CN101694578A - 基于软总线平台的桥梁监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于控制技术领域，涉及基于软总线平台的桥梁监测系统，解决现有技术结构不合理等技术问题。远程监测中心和至少一个桥梁现场监测子系统，每个桥梁现场监测子系统分别包括本地控制计算机和联接在本地控制计算机上的信号采集装置，信号采集装置联接在桥梁上且能够采集桥梁的各种物理量数据，远程监测中心通过软总线平台与各个信号采集装置相联接，软总线平台将数据进行转换并使远程监测中心与各信号采集装置实现数据交换。其优点在于：1、实现各个相同或不同桥梁现场监测子系统与远程监测中心数据通讯。2、同一桥梁现场监测子系统的采集仪在智能控制器的控制下并行工作。3、既能实现本地控制和数据采集，也能实现远程控制和数据采集。

Description

基于软总线平台的桥梁监测系统

技术领域

本发明属于控制技术领域，涉及监测系统，尤其是涉及一种基于软总线平台的桥梁监测系统。

背景技术

桥梁在运行期间由于会受到气候、氧化、腐蚀或老化等因素，及长期在恒载或活载的作用下遭受损坏，其强度和刚度会随时间的增加而降低，这不仅影响了安全行车，更会使该桥的使用寿命缩短。因此有必要在现有技术水平的基础上，建立集桥梁结构分析、计算机通信及网络、现代传感器检测、监测技术、桥梁的评估与养护管理为一体的，基于监测、状态评估和桥梁养护管理等方面的健康监测评估系统，用以监测和评估桥梁运行状态，为养护管理提供依据。

为了对每座桥梁实施健康和安全监测，需设置多种传感器对桥梁的位移、应变、振动加速度等多种物理量进行自动采集，然后将采集的数据通过传输系统传送到监测中心进行加工、处理和分析。现有的桥梁监测系统采用的监测方法除了最传统的人工进行数据的测量、记录和处理外，主要还包括以下两种方式：

1利用移动GSM网络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的话音信道建立点对点的数据传输通道，通过监测中心计算机分别控制桥上各采集仪采集数据。其工作过程为：通过监测中心计算机控制与之相连的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与远程GSM数据传输单元相连的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。数据传输的方法基于移动网络的专用信道，费用高，使用不方便。

2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方式，其工作过程为：传感器通过线缆接到采集仪，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目前已建立的桥梁监测系统的主要实施方式，这种方式实际上是采用专用光缆或租用电信公用光缆代替了方式一中的移动GSM网络，使中间的传输网络更可靠、传输速率更高。但其仍是点对点的采集和控制方式，另外采用光网络设备成本高，维护难度大，监测中心相对固定，组建大型监控网络比较困难。

由此可知，按照上述两种监测方式建立桥梁监测系统后，都是采用专用的传输通道，实施点对点的采集和控制。因此，按照这两种监测方式建立的桥梁监测系统都是单一的专用系统，即某监测系统只对某一特定桥梁进行监测，无法组建大型的监控网络。在现实生活中，一个城市或区域交通系统都有多座桥梁、隧道等其他交通设施组成。目前已建立的监测系统都是对每座桥梁、隧道的单一监控，而且基本上每个监测系统都采用了不同的组网设备、监控技术和网络结构，这不仅需要大量的人力、物力，维护管理上也有很大的难度，对监测情况的统计分析和经验交流也非常不利。

为此，人们进行了长期的探索，提出了各种各样的解决方案，例如，近年来，在工程理论上又提出了一种新的桥梁监测方法，这种方法的核心思想是：每个监测点的智能控制单元通过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，再通过路由器连接监测中心计算机。通过这种网络连接方式，监测中心计算机可异步地同时与多个监测点建立数据传输连接，实现多点监测和控制。同时监测中心计算机的数据处理单元采用多线程的方式，实现多任务数据采集和数据处理。为此，有研究者发明了一种桥梁监测系统申请号：200710106918.4，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。它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。

显然，上述方案在桥梁零散分布情况下，若多座桥梁采用相同的组网设备和技术，那么组建新的大型监控网，实现多座桥梁的监测是可行的；否则只能在理论上是可行的。原因是：若采用的多种采集仪的上行物理接口或通信协议不同，则要求采用多种智能控制单元与不同的采集仪进行物理接口适配和通信协议适配；同样，智能控制单元的上行物理接口和通信协议不同，则要求数据传输单元下行具备不同的物理接口和通信协议，而数据传输单元的上行都是统一的接入GPRS或CDMA网络的接口和通信协议。实际当中，需要各种数据传输单元是非常困难的，因此这种情况下这种方式是难以实施的，成本非常高。

由此可见，实现整个城市或区域多个桥梁的松耦合分布式集中监控有利于降低成本，提高监控效率和能力。因此，对其进行研究是十分必要和迫切的。但基于现有各种桥梁监测系统的不同技术接口，直接互联或采用某种硬件设备实现互联，难度很高，代价很大。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种能实现对一个城市或区域多座桥梁的各种不同桥梁现场监测子系统的松耦合分布式集中监控的基于软总线平台的桥梁监测系统。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本基于软总线平台的桥梁监测系统，其特征在于，本监测系统包括能够进行数据处理的远程监测中心和至少一个桥梁现场监测子系统，每个桥梁现场监测子系统分别包括本地控制计算机和联接在本地控制计算机上的信号采集装置，所述的信号采集装置联接在桥梁上且能够采集桥梁的各种物理量数据，所述的远程监测中心通过设置在远程监测中心和本地控制计算机之间的软总线平台与各个信号采集装置相联接，且软总线平台将数据进行转换并使远程监测中心与各信号采集装置实现数据交换。

这里的桥梁现场监测子系统可以是完全相同的结构，采用完全相同的通信协议；也可以是不完全相同，或者完全不同的。由于采用了软总线平台，能够非常方便地实现各个桥梁现场监测子系统与远程监测中心的数据通讯。因此，这里的桥梁现场监测子系统可以是已建的，可以是在建的，也可以规划未建的。显然，本监测系统具有良好的向前兼容性和良好的向后兼容性，为已有资源的利用和后续开发都提供了可能性。本基于软总线平台的桥梁监测系统既能实现本地控制和数据采集，也能实现远程控制和数据采集。软总线平台提供了分布式数据库访问功能，实现了监测数据的分布式存储，保证了监测数据存储访问的高效、可靠和安全性。

在上述的基于软总线平台的桥梁监测系统中，所述的软总线平台包括设置在本地控制计算机上的本地软总线单元和设置在远程监测中心上的远程软总线单元，所述的本地软总线单元与远程监测中心之间通过有线或无线网络实现数据交换，所述的信号采集装置与本地软总线单元通过有线或无线通信方式相联接且实现数据交换。

在上述的基于软总线平台的桥梁监测系统中，所述的本地软总线单元包括软总线内核模块和联接在软总线内核模块上的现场总线接口模块和网络接口，所述的现场总线接口模块与信号采集装置相联接；所述的远程软总线单元包括软总线内核模块和联接在软总线内核模块上的应用接口模块和网络接口，所述的应用接口模块与远程监测中心的数据处理单元相联接；上述本地软总线单元的网络接口与远程软总线单元的网络接口通过有线或无线网络相联接。

在上述的基于软总线平台的桥梁监测系统中，所述的信号采集装置包括至少一个采集仪和智能控制器，在每个采集仪上分别联接有安装在桥梁上的传感器，所述的采集仪与智能控制器相联接且两者分体或合体设置，所述的智能控制器与上述的现场总线接口模块相联接。

传感器用于采集桥梁的物理量数据，采集仪用于采集传感器的数据，智能控制器接收采集仪采集的数据，并发送到本地控制计算机。智能控制器具有耦合器的功能，可用于信号的隔离、分离和混合等操作。鉴于耦合器属现有技术，本文对智能控制器的结构不作赘述。这里的采集仪和智能控制器可以是独立的装置，也可以采用采集仪和智能控制器合体的智能采集仪。

在上述的基于软总线平台的桥梁监测系统中，各个所述的桥梁现场监测子系统中的智能控制器与现场总线接口模块的联接接口和/或通信协议相同或不完全相同或不同。

在上述的基于软总线平台的桥梁监测系统中，各个所述的采集仪与智能控制器的联接接口和/或通信协议相同或不完全相同或不同。

在上述的基于软总线平台的桥梁监测系统中，所述的软总线内核模块包括多线程任务调度单元、消息队列处理单元、硬件接口驱动开发API单元和应用开发API单元。由于设置了硬件接口驱动开发API单元和应用开发API单元，可以所需的驱动，扩容起来非常方便。

在上述的基于软总线平台的桥梁监测系统中，所述的本地控制计算机设有本地数据处理单元，所述的本地数据处理单元与信号采集装置相联接。

在上述的基于软总线平台的桥梁监测系统中，所述的应用接口模块设有能使外部桥梁检测人机操作界面访问软总线平台的访问接口。

在上述的基于软总线平台的桥梁监测系统中，所述的远程监测中心和/或桥梁现场监测子系统上联接有当本地软总线单元和/或远程软总线单元在接收到异常数据时能发出报警信号的报警装置。

与现有的技术相比，本基于软总线平台的桥梁监测系统的优点在于：1、由于采用了软总线平台，能够非常方便地实现各个相同或不同的桥梁现场监测子系统与远程监测中心的数据通讯。2、由于设置了硬件接口驱动开发API单元和应用开发API单元，可以简洁方便地开发或集成所需的驱动或应用，扩容起来非常方便。3、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，组网方便，维护成本低。4、同一桥梁现场监测子系统的采集仪在智能控制器的控制下可以同时并行工作，实现数据采集的高效性。5、既能实现本地控制和数据采集，也能实现远程控制和数据采集，使用方式灵活。6、软总线平台提供了分布式数据库访问功能，实现了监测数据的分布式存储，保证了监测数据存储访问的高效、可靠和安全性。

附图说明

图1是本发明提供的结构框图。

图2是本发明提供的实施例1的结构框图。

图3是本发明提供的实施例2的结构框图。

图中，远程监测中心1、移动远程监测中心1’、远程数据处理单元10、桥梁现场监测子系统2、本地控制计算机21、本地数据处理单元211、信号采集装置22、采集仪221、智能控制器222、传感器223、软总线平台30、远程软总线单元301、本地软总线单元302、软总线内核模块31、现场总线接口模块32、网络接口33、应用接口模块34、访问接口341、报警装置4、互联网络5、本地网络6。

具体实施方式

实施例1：

如图1和2所示，本基于软总线平台的桥梁监测系统包括能够进行数据处理的远程监测中心1和至少一个桥梁现场监测子系统2。远程监测中心1具有远程数据处理单元10。这里的桥梁现场监测子系统2与桥梁一一对应设置，其数量可以根据需要设置，通常包括一个城市或区域多座桥梁上的多个桥梁现场监测子系统2。桥梁现场监测子系统2可以是已建的，可以是在建的，也可以规划未建的。数据的处理包括对接收到得数据进行解析、存储、分析、显示等操作。

每个桥梁现场监测子系统2分别包括本地控制计算机21和联接在本地控制计算机21上的信号采集装置22。信号采集装置22联接在桥梁上且能够采集桥梁的各种物理量数据。更具体地说，信号采集装置22包括至少一个采集仪221和智能控制器222，在每个采集仪221上分别联接有安装在桥梁上的传感器223，采集仪221与智能控制器222相联接。传感器223用于采集桥梁的物理量数据，采集仪221用于采集传感器223的数据，智能控制器222接收采集仪采集的数据，发送到本地控制计算机21。采集仪221和智能控制器222可以是独立的装置，也可以采用采集仪221和智能控制器222合体的智能采集仪。

远程监测中心1通过设置在远程监测中心1和本地控制计算机21之间的软总线平台30与各个信号采集装置22相联接，且软总线平台30将数据进行转换并使远程监测中心1与各信号采集装置22实现数据交换。更具体地说，软总线平台30包括设置在本地控制计算机21上的本地软总线单元302和设置在远程监测中心1上的远程软总线单元301，本地软总线单元302与远程监测中心1之间通过有线或无线网络实现数据交换。这里的软总线内核模块31包括多线程任务调度单元、消息队列处理单元、硬件接口驱动开发API单元和应用开发API单元。

信号采集装置22与本地软总线单元302通过有线或无线通信方式相联接且实现数据交换。其中，本地软总线单元302包括软总线内核31和联接在软总线内核模块31上的现场总线接口模块32和网络接33，现场总线接口模块32与信号采集装置22相联接。远程软总线单元301包括软总线内核模块31和联接在软总线内核模块31上的应用接口模块34和网络接33，应用接口模块34与远程监测中心1的数据处理单元11相联接。本地软总线单元302的网络接口33与远程软总线单元301的网络接口33通过上述的有线或无线网络相联接。即，远程监测中心1并不必然是固定的，只要能通过通讯网络实现数据通讯即可。上述的智能控制器222与上述的现场总线接口模块32相联接。

各个所述的桥梁现场监测子系统2中的智能控制器222与现场总线接口模块32的联接接口和/或通信协议相同或不完全相同或不同。各个所述的采集仪221与智能控制器222的联接接口和/或通信协议相同或不完全相同或不同。

本地控制计算机21还可以设有本地数据处理单元211，本地数据处理单元211与信号采集装置22相联接。数据的处理包括对接收到得数据进行解析、存储、分析、显示等操作。应用接口模块34设有能使外部桥梁检测人机操作界面访问软总线平台30的访问接口341。远程监测中心1和/或桥梁现场监测子系统2上联接有当本地软总线单元302和/或远程软总线单元301在接收到异常数据时能发出报警信号的报警装置4。本实施例中，本地软总线单元302的网络接口33与远程软总线单元301的网络接口33通过互联网实现联接，可以是Internet、移动网络等。

结合附图2做进一步详细说明：

(1)本地控制和采集。

在桥梁现场监测子系统2的本地控制计算机21上设置本地软总线单元302。在本地软总线单元302上根据数据采集需求配置寄存器变量。配置完成后，本地软总线单元302根据每个配置的寄存器变量的属性和I/O执行类型，发出相关的I/O操作消息。本地软总线单元302中与之相连的智能控制器222对应的硬件驱动程序将从消息队列派发过来的I/O操作消息转发给与之相连的智能控制器222。智能控制器222接收到该I/O操作消息后，给与之相连的对应采集仪221发送采集指令，采集仪221根据从智能控制器222接收到的采集指令，对与之相连的传感器223进行采集，并将采集数据发送到与之相连的智能控制器222。智能控制器222将接收到得数据转发到本地控制计算机21的本地软总线单元302对应的硬件驱动程序，硬件驱动程序将接收到的数据放入本地软总线单元302的消息队列或黑板。配置的寄存器变量从消息队列中读取数据。本地控制计算机21的本地数据处理单元211可通过读取寄存器变量的值来获取采集的数据。

(2)远程控制和采集

分别设置远程软总线单元301和本地软总线单元302，将远程监测中心1通过网络接口33接入互联网络5。远程软总线单元301自动工作在客户端模式和服务器模式。工作在客户端模式时，远程软总线单元301可远程访问远端本地控制计算机21上的本地软总线单元302。工作在服务器模式时，远程软总线单元301处于侦听状态，接受其他本地控制计算机21上的本地软总线单元302的访问请求。

在远程软总线单元301上配置寄存器变量，寄存器变量通过网络接口33与本地软总线单元302的寄存器变量建立Socket(网络套接字)连接。要求建立连接的两个寄存器变量的属性除访问接口类型不同外，其他属性完全一致。对应用来说，访问远程软总线单元301上的寄存器变量，与访问本地软总线单元302的对应寄存器变量是完全一样的。建立连接的两个寄存器变量之间的数据传输对应用而言是完全透明的。软总线平台30通过其内部的同步机制保证了数据传输的一致性。

这样，远程监测中心1的远程数据处理单元10就可以通过访问远程软总线单元301的寄存器变量，实现对桥梁现场监测子系统2的本地软总线单元302对应寄存器变量的访问，从而实现对桥梁现场监测子系统2的智能控制器222的访问控制。软总线平台30提供了分布式数据库访问功能，实现了监测数据的分布式存储，保证了监测数据存储访问的高效、可靠和安全性。

具体地，本地软总线单元302的寄存器变量获取与之相连的智能控制器222发送过来的数据后，将该数据通过寄存器变量与远程软总线单元301的对应寄存器变量之间的连接发送给对应寄存器变量。远程数据处理单元10读取远程软总线单元301的寄存器变量的值，再进行进一步的数据处理。远程软总线单元301允许同时建立多个寄存器变量之间的连接，具体连接数量只受远程监测中心1的性能限制。

实施例2：

如图3所示，本实施例中，传感器223通过线缆接到采集仪221，采集仪221采用现场总线连接到智能控制器222，现场总线可以是RS485总线或CAN总线等各种可行总线。智能控制器222的上行接口为标准网络接口，智能控制器222通过该接口直接接入本地网络6，通信协议可以采用ModBus/TCP协议。

本地控制计算机21也通过其标准网络接口接入本地网络6，与智能控制器222处于同一网络之中，可以通过本地网络6相互通信。本地网络6与互联网络5互联互通。再通过互联网络5与远程监测中心1或移动远程监测中心1’建立网络连接。互联网络5可以是Internet，移动网络或其他互联的网络。在本地控制计算机21与远程监测中心1或移动远程监测中心1’之间设置软总线平台30。其余均与实施例1类同，本文不作赘述。

本实施例有两种不同类型的桥梁现场监测子系统2，采用了不同的现场设备和现场总线技术，软总线平台30很好地解决了将两种不同类型的桥梁现场监测子系统2纳入到整个桥梁监测系统当中。同样地，软总线平台30的远程软总线单元301和本地软总线单元302具有的丰富的硬件接口单元，允许更多不同类型的桥梁现场监测子系统2的接入，组成大型的监控网络，实现一个城市或区域的桥梁的监测。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了远程监测中心1、移动远程监测中心1’、远程数据处理单元10、桥梁现场监测子系统2、本地控制计算机21、本地数据处理单元211、信号采集装置22、采集仪221、智能控制器222、传感器223、软总线平台30、远程软总线单元301、本地软总线单元302、软总线内核模块31、现场总线接口模块32、网络接口33、应用接口模块34、访问接口341、报警装置4、互联网络5、本地网络6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种基于软总线平台的桥梁监测系统，其特征在于，本监测系统包括能够进行数据处理的远程监测中心(1)和至少一个桥梁现场监测子系统(2)，每个桥梁现场监测子系统(2)分别包括本地控制计算机(21)和联接在本地控制计算机(21)上的信号采集装置(22)，所述的信号采集装置(22)联接在桥梁上且能够采集桥梁的各种物理量数据，所述的远程监测中心(1)通过设置在远程监测中心(1)和本地控制计算机(21)之间的软总线平台(30)与各个信号采集装置(22)相联接，且软总线平台(30)将数据进行转换并使远程监测中心(1)与各信号采集装置(22)实现数据交换。

2.根据权利要求1所述的基于软总线平台的桥梁监测系统，其特征在于，所述的软总线平台(30)包括设置在本地控制计算机(21)上的本地软总线单元(302)和设置在远程监测中心(1)上的远程软总线单元(301)，所述的本地软总线单元(302)与远程监测中心(1)之间通过有线或无线网络实现数据交换，所述的信号采集装置(22)与本地软总线单元(302)通过有线或无线通信方式相联接且实现数据交换。

3.根据权利要求2所述的基于软总线平台的桥梁监测系统，其特征在于，所述的本地软总线单元(302)包括软总线内核(31)和联接在软总线内核模块(31)上的现场总线接口模块(32)和网络接口(33)，所述的现场总线接口模块(32)与信号采集装置(22)相联接；所述的远程软总线单元(301)包括软总线内核模块(31)和联接在软总线内核模块(31)上的应用接口模块(34)和网络接口(33)，所述的应用接口模块(34)与远程监测中心(1)的数据处理单元(11)相联接；上述本地软总线单元(302)的网络接口(33)与远程软总线单元(301)的网络接口(33)通过有线或无线网络相联接。

4.根据权利要求3所述的基于软总线平台的桥梁监测系统，其特征在于，所述的信号采集装置(22)包括至少一个采集仪(221)和智能控制器(222)，在每个采集仪(221)上分别联接有安装在桥梁上的传感器(223)，所述的采集仪(221)与智能控制器(222)相联接且两者分体或合体设置，所述的智能控制器(222)与上述的现场总线接口模块(32)相联接。

5.根据权利要求4所述的基于软总线平台的桥梁监测系统，其特征在于，各个所述的桥梁现场监测子系统(2)中的智能控制器(222)与现场总线接口模块(32)的联接接口和/或通信协议相同或不完全相同或不同。

6.根据权利要求4所述的基于软总线平台的桥梁监测系统，其特征在于，各个所述的采集仪(221)与智能控制器(222)的联接接口和/或通信协议相同或不完全相同或不同。

7.根据权利要求3或4或5或6所述的基于软总线平台的桥梁监测系统，其特征在于，所述的软总线内核模块(31)包括多线程任务调度单元、消息队列处理单元、硬件接口驱动开发API单元和应用开发API单元。

8.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的基于软总线平台的桥梁监测系统，其特征在于，所述的本地控制计算机(21)设有本地数据处理单元(211)，所述的本地数据处理单元(211)与信号采集装置(22)相联接。

9.根据权利要求3所述的基于软总线平台的桥梁监测系统，其特征在于，所述的应用接口模块(34)设有能使外部桥梁检测人机操作界面访问软总线平台(30)的访问接口(341)。

10.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的基于软总线平台的桥梁监测系统，其特征在于，所述的远程监测中心(1)和/或桥梁现场监测子系统(2)上联接有当本地软总线单元(302)和/或远程软总线单元(301)在接收到异常数据时能发出报警信号的报警装置(4)。

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