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摘要：在桥梁健康监测系统中，变形是一个极其重要的指标，挠度作为变形的一种描述形式，可以评价桥梁质量及运营状态，反映桥梁的刚度，是桥梁整体变形最明显的反映。本文从桥梁挠度测量领域的申请趋势、区域分布、申请人排序等方面进行分析，对重点技术的发展进行梳理，并对发展趋势进行了预测。
关键词：桥梁；挠度测量
一、概述
桥梁位移测量中主梁的挠度变形是评价桥梁使用功能和安全性的重要指标之一，它直接反映了桥梁结构的竖向整体刚度，从挠度动态数值分析中可以得出荷载的冲击系数和结构内力分布状态，判断桥梁的薄弱部位及结构的整体性，而观察桥梁的动态挠度可以得到桥梁周期性变化的规律，为桥梁的设计提供参考；同时，在桥梁检定、危桥改造和新桥验收等方面都需要准确测量桥梁的静、动态挠度值随着桥梁健康监测研究工作的进行，出现了许多用于位移及挠度测量的方法和仪器，总结起来，挠度测量方法主要有三类：机械式测量方法，如悬丝法、百分表；电测式，如电磁波测距法；光测式及光机电结合测量方法，如CCD光电成像测量法，而采用的测量仪器仪表主要有：百分表、千分表、全站仪、倾角仪、加速度计、水准仪、经纬仪等。
二、桥梁挠度监测的专利整体情况
1、专利申请量趋势
经过检索发现，由于2019年申请的专利申请有相当一部分尚未公开，因此统计数据中2019年专利数据较少。桥梁挠度的测量起源于十九世纪中期，在1990-1999年间，美国，加拿大，芬兰，丹麦等国家开始在桥梁上配置安装了不同形式、不同功能的检测工具和监测设备，尤其是光纤技术在土木工程上的应用，促进了桥梁健康监测的发展，但是专利申请量并不多，进入21世纪，随着桥梁监测系统、计算机、无线通信不断得到发展，申请量逐年增加，尤其是近十年来，桥梁挠度测量领域申请量大幅度上升，这也体现了桥梁挠度监测在桥梁监测中越来越多，越来越重要。
2、不同国家专利申请量分析
在桥梁的挠度测量领域，我们国家的申请量是最多的，此外，除了我们国家之外，专利申请主要集中在美国、韩国、日本、俄罗斯等发达国家，桥梁的挠度测量主要应用在大坝、桥梁、大型建筑物等工程结构的应力测量和健康监测中，因此其申请量也集中在综合实力比较强的几个国家中。
美国是桥梁挠度测量研究最早、技术水平最高的国家，进入21世纪后，随着我国综合国力突飞猛进，各种桥梁，大坝，大型建筑物急剧增多，因此伴随着桥梁检测的需求越来越多，专利申请量在近些年急剧增长。
3、主要申请人
在桥梁挠度测量领域中，国内的申请以大专院校为主，其中长安大学、重庆交通大学、东南大学排名前三位，这也是他们的传统优势学科，两大桥梁龙头企业，中铁大桥股份有限公司，中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司也位居靠前，其他院校包括上海交通大学、北京交通大学以及西安交通大学都是本领域申请量较多的申请人，这也集中体现了专业院校的实力。
三、重点技术发展
目前，国内外挠度的测量方法有很多，根据测量方法是否需要人员操作，主 要分为两大类：全人工测量法和自动测量法。自动测量法又具体包括以下各种方法，其中每种方法都有相应的专利申请，桥梁挠度领域的专利已经包含了目前桥梁挠度的测量技术。
1、倾角仪测量法
CN101915650 A公开了一种基于无线倾角的桥梁结构挠度测量系统与方法，其特征是测量系统由两个无线倾角传感器、一个无线数据单元通过串口与PC机相连共同组成，其中由基于MEMS技术的倾角单元、倾角采集单元、无线收发单元以及能源模块共同组成。在考虑桥梁结构自重和外部载荷共同作用下，构建桥梁挠度曲线公式，对挠度公式求导得到倾角公式，再根据实际测量倾角计算得到上述公式的未知参数，进而获得挠度值。
2、CCD光电成像测量法
CN102519383 A公开了一种桥梁动态挠度光斑成像测量装置和方法，通过在待测结构挠度测点处设置蓝色LED灯，经滤光及中长焦镜头后由CCD光电耦合处理，将待测结构挠度测点的光信号转化为图像信号传输给计算机，由计算机计算出LED灯对应光斑在接收屏上的位置值，进而推算出待测结构挠度测点的位置值，实现桥梁检测及健康监测过程中的桥梁动态挠度测量。CN108387184 A 公开了一种桥梁挠度的测量方法，先通过固定在桥梁挠度监测点上的光学测量装置每个隔3 5s抓取一张远处的包含与光学测量装置保持垂直关系的监测目标的背景图片，通过图像处理算法来得到远处建筑的位移数据，此位移数据即桥梁挠度的测量数据。
3、激光测量法
CN107560810 A 公开了一种多方位高精度的桥梁挠度测量装置，包括装置本体，所述装置本体的顶部套设有防护罩，且装置本体的底部通过紧固螺柱连接有支撑底座，所述支撑底座的底部四个拐角处均焊接有支脚，所述支杆的中心处套设有套管。本发明中，该带有水平旋转机构的桥梁挠度测量装置，首先，在其装置本体上设置了由支杆和电机组成的水平旋转机构，可以通过点击的转动，带动激光发射器转动，只需控制电机以半圈转动即可，这样便可将激光发射器发射出的激光投射到两侧的接收板上，在使用前，先在水平位置找到接收板上的基准点，再在桥梁上进行测量，便可测得激光光束的线位移，从而便可确定该桥梁的挠度。
4、加速度法
CN107883915 A公开了一种桥梁动挠度检测方法，包括采用加速度传感器检测到桥梁上的测点的加速度测量值，以及采用应变传感器检测到桥梁上的纵向方向的应变值；根据加速度测量值和应变值处理得到初始速度值以及桥梁的加速度漂移误差系数；根据加速度测量值、初始速度值和加速度漂移误差系数，处理得到桥梁的动挠度；装置包括加速度传感器、应变传感器、控制单元、第一处理单元和第二处理单元，其结构简单，能够有效地解决现有技术当中无法确定起始时刻和测点在挠度方向的速度的问题，并且排除加速度存在的时序漂移所带来的误差，提高桥梁动挠度测量精度，降低桥梁动挠度检测复杂度。
5、分布式应变测量法
CN102539093 A公开了一种用于桥梁变形监测的挠度传感器及挠度测量方法。所述的挠度传感器由测量板、反射栅和支承臂组成，测量板固定在桥梁的测点上，反射栅固定在支承臂上，支承臂两端固定设置于测量板相邻的两个测点。所述的挠度测量方法根据所述挠度传感器：挠度传感器设置于两个水平的测量线上，在同一水平测量线上的传感器首尾相接，两个水平测量线上的传感器在水平位置上错开一个测点间距。其精度高、速度快、非接触、低功耗、小体积、无线设计，能够用于各种公路、铁路桥梁变形的垂直挠度、水平挠度的测量。
四、专利趋势预测
基于上述对国内桥梁挠度测量技术领域的专利分析可以看出，近年来，桥梁挠度测量技术在桥梁健康监测中的作用和重要性迅速提高，同时对高精度和时效性的要求也越来越高。最近几年国内有关桥梁挠度测量技术的专利申请量较为稳定，技术发展方向也主要集中在以下几个方面，高精度的测量方法以及无线通信、自动化是桥梁挠度测量技术研究的重点和难点。预测之后的专利申请主要在下述两个方面展开：
（1）高精度，目前桥梁测量的精度还有待提高，随着计算机技术、传感器技术以及各种测量设备如全站仪的精度越来越高，桥梁挠度的计算、测量，都有待提高精度。
（2）时效性方面，桥梁挠度的测量时效性是非常重要的，其中现在桥梁监测从人工监测向智能监测方向发展，缩短了监测时间，提高了效率，随着无线通信、5g以及人工智能等技术的发展，桥梁挠度测量急需改进。