CN105258884A - 一种基于高精度倾角传感器的桥梁线形实时监测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于高精度倾角传感器的桥梁线形实时监测系统，该系统主要由数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元、数据存储单元和显示单元组成，将倾角传感器按照安装布设图安装在桥体指定位置，将实时获取的倾角值通过三角函数累加算法转换成挠度值，然后通过曲线拟合的方法拟合出桥体线形曲线，并通过Web端将曲线实时显示出来。本系统可以为桥梁的安全评估和实时监测提供直接参考，具有安装简单、数据精度高、显示直观和实时性高的特点，具有较高的工程应用价值。

Description

一种基于高精度倾角传感器的桥梁线形实时监测系统

技术领域

本发明涉及桥梁健康监测领域，特别涉及一种基于高精度倾角传感器的桥梁线型实时监测系统。

背景技术

近年来随着计算机技术、通信技术、嵌入式传感器等技术的不断发展，利用计算机系统进行自动健康监测已经成为目前桥梁监测所采取主要方法。在监测的各种参数中，桥梁线形监测是桥梁监测的重要组成部分，是桥梁安全性评价的一项重要指标。桥梁线形监测主要通过桥梁的挠度监测来实现，因此桥梁动、静挠度测量方法的研究和仪器设备的开发研制对于桥梁承载能力检测和桥梁的防震减灾有着重要的意义。

传统用于桥梁线性监测的方法，有百分尺法、连通管法和GPS法等，单传统方法都有较大的弊端，很难满足现在的工程实际需求。百分尺法是很传统的测量方法，采用人工测量因此其测量效率极低；连通管法主要由量程有限和精度低等缺点；GPS法的缺点是成本高和受天气影响较大等。基于高精度倾角传感器的方法区别于传统的测量方法，具有精度高、量程大、安装方便和易于实现的优点，具有很高的工程实用价值。

发明内容

一种基于高精度倾角传感器的桥梁线形实时监测系统包括：

（1）数据采集单元，由多个分散安装在桥体上的高精度（0.001°）倾角传感器组成，要求传感器防护级别达到IP67等级，并安装防辐射和防干扰的护罩；采用高精度的倾角传感器，可以精确到千分之一度，较以往系统而言，精度提高十倍以上，可以获得更为精确的监测数据；

（2）数据传输单元，采用超五类屏蔽双绞线，具有很高的防电磁辐射能力，消除干扰造成的数据漂移和数据缺失等问题；采用有线传输的方式较无线传输更为合理，可以大大提高数据传输的准确性；

（3）数据处理单元，采用三角函数累加算法将实时获取的倾角值转变成挠度值，并引入了温度补偿算法，使得得到的挠度值较以往系统而言更为精确，也更为合理；

（4）数据存储单元，较以往系统数据存储桥梁本地而言，本系统数据存储于云端，数据保密性和安全性更高，便于统一存储和管理，也可以大大降低单个系统建设成本和人员管理成本；

（5）显示单元，采用三次样条插值算法对曲线进行拟合，拟合出的曲线平滑度更高，更趋向于桥梁本身的线形，因而能更好的模拟桥梁受力后产生的形变；主要包括实时显示和历史数据显示功能，提供线形显示和表格显示两种方式，将拟合后的曲线通过Web端的形式提供给用户。

所述信息采集单元将实时采集的数据通过数据传输单元传输到数据处理单元，数据处理单元通过三角函数累加算法将实时获取的倾角值转变成挠度值，数据处理单元将实时处理后的数据存入数据存储单元，显示单元通过调用数据存储单元的数据进行实时数据显示或历史数据显示，即数据采集单元通过数据传输单元和数据处理单元相连；数据处理单元的输出端和数据存储单元的输入端相连，数据存储单元的输出端和显示单元的输入端相连，各单元相连共同组成桥梁线形监测系统。

有益效果

本系统可以为桥梁的安全评估和实时监测提供直接参考，具有安装简单、数据精度高、显示直观和实时性高的特点，具有较高的工程应用价值。

附图说明

图1所示为监测系统组成单元图。

图2所示为传感器安装布局简图。

图3所示为监测系统架构图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现的目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

从图1可以看出，本系统的主要组成单元包括：数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元、数据存储单元和显示单元，数据采集单元负责采集实时的监测数据，由数据传输单元将这些数据传输到数据处理单元，数据处理单元按照监测要求处理这些源数据，然后将处理后的数据传输到数据存储单元进行保存，供后期对桥梁安全的评估使用，数据显示单元是用户访问的入口，用户可以通过本单元浏览和分析检测数据，下面的工作将围绕系统组成单元图进行展开。

一、硬件环境的搭建：首先应该对传感器进行选型，选择满足监测要求精度的传感器设备，并设计满足IP67防护等级的防护壳，按照图2所示的安装布局图进行传感器的安装和布线工作，黑点处代表传感器安装位置。本布局安装图是结合本桥梁的特点并考虑到监测精度和成本等因素绘制而成。

二、编写数据采集程序：根据传感器通信协议，选择合适的语言和工具编写可以满足采样速率要求的采集数据程序。

三、设计大容量数据库：由于采样速率较高，系统在使用一段时间后会产生大量的历史数据，我们要考虑添加索引或使用触发器动态分表以提高查询速率，此外还要对数据库进行合理设计和优化以减少其占用的存储空间。

四、数据处理程序：本系统属于一种间接的测量方法，实时获取的倾角值需要通过三角函数累加算法才能取得我们所需要的挠度值，此外我们还需要三次样条插值函数拟合桥梁挠度曲线。

五、数据展示和分析系统：一套基于B/S架构桥梁监测的系统，采用Myeclipse10开发，使用javaSSH框架，其中使用Struts作为系统的整体基础架构，负责MVC的分离，在Struts框架的模型部分，控制业务跳转，利用Hibernate框架对持久层提供支持，Spring做管理，管理struts和hibernate。数据库采用SqlServer2005数据库，运行环境为Tomcat6.0。在部分地方采用Ajax技术，实现数据的异步交换、Unity3D交互实现3D和web页面的数据交换，同时使得桥梁架构图以较好的图形效果展示，并且具有旋转、移动、翻转、放大和缩小的功能。

图3为监测系统架构图，数据采集层由图中所示的各个传感器组成，采集数据由数据采集层上传至数据存储层（数据库），监测系统调取数据进行数据处理显示。监测系统前台主要包括数据展示和各种传感器的信息查看等等，监测系统后台包括用户组管理和传感器管理等等。

主要提供的功能有：

1、历史查询

能够对历史数据进行查询，查询条件应包括时间、设备类型、设备编号等。数据能以数值曲线形式展示，同时能对数值曲线进行放大、截取等编辑功能。

2.趋势分析

可将同一测点的不同时期数据进行比较分析，得出其变化趋势和规律。

3.时间序列分析

将同一时间内不同测点的主句进行比较分析，得出各测点数值变化之间的相关性规律。

4.报警日志

可按时间、类型、处置状态等条件对报警信息进行统计查询。对报警信息的各项具体内容形成规范的日志和报表。

Claims (1)

1.一种基于高精度倾角传感器的桥梁线形实时监测系统,包括：数据采集单元，数据传输单元，数据处理单元，数据存储单元，显示单元，其特征在于：

数据采集单元通过数据传输单元和数据处理单元相连；数据处理单元的输出端和数据存储单元的输入端相连，数据存储单元的输出端和显示单元的输入端相连；

所述数据采集单元由多个分散安装在桥体上的高精度倾角传感器组成，传感器防护级别达到IP67等级，并安装防辐射和防干扰的护罩；

所述数据传输单元采用超五类屏蔽双绞线；

所述数据处理单元采用全新的三角函数累加算法将实时获取的倾角值转变成挠度值，并引入了温度补偿算法；

所述数据存储单元将本系统数据存储于云端；

所述显示单元采用三次样条插值算法对曲线进行拟合；

信息采集单元将实时采集的数据通过数据传输单元传输到数据处理单元，数据处理单元通过三角函数累加算法将实时获取的倾角值转变成挠度值，数据处理单元将实时处理后的数据存入数据存储单元，显示单元通过调用数据存储单元的数据进行实时数据显示或历史数据显示。