(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210363209.9 (22)申请日 2022.04.08 (71)申请人 深圳市城市交通 规划设计 研究中心 股份有限公司 地址 518131 广东省深圳市龙华区民治街 道龙塘社区星河传奇花园三期商厦1 栋C座1210 申请人 深圳市交通科 学研究院有限公司 (72)发明人 周子益　贾磊　郭路　陈振武　 王宇　李梦蝶　王庆栋　安茹　 王耀鑫　钟志鑫　童青峰　陈李沐　 覃金庆　 (74)专利代理 机构 北京隆源天恒知识产权代理 有限公司 1 1473 专利代理师 戴棋钦(51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 17/15(2006.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 基于有限元仿真的桥梁数字孪生模型更新 方法及装置 (57)摘要 本发明公开了一种基于有限元仿真的桥梁 数字孪生模型更新方法及装置， 所述方法包括： 通过桥面车辆视频监控系统和称重系统获取桥 面的车辆荷载分布模型， 将车辆荷载分布模型作 为实时荷载输入桥梁数字孪生模 型， 得到桥梁数 字孪生模型模拟的频率特征值参数； 获取传感器 测得的桥梁在实时交通流荷载下的结构振动响 应参数， 根据结构振动响应参数生成桥梁的实测 频率特征值参数； 构建基于模拟的频率特征值参 数与实测频率特征值参数的差值的目标函数， 根 据目标函数对桥梁数字孪生模型的桥梁整体刚 度进行迭代 修正， 直至目标函数的结果满足预设 的迭代终止条件。 本发明可保证桥梁 数字孪生模 型的准确性， 以及更新的及时性和自动化。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 114444366 A 2022.05.06 CN 114444366 A 1.一种基于有限元仿真的桥梁数字 孪生模型 更新方法， 其特 征在于， 包括： 通过桥面车辆视频监控系统和称重系统获取桥面的车辆荷载分布模型， 将所述车辆荷 载分布模型作为 实时荷载输入桥梁数字孪生模型， 得到所述桥梁数字孪生模型模拟的频率 特征值参数； 获取传感器测得的桥梁在实时交通流荷载下的结构振动响应参数， 根据 所述结构振动 响应参数生成桥梁的实测频率特 征值参数； 构建基于所述模拟的频率特征值参数与 所述实测频率特征值参数的差值的目标函数， 根据所述目标函数对所述桥梁数字孪生模型的桥梁整体刚度进行迭代修正， 直至所述目标 函数的结果满足预设的迭代终止条件。 2.如权利要求1所述的基于有限元仿真的桥梁数字孪生模型更新方法， 其特征在于， 所 述目标函数表示如下： ， 其中， 表示所述目标函数， 是第j阶的所述模拟的频率特征值参数， 是第j阶 的所述实测频率特 征值参数， 为模态阶次。 3.如权利要求1所述的基于有限元仿真的桥梁数字孪生模型更新方法， 其特征在于， 所 述根据所述目标函数对所述桥梁数字孪生模型的桥梁整体刚度进 行迭代修正， 直至所述目 标函数的结果满足预设的迭代终止条件 包括： 根据所述模拟的频率特征值参数与所述实测频率特征值参数计算得到所述目标函数 的结果； 判断所述目标函数的结果是否小于预设容许值； 若是， 将最后一 次迭代对应的桥梁整体刚度作为所述桥梁数字孪生模型最新的桥梁整 体刚度； 若否， 则调整所述桥梁数字孪生模型的桥梁整体刚度， 基于调整后的所述桥梁数字孪 生模型重新计算模拟的频率特征值参数， 重新计算得到所述 目标函数 的结果， 再返回执行 所述判断所述目标函数的结果是否小于预设容许值的步骤。 4.如权利要求3所述的基于有限元仿真的桥梁数字孪生模型更新方法， 其特征在于， 所 述调整所述 桥梁数字 孪生模型的桥梁整体刚度包括： 当本次调整是本轮更新的首次调 整时， 采取预设调整方式调 整所述桥梁数字孪生模型 的桥梁整体刚度， 其中， 所述预设调整方式为增大所述桥梁整体刚度和减小所述桥梁整体 刚度中的一 者； 当本次调整 并非本轮更新的首次调整时， 获取上一 次调整前的桥梁整体刚度 所对应的 目标函数的结果和上一次调整后的桥梁整体刚度所对应的目标函数的结果， 将两个结果进 行对比， 当上一次调整后的桥梁整体刚度所对应的目标函数的结果小于上一次调整前的桥 梁整体刚度所对应的目标函数的结果时， 继续沿用上一次调整的调整方式调整所述桥梁数 字孪生模型的桥梁整体刚度， 当上一次调整后的桥梁整体刚度所对应的目标函数的结果大 于上一次调整 前的桥梁整体刚度所对应的目标函数的结果时， 采用与上一次调整相反的调 整方式调整所述桥梁数字孪生模型 的桥梁整体刚度， 其中， 增大所述桥梁整体刚度和减小权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114444366 A 2所述桥梁整体刚度为相反的调整方式。 5.如权利要求1所述的基于有限元仿真的桥梁数字孪生模型更新方法， 其特征在于， 所 述通过桥面车辆视频监控系统和称重系统获取桥 面的车辆荷载分布模型包括： 通过所述桥面车辆视频监控系统和所述称重系统获取桥面的车辆位置数据、 车辆大小 数据和车辆车速及车速变化数据； 通过所述车速变化数据计算车辆的加速度， 根据所述车辆的加速度， 结合牛顿第二定 律， 获得车辆的纵向作用力； 根据所述车辆位置数据、 所述车辆大小数据和所述车辆的纵向作用力， 得到所述车辆 荷载分布模型。 6.如权利要求5所述的基于有限元仿真的桥梁数字孪生模型更新方法， 其特征在于， 所 述通过所述桥面车辆视频监控系统和所述称重系统获取桥面的车辆位置数据、 车辆大小 数 据和车辆车速及车速变化数据包括： 通过所述桥面车辆视频监控系统获取目标车辆的第一车速， 其中， 所述目标车辆为桥 面上待确定车速的车辆； 获取所述目标 车辆的GP S数据， 根据所述GP S数据确定所述目标 车辆的第二车速； 当所述第一车速与 所述第二车速的差值大于预设差值 时， 将所述第 二车速作为所述目 标车辆的车辆车速 。 7.如权利要求1所述的基于有限元仿真的桥梁数字孪生模型更新方法， 其特征在于， 还 包括： 获取风荷载 数据； 当风荷载大于预设阈值 时， 关闭所述桥梁数字孪生模型的自动修正功能， 其中， 在所述 桥梁数字孪生模型的自动修正功能处于开启状态时， 执行所述通过桥面车辆视频监控系统 和称重系统获取桥面的车辆荷载分布模型， 将所述车辆荷载分布模型作为实时荷载输入桥 梁数字孪生模型， 得到所述桥梁数字孪生模型模拟的频率特征值参数； 获取传感器测得 的 桥梁在实时交通流荷载下的结构振动响应参数， 根据所述结构振动响应参数生成桥梁的实 测频率特征值参数； 构建基于所述模拟的频率特征值参数与所述 实测频率特征值参数的差 值的目标函数， 根据所述目标函数对所述桥梁数字孪生模型的桥梁整体刚度进行迭代修 正， 直至所述目标函数的结果满足预设的迭代终止条件的步骤。 8.如权利要求1所述的基于有限元仿真的桥梁数字孪生模型更新方法， 其特征在于， 所 述构建基于所述模拟的频率特征值参数与所述实测频率特征值参数的差值的目标函数， 根 据所述目标函数对所述桥梁数字孪生模型的桥梁整体刚度进 行迭代修正， 直至所述目标函 数的结果满足预设的迭代终止条件之后， 还 包括： 获取每次修正获得的所述桥梁整体刚度及对应的修正 时刻， 生成所述桥梁整体刚度的 时变趋势数据； 根据所述时变趋势数据， 预测桥梁状态。 9.一种基于有限元仿真的桥梁数字 孪生模型 更新装置， 其特 征在于， 包括： 传感数据对接模块及处理模块， 其用于通过桥面车辆视频监控系统和称重系统获取桥 面的车辆荷载分布模型， 将所述车辆荷载分布模型作为实时荷载输入桥梁数字孪生模型， 得到所述桥梁数字孪生模型模拟的频率特征值参数； 获取传感器测得的桥梁在实时交通流权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114444366 A 3