撞击位置处的加速度数据的确定可以采用以下两种方式：
一，以所有加速度传感器中加速度数据峰值最大的加速度传感器所采集的数据作为撞击位置处的加速度数据；
二，选定距首个启动加速度传感器的启动时间在一半采样间隔时间内启动的所有加速度传感器(也即首个取样时间在一半采样间隔时间，如0.01s内的所有加速度传感器)，按照采样顺序，将选定的加速度传感器对每个采样时间下的加速度值进行线性拟合得到最大加速度值，将所有采样时间下拟合得到的最大加速度值进行组合形成撞击位置处的加速度数据；(也即撞击位置处的加速度数据是由这些选定的加速度传感器的数据通过线性拟合的方式计算得到，由于撞击点可能位于两个加速度传感器之间，因此任何一个加速度传感器都不能准确代表撞击点的数据，因此通过线性拟合的方式可以提高数据的准确性，选定加速度传感器时，考虑到振动的传播，加速度传感器距离不能太远，因此在选择范围时以一半采样间隔时间为截止点，这些加速度传感器能够准确表征撞击时的加速度值)。
进一步地，计算撞击位置处的加速度数据时截取加速度数据最大值后5秒内的数据。
优选地，所述加速度传感器的设置间距为1-3米。
如果单纯依靠幅值来判断碰撞的等级的话，但在实际的测试中较低等级的碰撞的幅值也能到达到“重型碰撞”的幅值范围内，因而靠幅值来进行判定会使得误判率较高，因此引入表征离散值的标准差或方差能够提高碰撞判定的准确性。
以上述依据本申请的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项申请技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项申请的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
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