CN101916507B - 桥梁健康监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桥梁健康监测系统，包括：传感器，用于采集桥梁各部分结构的数据；子工作站，用于对传感器采集到的数据进行预处理；服务器，用于接收子工作站发送来的数据并存储至数据库；客户端，用于对数据库中的数据进行处理、分析和显示；传感器与子工作站相连，子工作站通过局域网络与服务器连接，服务器通过因特网与客户端连接；子工作站对传感器采集到的数据进行预处理，并将处理后的数据传输给服务器，服务器接收数据并经过处理后将数据存储至数据库，客户端对数据库中的数据进行处理、分析和显示，以实现客户端对各桥梁健康状况的远程实时监测。本发明的客户端能够对分散的各桥梁健康状况进行远程实时监测，可建立大型监控网；客户端可以灵活设置，为桥梁实时监测提供了便利。

Description

桥梁健康监测系统

技术领域

本发明涉及桥梁工程自动化技术领域，特别是涉及一种桥梁健康监测系统，可对大型桥梁的工作环境、结构状态以及桥梁在车载等各类外部荷载因素作用下的响应进行远程实时监测，并对整个大桥的健康状况进行智能化评估。

背景技术

随着桥梁在交通运输中日益占据重要地位，桥梁设计理论和施工技术的不断进步使得桥梁跨度不断有新的突破，结构形式也日趋复杂。

然而，目前中、老龄桥梁在国内陆路交通网络中占相当的比重，随着桥龄的增长，由于环境、气候等自然因素的作用，还有日益增加的交通量及重车、超重车过桥数量的不断增加和人为事故等因素，不少桥梁已出现严重的功能退化，因此，必须对桥梁健康实施监测，进行必要的维修养护，以防止桥梁垮塌等灾害的发生。

现有的桥梁监测方式包括以下几种：(1)人工监测方式，即人工对桥梁健康状况的各种数据进行测量、记录和处理，该种方式的缺陷在于：完成一次数据采集的耗时较长，难以保证各观测点数据工作状态的一致性，而且在数据测量、记录、处理的过程中难免引入人为误差，再者，由于桥梁分布的地域性，也造成了人工监测的难度较大。另外，在监测时，一般是采用现代光学、超声波、电磁等技术检测工具，对大型结构进行力学性能和工作性能检测的工作，其只能提供结构局部的检测和诊断信息，而不能提供整体和全面的全桥结构健康检测和评估信息；(2)采用全球移动通信系统建立连接的桥梁监测方式，其是利用GSM的电路交换的话音业务建立点对点的数据连接，通过数据中心计算机分别控制桥上各采集仪采集数据，其缺陷是：数据采集的速度慢、操作繁琐；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，使用极为不便；数据传输速度慢、费用高、建立大型监控网比较困难；(3)采用光缆建立连接的桥梁监测方式，它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，该方式的缺点在于：成本高、维护难度大、监测中心较为固定，组建大型监控网比较困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种桥梁健康监测系统，可建立大型监控网，对分散的各桥梁的健康状况进行远程全面监控，对桥梁的工作环境、桥梁的结构状态、桥梁在车载等各类外部荷载因素作用下的响应进行实时监测，并可以及时掌握桥梁的结构状态，全面了解桥梁的运营条件及质量退化状况，为桥梁的运营管理、养护维修、可靠性评估以及科学研究提供依据。

本发明的目的通过以下的技术措施来实现：一种桥梁健康监测系统，其特征在于包括：

传感器，用于采集桥梁各部分结构的数据；

子工作站，用于对传感器采集到的数据进行预处理；

服务器，用于接收子工作站发送来的数据并存储至数据库；

客户端，用于对数据库中的数据进行处理、分析和显示；

所述传感器与子工作站相连，所述子工作站通过局域网络与所述服务器连接，所述服务器通过因特网与所述客户端连接；所述子工作站对传感器采集到的数据进行预处理，并将处理后的数据传输给服务器，所述服务器接收子工作站发送来的数据并经过处理后将数据存储至数据库，所述客户端对数据库中的数据进行处理、分析和显示，以实现客户端对各桥梁健康状况的远程实时监测。

本发明的传感器可采集桥梁各部分结构的数据，通过中间环节对数据的处理和传输，客户端能够对分散的各桥梁健康状况进行远程实时监测，因此，可建立大型监控网；同时，客户端可以灵活设置，为桥梁实时监测提供了便利。

本发明中的传感器可以采用现有传感器，如模拟传感器、数字传感器、光纤传感器等，传感器用于采集桥梁各部分结构的温度、应变、位移、风速、风向、加速度、车辆荷载、吊杆/斜拉索拉力、主缆拉力等数据。

本发明所述传感器分为多组，每组包括多个传感器，每组传感器与一个子工作站连接，多个客户端通过服务器与各子工作站连接。

作为本发明的一种实施方式，所述服务器包括设置在监控室的控制服务器、与所述控制服务器相连的数据库服务器，所述控制服务器将从子工作站接收到的数据存储至所述数据库服务器上；所述的子工作站和控制服务器中均配置有主线程和线程池单元，所述线程池单元包括多个执行具体操作的线程，所述主线程启动线程，所述线程执行相应的具体操作。

本发明所述子工作站的线程池单元包括数据采集线程和实时数据传输线程，所述数据采集线程接收传感器采集到的数据并保存至缓冲区中，缓冲区中的数据达到一定数量时，数据采集线程激活实时数据传输线程将实时数据发送给控制服务器。

本发明中的数据采集线程包括模拟数据采集线程、串口数据采集线程、索力数据采集线程、经纬仪数据采集线程，它们按照一定频率分别接收相应传感器采集到的数据并保存至对应的缓冲区中。

作为本发明的一种实施方式，所述实时数据传输线程传输实时数据的过程是：若子工作站与控制服务器之间保持连接，实时数据传输线程将实时数据发送给控制服务器；若子工作站与控制服务器断开连接，实时数据传输线程将数据保存到本地的存档数据文件。

本发明所述子工作站的线程池单元还包括存档数据传输线程，所述存档数据传输线程不断测试子工作站与控制服务器之间的连接是否恢复，若连接恢复，存档数据传输线程将所述存档数据文件发送到控制服务器。

本发明所述控制服务器的线程池单元包括实时数据通讯线程、存档数据通讯线程及数据处理线程，所述实时数据通讯线程接收实时数据传输线程发送来的实时数据并进行处理；所述存档数据通讯线程接收存档数据传输线程发送来的存档数据并进行处理；所述数据处理线程从用户设定的输入通道中取得原始数据，通过计算后得到的处理后通道数据，并将该数据放于数据库中。

本发明所述子工作站的线程池单元还包括命令处理线程和命令分派线程，所述控制服务器的线程池单元还包括命令通讯线程，所述控制服务器的命令通讯线程根据管理员的操作向子工作站或者客户端发送命令，所述命令处理线程接收来自控制服务器的命令并启动命令分派线程，所述命令分派线程接收该命令并进行分派处理；所述子工作站的线程池单元还包括守护线程，所述守护线程监视子工作站的运行，若子工作站在一定时限内未收发数据，则守护线程重新启动子工作站。

本发明所述控制服务器的线程池单元还包括评估线程，所述评估线程利用所有通道的实时数据，根据用户定义的评估权重树，对桥梁的健康状况进行智能化评估。

作为本发明的一种实施方式，所述客户端在启动后，命令处理线程自动运行，处理从控制服务器发送来的实时命令，客户端采用菜单的操作方式，用户通过选择某个菜单进入到相应的功能模块，主窗口中主要有四个主菜单：设置、工具、数据和查看。

本发明所述设置包括初始化向导、子工作站设置、数据显示设置、用户管理和数据备份；所述工具包括个性化图表、虚拟通道、网络状态监视器及上载图片；所述数据包括查询数据、报警记录和事件记录；所述查看包括系统状态、图表菜单、通道列表及结构浏览器。

与现有技术相比，本发明具有如下显著的效果：

(1)本发明由传感器、子工作站、服务器及客户端组成，传感器可为多组，能够对桥梁的各数据分别进行采集，客户端可对分散的各桥梁健康状况进行远程实时、全面监测，全面了解桥梁的运营条件及质量退化状况，为桥梁的运营管理、养护维修、可靠性评估以及科学研究提供依据。

(2)本发明利用了现代化的传感技术、检测技术、计算机技术及现代网络通讯通信技术等，自动化程度高，节省了大量的人力财力；系统设备安装简单方便，监测操作简单。

(3)客户端通过因特网对服务器上的数据进行查看，客户端可灵活设置。

(4)本发明通过网络建立各系统设备之间的连接，只需将每组传感器安装在需要监测的桥梁上，即可实现对该桥梁的实时监测管理，因此可以组建大型的监控网。

(5)本发明的系统设备上安装的软件系统采用了windows下的多线程技术、网络编程技术和数据库技术，管理者可通过逻辑结构直接定位到桥梁上发生故障的位置，以提高效率；软件系统具有安装简单、界面友好、实时动态显示监测结果、多级预警、系统可扩展和容错的优点。

(6)本发明服务器上的评估线程可根据采集到的实时数据对桥梁的健康状况进行实时、客观的智能化评估。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是本发明的拓扑结构示意图；

图2是本发明的软件系统工作原理示意图；

图3是本发明子工作站的数据流图；

图4是本发明控制服务器主界面的事件响应图；

图5是本发明客户端的功能模块图。

具体实施方式

如图1所示，本发明桥梁健康监测系统包括：传感器，用于采集桥梁各部分结构的数据；子工作站，用于对传感器采集到的数据进行预处理；服务器，用于接收子工作站发送来的数据并存储至数据库；客户端，用于对数据库中的数据进行处理、分析和显示；传感器与子工作站相连，子工作站通过局域网络与服务器连接，服务器通过因特网与客户端连接；子工作站对传感器采集到的数据进行预处理，并将处理后的数据传输给服务器，服务器接收子工作站发送来的数据并经过处理后将数据存储至数据库，客户端对数据进行处理、分析和显示，以实现客户端对各桥梁健康状况的远程实时监测。

其中，传感器分为多组，每组包括n个传感器，每组传感器与一个子工作站连接，每组传感器设置在同一座桥梁上，传感器与子工作站通过光纤或者电缆连接，传感器与子工作站之间的距离不宜太远，因此子工作站也设置在桥梁上，n个客户端通过服务器与各子工作站连接；传感器可以采用现有传感器，如模拟传感器、数字传感器、光纤传感器等，传感器用于采集桥梁各部分结构的温度、应变、位移、风速、风向、加速度、车辆荷载、吊杆/斜拉索拉力、主缆拉力等数据。

服务器包括设置在监控室的控制服务器、与控制服务器相连的两个数据库服务器，其中一个数据库服务器为备份数据库服务器，控制服务器将从子工作站接收到的数据存储至数据库服务器上。

如图2、3所示，子工作站和控制服务器中均配置有主线程和线程池单元，线程池单元包括多个执行具体操作的线程。其中，子工作站的线程池单元包括数据采集线程和实时数据传输线程，数据采集线程接收传感器采集到的数据并保存至缓冲区中，缓冲区中的数据达到一定数量时，数据采集线程激活实时数据传输线程将实时数据发送给控制服务器。实时数据传输线程传输实时数据的过程是：若子工作站与控制服务器之间保持连接，实时数据传输线程将实时数据发送给控制服务器；若子工作站与控制服务器断开连接，实时数据传输线程将数据保存到本地的存档数据文件；子工作站的线程池单元还包括存档数据传输线程，存档数据传输线程不断测试子工作站与控制服务器之间的连接是否恢复，若连接恢复，存档数据传输线程将存档数据文件发送到控制服务器。

上述数据传输的具体过程是：子工作站在端口12346监听，接收从控制服务器发送来的命令并进行分别处理，如同步时钟、保存配置信息(实时数据采集配置信息、存档数据配置信息、经纬仪初始参数)到配置文件；模拟数据采集线程、串口数据采集线程、索力数据采集线程、经纬仪数据采集线程根据配置文件的配置参数，按照一定的频率分别接收相应传感器采集来的数据并保存到对应的缓冲区；当缓冲区的数据达到一定数量时，数据采集线程激活实时数据传输线程，若子工作站与控制服务器的连接畅通，则实时数据传输线程将实时数据通过端口12345发送给控制服务器，若连接断开，则实时数据传输线程按设定的频率将数据保存到本地的存档数据文件；存档数据传输线程不断地测试连接是否恢复，若是，则通过端口12344将存档数据文件发送到控制服务器。

子工作站采用的是多任务操作系统，多个任务可并发执行，每一个线程完成一个独立的功能。上电即自动启动该子工作站的主线程，它读取文件rconfig.txt初始化实时数据采集配置信息，读取文件aconfig.txt初始化存档数据配置信息，读取文件theodolite.txt初始化经纬仪相关的位移传感器的初始位置信息。

子工作站中rconfig.txt的文件格式：

(表1)

子工作站中aconfig.txt的文件格式：

(表2)

子工作站中theodolite.txt的文件格式：

(表3)

随后主线程启动命令处理线程、模拟数据采集线程、串口数据采集线程、索力数据采集线程、经纬仪数据采集线程、实时数据传输线程、存档数据重传线程和守护线程，最后主线程交出控制权，进入无限等待状态，其他的线程并发执行。

子工作站的线程池单元还包括命令处理线程和命令分派线程，控制服务器的线程池单元还包括命令通讯线程，控制服务器的命令通讯线程根据管理员的操作向子工作站或者客户端发送命令，命令处理线程接收来自控制服务器的命令并启动命令分派线程，命令分派线程接收该命令并进行分派处理。

子工作站的命令处理线程监听从控制服务器发来的命令并启动命令分派线程，命令分派线程接收从控制服务器发送来的命令并进行分派处理。命令类型为2时，命令分派线程接收控制服务器发送来的时钟同步信号并设置本地系统时钟；命令类型为6时，命令分派线程接收控制服务器发送来的实时数据采集配置信息，写入文件rconfig.txt并更新全局变量Intervals、Times、ch_type；命令类型为7时，命令分派线程接收控制服务器发送来的存档数据配置信息，写入文件aconfig.txt并更新全局变量rIntervals、rTimes、ch_type、algos；命令类型为10时，命令分派线程接收控制服务器发送来的与经纬仪相关的位移传感器的初始位置信息，写入文件theodolite.txt.并更新全局变量theodolite。

子工作站发送给控制服务器的实时数据包格式：

(表4)

子工作站发送给控制服务器的存档数据包格式：

(表5)

模拟数据采集线程按照全局变量Intervals指定的采样间隔读取从模拟采集板进来的数据；串口数据采集线程按照全局变量Intervals指定的采样间隔读取从串口进来的数字信号；索力数据采集线程按照全局变量Intervals指定的采样间隔读取索力采集板进来的数据；经纬仪数据采集线程按照用户设定的采样间隔依次读取经纬仪相关的六个位移传感器的X、Y、Z坐标。它们都将数据放到子工作站的核心数据结构ChData中。ChData是一个二维数组，即它有总的通道数(＝采集板数*最大通道数/采集板)个一维数组，每个一维数组是一个循环队列，用于存放同一个通道的数据。每个循环队列都有一个front记录其头指针，一个rear记录其尾指针，并用dataNum记录该循环队列中有效的数据个数。

当某一个采集板对应的ChData中总的数据量(根据每个通道的数据量计算得到)达到一定时，模拟数据采集线程和串口数据采集线程会唤醒实时数据传输线程线程将数据发送给控制服务器。若此时与控制服务器的连接断开，则实时数据传输线程会将数据按照全局变量rTimes指定的通讯中断时采样间隔和全局变量algos指定的算法将数据进行压缩，然后将数据存放于本地的备份文件中。索力数据采集线程和经纬仪数据采集线程的数据是实时处理的，每当它采集到一个数就立刻唤醒实时数据传输线程。

存档数据线程不断地测试连接是否恢复。若是，则将存档数据文件发送到控制服务器。

守护线程监视子工作站的运行状态，当子工作站长时间没有接收到数据或没有发送数据，或者已经运行了一天，则自动重新启动。

如图2、4所示，控制服务器的线程池单元包括实时数据通讯线程、存档数据通讯线程及数据处理线程，实时数据通讯线程接收实时数据传输线程发送来的实时数据并进行处理；存档数据通讯线程接收存档数据传输线程发送来的存档数据并进行处理；数据处理线程从用户设定的输入通道中取得原始数据，通过计算后得到的处理后通道数据，并将该数据放于数据库中。

具体过程是：控制服务器的命令通讯线程根据管理员的操作通过端口12346向子工作站或通过端口11111向客户端发送命令。实时数据通讯线程在端口12345监听从子工作站发送来的实时数据并进行处理；同时，存档数据通讯线程在端口12344监听从子工作站发送来的存档数据并进行处理。数据处理线程根据用户事先定义好的处理函数及其输入通道，从物理通道中取得原始数据，通过计算后得到的处理后通道数据。评估线程利用所有通道的实时数据，根据用户定义的评估权重树，对整个桥梁的健康状况进行评估。日志管理线程显示和查询某个区间的日志或事件。

控制服务器采用多任务操作系统，多个任务可并发执行，每一个线程完成一个独立的功能。主线程启动主窗口，鼠标点击相应的控件产生相应的事件，从而启动相应的线程：实时/存档数据通讯线程CollectorMain、数据处理线程ProcessorMain、命令通讯线程CommThread、评估线程EvalMain和日志管理线程ServerLogForm，其中实时/存档数据通讯线程、数据处理线程和评估线程中对数据库的操作需要调用数据库接口模块。

控制服务器的命令通讯线程根据管理员的操作向子工作站或向客户端发送命令或数据。实时数据通讯线程监听从子工作站发送来的实时数据，将其解包并放到数据库中对应通道的数据表中；同时，存档数据通讯线程监听从子工作站发送来的存档数据，将其解包并放到数据库中的存档数据表中。数据处理线程根据用户事先定义好的处理函数及其输入通道，从物理通道中取得原始数据，通过计算后得到的处理后通道数据，并放入数据库中相应的表中。评估线程利用所有通道的实时数据，根据用户定义的评估权重树，对整个桥梁的健康状况进行评估。日志管理模块显示和查询某个区间的日志或事件，便于对整个系统的运行情况进行监控和故障分析。

控制服务器发送给子工作站的同步时间包格式：

(表6)

控制服务器发送给子工作站的实时数据采集参数信息包格式：

(表7)

控制服务器发送给子工作站的存档数据参数信息包格式：

(表8)

控制服务器发送给子工作站的经纬仪中位移传感器初始位置信息包格式：

(表9)

如图2、5所示，客户端共分为四个显示区：菜单栏、工具栏、状态栏、属性区、图表显示区。采用菜单的操作方式，用户通过选择某个菜单进入到相应的功能模块，主要功能包括：(a)设置菜单包括硬件和系统初始化、子工作站相关的参数设置、数据显示设置、用户管理、数据备份等子菜单。该菜单只有系统管理员才能看到，主要完成整个系统的初始化和参数设置等系统功能；(b)工具菜单包括图表、虚拟通道等子菜单。主要完成数据的实时显示；(c)数据菜单包括查询数据、报警记录、事件记录等子菜单。主要用于按指定条件或按时间查询各种数据；(d)查看菜单包括系统状态、图表菜单、通道列表、结构浏览、工具栏等工具菜。用于定制客户端界面的显示风格。

客户端采用多任务操作系统，多个任务可并发执行，每一个线程完成一个独立的功能。客户端在启动后，命令处理线程自动运行，处理从控制服务器发送来的实时命令。客户端采用菜单的操作方式，用户通过选择某个菜单进入到相应的功能模块。主窗口中主要有四个主菜单：

1、设置(包括初始化向导、子工作站设置、数据显示设置、用户管理、数据备份)，其主要功能包括：①初始化向导引导系统管理员初始化桥梁监测系统中所有仪器和传感器的硬件配置和逻辑配置。硬件配置描述待监测桥梁上传感器安装的物理位置，分为三个级别：控制服务器，子工作站及主板。逻辑配置描述监测桥梁的结构关系，以及传感器和子工作站等设备的连接方式，分为五个级别：桥梁，结构，局部，传感器及通道。②子工作站设置子菜单用于设置子工作站和控制服务器的连接断开时每个通道的暂存数据采样频率和传感器的校准参数。③数据显示设置用于设置数据显示的偏移值及方式。

2、工具(包括个性化图表、虚拟通道)，其主要功能包括：①个性化图表是把几个基本图表组合在一个窗口里，每个图表都已分别设置好输入通道及显示属性，然后整个窗口被命名且保存。该被命名的窗口就被列在图表菜单中的个性化图表之中，用户可双击该名称打开已保存的整个窗口。②虚拟通道是一种逻辑上的通道，它不是直接连接在系统采集板上的传感器通道。它由物理通道或处理后通道作为输入，经过一系列函数运算而成。一个函数的输出可作为另一函数的输入。最终的输出被命名并存储即成为一个虚拟通道。虚拟通道被创建后，与物理通道或处理后通道一样按指定的频率被调用。

3、数据(包括查询数据、报警记录、事件记录)，其主要功能包括：①查询数据用于按指定条件或按时间查询指定通道(物理通道或处理后通道)的数据。②点击报警记录菜单可以按时间查看报警记录。管理员可以设置每个通道报警阈值。报警共分为三级：一级为黄色，二级为橙色，三级为红色。③事件记录用于查看整个系统的历史事件，从而帮助诊断系统发生的故障。

4、查看(包括系统状态、图表菜单、通道列表、结构浏览、工具栏)等，其主要功能包括：①系统状态显示或隐藏系统状态栏。系统状态用于实时显示每个通道的名称、类型、当前值、最后数据时间和采样间隔。定制客户端界面的风格。②图表菜单用来打开或隐藏内嵌在主窗口右侧部分的图表菜单窗口(此窗口缺省被打开)。图表菜单中列有两类图表：个性化图表和基本图表(通用图表)。③通道列表显示或隐藏系统的逻辑结构，以树型结构显示。④结构浏览在新窗口中显示系统中某结构的硬件安装图或某通道的实时数据。

本发明的系统设备及软件系统安装过程如下：(1)安装系统设备，按照施工图纸在被监测的桥梁上安装所有的传感器、相关的多路开关、两通道弦振分析模块AVW200、数据采集器CR1000以及子工作站；(2)安装软件系统，分别安装子工作站软件、服务器软件和客户端软件，安装SQL Server 2005并导入初始数据库，给每一个子工作站、控制服务器和客户端分配一个IP，子工作站和控制服务器要在同一网段；(3)通过客户端的系统配置界面初始化系统硬件结构、初始化系统逻辑结构，并根据实际需要添加数据处理通道，设置数据存档时间和报警条件等；(4)启动控制服务器端的通讯、数据采集、数据处理、评估等基本服务，点击控制服务器的菜单向子工作站发送通道配置参数，包括实时数据采集频率、存档数据采集频率和精简算法、经纬仪的初始位置信息；(5)传感器采集数据，将数据传送给子工作站，子工作站将数据预处理后通过网络送给控制服务器；控制服务器收到数据后，经过处理保存到数据库；用户通过客户端软件从数据库服务器获取数据，远程浏览各个传感器的数据，进行分析、数据备份以及报表打印等。

本发明的软件系统具有以下优点：

(1)操作简单、界面友好：该软件能自动安装，有详尽的帮助文档指导用户使用和排除故障。主界面采用传统的菜单和子菜单的层次结构。系统管理员可需要根据实际的网络拓扑结构对系统进行硬件初始化和结构初始化。物理结构和逻辑结构分离，硬件配置描述了被监测桥梁上传感器安装的物理位置，逻辑配置描述了被监测桥梁的结构关系，以及传感器和子工作站等设备的连接方式。系统管理员关注的是物理结构，而一般用户更注重的是逻辑结构。当传感器数据出现异常时，管理者可通过逻辑结构直接定位到桥梁上故障发生的位置，从而提高效率。实时数据采集频率和存档数据采集频率可根据用户要求通过客户端界面配置，并保存到数据库，最后发送到子工作站。所有操作都是通过界面完成，并且可以根据实际硬件部署变动灵活更改配置。在输入评估权重树之后，可定期对桥梁健康状况进行自动评估。

(2)实时动态显示监测结果：本系统提供多种图表用于显示数据，包括时域波形图、频域波形图、X-Y波形图、温度计、风速风向计、湿度计及单个GPS模拟图。时间区间可选择实时数据流或特定区间，若为实时数据流，则显示实时数据曲线图，若为特定区间，则显示历史数据曲线图。可灵活设置数据显示区间的时间和格式；一个图表中可同时显示一个或多个物理通道或处理后通道的数据，也可同时显示原始数据和该通道的频谱；可应用函数定义处理后通道构造通道之间的关联；可显示或隐藏参考值。桥梁的按结构可分为五级，为了形象地描述桥梁的结构及传感器的位置，管理员可以为每一级的每一个结构上载一张图片，并可在图片上加入热点代表子结构。之后，就可打开结构浏览器查看整座桥的结构示意图了。

(3)多级报警机制：桥梁监测系统具有自动报警功能，报警分为三级，由管理员事先设定触发报警的上、下阈值。当有物理通道触发报警后，在线用户会立刻收到报警信息，即可查看实时数据。桥梁管理者不用一一查看众多的传感器数据，只需重点关注已经报警的通道。

(4)可扩展性：子工作站和控制服务器之间通过网络通讯，对子工作站的数量从理论上来说没有限制。每个子工作站内有四个串口，每个串口可接不同的串行设备，如全站仪、索力读数器或数据采集仪，一个数据采集仪最多可接64个振弦传感器和16个模拟传感器。实际连接可根据传感器的个数和种类灵活部署，整个系统的可扩展性良好。

(5)容错性强：当子工作站和控制服务器的连接中断时，子工作站将数据按照用户事先设定的存档数据频率保存在本地，当连接恢复时，再将数据重传至控制服务器。当子工作站加电后，主线程启动守护进程，当子工作站运行了一天或者发现有五分钟内没有接收到数据或五分钟内没有发送数据，则守护进程自动重启子工作站。子工作站、控制服务器和客户端都提供了日志管理功能，为排除故障提供了方便。

(6)数据库管理：数据的存档时间可定制，单位可为小时、天、星期、月、年和永久。可设置定期数据自动备份以防数据丢失或损坏。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (8)

1.一种桥梁健康监测系统，其特征在于包括：

传感器，用于采集桥梁各部分结构的数据；

子工作站，用于对传感器采集到的数据进行预处理；

服务器，用于接收子工作站发送来的数据并存储至数据库；

客户端，用于对数据库中的数据进行处理、分析和显示；

所述传感器与子工作站相连，所述子工作站通过局域网络与所述服务器连接，所述服务器通过因特网与所述客户端连接；所述子工作站对传感器采集到的数据进行预处理，并将处理后的数据传输给服务器，所述服务器接收子工作站发送来的数据并经过处理后将数据存储至数据库，所述客户端对数据库中的数据进行处理、分析和显示，以实现客户端对各桥梁健康状况的远程实时监测；所述服务器包括设置在监控室的控制服务器、与所述控制服务器相连的数据库服务器，所述控制服务器将从子工作站接收到的数据存储至所述数据库服务器上；所述的子工作站和控制服务器中均配置有主线程和线程池单元，所述线程池单元包括多个执行具体操作的线程，所述主线程启动线程，所述线程执行相应的具体操作。

2.根据权利要求1所述的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述传感器分为多组，每组包括多个传感器，每组传感器与一个子工作站连接，多个客户端通过服务器与各子工作站连接。

3.根据权利要求2所述的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述子工作站的线程池单元包括实时数据传输线程，所述实时数据传输线程传输实时数据的过程是：若子工作站与控制服务器之间保持连接，实时数据传输线程将实时数据发送给控制服务器；若子工作站与控制服务器断开连接，实时数据传输线程将数据保存到本地的存档数据文件。

4.根据权利要求3所述的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述子工作站的线程池单元还包括存档数据传输线程，所述存档数据传输线程不断测试子工作站与控制服务器之间的连接是否恢复，若连接恢复，存档数据传输线程将所述存档数据文件发送到控制服务器。

5.根据权利要求4所述的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述控制服务器的线程池单元包括实时数据通讯线程、存档数据通讯线程及数据处理线程，所述实时数据通讯线程接收实时数据传输线程发送来的实时数据并进行处理；所述存档数据通讯线程接收存档数据传输线程发送来的存档数据并进行处理；所述数据处理线程从用户设定的输入通道中取得原始数据，通过计算后得到的处理后通道数据，并将该数据放于数据库中。

6.根据权利要求5所述的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述子工作站的线程池单元还包括命令处理线程和命令分派线程，所述控制服务器的线程池单元还包括命令通讯线程，所述控制服务器的命令通讯线程根据管理员的操作向子工作站或者客户端发送命令，所述命令处理线程接收来自控制服务器的命令并启动命令分派线程，所述命令分派线程接收该命令并进行分派处理；所述子工作站的线程池单元还包括守护线程，所述守护线程监视子工作站的运行，若子工作站在五分钟内或者运行了一天没有收发数据，则守护线程重新启动子工作站。

7.根据权利要求6所述的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述客户端在启动后，命令处理线程自动运行，处理从控制服务器发送来的实时命令，客户端采用菜单的操作方式，用户通过选择某个菜单进入到相应的功能模块，主窗口中主要有四个主菜单：设置、工具、数据和查看。

8.根据权利要求7所述的桥梁健康监测系统，其特征在于：所述设置包括初始化向导、子工作站设置、数据显示设置、用户管理和数据备份；所述工具包括个性化图表、虚拟通道、网络状态监视器及上载图片；所述数据包括查询数据、报警记录和事件记录；所述查看包括系统状态、图表菜单、通道列表及结构浏览器。

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