CN102147597A - 一种重大建筑与桥梁结构的健康监测系统 - Google Patents

一种重大建筑与桥梁结构的健康监测系统 Download PDF

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CN102147597A
CN102147597A CN 201010114575 CN201010114575A CN102147597A CN 102147597 A CN102147597 A CN 102147597A CN 201010114575 CN201010114575 CN 201010114575 CN 201010114575 A CN201010114575 A CN 201010114575A CN 102147597 A CN102147597 A CN 102147597A
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傅继阳
吴玖荣
刘爱荣
徐安
任珉
饶瑞
叶茂
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广州大学
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Abstract

本发明公开了一种重大建筑与桥梁结构的健康监测系统,包括传感器终端、数据采集与传输系统、数据处理与控制系统、结构健康数据管理系统、结构健康状况评估系统;数据采集与传输系统为分布式测量系统,以多个数据采集子站从对应的传感器终端读取数据并传输给现场监控工作站;数据采集与传输系统通过网络和数据处理与控制系统连接;数据处理与控制系统连接到结构健康数据管理系统;结构健康数据管理系统与结构健康状况评估系统连接交互。本发明提供在线、动态、实时的监测方式,提高了结构健康监测的自动化水平和系统的可靠性、安全性及通用性,为实现以建筑物生命周期为导向的健康监测提供技术基础,为土木工程结构监测提供了先进高效的技术措施。

Description

一种重大建筑与桥梁结构的健康监测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及土木工程防灾减灾、计算机网络与信息处理技术等领域,尤其涉及一 种用于监测和评估重大建筑与桥梁结构安全状况的健康监测系统。
背景技术
[0002] 超高层建筑、大跨屋盖和大跨桥梁等重大建筑与桥梁结构的使用年限长达几十、 上百年。由于环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的作 用,将不可避免地导致结构产生损伤积累和抗力衰减,从而使其抵抗自然灾害、甚至正常环 境作用的能力下降,极端情况下可能引发灾难性突发事故。因此,为保证结构的安全性、完 整性、适用性和耐久性,许多已建和在建的重大工程结构和基础设施都已陆续采用有效的 手段,布设健康监测系统,以监测和评估其安全状况。
[0003] 目前,现有的结构健康监测系统多以特定指标的监测为主要目的,通常是直接测 量确定结构的物理状态,无需历史数据记录,诊断结果很大程度上取决于测量设备的分辨 率和精度,是离线、静态、被动的健康监测技术。现有的结构健康监测技术存在着以下技术 缺陷:
[0004] (1)现有结构健康监测的实施通常需要人工现场操作,大型土木结构的健康监测 通常需要耗费大量的人力物力,某些突发性灾害气候下(台风、地震等)现场操作还可能存 在一定危险;另一方面,结构健康监测通常要求各传感器的采样过程同步触发和终止,而人 工操作将不可避免的存在一定误差;再次,由于不同传感器通常配套不同的采集终端,因此 所获得的数据格式也不尽相同,海量监测数据的分析、存储和管理非常繁琐和耗时。
[0005] (2)大型土木结构自规划、设计、施工、运营直至服役期终止,是一个跨度长达数 十年甚至上百年的过程,建筑物的各类档案资料包括规划、建筑和结构设计、重要的结构试 验、施工、健康监测、维护和维修记录等,种类和内容繁多、时间跨度长,这些资料一般由设 计、施工或业主等单位管理,对于其中任意一个单位而言,所掌握的资料往往是不齐全的, 而且随着时间的推移,部分资料一旦丢失,无疑将为后期结构健康状况的评估和结构维护 带来很大困难。因而迫切需要建立一个以生命周期为导向的大型土木工程档案管理数据 库,实现对结构各个时期各类数据资料的完整、规范化管理。
[0006] (3)当前已有的结构健康监测系统多是针对超高层建筑、大跨屋盖或大跨桥梁中 某一类建筑物的,缺乏一定的通用性。实际上,以上三类建筑物的结构健康监测体系中有部 分内容是通用的(例如测量应力应变的传感器及其数据采集和存储系统等),因而建立传 感器、子站、企业信息等在各类工程中通用的数据字典是完全可能的,设计具有通用性的重 大建筑和桥梁结构的健康监测系统,不仅由于适用面广而降低用户的经费开销,而且由于 各类数据资料的通用性而将大大降低用户维护数据库所耗费的人力物力。
[0007] (4)当前的结构健康监测系统,多数以功能实现为目标,实际上通用型的大型土木 工程结构健康监测系统需要具有高可靠性。系统在运行过程中,现场主控电脑需要不间断 的运行,主控电脑出现故障将影响数据的完整性从而影响结构健康状况评估的可靠性;此外数据传输网络的中断也有可能导致数据的丢失或监控中心无法实时查看监测结果。因而 研发一套高可用的,即使系统的某个环节临时出现故障时监测工作也能持续正常运作的系 统是十分必要的。
[0008] (5)当前的结构健康监测系统多为专业人员设计,集成了系统配置、数据采样与 分析等各个模块,操作较为复杂,且通常需要安装客户端软件。实际上,业主等其他一些单 位可能也需要在第一时间知道健康监测的结果,他们可能并不关心复杂的设置及数据的深 度分析,而只是需要直观地了解结构的某个观测指标的时程及其是否超过设计允许值。因 而设计一套面向多类用户的、基于不同终端的大型土木工程结构健康监测系统是非常必要 的。
发明内容
[0009] 本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种在线、动态、实时的重大建筑与 桥梁结构的健康监测系统,以提高结构健康监测的自动化水平和整个系统的可靠性、安全 性和通用性,为实现以建筑物生命周期为导向的健康监测提供技术基础,为土木工程结构 健康监测提供先进、高效的技术措施。
[0010] 本发明的目的通过以下技术方案予以实现:
[0011] 本发明提供的一种重大建筑与桥梁结构的健康监测系统,包括:
[0012] 传感器终端,用于获得所需要的监测数据;
[0013] 数据采集与传输系统,用于管理传感器终端信号以及数据的采集、传输和存储,实 时显示监测数据并进行数据初步处理,并对超过预设阀值的监测数据进行报警处理;
[0014] 数据处理与控制系统,用于对数据采集与传输系统、传感器与监测线路进行配置, 对数据进行抽取、转换、分析和控制,将处理结果传送给结构健康数据管理系统;
[0015] 结构健康数据管理系统,用于对被监测对象的生命周期档案、用户与日志、系统数 据库及网页浏览服务器程序等进行管理;负责数据显示、数据查询与报表功能;
[0016] 结构健康状况评估系统,用于对结构的健康状况进行评估,并将评估分析结果反 馈给结构健康数据管理系统;对于异常状况和异常数据,则给出产生异常的原因及其解决 措施;
[0017] 所述数据采集与传输系统为分布式测量系统,以多个数据采集子站从对应的传感 器终端读取数据并传输给现场监控工作站;所述数据采集与传输系统通过网络和数据处理 与控制系统连接;所述数据处理与控制系统连接到结构健康数据管理系统;所述结构健康 数据管理系统与结构健康状况评估系统连接交互。
[0018] 本发明所述传感器和数据采集与传输系统构成被监测对象的现场监测中心,采取 分布式部署,各现场监测中心实现的均是数据的采集、存储、监测和报警功能。所述数据处 理与控制系统、结构健康数据管理系统、结构健康状况评估系统构成远程监控中心,由专业 技术人员通过该中心进行各种控制、处理和统计分析。各被监测对象现场监测中心的数据 采集与传输系统,通过网络连接到所述数据处理与控制系统而共享所述远程监控中心,从 而构成层次化的、集中控管和分布式部署相结合的系统架构。这样,基于远程控制技术的所 有监测及数据处理的触发与终止,均可通过任意连接互联网的获授权计算机来完成,监测 人员无需在建筑物现场即可完成所有操作,从而能够实现同时对多个被监测建筑物进行统一监测和实时分析的功能。
[0019] 本发明现场监测中心的传感器终端和数据采集与传输系统用以实时连续地或定 期地采集信号,首先数据采集与传输系统通过传感器终端采集数据,然后传输给远程监控 中心的数据处理与控制系统。数据处理与控制系统远程控制数据的采集和传输,实时地显 示和初步分析原始数据,并将编档后的原始数据和分析结果传输给结构健康数据管理系 统。结构健康数据管理系统提供用户与数据之间的界面,并为结构健康状况评估系统加载 数据。结构健康状况评估系统从结构健康数据管理系统获取数据,通过离线的数据深度分 析、有限元分析和安全可靠性分析等对结构的健康状况做出评价,并将评价分析结果反馈 回结构健康数据管理系统;生成评估报告;响应用户的访问请求,为用户提供所需要的数 据或报告。
[0020] 本发明可采取如下进一步措施:
[0021] 本发明所述数据采集与传输系统由数据采集子站、数据传输线路及宽带网络、现 场监控工作站、数据采集服务器和预警设备构成;所述数据采集子站连接到传感器终端,所 述数据采集服务器通过网络连接到数据采集子站及数据处理与控制系统,且与现场监控工 作站连接交互;所述预警设备与现场监控工作站以及数据采集服务器连接。
[0022] 本发明数据采集与传输系统中各传感器数据采集通过时间上严格同步,空间布置 采用分布式测量的方式连接,从而确保数据在入库的时间参数是一致的。这样,安装在建筑 物上的所有传感器的传感信号可同步被采集,并可在现场通过大屏幕进行监控的同时将所 有的采集数据保存进数据库。
[0023] 本发明所述数据采集服务器为包含主服务器和从服务器的高可用性集群(HA),服 务器设备通过心跳线互联而实现通信和数据同步、双机热备。正常状态下只有主服务器实 现数据采集和存储工作,一旦主服务器出现故障,从服务器便立刻接管数据采集和存储的 操作,并将主服务器故障的信息通过预警设备通知现场和远程的管理员。
[0024] 本发明采用结构健康数据管理系统,其数据包括被监测对象的基本信息、被监测 建筑物的模型信息、传感器的信息、原始数据、分析结果、维护、检查、维修和修复记录。内容 涵盖结构的设计资料(包括施工过程中的设计变更)、施工监控、运营期间健康监测、维修 和维护过程的监测等结构自产生到服务期终结的各个阶段,为结构的安全运营和维护维修 提供完整的数据资料,对结构使用的安全性评估也更加可靠。
[0025] 为提高通信的安全性,本发明所述数据采集与传输系统通过搭建端到端的 VPN(虚拟专用网)和数据处理与控制系统连接,以实现现场监测中心和远程监控中心之间 安全稳定的网络通信链路;同时采用无线宽带网络方式,一旦有线网因故中断则可代替有 线网络保持与远程监控中心的通信,从而保证系统的高可用性。
[0026] 由于不同类型的建筑物在进行数据分析时会有不同的独特需求,为提高系统的高 通用性,本发明所述设备之间采用整合API接口和开放式接口的方式进行连接。
[0027] 本发明具有以下有益效果:
[0028] a.采用层次化的、集中控管和分布式部署相结合的系统架构,具有高通用性。本发 明尽管针对各类建筑物的健康监测侧重点各不相同,但所需部署的各类仪器(传感器、采 集子站及其数据采集服务器)是相似的。由于采用了集中和分布式相结合的层次化设计, 现场监测中心的功能需求基本一致,均是进行数据采集、监测、存储和报警等功能服务,这些服务除了部署的拓扑结构不一致外,逻辑上是一致的;而将涉及数据统计分析等高级功 能从现场监测中心转到远程监控中心,从而大大提高了系统的通用性,也降低了每个被监 测建筑物进行结构健康监测的成本。
[0029] b.充分利用远程控制技术,使设备信号同步、通信和数据同步,大大提高了自动化 水平。所有监测及数据处理的触发与终止,均可通过连接互联网的获授权计算机来完成,监 测人员无需在建筑物现场即可完成所有操作,能够实现同时对多个建筑物进行统一监测和 实时分析的功能;为土木工程结构健康监测提供了一种在线、动态、实时的监测技术,简化 了设备操作的复杂性和专业性,节省了大量的人力物力,提高了人员安全性并减少了人工 操作误差。
[0030] c.所有档案资料、监测数据等均采用可支持远程访问和读写的数据库管理模式, 并设计了丰富的外部程序接口,可与智能楼宇或桥梁管理系统等进行无缝连接。
[0031] d.为实现以建筑物生命周期为导向的健康监测提供了技术基础,内容可涵盖结构 的设计(包括施工过程中的设计变更)、重要的模型力学试验及仿真计算、施工监控、运营 期间健康监测、维修和维护过程的监测等结构自产生到服务期终结的各个阶段,为结构的 安全运营和维护维修提供完整的数据资料,以保证结构的安全。
[0032] e.在每个现场监测中心均以双机热备的方式部署数据采集服务器,当监测主服务 器出现故障时,从服务器可及时探知并在数秒内接管故障计算机的监测任务,从而保证监 测数据的连续和完整,以保证现场监测系统的高可用性。
[0033] f.由于采用了层次化的设计,因此能够隔离各类不同系统的操作,以便分别对系 统安全、数据安全和通信安全进行专门的配置,从而保障了系统的安全可靠。在通信安全方 面,通过建设端到端的VPN(虚拟专用网),实现现场监测中心和远程监控中心之间安全稳 定的网络通信链路;同时采用无线宽带网络方式,一旦有线网因故障中断则可代替有线网 络继续保持通信,从而保证系统的高可用性和可靠性。
[0034] g.本发明使用范围包括超高层建筑、大跨屋盖和大跨桥梁等各种大型复杂土木工 程结构的健康监测,具有很强的通用性。
附图说明
[0035] 下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述:
[0036] 图1是本发明实施例系统组成原理示意图;
[0037] 图2是本发明实施例的系统构架示意图;
[0038] 图3是本发明实施例中数据采集与传输系统的功能原理框图;
[0039] 图4是本发明实施例中数据处理与控制系统的功能原理框图;
[0040] 图5是本发明实施例中结构数据管理系统的功能原理框图;
[0041] 图6是本发明实施例中结构健康状况评估系统的功能原理框图;
[0042] 图7是本发明实施例监测过程示意图。
具体实施方式
[0043] 图1〜图7所示为本发明的实施例。如图1所示,包括以下组成部分:
[0044] (1)传感器终端,用于获得所需要的建筑物监测数据,主要采用气象与环境监测传感器、荷载类监测传感器和结构响应类监测传感器。
[0045] (2)数据采集与传输系统,用于管理传感器终端信号以及数据的采集、传输和存 储,实时显示监测数据并进行数据初步处理,并对超过预设阀值的监测数据进行报警处理。 数据采集与传输系统提供接口与智能楼宇系统连接,使得智能楼宇系统能够及时获取所需 要的结构状态信息。
[0046] (3)数据处理与控制系统,用于对各数据采集子站、传感器与监测线路进行配置, 对数据进行抽取、转换、分析和控制,将处理结果传送给结构健康数据管理系统。
[0047] (4)结构健康数据管理系统,用于对被监测对象的生命周期档案、用户与日志、系 统数据库及网页浏览服务器程序等进行管理;负责数据显示、数据查询与报表功能。
[0048] (5)结构健康状况评估系统,用于通过数据深入分析、构件分析和整体结构分析, 对结构的健康状况进行评估,将评估分析结果反馈给结构健康数据管理系统;对于异常状 况和异常数据,则给出产生异常的原因及其解决措施。
[0049] 如图2所示,整个系统采用分布式架构,可同步进行多个超高层建筑、大跨屋盖结 构或大跨度桥梁的结构健康监测。每个被监测建筑物均设有独立的传感器终端及数据采 集与传输系统,而构成各自的现场监控中心。但各个被监测建筑物共享由数据处理与控制 系统、结构健康数据管理系统、结构健康状况评估系统和数据库服务器组成的远程监控中 心。远程监控中心中,数据处理与控制系统连接到结构健康数据管理系统,结构健康数据管 理系统还与结构健康状况评估系统连接交互。现场监控中心与远程监控中心通过以太网络 (必要时以3G网络)保持实时通信,从而实现层次化的、集中控管和分布式部署相结合的系 统架构。
[0050] 除上述主要功能模块外,系统设计了各个监测项目之间公用的用户管理系统、操 作日志管理系统及数据字典。通过用户管理系统,管理员可定义授权用户的权限范围或进 行添加、删除用户等各项操作;操作日志管理系统负责记录和维护用户的登录、操作和退 出信息,包括上述操作的用户名称、时间、操作客户端IP地址,操作内容。数据字典包括可 用于不同健康监测项目的公用信息,包括采集子站、传感器、企业单位等不同类型的公用信 息。其中采集子站和传感器信息包括:传感器和采集子站名称、型号、生产厂家、主要技术指 标、缩略图等内容,采集子站信息另包括IP地址,端口总数;企业信息包括企业名称、地址、 电话、传真、联系人等信息。数据字典在各个健康监测项目中共享使用,并可由授权用户进 行添加或维护。
[0051](一)传感器终端
[0052] 传感器终端主要包括以下三类:(1)环境类监测传感器,主要用来监测结构所 处位置的气象及环境参数,如风速、风向、降雨量、温湿度等,常用的传感器有美国YOUNG 81000型超声风速仪、美国SSI的相对湿度/空气温度传感器、美国TE525翻斗式雨量计 等;(2)荷载类监测传感器,主要用来监测作用于结构上的静力或动力荷载,如风压传感器 ktra264等;(3)结构响应类监测传感器,主要用于监测结构的振动、应变和位移等。常用 的监测结构振动的传感器有瑞士 Geosig三向力平衡加速度计和中国地震局工程力学研究 所的991B型加速度计等;常用的监测结构应力应变的传感器有加拿大Roctest-EM埋入式 应变计、Roctest-SM5表面应变计,北京基康BGK-4200埋入式应变计、BGK-4000表面式应变 计和加拿大Roctest-ANCLO锚索计等;常用的结构变形监测传感器有裂缝计、倾斜计、挠度计、连通管变位计及瑞士莱卡GPS定位监测系统等。
[0053] ( 二)数据采集与传输系统
[0054] 数据采集与传输系统由数据采集子站、数据传输线路及宽带网络、现场监控工作 站、数据采集服务器和预警设备构成。如图3所示,数据采集与传输系统的功能实现分三个 层次:(1)由RS485、USB、ModBus将分布在各个位置的传感器连接到数据采集子站;(2)数 据采集子站通过以太网络连接到现场数据采集服务器;C3)进行数据采集、初步处理与存 储,对采集到的超过预设限值的数据通知预警设备,将数据传输到远程监控中心。
[0055] 其中现场监控工作站安装有基于Labview的数据采集程序可控制各数据采集子 站和传感器的数据采集与传输。其控制过程如下:现场监控工作站先从远程监控中心数据 库中读取监测配置信息(如传感器的采样频率等),再通过数据采集子站连接到安装在结 构上的传感器,传感器不间断地将采到的数据传输到数据采集子站,各数据采集子站均具 有独立的IP地址,所获得的数据可通过以太网络传输到现场监控工作站。现场监控工作站 进一步将所有数据传输回监控中心数据库,并判断数据是否超限,根据情况向现场发出警 报。
[0056] 为提高系统的通用性,对采样信号如振弦信号、直流电压信号、电流信号、电桥及 温度传感器等信号类型进行模块化设计。采用多种接口进行连接,其中包含有COM及RJ-45 等接口,可方便的与工业RS485网络以及hternet互联网进行结合,以满足后端通讯系统 整合的便利性需求。
[0057] 各数据采集子站可以实现以下功能:
[0058] a.管理传感器终端。
[0059] b.高速同步取样记录。
[0060] c.对采集到的信号进行相关的模数转换,使得输出的信号均为数字信号,并带有 错误校验码,从而保证传输的都是数字量以避免外界信号的干扰。
[0061] d.将转换的数据上传到远程监控中心的数据处理与控制系统。
[0062] e.根据各类传感器信号的阀值进行判断,超过阀值的由现场驱动信号灯和警铃等 预警设备进行提醒。
[0063] f.频道独立信号解调。
[0064](三)数据处理与控制系统
[0065] 数据处理与控制系统安装于远程监控中心的主机上,由数据库集群和主控服务器 集群组成,现场监测中心的传感器终端和数据采集与传输系统可实时连续地或定期地向远 程监控中心主机传回数据,冗余数据的分拣和处理也由该系统完成,入库数据的准则由用 户自行确定,并将编档后的原始数据和分析结果传输给结构健康数据管理系统。该系统包 括风速风向分析、湍流强度分析、湍流积分尺度分析、阵风因子分析、应力应变分析、频谱分 析、概率密度分析、加速度频谱分析、阻尼比分析和位移响应分析等在内的数据细化分析功 能。
[0066] 如图4所示,数据处理与控制系统由数据处理和数据控制两大子模块组成。数据 处理子模块包括数据挖掘、数据抽取、数据转换和数据分析功能。数据挖掘技术对采集到 的数据进行清理、集成、挖掘,进而进行评估、预测和可视化,从而提高数据的存储和分析效 率,获得有价值的数据。数据抽取子系统从监测的海量数据中按照预设准则抽取有参考意义的监测数据,如一小时平均风速超过某一最低限值的风速数据将存储到数据库,低于该 限值的采样数据将被认为是没有参考价值的冗余数据而被删除;数据转换子系统负责将各 种采样所得数据转换为所见即所得的用户所需数据,例如将风压传感器的电压信号按照电 压与风压的对应关系转换为国际单位制的风压值;数据分析子系统负责进行各类数据的统 计分析和报表,例如进行均值、均方根值、概率密度分布、频谱分析等;数据控制子模块负 责数据通信、数据加工、数据同步、数据授权认证和数据查询,将经过编档的原始数据和经 过处理分析的数据传送到结构健康数据管理系统,为后续健康监测和数据管理提供数据基 石出。
[0067](四)结构健康数据管理系统
[0068] 采用SQL Server数据库管理系统结合采用Cs语言开发的客户端系统来实现。如 图5所示,主要包括项目管理、生命周期管理、基础信息维护、日志管理、控制中心数据展示 和控制中心数据查询系统。项目管理主要实现项目的建立、删除以及分类与统计。生命周 期管理主要包括基础信息和维护信息,其中基础信息主要包括被监测建筑物的基本信息, 如被监测建筑物的模型信息、传感器的信息、原始数据、原始分析结果等;维护信息主要包 括管理结构设计(包括施工过程中的设计变更)、施工监控、运营期间健康监测、维修和维 护过程的监测等结构自产生到服务期终结各个阶段的资料。通过以上两个方面,从而实现 从设计、施工到运营的整个结构生命周期的管理,为结构的安全运营和维护维修提供完整 的数据资料。基础信息维护主要包括用户管理、单位管理、传感器库管理和子站统筹管理。 日志管理主要负责记录用户的登录和退出的时间、IP地址、操作行为等信息。控制中心数 据展示和控制中心数据查询系统提供用户与数据之间的界面,联系中心数据库,检索并显 示按照用户查询条件检索到的数据,对授权用户提供数据下载、报表生成与打印功能。
[0069](五)结构健康状况评价系统
[0070] 重大建筑与桥梁结构健康状态评估根据结构特性确定,以反映各结构性能状态的 指标作为评估内容。评估内容包括:安全性、耐久性、使用性。
[0071] 如图6所示,结构健康状况评价系统由采样数据深入分析、局部构件分析、整体结 构分析三个子模块组成。首先结构健康状况评价系统从结构健康数据管理系统获取数据, 通过数据深入分析,主要包括时域分析和频率分析,判断传感器采样数据是否在设计限值 范围内;然后综合多个传感器数据进行构件分析,包括构件状态评估、构件评级系统、构件 可靠性分析、构件预警,给出构件健康状况的详细评估;最后根据上述两个子模块的分析结 果,结合结构有限元模型进行结构整体可靠性分析和结构健康状况评估,评估过程采用变 权综合原理、模糊理论和概率统计理论相结合的方法。
[0072](六)现场监测中心与远程监控中心之间的连接通信
[0073] 现场监测中心的数据采集与传输系统通过端到端的VPN与远程监控中心的数据 处理与控制系统连接,以实现现场监测中心和远程监控中心之间安全稳定的网络通信链 路,对数据进行同步冗余备份,以保障数据的安全性。同时采用无线宽带网络方式,一旦有 线网因故中断则可代替有线网络保持与远程监控中心的通信,从而保证系统的高可用性。
[0074] 由于采用了层次化的设计,因此能够隔离各类不同的系统操作,以便分别针对系 统安全、数据安全和通信安全进行专门的配置,从而保障了系统的安全可靠。通过基于角色 的权限控制模式进行用户和权限管理,细分各个功能操作,分别为不同的用户赋予不同的角色,并为不同的角色授予特定的权限,灵活地进行授权和认证。
[0075] 如图7所示,本实施的监测过程如下:
[0076] 监测准备阶段,在监测方案确定且相关硬件安装全部完成后,用户首先通过远程 监控中心的专用客户端软件,新建一个监测项目,然后根据软件系统的向导,建立建筑物的 基本信息,进行采集子站、传感器及其连接方式的配置,包括子站的IP地址、传感器的采样 频率等重要采样参数均在此阶段完成。现场数据采集服务器首先接受远程监控中心数据库 的配置参数设置指令,将现场各类传感器的采样参数(例如各类传感器的采样频率等)按 照远程监控中心的数据库参数进行更新。
[0077] 监测实施阶段,现场监测中心的传感器终端和数据采集与传输系统实时连续地或 定期地采集信号,首先数据采集与传输系统的数据采集子站根据触发指令、通过传感器终 端采集数据,并由数据采集子站传输给远程监控中心的数据处理与控制系统,以供远程监 控中心用户观察监测情况,用户可以自由选择所需观察的子站和传感器的数据进行屏幕显 示,并可随时自由切换,并可按照用户需要进行数据的统计分析。现场数据采集服务器如发 现采样数据超过预设限值,则马上将超限传感器的类型、编号、位置、超限幅度等具体信息 通知预警设备。
[0078] 监测数据管理,数据处理与控制系统将分拣后的采样数据和分析结果传输给结构 健康数据管理系统并存入监控中心数据库服务器。数据库服务器与专用客户端软件一起提 供数据的查询和用户所需的分析处理,按照用户的设置生成报表。结构健康状况评估系统 从结构健康数据管理系统获取数据,通过离线的数据深度分析、有限元分析和安全可靠性 分析等对结构的健康状况做出评价,并将评价分析结果反馈回结构健康数据管理系统;生 成评估报告;响应用户的访问请求,为用户提供所需要的数据或报告。
[0079] 本实施例系统支持多种报警方式,除现场监测中心的闪灯、警铃设备之外,系统还 可以依据不同类型和程度进行警报。首先现场监测中心的数据采集子站,根据各类传感器 信号的阀值进行判断,超过阀值的将由现场驱动信号灯和警铃的方式进行提醒。此外,远程 监控中心根据涉及对象、严重程度和产生频率等诸多因素,对数据异常和分析结果异常进 行等级划分和相应级别的警报,配置手机短信、邮件服务器、信号灯、警铃多种方式,并支持 各现场监测中心和远程控制中心的服务器访问及使用,确保当监测数据出现较大异常时, 系统能及时将信息传递到各级管理员。

Claims (7)

1. 一种重大建筑与桥梁结构的健康监测系统,其特征在于,包括:传感器终端,用于获得所需要的监测数据;数据采集与传输系统,用于管理传感器终端信号以及数据的采集、传输和存储,实时显 示监测数据并进行数据初步处理,并对超过预设阀值的监测数据进行报警处理;数据处理与控制系统,用于对数据采集与传输系统、传感器与监测线路进行配置,对数 据进行抽取、转换、分析和控制,将处理结果传送给结构健康数据管理系统;结构健康数据管理系统,用于对被监测对象的生命周期档案、用户与日志、系统数据库 及网页浏览服务器程序等进行管理;负责数据显示、数据查询与报表功能;结构健康状况评估系统,用于对结构的健康状况进行评估,并将评估分析结果反馈给 结构健康数据管理系统;对于异常状况和异常数据,则给出产生异常的原因及其解决措 施;所述数据采集与传输系统为分布式测量系统,以多个数据采集子站从对应的传感器终 端读取数据并传输给现场监控工作站;所述数据采集与传输系统通过网络和数据处理与控 制系统连接;所述数据处理与控制系统连接到结构健康数据管理系统;所述结构健康数据 管理系统与结构健康状况评估系统连接交互。
2.根据权利要求1所述的重大建筑与桥梁结构的健康监测系统,其特征在于:所述传 感器和数据采集与传输系统构成被监测对象的现场监测中心;所述数据处理与控制系统、 结构健康数据管理系统、结构健康状况评估系统构成远程监控中心;各被监测对象的现场 监测中心之间呈分布式部署、且共享所述远程监控中心;各现场监测中心的数据采集与传 输系统通过网络连接到所述远程监控中心的数据处理与控制系统。
3.根据权利要求1或2所述的重大建筑与桥梁结构的健康监测系统,其特征在于:所 述数据采集与传输系统由数据采集子站、数据传输线路及宽带网络、现场监控工作站、数据 采集服务器和预警设备构成;所述数据采集子站连接到传感器终端,所述数据采集服务器 通过网络连接到数据采集子站及数据处理与控制系统,且与现场监控工作站连接交互;所 述预警设备与现场监控工作站以及数据采集服务器连接。
4.根据权利要求3所述的重大建筑与桥梁结构的健康监测系统,其特征在于:所述数 据采集服务器为包含主服务器和从服务器的高可用性集群,服务器设备通过心跳线互联。
5.根据权利要求1或2所述的重大建筑与桥梁结构的健康监测系统,其特征在于:所 述结构健康数据管理系统的数据包括被监测对象的基本信息、被监测建筑物的模型信息、 传感器的信息、原始数据、分析结果、维护、检查、维修和修复记录。
6.根据权利要求1或2所述的重大建筑与桥梁结构的健康监测系统,其特征在于:所 述数据采集与传输系统通过端到端的VPN以及无线宽带网络方式与数据处理与控制系统 连接。
7.根据权利要求1或2所述的重大建筑与桥梁结构的健康监测系统,其特征在于:所 述系统设备之间采用整合API接口和开放式接口的方式进行连接。
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