CN101038487A

CN101038487A - 一种桥梁监测系统

Info

Publication number: CN101038487A
Application number: CNA2007101069184A
Authority: CN
Inventors: 吴国松; 黄自桂; 胡永军; 张乐; 邹永远; 孙明星; 舒亚健; 漆国秋; 郝章喜; 吴明生; 卢勤
Original assignee: CHONGQING GUOTONG CIVIL ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd; Chongqing Jiaotong University
Current assignee: CHONGQING GUOTONG CIVIL ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd; Chongqing Jiaotong University
Priority date: 2007-05-09
Filing date: 2007-05-09
Publication date: 2007-09-19

Abstract

本发明公开一种桥梁监测系统，该系统包括安装在桥梁上的传感器、与所述传感器相连的采集仪、与所述采集仪相连的智能控制单元，以及包括数据收发单元和数据处理单元的监测中心计算机；所述采集仪用于采集与其相连的传感器数据；所述智能控制单元控制所述采集仪采集数据并传送相应数据；所述数据收发单元将接收到的数据发送到数据处理单元；所述数据处理单元，对所述数据收发单元接收到的数据进行具体操作。本发明提供一种桥梁监测系统，用于在桥梁分布零散的情况下组建大型监控网，实现桥梁的监测。

Description

一种桥梁监测系统

技术领域

本发明涉及自动化领域，特别涉及一种桥梁监测系统。

背景技术

现有技术桥梁监测方法主要包括以下三种方式：

一、传统的监测方式。

现有技术中最传统的监测方式是采用人工进行数据的测量、记录和处理。该监测方式测量速度慢，完成桥梁结构的一次采集数据耗时较长，难以保证各测点数据工作状态的一致性。例如8:00与10:00测的数据由于温度的影响造成桥梁结构工作状态不一致，再加上测点位置的不同，在处理时就较难消除温度的影响，数据的处理就变成比较复杂。而且数据在测量、记录、处理过程中难免引入人为的误差甚至错误。由于桥梁地域分散，多处偏远地区，多为高空作业，桥梁施工和运营期间人工测量数据工作难度大。

二、利用移动的GSM(泛欧数字蜂窝移动通信系统)建立连接的桥梁监测方式。

采用GSM连接的桥梁监测方式是利用GSM的电路交换的话音业务建立点对点的数据建立连接，通过数据中心计算机分别控制桥上各采集仪采集数据。

采用GSM连接的桥梁监测技术实施方式为：传感器通过电缆线接到采集仪，采集仪采用现场RS485总线连接到电平转换单元上，电平转换单元采用RS232接口连接到现场GSM数据传输单元；现场GSM数据传输单元通过GSM网络与监测中心GSM数据传输单元建立连接，监测中心GSM数据传输单元通过RS232接口连接到监测中心计算机连接。其工作过程为：通过监测中心控制与之相连的GSM数据传输单元主动呼叫远程GSM数据传输单元建立连接，随后监测中心计算机直接控制其中一台采集仪采集数据，待其采集完毕后再控制另一台采集仪。

此种方法，数据中心同一套设备在同一时间只能采集一座桥梁或一个采集仪相连接的传感器数据。而且对总线上的设备控制也是点对点的控制方式，故数据采集的速度慢、操作繁琐。数据传输方法是基于移动通信2.0G技术，数据中心计算机必须配备专用的数据传输模块和移动电话卡，使用极不方便。数据传输速度慢、费用高、建立大型监控网比较困难。

三、利用光缆建立连接的桥梁监测方式。

利用光缆建立连接的桥梁监测技术实施方式的工作过程为：传感器通过电缆线接到采集仪，采集仪采用现场RS485总线连接到控制终端机上。控制终端机连接到光电转换器接入远程光缆网络。再通过监测中心光电转换器与监测中心计算机建立远程连接，实现桥梁的监测。

利用光缆建立连接的桥梁监测方式是利用专用光缆或租用电信公用光缆建立数据连接，监测中心计算机控制采集设备完成数据采集或通过设置控制终端机实现数据的自动采集。此种方法的缺点是成本高、维护难度大、监测中心比较固定，组建大型监控网比较困难。

因此，如何在桥梁分布零散的情况下组建大型监控网，实现桥梁的监测，是目前需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种桥梁监测系统，用于在桥梁分布零散的情况下组建大型监控网，实现桥梁的监测。

具体说，本发明提供一种桥梁监测系统，该系统包括安装在桥梁上的传感器、与所述传感器相连的采集仪、与所述采集仪相连的智能控制单元，以及包括数据收发单元和数据处理单元的监测中心计算机；

所述采集仪用于采集与其相连传感器的数据；

所述智能控制单元接收所述采集仪采集的数据，发送到所述监测中心计算机的数据收发单元；

所述数据收发单元将接收到的数据发送到数据处理单元；

所述数据处理单元，对所述数据收发单元接收到的数据进行具体操作。

优选地，所述数据的处理包括对接收到的数据进行解析、存储、分析、显示。

优选地，所述数据收发单元包括主线程单元和线程池单元；

所述线程池单元包括执行具体操作的辅线程子单元；

所述主线程单元控制调用相应具体操作对应的辅线程子单元；所述辅线程子单元执行对应的具体操作，将执行结果存储到所述监测中心计算机中，并将执行完毕的反馈信息发送到所述主线程单元。

优选地，所述智能控制单元通过DTU数据传输单元和通信基站接入GPRS或者CDMA网络，连接到因特网，再通过路由器连接所述监测中心计算机。

优选地，所述智能控制单元直接控制所述采集仪采集所述传感器的数据。

优选地，所述传感器为多数个，连接在一个或者多数个采集仪上。

优选地，所述采集仪具有多数个通道，每个所述通道采集与之相连的传感器的数据。

优选地，所述智能控制单元为一个或多个，根据所述监测中心计算机的控制信息控制所述采集仪。

优选地，所述采集仪根据所述智能控制单元接收到的所述监测中心计算机发送的控制信息进行数据采集。

优选地，所述系统进一步包括备份计算机；所述监测中心计算机将处理后的数据备份存储在所述备份计算机中。

优选地，所述监测中心计算机当接收到异常数据时，发送报警信号、信息。

本发明实施例所述桥梁监测系统，包括安装在桥梁上的传感器、与所述传感器相连的采集仪、与所述采集仪相连的智能控制单元，以及包括数据收发单元和数据处理单元的监测中心计算机。所述采集仪用于采集与其相连的传感器数据；所述智能控制单元控制所述采集仪采集数据并传送相应数据；所述数据收发单元将接收到的数据发送到数据处理单元；所述数据处理单元根据数据收发单元接收到的数据执行具体的数据处理操作。监测中心计算机是通过网络设备与所述智能控制单元相通信的，而且所述监测中心计算机不必固定，只要能与所述智能控制单元相通信即可。

进一步，采集仪的控制采用分级控制模式，即监测中心计算机控制智能控制单元，智能控制单元控制各采集仪。同一总线上的采集仪在智能控制单元的控制下可以同时并行的工作，能够实现数据采集的快速性。

进一步，本系统充分利用了公共通信网络，组建监控网除了必要的采集设备不需增加其它专用设备，降低了成本，系统设备的安装更为简单方便，组网方便；维护成本低。而且监测中心计算机的建立地点具有很大的灵活性。

附图说明

图1为本发明所述系统第一种实施方式结构图；

图2为本发明所述系统第二种实施方式结构图；

图3为本发明所述系统第三种实施方式结构关系图；

图4为本发明所述监测中心计算机的数据处理流程图。

图中：1、监测中心计算机，101、数据收发单元，102、数据处理单元，1011、主线程单元，1012、线程池单元，2、网络设备，3、路由器，4、移动监测终端计算机，5、Internet，6、通信基站，7、DTU(数据传输单元)，8、智能控制单元，9、采集仪，10、传感器，11、监测中心备份计算机，12、GPRS/CDMA网络。

具体实施方式

本发明提供一种桥梁监测系统，用于在桥梁分布零散的情况下组建大型监控网，实现桥梁的监测。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

参见图1，该图为本发明所述系统第一种实施方式结构图。

本发明所述桥梁监测系统第一种实施方式，包括安装在桥梁上的传感器10、与所述传感器10相连的采集仪9、与所述采集仪9相连的智能控制单元8，以及包括数据收发单元101和数据处理单元102的监测中心计算机1。

所述采集仪9用于采集与其相连的传感器10数据。

所述智能控制单元8控制所述采集仪9采集数据并接收相应数据，发送到所述监测中心计算机1的数据收发单元101。

所述数据收发单元101将接收到的数据，发送到数据处理单元102，数据处理单元102对接收到的数据进行处理并将结果发送或存储到所述监测中心计算机1中。该处理结果可以通过所述监测中心计算机1显示。

数据处理单元102，对所述数据收发单元101接收到的数据进行解析、存储、分析、显示等操作，并把处理结果存储到所述监测中心计算机1中。

所述数据的处理包括对接收到的数据进行解析、存储、分析、显示等操作。

本发明实施例所述桥梁监测系统，包括安装在桥梁上的传感器10、与所述传感器10相连的采集仪9、与所述采集仪9相连的智能控制单元8，以及包括数据收发单元101和数据处理单元102的监测中心计算机1。所述数据处理单元102根据数据收发单元101接收到的数据执行具体的数据处理操作。监测中心计算机1是通过网络设备2与所述智能控制单元8相通信的，而且所述监测中心计算机1不必固定，只要能与所述智能控制单元8相通信即可。

参见图2，该图为本发明所述系统第二种实施方式结构图。

本发明所述系统第二种实施方式相对于第一种实施方式，所述数据收发单元101，进一步可以包括主线程单元1011和线程池单元1012。

所述线程池单元1012包括执行具体操作的辅线程子单元。

所述主线程单元1011控制调用相应具体操作对应的辅线程子单元，所述辅线程子单元调用数据处理单元102中对应的具体操作的子单元，将执行结果存储到所述监测中心计算机1中，并将执行完毕的反馈信息发送到所述主线程单元1011。

本发明所述数据处理单元102进一步可以包括数据解析子单元、数据存储子单元、数据分析子单元、数据显示子单元。(图2中未示出)。

所述辅线程子单元可以包括接收辅线程、发送辅线程、解析辅线程、存储辅线程、分析辅线程、显示辅线程等对应具体操作的辅线程。所述接收辅线程在所述主线程单元1011调用下，接收发送到所述监测中心计算机1的数据。

所述发送辅线程在所述主线程单元1011调用下，发送控制命令到所述智能控制单元8。

所述解析辅线程对应于所述数据处理单元102的数据解析子单元，当所述主线程单元1011控制调用所述解析辅线程时，所述解析辅线程调用数据解析子单元，由数据解析子单元执行具体的数据解析操作。

所述存储辅线程对应于所述数据处理单元102的数据存储子单元，当所述主线程单元1011控制调用所述存储辅线程时，所述存储辅线程调用数据存储子单元，由数据存储子单元执行具体的数据存储操作。

所述分析辅线程对应于所述数据处理单元102的数据分析子单元，当所述主线程单元1011控制调用所述分析辅线程时，所述分析辅线程调用数据分析子单元，由数据分析子单元执行具体的数据分析操作。

所述显示辅线程对应于所述数据处理单元102的数据显示子单元，当所述主线程单元1011控制调用所述显示辅线程时，所述显示辅线程调用数据显示子单元，由数据显示子单元执行具体的数据显示操作。

所述线程池单元1012还可以包括用于身份合法验证的身份验证子线程。

所述主线程单元1011在调用所述线程池单元1012中每个具体辅线程之前，可以首先调用身份验证子线程。

数据收发单元101在进行通讯前首先要建立连接，建立连接时需要进行身份验证。只有当验证身份合法后才准许连接，否则不能建立连接；从而保证通讯的安全性。

所述监测中心计算机1还可以包括用户管理单元，用于验证用户的合法身份，并可以根据实际需要增加新的合法用户。

下面以接收所述智能控制单元8发送的数据为例，具体说明监测中心计算机1的工作过程。

监测中心计算机1监听网络端口，当收到一个或多个数据传输单元7的连接请求时，所述监测中心计算机1建立一个或多个Socket(网络套接字)连接。通过同时建立一个或多个连接，以便实现同时对一个或多个桥梁的监控。

监测中心计算机1监听数据收发单元101的接收状态，当监测中心计算机1监听到有数据到达时，通知主线程单元1011。所述监听过程还可以通过监听辅线程实现。

主线程单元1011启动线程池单元1012，调用接收辅线程，执行具体的接收过程。

然后对接收到的数据进行数据校验后，可以存储到存储区，在将执行结果反馈给主线程单元1011。

所述数据收发单元101包括线程池单元1012，使监测中心计算机1的同一套设备能够同时对多座桥梁进行实时监测，提高了资源的利用率，降低了建立数据中心的成本。同时检测多个桥梁主要是通过建立多个连接来实现的。通过线程池单元才能使整个系统更好的工作。实现本发明所述系统实施例建立多个连接是充分条件，包括多线程即线程池单元是必要条件。

所述数据收发单元101可以只包括主线程单元和监听线程单元；所述数据处理单元102中包括线程池单元。

同样包括在所述数据处理单元102中的线程池单元也可以包括执行具体操作的多个辅线程子单元。

所述主线程单元用于控制调用数据处理单元102中相应具体操作对应的辅线程子单元；所述辅线程子单元执行对应的具体操作，将执行结果存储到所述监测中心计算机中，并将执行完毕的反馈信息发送到所述主线程单元。

所述辅线程子单元可以包括接收辅线程、发送辅线程、解析辅线程、存储辅线程、分析辅线程、显示辅线程等对应具体操作的辅线程。具体工作过程可以参见上文所述。

当然，所述数据收发单元还可以只包括监听线程单元，数据处理单元102包括主线程单元和线程池单元。

当所述监听线程单元监听到有数据发送到所述监测中心计算机1时，通知所述数据处理单元102中的主线程单元。然后所述主线程单元再调用所述线程池单元中的接收线程。由于监听线程单元的存在，可以保证监测中心计算机1能够实时接收路由器3或网络设备2发送的数据或消息。

优选实施方式，本发明所述系统还可以包括数据库管理单元，数据库管理单元用于存储用户管理数据、处理后数据等监测数据。为用户使用监测数据提供了方便。

线程池不是简单的多线程。在一个程序中，并不是线程越多响应越快。基本上代码结构合理，线程数目和CPU个数相等就可以。如果有支持超线程的CPU，则应相应增加线程。

多线程技术主要解决处理器单元内多个线程执行的问题，它可以显著减少处理器单元的闲置时间，增加处理器单元的吞吐能力。但如果对多线程应用不当，会增加对单个任务的处理时间。

对于一般的应用，考虑到需要及时的响应用户界面，可以把交互和调度等工作放在主线程单元里面，此线程占用CPU开销极小，可以忽略。另开的任务线程数目则最好符合上面的原则。

优选方式，调度程序在所有工作线程都繁忙时候再创建新线程，达到限定数目后不再创建新线程，转而把任务加入待处理队列。

任务线程设计成一个循环，除非主线程单元通知，否则永不中止。每一次循环首先检查任务队列，如果发现有待处理任务，则处理，并标记此任务为“正在处理”。处理完成后从队列中删除此任务。

线程池单元包括：

线程池管理器(Thread Pool Manager)：用于创建并管理线程池。

辅线程子单元即工作线程单元(Work Thread)：线程池单元中的辅线程。

任务接口(Task)：每个任务必须实现的接口，以供工作线程调度任务的执行。

任务队列：用于存放没有处理的任务。

本发明第一种实施方式所述智能控制单元可以通过DTU和通信基站接入GPRS或者CDMA网络，连接到因特网，再通过路由器连接所述监测中心计算机。

这样组建监控网，除了必要的采集仪等设备就不需增加其它设备，降低成本。采集仪等设备的安装简单方便，并且监控网组网方便，而且监测中心计算机的建立地点具有很大的灵活性。

当然，所述传感器10可以为多数个，连接在一个或者多数个采集仪上。

所述采集仪9具有多数个通道，且每个通道对应采集与之相连的一个传感器10的数据。

所述智能控制单元8可以为一个或多个，根据所述监测中心计算机1的控制信息通过所述智能控制单元8控制所述采集仪9。

所述智能控制单元8可以自动控制采集仪9采集所述传感器10数据，也可以根据所述智能控制单元8接收到的所述监测中心计算机1发送的控制信息进行数据采集。

这样，所述采集仪9的控制就是采用了分级控制模式。即监测中心计算机1控制智能控制单元8，智能控制单元8控制各采集仪9。同一总线上的采集仪9在智能控制单元8的控制下可以同时并行的工作，实现了快速采集数据。

同时，所述智能控制单元可以通过DTU 7和通信基站接入GPRS或者CDMA网络，连接到因特网，再通过有线或者无线网络连接到所述监测中心计算机1或者移动终端计算机4。

所述系统进一步包括备份计算机；所述监测中心计算机或者移动终端计算机将处理后的数据备份存储在所述备份计算机中。

所述监测中心计算机或者移动终端计算机当接收到异常数据时，可以发送报警信号。

参见图3，该图为本发明所述系统第三种实施方式结构关系图。

下面结合图3具体说明本发明所述系统第三种实施方式的工作过程。

传感器10通过电缆线接到采集仪9，采集仪9采用现场总线可以是RS485总线或CAN总线，连接到智能控制单元8上。智能控制单元8可以采用RS232接口连接到DTU 7。DTU 7可以通过通信基站6进入GPRS或CDMA网络12接入Internet 5。再通过路由器3与监测中心计算机1，或者通过无线网络与移动终端计算机4建立socket网络连接，实现桥梁的监测。

监测中心计算机1或移动终端计算机4的控制命令通过Internet 5、DTU 7发送到智能控制单元8，智能控制单元8解析命令控制各采集仪9同时工作。采集仪9完成数据采集操作后，回传数据给智能控制单元8，智能控制单元8将所需数据打包发送回监测中心计算机1或移动终端计算机4。监测中心计算机1或移动终端计算机4在接收到数据后，对数据进行解析、存储、分析、显示等操作。

当数据出现异常时，监测中心计算机1或移动终端计算机4产生报警信息，并将处理后的数据备份到监测中心备份计算机11。

智能控制单元8的控制参数，可以通过监测中心计算机1或移动终端计算机4设置。从而实现智能控制单元8的定时自动测量。当采集仪9测量完成后将数据回传到监测中心计算机1或移动终端计算机4，并将测量数据存储到智能控制单元8的存储器中，这样就可以避免因网络不通而造成数据丢失。

智能控制单元8在工作时会根据现场采集设备出现的问题，比如电压异常，传感器异常，总线异常等，发送各类报错或报警信息。当连接不到监测中心计算机1或移动监控终端计算机4时，还可以根据智能控制单元8存储器中存储的管理者手机等终端发送短信报警信息。

参见图4，该图为本发明所述监测中心计算机的数据处理流程图。

S10、启动线程池。

S20、确定有需要执行辅线程。然后执行步骤S30。

S30、判断线程池队列是否已满，若是执行步骤S40；否则执行步骤S50。

线程池队列的最大极限是预先设定的，可以根据实际需要设定不同的数量。

S40、动态分配线程池队列空间，然后执行步骤S50。

动态分配线程池队列空间是指预先分配给每个辅线程一定数量的队列空间，当然这个队列空间远小于上述线程池队列的最大极限。当线程池队列数量大于上述设定的队列空间时，动态分配给该辅线程预定数量的队列空间。该预定数量可以等于上述第一次分配的队列空间数量，也可以大于或者小于上述第一次分配的队列空间数量。具体的预定数量可以根据实际需要进行设定。

当然线程池队列的最大极限的设定都是可以满足动态分配线程池队列空间的需求的。

即使当动态分配线程池队列空间后的队列空间等于线程池队列的最大极限时，也是可以等待线程池中先进先出的线程执行后，再排队进入线程池。

S50、将要执行的一个或多个辅线程的地址放入线程池队列。

线程池队列中只是记录需要执行的辅线程的地址，这样可以节约空间。

S60、线程池通过该辅线程地址完成数据处理单元的调用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1、一种桥梁监测系统，其特征在于，该系统包括安装在桥梁上的传感器、与所述传感器相连的采集仪、与所述采集仪相连的智能控制单元，以及包括数据收发单元和数据处理单元的监测中心计算机；

所述采集仪用于采集与其相连传感器的数据；

所述数据收发单元将接收到的数据发送到数据处理单元；

2、根据权利要求1所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述数据的处理包括对接收到的数据进行解析、存储、分析、显示。

3、根据权利要求2所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述数据收发单元包括主线程单元和线程池单元；

所述线程池单元包括执行具体操作的辅线程子单元；

4、根据权利要求1或3所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述智能控制单元通过DTU数据传输单元和通信基站接入GPRS或者CDMA网络，连接到因特网，再通过路由器连接所述监测中心计算机。

5、根据权利要求4所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述智能控制单元直接控制所述采集仪采集所述传感器的数据。

6、根据权利要求1所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述传感器为多数个，连接在一个或者多数个采集仪上。

7、根据权利要求6所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述采集仪具有多数个通道，每个所述通道采集与之相连的传感器的数据。

8、根据权利要求1所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述智能控制单元为一个或多个，根据所述监测中心计算机的控制信息控制所述采集仪。

9、根据权利要求1或2所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述采集仪根据所述智能控制单元接收到的所述监测中心计算机发送的控制信息进行数据采集。

10、根据权利要求9所述的桥梁监测系统，其特征在于，所述系统进一步包括备份计算机；所述监测中心计算机将处理后的数据备份存储在所述备份计算机中；所述监测中心计算机当接收到异常数据时，发送报警信号、信息。