基于多目标动态跟踪的桥梁动态称重方法研究与试验验证

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51778222
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0804.结构工程
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Overloaded vehicles have become the main reason for the fatigue damage and failure and the reduction of fatigue life of bridge structures. Developing bridge weigh-in-motion (BWIM) techniques that can fast and accurately identify the weight of moving heavy vehicles is critical for managing overloaded vehicles and bridge safety forecast. However, the difficulty in accurately locating the positions of moving vehicles and separating the multi-source bridge response signals has led to two drawbacks of the current BWIM systems, i.e., low accuracy in multi-vehicle identification and limited bridge types and bridge span length range for application. To solve these problems, this research project aims to develop a novel BWIM method based on the multi-target dynamic tracking technique. To handle the diversity of vehicle characteristics and the uncertainty of vehicle movement, a multi-target identification and tracking algorithm based on self-adapting technique in dynamic background will be developed and used to accurately identify the real-time positions of heavy vehicles on the bridge. Methods for separating bridge responses from different sources and de-noising will be developed. A high-accuracy two-dimensional identification method will be developed for identifying the axle weights of heavy vehicles. The accuracy and reliability of proposed method will be verified through tests. The research results from this project will solve the bottleneck of traditional BWIM methods under complicated cases of multi-vehicle identification and with uncertainties in vehicle movement tracking, expand the types of bridge and span length range for application, and provide a feasible technique for monitoring and managing overloaded vehicles in China.
车辆超载运输已成为桥梁结构疲劳损伤破坏和运营寿命缩短的主要原因。开发能准确快速识别移动重车重量的桥梁动态称重(BWIM)技术对于加强超载车辆监控和桥梁安全预警具有重要意义。然而,移动车辆精确定位和多源桥梁响应分离的难题使当前的BWIM方法存在两大缺陷:多车工况下识别精度低、适用桥梁类型与跨径范围小。为此,本项目拟开发基于多目标动态跟踪技术的新型BWIM方法。针对车辆特征多样性及其运动轨迹不确定性,提出动态背景下特征自适应的多目标同步识别与跟踪方法,准确确定桥上重车的实时位置;研究复杂多源激励下桥梁响应的去噪和分离算法;开发基于二维高精度影响面的轴重识别算法准确计算各辆重车的轴重;最后通过试验验证方法的识别精度和可靠性。研究成果将突破传统BWIM方法在多车同时过桥、车辆行驶轨迹不确定等复杂工况下轴重识别精度低的瓶颈,拓宽BWIM系统的适用桥型和跨径范围,为我国超载车辆监控提供可靠的技术手段。

结项摘要

车辆荷载是公路关键枢纽——桥梁上的主要活载,随着交通流量的持续增长,监测桥上移动车辆行驶轨迹和重量对于桥梁的运营安全、维护管养具有重要的意义。桥梁动态称重(BWIM)方法可以在车辆行驶状态下测量出车辆轴重和总重,无需在桥面安装传感器,具有安装维护不中断交通不破坏路面、使用寿命长的优点。然而由于桥面往往会同时存在多个车辆,复杂的多车—桥耦合作用使得各车辆作用效应的分离存在困难;同时大交通流情况下还存在车辆频繁变速的情况。这些问题导致传统BWIM方法难以获得较高的精度。本项目针对桥梁动态称重方法在大交通流桥梁上的应用难点,结合有限元分析、模型试验和实桥监测,研究开发高精度二维BWIM方法,以解决桥上多车辆随机行驶情况下的多车位置与重量同步识别问题。.本项目的主要研究内容以及研究成果包括以下几个方面:(1)研究提出了用于公路车桥耦合振动数值分析的精细化的三维轮胎数值模型。提出了接触面不均匀形变的计算方法,为更准确地模拟复杂工况(桥头跳车、经过伸缩缝、经过明显凹凸激励)下的车桥动力相互作用提供了可能。(2)研究了桥梁动态称重方法,提出了新颖的桥梁动态称重虚拟车轴(VA)算法。本方法利用桥梁的整体弯曲应变(即称重传感器信号)同时实现了车轴检测和轴重称量,避免了传统BWIM方案对专用车轴探测器的依赖。(3)研究了人工智能方法在BWIM工程中的应用,创新性地提出了半监督学习的BWIM网络框架BwimNet算法,解决了人工智能算法在BWIM领域的应用时最困难的数据集获取问题。(4)研究了全桥面车辆荷载跟踪与识别问题,提出了基于双目视觉和车轴位置的桥面车辆追踪与荷载识别方法。有效解决了全桥面多车辆跟车、并行、变速等复杂工况下的车重识别问题。(5)研究了车辆轴限的合理取值方法。结合桥梁可靠指标变化、桥梁剩余使用寿命及其年均加固费用,建立了轴限值设定曲线。该研究开创了综合考虑考虑公路交通基础设施安全和区域综合经济效益的车辆限载研究先河。

项目成果

期刊论文数量(20)
专著数量(1)
科研奖励数量(2)
会议论文数量(2)
专利数量(8)
Region-Based CNN Method with Deformable Modules for Visually Classifying Concrete Cracks
具有可变形模块的基于区域的 CNN 方法,用于对混凝土裂缝进行可视化分类
  • DOI:
    10.3390/app10072528
  • 发表时间:
    2020-04-01
  • 期刊:
    APPLIED SCIENCES-BASEL
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Deng, Lu;Chu, Hong-Hu;Kong, Xuan
  • 通讯作者:
    Kong, Xuan
Vortex shedding patterns past a rectangular cylinder near a free surface
经过自由表面附近的矩形圆柱体的涡流脱落模式
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2020.107049
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Zhong Wenjie;Yim Solomon C.;Deng Lu
  • 通讯作者:
    Deng Lu
Deep Learning Framework for Total Stress Detection of Steel Components
用于钢构件总应力检测的深度学习框架
  • DOI:
    10.1061/(asce)be.1943-5592.0001655
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Bridge Engineering
  • 影响因子:
    3.6
  • 作者:
    Wang Wei;Shi Peng;Chu Honghu;Deng Lu;Yan Banfu
  • 通讯作者:
    Yan Banfu
Reynolds-number effect on flow past a rectangular cylinder in the presence of a free surface
存在自由表面时流过矩形圆柱体的雷诺数效应
  • DOI:
    10.1016/j.oceaneng.2020.107865
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Ocean Engineering
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    Wenjie Zhong;Solomon C. Yim;Lu Deng
  • 通讯作者:
    Lu Deng
Axle Configuration and Weight Sensing for Moving Vehicles on Bridges Based on the Clustering and Gradient Method
基于聚类和梯度法的桥梁上移动车辆的车轴配置和重量传感
  • DOI:
    10.3390/rs13173477
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
    Remote Sensing
  • 影响因子:
    5
  • 作者:
    He Wei;Liang Xiaodong;Deng Lu;Kong Xuan;Xie Hong
  • 通讯作者:
    Xie Hong

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其他文献

波形钢腹板PC简支箱梁桥的扭转振动频率分析
  • DOI:
    10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2017.04.021
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    振动.测试与诊断
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冀伟;蔺鹏臻;邓露;刘世忠;李爱军
  • 通讯作者:
    李爱军
知识、全要素生产率与中等收入陷阱
  • DOI:
    10.13516/j.cnki.wes.2017.05.011
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    世界经济研究
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李月;邓露
  • 通讯作者:
    邓露
变截面波形钢腹板PC箱梁桥的动力特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    铁道工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冀伟;邓露;刘世忠;蔺鹏臻
  • 通讯作者:
    蔺鹏臻
公路桥梁动力冲击系数研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    动力学与控制学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    邓露;王维
  • 通讯作者:
    王维
多跨等截面波形钢腹板PC连续箱梁桥竖向弯曲振动频率的计算
  • DOI:
    10.13465/j.cnki.jvs.2016.18.023
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    振动与冲击
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    冀伟;邓露;刘世忠;蔺鹏臻
  • 通讯作者:
    蔺鹏臻

其他文献

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AI技术路线图

邓露的其他基金

基于无人机技术与深度学习算法的桥梁裂缝智能检测方法
  • 批准号:
    52278177
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
考虑结构抗力时变性和动力冲击系数独立随机性的公路桥梁限载研究
  • 批准号:
    51478176
  • 批准年份:
    2014
  • 资助金额:
    80.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于可靠度的适用于既有桥梁承载力评估的动力冲击系数
  • 批准号:
    51208189
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    25.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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